方案｜光刻膠的顯影和光刻工藝

顯影過(guò)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(lái)的過(guò)程。

顯影的主要過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)的影響。

無(wú)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(lái)說(shuō)，顯影過(guò)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(guò)改變顯影液成分，顯影溫度，顯影方式，與顯影步驟等因素來(lái)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(guò)程，通常使用專用的勻膠顯影機(jī)來(lái)自動(dòng)控制顯影過(guò)程，如圖所示。

WS-650Mz-23NPPB勻膠旋涂?jī)x

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(méi)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(guò)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(lái)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?lái)說(shuō)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(guò)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(guò)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(lái)問(wèn)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(wèn)題的晶圓可被通過(guò)去掉光刻膠的辦法而進(jìn)行重新工藝處理。幾乎沒(méi)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(guò)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(wèn)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。總體上，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)。總體上有四類晶圓上的問(wèn)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(wèn)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。