光刻工藝是半導體的一道核心制程,其性能直接影響芯片制造的精度和良率。高精度與良品率需要保持光刻膠(光致抗蝕劑,主要由樹脂、感光劑、溶劑和添加劑等組成,對光敏感,在光刻工藝過程中用作抗腐蝕涂層材料)在涂布、曝光、顯影等環節的穩定性,除了工藝流程管理外,還需要在幾道烘烤工序中確保溫度控制精度與空間均勻度。
預烘干燥濕法晶圓涂膠前預處理,溫度140-160℃之間,去除晶圓表面吸附水分子,避免水分殘留,搭配HMDS,盡量防止光刻膠浮膠、針孔、脫層等影響附著力的幅面影響。
前烘又稱軟烘,去除膠膜上的大部分有機溶劑,釋放旋涂內應力,提升附著力,溫度較低,90~100℃。
后烘,是光刻工藝中曝光之后的光刻膠膜烘烤過程,目的是讓光刻膠中的光化學反應充分完成,同時消除駐波,并為后續的顯影步驟做準備,又稱PEB(Post Exposure Bake)。典型的后烘條件90~130℃或更高,視工藝條件而定,參考光刻膠的使用說明。有研究顯示特殊工藝(如聚酰亞胺)可能需要在250°C以上進行后烘,在此期間對溫度偏差要求較高,≤ ±1℃。
堅膜硬烘又稱硬烘,是將顯影后的光刻膠中剩余的溶劑、顯影液、水及其他不必要的殘留成分通過加熱蒸發去除,以提高光刻膠與硅襯底的黏附性及光刻膠的抗刻蝕能力。 堅膜過程的溫度視光刻膠的不同及堅膜方法的不同而有所不同,以光刻膠圖形不發生形變為前提,并應使光刻膠變得足夠堅硬。同時不能靠近軟化溫度Ts。
回流烘顯影完成、硬烘之后,把成型矩形光刻膠圖形加熱至光刻膠軟化溫度Ts,依靠高分子熔融與表面張力,讓側壁圓角、頂部成球面,制備微透鏡、圓弧光學結構。
去膠預處理針對干法刻蝕后光刻膠表層交聯碳化問題的熱輔助去膠工藝,高溫短時烘烤,使交聯表層發生熱分解(Thermal Decomposition)或熱氧化破壞交聯網狀結構,使其疏松化(Loosening)增加去膠液的滲透性。此過程可能需要沖入氮氣,防止過度氧化。此外,還有幾個場景需要用烘箱的,比如在光刻膠的制造過程中,也需要用到熱風循環烘箱,烘干溫度110℃,適用于含有丙二醇甲醚醋酸(PGMEA)或者其他沸點相近的溶劑的測試樣品,用以測定固含量。或者在半導體晶片裝載盒的檢測中也要用到高溫烘箱,Tedlar采樣袋需要80℃烘烤16小時,然后裝載樣品后與空白對照采樣袋一起,再在65℃下加熱兩小時。
少量處理可用烤膠機加熱,較大批量處理則需要烘箱,同時需要考慮空氣潔凈度要求,及與EMS系統等的互聯互通。高溫烘烤其實貫穿在光刻工藝的全流程,多個場景都需要,或者干燥去除水分等溶劑,或者高溫熱處理,有些環節的溫控精度還相對較高。
此外,還有幾個場景需要用烘箱的,比如在光刻膠的制造過程中,也需要用到熱風循環烘箱,烘干溫度110℃,適用于含有丙二醇甲醚醋酸(PGMEA)或者其他沸點相近的溶劑的測試樣品,用以測定固含量。或者在半導體晶片裝載盒的檢測中也要用到高溫烘箱,Tedlar采樣袋需要80℃烘烤16小時,然后裝載樣品后與空白對照采樣袋一起,再在65℃下加熱兩小時。