光刻与刻蚀工艺流程课件

1、光刻、显影工艺简介光刻、显影工艺简介v光刻胶光刻胶( Photo-resist )概述概述v+PR 和和 PR的区别的区别v描述光刻工艺的步骤描述光刻工艺的步骤v四种对准和曝光系统四种对准和曝光系统光刻胶概述光刻胶概述v 高分辨率高分辨率 High Resolution；v 高光敏性高光敏性 High PR Sensitivityv 精确对准精确对准 Precision Alignmentv 光刻胶是光刻胶是TFT制作的基本工艺材料之一：由制作的基本工艺材料之一：由树脂、感光化树脂、感光化合物、溶剂合物、溶剂 3 个基本部分组成；个基本部分组成；v 具有光化学敏感性：被紫外光、电子束、具有光化

2、学敏感性：被紫外光、电子束、X射线、电子束射线、电子束等曝光光源照射后，发生光化学反应，等曝光光源照射后，发生光化学反应，溶解度发生变化溶解度发生变化；+PR & -PRNegative Photo-resist负性光刻胶负胶负性光刻胶负胶Positive Photo-resist正性光刻胶正胶正性光刻胶正胶曝光后不可溶解曝光后不可溶解曝光后可溶解曝光后可溶解显影时未曝光的被溶解显影时未曝光的被溶解显影时曝光的被溶解显影时曝光的被溶解便宜便宜高分辨率高分辨率+PR & -PR基本原理基本原理正胶工艺正胶工艺负胶工艺负胶工艺基板处理基板处理涂胶涂胶 + 烘烤烘烤曝光曝光显影、光刻

3、显影、光刻+PR & -PR 树脂分子结构树脂分子结构u正胶：正胶：曝光时切断树脂聚合体主链和从链之间的联系，曝光时切断树脂聚合体主链和从链之间的联系，达到削弱聚合体的目的，所以曝光后光刻胶在随后的显影处达到削弱聚合体的目的，所以曝光后光刻胶在随后的显影处理中溶解度升高，曝光后溶解度几乎是未曝光时的理中溶解度升高，曝光后溶解度几乎是未曝光时的10倍；更倍；更高分辨率（无膨胀现象）在高分辨率（无膨胀现象）在IC制造应用更为普遍；制造应用更为普遍；u负胶：负胶：曝光时树脂聚合体主链的随机十字链接更为紧密曝光时树脂聚合体主链的随机十字链接更为紧密，并且从链下坠物增长，所以聚合体溶解度降低；由

4、于光刻，并且从链下坠物增长，所以聚合体溶解度降低；由于光刻胶膨胀而使分辨率降低；其主溶剂，如二甲苯等会引起环境胶膨胀而使分辨率降低；其主溶剂，如二甲苯等会引起环境和安全问题；和安全问题；光刻基本步骤光刻基本步骤v 涂胶涂胶 Photo-resist coatingv 对准和曝光对准和曝光 Alignment and exposurev 显影显影 Development详细光刻工序详细光刻工序v基板清洗、烘干 目的：去除污染物、颗粒；目的：去除污染物、颗粒； 减少针孔和其它缺陷；提高光刻胶黏附性；减少针孔和其它缺陷；提高光刻胶黏附性；vPR涂布 小尺寸：旋涂；小尺寸：旋涂； 中大尺寸：丝网印刷中

5、大尺寸：丝网印刷&滚轮滚轮 vMask制作、曝光 auto CAD / Corel-draw； 小型曝光机：中型曝光机小型曝光机：中型曝光机 v预烘 110 C ； v坚膜 135 C ； v退胶 NaOH ； 光刻胶涂布光刻胶涂布-辊涂法辊涂法 辊涂法主要是利用圆筒滚动的方法来转移光刻胶，如图所示，利用辊筒辊涂法主要是利用圆筒滚动的方法来转移光刻胶，如图所示，利用辊筒1和辊筒和辊筒2的转动将光刻胶转移在刻有精细凹槽的辊筒的转动将光刻胶转移在刻有精细凹槽的辊筒2上，再通过辊筒上，再通过辊筒2和辊筒和辊筒3之间的挤之间的挤压将辊筒压将辊筒2上凹槽里的光刻胶转移至基片上。这种方法的最大优点

6、是可以上凹槽里的光刻胶转移至基片上。这种方法的最大优点是可以实现流实现流水线式运作，自动化程度高，生产效率也比较高水线式运作，自动化程度高，生产效率也比较高。但是转移光刻胶均匀性不好，。但是转移光刻胶均匀性不好，辊涂后的基片上也容易留下辊筒凹槽的痕迹，而且仪器清洗困难，辊筒也容易损辊涂后的基片上也容易留下辊筒凹槽的痕迹，而且仪器清洗困难，辊筒也容易损坏，设备的购买成本和维护成本比较高坏，设备的购买成本和维护成本比较高 ；光刻胶涂布光刻胶涂布-丝网印刷法丝网印刷法 丝网印刷的基本原理是：利用丝网印版图文部分的网孔渗透油墨，非图文部分的丝网印刷的基本原理是：利用丝网印版图文部分的网孔渗透油墨，非图

7、文部分的网孔不渗透油墨的基本原理进行印刷。印刷时在丝网印版一端上倒入油墨，用刮网孔不渗透油墨的基本原理进行印刷。印刷时在丝网印版一端上倒入油墨，用刮印刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端移动，油印刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端移动，油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印物上，如图所示。印刷过程中墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤压到承印物上，如图所示。印刷过程中刮板始终与丝网印版和基片呈线接触，一般接触角为刮板始终与丝网印版和基片呈线接触，一般接触角为30-60度。这种制作方法度。这种制作方法操操作简单、成本低、易实现大面积制作作

8、简单、成本低、易实现大面积制作等优点。等优点。 光刻胶涂布光刻胶涂布-旋转涂布法旋转涂布法 旋转涂布也称为甩胶，用转速和旋转时间可自由设定的甩胶机来进行，是利用高旋转涂布也称为甩胶，用转速和旋转时间可自由设定的甩胶机来进行，是利用高速旋转的离心力作用，将光刻胶在基片表面均匀地展开，多余的光刻胶被甩掉，速旋转的离心力作用，将光刻胶在基片表面均匀地展开，多余的光刻胶被甩掉，最终获得一定厚度的光刻胶膜，光刻胶的膜厚是由光刻胶的粘度和甩胶的转速来最终获得一定厚度的光刻胶膜，光刻胶的膜厚是由光刻胶的粘度和甩胶的转速来控制，通常这种方法可以控制，通常这种方法可以获得优于获得优于2%的涂布均匀性的涂布均匀性

9、（边缘除外）。光刻胶涂（边缘除外）。光刻胶涂布的厚度与转速、时间、胶的特性有关系，此外旋转时产生的气流也会有一定的布的厚度与转速、时间、胶的特性有关系，此外旋转时产生的气流也会有一定的影响。同时也存在一定的缺陷：影响。同时也存在一定的缺陷：气泡、彗星气泡、彗星(胶层上存在的一些颗粒胶层上存在的一些颗粒)、条纹、边、条纹、边缘效应等，缘效应等，其中边缘效应对于小片和不规则片尤为明显。其中边缘效应对于小片和不规则片尤为明显。 滴胶旋转基片旋涂结果预预 烘（前烘）烘（前烘）l目的目的：促使胶膜内溶剂充分地：促使胶膜内溶剂充分地挥发，使胶膜干燥，以提高光挥发，使胶膜干燥，以提高光刻胶在基片上的粘附性和

10、均匀刻胶在基片上的粘附性和均匀性，以及提高胶膜的耐磨性而性，以及提高胶膜的耐磨性而不玷污不玷污mask；l前烘温度过高或时间太长：前烘温度过高或时间太长：会会导致光刻胶中的树脂分子发生导致光刻胶中的树脂分子发生光聚合或交联，造成显影困难光聚合或交联，造成显影困难，图形边缘锯齿严重。，图形边缘锯齿严重。l反之反之：预烘烤不充分，光刻胶：预烘烤不充分，光刻胶中的溶剂仍会有部分残留在胶中的溶剂仍会有部分残留在胶膜中，曝光时会导致胶膜与掩膜中，曝光时会导致胶膜与掩膜版粘连，损害掩膜版；同时膜版粘连，损害掩膜版；同时也影响到显影的质量，光刻胶也影响到显影的质量，光刻胶在显影时容易脱落，光刻图形在显影时容

11、易脱落，光刻图形不完整。不完整。 Mask制作制作 ！ 注意：正图注意：正图 / 反图反图 ！ 曝光剂量曝光剂量 l曝光剂量是指光刻胶所吸收紫外光的总和，曝光剂量可用下曝光剂量是指光刻胶所吸收紫外光的总和，曝光剂量可用下式来表示：式来表示：( )( )E xI xtl式中式中Ex为光刻胶的曝光剂量为光刻胶的曝光剂量（mJ/cm2），Ix为曝光灯发出的为曝光灯发出的光强（光强（mW/cm2），），t为曝光时间为曝光时间(s)。l在光刻工艺中，在光刻工艺中， 当曝光剂量当曝光剂量Ex E0时：光刻胶显影后能完全去除；时：光刻胶显影后能完全去除； 当曝光剂量当曝光剂量Ex E0时时: 光刻胶显影时会

12、残留余胶；光刻胶显影时会残留余胶；曝光时间差异曝光时间差异a) 、9sb) 、10s (9.36m ) c) 、11s (10.44m )d) 、12s (16.6m )v碳酸氢钠（碳酸氢钠（1%）-负胶负胶vHCL( 5% )-正胶正胶显显 影影 v喷淋喷淋v水浴水浴坚坚 膜膜在显影过程中，显影液溶解掉了需要去除的那部分光刻胶膜，同时也使在显影过程中，显影液溶解掉了需要去除的那部分光刻胶膜，同时也使不需要去除的光刻胶膜软化，含有过多的水分，并且与基片的附着性变差不需要去除的光刻胶膜软化，含有过多的水分，并且与基片的附着性变差，降低了后续刻蚀工艺的耐蚀性，必须经过一定温度和时间的烘烤，以挥，降低了后续刻蚀工艺的耐蚀性，必须经过一定温度和时间的烘烤，