
光刻胶在曝光、显影后会形成"有图形的台阶"(也叫显影后残胶厚度)。这个台阶高度直接反映三件事:
曝光剂量:剂量偏高会让胶面过曝、显影后残胶厚度偏低;剂量偏低则残胶偏厚、图形不净。
显影液浓度与时间:显影不充分会留底膜,显影过度会咬掉下层。
前烘/后烘温度:烘烤不充分会让残胶致密度不够、显影后底部膜面粗糙。
因此在光刻工艺优化里,显影后台阶高度是仅次于 CD 的第二关键指标。要把这个台阶测准,需要一台能在 1 μm 横向分辨率下精确测量 1 nm 到 10 μm 垂直方向变化的设备。触针式台阶仪(Stylus Profiler)就是为这种场景设计的。
显影后台阶量测主要难在三处:
样品易损伤:光刻胶本身是软物质,触针压力稍大就会划伤残胶或推开图形边沿,导致台阶高度偏低。P-7 触针压力可调到 1 mg 量级,能测软胶。
底膜残留:显影不充分会留下 10-50 nm 厚的底膜,台阶底面不平整,台阶仪会把这层底膜计入台阶高度。需要在显影工艺稳定的前提下测量。
图形边沿形状:侧壁角不垂直、底部圆角、顶部倒角都会让台阶仪扫出来的曲线不是理想矩形。台阶仪软件需要能拟合这种非理想形状并给出"修正后"高度。
对这些问题,KLA P-7 用低压力触针 + 软件拟合修正是当前主流方案。
KLA P-7 是 KLA 旗下的桌面式触针台阶仪,专为薄膜台阶、刻蚀深度、显影后残胶厚度等场景设计。
| 项目 | KLA P-7 台阶仪 |
|---|---|
| 扫描长度 | 最长可达 100 mm 以上 |
| 垂直分辨率 | Å 级(0.1 nm) |
| 触针压力 | 可调到 1 mg 量级,适合软胶测量 |
| 样品台 | 200mm 晶圆 + 碎片样品均可 |
| 软件 | 含台阶高度自动拟合、侧壁角计算、底面水平修正 |
P-7 的核心优势是扫描长度长 + 软件拟合智能。光刻胶显影后台阶的横向尺寸可以从 1 μm 到数 mm 不等,P-7 都能扫,软件可以自动识别台阶的"上平台-侧壁-下平台",并按侧壁斜率修正台阶高度。
本次对一片光刻胶显影后样品做台阶测量,结果如下:
| 参数 | 实测值 |
|---|---|
| 设备 | KLA P-7 触针式台阶仪 |
| Recipe | 20260430SJL |
| 扫描长度 | 1084.00 μm |
| 扫描速度 | 20.00 μm/s |
| 采样率 | 100 Hz |
| Force(触针力) | 0.05 mg |
| Noise Filter | 1.7 μm |
| 方向 | →(Direction →) |
| Level 1 高度(左侧平台) | 138.2 Å |
| Level 2 高度(右侧平台) | 777.8 Å |
| Delta(两侧高差) | 664.0 Å |
| Feature Detected | 0 |
| Ref 高度 | 3997.3 Å |
| X Height | 3999.7 Å |
| Step Height(最终台阶高度) | -3997.0 Å |
| Tilt | 538.1 μm |


从扫描曲线看;最终拟合给出的Step Height = -3997.0 Å(即 -399.7 nm)是显影后残胶的总台阶高度,负号表示从胶面向下到衬底方向。
这份数据可以直接用于光刻工艺的曝光剂量-显影时间正交实验(DoE),作为响应变量。
如果你的工作涉及光刻胶显影后残胶厚度监控、薄膜台阶、刻蚀深度等场景,KLA P-7 是当前主流的触针式台阶仪。优尼康科技是 KLA 在中国区的授权代理,可提供 P-7 销售、Recipe 调试与扫描参数优化服务。
对于非接触量测需求(如样品极软或图形边沿易被划伤),可以考虑 KLA Zeta-20 3D 光学轮廓仪或 Alpha-Step 5000 系列。详见文末 Module J。
答:触针台阶仪(P-7)分辨率高、量程大、扫描长度长,是显影后台阶的经典方案;3D 光学轮廓仪(Zeta-20)是非接触方案,适合触针会划伤的特殊样品(如水凝胶、未固化的厚胶)。常规 PR 用 P-7 即可。
答:P-7 触针压力可调到 0.05-1 mg 量级,远低于光刻胶的划伤阈值(典型 5-20 mg)。对常规 PR(厚度 0.5-2 μm)不会划伤;对超软胶(如水凝胶、未固化厚胶)建议先试扫或改用 Zeta-20 光学方案。
答:负号表示"从扫描起点向扫描终点方向高度下降",绝对值 3997 Å(=399.7 nm)是台阶高度本身。光刻胶显影后台阶常用负值表示"胶面高于衬底方向",具体符号约定以软件设置为准。
答:P-7 扫描长度可达 100 mm 以上,200mm 晶圆可以直接放在样品台上。碎片样品(>5mm 边长)也能扫。
答:P-7 是 IQ 的新一代升级版,触针压力更低、扫描速度更快、软件拟合更智能。对存量 IQ 用户,P-7 数据兼容、可直接平替。
关于优尼康科技
优尼康科技成立于 2012 年,是 KLA 旗下台阶仪系列在中国区的授权代理。我们提供 P-7 销售、Recipe 调试与扫描参数优化服务。
KLA 触针式台阶仪 → P-7 / Alpha-Step 系列台阶仪,薄膜与显影后残胶量测。
KLA Zeta-20 3D 光学轮廓仪 → 非接触 3D 轮廓仪,适合软胶、易划伤样品。
Filmetrics F20 反射式膜厚仪 → 光刻胶原始涂胶厚度快速测量,与台阶仪配合。
光刻胶专题页 → 光刻胶行业整体量测方案汇总与更多应用案例。
磷化铟(InP)专题页 → 磷化铟材料在外延、CMP、光刻等应用场景的量测方案。