光刻工艺流程分析.doc

光 刻 工 艺 流 程 分 析光刻就是将集成电路结构图形制作在光罩(Mask)上，然后将光罩上的图形转印在涂布仃光阻薄膜的品恻上.经过穿过光罩光线的照对以及显彤处理，光 阻层便可呈现出与光罩I：相同图形结构.并可将图形尺寸适当地缩小.以便在晶 圆上制造出许多相同电路结构的集成电路产品2.2光刻流程介绍品岡由薄膜工艺.在晶岡表面长膜后.进入光刻工艺简单的來说.光刻制 程分为四大部分：涂布、曝光.显影.检测"Cleai11扩敢(DiHusion)flhin tilm)(Ckiin)—T (CMP>Aft (Ckun>离干仕入< Implant)图2・1晶圆流程具体的晶圆光刻流程如下：1. 脱水(DEHYDRATION).用加热法去掉晶恻的水分2. 粘附(ADHERS1ON) •用粘附济(HMDS)涂在品附&面以增加粘附性3. 冷却(COOLING),把晶圆冷却到室温4. 涂胶(涂布ING).把晶岡涂上一层光阻胶5. 预烘(SOF1BAKE).用加热法把光阻中的溶剂蒸发掉6. 冷却(COOLING),把晶圆冷却到宅温7. 曝光(EXPOSURE),将光罩上的图形转印在涂布何光阻簿膜的晶圆上.8. 曝光后之烘烤(PEB),目的是减少驻波。

9. 冷却(COOLING).把品恻冷却到空温-10. 显彩(DEVELOPING).显现图形11. 后烘(HARDBAKE).使光阳硬化12. 冷却(COOLING),把晶圆冷却到宅温.图2-2光刻流程3.1 ACTS 介绍涂布曝光机是光刻制程中垂要的设备•它担负着光刻制程中多个角色涂布 曝光机上要使用的是Tokyo Elcctmn生产的Clean Track A CI* 8/121*1-｝的涂仿曝光 机卜文将以Clean Track ACTS为例介绍涂布曝光机在光刻制程中的作用Clean Track在这些制程中主要用于促进附着、涂布、前烘烤.显影、与后烘 烤Clean Track类型系统内的一般名词是光阻处理设条（涂布机、显影机、烘烤 设备）Clean Track ACI 8采用微电脑控制,以晶舟对品舟（carricr-lo-carrier）的方 式，门动持续处理照相卬刷的程序卜列是管理Clean Track内每一光刻卬刷制程 的模组叫表3・1光刻印刷制程的模组制程名称模组名称附着力促进膜涂布Adhesion process station涂布Coal proves® station預先烘烤Low・lcmpcnilurc hot plate process station显影Develop process station事后烘烤Low・lcmpcnilurc hoi plate pn)cess station3.2系统组成Clean Track ACT8是畅销的MARK・7与MARK S的升级机型.这套高效能系 统的设计目标是满足卜一代装置的需求。

因为制程越来越多样化.系统安装而积 逐渐变大.但是由于设计上的提升・ACT8的安装面积只需要MARK-7/MARK-8 所需的65%左右晶舟区域内的化学晶区域获得提升.热处理模块L1经整合到垂 直的7层模块（堆栈）旋转模块（涂布单丿〃显彤）已经整合为垂直的2层模块（堆 栈）.这是传统设备难以获得的成果ACI8废除了制程区域机械『臂水平移动轴 Y,采用晶岡同时更换功能.增加了处理虽借看废除品岡内用以处理品恻的完 全真空.并缩小在晶圆搬送过程中的接触表面•业已大幅减少在晶圆F面产生的颗粒数虽因为制程区域机械乎臂具仃3支钳子.可为热处理模块提供*L一的品 闘搬送T-VT.消除品恻在涂布Z前的受热效果・而且将薄膜疗度的不均一性加小 化AC"是完全密闭的系统.可以防止因为外部干扰而影响制程.而且因为能 控制系统内的气流，能提供更洁净的环境XSystem air flow control图3・1系统风向图3.3模块组成Tokyo Electron Clean Track ACTS的基本组态包括3种区域的组合晶舟区域 (CS B)储存品恻舟制程区域(PRB)包括用以执行品岡处理的制程模块-imerfacc 区域(IFB)负责将晶圆搬送到Scanner设备(曝光系统)。

3.3.1晶舟区域(CSB)这种组态内的其它设备包括：用以操作ACT8的主操作血板、控制ACTX内所 仃设备的控制器盒子•在晶舟区域底部还仃用以安装光阻瓶和光阻泵的化学品区 域将品恻流用向控制器盒子注册Z后.品舟区域就成为晶恻处理开始仃结束所在的区域•基本的处理流程如卜•:以晶舟区域机械手臂(CRA)将晶側从晶舟(由操 作员置于品时台上)搬送到制程区域(PRB).品岡在制程区域处理完成Z后.以乎 臂接收晶圆，然后将晶圆送回晶舟•区域内的晶舟图3・2ACT8机构示意图3.3.2制程区域(PRB)旋转制程模块便用具仃2个乖直层级的新式堆栈恪式・两个旋转制程模块可以安装于制程区域的上层与底层.制程区域内最多可以安装4个制程模块涂仿制程模块将光阻溶液(光嫩溶液)涂布在水平放置的品恻上・并借着旋转 这些晶圆.在整个晶圆上形成厚度一致的光阳薄膜阿图3・3涂布模块示意图光阻乎臂握持制程模块程式指定的光阻喷嘴.并将光阻喷嘴移动到品恻中 央由温度控制的光阻液体滴在高速旋转的晶圆上，以执行涂布图3・4涂伯制程过程晶岡的旋转操作是由直流伺服马达（旋转马达）.透过旋转K•盘來完成旋转 匸盘由聚朋朋酗所制.具何同心岡结构.以减少产生的颗粒.旋转E盘以真空方 式吸附晶圆。

图3・5旋转K•盘光阻于竹安装于涂布制程模块的一边.以汽缸驱动來咆直操作，以步进马达 報动來左右（水平）操作•而以汽缸報动來抓取喷嘴图3・6喷嘴运动结构溶剂喷嘴安装于涂布制程模块光阻于臂位尸原点位置的一边•而由步进马达 将它前后移动这项驱动会将Ff式指定的喷嘴移动到光阻于•竹的拾収点其它驱 动结构包括喷嘴区域锁定结构.防止喷嘴区域脱离位也在溶剂中仃稀秤剂或类 似物质负讶进行吐出处理.这称为solvent bath,能防止光阻硕址改变,以及喷嘴 F•掉.solvent bath吐出稀秤剂或类似物质•能维持光阻质虽・预防喷嘴尖端上的 光阻干掉冋.CLEAN TRACK ACT8图3・7溶剂喷嘴结构光阻液体与马达法兰盘的温度改变时•光阻薄膜的厚度也会改变为防止这 些温度改变.光阻液体与马达法兰盘的温度有加以控制.以维持固定温度•并确 保光阻厚度的稳定性与重现性图3・8温度控制设备的安装环境会影响涂布cup内的温度.并使湿度发生变化.结果在涂伤 曝光处理中使光阻薄膜的厚度发生变化.为防止这种状况.涂布 杯罩内的温度 与湿度经过控制，维持周定.并确保光阻厚度的稳定性与臣现性图3・9温湿度控制其它晶圆处理工具.例如步进机•是握持晶圆的边缘.如果光阻薄膜延伸到边缘.则在这些处理中会碎裂，并产生颗粒.为防止这种问题.光阻溶剂（稀释 剂等）吐到晶圆表面周1制・以移除光阻。

图3-10E.B.R结构E.B.R.T VT安装于涂布制程模块的一边.具汽缸驱动器负诗垂直方向的操 作•其步进马达驱动器则负责水平方向的操作晶岡在涂布曝光处理中•底部会黏上光阻.造成在烘烤时不平整、步进机曝 光时脱离位置、并在晶圆表面底部产生颗粒.为防止这种问题.从喷嘴尖端滴卜. 溶剂（稀释剂），晶圆底部的光阻则会熔化与移除'-图3・11背而清洗涂伯制程模块配备遮板•这个遮板具仃上卜运动结构.以隔离涂布制程模块. 并防止化学液体在涂布曝光处理中溅出图3・12遮板结构涂伯制程模块具仃淸洗功能.利用碟子形状的淸洗客器來淸洗涂巾曝光处理 中.滋到化学液体的杯罩这个淸洗容器安装于制程模块的孟子上•称为cup washing holder (CWH),由制程区域机械冋号将它搬入搬出涂伯制用模块1*13-13 CWH结构3.3.3制程区域机械手臂（PRA）制程区域机械T•臂是共乍的搬送『•恢将品闘锻送到制程区域（PRB）内的制 程模块•一股而言称为晶圆搬送机器人•制程区域机械于•臂安装于制程区域中央, 整合報动轴（5个轴组态）的动作來搬送晶岡，而这些驱动轴存3个操作方向：X- 轴（XI-轴、X2•轴、X3•轴）、Z•轴、与B •轴.在制程区域内将晶回移动到制程模 块。

将手鸭垂直上卜移动的轴称为Z•轴Z•轴的驱动使用一部AC伺服马达.Ifij 马达是由沿着驱动方向上两个左边及右边导轨路径的齿形皮带來操作操作位置 是由硬件计数器來控制.该计数器持续计算马达发出的编码器讯号请注意.这个驱动轴部份何一种密封结构称为密封带•用以防止Z・轴活动 部份的缝隙所产生的尿尘进入制程区域机械产n内-这个密封帯与厶轴同步驱 动.缝隙则以橡胶密封帶來密封为了在万-齿形皮带断裂时.避免z•轴掉落. 支架部份悬挂了两条低速的齿形皮带.并安装了皮帯断裂传感器.以侦测皮帯是 否断裂呦操作于•臂旋转方向的比率轴称为B •轴在搬送晶例时.这个驱动轴改变在 模块之间的方向・并改变所要搬送的晶恻相对于模块的方向-予•骨钳子的传送与接收方向称为X•轴方向.X•轴以3个钳子来设定组态. 较低的X•轴是XI•轴（钳子1）•中间的是X2•轴（钳子2）.较高的X•轴是X3•轴（钳 子3）.这种结构以钳子1及钳子2轮流将晶圆搬入及搬出每一模块.将处理晶圆 受到的热址影响降至加低•钳『3仅从制程模块将晶厠传送到旋转制程模块CLEAN TRACK ACTX Process Block振送手祈丽谷圖图3・14搬送于竹结构。