半导体工艺之从显影到最终检查(三)

文摘   2024-10-13 22:14   北京  

水坑显影

喷雾显影非常吸引人,因为它的均匀性和生产力。用于正性光刻胶显影以获得喷雾优势的过程变体是水坑程序。这个系统使用标准的单晶圆喷雾单元。常规喷雾显影和水坑程序之间的差异在于将显影化学品应用到晶圆上。该过程从在静止晶圆上沉积足够的显影剂以覆盖表面开始(如下图所示)。表面张力使显影剂在晶圆上形成水坑。水坑在那里坐了一段所需的时间,通常是在加热的晶圆上,导致大部分显影发生。水坑显影实际上是单晶圆、仅限正面的沉浸过程。在所需的水坑时间后,晶圆表面被喷上更多的显影剂并冲洗、干燥,然后传递到下一步。

等离子体去除残留物

一种特别困难的不完全显影形式是称为残留物的状况。残留物可能是未溶解的光刻胶碎片或残留的显影剂。该薄膜非常薄,很难用视觉检查检测到。为了应对这个问题,具有微米和亚微米开口的先进超大规模集成(ULSI)生产线将在化学显影后,在富氧等离子体室中去除晶圆上的薄膜。

干法(或等离子体)显影

消除液体工艺一直是行业的长期目标。它们很难集成到自动化生产线中,化学品是购买、存储、控制和移除/处置的重大费用。替代液体化学显影液的一种方法是使用等离子体蚀刻过程。干法等离子体蚀刻是蚀刻晶圆表面层的成熟过程(见“干法蚀刻”)。在等离子体蚀刻机中,离子通过等离子体场被激活,化学溶解(蚀刻)暴露的层表面。干法光刻胶显影需要一种光刻胶化学性质,使得等离子体激发的氧气容易移除光刻胶层的暴露部分或未暴露部分。换句话说,图案的一部分是从晶圆表面氧化掉的。一种称为DESIRE的干法显影过程,使用硅烷化和等离子体O2。

硬烤

硬烤是掩蔽过程中的第二次热处理操作。其目的本质上与软烤步骤相同:蒸发溶剂以硬化光刻胶。然而,硬烤的目标是完全实现光刻胶与晶圆表面的附着。因此,这一步有时被称为预蚀刻烘烤或预烘烤。

硬烤方法

硬烤与软烤在设备和方法上相似。对流炉、在线和手动热板、红外隧道炉、移动带传导炉和真空炉都用于硬烤。对于自动化生产线,轨道系统更受青睐。

硬烤过程

硬烤的确切时间和温度与软烤过程大致相同。起点是光刻胶制造商推荐的工艺。之后,该过程被微调以实现所需的附着力和尺寸控制。名义上的硬烤温度是在对流炉中130°–150°C烘烤30分钟。其他方法的温度和时间各不相同。最低温度设置为实现良好的光刻胶图像边缘附着到表面上。热引起的附着机制是脱水和聚合。热量将水分从光刻胶中驱出,同时进一步聚合它,从而增加了其抗蚀刻性能。

硬烤的上限温度由光刻胶的流动点设置。光刻胶是一种塑性材料,加热时会软化并流动(如下图所示)。当光刻胶流动时,图像尺寸会发生变化。极端流动表现为图像周围一系列边缘线。边缘线是由于光刻胶在流动后留下的斜率产生的光学效果。

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