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從這期開始，小編將為大家介紹從光刻膠的顯影到最終檢測所使用的基本方法。 顯影 晶圓完成對準和曝光后，器件或電路的圖案被以曝光和未曝光區域的形式記錄在光刻膠上。通過對未聚合光刻膠的化學分解來使圖案顯影。顯影技術被設計成使之把完全一樣的掩膜版圖案復制到光刻膠上。不良的顯影工藝造成的問題是顯影不充分，它會導致開孔的尺寸不正確，或使開孔的側面內凹。在某些情況下，顯影不夠深而在開孔內留下一層光刻膠。第三個問題是過顯影，這樣會過多地從圖形邊緣或表面上去除光刻膠。要在保證高深寬比的塞孔的直徑一致，和由于清洗深孔時液體不易進入而造成的清洗困難的情況下，保持具有良好形狀的開孔是一個特殊的挑戰。 負光刻膠和正光刻膠有不同的顯影性質并要求不同的化學品和工藝。 正光刻膠顯影 曝光后，預期的圖形在正光刻膠中按照聚合光刻膠和未聚合的光刻膠的區域被編碼。兩個區域有不同的溶解率，約為1：4.這意味著在顯影中總會從聚合的區域失去一些光刻膠。使用過度的顯影液或顯影時間過長可能導致光刻膠薄到不能接受的程度，其結果是可能導致在刻蝕中翹起或斷裂。 有兩種類型的化學顯影液用于正光刻膠，堿-水溶液和非離子溶液。堿-水溶液可以是氫氧化鈉或氫氧化鉀。因為這兩種溶液都含有可動的離子污染物，所以在制造敏感的電路時不能使用。大多數用正光刻膠的工藝線使用非離子的四甲基氫氧化銨溶液。 有時要添加表面活性劑來去除表面張力，使溶液更易親和晶圓表面。正光刻膠的水溶性使它們在環保上比有機溶液的負光刻膠更具吸引力。 接著的顯影步驟是為了停止顯影過程和從晶圓表面去除顯影液的沖洗。對正光刻膠沖洗用的是水，它帶來的是更簡單的處理和成本的降低，并有利于環境。 正光刻膠的顯影工藝比負光刻膠更為敏感。影響結果的因素是軟烘培時間和溫度、曝光度、顯影液濃度、時間、溫度，以及顯影方法。顯影工藝參數由所有變量的測試來決定。 當使用正光刻膠時，顯影和清洗工藝的嚴格控制是尺寸控制的關鍵。對正光刻膠顯影液清洗的化學品是水。它的作用與負光刻膠清洗液相同，但是更便宜、使用更安全，更容易處理。 負光刻膠顯影 在光刻膠上成功地使圖案顯影要依靠光刻膠地曝光機理。負光刻膠暴露在光線下，會有一個聚合地過程，它會阻止光刻膠在顯影液中分解。在兩個區域間由足夠高的分解率，使得聚合的區域光刻膠幾乎沒有損失。大多數負光刻膠顯影是用二甲苯作為顯影液，它還被用做負光刻膠配方中的溶液。 顯影完成前還要進行沖洗。對于負光刻膠。通常使用n-醋酸丁酯作為沖洗化學品，因為它既不會使光刻膠膨脹也不會使之收縮，從而不會導致圖案尺寸的改變。對具有臺階圖案的晶圓，可能使用一種性質較溫和的Stoddand溶劑。 濕法顯影 有幾個方法用于光刻膠顯影。方法的選擇依據包括光刻膠極性、特征圖形尺寸、缺陷密度的考慮、要刻蝕層的厚度以及產能。 沉浸式顯影： 沉浸式使最古老的顯影方法。在這種最簡單的方式中，在耐化學腐蝕的傳輸器中的晶圓被放進盛有顯影液的池中一定時間，然后再被放入加有化學沖洗液的池中進行沖洗。這種簡單的濕法過程的問題有：
噴霧式顯影： 最受歡飲的化學顯影方法就是噴霧式的。事實上，通常有很多原因使噴霧式工藝對于任何濕法工藝來講比沉浸式工藝更受歡迎。例如，用噴霧式系統可大大降低化學品的使用。工藝的提高包括由于因噴霧壓力的機械動作而限定光刻膠邊緣和去除部分光刻膠塊而帶來較好的圖案清晰度。因為每個晶圓都是用新的化學顯影液，所以噴霧式系統總比沉浸系統清潔。 混凝式顯影： 噴霧式顯影因其均勻性和產能高而非常有吸引力。混凝顯影是用以獲得正光刻膠噴霧工藝優點的一種工藝的變化。該系統使用一個標準的單晶圓噴射裝置。正常的噴霧式顯影和混凝顯影的區別是用于晶圓的顯影化學品的不同。工藝開始時，在靜止的晶圓表面上覆蓋一層顯影液。表面張力使顯影液在晶圓表面上不會流散到晶圓外。 等離子體去除浮渣： 不完全顯影造成的一個特殊困難稱為浮渣。浮渣可以是留在晶圓表面上的未溶解的光刻膠塊或是干燥后的顯影液。膜很薄并很難直觀檢驗。為了解決這個問題，在微米和微米以下的甚大規模集成電路生產線中，在化學顯影后用氧離子體來去除這種薄膜。 干法顯影 液體工藝的消除一直是一個長期目標。它們難以集成到自動化生產線，并且化學品的采購、儲存、控制和處理費用昂貴。取代液體化學顯影液的途徑是使用等離子體刻蝕工藝。干法等離子體刻蝕對于刻蝕晶圓表面層已經是很完善的工藝了。在等離子體刻蝕中，離子有等離子體場得到能量，以化學形式分解暴露的晶圓表面層。干法光刻膠顯影要求光刻膠化學物的曝光或未曝光的部分二者之一易于被氧等離子體去除。換句話說，巴巴圖案的部分從晶圓表面氧化掉。一種稱為DESIRE的干法顯影工藝得以實現，它采用甲基烷烴和氧等離子體。 硬烘培 硬烘培是在掩模工藝中的第二個熱處理操作。它的作用實質上和軟烘培是一樣的，通過溶液的蒸發來固化光刻膠。然而，對于硬烘培，其唯一的目標是使光刻膠和晶圓表面有良好的黏結，這個步驟有時稱為刻蝕前烘培。 硬烘培的方法 硬烘培是在設備和方法上與軟烘培相似。對流爐、在線及手動熱板、紅外線隧道爐、移動帶傳導爐和真空爐都用于硬烘培。對于自動生產線，軌道系統受到青睞。 硬烘培工藝 硬烘培的時間和溫度的選取與在軟烘培工藝中是相同的。起始點是由光刻膠制造商推薦的工藝。之后，工藝被精確調整，以達到黏結和尺寸控制的要求。一般使用對流爐的硬烘培的溫度是從130℃~200℃進行30分鐘。對于其他方法，時間和溫度有所不同。設定最低溫度使光刻膠圖案邊緣和晶圓表面達到良好黏結。熱烘培增強黏結的機理是脫水和聚合。加熱使水分脫離光刻膠，同時使之進一步聚合，從而增強了其耐刻蝕性。 硬烘培溫度的上限以光刻膠流動點而定。光刻膠有像塑料的性質，當加熱時會變軟并可流動。當光刻膠流動時，圖案尺寸便會改變。當在顯微鏡下觀察光刻膠流動時，將會明顯增厚光刻膠邊緣。極度的流動會在沿圖案邊緣處顯示出邊緣線。邊緣線是光刻膠流動后在光刻膠中留下的斜坡而形成的光學作用。 硬烘培是緊跟在顯影后或馬上再開始刻蝕前來進行的。在大多數生產情況中，硬烘培是由和顯影機并排在一起的隧道爐完成的。當使用此種操作規程時，把晶圓存放在氮氣中或是立即完成檢驗步驟以防止水分重新被吸收到光刻膠中，這一點非常重要。 工藝過程中的一個目標是有盡可能多的共同工藝。對于硬烘培工藝來說，由于各種晶圓表面的不同黏結性質有時會給工藝帶來困難。更加困難的表面，如鋁和摻雜磷的氧化物，有時要經高溫硬烘培或在即將要刻蝕之前對其在對流爐中進行二次硬烘培。 顯影檢驗 在顯影和烘培之后就要完成光刻掩模工藝的第一次質檢。恰當的說，應該叫顯影檢驗，簡稱DI。檢驗的目的是區分那些通過最終掩模檢驗可能性很小的晶圓；提供工藝性能和工藝控制數據；以及分揀出需要返工的晶圓。 這時的檢驗良品率，也就是通過第一次質檢的晶圓數量，不會計入最終的工藝良品率的計算。但是兩個主要原因使之成為很受關注的良品率。光刻掩膜工藝對于電路性能的關鍵性已經著重強調。在顯影檢驗工藝，工藝師有第一個判斷工藝性能的機會。顯影檢驗步驟的第二個重要性與在檢驗時做的兩種拒收有關。首先，一部分晶圓是由于在上一步驟中遺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收并丟棄。其他在光刻膠上有光刻圖案問題的晶圓可以被通過去掉光刻膠的辦法重新進行工藝處理，因為在晶圓上還沒有永久改變，所以這是整個制造工藝中發生錯誤后能夠返工的幾個步驟之一。 晶圓被送回掩模工藝稱為返工或重做。工藝師的目標是保持盡可能低地返工率，應少于10%，而5%是一個最受歡迎的返工水平。經驗顯示經過光刻返工地晶圓在最終工藝完成時有較低的分選良品率。返工會引起黏結問題，并且再次傳輸操作會導致晶圓污染和破壞。如果太多地晶圓返工會使整個分選良品率受到嚴重影響，并且生產線將被堵塞。 保持低返工率地第二個原因與在及逆行返工晶圓處理時要求另外的計算和標識有關。顯影檢驗良品率和返工率隨掩模水平而變。總體上，在掩模次序中的第一級有較寬的特征圖形尺寸、較平的表面和較低的密度，所有這些會使掩模良品率更高。在晶圓到了關鍵的接觸和連線步驟時，返工率呈上升趨勢。 顯影檢驗的方法 自動檢驗：隨著芯片尺寸的增加和元件尺寸的減少，工藝變得更加繁多并精細，較老的和相對慢的人工檢驗的效率液到了極限。可探測表面和圖案失真的自動檢驗系統稱為在線和非在線檢驗的選擇。自動檢驗系統提供了更多數據，反過來，這又使工藝師能夠刻畫出工藝特色并對工藝加以控制。 人工檢驗：第一步是用眼睛直接檢驗晶圓表面。用這種方法可以非常有效的檢查出膜厚的不均勻、粗顯影問題、劃傷及污染，特別是污漬。 在顯影檢驗階段拒收的原因 有很多原因可使晶圓在顯影檢驗時被拒收。一般地，要找的僅是那些在當前光刻掩膜步驟增加的缺陷。每一片晶圓都會帶有一些缺陷問題，并且晶圓達到當前步驟時有可接受的質量，在這一原理下，從上一步留下的缺陷一般會被忽略掉。如果一片晶圓有嚴重的問題而在上一步未被發現，就會從本批中拿掉。 刻蝕 在完成顯影檢驗步驟后，掩膜版的圖形就被固定在光刻膠膜上并準備刻蝕。在刻蝕后圖形就會被永久的轉移到晶圓的表面。刻蝕就是通過光刻膠暴露區域來去掉晶圓最表層的工藝。 刻蝕工藝主要有兩大類：濕法和干法刻蝕。兩種方法的主要目標是將光刻掩膜版上的圖形精確的轉移到晶圓的表面。其他刻蝕工藝地目標包括一致性、邊緣輪廓控制、選擇性、潔凈度和擁有成本最低化。 濕法刻蝕 歷史上的刻蝕方法一直使用液體刻蝕劑沉浸技術。規程類似于氧化前清潔-沖洗-干燥工藝中去除殘留的酸，再送到最終清洗臺以沖洗和甩干。濕法刻蝕用于特征圖形尺寸大于3um的產品。低于此水平時，由于控制和精度的需要就應使用干法刻蝕了。 刻蝕一致性和工藝控制由附加的加熱器和攪動設備來提高，例如，攪拌器或帶有超聲波和兆頻超聲波的槽。 被選擇的刻蝕液要有可均勻地去除晶圓表層又不傷及下一層材料的能力。 刻蝕時間的變化性是一個工藝參數它受料盒和晶圓再槽中到達我呢度平衡過程中溫度變化的影響和在晶圓被送入沖洗槽過程中持續刻蝕的影響。一般地，工藝被設置在最短的時間并保持在均勻刻蝕和高生產力。最大時間受限于光刻膠在晶圓表面的黏結時間。 刻蝕的目的和問題 圖形復制的精度依靠幾個工藝參數。它們包括：不完全刻蝕、過刻蝕、鉆蝕、選擇比和側邊的各向異性/各向同性刻蝕。 不完全刻蝕 不完全刻蝕是指表面層還留在圖形孔中或表面上的情況。不完全刻蝕的原因是可是時間太短，出現可減慢刻蝕時間的表面層，或是一個薄層不均勻的表層也可導致在厚的部分產生不完全刻蝕。如果使用化學濕法刻蝕，過低的溫度或弱的刻蝕液會導致不完全刻蝕。如果是干法等離子刻蝕，不正確的混合氣體或不當的系統運行可導致相同的影響。 過刻蝕和鉆蝕 與不完全刻蝕相反的是過刻蝕。在任何的刻蝕工藝中，總會有一定程度的、有計劃的過刻蝕，以便允許表面層厚度的變化。有計劃的過刻蝕還可用以突破最外表層的緩慢刻蝕層。 理想的刻蝕應在表面中形成垂直的側邊。產生這種理想結果的刻蝕技術稱為各向異性刻蝕。然而，刻蝕劑會從各個方向去掉材料，這種現象稱為各向同性。在從最外表層刻蝕到表層底部的過程中刻蝕也會在最外表面進行。結果會在側邊形成一個斜面。這種作用因在光刻膠邊緣下被刻蝕，所以被稱為鉆蝕。一個持續的刻蝕目標是把鉆蝕水平控制在一個可接受的范圍內。電路版圖的設計者在計劃電路時會把鉆蝕考慮在內。相鄰的圖形必須要分開一定的距離以防止短路。在圖形設計時必須計算鉆蝕量。各向異性刻蝕可用等離子體刻蝕的方法來得到，它用于刻蝕高級電路時受到青睞。鉆蝕的減少可允許制作更密的電路。 當刻蝕時間過長，刻蝕溫度太高，或是刻蝕劑混合物太強便會發生嚴重的鉆蝕。當光刻膠和晶圓表面黏結力較弱時也會發生鉆蝕。這是一個持續令人單行的問題。干燥脫水、底膠、軟烘培和硬烘培的目的就是用來防止這種問題的。在刻蝕開孔的邊緣光刻膠黏結附力的失效會導致嚴重的鉆蝕。如果黏結力非常弱，光刻膠會翹起而導致極為嚴重的鉆蝕。 選擇比 刻蝕工序的另一個目標是保護被刻蝕層下的表面。如果晶圓的下層表面被部分刻蝕掉，則器件的物理尺寸和電性能會發生改變。與保護表面相關的刻蝕工藝的性質是選擇比。它由被刻蝕層的刻蝕速率與被刻蝕層下面表層的刻蝕速率的比來表示。以不同的刻蝕方法氧化硅/硅的選擇比為20~40.高選擇性意味著下表層很少或沒有被刻蝕。在刻蝕深寬比大于3：1的小接觸孔時，良好的選擇性也會成為一個問題。選擇比還適用于光刻膠去除。這在干法刻蝕中考慮較多。在表層被刻蝕的同時，一些光刻膠也會被同時去除。選擇比必須足夠高，以保證刻蝕完成前光刻膠不會在被刻蝕層之前被去除掉。 濕法噴射刻蝕 濕法噴射刻蝕相對沉浸刻蝕有幾個優點。其主要優點是噴射的機械壓力而增加的精確度。濕法刻蝕可以將來自刻蝕劑的污染講到最低程度。從工藝控制的觀點來看，噴射刻蝕因刻蝕劑可被水沖洗從而可以及時的從表面去掉而更加可控。單晶圓旋轉噴射系統有顯著的工藝一致性的優點。 噴射刻蝕的缺點時設備系統的成本，對于壓力系統中有毒刻蝕劑的安全考慮以及用于防止機器老化的防刻蝕材料的要求方面。其優點為：噴射刻蝕系統通常是封閉的，這增加了操作人員的安全性。 對于小特征尺寸和/或更大直徑晶圓，批浸沒式刻蝕雖然有生產效率高的優點，也不滿足均勻性的要求。具有機械手自動裝卸系統的單片晶圓模塊噴霧設備克服了批浸沒式刻蝕的局限性。它們提供了需要的化學組分的控制、定時和刻蝕的均勻性。 |
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