根據(jù)光刻膠的應(yīng)用工藝，我們可以采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)已顯影的光刻膠結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理以提高其化學(xué)或物理穩(wěn)定性。通常我們可以采用烘烤步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)光刻膠結(jié)構(gòu)的熱交聯(lián)，稱為硬烘烤或者堅(jiān)膜。或通過(guò)低劑量紫外線輻照和高溫的結(jié)合的方法，使用深紫外堅(jiān)膜工藝只能使得光刻膠表面發(fā)生交聯(lián)。下面詳細(xì)介紹這兩種工藝，以及光刻膠在處理過(guò)程中的變化。

堅(jiān)膜

堅(jiān)膜（硬烘）是光刻膠顯影后可選做的烘烤工藝步驟。其目的是通過(guò)堅(jiān)膜使得光刻膠結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定從而在后續(xù)的物理或化學(xué)過(guò)程（如濕法或干法蝕刻或電鍍）具有更好的工藝穩(wěn)定性和效果。 那么堅(jiān)膜的最佳工藝條件是什么？有什么不利影響，如何獲得期望的結(jié)果？

熱變形

非交聯(lián)型光刻膠的結(jié)構(gòu)，即顯影后的正膠和圖形反轉(zhuǎn)膠結(jié)構(gòu)在加熱后的軟化溫度 – 取決于光刻膠及其前面的工藝 – 大約為100°C – 130°C。在此溫度下光刻膠的上邊緣會(huì)發(fā)生變形而變圓，而光刻膠與襯底接觸的大部分區(qū)域未發(fā)生變形。

對(duì)于濕化學(xué)腐蝕，圓形的抗蝕劑結(jié)構(gòu)通常是可以接受的。對(duì)于干法刻蝕或電鍍工藝，要求光刻膠側(cè)壁也必須保持垂直，我們推薦使用熱穩(wěn)定性更高的光刻膠或交聯(lián)型負(fù)膠來(lái)優(yōu)化工藝。當(dāng)然我們也可以利用這種光刻膠熱變形獲得一些特殊的結(jié)構(gòu)，這就是所謂的熱回流工藝。

溶劑變化

減少殘留溶劑的含量實(shí)際上是勻膠工藝后前烘步驟的意義。然而，在厚膠工藝的情況下，即使是在推薦的前烘條件下在靠近襯底附近的光刻膠中仍然包含相當(dāng)高的溶劑。

顯影后，在所用的光刻膠玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度以下進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮婵静襟E，有助于使襯底附近的光刻膠中溶劑含量進(jìn)一步降低，從而提高后續(xù)工藝的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。如下圖1所示。

圖1 堅(jiān)膜觸發(fā)光刻膠中的各種物理和化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)溫度超過(guò)140℃時(shí)，正膠膜結(jié)構(gòu)交聯(lián)光刻膠穩(wěn)定性提高。

光引發(fā)劑熱分解

在正膠情況下，相當(dāng)一部分光引發(fā)劑在120℃下幾分鐘內(nèi)就會(huì)分解。 雖然在顯影后不在需要光引發(fā)劑進(jìn)行光反應(yīng)，但在未曝光狀態(tài)下，它有助于提高光刻膠膜的堿性穩(wěn)定性，以及用于隨后的濕法蝕刻步驟或在pH值為>7的溶液中進(jìn)行的電鍍工藝。

由于光引發(fā)劑的分解降低，光刻膠膜的穩(wěn)定性甚至可能下降。

熱交聯(lián)

在正膠情況下，樹脂在130℃-140℃下熱交聯(lián)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，這可以顯著提高光刻膠對(duì)堿性或有機(jī)溶劑的化學(xué)穩(wěn)定性。

對(duì)于負(fù)極電阻，烘烤可能會(huì)導(dǎo)致光刻膠交聯(lián)程度的增加，特別是在負(fù)膠工藝中使用的堅(jiān)膜溫度高于其曝光后烘的溫度的情況下。如果負(fù)膠顯影后的結(jié)構(gòu)在后烘前受到泛曝光（無(wú)掩膜板曝光)，交聯(lián)程度的增加。因此，可以提高側(cè)壁的濕化學(xué)穩(wěn)定性特別是厚膠應(yīng)用中靠近襯底附近的光刻膠在曝光時(shí)接受的曝光劑量較弱交聯(lián)程度較低。

光刻膠脆性

在烘烤過(guò)程中，殘余溶劑的含量進(jìn)一步降低以至于光刻膠結(jié)構(gòu)的彈性也隨之降低，同時(shí)光刻膠結(jié)構(gòu)與氧氣反應(yīng)，在120 -130℃左右開始光刻膠開始脆化。光刻膠和襯底材料的不同熱膨脹系數(shù)不同會(huì)導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。例如，厚膠膜上(用肉眼)看不見的應(yīng)力裂紋，這使得后續(xù)的電鍍或濕化工藝可能出現(xiàn)問(wèn)題。

如果必須做堅(jiān)膜工藝，其不能降低溫度進(jìn)行，可以通過(guò)控制降溫速度來(lái)減小裂紋的形成。例如，通過(guò)隨爐子冷卻來(lái)減小裂紋的產(chǎn)生。出于同樣的原因，烘烤后的襯底應(yīng)小心處理，并應(yīng)避免變形，如襯底彎曲。

光刻膠去膠特性

在烘烤過(guò)程中，光刻膠膜的交聯(lián)度越高，越難在后續(xù)工藝結(jié)束后去除。在正膠的情況下，在堅(jiān)膜溫度達(dá)到150–160℃時(shí)，常見的去膠液或有機(jī)溶劑的去膠能力大大降低，交聯(lián)的負(fù)阻已經(jīng)在130–140℃時(shí)去膠液效果將大打折扣。為此我們可以采用溶解性能更強(qiáng)的有機(jī)溶劑或者微波氧等離子體去膠機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)去膠工作。

堅(jiān)膜必要性

如前所述，堅(jiān)膜工藝步驟是一個(gè)選做步驟，通常在非必要情況下不建議使用。那么那些工藝步驟下建議使用呢：一般來(lái)說(shuō)需要進(jìn)一步提高光刻膠的穩(wěn)定性的應(yīng)用下，如后續(xù)步驟是干法刻蝕、濕法刻蝕、或者LIGA等應(yīng)用下。至于堅(jiān)膜的溫度和時(shí)間，可以參考光刻膠產(chǎn)品資料中的建議溫度和時(shí)間。

深紫外硬化

如果在光刻膠層在鍍膜(熱蒸發(fā)、濺射)或干刻蝕過(guò)程中，由于受熱將已顯影的光刻膠結(jié)構(gòu)加熱到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度以上了，則光刻膠結(jié)構(gòu)開始軟化。如果工藝步驟中無(wú)法降低或者控制溫度，可以通過(guò)深紫外光硬化的方式提高軟化溫度，這樣有利于后續(xù)工藝的順利進(jìn)行。

機(jī)制和局限性

波長(zhǎng)為250 nm的深紫外輻射會(huì)破壞了樹脂的光刻膠分子，隨后加熱（在熱板上緩慢升溫，從低于軟化點(diǎn)開始，然后以10℃為臺(tái)階向上升溫）導(dǎo)致光刻膠結(jié)構(gòu)的交聯(lián)。

由于深紫外輻射的穿透深度較低，在光刻膠表面形成了幾十納米厚的交聯(lián)“外殼”，在一定程度上保護(hù)了光刻膠結(jié)構(gòu)不受加熱的影響。如果沒有可用的深度紫外光源，標(biāo)準(zhǔn)掩模對(duì)準(zhǔn)式光刻機(jī)也可用g-線、h-線和i-線進(jìn)行輻照。當(dāng)然，這種輻照方式由于光源中250nm左右的光強(qiáng)占比很小，所以在幾個(gè)小時(shí)的輻照后才能展現(xiàn)出效果。當(dāng)然，需要注意的是，經(jīng)過(guò)深紫外硬化后的光刻膠的去膠性能也會(huì)隨之惡化。

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