半導(dǎo)體光刻的工藝過(guò)程（2）

附著力促進(jìn)劑用于與表面硅烷醇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并用有機(jī)官能團(tuán)取代 -OH 基團(tuán)，與羥基不同，該官能團(tuán)對(duì)光刻膠具有良好的附著力。硅烷通常用于此目的，最常見(jiàn)的是六甲基二硅烷 (HMDS) [1.2]。（注意，HMDS 粘附促進(jìn)首先是為玻璃纖維應(yīng)用開(kāi)發(fā)的，其中樹(shù)脂基體與玻璃纖維的粘附很重要。）HMDS 可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)稀釋溶液（10-20% HMDS 在醋酸溶纖劑、二甲苯中）來(lái)應(yīng)用，或碳氟化合物）直接涂在晶片上并允許 HMDS 旋轉(zhuǎn)干燥（HMDS 在室溫下非常易揮發(fā)）。如果 HMDS 不允許適當(dāng)干燥，則會(huì)導(dǎo)致顯著的附著力損失。雖然直接紡很容易，它僅在置換一小部分硅烷醇基團(tuán)時(shí)有效。迄今為止，施加粘合促進(jìn)劑的優(yōu)選方法是將基材置于 HMDS 蒸汽中，通常是在升高的溫度和降低的壓力下。這允許在沒(méi)有過(guò)多 HMDS 沉積的情況下對(duì)基材進(jìn)行良好的涂覆，并且更高的溫度會(huì)導(dǎo)致與硅烷醇基團(tuán)的反應(yīng)更完全。用 HMDS 正確處理后，基材可以放置數(shù)天而不會(huì)明顯重新吸附水。在同一烤箱中進(jìn)行脫水烘烤和蒸汽灌注可提供最佳性能。溫度越高，與硅烷醇基團(tuán)的反應(yīng)就越完全。用 HMDS 正確處理后，基材可以放置數(shù)天而不會(huì)明顯重新吸附水。在同一烤箱中進(jìn)行脫水烘烤和蒸汽灌注可提供最佳性能。溫度越高，與硅烷醇基團(tuán)的反應(yīng)就越完全。用 HMDS 正確處理后，基材可以放置數(shù)天而不會(huì)明顯重新吸附水。在同一烤箱中進(jìn)行脫水烘烤和蒸汽灌注可提供最佳性能。

通過(guò)看似簡(jiǎn)單的旋涂工藝，可以在特定的、控制良好的厚度下完成薄而均勻的光刻膠涂層。通過(guò)將固體成分溶解在溶劑中而使光刻膠變成液體形式的光刻膠被倒在晶片上，然后在轉(zhuǎn)盤(pán)上高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生所需的薄膜。對(duì)厚度控制和均勻性以及低缺陷密度的嚴(yán)格要求需要特別注意這一過(guò)程，其中大量參數(shù)會(huì)對(duì)光刻膠厚度均勻性和控制產(chǎn)生重大影響。有靜態(tài)分配（分配抗蝕劑時(shí)晶片靜止）或動(dòng)態(tài)分配（分配抗蝕劑時(shí)晶片旋轉(zhuǎn)）、旋轉(zhuǎn)速度和時(shí)間以及每個(gè)旋轉(zhuǎn)速度的加速度之間的選擇。還，分配的抗蝕劑的體積和抗蝕劑的性質(zhì)（例如粘度、固體百分比和溶劑組成）和基材（基材和形貌）在抗蝕劑厚度均勻性方面起著重要作用。此外，旋轉(zhuǎn)操作的實(shí)際方面，例如排氣、溫度和濕度控制以及旋轉(zhuǎn)器清潔度通常對(duì)抗蝕劑膜有顯著影響。圖 1-2 顯示了一個(gè)通用的光刻膠旋涂循環(huán)。在這個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)，一層厚厚的、富含溶劑的光刻膠膜覆蓋在晶圓上，準(zhǔn)備好進(jìn)行后應(yīng)用烘烤。溫度和濕度控制以及旋轉(zhuǎn)器清潔度通常對(duì)抗蝕劑膜有顯著影響。圖 1-2 顯示了一個(gè)通用的光刻膠旋涂循環(huán)。在這個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)，一層厚厚的、富含溶劑的光刻膠膜覆蓋在晶圓上，準(zhǔn)備好進(jìn)行后應(yīng)用烘烤。溫度和濕度控制以及旋轉(zhuǎn)器清潔度通常對(duì)抗蝕劑膜有顯著影響。圖 1-2 顯示了一個(gè)通用的光刻膠旋涂循環(huán)。在這個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)，一層厚厚的、富含溶劑的光刻膠膜覆蓋在晶圓上，準(zhǔn)備好進(jìn)行后應(yīng)用烘烤。

盡管存在從流變學(xué)角度描述旋涂工藝的理論，但實(shí)際上光刻膠厚度和均勻性隨工藝參數(shù)的變化必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。光刻膠旋轉(zhuǎn)速度曲線（圖 1-3）是設(shè)置旋轉(zhuǎn)速度以獲得所需抗蝕劑厚度的重要工具。最終抗蝕劑厚度在旋轉(zhuǎn)速度的平方根上變化，大致與液體光致抗蝕劑的粘度成正比。

涂布后，所得抗蝕劑膜將含有 20-40% 重量的溶劑。后應(yīng)用烘烤過(guò)程，也稱為軟烘烤或預(yù)烘烤，包括在旋涂后通過(guò)去除多余的溶劑來(lái)干燥光刻膠。減少溶劑含量的主要原因是為了穩(wěn)定抗蝕劑膜。在室溫下，未烘烤的光刻膠薄膜會(huì)通過(guò)蒸發(fā)失去溶劑，從而隨時(shí)間改變薄膜的性能。通過(guò)烘烤抗蝕劑，大部分溶劑被去除，膜在室溫下變得穩(wěn)定。從光刻膠薄膜中去除溶劑有四個(gè)主要效果：(1) 薄膜厚度減小，(2) 曝光后烘烤和顯影性能改變，(3) 附著力提高，以及 (4) 薄膜變得不那么發(fā)粘因而不易受到微粒污染。

不幸的是，烘烤大多數(shù)光刻膠還有其他后果。在高于約 70°C 的溫度下，稱為光活性化合物 (PAC) 的典型抗蝕劑混合物的光敏成分可能會(huì)開(kāi)始分解 [1.3,1.4]。此外，作為抗蝕劑的另一組分的樹(shù)脂可以在升高的溫度下交聯(lián)和/或氧化。這兩種效果都是不可取的。因此，必須尋找最佳的預(yù)烘烤條件，以最大限度地提高溶劑蒸發(fā)的好處并最大限度地減少抗蝕劑分解的危害。對(duì)于化學(xué)增幅型抗蝕劑，殘留溶劑會(huì)顯著影響曝光后烘烤過(guò)程中的擴(kuò)散和反應(yīng)特性，因此需要仔細(xì)控制后應(yīng)用烘烤過(guò)程。幸運(yùn)的是，

有幾種方法可用于烘烤光刻膠。最明顯的方法是烤箱烘烤。在 1970 年代和 1980 年代初期，對(duì)傳統(tǒng)光刻膠在 90°C 下烘烤 30 分鐘是典型的做法。雖然使用對(duì)流烤箱預(yù)烘烤光刻膠曾經(jīng)很普遍，但目前最流行的烘烤方法是熱板。將晶片與熱的大質(zhì)量金屬板緊密真空接觸或靠近。由于硅的高導(dǎo)熱性，光刻膠被快速加熱到接近熱板溫度（硬接觸約5秒，接近烘烤約20秒）。這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是所需的烘烤時(shí)間比對(duì)流烤箱減少一個(gè)數(shù)量級(jí)，大約為一分鐘，和提高烘烤的均勻性。通常，優(yōu)選接近烘烤以減少因與晶片背面接觸而產(chǎn)生顆粒的可能性。

當(dāng)晶片從加熱板上取下時(shí)，只要晶片是熱的，烘烤就會(huì)繼續(xù)。除非晶片的冷卻也得到很好的控制，否則無(wú)法很好地控制整個(gè)烘烤過(guò)程。因此，在熱板烘烤之后總是緊接著進(jìn)行冷卻板操作，其中晶片接觸或靠近冷卻板（保持在略低于室溫的溫度）。冷卻后，晶片準(zhǔn)備好進(jìn)行光刻曝光。

光刻膠操作背后的基本原理是曝光（或其他類型的曝光輻射）時(shí)，光刻膠在顯影劑中溶解度的變化。在標(biāo)準(zhǔn)重氮萘醌正性光刻膠的情況下，不溶于水性堿顯影劑的光活性化合物 (PAC) 在暴露于 350 - 450nm 范圍內(nèi)的紫外線時(shí)轉(zhuǎn)化為羧酸。羧酸產(chǎn)物極易溶于堿性顯影劑。因此，入射到光刻膠上的光能的空間變化將引起光刻膠在顯影劑中溶解度的空間變化。

接觸和接近光刻是通過(guò)稱為光掩模的母版圖案曝光光刻膠的最簡(jiǎn)單方法（圖 1-4）。接觸式光刻提供高分辨率（低至大約輻射的波長(zhǎng)），但諸如掩模損壞和由此產(chǎn)生的低產(chǎn)量等實(shí)際問(wèn)題使該工藝在大多數(shù)生產(chǎn)環(huán)境中無(wú)法使用。接近印刷通過(guò)將掩模保持在晶片上方的設(shè)定距離（例如，20μm）來(lái)減少掩模損壞。不幸的是，分辨率限制增加到大于 2 到 4 μm，使得接近打印不足以滿足當(dāng)今的技術(shù)。到目前為止，最常見(jiàn)的曝光方法是投影印刷。
?

審核編輯：湯梓紅