接触式光刻曝光时掩模压在光刻胶的衬底晶片上,其主要优点是可以使用价格较低的设备制造出较小的特征尺寸。接触式光刻和深亚微米光源已经达到了小于0.1μm的特征尺寸,常用的光源分辨率为0.5μm左右。接触式光刻机的掩模版包括了要复制到衬底上的所有芯片阵列图形。在衬底上涂上光刻胶,并被安装到一个由手动控制的台子上,台子可以进行X、y方向及旋转的定位控制。掩模版和衬底晶片需要通过分立视场的显微镜同时观察,这样操作者用手动控制定位台子就能把掩模版图形和衬底晶片上的图形对准了。经过紫外光曝光,光线通过掩模版透明的部分,图形就转移到了光刻胶上。光刻其实是由多步工序所组成的。清洗:清洗衬底表面的有机物。旋涂:将光刻胶旋涂在衬底表面。云南光刻实验室
对于国产光刻胶来说,今年的九月是极为特殊的一个月份。9月23日,发改委联合工信部、科技部、财政部共同发布了《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》,《意见》提出,加快新材料产业强弱项,具体涉及加快在光刻胶、大尺寸硅片、电子封装材料等领域实现突破。而在《意见》还未发布之前,部分企业已经闻声先动了。除了几家企业加大投资、研发国产光刻胶之外,还有两家企业通过购买光刻机的方式,开展光刻胶的研发。光刻胶产业,尤其是较优光刻胶一直是日本企业所把持,这已不是什么鲜为人知的信息了。云南光刻实验室如今,全世界能够生产光刻机的国家只有四个,中国成为了其中的一员。
日本能把持光刻胶这么多年背后的深层次逻辑是什么?究其原因,主要是技术和市场两大壁垒过高导致的。首先,光刻胶作为半导体产业的基础材料,扮演着极其重要的角色,甚至可以和光刻机相媲美,但市场规模却很小。2019年的全球光刻胶市场的规模才90亿美元,不及一家大型IC设计企业的年营收,行业成长空间有限,自然进入的企业就少。另一方面,光刻胶又是一个具有极高技术壁垒的产业。由于不同的客户会有不同的应用需求,同一个客户也有不同的光刻应用需求。导致光刻胶的种类极其繁杂,必须通过调整光刻胶的配方,满足差异化应用需求,这也是光刻胶制造商较中心的技术。
一般微电子化学品具有一定的腐蚀性,对生产设备有较高的要求,且生产环境需要进行无尘或微尘处理。制备较优微电子化学品还需要全封闭、自动化的工艺流程,以避免污染,提高质量。因此,光刻胶等微电子化学品生产在安全生产、环保设备、生产工艺系统、过程控制体系以及研发投资等方面要求较高。如果没有强大的资金实力,企业就难以在设备、研发和技术服务上取得竞争优势,以提升可持续发展能力。因此,光刻胶这样的微电子化学品行业具备较高的资金壁垒。广东省科学院半导体研究所。接触式曝光具有分辨率高、复印面积大、复印精度好、曝光设备简单、操作方便和生产效率高等特点。
光刻曝光系统:接触式曝光和非接触式曝光的区别,在于曝光时掩模与晶片间相对关系是贴紧还是分开。接触式曝光具有分辨率高、复印面积大、复印精度好、曝光设备简单、操作方便和生产效率高等特点。但容易损伤和沾污掩模版和晶片上的感光胶涂层,影响成品率和掩模版寿命,对准精度的提高也受到较多的限制。一般认为,接触式曝光只适于分立元件和中、小规模集成电路的生产。非接触式曝光主要指投影曝光。在投影曝光系统中,掩膜图形经光学系统成像在感光层上,掩模与晶片上的感光胶层不接触,不会引起损伤和沾污,成品率较高,对准精度也高,能满足高集成度器件和电路生产的要求。但投影曝光设备复杂,技术难度高,因而不适于低档产品的生产。现代应用较广的是 1:1倍的全反射扫描曝光系统和x:1倍的在硅片上直接分步重复曝光系统。光刻胶若性能不达标会对芯片成品率造成重大影响。云南光刻实验室
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘等工序。云南光刻实验室
通常来说,在使用工艺方法一致的情况下,波长越短,加工分辨率越佳。静态旋转法:首先把光刻胶通过滴胶头堆积在衬底的中心,然后低速旋转使得光刻胶铺开,再以高速旋转甩掉多余的光刻胶。在高速旋转的过程中,光刻胶中的溶剂会挥发一部分。静态涂胶法中的光刻胶堆积量非常关键,量少了会导致光刻胶不能充分覆盖硅片,量大了会导致光刻胶在硅片边缘堆积甚至流到硅片的背面,影响工艺质量。动态喷洒法:随着硅片尺寸越来越大,静态涂胶已经不能满足较新的硅片加工需求。广东省科学院半导体研究所。云南光刻实验室