紫外光刻工藝流程

紫外光刻是指紫外光源對光刻膠進行空間選擇性曝光，進而將所設計好的圖形轉移到硅片上的技術。     

光刻是一個復雜的物理化學過程，具有大面積、易操作、可量產和低成本等特點，是半導體器件與大規模集成電路制造的核心步驟。

01 襯底預處理（Substrate Pre-treatment）：

當使用新的潔凈襯底時，需要預先在熱板上加熱（150~200℃，2~3分鐘），以去除襯底表面的水汽，并且應該盡快進行下一步工藝，或者將已經處理好的襯底存放在干燥容器中避免再次吸收水分。對于被污染的襯底或是使用過的晶圓，需要進行清洗。常規清潔步驟是先用丙酮處理，然后使用異丙醇或者乙醇清洗，最后進行干燥處理，從而提高襯底對光刻膠的粘附力。

02 涂膠（Coat）：

光刻膠主要通過旋涂的方式進行涂布，對于薄膠，旋涂轉速為2000~4000rpm，對于相對較厚的膠，旋涂轉速為250~2000rpm，勻膠機的轉速通常可以達到9000rpm，在某些情況下，還可以使用100~200rpm這類較慢的轉速來獲得特定較厚的膠層。但是這種情況下，膠膜的質量會下降，并且可能會在硅片的邊緣形成大量的邊緣膠珠，可以通過旋涂獲得30~200μm的膠厚（取決于光刻膠的類型），也可以使用自流平的方法獲得高達1mm的厚膠膜。

S1800系列的光刻膠是常用的薄膠，穩定可靠。如下圖所示：以S1811光刻膠為例，在5000rpm下膠厚約為 1.0μm，在2000rpm下的膠厚約為1.5μm，使用高轉速（6000rpm）可將膠厚控制在0.8μm左右。

托托科技對S1805光刻膠已有成熟的工藝參數，在前轉500rmp/s；后轉5000rpm/s 50s參數下能獲得最合適的曝光效果；可應用于濕法腐蝕和干法刻蝕，也可與底層膠 LOR搭配，做lift-off 工藝。

03 前烘（prebake）：

前烘的目的是將光刻膠的有機溶劑揮發掉，使膠的表面固化。每種光刻膠都有特定的前烘溫度與時間，前烘結束后要等待硅片冷卻才能進行下一步工藝。

04 曝光（Exposure）：

曝光時，硅片表面的光刻膠與紫外光會發生化學反應。在托托科技的無掩膜光刻設備中，由所選圖形產生二進制信號控制微反射鏡的偏轉角度，使得紫外光的空間分布與待光刻區域一致，以此達到所見即所得的光刻效果。

曝光時間和光強共同決定光刻效果，若曝光時間過短或者光強過小，則會曝光不足，在結果上表現為顯影后的圖樣為彩色或顯示不完整，如圖1所示；

若曝光時間過長或者光強過大，則會產生過曝現象，會導致圖形線寬增加或邊緣出現鋸齒，如圖3所示。

不同的光刻膠有不同的曝光時間與光強，可以通過軟件中的陣列光刻模式來尋找曝光參數。

圖1 曝光時間過短或光強過小

圖2 曝光正常

圖3 曝光時間過長或光強太大

05 顯影（development）：

光刻分為正性光刻和負性光刻兩種基本工藝，區別在于兩者使用的光刻膠類型不同。正膠的曝光區域被破壞，可溶于顯影液，其它區域不溶于顯影液。負膠曝光區域由于交聯反應不溶于顯影液，其它區域可溶。不同的光刻膠對應不同的顯影液與顯影時間，當顯影液使用次數過多、長時間暴露在空氣中或者同一硅片多次顯影都會對顯影結果產生影響。

06 堅膜（hard film）：

堅膜就是通過加溫烘烤使膜更加牢固地粘附在硅片表面，并增加膠層的抗刻蝕能力。堅膜并不是一道必須工藝，如后續有刻蝕工藝，建議進行堅膜，以此來提高光刻膠的穩定性。

07 去膠（degumming）：

去膠的方法通常有濕法和干法兩種。濕法就是利用有機溶劑或者對光刻膠有腐蝕作用的溶液將光刻膠溶解或者腐蝕掉，從而達到去膠的目的。干法去膠是利用氧等離子體將光刻膠灰化掉，從而達到去膠的目的。

托托科技是一家快速成長的技術驅動型企業，專注于光學顯微加工及光學顯微檢測的光學儀器設備制造。其無掩膜版紫外光刻機，通過數字化方式，將圖案加載于DMD（數字微鏡器件）上，光刻圖案設計靈活，具有高穩定性、高分辨率和高套刻精度等眾多優點，為微納器件的結構設計提供更多的可能性。