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光刻工藝:清洗與預(yù)處理技巧解析

來源:托托科技(蘇州)有限公司   2024年12月03日 09:06  

光刻工藝:清洗與預(yù)處理技巧解析

1 引言


在高科技的璀璨星空中,光刻工藝以其精細(xì)入微的操作,扮演著制造精密芯片的關(guān)鍵角色。而在這復(fù)雜而精密的工藝中,清洗和預(yù)處理環(huán)節(jié)如同精心打磨的基石,承載著確保工藝質(zhì)量的重要使命。本期,就讓我們一同揭開光刻工藝流程中清洗和預(yù)處理的神秘面紗,探索它們是如何為后續(xù)的精細(xì)操作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的。


2 光刻工藝介紹


在光刻工藝中,包含表面清洗烘干,預(yù)處理,涂膠,軟烘,對(duì)準(zhǔn)和曝光,后烘,顯影,堅(jiān)膜,其中清洗和預(yù)處理步驟是確保最終產(chǎn)品質(zhì)量和性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

光刻工藝:清洗與預(yù)處理技巧解析

光刻工藝流程圖

清洗步驟主要是為了去除晶圓或硅片表面的污染物,如塵埃、油脂和其他化學(xué)殘留物。這些污染物如果不被清除,可能會(huì)干擾光刻膠的涂覆和圖案的精確轉(zhuǎn)移。清洗通常涉及使用特定的化學(xué)溶液,如丙酮、乙醇等,通過特定的清洗設(shè)備,如超聲波清洗機(jī)等,來清潔晶圓表面。

預(yù)處理步驟則是在清洗之后,為涂覆光刻膠做準(zhǔn)備。預(yù)處理可能包括烘干、涂覆增粘劑等操作,旨在去除晶圓表面的殘留水分,增強(qiáng)表面對(duì)光刻膠的粘附性,從而確保光刻膠能夠均勻、穩(wěn)定地涂覆在晶圓上。


3 標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗

光刻工藝:清洗與預(yù)處理技巧解析

RCA清洗流程

以硅片為例:

1. 濃硫&雙氧水可以去除硅片表面的重有機(jī)沾污和部分金屬;

2. DHF用于去除硅片表面的自然氧化膜和金屬膜上的氫氧化物;

3. NH4OH/H2O2/H2O可以進(jìn)一步去除硅片表面的粒子;

4. HCl/H2O2/H2O可以去除硅片表面的鈉、鐵、鎂的金屬沾污。


4 有機(jī)清洗


丙酮去除有機(jī)雜質(zhì),接下來異丙醇除掉片子表面的殘留的丙酮以避免片子表面產(chǎn)生光紋路。

光刻工藝:清洗與預(yù)處理技巧解析

有機(jī)清洗步驟


5 預(yù)處理


晶圓表面容易吸附潮氣,這對(duì)其后續(xù)處理過程提出了嚴(yán)格的要求。在進(jìn)行光刻膠涂覆時(shí),必須確保晶圓表面干燥,以保證光刻膠能夠牢固黏附。因此,涂膠之前,晶圓會(huì)經(jīng)歷一個(gè)脫水烘焙的過程,這個(gè)過程的溫度通常控制140200之間。此外,為了進(jìn)一步增強(qiáng)光刻膠與晶圓之間的粘附力,有時(shí)還需要使用黏附劑,其HMDS(六甲基二硅胺脘)是常用的選擇。

綜上所述,晶圓表面的脫水烘焙和黏附劑涂覆是光刻工藝中重要的步驟,它們共同確保了光刻膠與晶圓之間的牢固黏附,為后續(xù)的制造過程奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

光刻工藝:清洗與預(yù)處理技巧解析

6 為什么要增加黏附性


石英、玻璃或硅表面的氧化物,包括自然氧化形成的二氧化硅,以及許多金屬在長(zhǎng)時(shí)間暴露于大氣中,特別是在一定濕度條件下,它們的表面會(huì)形成帶有極OH鍵的化合物。這種化學(xué)變化使得這些襯底表面呈現(xiàn)出親水特性。親水性意味著這些表面更容易與水分子相互作用,而非極性或低極性的物質(zhì),如光刻膠中的樹脂分子,則較難與它們緊密結(jié)合。

為了提高這些襯底表面的疏水性,即減少它們與水分子或其他極性物質(zhì)的相互作用,科學(xué)家們采用化學(xué)方法將非極性分子,HMDS等,附著在襯底表面上。通過這種處理,襯底表面的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變,從而增強(qiáng)了對(duì)非極性物質(zhì)的親和力。


7 HMDS是什么?


HMDS(六甲基二硅)是一種常用在半導(dǎo)體表面的粘附促進(jìn)劑,其簡(jiǎn)化的反應(yīng)機(jī)理如1所示HMDSSi原子在無氧表面結(jié)合,與氧化基表面的氧原(如有必要,OH基團(tuán)分)結(jié)合,釋放出氨。非極性甲基直接隔離襯底表面形成疏水表面,與光刻膠具有良好的潤(rùn)濕性和附著力。

光刻工藝:清洗與預(yù)處理技巧解析

圖源《超大規(guī)模集成電路光刻理論與應(yīng)用》韋-

HMDS(六甲基二硅)在半導(dǎo)體制造中扮演著至關(guān)重要的角色,它作為一種粘附促進(jìn)劑,能夠顯著增強(qiáng)光刻膠與基底之間的粘附力。


8 HMDS的基本特性


它是一種特殊的化合物,具有非極性的甲基基團(tuán),這些基團(tuán)能夠直接隔離襯底表面,從而形成疏水表面。這種疏水特性使HMDS能夠與光刻膠產(chǎn)生良好的潤(rùn)濕性和附著力,為后續(xù)工藝提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

增粘處理效果的好壞不僅與增粘劑有關(guān),還與襯底表面的性質(zhì)以及涂覆的材料有關(guān)。HMDS一般只適用Si襯底,并且襯底表面必須沒有大量水分子吸附。對(duì)于其他襯(如玻璃Cu、TiOx、GaP-V 半導(dǎo)),如果需要旋涂酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂類光刻(novolac and epoxyresin based resist series),建議使用另外一種增粘Surpass這種增粘劑是一種水溶性的、無害的有機(jī)陽離子表面活性(cationicSurPassorganic surface active agent),它通過改變襯底材料的表面能來達(dá)到增粘的目的SurPass可以被旋涂或噴淋在襯底表面;然后,使用水或異丙(isopropanol,IPA)沖洗襯底;最后,用氮?dú)獯蹈苫蛩Ω伞?/span>


9 結(jié)語


光刻工藝流程的清洗及預(yù)處理,是半導(dǎo)體制造中至關(guān)重要的一部分,直接決定了后續(xù)工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。

標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗,以其高效的去污能力和良好的兼容性,成為預(yù)處理中的核心步驟。它能夠有效去除硅片表面的顆粒、金屬離子和有機(jī)物,為后續(xù)的光刻工藝提供清潔的基底。

有機(jī)清洗則是對(duì)RCA清洗的補(bǔ)充,它能夠進(jìn)一步去除硅片表面的有機(jī)污染物,確保表面的純凈度。干燥處理則是預(yù)處理的道工序,它通過控制溫度和濕度,使硅片表面達(dá)到干燥狀態(tài),避免在后續(xù)工藝中出現(xiàn)水痕或水印等問題。

此外,我們還特別介紹HMDS的特性及其在預(yù)處理中的應(yīng)用。HMDS作為一種優(yōu)秀的表面改性劑,能夠增強(qiáng)硅片表面的疏水性,提高光刻膠的粘附力,從而確保光刻圖案的精度和穩(wěn)定性。

在未來的日子里,我們將繼續(xù)探索半導(dǎo)體制造的奧秘,為大家?guī)砀嘤腥で覍?shí)用的科普知識(shí)。敬請(qǐng)期待下TuoTuo科普,我們不見不散!

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