硅片一般分正面和背面,正面印正银,背面印背银和背铝,烘干烧结后可以使用并测试。光伏用的硅片表面不能有线痕,这种工艺在切割时就定型,用途太阳能发电。而半导体硅片在切割时,硅片两面都有线痕,经抛光研磨后成晶圆,再上光刻胶。
很多纳米管、线等都是在类似的基体上生长,然后直接SEM观察。换句话说,只有纳米材料才会考虑用抛光硅片做样品载台。微米亚微米级别的,浪费,直接双面导电胶带粘即可。抛光是研磨后进一步平整漆面,除去研磨残余条纹,抛光剂使漆面光泽度自然呈现。抛光有很多种,有机械抛光、化学抛光、电解抛光、超声波抛光、流体抛光、磁研磨抛光。
光刻胶是一大类具有光敏化学作用(或对电子能量敏感)的高分子聚合物材料,是转移紫外曝光或电子束曝照图案的媒介。光刻胶的英文名为resist,又翻译为抗蚀剂、光阻等。光刻胶的作用就是作为抗刻蚀层保护衬底表面。光刻胶只是一种形象的说法,因为光刻胶从外观上呈现为胶状液体。光刻胶通常是以薄膜形式均匀覆盖于基材表面。当紫外光或电子束的照射时,光刻胶材料本身的特性会发生改变,经过显影液显影后,曝光的负性光刻胶或未曝光的正性光刻胶将会留在衬底表面,这样就将设计的微纳结构转移到了光刻胶上,而后续的刻蚀、沉积等工艺,就可进一步将此图案转移到光刻胶下面的衬底上,最后再使用除胶剂将光刻胶除去就可以了。
2. 光刻胶应用范围
光刻胶广泛应用于集成电路(IC),封装(Packaging),微机电系统(MEMS),光电子器件光子器件(Optoelectronics/Photonics),平板显示器(LED,LCD,OLED),太阳能光伏(Solar PV)等领域。
3.光刻胶分类及类型
光刻胶按其形成图形的极性可以分为:正性光刻胶和负性光刻胶。
正胶指的是聚合物的长链分子因光照而截断成短链分子;负胶指的是聚合物的短链分子因光照而交链长链分子。 短链分子聚合物可以被显影液溶解掉,因此正胶的曝光部分被去掉,而负胶的曝光部分被保留。
①.紫外光刻胶(Photoresist):
各种工艺:喷涂专用胶,化学放大胶,lift-off胶,图形反转胶,高分辨率胶,LIGA用胶等。
各种波长: 深紫外(Deep UV)、I线(i-line)、G线(g-line)、长波(longwave)曝光用光刻胶。
各种厚度: 光刻胶厚度可从几十纳米到上百微米。
②. 电子束光刻胶(电子束抗蚀剂)(E-beam resist)
电子束正胶:PMMA胶,PMMA/MA聚合物, LIGA用胶等。
电子束负胶:高分辨率电子束负胶,化学放大胶(高灵敏度电子束胶)等。
③. 特殊工艺用光刻胶(Special manufacture/experimental sample)
电子束曝光导电胶,耐酸碱保护胶,全息光刻用胶,聚酰亚胺胶(耐高温保护胶)等特殊工艺用胶。
④.配套试剂(Process chemicals)
显影液、去胶液、稀释剂、增附剂(粘附剂)、定影液等。
4.光刻胶成分
光刻胶一般由4部分组成:树脂型聚合物(resin/polymer),溶剂(solvent),光活性物质(photoactive compound,PAC),添加剂(Additive)。 其中,树脂型聚合物是光刻胶的主体,它使光刻胶具有耐刻蚀性能;溶剂使光刻胶处于液体状态,便于涂覆;光活性物质是控制光刻胶对某一特定波长光/电子束/离子束/X射线等感光,并发生相应的化学反应;添加剂是用以改变光刻胶的某些特性,如控制胶的光吸收率/溶解度等。
5.光刻胶的主要技术参数
5.1.灵敏度(Sensitivity)
灵敏度是衡量光刻胶曝光速度的指标。光刻胶的灵敏度越高,所需的曝光剂量越小。单位:毫焦/平方厘米或mJ/cm2。
5.2.分辨率(resolution)
区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸(CD,Critical Dimension)来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小,光刻胶的分辨率越好。
光刻胶的分辨率是一个综合指标,影响该指标的因素通常有如下3个方面:
(1) 曝光系统的分辨率。
(2) 光刻胶的对比度、胶厚、相对分子质量等。一般薄胶容易得到高分辨率图形。
(3) 前烘、曝光、显影、后烘等工艺都会影响光刻胶的分辨率。
5.3.对比度(Contrast)
对比度指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。 对比度越好,越容易形成侧壁陡直的图形和较高的宽高比。
5.4.粘滞性/黏度 (Viscosity)
衡量光刻胶流动特性的参数。黏度通常可以使用光刻胶中聚合物的固体含量来控制。同一种光刻胶根据浓度不同可以有不同的黏度,而不同的黏度决定了该胶的不同的涂胶厚度。
5.5.抗蚀性(Anti-etching)
光刻胶必须保持它的粘附性,在后续的刻蚀工序中保护衬底表面。耐热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力。
5.6.工艺宽容度(Process latitude)
光刻胶的的前后烘温度、曝光工艺、显影液浓度、显影时间等都会对最后的光刻胶图形产生影响。每一套工艺都有相应的最佳的工艺条件,当实际工艺条件偏离最佳值时要求光刻胶的性能变化尽量小,即有较大的工艺宽容度。 这样的光刻胶对工艺条件的控制就有一定的宽容性。
6.特殊光刻胶介绍
6.1. 化学放大光刻胶(CAR,Chemical Amplified Resist)
化学放大胶中含有一种叫做"光酸酵母"(PAG, Photo Acid Generator)的物质。在光刻胶曝光过程中,PAG分解,首先产生少量的光酸。在曝光后与显影前经过适当温度的烘烤,即后烘(PEB, Post Exposure Baking)这些光酸分子又发连锁反应,产生更多的光酸分子。大量的光酸使光刻胶的曝光部分变成可溶(正胶)或不可溶(负胶)。 主要的化学反应是在后烘过程中发生的,只需要较低的曝光能量来产生初始的光酸,因此化学放大胶通常有很高的灵敏度。
6.2.灰度曝光(Grey Scale Lithography)
灰度曝光可以产生曲面的光刻胶剖面,是制作三维浮雕结构的光学曝光技术之一。灰度曝光的关键在于灰度掩膜板的制作、灰度光刻胶工艺与光刻胶浮雕图形向衬底材料的转移。传统掩膜板只有透光区和不透光区,而灰度掩膜板的透光率则是以灰度等级来表示的。实现灰度掩膜板的方法是改变掩膜的透光点密度。
光刻工艺主要步骤1. 基片前处理
为确保光刻胶能和晶圆表面很好粘贴,形成平滑且结合得很好的膜,必须进行表面准备,保持表面干燥且干净,
2. 涂光刻胶
涂胶的目标是在晶圆表面建立薄的、均匀的,并且没有缺陷的光刻胶膜。
3. 前烘(软烘焙)
前烘的目的是去除胶层内的溶剂,提高光刻胶与衬底的粘附力及胶膜的机械擦伤能力。
4. 对准和曝光(A&E)
保证器件和电路正常工作的决定性因素是图形的准确对准,以及光刻胶上精确的图形尺寸的形成。所以,涂好光刻胶后,第一步是把所需图形在晶圆表面上准确定位或对准。第二步是通过曝光将图形转移到光刻胶涂层上。
5. 显影
显影是指把掩膜版图案复制到光刻胶上。
6. 后烘(坚膜)
经显影以后的胶膜发生了软化、膨胀,胶膜与硅片表面粘附力下降。为了保证下一道刻蚀工序能顺利进行,使光刻胶和晶圆表面更好地粘结,必须继续蒸发溶剂以固化光刻胶。
7. 刻蚀
刻蚀是通过光刻胶暴露区域来去掉晶圆最表层的工艺,主要目标是将光刻掩膜版上的图案精确地转移到晶圆表面。
8. 去除光刻胶
刻蚀之后,图案成为晶圆最表层永久的一部分。作为刻蚀阻挡层的光刻胶层不再需要了,必须从表面去掉。
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