方案｜光刻膠的顯影和光刻工藝

顯影過程是將曝光后的光刻膠中與紫外光發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的部分除去或保留下來的過程。

顯影的主要過程如下：

對(duì)準(zhǔn)曝光→曝光后烘→顯影→堅(jiān)膜→顯影檢測(cè)。

對(duì)準(zhǔn)曝光階段是光刻工藝的重要階段，使用的掩膜曝光機(jī)，即光刻機(jī)，集中了光刻工藝中最重要的工藝技術(shù)。對(duì)準(zhǔn)曝光過程通常在黃光實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。

使用的光刻機(jī)也根據(jù)不同的曝光原理，分為接觸式曝光，接近式曝光和投影式曝光。也可按自動(dòng)化程度高低分成手動(dòng)式，半自動(dòng)式NXQ4006，和全自動(dòng)式光刻機(jī)NXQ8000系列。

曝光后應(yīng)盡快進(jìn)行顯影步驟中的烘干處理，從而有效降低駐波效應(yīng)的影響，這是由于曝光過程中，入射光和反射光會(huì)產(chǎn)生相互干涉，其光強(qiáng)會(huì)沿著膠體水平方向形成波紋形狀，即駐波。目前通常采用曝光后立刻烘干方式，即PEB，減少駐波效應(yīng)帶來的影響。

無后烘處理                                                

PEB之后，硅片冷卻至23℃左右，與顯影液溫度相同，并與顯影液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。一般來說，顯影過程中被曝光和未曝光部分的光刻膠都會(huì)與光刻膠發(fā)生反應(yīng)，因此，為得到良好的顯影效果，可以通過改變顯影液成分，顯影溫度，顯影方式，與顯影步驟等因素來加快曝光與為曝光部分光刻膠的溶解速率。若對(duì)顯影的要求不高，可以直接將硅片放入顯影液槽中浸泡然后取出。對(duì)于大部分對(duì)顯影要求較高的生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)過程，通常使用專用的勻膠顯影機(jī)來自動(dòng)控制顯影過程，如圖所示。

WS-650Mz-23NPPB勻膠旋涂儀

EDC-650Hz-8NPPB顯影腐蝕機(jī)

堅(jiān)膜也稱為硬烘，是對(duì)顯影后的光刻膠加熱烘干，促使光刻膠與硅片粘著牢固，并且沒有發(fā)生形變。堅(jiān)膜階段的溫度一般控制在 100-120℃之間，若加熱溫度過高會(huì)使得光刻膠軟化，如圖所示，并導(dǎo)致后期去膠困難。一般使用熱板或烘箱來控制溫度變化。光刻工藝中的堅(jiān)膜工序。堅(jiān)膜是在顯影后以適當(dāng)?shù)臏囟群娓刹Ａб猿ニ植⒃鰪?qiáng)其聚合，提高強(qiáng)度的工藝，它增強(qiáng)了膠膜與玻璃的粘附性。設(shè)定堅(jiān)膜所需的溫度與時(shí)間，應(yīng)以膜層圖形的牢固性和不致變形為原則。

在顯影和烘焙之后就是要完成光刻掩膜工藝的質(zhì)檢。適當(dāng)?shù)貋碚f應(yīng)叫顯影檢驗(yàn)（develop inspect）或DI。檢驗(yàn)的目的是區(qū)分那些有很低可能性通過最終掩膜檢驗(yàn)的晶圓；提供工藝性能和工藝控制數(shù)據(jù)；及分揀出需要重做的晶圓。這時(shí)的檢驗(yàn)良品率，也就是通過這個(gè)質(zhì)檢的晶圓數(shù)量，不會(huì)計(jì)入最終良品率的計(jì)算。但是有兩個(gè)主要原因使之成為很受關(guān)注的良品率。

在顯影檢驗(yàn)工藝，工程師有個(gè)判斷工藝的性能機(jī)會(huì)。顯影檢驗(yàn)步驟的第二個(gè)重要性與在檢驗(yàn)時(shí)作的拒收有關(guān)。首先，一部分晶圓會(huì)從上一步留下來問題而要停止工藝處理。這些晶圓在顯影檢驗(yàn)時(shí)會(huì)被拒絕接受并進(jìn)行處理。其它在光刻膠上有光刻圖案問題的晶圓可被通過去掉光刻膠的辦法而進(jìn)行重新工藝處理。幾乎沒有工廠不發(fā)生這種一般性的重新工藝處理。晶圓被返回掩膜工藝稱為重新工藝處理（rework或redo）。工藝工程師的目標(biāo)是保持盡可能低的重新工藝處理率，處理率應(yīng)小于10%，而5%是一個(gè)受歡迎的水平。一個(gè)原因是經(jīng)過重新工藝處理的晶圓在最終工藝完成時(shí)有較低的分選良品率。重新工藝處理會(huì)造成粘貼問題并且再次的傳輸操作會(huì)導(dǎo)致晶圓污染和損壞。如果太多的晶圓進(jìn)行重新工藝處理則整個(gè)分選良品率會(huì)受到嚴(yán)重的影響。保持低重新工藝處理率的第二個(gè)原因與在進(jìn)行重新工藝處理晶圓時(shí)要求另外的計(jì)算和區(qū)分有關(guān)。

顯影檢驗(yàn)良品率和重新工藝處理率隨掩膜水平而變?？傮w上，在掩膜次序中有較寬的特征圖形尺寸、較平的表面和較低的密度，所有這些會(huì)使掩膜良品率更高。在晶圓到了關(guān)鍵的接觸和連線步驟時(shí)，重新工藝處理率會(huì)有上升趨勢(shì)?？傮w上有四類晶圓上的問題適用于顯影檢驗(yàn)和最終檢驗(yàn)，如在圖案尺寸（關(guān)鍵尺寸測(cè)量）上會(huì)有偏差；有定位不準(zhǔn)的圖案；有表面問題如光刻膠的污染、空洞或劃傷及污點(diǎn)和其它的表面不規(guī)則。