软烘培

软烘培是一种以蒸发掉光刻胶中一部分溶剂为目的的加热过程。软烘培完成之后,光刻胶还保持软的状态,而不是被烘培成像灰烬一样。蒸发溶剂有两个原因。溶剂的主要作用是能够让光刻胶在晶圆表面涂一层薄层,在这个作用完成之后,溶剂的存在干扰余下的工艺过程。第一个干扰是在曝光的过程中发生的。光刻胶里面的溶剂会吸收光,进而干扰光敏感聚合物中正常的化学变化。第二个问题是和光刻胶黏附性有联系的。通过对涂漆工艺的理解,我们可以知道光刻胶的烘干会帮助光刻胶和晶圆表面更好地粘结。光刻胶增加粘结性是类似的。

曝光

时间和温度是软烘培的主要参数。在光刻过程中,两大主要目标是正确的图形定义和在刻蚀过程中光刻胶和晶圆表面良好的粘结。这两个目标都会受软烘培温度的影响。在极端情况下,不充分的烘培会在曝光过程中造成图像成型不完整和在刻蚀过程中造成多于的光刻胶剥落。过分烘培会造成光刻胶中的聚合物产生聚合反应,并且不与曝光射线反应。

光刻胶供应商会提供软烘培温度和时间的范围,之后光刻工艺师再把这些参数优化。负胶必须要在氮气中进行烘培,而正胶可以在空气中烘培。软烘培的方法很多,他们是通过设备和三种热传递方法组合来完成的。

热传导的三种方式是:传导、对流和辐射。传导是热量通过直接接触物体的热表面传递的。热板就是通过传导加热。在传导过程中,热表面的振动原子使待加热对象的原子也振动起来。由于它们的振动和碰撞,这些原子就会变热。

热传导

一些脱水烘培在对流烘箱中进行。使用对流加热的系统包括:家用强制对流炉、电吹风、空气和氮气烘箱,以及氧化炉。在这些系统中,一个装置将气体加热,然后利用鼓风机或压力将气体推向一个空间,这样一来,能量就传递给了物体。

第三种方式是辐射。辐射这个词所描述的是电磁能量波在空间的传播。辐射波在真空和气体中都能够传播。太阳就是通过辐射将热量传递给地球的。加热灯也是靠辐射传递能量的。辐射是快速热处理系统所使用的加热方式。当物体受到辐射时,由波携带着的能量直接传递给物体的分子。

 

对流烘箱

对流烘箱是非自动化生产线的主要烘培设备。它是一个在隔热封闭环境中的不锈钢反应室。环绕反应室的管道提供氮气或空气,气体在被导入反应室前先经过一个加热器加热。反应室内配有放置晶圆承片器的搁架。承片器要在烘培箱中停留预先设定的一段时间,这时加热气体会把它们的温度升高。在超大规模集成电路应用中使用的对流烘培箱有比例调节器和高效过滤器,用以保持洁净的烘培环境。

对流

使用对流烘箱做软烘培有几个缺点,其中之一是批与批之间的温度变异。这些变异来自:装载晶圆时门打开时间的长短,装载量,烘箱中所有部件达到恒定温度的不同时间。一个与对流加热相关联的工艺问题时光刻胶层的顶部有结壳的趋势,使溶剂留在光刻胶中。

 

手工热板

在手工和实验室操作中,软烘培经常使用一种简易的热板。把晶圆放在一个铝制夹具上,夹具有一个钻孔,里面装有一个刻盘温度计。晶圆被安装在热板的夹具上。操作员监控温度计上温度的升高,当达到适当的温度时,将夹具移开。用一个控制良好的热板可得到有效的软烘培。热板的一个工艺优势是它的背面先被加热。这样就允许溶剂从上面蒸发出来,还可以使表面的结壳化减到最小。热板加热依赖于操作员,且生产效率低下。

 

内置式单片晶圆热板

热板加热的背面优势可以通过轨道系统获得。把单片晶圆热板装入回转系统中。晶圆离开旋转器后被放在热板上,用真空将其固定在上面。晶圆和光刻胶被加热,然后释放真空,晶圆被移至载片器中。为去掉溶剂蒸汽,这些内置系统要连接到工厂的排风系统上。

晶圆

移动带式热板

在集成系统中,使用单片晶圆热板在生产率上的局限在于旋转步骤的总体时间。典型的旋转时间为20到40秒,这就意味着要想使晶圆连续不停的流动,软烘培就必须在这个事件范围内完成。这个事件长度对某些光刻胶和某些工艺来说太短了。解决这个问题的一个方法是使用移动带式热板。把晶圆放到加热过的移动钢带上,设定温度和钢带速度以满足软烘培的要求。这样就可以使晶圆连续不断的流动。

 

微波烘培

作为软烘培加热源,微波具有红外线加热的优点,而且由于微波所带的能量更高,因此加热速度更快。

 

真空烘培

对于一定数量的工艺步骤,真空烘培提供了几大优点。真空烘培箱与对流烘箱的构造相似,只不过是连接到一个真空源。真空对于蒸发过程特别有效,这时因为减小压力有助于溶剂的蒸发,于是就减少了对温度的依赖。