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如何烧入电路—电路图案与黄光微影
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2024-04-10 | 43 次浏览 | 分享到:

在半导体的制浩过程中,各种材料依序分别加工成需要的形状,然后依序堆叠。这时,对各层材料薄膜画出电路图案的制程,称为“黄光微影”及“饱刻”。首先对黄光微影制程(相片蚀刻制程)做说明。

黄光微影制程利用了在数位相机普及前,与银盐相机(底片型相机)非常相似的显像原理。在接下来的篇幅中,将针对黄光微影制程,分成几个主要的制程,进行介绍。

①光阻涂布

如图2-7-1所示,成长了某层材料膜的晶圆,用回旋涂布机(spin coater)以真空吸座固定后,再将光阻液(感光性树脂溶液)以喷嘴喷至晶圆表面,并将晶圆以每秒数千次的高速旋转,利用离心力使光阻形成厚度均匀的薄膜。

此时形成的光阻膜厚度,可以光阻黏度、溶剂种类、晶圆旋转次数等控制。

光阻为感光性树脂材料,特性会随温湿度而有所变化。故处理光阻的无尘室空间(黄光微影段)使用长波长的黄色照明,并且温湿度都需要严格管控。

②光阻的种类

光阻由感光剂、基底树脂、溶剂等共同组成。在近年来使用KrF(氟化氪)或ArF(氟化氢)做为光源的准分子雷射曝光制程中,使用图2-7-2所示、又称作“化学放大型”的光致产酸剂,来做为感光剂的光阻材料。

另外,光阻又分为显影时除去照到光的部分——正型光阻,与显影时除去没有照到光的部分—负型光阻两种,随着欲形成图案的不同,而区别两者的使用范围。

③软烤

将完成涂布光阻的晶圆,放在氮气中加热到约摄氏80度,使得光阻内残存的有机溶剂得以挥发而去除。此制程称作“软烤”。图2-7-3为隧道式烘烤装置。

④曝光(硬烤)

将光罩上的图案转印到晶圆光阻膜上的制程,称为“曝光”。如过2-7-4所示,在曝光制程中,将晶圆设置在称为“步进机(Stepper)”的曝光机装置。

步进机使用数个镜片系统,透过相当于转印图案四倍大的光罩,将光源投影在晶圆表面,进行曝光。因此,步进机有时也称为“缩小投影式曝光装置”。

完成一个晶片(晶粒)的曝光后,曝光机的光学扫描座会移动至下一个晶片进行曝光,再移动到下一个晶片。重覆此动作将电路图烧到整面晶圆。步进机的名称,就是此Step-and-step / 步一步的重覆动作而来。

步进机的性能,也就是解析度能够转印多么精细的图案,则取决于光源的波长(λ),与镜片的直径(NA: numerical aperture,数值孔径)。解析度(R: resolution)与λ的经验常数k倍成正比,并与NA成反比。

目前最先进的黄光微影制程中,使用ArF准分子雷射(λ=193nm)作为光源。nmnano-meter,代表10的负九次方。

此外,为了得到更高的解析度,也就是要使经验常数尽可能地小,而在“超解析度计数”上投入不少功夫。在步进机上追加有光罩扫描功能的曝光装置,称为“扫描器(scanner)”。在实际应用中,最先进的黄光微影,即是使用这种扫描器式的曝光机。扫描器式的曝光机不使用全面式的镜片,而仅使用条状部分来进行扫描,故拥有较大的曝光面积、并且较少因镜片像差造成影响。

⑤显影

完成曝光制程的晶圆,将进行称为曝光后烘烤(PEB:post exposurebake)的轻度热处理。这是为了减少曝光时驻波的影响,使图案边缘锐利化,并使化学放大型光阻的产酸反应加速进行。