光學光刻技術（Optical lithography）

1. 簡介

光學光刻（Optical lithography），也稱為光學平版印刷術或紫外光刻，是在其他處理步驟（例如沉積，蝕刻，摻雜）之前用光刻膠對掩模和樣品進行構圖的方法。

2. 設備（接近式光刻機）

2.1 HMDS及涂膠

1) 標準旋轉工藝中包括HMDS蒸汽預處理

2) 烤箱-批量處理多個晶圓

3) HMDS也可以在手動旋轉器上旋轉涂布

4）涂膠機上進行光刻膠的涂布

2.2 對準接觸光刻

1) 光刻前的對準

2) 對準器——處理具有對準圖形的晶圓

3) EVG610等掩模對準機——尺寸從碎片到12”晶圓

4) 曝光機——光刻膠曝光

2.3 直寫設備

主要用于掩模版制造，但也可用于其他樣品

3. 曝光工具選擇

3.1 對準接觸式曝光機

接觸光刻使掩模與光致抗蝕劑層直接接觸，并立即曝光整個樣品。最小特征尺寸將比投影光刻法大，并且受波長以及掩模和光刻膠之間的間隙限制。我們僅建議對1μm及更大特征以及1μm或更大對準公差的樣品使用接觸光刻。接觸間隙越小，由于更多的顆粒和光致抗蝕劑會轉移到掩膜版上，因此越需要頻繁清洗掩模。

3.2 步進機（Stepper）

使用投影光刻時，光線會通過掩模發光，穿過縮小透鏡并投射到基板上。由于掩膜版從不接觸樣品，因此可以保持清潔。500nm光柵將可靠地光刻，但是分辨率將取決于特征類型和光刻膠厚度。隨著特征尺寸的減小，焦點深度也減小，因此必須使用更薄的抗蝕劑。步進機具有14.7毫米X14.7毫米一個最大管芯尺寸和200nm的用于晶片的最小對準公差。這也很大程度上取決于掩模上對位標記的準確性。

3.3 直寫設備

對于原型制作和一次性工作，使用相關設備進行直接曝光樣品是更有效的。

4. 操作方法

4.1 脫水和HMDS

為了獲得良好的附著力，樣品應清潔且無水分，并且通常使用附著力促進劑（例如HMDS）。通常，這是通過進行HMDS蒸汽底漆來完成的，盡管某些材料（如Ti）在沒有HMDS的情況下仍具有良好的附著力。

4.2 光刻膠應用

通常，光致抗蝕劑在樣品上旋轉，其厚度由抗蝕劑的旋轉速度和粘度確定。在該旋轉期間，大量溶劑蒸發。也可以使用噴涂工具來施加光致抗蝕劑。光致抗蝕劑需要足夠厚才能達到其預定的作用，但抗蝕劑越厚，最小特征尺寸將越大。EVG150是用于光刻膠旋涂和噴涂的設備。

4.3 軟烤

接下來，烘烤抗蝕劑以減少溶劑含量。烘烤時間越長，吸出的溶劑越多，這會減少未曝光的抗蝕劑受到顯影劑侵蝕的速度，但是烘烤時間太長和過熱，則會開始分解殘渣中的光敏化合物，從而降低其光敏性。

4.4 接觸

軟烘烤后，將抗蝕劑暴露在紫外線下。在正性光致抗蝕劑中，PAC（光敏化合物）使光致抗蝕劑呈酸性，因此它將溶解在堿性顯影液中。使用負性光致抗蝕劑時，曝光的聚合物會發生交聯，從而使顯影劑無法滲透，從而僅除去未曝光的區域。

4.5 曝光后烘烤

當抗蝕劑在反射性基材（例如Si）上暴露于單色光時，您將在高光強度和低光強度的抗蝕劑中形成駐波。這些駐波將出現在光刻膠的側壁中。烘烤抗蝕劑將有助于從曝光中擴散酸，使這些駐波變平。烘烤使用的是EVG105晶圓烘烤箱。

4.6 顯影

將光致抗蝕劑置于顯影劑溶液中，該溶液溶解晶片上的部分光致抗蝕劑。對于正性光刻膠，已曝光的區域溶解，而對于負性光刻膠，未曝光的區域溶解。對于大多數標準抗蝕劑，這是通過將樣品浸泡在堿性溶液（通常為2.38％TMAH）中來完成的。我們通常使用AZ 300進行噴霧顯影，也會進行水坑顯影。也有用于特殊抗蝕劑的溶劑型顯影劑，例如SU-8和PMMA。

4.7 硬烤

一些光刻膠建議在顯影后將抗蝕劑硬烘烤。這可以改善粘附性并減少濕法化學蝕刻期間的殘余水份。

4.8 等離子

建議在濕法蝕刻之前進行氧等離子體處理。光刻膠是天然疏水性的，可以排斥水性溶液，從而影響濕法刻蝕的效果。暴露在氧等離子體中使表面親水，將使蝕刻更容易發生。

5. 主要參數

5.1 分辨率

最小特征分辨率通常是抗蝕劑類型、厚度、曝光時間和顯影時間的直接結果。

5.2 對準精度

也稱為對齊精度，對于確保2個圖案彼此正確對準至關重要。EVG的設備對準精度可高至±0.5μm。

5.3 厚度

當光致抗蝕劑用作蝕刻掩模時，它也將被蝕刻（通常以明顯慢的速率）。因此，重要的是要有足夠的厚度以維持蝕刻時對基板的保護。通常，要有一個合理的安全裕度，通常約25-50％就可以。另一方面，在較薄的抗蝕劑中對較小的特征進行構圖比較容易。可以使用岱美儀器提供的膜厚測量儀進行測量

5.4 側壁角度

光致抗蝕劑的側壁角度對于許多工藝至關重要。垂直側壁是刻蝕所必需的，因為向外傾斜的側壁使剝離更容易。

5.5 缺陷等級

光學光刻中的大多數缺陷是用戶造成的錯誤。有必要密切注意工藝過程的每個步驟。直到晶圓被蝕刻后，手套的指紋才可能最初沒有出現在晶圓上。從丙酮噴射瓶產生的霧中滴下的丙酮會破壞部分圖案。通常，可以通過使用自動化工具來減少顆粒和缺陷，從而盡可能地減少所需的人工技能。EVG40等設備，可以用于晶圓檢測。