光刻胶烘烤概述

摘要：在微电子制造与半导体工业中，光刻技术是芯片图案化的核心工艺。光刻胶作为光刻工艺的“画笔”，其性能直接决定了电路图案的精度与良率。而在光刻胶处理流程中，烘烤步骤犹如一场精密调控的化学反应，通过温度与时间的精确配合，确保光刻胶从液态涂布到稳定结构的完美蜕变。本期将

光刻胶烘烤概述

在微电子制造与半导体工业中，光刻技术是芯片图案化的核心工艺。光刻胶作为光刻工艺的“画笔”，其性能直接决定了电路图案的精度与良率。而在光刻胶处理流程中，烘烤步骤犹如一场精密调控的化学反应，通过温度与时间的精确配合，确保光刻胶从液态涂布到稳定结构的完美蜕变。本期将对光刻胶处理中的四大烘烤工艺——基板预热、软烘、曝光后烘烤与硬烘进行概述。

基板在涂胶前的加热

构建牢靠的胶基结合

基板表面处理是光刻胶附着的首要环节。当温度升至100°C时，基材表面吸附的水分子（H₂O）开始脱附，这一过程能有效消除“水膜屏障”，避免光刻胶与基板间因水分残留导致的结合力下降。硅、玻璃、石英等氧化表面的羟基（-OH）会导致亲水性表面，降低光刻胶附着力，而温度进一步升至150°C以上时，羟基（-OH）会发生热裂解反应，从而进一步提升光刻胶与基板的结合力。

注意事项：

① 低温段推荐120°C烘烤3-5分钟，高温段需避免过久导致基板氧化加剧。

② 丙酮/异丙醇两步清洗法可替代低温烘烤，而使用HMDS或TI PRIME等增粘剂可达到类似高温烘烤的效果。

③ 涂胶应在基板冷却后立即进行以防止水分再吸附，但需确保基板恢复室温以保证胶膜均匀性。

软烘

（涂胶后烘焙post-apply bake，PAB）

溶剂挥发

涂胶后光刻胶膜中残留的溶剂浓度通常达15-25%。若未充分去除，将引发多重工艺灾难：污染/粘附掩膜版、胶层附着力下降、曝光时氮气释放导致胶层起泡、显影液渗透不均造成图案畸变、多层涂布时的互溶塌陷等。软烘通过精准控温加速溶剂挥发，将残留量降至3-5%的安全阈值。

参数建议：

① 温度-时间等效模型：以100°C为基准，每微米胶厚烘烤1分钟。温度每降10°C（如90°C），时间需加倍；升至110°C则时间减半。温度/时间不足导致前述工艺缺陷。

② 设备差异：热板因直接传热效率高，较烘箱节省30%时间，但需注意热板边缘与中心的温度梯度（±2°C）。

③ 正胶与负胶的敏感边界：正胶（如AZ® 1500）超过120°C会引发光敏剂（DNQ）热分解，显影速率下降；负胶（如AZ® nLOF 2020）在110°C以上即触发热交联，导致显影不彻底。

曝光后烘烤

（post-exposure bake，PEB）

光化学反应的加速器

曝光后烘烤（在曝光后但显影前进行）可以在光刻胶软化点以上进行，而不会因光刻胶膜仍处于闭合状态而破坏待显影结构。进行PEB 有多种不同的可能原因：

3.1 化学放大胶的催化

化学放大胶依赖PEB完成酸催化反应：曝光产生的光酸在PEB阶段扩散至整个胶膜，促使聚合物脱保护反应，极大提升显影选择比。通常，建议在此步骤进行110°C，时间2分钟的烘烤。MicroChemicals® 提供的大多数AZ®和TI系列光刻胶不属于化学放大胶，因此不需要为此目的进行PEB。

3.2 交联型负胶的固化

在许多交联光刻胶的情况下，例如AZ®nLOF2000系列或AZ®15nXT，PEB对于曝光期间引发的交联机制至关重要。如AZ®125nXT等负性光刻胶则不需要PEB，因为交联已经在室温下发生。

3.3 高反射基底的驻波修正

在金属或氮化硅等高反射基板上，入射光与反射光干涉形成驻波，使胶膜内曝光剂量呈周期性波动（如图1）。光活性化合物在曝光过程中形成羧酸，PEB可促进羧酸的热激活扩散。这一扩散步骤可平滑驻波效应造成的周期性羧酸浓度差异。在单色曝光条件下，底层抗反射涂层（如 AZ®Barli）可提高高反射基底上的光刻胶分辨率。

3.4 机械松弛

在光刻胶软化点附近进行PEB可减少软烘烤和特别厚的抗蚀剂薄膜曝光过程中由于氮气膨胀而形成的机械应力，从而提高抗蚀剂的附着力，减少后续湿化学蚀刻过程中的蚀刻不足。然而，在曝光和PEB之间需要一定的延迟，以便排出N2，否则，在PEB期间，光刻胶中的N2会膨胀，增加薄膜中的机械应力。