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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。

引言

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联系。 

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,集中了光刻工艺中最重要的工艺技术。

对准曝光过程通常在黄光实验室(图 1)中进行。

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 图 1 黄光实验室

 


使用的光刻机(图 2)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。

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图 2 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。

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左图:无 PEB 右图:PEB 之后

 


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,通常使用专用的匀胶显影机来自动控制显影过程,如图 3 所示。

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 图 3 匀胶显影机

 目前,显影主要有三种方法,即连续喷雾显影(SPRAY)、旋转浸润显影(IMMESESEION)和静态显影(PUDDLE)。

 


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 4 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。


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 图 4 后烘加热过高,光刻胶软化

 

5、显影检测(ADI,After Development Inspection)

ADI是检查硅片表面的缺陷。通常将一个无缺陷的标准图形存于电脑中,然后用每个芯片的图形与标准相比较,观察出现多少不同的点,就会在硅片的defect map 中显示多少个缺陷。

在显影溶解过程中,如果不能很好的控制显影过程,光刻胶图形就会出现显影不足,不完全显影,过显影等问题,如图5所示。

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图 5 光刻胶显影问题

 



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