光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上,为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的 1/3,耗费时间约占整个硅片工艺的 40~60%。 光刻机是生产线上最贵的机台,5~15百万美元/台。主要是贵在成像系统(由15~20个直径为 200~300mm的透镜组成)和定位系统(定位精度小于 10nm)。其折旧速度非常快,大约 3~9万人民币/天,所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分:轨道机(Tracker),用于涂胶显影;扫描曝光机(Scanning ) 光刻工艺的要求:光刻工具具有高的分辨率;光刻胶具有高的光学敏感性;准确地对准;大尺寸硅片的制造;低的缺陷密度。 光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干(Cleaning and Pre-Baking) 方法:湿法清洗+去离子水冲洗+脱水烘焙(热板 150~2500C,1~2分钟,氮气保护) 目的:a、除去表面的污染物(颗粒、有机物、工艺残余、可动离子);b、除去水蒸气,是基底表面由亲水性变为憎水性,增强表面的黏附性(对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷)。 2、涂底(Priming) 方法:a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸汽淀积,200~2500C,30秒钟;优点:涂底均匀、避免颗粒污染; b、旋转涂底。缺点:颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。 目的:使表面具有疏水性,增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶(Spin-on PR Coating) 方法:a、静态涂胶(Static)。硅片静止时,滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂(原光刻胶的溶剂约占65~85%,旋涂后约占10~20%); b、动态(Dynamic)。低速旋转(500rpm_rotation per minute)、滴胶、加速旋转(3000rpm)、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数:光刻胶的黏度(Viscosity),黏度越低,光刻胶的厚度越薄;旋转速度,速度越快,厚度越薄; 影响光刻胶厚度均运性的参数:旋转加速度,加速越快越均匀;与旋转加速的时间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关(因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率): I-line最厚,约0.7~3μ m;KrF的厚度约0.4~0.9μ m;ArF的厚度约0.2~0.5μ m。 4、软烘(Soft Baking) 方法:真空热板,85~120℃,30~60秒; 目的:除去溶剂(4~7%);增强黏附性;释放...