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(guò)溶液的蒸發(fā)來(lái)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(lái)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(guò)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(lái)說(shuō)，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(lái)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(shuō)，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(guò)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(guò)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(lái)問(wèn)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(wèn)題的晶圓可以被通過(guò)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(méi)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(guò)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(wèn)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(guò)來(lái)，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(wèn)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(wèn)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(wèn)題而在上一步未被發(fā)現(xiàn)，就會(huì)從本批中拿掉。