光刻胶显影台阶高度检测：P-7台阶仪方案

需求背景

光刻胶曝光显影后，表面会形成带图形的台阶结构，其台阶高度直接反映曝光剂量、显影时间、烘烤温度三样参数是否匹配。台阶一旦测不准，后道刻蚀、离子注入等工序都可能跟着跑偏。因此显影后台阶高度是光刻工艺调试中仅次于线宽的关键指标，需要一台分辨率高、扫描范围大、又不会划伤软胶的台阶仪来测量。

仪器参数

KLA P-7 桌面式触针台阶仪，主要参数如下表。

测量方案

将经曝光显影后的光刻胶样品平放于载物台，设置扫描长度、扫描速度与触针压力后执行扫描。触针沿样品表面扫描并记录垂直位移变化，得到表面轮廓曲线，再由软件拟合台阶高度。本次测量条件如下表。

图1：P-7 触针式台阶仪测量界面

图2：台阶扫描曲线（Step Height -3997.0 Å）

实测数据

软件拟合得到的台阶高度 Step Height 为 -3997.0 Å（即 -399.7 nm），负号表示从胶面向下指向衬底方向。该数据可直接用作曝光剂量、显影时间正交实验的响应变量。

结果讨论

使用台阶仪测量时有三点值得注意。一是触针压力并非越大越准，光刻胶等软物质建议 0.05 至 1 mg 低压力，硬膜可适当加至 5 至 15 mg。二是台阶高度不一定等于胶厚，若显影后残留底膜，测得的是胶与底膜的总厚度，应和显影前原始胶厚对比。三是扫描长度并非越长越准，建议按图形尺寸取图形周期的 2 至 5 倍。