光刻胶显影和光刻工艺

摘要

简要介绍关于光刻胶的显影过程和光刻工艺处理的一些相关内容。光刻工艺可用五个指标来衡量其效果：分辨率、灵敏度、套刻对准精度、缺陷率和硅片加工过程处理问题，其中有 3 个指标，分辨率、灵敏度和缺陷率是与涂胶显影的工艺精度有重要。

正文

显影过程是将曝光后的光刻胶中与紫外光发生化学反应的部分除去或保留

下来的过程。显影的主要过程如下：

对准曝光→曝光后烘→显影→坚膜→显影检测。

1、 对准曝光（Alignment and Exposure）

对准曝光阶段是光刻工艺的重要阶段，使用的掩膜曝光机，即光刻机，集中了光刻工艺中zui重要的工艺技术。对准曝光过程通常在黄光实验室中进行。

使用的光刻机也根据不同的曝光原理，分为接触式曝光，接近式曝光和投影式曝光。也可按自动化程度高低分成手动式，半自动式，和全自动式光刻机。

2、 曝光后烘（PEB）

曝光后应尽快进行显影步骤中的烘干处理，从而有效降低驻波效应的影响，这是由于曝光过程中，入射光和反射光会产生相互干涉，其光强会沿着胶体水平方向形成波纹形状，即驻波。目前通常采用曝光后立刻烘干方式，即 PEB，减少驻波效应带来的影响。

    无后烘处理                      有后烘处理

3、显影（develop）

PEB 之后，硅片冷却至 23℃左右，与显影液温度相同，并与显影液发生化学反应。一般来说，显影过程中被曝光和未曝光部分的光刻胶都会与光刻胶发生反应，因此，为得到良好的显影效果，可以通过改变显影液成分，显影温度，显影方式，与显影步骤等因素来加快曝光与为曝光部分光刻胶的溶解速率。若对显影的要求不高，可以直接将硅片放入显影液槽中浸泡然后取出。对于大部分对显影要求较高的生产及实验过程，通常使用的匀胶显影机来自动控制显影过程，如图所示。

                                  佳图匀胶显影机

4、坚膜（HB Hardbake）

坚膜也称为硬烘，是对显影后的光刻胶加热烘干，促使光刻胶与硅片粘着牢固，并且没有发生形变。坚膜阶段的温度一般控制在 100-120℃之间，若加热温度过高会使得光刻胶软化，如图所示，并导致后期去胶困难。一般使用热板或烘箱来控制温度变化。光刻工艺中的坚膜工序。坚膜是在显影后以适当的温度烘干玻璃以除去水分并增强其聚合，提高强度的工艺，它增强了胶膜与玻璃的粘附性。设定坚膜所需的温度与时间，应以膜层图形的牢固性和不致变形为原则。

5.显影检验

在显影和烘焙之后就是要完成光刻掩膜工艺的*个质检。适当地来说应叫显影检验（develop inspect）或DI。检验的目的是区分那些有很低可能性通过zui终掩膜检验的晶圆；提供工艺性能和工艺控制数据；及分拣出需要重做的晶圆。这时的检验良品率，也就是通过这*个质检的晶圆数量，不会计入zui终良品率的计算。但是有两个主要原因使之成为很受关注的良品率。光刻掩膜工艺对于电路性能的的关键性会在本文点强调。在显影检验工艺，工程师有*个判断工艺的性能机会。显影检验步骤的第二个重要性与在检验时作的拒收有关。首先，一部分晶圆会从上一步留下来问题而要停止工艺处理。这些晶圆在显影检验时会被拒绝接受并进行处理。其它在光刻胶上有光刻图案问题的晶圆可被通过去掉光刻胶的办法而进行重新工艺处理。几乎没有工厂不发生这种一般性的重新工艺处理。晶圆被返回掩膜工艺称为重新工艺处理（rework或redo）。工艺工程师的目标是保持尽可能低的重新工艺处理率，应小于10%而5%是一个受欢迎的水平。一个原因是去过重新工艺处理的晶圆在zui终工艺完成时有较低的分选良品率。重新工艺处理会造成粘贴问题并且再次的传输操作会导致晶圆污染和损坏。如果太多的晶圆进行重新工艺处理则整个分选良品率会受到严重的影响。保持低重新工艺处理率的第二个原因与在进行重新工艺处理晶圆时要求另外的计算和区分有关。

显影检验良品率和重新工艺处理率随掩膜水平而变。总体上，在掩膜次序中的*级有较宽的特征图形尺寸、较平的表面和较低的密度，所有这些会使掩膜良品率更高。在晶圆到了关键的接触和连线步骤时，重新工艺处理率会有上升趋势。显影检验的方法在这一段将解释检验方法，工艺流程和检验的参数。总体上有四类晶圆上的问题适用于显影检验和zui终检验。在图案尺寸（关键尺寸测量）上会有偏差。有定位不准的图案，有表面问题如光刻胶的污染、空洞或划伤及污点和其它的表面不规则。