提高光刻膠陡直度的方法

1、提高光刻膠陡直度的方法摘要：陡直度與很多因素有關，如介質的材料、光刻膠的種類以及工藝參數(shù)等。 在本文中，實驗環(huán)境固定在硅介質表面，采用羅門哈斯公司生產的LC100A型光 刻膠，在已有成熟工藝的基礎上，實驗采用分段顯影方法、改善前烘條件以及加 入PEB烘干對提高陡直度的影響。對陡直度的評價采用顯微鏡定性觀察，掃描電 鏡測量的方法。關鍵詞：光刻膠陡直度；提高方法1、刖言光刻是利用光化學反應將臨時電路圖形從掩膜版轉移到光刻膠膜上的工藝。 影響光刻質量的因素包含光源、掩膜版與光刻膠三部分。其中，掩膜版與光源（光 刻機）在日常生產中視為固定不變的因素。相比較而言，光刻膠受曝光條件、顯影 條件、烘干條件等

2、諸多因素的影響，其性質會有明顯變化。本文就光刻膠膜的陡 直度（以下簡稱陡直度）進行了一系列研究和實驗，其最終目的是找到現(xiàn)有條件 下提高光刻線條陡直度的方法。為了清晰地觀察和測量光刻膠膜，在實驗中采取 觀察剖面的方式，進行光刻流程后，由硅片兩側劃出缺口，垂直于光刻膠線條將 硅片裂開，劃片與裂片時不能觸及光刻膠線條區(qū)域以免造成玷污。最后使用掃描 電鏡對剖面進行測量與評價。為了裂片方便，實驗環(huán)境中使用PV100晶向的硅 片。2、光刻原理和成像條件IC過程中的光刻是將掩膜版上的圖形（根據(jù)電路的設計制成生產用的多層不 同圖形的掩膜版）經過曝光系統(tǒng)曝光復印在晶圓表面的光阻上，使光阻感光而發(fā) 生一定的化學變

3、化，產生溶解性不同的部分，再經過有機堿性物質為主要成分的 顯影液處理后形成所需圖形的過程。因此光刻過程中，掩膜版、涂膠顯影設備、 曝光對準系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、操作軟件和檢查測量圖形的工具都是必須的設備。光 刻過程中的誤差（包括對準誤差和線寬誤差）可造成圖形改變或丟失，最終可轉 化為對集成電路的電學性能的影響。光刻工藝中的另一個問題是缺陷。光刻是運 用多種高科技技術的特殊照相方法，只是在非常微小的分辨率下進行。在光刻過 程中有污染或工藝條件不合適（如膠涂的太薄出現(xiàn)針孔）會造成缺陷。因為光刻 在晶圓上轉移圖形要進行十幾層或更多，所以缺陷問題將會逐層放大。對于NSR-2005i9c光刻機，線寬精度已達亞

4、微米，所以很小的顆粒就會影響 光刻的成像質量，造成缺陷線路聯(lián)通或斷開，這對它的工作環(huán)境提出了更高的要 求，一般要求光刻的潔凈度達到十級。此外，因為光刻圖形轉移載體用的是具有 感光性的光阻，如果在普通光線下照射，會使光阻發(fā)生化學特性改變，而導致光 阻失效，光刻過程也需要限制在特定的光線環(huán)境下。一般光刻時，我們用黃色光 源進行照明，所以光刻工作間也稱為黃光區(qū)。光刻工序是一個復雜的過程，其工藝流程為：前部工藝（晶圓制備后經過氧 化或蒸發(fā)等處理）一一晶圓清洗一一表面處理（氣相沉積底膜）一一旋轉涂覆光阻 前烘一一對準和曝光一一曝光后烘焙一一顯影一一堅膜烘焙一一顯影檢查。如 圖1光刻工藝流程圖。圖1光刻工

5、藝流程圖光刻工藝流程中每一步都很重要，任何一個工藝步驟都會影響圖形的質量， 所以要不斷優(yōu)化工藝條件，盡量提高工藝的寬容度，使流程具有穩(wěn)定的工藝參數(shù)。 其核心工藝為圖1中方框內的過程，其中尤其以涂膠、曝光和對準、顯影最為重 要。而光刻前部工藝對微細線條的加工影響，也隨線條減小，越來越大。3、方法和討論3.1生產標準流程在優(yōu)化方案以前，首先測量標準流程時的陡直度，采用硅介質（單晶硅光片） 是由于硅的導電性能比二氧化硅要好，在掃描電鏡下觀察可以得到清晰圖像。工 藝過程及關鍵參數(shù)如圖2和表1所示。堅膜完成后進行裂片，對剖面進行測量， 得出標準流程條件下的陡直度約為60。圖2線條剖面掃描區(qū)域圖表1關鍵工

6、藝參數(shù)3.2二次顯影二次顯影方法的靈感來自于厚膠工藝，約35m的光刻膠用1次顯影沖水 無法徹底顯影，顯影后線條發(fā)粗，其原因在于雖然曝光充分，但是顯影液無法一 次溶解足夠的光刻膠，而加長顯影時間勢必造成過顯影，使過渡區(qū)變寬。為了解 決這一問題，將原本的顯影時間對半改為二次顯影，每次的顯影時間只有原來的 一半，使曝光區(qū)域產生的酸性物質能夠與堿性的顯影液充分接觸。在普通的5叩 光刻膠工藝中使用2段顯影方法，在顯微鏡中可以比較得出:線條過渡區(qū) 寬度減小。在掃描電鏡中圖形角落由原來的圓角變?yōu)橹苯?。此次實驗將顯影時間 由60s+沖水改為30s+沖水+30S+沖水的方式進行顯影，在掃描電鏡下觀察陡直度 變化

7、，結果如圖3和圖4所示。圖3二次顯影與一次顯影線條過渡區(qū)對比圖4二次顯影陡直度實驗證明，采用二次顯影對于提升線條陡直度有較為明顯的作用。然而，二 次顯影意味著成本的提高，顯影液用量較以前翻了一倍。且在鋁膜光刻時，堿性 的顯影液會腐蝕鋁膜。因此在生產過程中，3m左右的線條應根據(jù)其實際情況可 以適當?shù)剡x用此種方法。3.3改善前烘條件Soft-bake，中文稱軟烘或前烘，其目的是去除光刻膠中的大部分溶劑，增 加光刻膠的粘附性，并固定光刻膠的曝光特性（優(yōu)化其對比度并保持可接受的敏感 度），在本次實驗中，使用熱板進行前烘，控制溫度與時間的不同設計實驗，利用 的就是前烘對膠膜對比度的優(yōu)化特性。根據(jù)溫度與時

8、間的不同設計實驗如表2所 示。表2前烘溫度/時間實驗參數(shù)表進行多次實驗比較，100C、90s前烘條件時測得陡直度最好，約為63。而 且，在實驗中陡直度對于前烘溫度較為敏感，對于前烘時間則不敏感。本次前烘 實驗僅在小范圍內調節(jié)前烘溫度與時間，原因在于前烘溫度對膠膜的光刻特性有 很大影響。過高的調節(jié)前烘溫度與時間將大幅度降低光刻膠的敏感性，從而增加 了曝光強度與時間，影響了生產效率;前烘溫度過高會引起抗蝕劑的熱交聯(lián)，在顯 影時留下底膜，影響腐蝕效果。4PEBPostExposureBaking，簡稱PEB,中文稱作后烘(區(qū)分于堅膜)，其目的是:(1)進 一步減少光刻膠中的剩余溶劑，比率約為從前烘的

9、7%4%減小到5%2%;(2)減 少曝光中產生的駐波缺陷;(3)激發(fā)深紫外(DUV)光刻中產生的酸性物質，使其能夠 溶解于顯影液。由于線條較大，光刻流片過程中并未使用PEB烘焙，鑒于PEB的 諸多好處，在標準流程中嘗試加入PEB觀察其對陡直度的影響。采用獨立熱板， 在曝光后進行PEB，然而結果不如人意，嘗試了不同的溫度與時間組合，采用 PEB后陡直度都有不同程度的下降。3、結語圖5為使用了優(yōu)化方案(前烘條件100C，90s、30S+30S二次顯影)后，陡直度 的測試圖。此條件下，光刻陡直度接近70，較優(yōu)化前提升了 16. 7%。本文實驗 了多種在增加光刻陡直度的方法，在實際生產中，線條質量并非光刻要追求的唯 一目標，更重要的是光刻膠的抗蝕性，改變光刻條件不可避免地會影響到膠膜的 抗蝕性，孰輕孰重需要由工藝負責人根據(jù)具體情況判斷。圖5最終方案陡直度測試圖參考文獻：1李勇.利用等離子體表面預處理改善光掩