2.7 显影

2.7.1 显影的作用

显影是半导体器件制造工艺中的一个重要步骤，用于去除曝光或未曝光区域的光刻胶（分别对应正胶、负胶），从而形成所需的图案和结构。显影的作用如下。

（1）去除曝光或未曝光区域的光刻胶：显影过程中使用显影剂，将曝光或未曝光的光刻胶部分溶解或去除（分别对应正胶或负胶），只保留未曝光或曝光过的部分。这样可以形成需要的图案，并定义器件的结构和特征。

（2）控制显影速度：显影速度的控制对于图案的清晰度和尺寸的保持非常重要。通过调整显影剂的浓度、温度和显影时间等参数，可以控制显影速度，以实现所需的图案尺寸和图案定义。

（3）保护未曝光/已曝光区域的光刻图案：显影剂针对未曝光/已曝光的光刻胶起作用，对未曝光/已曝光区域的光刻图案通常具有较小的影响（分别对应正胶/负胶）。这有助于保护未曝光/已曝光区域的光刻图案，确保其在显影过程中不被损坏或剥离。

（4）显影底膜保护：显影过程中，有时还会利用显影底膜来保护底部的衬底或底层材料，以避免被显影剂侵蚀或损坏。

通过显影步骤，可以实现对光刻胶的选择性清除，形成所需的图案和结构，为后续的刻蚀、沉积或其他工艺步骤提供良好的基础。显影的参数和控制对光刻图案的质量、尺寸和器件性能有重要影响，因此需要合理选择显影剂和优化显影条件。

2.7.2 显影机

在半导体器件制造工艺中，显影过程使用的主要设备通常是显影机。显影机是专门设计用于将光刻胶进行显影的设备，其主要功能是控制显影剂的流动和接触光刻胶，以去除未曝光/已曝光区域的光刻胶（分别针对正胶或负胶），形成所需的图案和结构。显影机通常具有以下主要部分和功能。

（1）显影槽或槽式气相显影腔室：用来容纳显影剂和衬底，形成显影的环境。显影槽可以是单槽或多槽的设计，以适应不同的显影剂和工艺要求。

（2）显影液供应系统：用于供应和控制显影剂的流动。这包括显影液的储存和循环系统、液体泵及流量控制器等。

（3）温度控制系统：显影过程中温度对显影剂的效果和速度有影响，因此显影机通常配备了温度控制系统，以确保显影液的温度恒定。

（4）显影剂喷洒或浸没系统：用于将显影剂均匀地喷洒或浸没到光刻胶表面。这通常是通过液体喷头、喷嘴或浸没槽进行的。

（5）液体回收和处理系统：有些显影机配备了液体回收和处理系统，用于回收和处理使用过的显影液，以减少废液的排放和环境污染。

（6）控制系统和用户界面：显影机通常带有一个控制系统和用户界面，用于设置和调整显影的参数，如显影时间、显影液剂量等。

通过显影机的使用，可以进行自动化的显影过程，实现对光刻胶的可控性和一致性。同时，显影机的参数优化和控制对于图案质量和尺寸的保持非常重要，因此在选择和操作显影机时，需要遵循相应的操作规程和工艺要求，确保显影的安全和可靠性。

在实验室环境中，常使用的显影方式有两种：自动显影和手动显影。以苏州晶淼制造的型号JM19-SKD06-YJ的设备为例，实物如图2-38所示。

（1）自动显影：自动显影用到的显影机是一种自动化设备，专用于进行显影过程。它包括液体供应和控制系统，以及显影槽、喷洒或浸没系统，具有温度控制等功能。显影机能够更加精确地控制显影剂的流量、温度和显影时间等参数，提供更为一致和可控的显影过程。实验室中使用的显影机通常较小型，适用于一定规模的样品和研究需求。

（2）手动显影：手动显影是一种较简单的方式，在实验室环境中常用于小批量样品显影。这种方式是将样品放置在装有显影液的容器中，通过手动控制显影液的浸润、浸泡和搅拌，实现显影的目的。手动显影通常需要在通风橱或其他适当的通风环境下进行，以确保操作者的安全和防止挥发性显影液对室内环境的影响。

2.7.3 厂务动力配套要求

要确保显影设备能够稳定有效地运行，除了超净室必备的洁净度、温湿度、黄光、电力供应外，还需要配套的厂务动力设施主要如下。

（1）化学品管理系统：显影过程中需要用到多种化学药水，如显影液和清洗剂，因此必须有一个精确的化学品分配和存储系统，确保化学品的安全使用和供应。

（2）废液处理系统：使用化学药水后产生的废液需要通过专门的废液处理系统进行处理，以符合环保要求并保护环境。

（3）温度控制系统：显影过程对温度非常敏感，需要精确的温控系统以保持药水和显影环境的温度恒定，保证显影质量。

（4）水质控制系统：对于使用水作为洁净或冲洗介质的显影设备，需要高质量的水源供应，并维持一定的水质标准。

（5）高效排气系统：保证显影过程中使用的挥发性有机化合物和蒸气能被有效地排出，并且维持工作空间的适宜通风状态。

（6）电源稳定系统：持续稳定的电源供应是设备正常运行的基础，必须有备用电源如UPS系统以防突发断电。

图2-39是显影通风橱所需的厂务动力条件实物举例。