【導(dǎo)讀】性顯示器、柔性晶體管、柔性存儲(chǔ)器和柔性太陽能電池等?？坦に嚍樯a(chǎn)實(shí)踐提供了理論基礎(chǔ)，具有指導(dǎo)意義。實(shí)現(xiàn)無殘余留膜的圖形化結(jié)構(gòu)，圖形的制作精度較高，圖形尺寸的線寬也較??；另外，柔性光刻只需要施加很小的接觸力就可以使掩膜板同基底密合接。柔性光刻具體的工藝過程和傳統(tǒng)光刻類似，實(shí)驗(yàn)中采取改變單一參數(shù)并固定其余參數(shù)的。方法來研究各參數(shù)對(duì)光刻質(zhì)量的影響。利用光學(xué)顯微鏡對(duì)光刻圖形進(jìn)行觀察對(duì)

　　

【正文】 著膠液中溶劑的揮發(fā)，膠液的粘度 不斷增加，當(dāng)形成穩(wěn)定的膠層時(shí)，粘滯力和離心力相平衡。 離心涂膠法加工過程中，影響膜層均勻性的主要因素有氣流、旋轉(zhuǎn)時(shí)間和基底表面形貌特征。 涂膠前的硅片表面必須清潔干燥。勻膠時(shí)，基片背面或圓盤上不能粘有膠或顆粒狀雜物，以防止勻膠不均勻，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致基片吸附不牢而甩出。 涂膠的厚度要適當(dāng)（觀看膠膜條紋估計(jì)厚?。z膜層均勻，粘附良好，膠面無干涉花紋，膠層內(nèi)無針孔、回濺斑等點(diǎn)缺陷，涂層表面無塵埃、碎屑等。 此外，膠膜厚度主要是通過膠液粘度、甩膠的速度、加速度和時(shí)間等工藝參數(shù)來控制，具體參數(shù)是在試驗(yàn)后獲得的。膠膜太薄 ，則針孔多，抗蝕能力差；膠膜太厚，則分辨率低。 旋涂過程，有邊沿卷邊和邊圈現(xiàn)象等缺陷。這些缺陷，對(duì)于非接觸曝光來說，會(huì)造成線條展寬現(xiàn)象，邊沿卷邊對(duì)于線條的展寬影響尤為嚴(yán)重。在實(shí)驗(yàn)過程中，初期經(jīng)常遇到卷邊現(xiàn)象，雖然對(duì)于膠厚測量的影響不大，但對(duì)于后期光刻，產(chǎn)生了巨大的影響 在旋轉(zhuǎn)涂膠過程中，高速旋轉(zhuǎn)使大部分光刻膠飛離基片表面，僅有少部分光刻膠留在基片上。但如果降低旋涂的轉(zhuǎn)速，基片夾具的阻擋和光刻膠的揮發(fā)帶來的砧度增加，都會(huì)使光刻膠層邊緣的厚度增加，有時(shí)膠層邊緣厚度是膠層中心厚度的幾倍，這明顯不能滿足實(shí)驗(yàn)的要求。 在實(shí)驗(yàn)中，通常采用靜滴膠，低速勻膠，后快速進(jìn)入高速旋膠的方法。 2) 滾動(dòng)涂膠法 滾動(dòng)涂膠法是在滾輪上先涂上光刻膠溶液，然后滾輪在待加工基底上以一定的速度滾過，在滾動(dòng)的過程中滾輪上的光刻膠就會(huì)粘在基底上，隨著光刻膠的不斷揮發(fā)就會(huì)在基底上形成所需的膜層。通常用于攝影膠片等質(zhì)地較軟、厚度較薄、長度很長的感光膠帶的涂膠，例如液晶顯示屏、攝影膠片等平面的基底上，不適用于在曲面的上涂膠。 3) 提拉涂膠法 提拉涂膠法是把基底元件浸入光刻膠溶液中，然后以緩慢的速度將基底元件提升，在此過程中基底元件上的光刻膠不斷揮發(fā)形成一定厚度的光 刻膠膜層。提拉涂膠法常用于像光柵尺、大尺寸碼盤和圓柱面等特殊形狀的基底元件的光刻膠涂覆。其特點(diǎn)是使用設(shè)備簡單和操作簡易。 提拉涂膠法所獲得的膜厚不僅跟提拉的速度和光刻膠溶液的粘度有關(guān)，而且還跟環(huán)境的溫度、基底的濕度和光潔度有關(guān)。為了獲得均勻性好的膜層應(yīng)選擇粘度較高光刻膠溶液和采用較低的提拉速度。提拉涂膠法在提拉的過程中，由于光刻膠溶液的不斷揮發(fā)，使光刻膠溶液的粘度變得很不穩(wěn)定。這樣很不利于控制膜層的厚度。另外加工出來的涂層臟點(diǎn)較多。在大面積的加工中，這現(xiàn) 第 21 頁 象更為嚴(yán)重。對(duì)于像表面具有較大曲率的大尺寸光學(xué)元件，使 提拉涂膠法進(jìn)行涂覆光刻膠時(shí)，由于表面曲率的原因使得涂覆光刻膠的難度大大的增加。因此提拉涂膠法不適合用于大尺寸曲面光學(xué)元件涂布光刻膠。缺點(diǎn)是在提拉過程中，稀釋劑不斷揮發(fā)，所以膠層的粘性不穩(wěn)定。 4) 噴霧涂膠法 霧化技術(shù)在涂覆光刻膠中叫做噴霧涂膠法。噴霧涂膠法可以靈活的應(yīng)用于多種面型的基底，既可以用于平面基底的涂膠又可用于曲面基底涂膠。并且噴霧涂膠法具有節(jié)省光刻膠溶液、重復(fù)性強(qiáng)、涂層均勻性好、涂層厚度和粗糖度易于控制等特點(diǎn)，但缺點(diǎn)是，表面顆粒度嚴(yán)重，且不適合實(shí)驗(yàn)室操作。噴霧法噴涂的表面呈顆粒狀，而且對(duì)人體的危害比較 大，只有在對(duì)表面均勻性要求不高，而且是大面積涂布的場合下使用。 液體的霧化技術(shù)已被應(yīng)用于許多的行業(yè)，如能源、制作、農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等。在能源方面，燃料的霧化將有利于提高燃料的利用率，這技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于汽車中的引擎、火力發(fā)電和航天飛機(jī)的推進(jìn)器。在制作業(yè)中有零件的鍍膜和噴涂。 3. 前烘 前烘就是在一定的溫度下，促使膠膜內(nèi)溶劑充分地?fù)]發(fā)掉，膠膜干燥并增加增加膠膜與玻璃片或金屬膜之間的粘附性和提高膠膜的耐磨性，避免損傷膠膜而影響圖形完好率。前烘的溫度和時(shí)間隨膠的種類及膜厚的不同而有所差別，一般通過實(shí)驗(yàn)來加以確定。 前烘的溫 度和時(shí)間必須適當(dāng)。溫度過高會(huì)引起抗蝕劑的熱交聯(lián)，在顯影時(shí)留下底膜，或者增感劑升華揮發(fā)使感光靈敏度下降；前烘溫度過低或時(shí)間過短，則抗蝕劑中的有機(jī)溶劑不能充分揮發(fā)，殘留的溶劑分子會(huì)妨礙光交鏈反應(yīng)，從而造成針孔密度增加，浮膠或圖形變形等。同時(shí)，前烘時(shí)還不能驟熱，以免引起表面鼓泡，產(chǎn)生針孔甚至浮膠。光刻膠中溶劑的含量也會(huì)影響到后續(xù)顯影工序的效果，所以溫度和時(shí)間的控制尤為重要。 4. 曝光 對(duì)準(zhǔn)和曝光，從名字中可以看出這是一個(gè)雙重作用的光掩膜過程。 Aamp。E 的第一步是把所需圖形在晶圓表面上定位或?qū)?zhǔn)，使掩膜版的圖形和硅片上的圖形精確套合。第二步是對(duì)涂有光刻膠的基片進(jìn)行選擇性光化學(xué)反應(yīng)，使曝光部分的光刻膠改變在顯影液中的溶解性，經(jīng)顯影后在光刻膠膜上得到和掩膜版相對(duì)應(yīng)的圖形。 曝光示意圖如下圖 35。前面提到過，光刻膠是掩膜工藝的核心。更準(zhǔn)確地說，光刻膠是此工藝的“材料”核心，而 Aamp。E 則是該工藝的“設(shè)備”核心。圖形的準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，以及光刻膠上精確的圖形尺寸的形成是器件和電路正常工作的決定性因素。因此要求光刻機(jī)有良好的對(duì)準(zhǔn)裝置，即具有精密的微調(diào) 第 22 頁 和壓緊機(jī)構(gòu)，特別是在壓緊時(shí)保證精確套合不發(fā)生位移。此外，光刻機(jī)還應(yīng)具有合適的光學(xué)觀察系統(tǒng)，要求有一 個(gè)景深較大，同時(shí)又有足夠高分辨率的顯微鏡。 圖 35 曝光示意圖 曝光時(shí)間的選擇：光源強(qiáng)弱；光源與基底距離遠(yuǎn)近；光刻膠性能；光刻圖形尺寸大小。 曝光不足時(shí)光刻膠反應(yīng)不充分，顯影時(shí)部分膠膜被溶解，顯微鏡下觀察膠膜發(fā)黑。曝光時(shí)間過長時(shí)使不感光部分的邊緣微弱感光，產(chǎn)生“暈光”現(xiàn)象，邊界模糊，出現(xiàn)皺紋。 曝光量的選擇決定于光刻膠的吸收光譜，配比，膜厚和光源的光譜分布。最佳曝光量的確定，還要考慮襯底的光反射特性。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往以曝光時(shí)間來控制曝光量，并通過實(shí)驗(yàn)來確定最佳曝光時(shí)間。 5. 顯影 顯影是把曝光后的基 片放在適當(dāng)?shù)娜軇├?，將未感光部分的光刻膠溶除，以獲得腐蝕時(shí)所需要的抗蝕劑膜的保護(hù)圖形。下圖 36 是顯影示意圖 圖 36 顯影示意圖 顯影時(shí)間要控制好，因?yàn)轱@影時(shí)間過短會(huì)造成顯影不足，基片上殘留光刻膠，這樣對(duì)后序有阻礙作用；而顯影時(shí)間過長會(huì)影響線條邊緣的整齊性。 顯影時(shí)間也因光致抗蝕劑種類、曝光時(shí)間等不同一般為 30120s 之間。如膠膜厚溫度低，顯影時(shí)間要長一些。若顯影時(shí)間不足，則在該溶解膠的區(qū)域內(nèi)會(huì)留有殘膠，使得基底刻蝕不凈，造成器件性能變壞；若顯影時(shí)間過長，會(huì)造成膠軟化、膨脹，使得顯影液從圓形邊緣溶蝕， 這樣圓形邊緣會(huì)變差，甚至出席那溶膠現(xiàn)象。因此，顯影時(shí)間要很好地控制。 顯影后的圖形必須認(rèn)真檢查，保證光刻質(zhì)量。圖形質(zhì)量要求： 第 23 頁 1) 圖形是否套刻準(zhǔn)確； 2) 圖形邊緣是否整齊； 3) 是否有皺膠或膠膜發(fā)黑； 4) 有無浮膠； 5) 基底表面膠膜有無劃傷。 6. 堅(jiān)膜 堅(jiān)膜，又稱后烘。是在一定溫度下對(duì)顯影后的硅片進(jìn)行烘焙，除去顯影時(shí)膠膜所吸收的顯影液和殘留的水份，改善膠膜與硅片的粘附性，增強(qiáng)膠膜本身的抗蝕能力。 堅(jiān)膜的溫度和時(shí)間要適當(dāng)。堅(jiān)膜不足，則抗蝕劑膠膜沒有烘透，膜與基片粘附性差，腐蝕時(shí)易浮膠；堅(jiān)膜溫度過高，則抗蝕劑膠膜會(huì)因熱膨脹而翹曲 或剝落，腐蝕時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生鉆蝕或浮膠。溫度更高時(shí)，聚合物將分解，影響粘附性和抗蝕能力。此外，堅(jiān)膜時(shí)最好采用緩慢升溫和自然冷卻的烘焙過程。對(duì)于腐蝕時(shí)間較長的厚膜刻蝕，可在腐蝕一半后再進(jìn)行一次堅(jiān)膜，以提高膠膜的抗蝕能力。 7. 腐蝕 腐蝕就是用適當(dāng)?shù)母g劑，對(duì)未被膠膜覆蓋的 基底 薄膜進(jìn)行腐蝕，以獲得完整、清晰、準(zhǔn)確的光刻圖形，達(dá)到選擇性擴(kuò)散或金屬布線的目的。 刻蝕就是將已經(jīng)曝光 、 顯影后的光刻微圖形中下層材料的裸露部分去除，即在這層材料上重現(xiàn)與光刻膠相同的微圖形。也可以說，刻蝕就是將沒有被光刻膠覆蓋而或保護(hù)的部分，以化學(xué)反 應(yīng)或物理作用加以去除，以完成將圖形轉(zhuǎn)移到硅片表面上的目的。 光刻工藝對(duì)腐蝕劑的要求是：只對(duì)需要除去的物質(zhì)進(jìn)行腐蝕，而對(duì)抗蝕劑膠膜不腐蝕或腐蝕量很小。同時(shí)，還要求腐蝕因子要足夠大。腐蝕因子的定義是腐蝕深度與一邊的橫向腐蝕量很小。同時(shí)， 還要求腐蝕因子要足夠大。腐蝕因子的定義是腐蝕深度與一邊的橫向腐蝕量之比。腐蝕因子越大，表示橫向腐蝕量越小。此外，還要求腐蝕圖形邊緣整齊、清晰；腐蝕液毒性小，使用方便。 腐蝕是光刻工藝中重要的一環(huán)，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響著圖形的分辨率和精確度。腐蝕時(shí)間的長短是根據(jù)： a。腐蝕速度；腐 蝕速度與氧化層生長的方法有關(guān)，依干氧法、濕氧法、低溫沉積法、磷擴(kuò)散等不同而定； b。腐蝕液濃度； c。腐蝕液溫度。 腐蝕后基底 膠 層要求： 1) 邊緣整齊； 2) 圖形完整干凈； 第 24 頁 3) 圖形無畸變； 4) 無鉆蝕、浮膠、針孔等弊病。 8. 去膠 去膠 見 圖 37 就是在刻蝕或離子注入之 后，已經(jīng)不再需要光刻膠作保護(hù)層，可以將其除去，分為濕法、 干法去膠，其中濕法去膠又分有機(jī)溶劑去膠和無機(jī)溶劑去膠。有機(jī)溶劑去膠，主要是使光刻膠溶于有機(jī)溶劑而除去；無機(jī)溶劑去膠則是利用光刻膠本身也是有機(jī)物的特點(diǎn)，通過一些無機(jī)溶劑，將光刻膠中的碳元素氧化為二氧化碳而將其除去 ；干法去膠，則是用等離子體將光刻膠剝除。 圖 37 去膠示意圖 光刻常見問題及穩(wěn)定措施 光刻是一種精密 、 細(xì)致的表面加工技術(shù) ，光刻工藝的質(zhì)量不僅影響器件特性而且對(duì)器件的成品率和可靠性也有很大影響。因此，發(fā)生在光刻中的質(zhì)量問題必須認(rèn)真對(duì)待。在此只討論一些質(zhì)量問題。可參照表 2。半導(dǎo)體器件生產(chǎn)對(duì)光刻質(zhì)量的要求是：刻蝕圖形完整、尺寸準(zhǔn)確、邊緣整齊；圖形外氧化層上沒有針孔，圖形內(nèi)沒有殘留的被腐蝕物質(zhì)；同時(shí)要求套合準(zhǔn)確， 表面無劃 傷、無沾污等。但在光刻過程中常會(huì)出現(xiàn)浮膠、毛刺、鉆蝕、針孔和放射性條紋 等缺陷。本 結(jié)討論這些缺陷產(chǎn)生的原因及其對(duì)器件特性的影響，還有提出了穩(wěn)定光刻工藝的措施。 表 2 質(zhì)量分析 質(zhì)量參數(shù) 缺陷類型 光刻膠粘附性 光刻膠脫落 光刻膠覆蓋基底的質(zhì)量問題 光刻膠有針孔 光刻膠的回濺 光刻膠起皮 光刻膠膜厚度 光刻膠的厚度不再控制范圍內(nèi)，光刻膠膜厚度不均勻 第 25 頁 針孔 在基片上不規(guī)則地出現(xiàn)缺乏完整的光刻膠保護(hù)膜 ，呈現(xiàn)為某些未覆蓋的微米數(shù)量級(jí)的小孔；出現(xiàn)針孔的部位，將使氧化層不能有效地起到雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽作用和絕緣作用，腐蝕液可以腐蝕下去，造成電路缺陷；嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電路的報(bào)廢。 光刻時(shí)產(chǎn)生針孔的原因有： 1. 氧化硅薄膜表面有塵土、石英屑、硅渣等外來顆粒，使得涂膠與基片表面未充分吸附，留有未覆蓋的小區(qū)域，腐蝕時(shí)產(chǎn)生針孔。 2. 光刻膠中含有固體顆粒，影響曝光效果，顯影時(shí)剝落，腐蝕時(shí)產(chǎn)生針孔。 3. 光刻膠模本身抗蝕能力差，或甩膠轉(zhuǎn)速過高，光刻膠太薄，易造成針孔。 4. 前烘不足，殘存溶劑阻礙抗腐蝕劑揮發(fā)過快而鼓泡，腐蝕時(shí)產(chǎn)生針孔。 5. 曝光不足，關(guān)聯(lián)不充分，或曝光時(shí)間過長，膠層發(fā)生皺皮，腐蝕液穿透膠模而產(chǎn)生腐蝕斑點(diǎn)。 6. 掩模版透光區(qū)存在灰塵或黑斑，曝光時(shí)局部膠膜未曝光，顯影時(shí)被溶解，腐蝕后 產(chǎn)生針孔。 預(yù)防針孔的穩(wěn)定措施 ：實(shí)驗(yàn)前加強(qiáng)對(duì)基片表面清洗處理；勤換光刻膠及保證光刻膠放置在陰涼處如冰箱等，必要時(shí)過濾光刻膠；在保證分辨率的提前下，采用低轉(zhuǎn)速甩膠，增加膠厚，減少針孔；選擇合適的曝光時(shí)間、前烘溫度、顯影時(shí)間等光刻參數(shù)；如針孔或缺陷較多，應(yīng)返工。 浮膠 浮膠就是在顯影或腐蝕過程中，由于化學(xué)試劑不斷侵入光刻膠膜與玻璃薄膜間的界面，引起抗蝕劑膠膜皺起或剝落的現(xiàn)象。光刻時(shí)產(chǎn)生浮膠，將嚴(yán)重影響光刻圖形的質(zhì)量，甚至造成基片的報(bào)廢。產(chǎn)生浮膠的原因往往和膠膜與基底的粘附性有密切關(guān)系。 顯影時(shí)產(chǎn) 生的原因： 1. 涂膠前基片表面清洗不當(dāng)，沾有油污或水珠，使膠膜表面間沾污。 2. 光刻配制有誤或膠液陳舊變質(zhì)，膠的光化學(xué)反應(yīng)性能不好，與硅片表面粘附能力差。 3. 前烘時(shí)間不足，膠膜內(nèi)層溶劑揮發(fā)不完全；前烘過度，膠膜翹起硬化。 4. 曝光不足，光化學(xué)反應(yīng)不徹底，部分膠膜容于顯影液中，引起浮膠。 5. 顯影時(shí)間過長。顯影液滲入膠膜底部，引起膠膜脫落。 腐蝕時(shí)產(chǎn)生浮膠的原因： 第 26 頁 1. 堅(jiān)膜不足，膠膜沒有烘透，沾附性差，在