光刻工藝：后烘技巧解析

光刻工藝：后烘技巧解析

01引言

在半導(dǎo)體制造和集成電路設(shè)計的復(fù)雜世界中，光刻工藝（Photolithography）無疑是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。它不僅決定了芯片上電路圖案的精確度和復(fù)雜度，還直接影響到最終產(chǎn)品的性能和可靠性。而在光刻工藝中，后烘（Post Exposure Bake, PEB）作為曝光后的關(guān)鍵步驟，其重要性不容忽視。

02什么是后烘？

后烘，顧名思義，是在光刻膠曝光后，對光刻膠膜進行烘烤的過程。這一過程的主要目的是通過加熱，使光刻膠中的化學(xué)反應(yīng)進一步進行，從而實現(xiàn)光刻膠的固化和圖案的清晰化。具體來說，后烘有助于消除光刻膠中的溶劑，提高光刻膠與基底的附著力，以及確保圖案在后續(xù)工藝中的穩(wěn)定性和清晰度。

通常來說不是每一種光刻膠進行光刻后都需要進行后烘工藝，只有負膠和化學(xué)放大的光刻膠才需要在光刻后進行烘烤步驟。

像AZ 5214E、AR-U4000或者TI 35e / ESX 這樣的圖形反轉(zhuǎn)膠在反轉(zhuǎn)工藝下需要在曝光后進行后烘工藝，來實現(xiàn)圖形的反轉(zhuǎn)，從而使曝光區(qū)域在顯影后留下來。

交聯(lián)型負膠電阻，如AZ nLOF 2000負膠系列或AZ 15nxt，需要在后烘環(huán)節(jié)來進行交聯(lián)，交聯(lián)反應(yīng)是在曝光過程中開始的，被曝光區(qū)域結(jié)構(gòu)在顯影液中不被溶解而留下。

03后烘的作用

膠固化

光刻膠在曝光后雖然已發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，但仍處于液態(tài)或半固態(tài)狀態(tài)。后烘通過加熱，促使光刻膠中的化學(xué)反應(yīng)完成，使其固化成硬脆的薄膜。這一過程不僅有助于保持圖案的形狀穩(wěn)定性，還能在后續(xù)的刻蝕、薄膜沉積等步驟中提供更好的圖案保真度。

溶劑去除

光刻膠在涂覆時，為了易于操作和均勻分布，通常會含有較多的溶劑。這些溶劑在曝光后雖已部分揮發(fā)，但仍需通過后烘去除。溶劑的去除有助于減少光刻膠在后續(xù)工藝中的揮發(fā)物排放，降低對環(huán)境的污染，同時提高圖案的精度和穩(wěn)定性。

提高圖案清晰度

后烘還能通過消除光刻膠中的氣泡和雜質(zhì)，使圖案邊緣更加銳利和清晰。這對于微電子制造來說至關(guān)重要，因為高分辨率和清晰的圖案是實現(xiàn)高性能微電子器件的關(guān)鍵。此外，后烘還能改善光刻膠與基底的附著力，確保圖案在后續(xù)工藝中不易失真或剝離。

04后烘的技巧與注意事項

溫度與時間的控制

后烘的溫度和時間需要根據(jù)所使用的光刻膠種類和具體工藝要求來確定。通常情況下，后烘溫度在100-130℃之間，持續(xù)時間為數(shù)分鐘。過高的溫度或過長的時間可能導(dǎo)致光刻膠過度交聯(lián)，影響圖案的顯影效果；而過低的溫度或時間過短則可能無法達到預(yù)期的固化效果。

均勻加熱

為了確保光刻膠膜受熱均勻，后烘過程中應(yīng)采用適當?shù)募訜嵩O(shè)備和加熱方式。例如，使用熱板進行烘烤時，應(yīng)確保熱板表面平整且溫度分布均勻；同時，應(yīng)定期檢查和校準加熱設(shè)備的溫度控制器，以確保溫度的準確性。

避免污染

在后烘過程中，應(yīng)盡量避免光刻膠膜受到灰塵、油漬等污染物的污染。這可以通過在無塵室內(nèi)進行后烘操作、使用干凈的加熱設(shè)備和工具以及定期清潔加熱設(shè)備等方式來實現(xiàn)。

根據(jù)光刻膠特性調(diào)整參數(shù)

不同類型的光刻膠具有不同的化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)特性。因此，在后烘過程中，應(yīng)根據(jù)所使用的光刻膠種類和特性來調(diào)整加熱溫度和時間等參數(shù)。例如，對于需要圖形反轉(zhuǎn)的光刻膠，后烘過程尤為關(guān)鍵，因為它決定了圖形反轉(zhuǎn)的成敗。

Tips：

光線照射到光刻膠與晶圓的界面上會產(chǎn)生部分反射。反射光與入射光會疊加形成駐波。

當圖形尺寸較大時，駐波效應(yīng)不是主要問題。

當最小圖形尺寸縮小時，有幾種策略可以顯著降低反射所造成的影響。首先，通過向光刻膠中添加染料，可以有效減小反射的強度，從而減少駐波效應(yīng)的發(fā)生。其次，在晶圓表面沉積一層由金屬薄膜與電介質(zhì)層構(gòu)成的抗反射鍍膜層（ARC），這種設(shè)計能夠顯著降低晶圓表面的反射率，進而抑制駐波現(xiàn)象。再者，還可以采用一種特殊的有機抗反射鍍膜層，該鍍膜層在光刻膠旋涂之前，可通過光刻膠自旋涂敷機均勻地涂敷到晶圓表面，以達到減少反射、抑制駐波的效果。此外，盡管駐波效應(yīng)主要在曝光和顯影階段顯現(xiàn)，但曝光后烘烤（PEB）過程也被證明能夠在一定程度上降低其影響，通過優(yōu)化該過程參數(shù)，可以進一步控制駐波效應(yīng)。

駐波效應(yīng)現(xiàn)象

05結(jié)語

后烘作為光刻工藝中的關(guān)鍵步驟，其技巧和注意事項對于實現(xiàn)高質(zhì)量、高精度的微電子制造至關(guān)重要。通過掌握后烘的基本原理、作用以及技巧和注意事項，我們可以更好地理解和控制這一工藝環(huán)節(jié)，從而為實現(xiàn)高性能的微電子器件提供有力支持。