光刻工藝:堅膜技巧解析
光刻工藝是半導(dǎo)體制造中的核心技術(shù)之一,,在芯片的精密制造過程中扮演著至關(guān)重要的角色,。在眾多光刻步驟中,,堅膜是一個不可忽視的環(huán)節(jié),。它直接影響到圖案轉(zhuǎn)移的質(zhì)量與效果,進(jìn)而決定著芯片的性能和穩(wěn)定性,。那么,,如何通過掌握堅膜技巧,提升光刻工藝的精度和效率呢,?今天,,我們就來深入解析這個環(huán)節(jié),幫助大家更好地理解并掌握堅膜技巧,。
光刻工藝流程圖
1 什么是堅膜(Hard Bake),?
堅膜是在光刻膠顯影后進(jìn)行的烘烤工藝步驟,,目的是通過熱交聯(lián)或其他方法,,提高光刻膠的化學(xué)或物理穩(wěn)定性,使其在后續(xù)的物理或化學(xué)過程(如濕法或干法蝕刻,、電鍍等)中具有更好的工藝穩(wěn)定性和效果,。
具體包括以下幾個方面:
揮發(fā)溶劑
使殘留的光刻膠溶劑全部揮發(fā),,避免溶劑對后續(xù)工藝造成影響,如污染離子注入環(huán)境等,。
提高粘附性
提高光刻膠與晶圓片表面的黏附性,,防止光刻膠在后續(xù)工藝中脫落。
增強(qiáng)抗腐蝕能力
增強(qiáng)光刻膠的抗腐蝕能力,,使其能夠更好地起到保護(hù)作用,,為下一步的刻蝕做好準(zhǔn)備。
除去剩余顯影液和水
除去顯影后殘留在光刻膠中的顯影液和水,,減少它們對光刻膠性能的影響,。
2 堅膜工藝方法
熱烘烤
將顯影后的晶圓片放在熱板上或烘箱中進(jìn)行烘烤,溫度通常在 100℃-160℃之間,,具體溫度和時間取決于光刻膠的類型和工藝要求,。在烘烤過程中,光刻膠中的樹脂會發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng),,從而提高光刻膠的穩(wěn)定性,。
深紫外堅膜
通過低劑量紫外線輻照和高溫的結(jié)合的方法,使用深紫外堅膜工藝只能使得光刻膠表面發(fā)生交聯(lián),。波長為 250nm 的深紫外輻射會破壞樹脂的光刻膠分子,,隨后加熱導(dǎo)致光刻膠結(jié)構(gòu)的交聯(lián)。由于深紫外輻射的穿透深度較低,,在光刻膠表面形成了幾十納米厚的交聯(lián)“外殼”,,在一定程度上保護(hù)了光刻膠結(jié)構(gòu)不受加熱的影響。
3 工藝要點
溫度控制
不同類型的光刻膠有不同的適宜堅膜溫度范圍,,需要根據(jù)光刻膠的類型精確控制烘膠溫度,。如果堅膜溫度過高,可能會導(dǎo)致光刻膠過度交聯(lián),,使其變得脆硬,,容易產(chǎn)生裂紋,并且會增加去膠的難度,;如果堅膜溫度過低,,光刻膠的交聯(lián)程度不夠,無法達(dá)到預(yù)期的穩(wěn)定性和抗蝕性,。
避免產(chǎn)生裂紋
在烘烤過程中,,光刻膠在 120℃-130℃左右開始脆化,光刻膠和襯底材料的不同熱膨脹系數(shù)可能會導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生,。如果必須做堅膜工藝,,不能降低溫度進(jìn)行,可以通過控制降溫速度來減小裂紋的形成,例如通過隨爐子冷卻來減小裂紋的產(chǎn)生,。同時,,烘烤后的襯底應(yīng)小心處理,避免變形,,如襯底彎曲,。
光刻膠變化
溶劑含量變化
隨著烘烤的進(jìn)行,殘余溶劑含量進(jìn)一步降低,,光刻膠結(jié)構(gòu)的彈性也隨之降低,。當(dāng)溫度超過 140℃時,正膠膜結(jié)構(gòu)交聯(lián),,光刻膠穩(wěn)定性提高,。
光引發(fā)劑變化
在正膠情況下,相當(dāng)一部分光引發(fā)劑在 120℃下幾分鐘內(nèi)就會分解,。雖然在顯影后不再需要光引發(fā)劑進(jìn)行光反應(yīng),,但在未曝光狀態(tài)下,它有助于提高光刻膠膜的堿性穩(wěn)定性,,以及用于隨后的濕法蝕刻步驟或在 pH 值為 > 7 的溶液中進(jìn)行的電鍍工藝,。由于光引發(fā)劑的分解降低,光刻膠膜的穩(wěn)定性甚至可能下降,。
樹脂交聯(lián)變化
在正膠情況下,,樹脂在 130℃-140℃下熱交聯(lián)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),這可以顯著提高光刻膠對堿性或有機(jī)溶劑的化學(xué)穩(wěn)定性,。對于負(fù)膠,,烘烤可能會導(dǎo)致光刻膠交聯(lián)程度的增加,特別是在負(fù)膠工藝中使用的堅膜溫度高于其曝光后烘的溫度的情況下,,如果負(fù)膠顯影后的結(jié)構(gòu)在后烘前受到泛曝光(無掩膜版曝光),,交聯(lián)程度會進(jìn)一步增加,從而提高側(cè)壁的濕化學(xué)穩(wěn)定性,。
4 結(jié)語
堅膜(Hard Bake)是光刻工藝中不可忽視的關(guān)鍵環(huán)節(jié),,直接影響到光刻圖案的質(zhì)量和穩(wěn)定性。通過掌握堅膜技巧,,優(yōu)化溫度,、時間控制以及操作細(xì)節(jié),可以大大提高光刻工藝的精度,,保證芯片制造的成功率,。希望本文能幫助大家更好地理解堅膜的作用和操作要點,助力光刻工藝的不斷提升,。
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