晶圆表面光刻胶的涂覆与刮边工艺的研究

金 敏，王 芳

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024）

1 研究背景

晶圆（Wafer）是生产集成电路所用的载体。光刻胶是指通过紫外光、准分子激光束、X 射线、电子束、离子束等照射，能使溶解度发生变化的耐蚀刻高分子材料，主要被应用于集成电路和半导体分立器件的微细图形加工。近年来，随着红外技术的不断发展,光刻胶被逐步应用于光电子领域平板显示器的制作[1]。

目前，客户现场没有自动设备，生产线滴胶、匀胶、刮胶等工艺流程完全由人工手工完成。滴胶量以及刮胶精度完全靠肉眼识别，精度较差，成品合格率较低。本文主要论述光刻胶的特性及其在碲镉汞红外探测器制造中的具体应用。

2 工艺流程

本设备主要分为取放片单元、匀胶单元、刮胶单元、加热单元四个单元。设备大体流程如下：首先是用特定清洗液清洗晶圆材料表层，氮气吹干，接着在材料表层涂覆一定量的光刻胶，涂胶完成后以规定的加速度加速到指定匀胶速度匀胶一段时间，匀胶完成后再由机器人完成晶圆片四周及底部残胶刮除，最后送到烤箱烘烤，至此所有流程完成。整机流程图如1 所示。

2.1 取放片单元

该单元主要由晶圆机器人部件与晶圆CASETTE 部件组成，机器人尾部安装有晶圆扫描装置，可以自动扫描晶圆CASETTE 各层中晶圆片的有无，机器人手臂会根据扫描结果去晶圆CASETTE有料层取料。机构如图2 所示。

图1 整机流程图

2.2 匀胶单元

该单元主要功能是晶圆片的清洁、光刻胶涂覆、匀胶、圆片去边等。

晶圆机器人将晶圆片放置在匀胶吸盘后，首先由匀胶手臂喷洒EBR 清洗液清洗晶圆片，接着由去边臂喷氮气除污风干，再由匀胶臂涂覆光刻胶（如果是圆片，则由去边臂喷洒去边剂去边）。光刻胶涂覆完成后，匀胶盖闭合，匀胶台开始以设置好的加速度加速到指定转速，旋转指定的时间后匀胶完成。匀胶单元机构如图3 所示。

图2 晶圆去放单元结构图

图3 匀胶单元结构图

2.3 刮胶单元

该单元主要针对的是方形晶圆片的刮边工艺。晶圆片高速匀胶完成后，由于离心力作用，晶圆片边缘的光刻胶会比晶圆片中心高出很多，需要人工边缘残胶刮掉。

当晶圆搬运机器人将匀胶后的晶圆片放置在刮胶台后，刮胶台的定位机构会先将晶圆片定位，然后安装在刮胶机器人上的手术刀会沿着方片四周匀速走完刮胶轨迹，刮胶完成后，利用刮胶机器人上安装的棉签将晶圆片的底部残胶擦拭掉，防止底部残胶污染接下来的烘干单元。刮胶单元机构如图4 所示。

2.4 加热单元

该单元主要功能是将涂胶、匀胶、刮胶完成的晶圆片放置在烤箱内以设定好的温度进行固定时间的加热烘烤，使表面涂覆的光刻胶凝固干透。加热单元机构如图5 所示。

图4 刮胶单元结构图

图5 加热单元机构示意图

3 在工艺研究中得出的结论

3.1 外界温度对光刻胶黏度的影响

为了验证外界温度对光刻胶黏度的影响，我们用相同容积的烧杯，对相同容量的光刻胶进行试验，将光刻胶加热到不同的温度，静置一段时间后用黏度测试仪测试其黏度，发现温度越高时，光刻胶的黏度越小[2]。

3.2 光刻胶黏度对其涂覆膜厚的影响

客户对于晶圆表面光刻胶的涂覆厚度有着严格的要求，涂覆的厚度与多方面因素有关，我们在指定的工艺环境下（相同温度、湿度、相同光刻胶滴胶量、相同滴胶速度，相同的匀胶速度与时间等等），用不同黏度的光刻胶进行涂覆，在专用台阶仪下测量光刻胶的涂覆厚度并得出结论：在相同条件下，光刻胶的黏度越大，覆膜厚度越厚。

3.3 光刻胶烘烤的最佳条件

光刻胶涂覆后需要进行加热烘干处理，以增加其黏附性及均匀性。在相同条件下涂覆后的晶圆片，分别用200 ℃、150 ℃、100 ℃、90 ℃、80 ℃、50 ℃分别烘烤10 min、8 min、5 min、3 min、1 min，显影后发现：90 ℃、3 min 条件下烘烤的晶圆片胶膜更坚硬，保证刻蚀时胶膜侧向侵蚀较小。

3.4 光刻胶的使用周期

光刻胶的感光度会随着时间的加长以及光照的影响而降低。而且时间越长，光刻胶的洁净度越差，涂覆效果也越差。经过对比与实验，光刻胶的使用周期一般不能超过3 d。这里总结了光刻胶使用与保存注意事项：光刻胶不可阳光直射，应密封闭光保存；使用光刻胶一定要在黄光区；不要使用过期光刻胶。

4 结论

该设备的研发成功满足了客户实现自动化生产的需求，有效提高了现场的生产效率，大大减少了人工成本，得到了现场客户的一致好评。