芯片是如何被制造出來的？芯片光刻流程詳解

　　三、光刻膠涂覆(Photoresist Coating)

　　光刻膠涂覆通常的步驟是在涂光刻膠之前，先在900-1100度濕氧化。氧化層可以作為濕法刻蝕或B注入的膜版。作為光刻工藝自身的第一步，一薄層的對紫外光敏感的有機(jī)高分子化合物，即通常所說的光刻膠，要涂在樣品表面(SiO2)。首先光刻膠被從容器中取出滴布到置于涂膠機(jī)中的樣品表面，(由真空負(fù)壓將樣品固定在樣品臺上)，樣品然后高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速由膠粘度和希望膠厚度確定。在這樣的高速下，膠在離心力的作用下向邊緣流動。

　　涂膠工序是圖形轉(zhuǎn)換工藝中最初的也是重要的步驟。涂膠的質(zhì)量直接影響到所加工器件的缺陷密度。為了保證線寬的重復(fù)性和接下去的顯影時間，同一個樣品的膠厚均勻性和不同樣品間的膠厚一致性不應(yīng)超過±5nm(對于1.5um膠厚為±0.3%)。

　　光刻膠的目標(biāo)厚度的確定主要考慮膠自身的化學(xué)特性以及所要復(fù)制圖形中線條的及間隙的微細(xì)程度。太厚膠會導(dǎo)致邊緣覆蓋或連通、小丘或田亙狀膠貌、使成品率下降。在MEMS中、膠厚(烤后)在0.5-2um之間，而對于特殊微結(jié)構(gòu)制造，膠厚度有時希望1cm量級。在后者，旋轉(zhuǎn)涂膠將被鑄膠或等離子體膠聚合等方法取代。常規(guī)光刻膠涂布工序的優(yōu)化需要考慮滴膠速度、滴膠量、轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度和濕度等，這些因素的穩(wěn)定性很重要。

　　在這里說一下，光刻膠的主要成分有一種聚合物(樹脂)、敏化劑和溶劑。聚合物在被輻照時結(jié)構(gòu)變化，溶劑使其能被甩膠并在樣品表面形成薄膜，敏化劑控制聚合相的化學(xué)反應(yīng)。不含有敏化劑的光刻膠有時稱為單元或一元體系，而含有敏化劑使則稱為二元體系。溶劑或其它添加物通常不計入元數(shù)，因為它們不直接參與光刻膠的光化學(xué)反應(yīng)。

　　根據(jù)性質(zhì)的不一樣，光刻膠可以分為正膠和負(fù)膠。

　　在工藝發(fā)展的早期，負(fù)膠一直在光刻工藝中占主導(dǎo)地位，隨著VLSI IC和2～5微米圖形尺寸的出現(xiàn)，負(fù)膠已不能滿足要求。隨后出現(xiàn)了正膠，但正膠的缺點是粘結(jié)能力差。

　　用正膠需要改變掩膜版的極性，這并不是簡單的圖形翻轉(zhuǎn)。因為用掩膜版和兩種不同光刻膠結(jié)合，在晶園表面光刻得到的尺寸是不一樣的，由于光在圖形周圍的衍射效應(yīng)，使得用負(fù)膠和亮場掩膜版組合在光刻膠層上得到的圖形尺寸要比掩膜版上的圖形尺寸小。用正膠和暗場掩膜版組合會使光刻膠層上的圖形尺寸變大。

　　光刻膠涂覆

　　四、前烘(Soft Bake)

　　完成光刻膠的涂抹之后，需要進(jìn)行軟烘干操作，這一步驟也被稱為前烘。前烘能夠蒸發(fā)光刻膠中的溶劑溶劑、能使涂覆的光刻膠更薄。

　　在液態(tài)的光刻膠中，溶劑成分占65%-85%。雖然在甩膠之后，液態(tài)的光刻膠已經(jīng)成為固態(tài)的薄膜，但仍有10%-30%的溶劑，容易沾污灰塵。通過在較高溫度下進(jìn)行烘培，可以使溶劑從光刻膠中揮發(fā)出來(前烘后溶劑含量降至5%左右)，從而降低了灰塵的沾污。同時，這一步驟還可以減輕因高速旋轉(zhuǎn)形成的薄膜應(yīng)力，從而提高光刻膠 襯底上的附著性。

　　在前烘過程中，由于溶劑揮發(fā)，光刻膠厚度也會減薄，一般減薄的幅度為10%-20%左右。

　　Baking Systems

　　四、對準(zhǔn)(Alignment)

　　光刻對準(zhǔn)技術(shù)是曝光前一個重要步驟作為光刻的三大核心技術(shù)之一，一般要求對準(zhǔn)精度為最細(xì)線寬尺寸的 1/7---1/10。隨著光刻分辨力的提高 ，對準(zhǔn)精度要求也越來越高 ，例如針對 45am線寬尺寸 ，對準(zhǔn)精度要求在5am 左右。

　　受光刻分辨力提高的推動 ，對準(zhǔn)技術(shù)也經(jīng)歷 迅速而多樣的發(fā)展 。從對準(zhǔn)原理上及標(biāo)記結(jié) 構(gòu)分類 ，對準(zhǔn)技術(shù)從早期的投影光刻中的幾何成像對準(zhǔn)方式 ，包括視頻圖像對準(zhǔn)、雙目顯微鏡對準(zhǔn)等，一直到后來的波帶片對準(zhǔn)方式 、干涉強(qiáng)度對準(zhǔn) 、激光外差干涉以及莫爾條紋對準(zhǔn)方式 。從對準(zhǔn)信號上分 ，主要包括標(biāo)記的顯微圖像對準(zhǔn) 、基于光強(qiáng)信息的對準(zhǔn)和基于相位信息對準(zhǔn)。

　　對準(zhǔn)法則是第一次光刻只是把掩膜版上的Y軸與晶園上的平邊成90o，如圖所示。接下來的掩膜版都用對準(zhǔn)標(biāo)記與上一層帶有圖形的掩膜對準(zhǔn)。對準(zhǔn)標(biāo)記是一個特殊的圖形(見圖)，分布在每個芯片圖形的邊緣。經(jīng)過光刻工藝對準(zhǔn)標(biāo)記就永遠(yuǎn)留在芯片表面，同時作為下一次對準(zhǔn)使用。

　　對準(zhǔn)方法包括：

　　a、預(yù)對準(zhǔn)，通過硅片上的notch或者flat進(jìn)行激光自動對準(zhǔn)

　　b、通過對準(zhǔn)標(biāo)志，位于切割槽上。另外層間對準(zhǔn)，即套刻精度,保證圖形與硅片上已經(jīng)存在的圖形之間的對準(zhǔn)。

　　五、曝光(Exposure)

　　在這一步中，將使用特定波長的光對覆蓋襯底的光刻膠進(jìn)行選擇性地照射。光刻膠中的感光劑會發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，從而使正光刻膠被照射區(qū)域(感光區(qū)域)、負(fù)光刻膠未被照射的區(qū)域(非感光區(qū))化學(xué)成分發(fā)生變化。這些化學(xué)成分發(fā)生變化的區(qū)域，在下一步的能夠溶解于特定的顯影液中。

　　在接受光照后，正性光刻膠中的感光劑DQ會發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，變?yōu)橐蚁┩⑦M(jìn)一步水解為茚并羧酸(Indene-Carboxylic-Acid, CA)，羧酸在堿性溶劑中的溶解度比未感光部分的光刻膠高出約100倍，產(chǎn)生的羧酸同時還會促進(jìn)酚醛樹脂的溶解。利用感光與未感光光刻膠對堿性溶劑的不同溶解度，就可以進(jìn)行掩膜圖形的轉(zhuǎn)移。

　　曝光方法：

　　a、接觸式曝光(Contact Printing)掩膜板直接與光刻膠層接觸。

　　b、接近式曝光(Proximity Printing)掩膜板與光刻膠層的略微分開，大約為10～50μm。

　　c、投影式曝光(Projection Printing)。在掩膜板與光刻膠之間使用透鏡聚集光實現(xiàn)曝光。

　　d、步進(jìn)式曝光(Stepper)

　　這里特別說一下投影式曝光的分類：

　　曝光中最重要的兩個參數(shù)是：

　　1.曝光能量(Energy)

　　2.焦距(Focus)

　　如果能量和焦距調(diào)整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的圖形。表現(xiàn)為圖形的關(guān)鍵尺寸超出要求的范圍。