晶圓表面光刻膠的涂覆與刮邊工藝的研究

隨著半導(dǎo)體器件的應(yīng)用范圍越來越廣，晶圓制造技術(shù)也得到了快速發(fā)展。其中，光刻技術(shù)在晶圓制造過程中的地位尤為重要。光刻膠是光刻工藝中必不可少的材料，其質(zhì)量直接影響到晶圓生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。本文將圍繞著晶圓表面光刻膠的涂覆與刮邊工藝展開研究，旨在進(jìn)一步完善這一關(guān)鍵制造技術(shù)。
一、光刻膠涂覆工藝
光刻膠的涂覆工藝是決定光刻質(zhì)量的重要因素之一。該工藝一般包括材料準(zhǔn)備、涂布方法、涂布參數(shù)和裝備的選擇等環(huán)節(jié)。
1、材料準(zhǔn)備
光刻膠是光刻過程中的重要材料之一，其性能是否合格是影響光刻結(jié)果的關(guān)鍵因素。對于廠家而言，應(yīng)選擇具備較高品質(zhì)的光刻膠。
2、涂布方法
光刻膠的涂布方法有四種:手動涂覆、旋涂、噴涂和滾涂。共中，旋涂法是目前應(yīng)用最為廣泛的光刻膠涂覆方法，主要是因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn):
(1)涂層均勻度高，液體能夠自動滲入實(shí)驗(yàn)器具毛細(xì)孔隙中。
(2)涂覆時(shí)間短，可以快速制備大量樣品。
(3)對于薄片材料來說，旋涂法可以獲得單層的涂層。
3、涂布參數(shù)
在光刻膠涂覆過程中，涂布參數(shù)是非常關(guān)鍵的。涂層厚度、涂層均勻性等都與涂布參數(shù)有關(guān)。主要有以下幾個(gè)要素:
(1)旋轉(zhuǎn)速度
正確的旋轉(zhuǎn)速度可以保證涂層均勻，既不會過厚也不會過薄。對于特定樣品及其特定涂厚，需要進(jìn)行嘗試和調(diào)整，找到最佳的旋轉(zhuǎn)速度。
(2)涂層濃度
涂層濃度是指光刻膠溶液中所含有的固體質(zhì)量占溶液總質(zhì)量的比例。如果濃度過低，最后的光刻圖形可能會被模糊，不易清晰;如果濃度過高，會導(dǎo)致固定器很快結(jié)晶，產(chǎn)生不穩(wěn)定性。
(3)涂層時(shí)間
涂層時(shí)間的長短會影響光刻膠的厚度和質(zhì)量。涂層時(shí)間過短會導(dǎo)致涂層不均勻;而過長則會造成光刻膠凝固，不容易移除。
4、裝備的選擇
光刻設(shè)備除了能夠進(jìn)行較為標(biāo)準(zhǔn)的曝光、顯影之外，還需要進(jìn)行涂覆。常見的是光刻膠涂布器，涂層厚度、涂布寬度和總體積都可以設(shè)置、控制。在涂覆液流過程中，可以通過選擇泵的轉(zhuǎn)速，來控制液流速度和量。
二、光刻膠刮邊工藝
光刻膠刮邊工藝是保證光刻膠涂布均勻的關(guān)鍵。在晶圓表面涂覆光刻膠時(shí)，從液體的自由表面到沉積在晶片表面都會出現(xiàn)液壓落差，尤其正面與背面的液壓落差更加明顯，會對涂層的均勻性產(chǎn)生影響。因此，需要進(jìn)行刮邊操作，以保證涂層厚度及其均勻性，并切去在晶片表面產(chǎn)生的空氣泡。
1、主要工藝流程
光刻膠刮邊工藝主要有三個(gè)步驟:刮液器靠近晶片，刮液器在晶片上刮液，移動刮液器。具體流程如下:
(1)刮液器靠近晶片
刮液器一般采用碳纖維制成，以便材料硬度更高、更防靜電。使用粗略的方法，刮液器可以通過觸碰晶片表面來確認(rèn)位置，而對于更高精度的刮邊，可以通過薄膜應(yīng)變計(jì)、放電(或電容靜電檢測毛細(xì)管)、紅外探測等非接觸式或半接觸式方法進(jìn)行位置確認(rèn)。
(2)刮液器在晶片上刮液
通過調(diào)節(jié)刮液器的角度和壓力來控制涂料過度刮掉的涂料量，以便獲得更高質(zhì)量的涂料均勻性。
(3)移動刮液器
隨著刮液器的移動，可以使殘余的涂層厚度均勻分布在晶片表面。
2、關(guān)鍵參數(shù)
光刻膠刮邊工藝需要注意以下關(guān)鍵參數(shù):
(1)刮液器材質(zhì)
刮液器需要具有較高的硬度和強(qiáng)度，以避免在刮過程中出現(xiàn)刮痕或勾邊等問題。碳纖維材質(zhì)具備這樣的特點(diǎn)，因此是制造刮液器的常見材料。
(2)刮液器角度和壓力
刮液器的角度和壓力決定了涂層的厚度和均勻性。過小的角度和過高的壓力會導(dǎo)致刮過多的涂層，導(dǎo)致涂層變薄和較差的均勻性;而太大的角度和太小的壓力會導(dǎo)致涂層過厚和波動現(xiàn)象。因此，需要進(jìn)行多次嘗試和調(diào)整，找到最佳的角度和壓力。
(3)刮液器移動速度
移動速度決定了涂層的厚度和均勻性。速度過慢會導(dǎo)致涂層過厚，速度過快會導(dǎo)致涂層過薄。因此，在移動速度方面需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，找到最佳的速度。
三、結(jié)論
晶圓表面光刻膠的涂覆與刮邊工藝是晶圓制造過程中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在涂覆工藝中，正確選擇材料、涂覆方法、涂布參數(shù)和裝備的選擇等關(guān)鍵環(huán)節(jié)可以保證涂層質(zhì)量的穩(wěn)定和均勻，對光刻膠刮邊工藝的穩(wěn)定性和可控性均有所影響。在刮邊工藝中，刮液器材質(zhì)、刮液器角度和壓力、刮液器移動速度等參數(shù)的調(diào)試需要進(jìn)行多次嘗試并進(jìn)行調(diào)整，以保證涂層的均勻性和穩(wěn)定性。在今后的工作中，需要通過進(jìn)一步的理論分析和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝技術(shù)，以推動晶圓制造技術(shù)的發(fā)展。
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審核編輯 黃宇