晶圓表面光刻膠的涂覆與刮邊工藝的研究

金 敏，王 芳

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024）

1 研究背景

晶圓（Wafer）是生產(chǎn)集成電路所用的載體。光刻膠是指通過紫外光、準(zhǔn)分子激光束、X 射線、電子束、離子束等照射，能使溶解度發(fā)生變化的耐蝕刻高分子材料，主要被應(yīng)用于集成電路和半導(dǎo)體分立器件的微細(xì)圖形加工。近年來(lái)，隨著紅外技術(shù)的不斷發(fā)展,光刻膠被逐步應(yīng)用于光電子領(lǐng)域平板顯示器的制作[1]。

目前，客戶現(xiàn)場(chǎng)沒有自動(dòng)設(shè)備，生產(chǎn)線滴膠、勻膠、刮膠等工藝流程完全由人工手工完成。滴膠量以及刮膠精度完全靠肉眼識(shí)別，精度較差，成品合格率較低。本文主要論述光刻膠的特性及其在碲鎘汞紅外探測(cè)器制造中的具體應(yīng)用。

2 工藝流程

本設(shè)備主要分為取放片單元、勻膠單元、刮膠單元、加熱單元四個(gè)單元。設(shè)備大體流程如下：首先是用特定清洗液清洗晶圓材料表層，氮?dú)獯蹈桑又诓牧媳韺油扛惨欢康墓饪棠z，涂膠完成后以規(guī)定的加速度加速到指定勻膠速度勻膠一段時(shí)間，勻膠完成后再由機(jī)器人完成晶圓片四周及底部殘膠刮除，最后送到烤箱烘烤，至此所有流程完成。整機(jī)流程圖如1 所示。

2.1 取放片單元

該單元主要由晶圓機(jī)器人部件與晶圓CASETTE 部件組成，機(jī)器人尾部安裝有晶圓掃描裝置，可以自動(dòng)掃描晶圓CASETTE 各層中晶圓片的有無(wú)，機(jī)器人手臂會(huì)根據(jù)掃描結(jié)果去晶圓CASETTE有料層取料。機(jī)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 整機(jī)流程圖

2.2 勻膠單元

該單元主要功能是晶圓片的清潔、光刻膠涂覆、勻膠、圓片去邊等。

晶圓機(jī)器人將晶圓片放置在勻膠吸盤后，首先由勻膠手臂噴灑EBR 清洗液清洗晶圓片，接著由去邊臂噴氮?dú)獬埏L(fēng)干，再由勻膠臂涂覆光刻膠（如果是圓片，則由去邊臂噴灑去邊劑去邊）。光刻膠涂覆完成后，勻膠蓋閉合，勻膠臺(tái)開始以設(shè)置好的加速度加速到指定轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)指定的時(shí)間后勻膠完成。勻膠單元機(jī)構(gòu)如圖3 所示。

圖2 晶圓去放單元結(jié)構(gòu)圖

圖3 勻膠單元結(jié)構(gòu)圖

2.3 刮膠單元

該單元主要針對(duì)的是方形晶圓片的刮邊工藝。晶圓片高速勻膠完成后，由于離心力作用，晶圓片邊緣的光刻膠會(huì)比晶圓片中心高出很多，需要人工邊緣殘膠刮掉。

當(dāng)晶圓搬運(yùn)機(jī)器人將勻膠后的晶圓片放置在刮膠臺(tái)后，刮膠臺(tái)的定位機(jī)構(gòu)會(huì)先將晶圓片定位，然后安裝在刮膠機(jī)器人上的手術(shù)刀會(huì)沿著方片四周勻速走完刮膠軌跡，刮膠完成后，利用刮膠機(jī)器人上安裝的棉簽將晶圓片的底部殘膠擦拭掉，防止底部殘膠污染接下來(lái)的烘干單元。刮膠單元機(jī)構(gòu)如圖4 所示。

2.4 加熱單元

該單元主要功能是將涂膠、勻膠、刮膠完成的晶圓片放置在烤箱內(nèi)以設(shè)定好的溫度進(jìn)行固定時(shí)間的加熱烘烤，使表面涂覆的光刻膠凝固干透。加熱單元機(jī)構(gòu)如圖5 所示。

圖4 刮膠單元結(jié)構(gòu)圖

圖5 加熱單元機(jī)構(gòu)示意圖

3 在工藝研究中得出的結(jié)論

3.1 外界溫度對(duì)光刻膠黏度的影響

為了驗(yàn)證外界溫度對(duì)光刻膠黏度的影響，我們用相同容積的燒杯，對(duì)相同容量的光刻膠進(jìn)行試驗(yàn)，將光刻膠加熱到不同的溫度，靜置一段時(shí)間后用黏度測(cè)試儀測(cè)試其黏度，發(fā)現(xiàn)溫度越高時(shí)，光刻膠的黏度越小[2]。

3.2 光刻膠黏度對(duì)其涂覆膜厚的影響

客戶對(duì)于晶圓表面光刻膠的涂覆厚度有著嚴(yán)格的要求，涂覆的厚度與多方面因素有關(guān)，我們?cè)谥付ǖ墓に嚟h(huán)境下（相同溫度、濕度、相同光刻膠滴膠量、相同滴膠速度，相同的勻膠速度與時(shí)間等等），用不同黏度的光刻膠進(jìn)行涂覆，在專用臺(tái)階儀下測(cè)量光刻膠的涂覆厚度并得出結(jié)論：在相同條件下，光刻膠的黏度越大，覆膜厚度越厚。

3.3 光刻膠烘烤的最佳條件

光刻膠涂覆后需要進(jìn)行加熱烘干處理，以增加其黏附性及均勻性。在相同條件下涂覆后的晶圓片，分別用200 ℃、150 ℃、100 ℃、90 ℃、80 ℃、50 ℃分別烘烤10 min、8 min、5 min、3 min、1 min，顯影后發(fā)現(xiàn)：90 ℃、3 min 條件下烘烤的晶圓片膠膜更堅(jiān)硬，保證刻蝕時(shí)膠膜側(cè)向侵蝕較小。

3.4 光刻膠的使用周期

光刻膠的感光度會(huì)隨著時(shí)間的加長(zhǎng)以及光照的影響而降低。而且時(shí)間越長(zhǎng)，光刻膠的潔凈度越差，涂覆效果也越差。經(jīng)過對(duì)比與實(shí)驗(yàn)，光刻膠的使用周期一般不能超過3 d。這里總結(jié)了光刻膠使用與保存注意事項(xiàng)：光刻膠不可陽(yáng)光直射，應(yīng)密封閉光保存；使用光刻膠一定要在黃光區(qū)；不要使用過期光刻膠。

4 結(jié)論

該設(shè)備的研發(fā)成功滿足了客戶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的需求，有效提高了現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率，大大減少了人工成本，得到了現(xiàn)場(chǎng)客戶的一致好評(píng)。