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涂膠顯影是半導體制造的關鍵工藝，主要用于將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移至晶圓表面。其核心是通過光刻膠的光化學反應和顯影液的選擇性溶解，形成精確的物理或化學保護層，為后續(xù)刻蝕、離子注入等工藝提供圖形模板。涂膠顯影過程通常要經(jīng)歷：清洗烘干（Cleaning&Baking）、涂底（Priming）、涂膠（Coating）、軟烘（Soft Baking）、曝光后烘烤（PEB）、顯影（Development）和硬烘（Hard Baking）等工序。

1. 清洗烘干

清洗的作用是去除晶圓表面的顆粒、有機物或金屬污染（如超聲清洗、等離子清洗）。 烘干的作用是通過高溫（100~200℃）烘烤去除表面水分，增強光刻膠附著力。 

2. 涂底

涂底的作用是將六甲基二硅亞胺 （HMDS）作用于晶圓上改善光刻膠與基底的結合力，使其具有疏水性，增加基底表面的黏附性。通常有兩種涂底方式：一是旋轉(zhuǎn)涂底，但用量較大且 HMDS 屬于劇毒化學品，如果涂底不均，容易造成顆粒污染；二是氣相熱板涂底（HMDS真空系統(tǒng)），是在高溫環(huán)境下用 HMDS 蒸汽沉積，既避免顆粒污染，涂底又比較均勻，因此后者方式最常用。

3. 涂膠

涂膠是在晶圓表面覆蓋一層光刻膠。涂膠方式主要為噴膠式和旋涂式。噴膠是將光刻膠通過膠嘴以“膠霧”的形式噴射到晶圓表面，膠嘴在噴膠過程中以特定行駛軌跡往返運動，噴膠比較適用于帶深孔的晶圓。旋涂又分為靜態(tài)旋涂與動態(tài)旋涂。其中，靜態(tài)旋涂是在晶圓靜止時滴膠，卡盤帶動晶圓旋轉(zhuǎn)，完成甩膠、揮發(fā)溶劑過程；而動態(tài)旋涂是指晶圓在較低速度（300~500rpm）旋轉(zhuǎn)同時滴膠，然后加速旋轉(zhuǎn)，完成甩膠、揮發(fā)溶劑的過程。

涂膠的關鍵，是控制膠膜的厚度與均勻性。采用旋涂法制作的膠膜厚度與光刻膠的濃度、黏度和轉(zhuǎn)速有密切關系。膠膜的均勻性是與旋轉(zhuǎn)加速度、旋轉(zhuǎn)加速時間有關，加速度越快則均勻性越好。一般均勻性要求在膜厚的 0.5% 以內(nèi)。

4. 軟烘

為了避免光刻膠里的溶劑吸收光，影響光敏聚合物的化學變化，以及增加光刻膠和晶圓表面黏結性，因此采用軟烘的方式將光刻膠中一部分溶劑蒸發(fā)掉。將涂膠后的晶圓放置在 80~120℃ 的軟烘腔內(nèi)，靜置一定時間，使得膠膜中溶劑蒸發(fā)至 10% 以下，以增加附著力且釋放膠膜內(nèi)應力，防止膠膜龜裂。軟烘通常有三種方式：傳導、對流和輻射。熱板（恒溫熱板）傳導方式可以得到穩(wěn)定的溫度，并且加熱速度位于另外兩者之間，因此是最常用的軟烘方式。涂膠后在晶圓邊緣的正反兩面都會有光刻膠的堆積，這些邊緣光刻膠往往涂布不均勻，不能得到很好的圖形，而且容易發(fā)生剝離而影響其它部分的圖形，所以需要去除。該去除過程被稱為邊緣光刻膠去除 (EBR) 。

在典型流程中，EBR 通常在涂膠后、軟烘前（濕法 EBR）或軟烘后（干法 EBR）進行。若在軟烘后進行 EBR，軟烘的質(zhì)量直接影響去除效果。濕法 EBR 是在軟烘前用 PGMEA 或 EGMEA 去邊溶劑噴出少量在正反面邊緣處，小心控制不要到達光刻膠有效區(qū)域，此時膠體未固化，溶劑較多，可通過溶劑沖洗輕松去除。干法 EBR 是軟烘后膠體已部分固化，需通過機械或激光手段曝光硅片邊緣，然后在顯影或特殊溶劑中溶解去除。該方法也被稱為晶圓邊緣曝光（WEE），此時軟烘的固化程度（硬度、脆性）直接影響去除效率和邊緣質(zhì)量。

5. 曝光后烘烤

曝光后烘烤（PEB）是通過熱驅(qū)動化學反應，優(yōu)化光刻膠在曝光后的化學性質(zhì)，增加曝光區(qū)域的溶解度差異，確保圖形轉(zhuǎn)移的精確性。PEB 是光刻工藝中連接曝光與顯影的橋梁，直接影響圖形分辨率、CD均勻性和工藝良率。

曝光后烘烤的目的，一是促進光化學反應。對于化學放大光刻膠（如DUV、EUV光刻膠），曝光后光致產(chǎn)酸劑（PAG）產(chǎn)生的酸需要進一步催化反應。后烘烤通過加熱加速酸的擴散和反應，使光刻膠中的保護基團（如酚醛樹脂中的保護基）充分分解，改變膠的溶解度。二是消除駐波效應（Standing Wave Effect）。曝光時，光線在光刻膠與基片界面處反射形成干涉條紋（駐波），導致光刻膠內(nèi)光強分布不均。后烘烤通過熱擴散使光酸的分布更均勻，減少駐波引起的圖形邊緣粗糙。三是優(yōu)化顯影對比度。通過加熱使曝光區(qū)域與非曝光區(qū)域的光刻膠溶解度差異最大化，從而提高顯影后的圖形分辨率和陡直度。四是控制關鍵尺寸（CD）。后烘烤（堅膜烤箱）的溫度和時間直接影響光酸的擴散范圍和反應程度，進而控制最終圖形的線寬和形貌。

6. 顯影

顯影是利用化學溶液（顯影液）溶解光刻膠中可溶區(qū)域的過程，使曝光后的潛影（Latent Image）轉(zhuǎn)化為可見的物理圖形。其目的一是將掩模板上的設計圖案轉(zhuǎn)移至晶圓表面；二是通過選擇性溶解，將正膠的曝光區(qū)與負膠的非曝光區(qū)的光刻膠在顯影液中被去除；三是控制關鍵尺寸，確保線條寬度、間距等參數(shù)符合設計要求。

顯影的方式有多種，整盒硅片浸沒式顯影（Batch Development），這種顯影液消耗很大，顯影的均勻性也差；另外一種為連續(xù)噴霧旋轉(zhuǎn)顯影（Continuous Spray Development），一個或多個噴嘴噴灑顯影液，同時晶圓低速旋轉(zhuǎn)（100～500rpm），噴嘴噴霧方式和旋轉(zhuǎn)速度是實現(xiàn)溶解率和均勻性的可重復性的關鍵調(diào)節(jié)參數(shù)；還有旋覆浸沒式顯影（Puddle Development），首先慢慢旋轉(zhuǎn)同時噴覆足夠的顯影液，靜止狀態(tài)下進行顯影，顯影完成后經(jīng)過漂洗再甩干。這種顯影液用量少，顯影均勻，最小化溫度梯度。

7. 硬烘

在一定溫度下，對顯影后的襯底進行烘焙（潔凈烤箱）。一是去除光刻膠中剩余的溶劑，增強附著力同時提高在刻蝕過程中的抗刻蝕性，二是進一步增強光刻膠與晶圓表面間的黏附性，三是減小駐波效應。顯影后的硬烘可增強光刻膠抗刻蝕能力，減少后續(xù)工藝中的圖形變形。