光刻工藝：后烘技巧解析

01引言

在半導體制造和集成電路設計的復雜世界中，光刻工藝（Photolithography）無疑是一個至關重要的環節。它不僅決定了芯片上電路圖案的精確度和復雜度，還直接影響到最終產品的性能和可靠性。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，使光刻膠中的化學反應進一步進行，從而實現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工藝中的穩定性和清晰度。

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 這樣的圖形反轉膠在反轉工藝下需要在曝光后進行后烘工藝，來實現圖形的反轉，從而使曝光區域在顯影后留下來。

交聯型負膠電阻，如AZ nLOF 2000負膠系列或AZ 15nxt，需要在后烘環節來進行交聯，交聯反應是在曝光過程中開始的，被曝光區域結構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生光化學反應，但仍處于液態或半固態狀態。后烘通過加熱，促使光刻膠中的化學反應完成，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定性，還能在后續的刻蝕、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，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工藝中的揮發物排放，降低對環境的污染，同時提高圖案的精度和穩定性。

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，使圖案邊緣更加銳利和清晰。這對于微電子制造來說至關重要，因為高分辨率和清晰的圖案是實現高性能微電子器件的關鍵。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，持續時間為數分鐘。過高的溫度或過長的時間可能導致光刻膠過度交聯，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，后烘過程中應采用適當的加熱設備和加熱方式。例如，使用熱板進行烘烤時，應確保熱板表面平整且溫度分布均勻；同時，應定期檢查和校準加熱設備的溫度控制器，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進行后烘操作、使用干凈的加熱設備和工具以及定期清潔加熱設備等方式來實現。

根據光刻膠特性調整參數

不同類型的光刻膠具有不同的化學性質和反應特性。因此，在后烘過程中，應根據所使用的光刻膠種類和特性來調整加熱溫度和時間等參數。例如，對于需要圖形反轉的光刻膠，后烘過程尤為關鍵，因為它決定了圖形反轉的成敗。

Tips：

光線照射到光刻膠與晶圓的界面上會產生部分反射。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，從而減少駐波效應的發生。其次，在晶圓表面沉積一層由金屬薄膜與電介質層構成的抗反射鍍膜層（ARC），這種設計能夠顯著降低晶圓表面的反射率，進而抑制駐波現象。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，盡管駐波效應主要在曝光和顯影階段顯現，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，通過優化該過程參數，可以進一步控制駐波效應。

駐波效應現象

05結語

后烘作為光刻工藝中的關鍵步驟，其技巧和注意事項對于實現高質量、高精度的微電子制造至關重要。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節，從而為實現高性能的微電子器件提供有力支持。