光刻中的坚膜（Hardbake）你真的了解吗？

1什么是光刻胶的坚膜工艺？

坚膜就是通过加温烘烤使胶膜更加牢固的粘附在晶圆表面，并可以增加胶层的抗刻蚀能力的一道光刻胶工艺。

坚膜并不是一道必需工艺。如后续为刻蚀工艺，建议进行坚膜，来提高光刻胶的稳定性，如果后续 工艺为lift-off工艺，一般不建议进行坚膜工艺，因为坚膜后光刻胶稳定性提高，反而不利于剥离的进行。

另外，一定要注意坚膜的温度，过高的温度会光刻胶结构变形、融化甚至图形消失。

2坚膜过程中光刻胶都发生哪些变化？

1）热变形

非交联型光刻胶的结构，即显影后的正胶和图形反转胶结构在加热后的软化温度取决于前面软烘烤工艺。

软化温度要略高于软烘烤工艺的温度，大约为110°C – 130°C。在此温度下光刻胶的上边缘会发生变形而变圆，而光刻胶与衬底接触的大部分区域未发生变形。当然了，这就是为什么一些光刻后的pattern在光学显微镜下显示出大的黑边，原因就是边缘光刻胶发生了变形。

图一.左侧为Hardbake不当造成Profile，右侧为合适的hardbake工艺的Profile

2）溶剂变化

减少残留溶剂的含量实际上是匀胶工艺后前烘步骤的意义。然而，在厚胶工艺的情况下，即使是在推荐的前烘条件下，在靠近衬底附近的光刻胶中仍然包含相当高的溶剂。

显影后，在所用的光刻胶玻璃态转化温度以下进行适当的烘烤步骤，有助于使衬底附近的光刻胶中溶剂含量进一步降低，从而提高后续工艺的热稳定性和机械稳定性。

厚胶工艺是很有应用前景的成膜技术，图形化之后，可以干很多事情！！

3）光引发剂热分解

在正胶情况下，相当一部分光引发剂在120℃下 几分钟内就会分解。虽然在显影后不再需要光引发剂进行光反应，但在未曝光状态下，它有助于提高光刻胶膜在碱性环境中的稳定性，以及用于随后的湿法蚀刻步骤或在pH值为>7的溶液中进行的电镀工艺。

由于光引发剂的分解降低，光刻胶膜的稳定性甚至可能下降。所以说前段时间某公司的技术人员问我，为什么他们的光刻胶在电镀的时候，光刻胶会peeling掉，他们企图通过增加Hardbake工艺程度来提高粘附性，但不恰当的工艺参数使得结果适得其反。当然了影响光刻胶与衬底黏附性的原因不仅仅单一方面原因。

AZ 9260光刻胶烘烤过程中DNQ含量、残留溶剂与温度的关系

4）热交联

在正胶情况下，树脂在130℃-140℃下热交联强度逐渐增强，这可以显著提高光刻胶对碱性或有机溶剂的化学稳定性。

对于负胶，烘烤可能会导致光刻胶交联程度的增加，特别是在负胶工艺中使用的坚膜温度高于其曝光后烘的温度的情况下。

5）光刻胶脆性

在烘烤过程中，残余溶剂的含量进一步降低以至于光刻胶结构的弹性也随之降低，同时光刻胶结构与氧气反应，在120 -130℃左右开始光刻胶开始脆化。光刻胶和衬底材料的不同热膨胀系数不同会导致裂纹的产生。产生的这些光刻胶裂纹对后续湿法刻蚀与电镀的影响是非常不利的。

如果必须做坚膜工艺，可以通过控制降温速度来减小裂纹的形成。例如，通过随炉子冷却来减小裂纹的产生。出于同样的原因，烘烤后的衬底应小心处理，并应避免变形，如衬底弯曲，这些对于PI胶做钝化层的应用显得尤为重要！