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光刻工藝是半導(dǎo)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(huán)節(jié)的穩(wěn)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(yù)烘干燥濕法晶圓涂膠前預(yù)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(nèi)應(yīng)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(xué)反應(yīng)充分完成,同時消除駐波,并為后續(xù)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(fā)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(fā)生形變?yōu)榍疤幔?yīng)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(cè)壁圓角、頂部成球面,制備微透鏡、圓弧光學(xué)結(jié)構(gòu)。
去膠預(yù)處理針對干法刻蝕后光刻膠表層交聯(lián)碳化問題的熱輔助去膠工藝,高溫短時烘烤,使交聯(lián)表層發(fā)生熱分解(Thermal Decomposition)或熱氧化破壞交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),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(fēng)循環(huán)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(dǎo)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(tǒng)等的互聯(lián)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?zé)崽幚恚行┉h(huán)節(jié)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(fēng)循環(huán)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(dǎo)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。