轻松掌握光刻工艺：后烘

​01 引言

在半导体制造和集成电路设计的复杂世界中，光刻工艺（Photolithography）无疑是一个至关重要的环节。它不仅决定了芯片上电路图案的精确度和复杂度，还直接影响到最终产品的性能和可靠性。而在光刻工艺中，后烘（Post Exposure Bake, PEB）作为曝光后的关键步骤，其重要性不容忽视。本期TuoTuo科普就让我们一起深入了解光刻工艺中的后烘技巧，助力科研工作者轻松掌握这一关键环节。

02 什么是后烘？

后烘，顾名思义，是在光刻胶曝光后，对光刻胶膜进行烘烤的过程。这一过程的主要目的是通过加热，使光刻胶中的化学反应进一步进行，从而实现光刻胶的固化和图案的清晰化。具体来说，后烘有助于消除光刻胶中的溶剂，提高光刻胶与基底的附着力，以及确保图案在后续工艺中的稳定性和清晰度。

通常来说不是每一种光刻胶进行光刻后都需要进行后烘工艺，只有负胶和化学放大的光刻胶才需要在光刻后进行烘烤步骤。

像AZ 5214E、AR-U4000或者TI 35e / ESX 这样的图形反转胶在反转工艺下需要在曝光后进行后烘工艺，来实现图形的反转，从而使曝光区域在显影后留下来。

交联型负胶电阻，如AZ nLOF 2000负胶系列或AZ 15nxt，需要在后烘环节来进行交联，交联反应是在曝光过程中开始的，被曝光区域结构在显影液中不被溶解而留下。

03 后烘的作用

胶固化

光刻胶在曝光后虽然已发生光化学反应，但仍处于液态或半固态状态。后烘通过加热，促使光刻胶中的化学反应彻底完成，使其固化成硬脆的薄膜。这一过程不仅有助于保持图案的形状稳定性，还能在后续的刻蚀、薄膜沉积等步骤中提供更好的图案保真度。

溶剂去除

光刻胶在涂覆时，为了易于操作和均匀分布，通常会含有较多的溶剂。这些溶剂在曝光后虽已部分挥发，但仍需通过后烘彻底去除。溶剂的去除有助于减少光刻胶在后续工艺中的挥发物排放，降低对环境的污染，同时提高图案的精度和稳定性。

提高图案清晰度

后烘还能通过消除光刻胶中的气泡和杂质，使图案边缘更加锐利和清晰。这对于微电子制造来说至关重要，因为高分辨率和清晰的图案是实现高性能微电子器件的关键。此外，后烘还能改善光刻胶与基底的附着力，确保图案在后续工艺中不易失真或剥离。

04 后烘的技巧与注意事项

温度与时间的控制

后烘的温度和时间需要根据所使用的光刻胶种类和具体工艺要求来确定。通常情况下，后烘温度在100-130℃之间，持续时间为数分钟。过高的温度或过长的时间可能导致光刻胶过度交联，影响图案的显影效果；而过低的温度或时间过短则可能无法达到预期的固化效果。

均匀加热

为了确保光刻胶膜受热均匀，后烘过程中应采用适当的加热设备和加热方式。例如，使用热板进行烘烤时，应确保热板表面平整且温度分布均匀；同时，应定期检查和校准加热设备的温度控制器，以确保温度的准确性。

避免污染

在后烘过程中，应尽量避免光刻胶膜受到灰尘、油渍等污染物的污染。这可以通过在无尘室内进行后烘操作、使用干净的加热设备和工具以及定期清洁加热设备等方式来实现。

根据光刻胶特性调整参数

不同类型的光刻胶具有不同的化学性质和反应特性。因此，在后烘过程中，应根据所使用的光刻胶种类和特性来调整加热温度和时间等参数。例如，对于需要图形反转的光刻胶，后烘过程尤为关键，因为它决定了图形反转的成败。

Tips：

光线照射到光刻胶与晶圆的界面上会产生部分反射。反射光与入射光会叠加形成驻波。

当图形尺寸较大时，驻波效应不是主要问题。

当最小图形尺寸缩小时，有几种策略可以显著降低反射所造成的影响。首先，通过向光刻胶中添加染料，可以有效减小反射的强度，从而减少驻波效应的发生。其次，在晶圆表面沉积一层由金属薄膜与电介质层构成的抗反射镀膜层（ARC），这种设计能够显著降低晶圆表面的反射率，进而抑制驻波现象。再者，还可以采用一种特殊的有机抗反射镀膜层，该镀膜层在光刻胶旋涂之前，可通过光刻胶自旋涂敷机均匀地涂敷到晶圆表面，以达到减少反射、抑制驻波的效果。此外，尽管驻波效应主要在曝光和显影阶段显现，但曝光后烘烤（PEB）过程也被证明能够在一定程度上降低其影响，通过优化该过程参数，可以进一步控制驻波效应。

驻波效应现象

05 结语

后烘作为光刻工艺中的关键步骤，其技巧和注意事项对于实现高质量、高精度的微电子制造至关重要。通过掌握后烘的基本原理、作用以及技巧和注意事项，我们可以更好地理解和控制这一工艺环节，从而为实现高性能的微电子器件提供有力支持。

感谢您对本期TuoTuo科普的关注和支持，下期我们将来带更多有关光刻工艺的科普，敬请期待。