微影技术培训资料..ppt
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1、第三章,微影技術,微影,微影,簡單來說,是將光源透過有圖案的光罩,將光罩上的圖案完整地傳送到晶片表面所塗抹的感光材料(光阻)上,再進行去除或保留光阻的步驟,以完成圖案轉移。微影技術的解析度限定了半導體元件的最小線寬,而解析度主要由光阻性質與曝光設備及方法來決定。,無塵室(Clean Room),無塵室中污染物的控制:1.無塵室溫溼度的控制2.震動的控制3.純水的控制4.粉塵顆粒的控制5.氣體的控制6.電磁波的控制7.靜電的控制8.化學品的控制,美國無塵室等級(參照FED-STD-209D),製程氣體不純物對製程可能造成的影響,微影製程步驟圖示,光阻(photo resist),1.光組主要由樹
2、脂(resin),感光劑(sensitizer),溶劑(solvant)三種成分混合而成。2.光阻分為正光阻及負光阻兩種(a)正光阻:光阻本身難溶於顯影液,曝光後解離成 小分子,形成容易溶於顯影液的結構。(b)負光阻:曝光後形成不容易溶於顯影液的結構。,光阻特性及正負光阻圖示,光阻材料的性質:敏感度(sensitivity)或稱為感光度對比(contrast)解析度(resolution)光吸收度(optical density)耐蝕刻度純度(purity),Lift-off 之圖形,常見正負光阻表,正負光阻比較,微影製程之步驟,1.晶片清洗:主要在於清除晶片上之雜質,以利後續之製程。2.去水
3、烘烤:晶片表面上常會吸附空氣中的水分子,在後面升溫的 過程之中,可能形成薄的負氧化層(negative oxide),故在晶片清洗完之後,先將晶片上的水分去除,再 進行下面的製程。,3.塗底:在晶片上圖上一層增加光阻與晶片表面附著能力的化 合物。4.上光阻:通常上光阻是使用旋鍍的方式(spin coating)。下列幾項因素會影響光阻是否到達所需的旋鍍厚度:(a)開始時滴入光阻液的量(b)晶片的大小(c)旋鍍機的轉速與轉加速度(d)光阻液的性質,如黏滯性及固體粒子的量(e)所以要慎選光阻液,並配合晶片大小選擇適當的光阻液量,在嘗試調整旋鍍機加速度及等加速度的大小及時間,以達理 想的光阻塗佈厚度
4、,上光阻示意圖,光阻膜厚度 T光阻中固體粒子含量 C光阻黏性旋轉速度,5.軟烤:或稱預烤(pre-bake),其目的有三:(a)是將光阻液中的溶劑含量由 20至 30降至 4到7%,光阻厚度因此也將減少約 10至 20(b)軟烤有回火(annealing)的效果,使光阻平坦化(c)可增加附著力,6.對準及曝光:軟烤結束後,將光罩與晶片放置在曝光機上,利用對準 標誌(align-mark)將兩者相對位置進行校準,其方法 為:(a)將晶片利用曝光機進行移動或轉動,使晶片的左右對準標誌 和光罩的對準標誌盡量重合,即完成對準(b)接著按下曝光機上的曝光鍵,可進行曝光工作,光罩的對準標誌,定位偏移,X方
5、向,旋轉,向外失距,曝光機,曝光機的選擇要點(a)解析能力/限制(b)定位精確度(c)污染程度(d)可信賴度(e)產能(f)擁有設備的全部花費,曝光機的種類 光學式 非光學式 接觸式 X光 近接式 電子射束 投影式 步進式,曝光光源,(a)汞燈(Hg):(b)KrF為光源:產生深紫外光(Deep UV),用在IC廠0.25m製程(c)Excimer laser(準分子雷射):KrF 248nm、ArF 193nm(IC廠 0.18m製程)等(d)E-beam(電子的物質波):價錢昂貴,速度緩慢,正設法大量生 產中(e)X光:能量需求很高,價錢昂貴,且光罩需特別製作,多用在 LIGA製程上,光譜
6、,7.顯影:因感光劑在曝光後改變光阻的性質,利用顯影液將要去除的光阻洗掉,完成在光阻上的圖案轉移。下表為常用的光阻及所對應的顯影液:,光阻的顯影,(a)過程,(b)問題,8.硬烤:經過顯影後的光阻,還需要經過最後的步驟-硬烤,通常也是使用熱墊板。硬烤溫度較軟烤溫度來的高,此溫度高於光阻的玻態轉變溫度(galss transition),故光阻將如溶融的玻璃,表面也將因表面張力而平坦 化。目的如下:(a)將光阻溶劑含量降至最低(b)增加附著力,避免遇酸時脫落(c)增加對酸的抵抗力(d)使邊緣平滑,減少缺陷,如孔隙,9.顯影檢查:此項檢查的目的是找出那些不太可能通過微影最終檢查的晶圓片,提供製程效
7、能和製程控制數據,並找出可重新使用的晶圓片。表面乾燥 旋轉 烘烤去除光阻 定位及曝光 顯影及烘烤顯影檢查 剔除不良晶圓 良好的晶圓 再生晶圓的製程迴路,10.蝕刻:當顯影檢查完成時,光罩的影像被轉移在光阻層上,此時晶圓準備進入蝕刻步驟,此步驟中影像才是被永遠的轉移在晶圓的表面層。蝕刻(etch)是將晶圓表面的上層材料由光阻圖案的開孔處移除的製程。,11.去除光阻:在蝕刻完成之後,晶圓表面層的圖案成為永久固定,而其上方原先用以作為蝕刻之阻隔物的光阻層便無存 在的必要,故可由表面移除。傳統的光阻去除法是用 濕式化學法。通常光阻去除劑(strippers)分成三類:通 用型、正光阻專用型、負光阻專用
8、型,或者可由晶圓 表面的型態來分:金屬或非金屬的。濕式去除法較受歡迎的理由:(a)使用的歷史悠久。(b)價格低廉又有效。(c)可有效的移除金屬離子。(d)為一種低溫製程且不會只晶圓暴露於可能有害的輻射之下。,12.最終檢查:基本上這跟顯影檢查是相同的,除了檢查出的不良品大部分是不能修正的嚴重錯誤(不可能重做),唯一例外的是,晶圓若是僅被污染可能重新清潔再重新檢查。最終檢查保證送出晶圓的品質良好,並同時可藉此查驗顯影檢查的效果。,一般光罩的製作,步驟一,步驟二,步驟三,步驟四,步驟四,步驟五,步驟六,步驟七,X光深蝕刻光罩的製作,步驟一,步驟二,步驟三,步驟四,步驟五,步驟六,:將光阻去除,留下
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