需求背景

光刻膠曝光顯影后，表面會形成帶圖形的臺階結構，其臺階高度直接反映曝光劑量、顯影時間、烘烤溫度三樣參數是否匹配。臺階一旦測不準，后道刻蝕、離子注入等工序都可能跟著跑偏。因此顯影后臺階高度是光刻工藝調試中僅次于線寬的關鍵指標，需要一臺分辨率高、掃描范圍大、又不會劃傷軟膠的臺階儀來測量。

儀器參數

KLA P-7 桌面式觸針臺階儀，主要參數如下表。

測量方案

將經曝光顯影后的光刻膠樣品平放于載物臺，設置掃描長度、掃描速度與觸針壓力后執行掃描。觸針沿樣品表面掃描并記錄垂直位移變化，得到表面輪廓曲線，再由軟件擬合臺階高度。本次測量條件如下表。

圖1：P-7 觸針式臺階儀測量界面

圖2：臺階掃描曲線（Step Height -3997.0 ?）

實測數據

軟件擬合得到的臺階高度 Step Height 為 -3997.0 ?（即 -399.7 nm），負號表示從膠面向下指向襯底方向。該數據可直接用作曝光劑量、顯影時間正交實驗的響應變量。

結果討論

使用臺階儀測量時有三點值得注意。一是觸針壓力并非越大越準，光刻膠等軟物質建議 0.05 至 1 mg 低壓力，硬膜可適當加至 5 至 15 mg。二是臺階高度不一定等于膠厚，若顯影后殘留底膜，測得的是膠與底膜的總厚度，應和顯影前原始膠厚對比。三是掃描長度并非越長越準，建議按圖形尺寸取圖形周期的 2 至 5 倍。