光刻胶烘培特性研究

　　引 言

　　微光学元件具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且可以实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、成像和波面转换等新功能，在很多工程应用领域中都显示出越来越重要的应用价值和应用前景[1]。微光学元件的成形是利用光刻胶内光敏混合物(PAC)的感光特性实现的，光刻胶的感光能力直接影响它的曝光参数。掌握光刻胶中的光敏混合物(PAC)相对浓度是准确选取曝光参数、精确控制微浮雕面形质量的关键。烘培是微光学元件成形过程不可缺少的步骤，但烘培会造成光刻胶中的光敏混合物发生分解，严重影响光刻胶的感光能力和显影特性[2-3]。不同的烘培条件和光刻胶厚度都会导致不同的光刻胶特性参数，使得在抗蚀剂的曝光和显影模拟过程中对各种参数的选择与工艺中光刻胶的实际参数很难吻合，造成微浮雕面形精度不易控制。利用前烘模型确定曝光前光刻胶的各种特性参数是解决以上问题的有效方法。本文通过分析光刻胶内温度场和烘培时间与光刻胶厚度的关系，把厚度作为 PAC 相对浓度分布的一个参数，进一步完善了前烘模型，并设计了求解前烘模型中 E0和Ar的实验方案，以 AZ50XT 正型紫外光刻胶为例，确定了不同的光刻胶厚度在各种烘培条件下的光敏混合物相对浓度。利用前烘模型指导工艺，为光刻过程中曝光参数的选取提供了可靠依据。

　　1 前烘模型

(3)式给出了烘培过程中光刻胶内温度场、烘培时间与 PAC 相对浓度的关系，却没有考虑因抗蚀剂厚度对光刻胶内温度场分布的影响，从而使 PAC 浓度分布因光刻胶厚度不同而不同。在烘培过程中，光刻胶内温度分布随着光刻胶厚度和烘培时间而变化，当光刻胶厚度较小的时侯，温度延迟时间可以忽略，要得到烘培温度随光刻胶厚度的变化，只需求解同一烘培条件下不同厚度光刻胶的温度即可，则光刻胶的温度分布随光刻胶厚度和烘培时间的关系可表示为下式[4]

式中hp为光刻胶板底部与热板之间的热扩散系数;Aw为光刻胶板的表面积;Tp为热板的温度(烘培温度);Tw为光刻胶板内的温度;hw为光刻胶板上表面与周围空间的热扩散吸收;T∞为周围环境温度;ρ 为光刻胶密度;V 为光刻胶体积，Cp为光刻胶的比热容;d 为光刻胶厚度。将(4)式代入(3)式，就可以得到光刻胶厚度不大时 PAC 相对浓度与光刻胶厚度的函数关系。由(3)式可以看出，要求解一定烘培条件下的 PAC 相对浓度，还必须确定 E0和 Ar，我们以 AZ50XT 紫外光刻胶为例，通过以下实验来确定它的反应激活能和 Arrhenius 系数。

　　2 通过实验确定关键参数