半导体工艺之十步图案化(五)

文摘   2024-07-25 06:11   北京  

光刻胶曝光速度、灵敏度和曝光源 光刻胶的主要作用是响应曝光光或辐射时结构的变化。一个重要的工艺因素是这种反应发生的速度。速度越快,晶圆就可以更快地通过掩膜区域进行处理。 光刻胶的灵敏度与引起聚合或光溶解发生的所需能量有关。此外,灵敏度与特定波长的曝光源的能量有关。理解这个属性需要熟悉电磁谱的性质(见下面的图片里面所示)。在自然界中,我们识别出几种不同类型的能量:光、短波和长波无线电波、X射线等。实际上,它们都是电磁能量(或辐射),并且根据它们的波长相互区分,波长更短的辐射具有更高的能量。

常见的正性和负性光刻胶响应于紫外线和深紫外线(DUV)部分的能量(见下面的图片所示)。有些是设计为响应这些范围内的特定波长峰值(见下面的图片中的g、h、i线)。有些光刻胶设计为与X射线或电子束(e-beams)一起工作。工业界转向使用激光,因为它们具有高能量和窄带宽。

光刻胶的灵敏度作为一个参数,是以启动基本反应所需的能量来测量的。单位是毫焦耳每平方厘米(mJ/cm²)。


光刻胶响应的特定波长称为光刻胶的光谱响应特性。见下面的图片所示显示了一个典型生产光刻胶的光谱响应特性。光谱中的峰值是携带更高能量(见下面的图片所示)的区域(波长)。在掩膜区域使用的不同类型的光源在“对准和曝光”部分有介绍。

工艺宽容度

在阅读有关各个掩膜工艺步骤的部分时,读者应该记住,整个工艺的目标是在晶圆层(s)中准确复制所需的图像尺寸。每一步都会影响到最终图像尺寸,每个步骤都有其固有的过程变化。有些光刻胶对这些变化更加宽容,即它们具有更宽的过程宽容度。过程宽容度越宽,晶圆上的图像满足所需尺寸规格的可能性就越高。

针孔

针孔是光刻胶层中微观上的小空洞。它们是有害的,因为它们允许蚀刻剂渗透过光刻胶层并在表面层蚀刻出小孔。针孔来自环境中的颗粒污染、旋转过程以及光刻胶层中的结构空洞。


光刻胶层越薄,针孔就越多。因此,较厚的膜具有更少的针孔,但它们也使得小开口的分辨率更加困难。这两个因素在确定工艺光刻胶厚度时构成了经典的权衡。


正性光刻胶的一个主要优点是它们具有更高的纵横比,这允许在给定图像尺寸的情况下,光刻胶膜更厚,针孔数量更少。


颗粒和污染水平 与其他工艺化学品一样,光刻胶必须满足严格的颗粒含量、钠和痕量金属污染物以及水分含量的标准。


步覆盖

当晶圆准备好进行第二次掩膜工艺时,表面已经有了多个添加层的步骤。随着晶圆在制造过程中的进行,表面会获得更多层。为了使光刻胶发挥其蚀刻屏障的作用,它必须在这些早期层的步骤上保持足够的厚度。光刻胶覆盖表面步骤并具有足够光刻胶的能力也是一个重要的参数。

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