1、微影技術流程微影技術流程前處理黏著劑塗佈處理光阻材料塗佈預烤 ( 軟烤 )曝光顯像UV 硬化後烤 ( 硬烤 )圖案蝕刻去除光阻最終清洗下一個工程( 洗淨、乾燥 )(HMDS-Hexamethyldisilazane)( 去除溶劑 )( 步進機 )( 去除感光部分正光阻 )( 光阻硬化 )( 利用 UV 使光阻硬化 )( 利用光罩對光阻 底膜進行蝕刻 )( 去除不要的光阻膜 )光阻塗佈工程圖案曝光工程光阻顯像工程圖案蝕刻工程光阻去除工程微影技術微影技術光阻製程光阻製程 光阻的材料，通常是將感光性的樹脂成分溶解光阻的材料，通常是將感光性的樹脂成分溶解於有機溶劑中，利用旋轉塗佈將基板塗上一層於有機溶
2、劑中，利用旋轉塗佈將基板塗上一層光阻。光阻。 光阻可分為負光阻和正光阻兩種，但由於解析光阻可分為負光阻和正光阻兩種，但由於解析度的關係，目前以正光阻為主流。度的關係，目前以正光阻為主流。 負光阻是曝光的部位經聚合硬化後，將未曝光負光阻是曝光的部位經聚合硬化後，將未曝光的部位溶解，得到曝光部位的顯像。的部位溶解，得到曝光部位的顯像。 正光阻利用不同的顯像液，改變可溶性的構造，正光阻利用不同的顯像液，改變可溶性的構造，選擇將曝光的部分溶解或聚合，顯像留下未曝選擇將曝光的部分溶解或聚合，顯像留下未曝光的部分。光的部分。 如圖為正光阻和負光阻的定義。如圖為正光阻和負光阻的定義。負光阻和正光阻的比較負光
3、阻和正光阻的比較負光阻和正光阻的比較負光阻和正光阻的比較 欲欲形成相同的底膜圖案時，負光阻和正光阻使用黑白相形成相同的底膜圖案時，負光阻和正光阻使用黑白相反圖案的光罩。反圖案的光罩。 負光阻留下的光阻圖案負光阻留下的光阻圖案 (曝光部分曝光部分)，受到顯像液的影響，受到顯像液的影響而膨脹，導致解析度降低。而膨脹，導致解析度降低。 正光阻有穩定性、黏著性、使用不便等問題。但因具有高正光阻有穩定性、黏著性、使用不便等問題。但因具有高解析度，而選擇使用正光阻。因為光阻顯像時，對曝光和解析度，而選擇使用正光阻。因為光阻顯像時，對曝光和未曝光部分的溶解度差未曝光部分的溶解度差 (對比對比)，必須非常敏銳
4、。，必須非常敏銳。 負光阻是含有具感光特性的化合物和環化橡膠類樹脂的負光阻是含有具感光特性的化合物和環化橡膠類樹脂的有機溶劑，經光線照射後產生架橋反應，經重合、硬化，有機溶劑，經光線照射後產生架橋反應，經重合、硬化，利用顯影劑形成不溶性鹼。也就是說，可利用曝光部分和利用顯影劑形成不溶性鹼。也就是說，可利用曝光部分和未曝光部分產生溶解度的差異，進行圖案的顯像。未曝光部分產生溶解度的差異，進行圖案的顯像。 正光阻則是含有感光性材料和酚類樹脂的有機溶劑，為正光阻則是含有感光性材料和酚類樹脂的有機溶劑，為不溶性鹼。但經過光的照射，則成為可溶性鹼，因此可使不溶性鹼。但經過光的照射，則成為可溶性鹼，因此可
5、使用鹼溶劑進行圖案的顯像。用鹼溶劑進行圖案的顯像。 負光阻和正光阻的比較負光阻和正光阻的比較參數參數負光阻負光阻正光阻正光阻化學穩定性化學穩定性穩定穩定稍不穩定稍不穩定靈敏度靈敏度較高較高較低較低解析度解析度稍低稍低高高顯像容許度顯像容許度大大小小氧的影響氧的影響大大小小塗佈膜的厚度塗佈膜的厚度因解析度無法加厚因解析度無法加厚可加厚塗佈可加厚塗佈階梯式覆蓋率階梯式覆蓋率不佳不佳良好良好去除光阻去除光阻 ( ( 圖案形成後圖案形成後 ) ) 稍困難稍困難容易容易耐濕式蝕刻性耐濕式蝕刻性良好良好不佳不佳耐乾式蝕刻性耐乾式蝕刻性稍差稍差良好良好與與SiOSiO2 2的黏著性的黏著性良好良好不佳不佳機
6、械強度機械強度強強弱弱微影製程詳細流程微影製程詳細流程前處理脫水黏著劑塗佈光阻塗佈特殊處理工程預烤( 軟烤 )背面、邊緣部分光阻去除顯像( 清洗 )特殊處理工程檢查後烤( 硬烤 )紫外光硬化(UV cure)光罩曝光圖案蝕刻檢查光阻去除乾式顯像微影技術擦磨洗滌裝置高壓水清洗烘烤箱旋轉塗佈裝置蒸汽處理旋轉塗佈裝置特殊藥品處理工程烘烤爐紅外線加熱方式微波加熱方式電熱平板加熱方式邊緣蝕刻裝置周圍部分曝光裝置光罩對準浸漬顯像裝置噴灑顯像裝置旋轉顯像裝置電漿顯像裝置特殊藥品處理工程檢查站烘烤爐紅外線加熱方式微波加熱方式電熱平板加熱方式紫外光照射裝置蝕刻裝置檢查站光阻剝離裝置乾式剝離濕式剝離圖案曝光製程圖
7、案曝光製程 步進機為了進行縮小投影，具有光學透鏡系統和照明步進機為了進行縮小投影，具有光學透鏡系統和照明系統系統( (光源光源) ) 。為了進行。為了進行step and repeatstep and repeat，需要有精，需要有精密驅動的密驅動的X-YX-Y晶圓移動台。晶圓移動台。 步進機的性能，主要受到縮小投影透鏡的性能，調準步進機的性能，主要受到縮小投影透鏡的性能，調準夾夾 對準位置的精確度，以及對準位置的精確度，以及X-YX-Y移動台的精確度等影移動台的精確度等影響。隨著年年技術的提升，解析度也持續改良。響。隨著年年技術的提升，解析度也持續改良。 由於縮小投影透鏡與光源的進步，提升解
8、析度的手法由於縮小投影透鏡與光源的進步，提升解析度的手法有兩種：提升透鏡口徑有兩種：提升透鏡口徑(NA(NA：numerical aperture) numerical aperture) ，及光源的短波長化。及光源的短波長化。 0.150.15m m的圖案，可使用的圖案，可使用KrFKrF光源光源(249 nm)(249 nm)；小於；小於0.10 0.10 m m的話，則使用更短波長的的話，則使用更短波長的(157 nm)(157 nm)等。等。 隨著隨著NANA增大、光源的短波長化，將產生聚焦深度增大、光源的短波長化，將產生聚焦深度(DOF(DOF； Depth of Focus) De
9、pth of Focus) 的問題。的問題。聚焦深度探討聚焦深度探討 如果超過聚焦深度，對凹凸不平的表面進行曝光時，將如果超過聚焦深度，對凹凸不平的表面進行曝光時，將無法得到預期的解析度。無法得到預期的解析度。 由於提高解析度，由於提高解析度，DOFDOF會變淺，故必須避免表面的凹凸，會變淺，故必須避免表面的凹凸，如果能保持表面平坦進行曝光，就可以得到預期的高解析如果能保持表面平坦進行曝光，就可以得到預期的高解析度。為此提出一個有效的解決方法：多層光阻技術。度。為此提出一個有效的解決方法：多層光阻技術。 不管底膜是否凹凸不平，只要使光阻表面平坦，在上面不管底膜是否凹凸不平，只要使光阻表面平坦，
10、在上面的薄膜的薄膜( (或是其他種類的光阻膜或是其他種類的光阻膜) )完成高解析度的圖案後，完成高解析度的圖案後，利用利用RIE(RIE(反應性離子蝕刻反應性離子蝕刻) ) 對下層光阻厚膜進行異向性蝕對下層光阻厚膜進行異向性蝕刻。如此一來，就可以形成與底膜無關的高解析度光阻圖刻。如此一來，就可以形成與底膜無關的高解析度光阻圖案。這就是多層光阻製程的概念。案。這就是多層光阻製程的概念。步進機解析度、步進機解析度、NANA、波長、聚焦深度關係、波長、聚焦深度關係提高解析度的多層光阻製程提高解析度的多層光阻製程曝光裝置曝光裝置 曝光裝置分為接觸曝光方式和近接曝曝光裝置分為接觸曝光方式和近接曝光方式。
11、光方式。 不需進行縮小投影，直接利用掃瞄形不需進行縮小投影，直接利用掃瞄形成縮小投影圖案，稱為掃瞄的方式成縮小投影圖案，稱為掃瞄的方式。不但可減少變形，並可形成場面積大不但可減少變形，並可形成場面積大的圖案。的圖案。 為了提高圖案的解析度，利用相位差為了提高圖案的解析度，利用相位差光罩光罩 (PSM: Phase Shift Mask) (PSM: Phase Shift Mask) 圖案圖案的方式。的方式。 圖案曝光裝置分類圖案曝光裝置分類 光曝光裝置X 光曝光裝置雷射束曝光裝置電子束曝光裝置離子束曝光裝置開發階段標線 ( 光罩描圖 )電路圖案、光罩修復標線 ( 光罩描圖 )等比例光罩 (
12、光罩描圖 )晶圓上直接進行圖案描圖電路圖案、光罩修復電路圖案、光罩修復接觸曝光裝置( 接觸對準曝光器 )近接曝光裝置( 近接對準曝光器 )鏡面透鏡投影曝光裝置( 鏡面透鏡投影對準曝光器 )透鏡對準縮小投影曝光裝置( 步進機 )掃瞄型縮小投影曝光裝置( 掃瞄步進機、掃瞄機 )反射型縮小投影曝光裝置( 步進掃瞄投影對準曝光器 )紫外光光源紫外光及深紫外光光源(Deep UV)紫外線光源g 線 (436 nm)i 線 (365 nm)深紫外線光源紫外光光源KrF (249 nm)ArF (193 nm)F2 (157 nm)精品课件精品课件！精品课件精品课件！今後的展望今後的展望 以光進行曝光的技術
13、還是有極限，今後將朝以光進行曝光的技術還是有極限，今後將朝X X光或電子束光或電子束的曝光技術前進。的曝光技術前進。 在微影技術在微影技術I I的範圍內，今後隨著尺寸的細微化，光源的的範圍內，今後隨著尺寸的細微化，光源的選擇與光阻的開發，將成為重要的關鍵。選擇與光阻的開發，將成為重要的關鍵。 為了解決提升解析度，造成聚焦深度為了解決提升解析度，造成聚焦深度(DOF)(DOF)變淺的問題，變淺的問題，利用利用CMP(CMP(化學機器研磨化學機器研磨) )將全面平坦化技術導入製程中，將全面平坦化技術導入製程中，可獲得很好的改善。可獲得很好的改善。 從從19701970年代開始，一直在討論光阻製程乾式化的可能性。年代開始，一直在討論光阻製程乾式化的可能性。 光阻的塗佈和顯像雖然還是濕式製程，但目前相關的技光阻的塗佈和顯像雖然還是濕式製程，但目前相關的技術革新都朝乾式製程進行。術革新都朝乾式製程進行。
