光刻清洗工艺介绍教育课件.ppt

1、 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 光刻清洗工艺光刻清洗工艺介绍介绍 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 光刻车间的环境光刻车间的环境照明照明：使用黄光，波长使用黄光，波长较长，能量较低，不会影较长，能量较低，不会影响光阻，白光含有多种波响光阻，白光含有多种波长，其短波长的成分足以长，其短波长的成分足以使光阻感光。使光阻感光。洁净度洁净度：千级室，千级室，0.5um0.5um尘埃粒子颗粒数不大于尘埃粒子颗粒数不大于 10001000个个/ft3/ft3，5.0um5.0um尘埃粒尘埃粒子颗粒数不大于子颗粒数不大于7.007.00个个/ft3/ft3，湿度湿度：3045RH

2、3045RH10 10 温度温度：19.42519.4252.82.8 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 光刻工艺的概念光刻工艺的概念将光刻板上设计的图形转移到基板表面的光刻胶上形成产品所需要图形的工艺技术。将光刻板上设计的图形转移到基板表面的光刻胶上形成产品所需要图形的工艺技术。光刻版光刻版产品产品 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 光刻工艺流程光刻工艺流程 (Photolithography Process)注：根据光阻不同及实际情况调整流程中的操作。注：根据光阻不同及实际情况调整流程中的操作。 表面处理表面处理 光阻涂布光阻涂布 软烤软烤 曝光曝光测量检查测量检查

3、 硬烤硬烤 显影显影 曝后烤曝后烤 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 光刻胶光刻胶(Photoresist)光刻胶：光刻胶又叫光阻，英文光刻胶：光刻胶又叫光阻，英文PhotoresistPhotoresist（PRPR）。）。光阻主要是由樹脂光阻主要是由樹脂(Resin)(Resin)、感光劑、感光劑(Sensitizer)(Sensitizer)及溶劑等不同的成份所混合而成。其中樹及溶劑等不同的成份所混合而成。其中樹脂的功能是做為黏合劑，感光劑則是一種光活性極強的化合物脂的功能是做為黏合劑，感光劑則是一種光活性極強的化合物(PAC Photo Active (PAC Photo

4、Active Compound)Compound)，其與樹脂在光阻內的含量通常相當，兩者一起溶在溶劑裡，使混合好的光，其與樹脂在光阻內的含量通常相當，兩者一起溶在溶劑裡，使混合好的光阻能以液態的形式存在，以方便使用。阻能以液態的形式存在，以方便使用。OHOHOHH3CH3CH3C基本的树脂形态基本的树脂形态ON2ROOS感光剂（感光剂（PAC） 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 光刻胶的分类光刻胶的分类正型光阻：正型光阻：光阻本身原來難溶於顯影液，但照光之後會解離成一種易溶於顯影液光阻本身原來難溶於顯影液，但照光之後會解離成一種易溶於顯影液的结构。的结构。负型光阻：负型光阻：光阻照

5、光之後會產生聚合鍵結光阻照光之後會產生聚合鍵結(Cross linking)(Cross linking)，使照光光阻結構加強而不溶，使照光光阻結構加強而不溶於顯影液於顯影液。 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 正型光刻胶曝光过程化学反应正型光刻胶曝光过程化学反应 hRCOON2R+ N2ORRCOHOH2O WolffRearrangementABC(Ketene)D經過適當能量的光源經過適當能量的光源曝照後，在酮基旁的曝照後，在酮基旁的N2N2會產生不穩定現象而脫離，會產生不穩定現象而脫離，形成中間體形成中間體B B，其結構將，其結構將會迅速重排，而成為會迅速重排，而成為Ket

6、ene (Ketene (乙烯酮乙烯酮) )，因為，因為KeteneKetene（乙烯酮）（乙烯酮）並不穩並不穩定，會進一步的水解成羧定，會進一步的水解成羧酸酸(D)(D)，因為羧酸的化學，因為羧酸的化學結構具備有結構具備有OHOH基，可和基，可和鹼性溶液發生酸鹼中和反鹼性溶液發生酸鹼中和反應應 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 表面处理表面处理(Priming)作用：作用：为了增加光刻胶与基片间的粘附能力，防止显影时光刻胶图形的脱落以及防为了增加光刻胶与基片间的粘附能力，防止显影时光刻胶图形的脱落以及防止湿法腐蚀时产生侧面腐蚀止湿法腐蚀时产生侧面腐蚀(side etching)(

7、side etching)。 操作一：操作一：在涂敷光刻胶之前，将基片放在惰性气体中进行热处理。在涂敷光刻胶之前，将基片放在惰性气体中进行热处理。OHHSiSiSiOOOHHH 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 表面处理表面处理(Priming)操作二：操作二：在涂敷光刻胶之前，将洗净的基片表面涂上附着性增强剂。在涂敷光刻胶之前，将洗净的基片表面涂上附着性增强剂。增强剂增强剂(HMDS):(HMDS):六甲基乙硅氮烷六甲基乙硅氮烷(Hexa-Mathyl-DiSilazane,(Hexa-Mathyl-DiSilazane,简称简称HMDS)HMDS)HMDSHMDS原理：原理：含

8、含Si Si一端（无机端）与晶圆表面的硅醇基进行化学反应，形成一端（无机端）与晶圆表面的硅醇基进行化学反应，形成-Si-O-Si-Si-O-Si-键结，并使晶圆表面由亲水性（键结，并使晶圆表面由亲水性（Si-OH)Si-OH)变成疏水性（变成疏水性（Si-CH3)Si-CH3)，含，含CH3CH3的一的一端（有机端）与光阻剂中端（有机端）与光阻剂中C C、H H、O O等分子团产生较强的作用力，进而促进光阻剂与等分子团产生较强的作用力，进而促进光阻剂与晶晶圆表面的附着力。圆表面的附着力。 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 匀胶匀胶(PR Coating)作用：作用：为了在为了在Wa

9、ferWafer表面得到厚度均匀的光阻薄膜。光阻通过滴管被滴在高速旋转的表面得到厚度均匀的光阻薄膜。光阻通过滴管被滴在高速旋转的WaferWafer表面，并在离心力的作用下被均匀的涂布在表面，并在离心力的作用下被均匀的涂布在WaferWafer的表面。的表面。 匀胶主要工艺条件匀胶主要工艺条件：转速转速(rpm)(rpm)010000200003000040000500006000070000100015002000250030003500400045005000spin speed (rpm)Thickness (A) 12cp 21cp 50cp 106cpSpin Type 责任、诚信、

10、努力、创新责任、诚信、努力、创新 匀胶缺陷匀胶缺陷(PR Coating Defect)Air bubblesComets, streaks or flaresPinholesUncoated AreasSwirl pattern 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 软烤软烤(Soft Bake)上完光阻之后，要进行上完光阻之后，要进行Soft BakeSoft Bake，其主要目的是通过，其主要目的是通过Soft BakeSoft Bake将光阻中的溶剂蒸发，增将光阻中的溶剂蒸发，增加附着性，并控制光阻的敏感度和将来的线宽，同时也将光阻中的残余内应力释放。加附着性，并控制光阻的敏感

11、度和将来的线宽，同时也将光阻中的残余内应力释放。 软烤主要工艺条件：、温度软烤主要工艺条件：、温度()()；、时间；、时间(sec)(sec) 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 曝光曝光(Exposure)通过光照射光阻，使涂布在通过光照射光阻，使涂布在WaferWafer表面的光阻感光，同时将光罩上的图形传递到表面的光阻感光，同时将光罩上的图形传递到WaferWafer上上的过程。的过程。曝光机曝光机曝光系统曝光系统 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 曝光光源曝光光源(Explosure Source)曝光主要工艺条件：曝光主要工艺条件：曝光量曝光量(mj/cm2)

12、、曝光强度、曝光强度(mW/cm2) 、曝光时间、曝光时间(sec)曝光量曝光量(mj/cm2)曝光强度曝光强度(mW/cm2)曝光时间曝光时间(sec)ExposeMaskResistSubstrateh 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 曝后烤曝后烤( (P Post ost E Exposure xposure B Bake)ake)PEB:Post Exposure BakePEB:Post Exposure BakePEBPEB是在曝光结束后对光阻进行烘烤的过是在曝光结束后对光阻进行烘烤的过程。程。PEBPEB主要工艺条件：温度主要工艺条件：温度()()、时间、时间(se

13、c)(sec)PEBPEB作用：作用：1 1、消除驻波效应；、消除驻波效应；2 2、进行光酸放大反应及扩散反应、进行光酸放大反应及扩散反应 PEB PEB提供光酸催化及扩散反应所活提供光酸催化及扩散反应所活化能，化能，PEBPEB的温度及时间对光阻的温度及时间对光阻感感光度及解析度有重大的影响。光度及解析度有重大的影响。 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 显影显影(Developing)光阻经曝光后改变了原有的化学结构，使照射区及非照射区在显影剂中的溶解速率光阻经曝光后改变了原有的化学结构，使照射区及非照射区在显影剂中的溶解速率产生极大的差别；产生极大的差别；在正型光阻中，照射区发

14、生极性变化、断链等作用，易溶于显影液中，非照射区则在正型光阻中，照射区发生极性变化、断链等作用，易溶于显影液中，非照射区则不易溶；不易溶；在负型光阻中，照射区发生交联等作用而不易溶于显影液中，非照射区则易溶。在负型光阻中，照射区发生交联等作用而不易溶于显影液中，非照射区则易溶。CH3NCH3CH3CH3OH+-TMAH (TetraMethylAmmoniumHydroxide 2.38w.t.%) 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 硬烤硬烤(Hard Bake)硬烤的目的主要为将残余的显影液及清洗液蒸干，并使光阻中的聚合物结构更紧密以硬烤的目的主要为将残余的显影液及清洗液蒸干，并

15、使光阻中的聚合物结构更紧密以减少光阻缺陷，增加与晶圆表面的附着力，提高抗蚀刻性以及增加平坦度等功能。减少光阻缺陷，增加与晶圆表面的附着力，提高抗蚀刻性以及增加平坦度等功能。 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 清洗溶液清洗溶液(Cleaning Solutions)SC-1 (Standard Clean 1)SC-1 (Standard Clean 1) NH4OH (28%), H2O2 (30%) and dionized waterNH4OH (28%), H2O2 (30%) and dionized water Classic formulation is 1:1:5Cl

16、assic formulation is 1:1:5 Typically used at 70 CTypically used at 70 C Dilute formulations are becoming more popularDilute formulations are becoming more popularSC-2SC-2 1:1:5 HCl (30%):H2O2 (30%):H2O at 70 C for 10 min1:1:5 HCl (30%):H2O2 (30%):H2O at 70 C for 10 min dissolves alkali ions and hydr

17、oxides of Al3+, Fe3+, Mg3+dissolves alkali ions and hydroxides of Al3+, Fe3+, Mg3+ desorbs by complexing residual metalsdesorbs by complexing residual metalsSC-3SC-3 H2SO4 (98%) and H2O2 (30%) in different ratiosH2SO4 (98%) and H2O2 (30%) in different ratios Used for removing organic contaminants an

18、d stripping photoresistsUsed for removing organic contaminants and stripping photoresists 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 湿式蚀刻湿式蚀刻(Wet Etching)將晶片浸沒於化學溶液中，將進行將晶片浸沒於化學溶液中，將進行光刻光刻製程前所沈積的薄膜，把沒有被光阻覆蓋及保製程前所沈積的薄膜，把沒有被光阻覆蓋及保護的部分，利化學溶液與晶片表面產生氧化還原作用的化學反應的方式加以去除，以護的部分，利化學溶液與晶片表面產生氧化還原作用的化學反應的方式加以去除，以完成轉移光罩圖案到薄膜上面的目的。完成轉移光罩圖案到薄膜上面的目的。蚀刻溶液：蚀刻溶液：1) HF1) HF溶液溶液: SiO2: SiO2蚀刻蚀刻 SiO2SiO2 + 6HF + 6HF H2SiF6 + 2H2O H2SiF6 + 2H2O2) I2/KI2) I2/KI溶液溶液: Au: Au蚀刻蚀刻3) HCl3) HCl溶液溶液: ITO: ITO蚀刻蚀刻4) 4) 硝酸铈氨溶液硝酸铈氨溶液: Cr: Cr蚀刻蚀刻其他清洗溶液其他清洗溶液丙酮、乙醇、去胶剂丙酮、乙醇、去胶剂(NMP)(NMP)等等 责任、诚信、努力、创新责任、诚信、努力、创新 谢谢大家谢谢大家请多多指教请多多指教