光刻是制造半導體器件和集成電路微圖形結(jié)構(gòu)的關鍵工藝，其工藝質(zhì)量直接影響著器件成品率、可靠性、器件性能以及使用壽命等參數(shù)指標。光罩是光刻工藝中的一個重要環(huán)節(jié)，光刻版必須非常潔凈，所有硅片上的電路元件都來自版圖。如果光刻版不潔凈，存在污染顆粒，這些顆粒就會被復制到硅片表面的光刻膠上，造成器件性能的下降。然而，光刻版在使用過程中不可避免的會粘上灰塵、光刻膠等污染物，這些污染物的存在直接影響到光刻的效果。
為了保證光刻版潔凈，必須定期對光刻版進行清洗，而清洗的效果與清洗工藝以及各清洗工藝在設備上的合理配置有著密切的聯(lián)系。
本文對全自動光刻版清洗機進行了介紹，主要包括清洗的工藝原理和清洗的工作過程。
1工藝原理
1.1清洗藥液
1.1.1丙酮溶液
對于光刻膠及其他有機污染物，比較常見的方法是通過有機溶劑將其溶解的方法將其去除，例如利用丙酮浸泡光刻版，在浸泡的同時，可以采用超聲，提高浸泡效果。對于比較干凈的光刻版，浸泡基本就能將有機污染物去除干凈。對于光刻膠較多的光刻版，浸泡只能將光刻膠泡軟，還需要用無塵布或無塵棉，蘸取丙酮輕輕擦洗，或在光刻版清洗設備中采用毛刷刷洗，通過外力將頑固的光刻膠去除掉。
1.1.2濃硫酸+雙氧水
濃硫酸加雙氧水的混合物，對于所有的有機材料都是有效的。它采用濃硫酸和過氧化氫的混合物，之后是去離子水（DI）沖洗，稱為Piranha刻蝕。這種方法對于特別難去除的光刻膠或由于接觸過高溫等環(huán)境導致已經(jīng)變性的光刻膠非常有效，并且可以得到很高的去膠效率。隨后的清潔即去除圖案化，檢查和修復任何殘留在光刻版表面的光刻膠或顆粒污染物。在最有效的工藝中，強氧化劑清洗之后是氫氧化銨噴霧，以抵消殘留酸（從而形成硫酸銨，一種易去除的鹽）；然后用去離子水沖洗以消除硫酸銨。
1.1.3其他藥液
由于用戶的工藝環(huán)境、工藝方法不同，所使用的藥液也不盡相同，很多用戶都根據(jù)自己工藝特點，設計了滿足自身工藝需求的清洗藥液。另外，科研工作者正積極探索新型光刻版清洗藥液。
1.2清洗方式
1.2.1毛刷刷洗
利用毛刷對光刻版進行刷洗，通過機械摩擦，用外力將頑固的光刻膠去除掉，可以達到很好的清洗效果。毛刷材料為PVA或尼龍。毛刷進行刷洗時，卡盤承載光刻版以角速度ω1勻速旋轉(zhuǎn)，安裝有毛刷的擺臂下降，使毛刷接觸到光刻版表面，并具有一定壓力，然后擺臂以角速度ω2勻速往復擺動。噴嘴向光刻版表面噴灑丙酮等化學液，使得光刻膠由于溶解而變得松軟。光刻版與毛刷產(chǎn)生相對運動，對光刻版表面起到刷洗作用。毛刷刷洗通常有兩種方式：方式一如圖1所示，利用常規(guī)毛刷對光刻版進行刷洗；方式二如圖2所示，利用滾柱毛刷對光刻版進行刷洗。
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1.2.2高壓沖洗
刷洗完成后，通常采用高壓DI水沖洗光刻版，通過高壓微細水滴的沖擊力去除仍然吸附在光刻版表面的剩余光刻膠。高壓DI水的壓力可以設定。
1.2.3兆聲清洗
對于較大顆粒的去除，前面所述的有機溶劑去膠方式和氧化劑氧化方式都會緊接著用DI水沖洗或輔助高壓水沖洗，大顆粒已經(jīng)去除干凈。對于較小顆粒［（0.2～0.5）μm］，由于光刻版表面靜流層（Viscousboundarylayer）的存在，普通的DI水沖洗的方式無法將其去除。通常采用在DI水中加兆聲的方式，利用兆聲產(chǎn)生高速水分子流動，清洗微小顆粒。利用兆聲噴頭對光刻版進行清洗的原理如圖3所示。兆聲噴頭噴灑的水柱與光刻版具有一定傾斜角度θ，以達到最佳的清洗效果。在利用兆聲清洗時，卡盤承載光刻版以角速度ω1勻速旋轉(zhuǎn)，安裝有兆聲噴頭的擺臂下降，使兆聲噴頭接近到光刻版表面，并具有一定距離，然后擺臂以角速度ω2勻速往復擺動，兆聲噴嘴向光刻版表面噴灑DI水溶液。
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1.3干燥方式
在手工清洗工藝中，一般采用氮氣噴槍將光刻版吹干，這種方式受人為因素影響大，人手接觸光刻版時可能將其再次污染，氮氣噴槍使用不當導致液體飛濺，易在光刻版表面殘留水漬。目前比較成熟的干燥方式是在單片旋轉(zhuǎn)清洗設備上采用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將光刻版甩干，在這個過程中可以采用氮氣噴頭提高干燥速度。若仍需要提高效率，氮氣也可以采用加熱的方式或氮氣噴頭在光刻版表面做掃描運動。
2工作過程
2.1設備結(jié)構(gòu)介紹
包括上下料單元、清洗單元、翻轉(zhuǎn)單元、光刻版?zhèn)鬏攩卧?、定位單元、藥液供給與循環(huán)單元和溫度控制單元等幾個模塊?？梢詥纹謩庸ぷ髂Ｊ降倪\行，也可以自動批量處理。
2.1.1上下料單元
包括片盒A和片盒B，用于承載待清洗和已經(jīng)清洗的光刻版。光刻版?zhèn)鬏攩卧獜纳舷铝蠁卧ト〈逑吹墓饪贪?，放入清洗單元進行清洗處理，處理結(jié)束后，放回上下料單元。片盒A和片盒B的具體作用可以通過軟件進行任意設定。
2.1.2清洗單元
是一個封閉的腔室，腔室內(nèi)具有如下結(jié)構(gòu)：承載光刻版旋轉(zhuǎn)的卡盤；安裝有藥液噴嘴、毛刷、兆聲噴頭、高壓DI水噴嘴、常壓DI水噴嘴、氮氣噴管，并且可以往復擺動的多個擺臂；防濺腔；自動門等。在全自動光刻版清洗機中可以設計多個清洗腔室，以提高清洗效率。
2.1.3翻轉(zhuǎn)單元
是一個翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，對光刻版進行翻轉(zhuǎn)。用戶往往需要對光刻版的正反兩面進行清洗。在清洗光刻版的正面后，光刻版?zhèn)鬏攩卧獙⒐饪贪嬷糜诜D(zhuǎn)單元內(nèi)，光刻版翻轉(zhuǎn)后，傳輸單元將背面朝上的光刻版置于清洗腔內(nèi)，對光刻版背面進行刷洗，達到光刻版正反兩面清洗的效果。
2.1.4光刻版?zhèn)鬏攩卧?/span>
是一個折臂抓取機械手，用于傳輸光刻版，抓取部分為氣缸夾持。同時，具有掃描識別光刻版位置的功能。
2.1.5定位單元
用于光刻版位置的校正。
2.1.6藥液供給與循環(huán)單元
將丙酮、濃硫酸等清洗液從供液罐或是儲液槽輸送到清洗單元的噴嘴。同時，具有藥液循環(huán)過濾、回收利用等功能。
2.1.7溫度控制單元
用于藥液的溫度控制，將藥液控制在合理的工藝溫度范圍內(nèi)。
全自動光刻版清洗機設備外形和工作臺面布局如圖4所示。
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2.2工作過程
下面以丙酮和IPA溶液作為清洗溶液，介紹全自動光刻版清洗機對光刻版進行清洗的過程。
其工作過程為：將待清洗的光刻版置于上下料單元，對設備進行初始化，確認系統(tǒng)狀態(tài)正常。編輯工藝文件，設定工藝參數(shù)。啟動自動工藝處理程序。機械手對片盒A、片盒B進行掃描，控制器記錄光刻版的位置；機械手從片盒A取片，置于定位機構(gòu)；定位機構(gòu)對光刻版位置進行校正后，機械手從定位機構(gòu)抓取光刻版，置于1號腔內(nèi)的卡盤上。全自動光刻版清洗機根據(jù)設定好的工藝文件，開始執(zhí)行清洗工藝。
工藝步驟1首先進行40s的丙酮刷洗工藝，啟動擺臂11，對光刻版噴灑丙酮2s，同時進行毛刷刷洗。為了節(jié)省丙酮溶液的用量，在噴灑丙酮溶液2s后，停止噴灑2s；然后再重新噴灑丙酮2s，再停止噴灑2s，……；直到40s刷洗工藝時間結(jié)束。丙酮噴灑和停止噴灑的時間間隔可以根據(jù)用戶的工藝需求，任意設定。
工藝步驟2當?shù)?/span>1步丙酮刷洗結(jié)束后，進行15s的IPA清洗。IPA溶液也可以通過程序設定，進行間隔噴灑。
工藝步驟330s的DI水清洗。
工藝步驟445s的氮氣吹干，進行干燥。
用戶還可以根據(jù)實際的工藝需求，增加高壓DI水沖洗、兆聲清洗等工藝步驟，改善光刻版的清洗效果。
上述清洗工藝結(jié)束后，承載光刻版的卡盤停止旋轉(zhuǎn)，機械手從卡盤抓取光刻版，置于翻轉(zhuǎn)機構(gòu)中。光刻版翻轉(zhuǎn)后，機械手將背面朝上的光刻版取走，置于2號腔中，進行背面的清洗工藝。機械手將第2片光刻版置于1號腔中，同時處理第2片光刻版正面的清洗。第1片光刻版背面清洗結(jié)束后，機械手將其置于片盒B中，第1片光刻版清洗結(jié)束。按照上述工藝處理順序，每片光刻版依次進行正反兩面清洗，直至所有光刻版清洗結(jié)束?？梢酝ㄟ^修改程序參數(shù)，任意設定光刻版的清洗順序。
圖5是光刻版清洗前后的對比照片，沾有光刻膠的光刻版經(jīng)過全自動光刻版清洗機的清洗后，光刻膠被去除，光刻版潔凈，滿足光刻工藝要求。大量工藝試驗證明，全自動光刻版清洗機工作效率高、節(jié)省藥液、工藝一致性好。
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3結(jié)束語
介紹了常用的光刻版清洗工藝，并詳細講解了全自動光刻版清洗機的工作過程。該設備自用戶投入使用以來，大量的產(chǎn)品證明，采用全自動光刻版清洗機對光刻版進行清洗，光刻版潔凈度高，工藝效果理想，工藝參數(shù)穩(wěn)定，自動化程度高，批量處理能力強，可以廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)之中。