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半导体光刻工艺及光刻机全解析
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更新于2023-05-29
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光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上,为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3,耗费时间约占整个硅片工艺的40~60%。
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机全解析
光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用
是将掩膜板上的图形复制到硅片上,为下一步进行刻蚀或者离
子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的
1/3,耗费时间约占整个硅片工艺的 40~60%。
光刻机是生产线上最贵的机台,5~15 百万美元/台。主要是贵
在成像系统(由 15~20 个直 径为 200~300mm 的透镜组
成)和定位系统(定位精度小于 10nm)。其折旧速度非常快,

大约 3~9 万人民币/天,所以也称之为印钞机。光刻部分的主
要机台包括两部分:轨道机(Tracker),用于涂胶显影;扫
描曝光机(Scanning )
光刻工艺的要求:光刻工具具有高的分辨率;光刻胶具有高的
光学敏感性;准确地对准;大尺寸硅片的制造;低的缺陷密度。
光刻工艺过程
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、
软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。
1、硅片清洗烘干(Cleaning and Pre-Baking)
方法:湿法清洗+去离子水冲洗+脱水烘焙(热板 150~
2500C,1~2 分钟,氮气保护)
目的:a、除去表面的污染物(颗粒、有机物、工艺残余、可动
离子);b、除去水蒸气,是基底表面由亲水性变为憎水性,
增强表面的黏附性(对光刻胶或者是 HMDS-〉六甲基二硅胺
烷)。

2、涂底(Priming)
方法:a、气相成底膜的热板涂底。HMDS 蒸气淀积,200~
2500C,30 秒钟;优点:涂底均匀、避免颗粒污染;b、旋转
涂底。缺点:颗粒污染、涂底不均匀、HMDS 用量大。
目的:使表面具有疏水性,增强基底表面与光刻胶的黏附性。
3、旋转涂胶(Spin-on PR Coating)
方法:a、静态涂胶(Static)。硅片静止时,滴胶、加速旋
转、甩胶、挥发溶剂(原光刻胶的溶剂约占 65~85%,旋涂后
约占 10~20%);
b 、 动态 ( Dynamic ) 。 低 速 旋 转( 500rpm_rotation
per minute)、滴胶、加速旋转(3000rpm)、甩胶、挥
发溶剂。
决 定 光 刻 胶 涂 胶 厚 度 的 关 键 参 数 : 光 刻 胶 的 黏 度
(Viscosity),黏度越低,光刻胶的厚度越薄;旋转速度,
速度越快,厚度越薄;

影响光刻胶厚度均运性的参数:旋转加速度,加速越快越均匀;
与旋转加速的时间点有关。
一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关(因为不同级别
的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率):
I-line 最厚,约 0.7~3μm;KrF 的厚度约 0.4~0.9μm;
ArF 的厚度约 0.2~0.5μm。
4、软烘(Soft Baking)
方法:真空热板,85~120℃,30~60 秒;
目的:除去溶剂(4~7%);增强黏附性;释放光刻胶膜内的
应力;防止光刻胶玷污设备;
边缘光刻胶的去除(EBR,Edge Bead Removal)。光刻
胶涂覆后,在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘
的光刻胶一般涂布不均匀,不能得到很好的图形,而且容易发
生剥离(Peeling)而影响其它部分的图形。所以需要去除。
方法: a 、 化 学的方法 ( Chemical EBR )。 软 烘后,用
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