针孔

针孔是光刻胶尺寸非常小d额空洞。针孔是有害的,因为它会允许刻蚀剂渗过光刻胶层进而在晶圆表面层刻蚀出小孔。针孔是在涂胶工艺中由环境中的微粒污染物造成的,也可以由光刻胶层结构上的空洞造成。

针孔

光刻胶层越薄,针孔越多。因此,光刻胶厚膜上的针孔比薄膜上的针孔要少,但是它却降低了光刻胶的分辨率。这两个因素是光刻胶厚度选择中的一个典型的权衡。正胶的一个重要的优点就是又更高的深宽比,这个特性能够允许正胶用更厚的光刻薄膜,已达到想要的图形尺寸并且针孔更少。

 

微粒和污染水平

光刻胶,和其他工艺化学品一样,必须在微粒含量、钠和微量金属杂志,以及水含量方面达到严格的标准。

 

台阶覆盖

晶圆在进行光刻工艺之前,晶圆表面已经有了很多层。随着晶圆生产工艺的进行,晶圆表面得到了更多的层。为了使光刻胶有阻挡刻蚀的作用,它必须在以前层上面保有足够的膜厚。光刻胶用足够厚的膜覆盖晶圆表面层的能力是一个非常重要的参数。

 

热流程

在光刻工艺过程中有两个加热的过程。第一个被称为软烘培,用来把光刻胶里的溶剂蒸发掉。第二个称为硬烘培。,它发生在图形在光刻胶层被显影之后。硬烘培的作用是为了增加光刻胶对晶圆表面的粘结能力。然而,光刻胶作为像塑料一样的物质,在硬烘培工艺中会变软和流动。流动的量会对最终的图形尺寸有重要的影响。在烘培的过程中光刻胶必须保持它的形状和结构,或者说在工艺设计中必须考虑到热流程带来的尺寸变化。

塑料

目标是使烘培尽可能达到高温来使光刻胶粘结能力达到最大化。这个温度是受光刻胶热流程特性限制的。总体来说,光刻胶热流程越稳定,它对工艺流程越有利。

 

正胶和反胶的比较

直到20世纪70年代中期,负胶一直在光刻工艺中占据主导地位。随着超大规模集成电路和2-5um图形尺寸范围的出现使负胶的分辨率变得困难。正胶存在了20多年,但是它的缺点是粘结能力差,而且它们的良好分辨率和防止针孔能力在那时也并不需要。

到了20世纪80年代,正胶逐渐被接受。这个转变过程是很不容易的。转化到正胶需要改变掩膜版的极性。遗憾的是,它不是简单的图形反转。用掩膜版和两种不同光刻胶结合而杂晶圆表面光刻得到的尺寸时不同的。由于光在图形周围会有衍射,用负胶亮场掩膜版组合在光刻胶层上得到的图形尺寸要比掩膜版上的图形尺寸小。用正胶和暗场掩膜版组合回事光刻胶层上的图形尺寸变大。这些变化必须在掩膜版/放大掩膜版的制作和光刻工艺的设计过程中考虑到。换句话说,光刻胶类型的转变需要一个全新的光刻工艺。

光刻

对于大多数掩膜版来说,图形大部分都是空洞。用正胶和暗场掩膜版组合还可以在晶圆表面得到附加的针孔保护。两场掩膜版在波粒表面会倾向于有裂纹。这些裂纹称为玻璃损伤,它会挡住曝光源而在光刻胶表面产生不希望的小孔,结果就会在晶圆表面刻蚀出小孔。那些在光刻胶透明区域上的污垢也会造成同样的结果。在暗场掩膜版上,大部分都被铬覆盖住了,所以不容易有针孔出现。因此,晶圆表面也就会有比较少的孔洞。对于非常小的图形面积,正胶是唯一的选择。

去除光刻胶也是一个因素。总体来说,去除正胶会比去除负胶要容易,它发生在那些受环境影响比较小的化学品中。生产器件和电路的制造领域,对于那些图形尺寸大于2um的工艺还是再用负胶。

 

光刻胶的物理属性

 

固体含量

光刻胶是一种液体,它通过旋转的方式涂到晶圆表面。光刻胶留在晶圆表面的厚度是由涂胶工艺的参数和光刻胶属性—固体含量和黏度来决定的。

光刻胶是由聚合物、光敏剂和添加剂混合在溶剂中构成的。不同的光刻胶会包含由不同数量的固体物。这个数量指的是光刻胶的固体含量,它是由光刻胶中质量百分比来表示的。固体含量的范围通常在20%-40%之间。

 

黏度

黏度是液体流动数量的测量。高黏度的液体流速慢,如拖拉机机油。低粘度液体比较容易流动,如水。对于这两种情况,流动的机理是一样的。当液体被灌注时,液体中的分子之间相互滚动。当分子滚动时,它们之间存在一种引力。这种引力起到了一种类似于内部摩擦力的作用。黏度就是这种摩擦力的度量。

 

表面张力

光刻胶表面张力也会影响涂胶工艺的结果。表面张力时液体表面吸引力的测量。具有高表面张力的液体在一个平面上不易流动。表面张力会使液体在表面或管子中拉成一个球面。

 

折射系数

光刻胶的光学性质会在曝光系统中产生作用。一个性质是折射,或者说光通过一个透明的或半透明的介质时会被弯曲。物体在水中的实际位置与从表面所看到的位置是不同的,这种陷降就是折射。这是由于光线被物质减慢而造成的。折射系数是光在物质中的速度相对于光在空气中的速度的测量。它是反射角度和入射角度的比值。对于光刻胶,它的折射率和玻璃比较接近,大约是1.5。

 

光刻胶的存储和控制

光刻胶是一种精细的高科技混合物。它们的生产是高精度的。一旦一种光刻工艺被开发,它的续航成功是靠对工艺参数日复一日的控制和产生恒定的光刻胶产品。提供光刻胶批与批之间的一致性是光刻胶生产商的责任。保持光刻胶批与批之间的一致性则是使用者的责任。光刻胶的几个特性决定了光刻胶储存和控制所需要的条件。

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