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生化學反應的部分除去或保留下來的過程。

顯影的主要過程如下：

對準曝光→曝光后烘→顯影→堅膜→顯影檢測。

對準曝光階段是光刻工藝的重要階段，使用的掩膜曝光機，即光刻機，集中了光刻工藝中最重要的工藝技術。對準曝光過程通常在黃光實驗室中進行。

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

曝光后應盡快進行顯影步驟中的烘干處理，從而有效降低駐波效應的影響，這是由于曝光過程中，入射光和反射光會產生相互干涉，其光強會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，并與顯影液發生化學反應。一般來說，顯影過程中被曝光和未曝光部分的光刻膠都會與光刻膠發生反應，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。對于大部分對顯影要求較高的生產及實驗過程，通常使用專用的勻膠顯影機來自動控制顯影過程，如圖所示。

WS-650Mz-23NPPB勻膠旋涂儀

EDC-650Hz-8NPPB顯影腐蝕機

堅膜也稱為硬烘，是對顯影后的光刻膠加熱烘干，促使光刻膠與硅片粘著牢固，并且沒有發生形變。堅膜階段的溫度一般控制在 100-120℃之間，若加熱溫度過高會使得光刻膠軟化，如圖所示，并導致后期去膠困難。一般使用熱板或烘箱來控制溫度變化。光刻工藝中的堅膜工序。堅膜是在顯影后以適當的溫度烘干玻璃以除去水分并增強其聚合，提高強度的工藝，它增強了膠膜與玻璃的粘附性。設定堅膜所需的溫度與時間，應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檢。適當地來說應叫顯影檢驗（develop inspect）或DI。檢驗的目的是區分那些有很低可能性通過最終掩膜檢驗的晶圓；提供工藝性能和工藝控制數據；及分揀出需要重做的晶圓。這時的檢驗良品率，也就是通過這個質檢的晶圓數量，不會計入最終良品率的計算。但是有兩個主要原因使之成為很受關注的良品率。

在顯影檢驗工藝，工程師有個判斷工藝的性能機會。顯影檢驗步驟的第二個重要性與在檢驗時作的拒收有關。首先，一部分晶圓會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時會被拒絕接受并進行處理。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行重新工藝處理。幾乎沒有工廠不發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）。工藝工程師的目標是保持盡可能低的重新工藝處理率，處理率應小于10%，而5%是一個受歡迎的水平。一個原因是經過重新工藝處理的晶圓在最終工藝完成時有較低的分選良品率。重新工藝處理會造成粘貼問題并且再次的傳輸操作會導致晶圓污染和損壞。如果太多的晶圓進行重新工藝處理則整個分選良品率會受到嚴重的影響。保持低重新工藝處理率的第二個原因與在進行重新工藝處理晶圓時要求另外的計算和區分有關。

顯影檢驗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，所有這些會使掩膜良品率更高。在晶圓到了關鍵的接觸和連線步驟時，重新工藝處理率會有上升趨勢。總體上有四類晶圓上的問題適用于顯影檢驗和最終檢驗，如在圖案尺寸（關鍵尺寸測量）上會有偏差；有定位不準的圖案；有表面問題如光刻膠的污染、空洞或劃傷及污點和其它的表面不規則。