半導(dǎo)體掩模工藝第二個(gè)熱處理操作——硬烘培

硬烘培

硬烘培是在掩模工藝中的第二個(gè)熱處理操作。它的作用實(shí)質(zhì)上和軟烘培是一樣的，通過溶液的蒸發(fā)來固化光刻膠。然而，對(duì)于硬烘培，其唯一的目標(biāo)是使光刻膠和晶圓表面有良好的黏結(jié)，這個(gè)步驟有時(shí)稱為刻蝕前烘培。

硬烘培的方法

硬烘培是在設(shè)備和方法上與軟烘培相似。對(duì)流爐、在線及手動(dòng)熱板、紅外線隧道爐、移動(dòng)帶傳導(dǎo)爐和真空爐都用于硬烘培。對(duì)于自動(dòng)生產(chǎn)線，軌道系統(tǒng)受到青睞。

硬烘培工藝

硬烘培的時(shí)間和溫度的選取與在軟烘培工藝中是相同的。起始點(diǎn)是由光刻膠制造商推薦的工藝。之后，工藝被精確調(diào)整，以達(dá)到黏結(jié)和尺寸控制的要求。一般使用對(duì)流爐的硬烘培的溫度是從130℃~200℃進(jìn)行30分鐘。對(duì)于其他方法，時(shí)間和溫度有所不同。設(shè)定最低溫度使光刻膠圖案邊緣和晶圓表面達(dá)到良好黏結(jié)。熱烘培增強(qiáng)黏結(jié)的機(jī)理是脫水和聚合。加熱使水分脫離光刻膠，同時(shí)使之進(jìn)一步聚合，從而增強(qiáng)了其耐刻蝕性。

硬烘培溫度的上限以光刻膠流動(dòng)點(diǎn)而定。光刻膠有像塑料的性質(zhì)，當(dāng)加熱時(shí)會(huì)變軟并可流動(dòng)。當(dāng)光刻膠流動(dòng)時(shí)，圖案尺寸便會(huì)改變。當(dāng)在顯微鏡下觀察光刻膠流動(dòng)時(shí)，將會(huì)明顯增厚光刻膠邊緣。極度的流動(dòng)會(huì)在沿圖案邊緣處顯示出邊緣線。邊緣線是光刻膠流動(dòng)后在光刻膠中留下的斜坡而形成的光學(xué)作用。

硬烘培是緊跟在顯影后或馬上再開始刻蝕前來進(jìn)行的。在大多數(shù)生產(chǎn)情況中，硬烘培是由和顯影機(jī)并排在一起的隧道爐完成的。當(dāng)使用此種操作規(guī)程時(shí)，把晶圓存放在氮?dú)庵谢蚴橇⒓赐瓿蓹z驗(yàn)步驟以防止水分重新被吸收到光刻膠中，這一點(diǎn)非常重要。

工藝過程中的一個(gè)目標(biāo)是有盡可能多的共同工藝。對(duì)于硬烘培工藝來說，由于各種晶圓表面的不同黏結(jié)性質(zhì)有時(shí)會(huì)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(shí)要經(jīng)高溫硬烘培或在即將要刻蝕之前對(duì)其在對(duì)流爐中進(jìn)行二次硬烘培。

顯影檢驗(yàn)

在顯影和烘培之后就要完成光刻掩模工藝的第一次質(zhì)檢。恰當(dāng)?shù)恼f，應(yīng)該叫顯影檢驗(yàn)，簡(jiǎn)稱DI。檢驗(yàn)的目的是區(qū)分那些通過最終掩模檢驗(yàn)可能性很小的晶圓;提供工藝性能和工藝控制數(shù)據(jù);以及分揀出需要返工的晶圓。

這時(shí)的檢驗(yàn)良品率，也就是通過第一次質(zhì)檢的晶圓數(shù)量，不會(huì)計(jì)入最終的工藝良品率的計(jì)算。但是兩個(gè)主要原因使之成為很受關(guān)注的良品率。光刻掩膜工藝對(duì)于電路性能的關(guān)鍵性已經(jīng)著重強(qiáng)調(diào)。在顯影檢驗(yàn)工藝，工藝師有第一個(gè)判斷工藝性能的機(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)做的兩種拒收有關(guān)。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(yàn)時(shí)會(huì)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(jìn)行工藝處理，因?yàn)樵诰A上還沒有永久改變，所以這是整個(gè)制造工藝中發(fā)生錯(cuò)誤后能夠返工的幾個(gè)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(biāo)是保持盡可能低地返工率，應(yīng)少于10%，而5%是一個(gè)最受歡迎的返工水平。經(jīng)驗(yàn)顯示經(jīng)過光刻返工地晶圓在最終工藝完成時(shí)有較低的分選良品率。返工會(huì)引起黏結(jié)問題，并且再次傳輸操作會(huì)導(dǎo)致晶圓污染和破壞。如果太多地晶圓返工會(huì)使整個(gè)分選良品率受到嚴(yán)重影響，并且生產(chǎn)線將被堵塞。

保持低返工率地第二個(gè)原因與在及逆行返工晶圓處理時(shí)要求另外的計(jì)算和標(biāo)識(shí)有關(guān)。顯影檢驗(yàn)良品率和返工率隨掩模水平而變?？傮w上，在掩模次序中的第一級(jí)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)使掩模良品率更高。在晶圓到了關(guān)鍵的接觸和連線步驟時(shí)，返工率呈上升趨勢(shì)。

顯影檢驗(yàn)的方法

自動(dòng)檢驗(yàn)：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(xì)，較老的和相對(duì)慢的人工檢驗(yàn)的效率液到了極限?？商綔y(cè)表面和圖案失真的自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)稱為在線和非在線檢驗(yàn)的選擇。自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)提供了更多數(shù)據(jù)，反過來，這又使工藝師能夠刻畫出工藝特色并對(duì)工藝加以控制。

人工檢驗(yàn)：第一步是用眼睛直接檢驗(yàn)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(yàn)階段拒收的原因

有很多原因可使晶圓在顯影檢驗(yàn)時(shí)被拒收。一般地，要找的僅是那些在當(dāng)前光刻掩膜步驟增加的缺陷。每一片晶圓都會(huì)帶有一些缺陷問題，并且晶圓達(dá)到當(dāng)前步驟時(shí)有可接受的質(zhì)量，在這一原理下，從上一步留下的缺陷一般會(huì)被忽略掉。如果一片晶圓有嚴(yán)重的問題而在上一步未被發(fā)現(xiàn)，就會(huì)從本批中拿掉。