从这期开始,小编将为大家介绍从光刻胶的显影到最终检测所使用的基本方法。

 

显影

晶圆完成对准和曝光后,器件或电路的图案被以曝光和未曝光区域的形式记录在光刻胶上。通过对未聚合光刻胶的化学分解来使图案显影。显影技术被设计成使之把完全一样的掩膜版图案复制到光刻胶上。不良的显影工艺造成的问题是显影不充分,它会导致开孔的尺寸不正确,或使开孔的侧面内凹。在某些情况下,显影不够深而在开孔内留下一层光刻胶。第三个问题是过显影,这样会过多地从图形边缘或表面上去除光刻胶。要在保证高深宽比的塞孔的直径一致,和由于清洗深孔时液体不易进入而造成的清洗困难的情况下,保持具有良好形状的开孔是一个特殊的挑战。

光刻胶

负光刻胶和正光刻胶有不同的显影性质并要求不同的化学品和工艺。

 

正光刻胶显影

曝光后,预期的图形在正光刻胶中按照聚合光刻胶和未聚合的光刻胶的区域被编码。两个区域有不同的溶解率,约为1:4.这意味着在显影中总会从聚合的区域失去一些光刻胶。使用过度的显影液或显影时间过长可能导致光刻胶薄到不能接受的程度,其结果是可能导致在刻蚀中翘起或断裂。

有两种类型的化学显影液用于正光刻胶,碱-水溶液和非离子溶液。碱-水溶液可以是氢氧化钠或氢氧化钾。因为这两种溶液都含有可动的离子污染物,所以在制造敏感的电路时不能使用。大多数用正光刻胶的工艺线使用非离子的四甲基氢氧化铵溶液。

水溶液

有时要添加表面活性剂来去除表面张力,使溶液更易亲和晶圆表面。正光刻胶的水溶性使它们在环保上比有机溶液的负光刻胶更具吸引力。

接着的显影步骤是为了停止显影过程和从晶圆表面去除显影液的冲洗。对正光刻胶冲洗用的是水,它带来的是更简单的处理和成本的降低,并有利于环境。

正光刻胶的显影工艺比负光刻胶更为敏感。影响结果的因素是软烘培时间和温度、曝光度、显影液浓度、时间、温度,以及显影方法。显影工艺参数由所有变量的测试来决定。

水溶

当使用正光刻胶时,显影和清洗工艺的严格控制是尺寸控制的关键。对正光刻胶显影液清洗的化学品是水。它的作用与负光刻胶清洗液相同,但是更便宜、使用更安全,更容易处理。

 

负光刻胶显影

在光刻胶上成功地使图案显影要依靠光刻胶地曝光机理。负光刻胶暴露在光线下,会有一个聚合地过程,它会阻止光刻胶在显影液中分解。在两个区域间由足够高的分解率,使得聚合的区域光刻胶几乎没有损失。大多数负光刻胶显影是用二甲苯作为显影液,它还被用做负光刻胶配方中的溶液。

显影完成前还要进行冲洗。对于负光刻胶。通常使用n-醋酸丁酯作为冲洗化学品,因为它既不会使光刻胶膨胀也不会使之收缩,从而不会导致图案尺寸的改变。对具有台阶图案的晶圆,可能使用一种性质较温和的Stoddand溶剂。

 

湿法显影

有几个方法用于光刻胶显影。方法的选择依据包括光刻胶极性、特征图形尺寸、缺陷密度的考虑、要刻蚀层的厚度以及产能。

沉浸式显影:

沉浸式使最古老的显影方法。在这种最简单的方式中,在耐化学腐蚀的传输器中的晶圆被放进盛有显影液的池中一定时间,然后再被放入加有化学冲洗液的池中进行冲洗。这种简单的湿法过程的问题有:

  1. 液体的表面张力组织了化学液体进入微小开孔区。
  2. 部分溶解的光刻胶块会粘在晶圆表面。
  3. 随着几百片晶圆处理过后化学液池会被污染。
  4. 当晶圆被提出化学液面时会被污染。
  5. 显影液随着使用会被稀释。
  6. 为了消除1、2和3的问题需要进场更换化学液从而增加了成本。
  7. 室温的波动改变溶液的显影率。
  8. 晶圆必须迅速送到下一步进行干燥,这就增加了一个工艺步骤。

 

喷雾式显影:

最受欢饮的化学显影方法就是喷雾式的。事实上,通常有很多原因使喷雾式工艺对于任何湿法工艺来讲比沉浸式工艺更受欢迎。例如,用喷雾式系统可大大降低化学品的使用。工艺的提高包括由于因喷雾压力的机械动作而限定光刻胶边缘和去除部分光刻胶块而带来较好的图案清晰度。因为每个晶圆都是用新的化学显影液,所以喷雾式系统总比沉浸系统清洁。

 

混凝式显影:

喷雾式显影因其均匀性和产能高而非常有吸引力。混凝显影是用以获得正光刻胶喷雾工艺优点的一种工艺的变化。该系统使用一个标准的单晶圆喷射装置。正常的喷雾式显影和混凝显影的区别是用于晶圆的显影化学品的不同。工艺开始时,在静止的晶圆表面上覆盖一层显影液。表面张力使显影液在晶圆表面上不会流散到晶圆外。

清洁

等离子体去除浮渣:

不完全显影造成的一个特殊困难称为浮渣。浮渣可以是留在晶圆表面上的未溶解的光刻胶块或是干燥后的显影液。膜很薄并很难直观检验。为了解决这个问题,在微米和微米以下的甚大规模集成电路生产线中,在化学显影后用氧离子体来去除这种薄膜。

 

干法显影

液体工艺的消除一直是一个长期目标。它们难以集成到自动化生产线,并且化学品的采购、储存、控制和处理费用昂贵。取代液体化学显影液的途径是使用等离子体刻蚀工艺。干法等离子体刻蚀对于刻蚀晶圆表面层已经是很完善的工艺了。在等离子体刻蚀中,离子有等离子体场得到能量,以化学形式分解暴露的晶圆表面层。干法光刻胶显影要求光刻胶化学物的曝光或未曝光的部分二者之一易于被氧等离子体去除。换句话说,巴巴图案的部分从晶圆表面氧化掉。一种称为DESIRE的干法显影工艺得以实现,它采用甲基烷烃和氧等离子体。