金 敏，王 芳

（中國電子科技集團(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，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，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)間后用黏度測試儀測試其黏度，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)，我們在指定的工藝環(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)間的加長以及光照的影響而降低。而且時(shí)間越長，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)場的生產(chǎn)效率，大大減少了人工成本，得到了現(xiàn)場客戶的一致好評(píng)。