半导体掩模工艺第二个热处理操作——硬烘培

硬烘培

硬烘培是在掩模工艺中的第二个热处理操作。它的作用实质上和软烘培是一样的，通过溶液的蒸发来固化光刻胶。然而，对于硬烘培，其唯一的目标是使光刻胶和晶圆表面有良好的黏结，这个步骤有时称为刻蚀前烘培。

硬烘培的方法

硬烘培是在设备和方法上与软烘培相似。对流炉、在线及手动热板、红外线隧道炉、移动带传导炉和真空炉都用于硬烘培。对于自动生产线，轨道系统受到青睐。

硬烘培工艺

硬烘培的时间和温度的选取与在软烘培工艺中是相同的。起始点是由光刻胶制造商推荐的工艺。之后，工艺被精确调整，以达到黏结和尺寸控制的要求。一般使用对流炉的硬烘培的温度是从130℃~200℃进行30分钟。对于其他方法，时间和温度有所不同。设定最低温度使光刻胶图案边缘和晶圆表面达到良好黏结。热烘培增强黏结的机理是脱水和聚合。加热使水分脱离光刻胶，同时使之进一步聚合，从而增强了其耐刻蚀性。

硬烘培温度的上限以光刻胶流动点而定。光刻胶有像塑料的性质，当加热时会变软并可流动。当光刻胶流动时，图案尺寸便会改变。当在显微镜下观察光刻胶流动时，将会明显增厚光刻胶边缘。极度的流动会在沿图案边缘处显示出边缘线。边缘线是光刻胶流动后在光刻胶中留下的斜坡而形成的光学作用。

硬烘培是紧跟在显影后或马上再开始刻蚀前来进行的。在大多数生产情况中，硬烘培是由和显影机并排在一起的隧道炉完成的。当使用此种操作规程时，把晶圆存放在氮气中或是立即完成检验步骤以防止水分重新被吸收到光刻胶中，这一点非常重要。

工艺过程中的一个目标是有尽可能多的共同工艺。对于硬烘培工艺来说，由于各种晶圆表面的不同黏结性质有时会给工艺带来困难。更加困难的表面，如铝和掺杂磷的氧化物，有时要经高温硬烘培或在即将要刻蚀之前对其在对流炉中进行二次硬烘培。

显影检验

在显影和烘培之后就要完成光刻掩模工艺的第一次质检。恰当的说，应该叫显影检验，简称DI。检验的目的是区分那些通过最终掩模检验可能性很小的晶圆;提供工艺性能和工艺控制数据;以及分拣出需要返工的晶圆。

这时的检验良品率，也就是通过第一次质检的晶圆数量，不会计入最终的工艺良品率的计算。但是两个主要原因使之成为很受关注的良品率。光刻掩膜工艺对于电路性能的关键性已经着重强调。在显影检验工艺，工艺师有第一个判断工艺性能的机会。显影检验步骤的第二个重要性与在检验时做的两种拒收有关。首先，一部分晶圆是由于在上一步骤中遗留下来问题而要停止工艺处理。这些晶圆在显影检验时会被拒绝接收并丢弃。其他在光刻胶上有光刻图案问题的晶圆可以被通过去掉光刻胶的办法重新进行工艺处理，因为在晶圆上还没有永久改变，所以这是整个制造工艺中发生错误后能够返工的几个步骤之一。

晶圆被送回掩模工艺称为返工或重做。工艺师的目标是保持尽可能低地返工率，应少于10%，而5%是一个最受欢迎的返工水平。经验显示经过光刻返工地晶圆在最终工艺完成时有较低的分选良品率。返工会引起黏结问题，并且再次传输操作会导致晶圆污染和破坏。如果太多地晶圆返工会使整个分选良品率受到严重影响，并且生产线将被堵塞。

保持低返工率地第二个原因与在及逆行返工晶圆处理时要求另外的计算和标识有关。显影检验良品率和返工率随掩模水平而变。总体上，在掩模次序中的第一级有较宽的特征图形尺寸、较平的表面和较低的密度，所有这些会使掩模良品率更高。在晶圆到了关键的接触和连线步骤时，返工率呈上升趋势。

显影检验的方法

自动检验：随着芯片尺寸的增加和元件尺寸的减少，工艺变得更加繁多并精细，较老的和相对慢的人工检验的效率液到了极限。可探测表面和图案失真的自动检验系统称为在线和非在线检验的选择。自动检验系统提供了更多数据，反过来，这又使工艺师能够刻画出工艺特色并对工艺加以控制。

人工检验：第一步是用眼睛直接检验晶圆表面。用这种方法可以非常有效的检查出膜厚的不均匀、粗显影问题、划伤及污染，特别是污渍。

在显影检验阶段拒收的原因

有很多原因可使晶圆在显影检验时被拒收。一般地，要找的仅是那些在当前光刻掩膜步骤增加的缺陷。每一片晶圆都会带有一些缺陷问题，并且晶圆达到当前步骤时有可接受的质量，在这一原理下，从上一步留下的缺陷一般会被忽略掉。如果一片晶圆有严重的问题而在上一步未被发现，就会从本批中拿掉。