后烘 – PEB

后烘是指(post exposure bake-PEB)是指在曝光之后的光刻胶膜的烘烤过程。由于光刻胶膜还未显影,也就是说还未闭合,PEB也可以在高于光刻胶软化温度的情况下进行。前面的文章中我们在一般光刻过程文章中简单介绍过后烘工艺但是比较简单,本文就以下一些应用场景下介绍后烘的过程和作用。

化学放大正胶

机理

当使用“正常”正胶时,曝光完成后光反应也就完成了,但是化学放大的光刻胶需要随后的烘烤步骤。光反应在曝光期间开始并在后烘环节中完成。“化学放大”的过程发生在,曝光后反应产物的催化下,并在烘烤中完成。这使得较厚的光刻胶可以使用较低的曝光剂量进行曝光,且显影速度快。

后烘条件

没有进过后烘(PEB)工艺的光刻胶将不能显影或只能以极低的速度显影。后烘所需的时间和温度并不取决于光刻胶薄膜的厚度,而是取决于所使用的光刻胶的种类,通常在100-110℃的温度下持续几分钟。

图形反转胶和交联负胶

机理

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流下来。
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,关于交联,您还可以参考紫外曝光-光反应中介绍

后烘条件

后烘所需的时间和温度并不取决于光刻胶薄膜的厚度,而是取决于所使用的光刻胶种类,通常为110-130℃,持续几分钟。
图形反转胶的烘烤温度越高,反转胶的结构在显影过程中越稳定,但反转胶在前面未曝光区域在后续的范曝光过程中的感光性越差,显影速度越慢。
负胶的后烘温度越高,交联程度越高,显影后的结构越稳定。然而,随着PEB温度的升高,未暴露的光刻胶区域的热交联增加,因此更难显影。需要注意的是,并不是所有的负胶都需要后烘工艺步骤,有些负胶在曝光过程中就能完成交联反应,因而无需后烘。

高反射率衬底上的正胶

机理

在高反射率衬底上的单色光源曝光应用中,由于界面的反射,会在光刻胶内部形成干涉,这种干涉会导致显影时在光刻胶侧壁形成波浪条纹结构,即驻波效应(关于驻波效应的产生请参见抗反射层-ARC)。曝光后的后烘有助于光反应产物的扩散,如下图1所示,因此随后显影过程中的光刻胶结构具有更陡峭和更光滑的侧壁。

图1 高反衬底上的光强分布以及后烘后的光反应分布

后烘条件

所需的时间和温度并不取决于光刻胶薄膜的厚度,而是取决于所使用的光刻胶种类,通常为110-120℃,持续几分钟。详见相应的技术数据表。

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