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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），是在高溫環境下用 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。旋涂又分為靜態旋涂與動態旋涂。其中，靜態旋涂是在晶圓靜止時滴膠，卡盤帶動晶圓旋轉，完成甩膠、揮發溶劑過程；而動態旋涂是指晶圓在較低速度（300~500rpm）旋轉同時滴膠，然后加速旋轉，完成甩膠、揮發溶劑的過程。

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、黏度和轉速有密切關系。膠膜的均勻性是與旋轉加速度、旋轉加速時間有關，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。

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掉。將涂膠后的晶圓放置在 80~120℃ 的軟烘腔內，靜置一定時間，使得膠膜中溶劑蒸發至 10% 以下，以增加附著力且釋放膠膜內應力，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量。

5. 曝光后烘烤

曝光后烘烤（PEB）是通過熱驅動化學反應，優化光刻膠在曝光后的化學性質，增加曝光區域的溶解度差異，確保圖形轉移的精確性。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），曝光后光致產酸劑（PAG）產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。三是優化顯影對比度。通過加熱使曝光區域與非曝光區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域的過程，使曝光后的潛影（Latent Image）轉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移至晶圓表面；二是通過選擇性溶解，將正膠的曝光區與負膠的非曝光區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；另外一種為連續噴霧旋轉顯影（Continuous Spray Development），一個或多個噴嘴噴灑顯影液，同時晶圓低速旋轉（100～500rpm），噴嘴噴霧方式和旋轉速度是實現溶解率和均勻性的可重復性的關鍵調節參數；還有旋覆浸沒式顯影（Puddle Development），首先慢慢旋轉同時噴覆足夠的顯影液，靜止狀態下進行顯影，顯影完成后經過漂洗再甩干。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，減少后續工藝中的圖形變形。