在掩膜工艺中,有两个加热步骤。第一个叫做软烘烤,它从光刻胶中蒸发溶剂。第二个在光刻胶层中图像被显影后进行,称为硬烘烤。硬烘烤的目的是增加光刻胶对晶圆表面的黏附。然而,光刻胶是一种类似塑料的材料,在硬烘烤步骤中会软化并可能流动。流动量对最终图像尺寸有重要影响。光刻胶必须在烘烤过程中保持其形状和结构,或者工艺设计必须考虑到由于热流引起的尺寸变化。
目标是尽可能高的温度进行烘烤,以最大限度地提高粘度,而不会引起光刻胶流动,从而扭曲图像。通常,光刻胶的热流越稳定,它在工艺中就越好。
正性和负性光刻胶的比较 直到20世纪70年代中期,负性光刻胶在掩膜工艺中占主导地位。VLSI电路的出现和亚微米尺寸图像对负性光刻胶的分辨率能力构成了挑战。正性光刻胶已经存在了20多年,但当时它们的黏附性能较差,而且它们的优越分辨率能力和针孔保护并不需要。
在1980年代,正性光刻胶成为首选的光刻胶。过渡并不容易。转向正性光刻胶需要改变掩膜或光罩的极性。两种光刻胶的掩膜或光罩尺寸打印方式不同(见下图所示)。使用负性光刻胶和明场掩膜时,由于光的包裹(衍射),光刻胶中的尺寸比掩膜/光罩尺寸小。使用正性光刻胶和暗场掩膜时,衍射倾向于扩大图像。这些变化必须在制作掩膜/光罩和设计其他掩膜工艺时考虑。换句话说,需要一个全新的工艺来切换光刻胶类型。
大多数掩膜层上的图像大多是孔。使用正性光刻胶时,掩膜极性是暗场,这为晶圆提供了额外的针孔保护(见下图所示)。明场掩膜容易在玻璃表面出现小裂纹。这些裂纹,称为玻璃损伤,阻挡了曝光,导致光刻胶层中出现不需要的孔,这些孔反过来又蚀刻到晶圆表面上作为孔。掩膜/光罩上的污垢颗粒在明场区域也是如此。在暗场掩膜上,大部分表面被铬覆盖,铬较硬,不太可能有针孔。因此,晶圆上不想要的针孔较少。对于非常小的图像尺寸,正性光刻胶是唯一的选择。
光刻胶的去除也是一个因素。通常,正性光刻胶的去除更容易,并且发生在更环保的化学物质中。生产更简单设备和电路的制造区域,具有较大图像尺寸或更大的可能仍然使用负性光刻胶。见下图所示显示了两种光刻胶性质的比较。
光刻胶的物理性质
刚刚详细描述的性能因素和所有十个基本工艺步骤都与光刻胶的许多物理和化学性质有关。这些性质由光刻胶制造商严格控制。
固体含量
光刻胶是一种液体,通过旋转技术涂覆在晶圆上。留在晶圆上的光刻胶厚度是旋转步骤参数和几个光刻胶属性的函数:固体含量和粘度。
回想一下,光刻胶是聚合物、感光剂和添加剂在溶剂中的悬浮液。不同的光刻胶会包含不同数量的这些固体。这个数量被称为光刻胶的固体含量,并以光刻胶中的重量百分比表示。固体含量在20%到40%的范围内。
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