光學(xué)光刻技術(shù)（Optical lithography）

1. 簡(jiǎn)介

本文是關(guān)于光學(xué)（UV）光刻（lithography）的。有關(guān)電子束光刻的信息，請(qǐng)參見電子束光刻。

有關(guān)光刻技術(shù)和常見工藝的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參見光刻處理。

光學(xué)光刻（Optical lithography，也稱為光學(xué)平版印刷術(shù)或UV光刻）是在其他處理步驟（例如沉積，蝕刻，摻雜）之前用光刻膠對(duì)掩模和樣品進(jìn)行構(gòu)圖的方法。我們提供了多種光刻工藝。實(shí)驗(yàn)室提供有關(guān)光刻處理的一般培訓(xùn)課程，包括處理步驟和可用工具的詳細(xì)信息。

2. 設(shè)備

2.1 HMDS

1) 標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)工藝中包括HMDS蒸氣填料

2) 烤箱-批量處理多個(gè)晶圓

3) HMDS也可以在手動(dòng)旋轉(zhuǎn)器上旋轉(zhuǎn)

2.2 接觸

1) 接觸對(duì)準(zhǔn)器

2) 對(duì)準(zhǔn)器–處理具有對(duì)準(zhǔn)功能的晶圓

3) EVG610等掩模對(duì)準(zhǔn)機(jī) – 尺寸從碎片到12”晶圓

4) 曝光機(jī) – 光刻膠曝光

2.3 直接寫

主要用于掩模版制造，但也可用于其他樣品

3. 曝光工具選擇

3.1 接觸對(duì)準(zhǔn)器

接觸光刻使掩模與光致抗蝕劑層直接接觸，并立即曝光整個(gè)樣品。蕞小特征尺寸將比投影光刻法大，并且受波長(zhǎng)以及掩模和光刻膠之間的間隙限制。我們僅建議對(duì)2μm及更大特征以及2μm或更大對(duì)準(zhǔn)公差的接觸光刻。接觸越好，由于更多的顆粒和光致抗蝕劑會(huì)轉(zhuǎn)移，因此越需要清洗掩模。

3.2 步進(jìn)機(jī)（Stepper）

使用投影光刻時(shí)，光線會(huì)通過掩模發(fā)光，穿過縮小透鏡并投射到基板上。由于面罩從不接觸樣品，因此可以保持清潔。500nm光柵將可靠地打印，但是分辨率將取決于特征類型和光刻膠厚度。隨著特征尺寸的減小，焦點(diǎn)深度也減小，因此必須使用更薄的抗蝕劑。步進(jìn)機(jī)具有14.7毫米X14.7毫米一個(gè)蕞大管芯尺寸和200nm的用于晶片的蕞小對(duì)準(zhǔn)公差，如果運(yùn)行件的公差將更大。這也很大程度上取決于掩模上藝術(shù)品的準(zhǔn)確性。因此，將需要更大的公差。

3.3 直接寫

對(duì)于原型制作和一次性工作，使用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行直接曝光樣品是有效的。

4. 操作方法

4.1 脫水和HMDS

為了獲得良好的附著力，樣品應(yīng)清潔且無(wú)水分，并且通常使用附著力促進(jìn)劑（例如HMDS）。通常，這是通過進(jìn)行HMDS蒸汽底漆來完成的，盡管某些材料（如Ti）在沒有HMDS的情況下仍具有良好的附著力。

4.2 光刻膠應(yīng)用

通常，光致抗蝕劑在樣品上旋轉(zhuǎn)，其厚度由抗蝕劑的旋轉(zhuǎn)速度和粘度確定。在該旋轉(zhuǎn)期間，大量溶劑蒸發(fā)。盡管當(dāng)前不具備此功能，但也可以使用噴涂工具來施加光致抗蝕劑。光致抗蝕劑需要足夠厚才能經(jīng)受住其預(yù)定的目的，例如掩模，但抗蝕劑越厚，蕞小特征尺寸將越大。通常使用3μm和0.97μm的膠。厚于3μm（5μm或10μm）將使整個(gè)過程更加困難。EVG150是用于光刻膠旋涂和噴涂的設(shè)備。

4.3 軟烤

接下來，烘烤抗蝕劑以減少溶劑含量。烘烤時(shí)間越長(zhǎng)，吸出的溶劑越多，這會(huì)減少未曝光的抗蝕劑受到顯影劑侵蝕的速度，但是烘烤時(shí)間太長(zhǎng)和過熱，則會(huì)開始分解殘?jiān)械墓饷艋衔铮瑥亩档推涔饷粜浴?/span>

4.4 接觸

軟烘烤后，將抗蝕劑暴露在紫外線下。在正性光致抗蝕劑中，PAC（光敏化合物）使光致抗蝕劑呈酸性，因此它將溶解在堿性顯影液中。使用負(fù)性光致抗蝕劑時(shí)，曝光的聚合物會(huì)發(fā)生交聯(lián)，從而使顯影劑無(wú)法滲透，從而僅除去未曝光的區(qū)域。

4.5 曝光后烘烤

當(dāng)抗蝕劑在反射性基材（例如Si）上暴露于單色光時(shí)，您將在高光強(qiáng)度和低光強(qiáng)度的抗蝕劑中形成駐波。這些駐波將出現(xiàn)在光刻膠的側(cè)壁中。烘烤抗蝕劑將有助于從曝光中擴(kuò)散酸，使這些駐波變平。烘烤使用的是EVG105晶圓烘烤箱。

4.6 顯影

將光致抗蝕劑置于顯影劑溶液中，該溶液溶解晶片上的部分光致抗蝕劑。對(duì)于正性光刻膠，已曝光的區(qū)域溶解，而對(duì)于負(fù)性光刻膠，未曝光的區(qū)域溶解。對(duì)于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)抗蝕劑，這是通過將樣品浸泡在堿性溶液（通常為2.38％TMAH）中來完成的。我們通常使用AZ 300進(jìn)行噴霧顯影，也會(huì)進(jìn)行水坑顯影。也有用于特殊抗蝕劑的溶劑型顯影劑，例如SU-8和PMMA。

4.7 硬烤

一些光刻膠建議在顯影后將抗蝕劑硬烘烤。這可以改善粘附性并減少濕法化學(xué)蝕刻期間的底切量。

4.8 等離子

建議在濕法蝕刻之前進(jìn)行氧等離子體處理。光刻膠是天然疏水性的，可以排斥水性溶液，從而不會(huì)腐蝕小部件。暴露在氧等離子體中使表面親水，并使蝕刻發(fā)生。

5. 主要參數(shù)

5.1 分辨率

蕞小特征分辨率通常是抗蝕劑類型，厚度，曝光時(shí)間和顯影時(shí)間的直接結(jié)果。

5.2 對(duì)準(zhǔn)精度

也稱為對(duì)齊精度，對(duì)于確保2個(gè)圖案彼此正確配準(zhǔn)至關(guān)重要。EVG的設(shè)備對(duì)準(zhǔn)精度在±0.5μm。

5.3 厚度

當(dāng)光致抗蝕劑用作蝕刻掩模時(shí)，它也將被蝕刻（通常以明顯慢的速率）。因此，重要的是要有足夠的厚度以維持蝕刻的長(zhǎng)度。通常，有一個(gè)合理的安全裕度是好的，通常約25-50％就可以。另一方面，在較薄的抗蝕劑中對(duì)較小的特征進(jìn)行構(gòu)圖比較容易?？梢允褂冕访纼x器提供的膜厚測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量

5.4 側(cè)壁角度

光致抗蝕劑的側(cè)壁角度對(duì)于許多工藝至關(guān)重要。垂直側(cè)壁是刻蝕所必需的，因?yàn)橄蛲鈨A斜的側(cè)壁使剝離更容易。

5.5 缺陷等級(jí)

光學(xué)光刻中的大多數(shù)缺陷是用戶造成的錯(cuò)誤。有必要密切注意工藝過程的每個(gè)步驟。直到晶圓被蝕刻后，手套的指紋才可能蕞初沒有出現(xiàn)在晶圓上。從丙酮噴射瓶產(chǎn)生的霧中滴下的丙酮會(huì)破壞部分圖案。通常，可以通過使用自動(dòng)化工具來減少顆粒和缺陷，從而盡可能地減少所需的人工技能。EVG40等設(shè)備，可以用于晶圓檢測(cè)。