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正常情况下，Si衬底在空气中极易氧化，在表面形成二氧化硅（SiO 2 ）。因SiO 2 层是亲水的，所以衬底的表面具有一定的亲水性，即在其上方形成的水滴能够迅速均匀地展开。大多数光刻胶是疏水的，这就造成光刻胶和晶圆的附着性较差，而使用六甲基二硅胺（HMDS）进行气相成底膜处理后，衬底的亲水性会发生改变。
HMDS气相成底膜可以在衬底表面形成一层有机硅化合物薄膜，这层薄膜具有一定的疏水性，即在其上形成的水滴无法迅速均匀地展开，而是呈现出珠状形态。这种改变衬底亲水性的效果有助于光刻胶在衬底表面的附着和分辨过程中的精确控制。光刻胶在照射光的作用下，会在衬底表面形成所需的图案结构。而HMDS底膜的疏水性可有效抑制光刻胶的自发扩散和侵蚀，从而保证光刻胶的精确性和稳定性。
因此，HMDS气相成底膜处理可以改变衬底的亲水性，提供更好的涂覆和图案定义性能，有助于半导体器件制造工艺的成功实施。此外，HMDS的处理过程简单、成本相对低廉，是提高集成电路制造过程中光刻步骤成功率和可靠性的重要手段。
要实现完美的HMDS气相底膜，需要按照以下相关规范进行操作。
（1）进行气相成底膜之前，首先对衬底进行化学清洗，确保衬底表面的洁净程度。清洗包括去除表面污染物和有机残留物等步骤。完成清洗后，进行甩干操作以去除残留的水分或污染物。
（2）使用氮气（N 2 ）作为携带气体，将HMDS引入真空烘箱中。在适当的温度和压力条件下，HMDS会形成气相，然后在衬底表面形成一层均匀的底膜。这层底膜有助于提高光刻胶与衬底之间的附着性和光刻胶的分辨率，从而实现更好的图案定义和精度（图2-2）。
图2-2 表面反应，衬底表面由亲水性改成了疏水性，有利于光刻胶的附着
其中Δ T 为加热，- n NH 3 为去除多个NH 3 。
HMDS烘箱是用于HMDS气相成底膜的一种设备，主要用于引入HMDS并在衬底表面形成底膜的过程中进行热处理。HMDS烘箱通常包括以下主要部件和功能。
（1）加热系统：用于提供恒定的温度环境，通常通过加热元件和温度控制器来实现。
（2）真空系统：用于创建和维持适当的真空环境，通常包括真空泵和真空控制系统。
（3）气体供应系统：用于引入N 2 ，作为携带气体，将HMDS引入烘箱中。
（4）冷却系统：用于快速冷却衬底和固化底膜，以确保其稳定性和可靠性。
（5）控制系统：用于监测和控制温度、真空、气体流量和烘烤时间等参数，以实现精确的工艺控制。
通过HMDS烘箱的热烘烤处理，可以在衬底表面形成均匀的底膜，为后续的光刻工艺提供良好的基础。
在高校、研究所等对产能要求不高的实验室中，通常会采用HMDS烘箱进行HMDS气相成膜。这类实验室用的HMDS烘箱通常具有以下特点。
（1）设备尺寸相对较小，适应实验室环境和空间限制。
（2）采用真空烘箱的设计，可以提供稳定的加热和真空环境，以支持HMDS的分解和底膜形成。
（3）可以适应8 in及以下的样品大小，满足实验室内不同尺寸样品的需求。
这样的HMDS烘箱在实验室中具有较高的灵活性和适应性，可以方便地进行HMDS气相成膜，为学术研究和小批量制备提供支持。
图2-3为YES（美国）制造的型号为YES-310TA的HMDS烘箱实物图。
图2-3 型号为YES-310TA的HMDS烘箱
要确保HMDS烘箱能够稳定有效地运行，除了超净室必备的洁净度、温湿度、黄光、电力供应外，还需要配套以下厂务动力条件。
（1）排气和通风系统：由于HMDS的使用可能会产生有害的蒸气，因此配套强大的排气系统和通风系统，保证工作环境的安全是非常必要的。
（2）消防和安全系统：鉴于HMDS的易燃特点，必须配套相应的消防系统，包括火警探测器、灭火器材、紧急切断电源等安全设施。
（3）气体供应：HMDS烘箱的操作需要特定的气体（如N 2 ），因此需要精确的气体供应和控制系统。
以上条件可能会根据烘箱的型号、使用的工艺及厂房的实际条件有所不同，图2-4是型号为YES-310TA的HMDS烘箱所需的厂务动力条件实物举例。
图2-4 HMDS烘箱的厂务动力条件实物举例
（a）高纯压缩干燥空气（cleandryair，CDA）和N 2 阀门面板；（b）排气通风管道；（c）真空泵。
使用HMDS烘箱进行实验时，必须遵守严格的操作规范，以确保安全性。以下是常见的操作规范及注意事项。
（1）设备操作前的准备
①确保实验操作人员已经接受过相关的培训，并理解HMDS的危险性和操作要求。
②检查烘箱设备的工作状态和安全性，确保设备正常运行并具备必要的安全装置。
③检查气源和真空系统，确保其正常运行和连接稳固。
④配备个人防护装备（personal protective equipment，PPE），如防护眼镜、手套和防护服等。
（2）HMDS烘箱操作过程
①在操作过程中，必须进行充分的通风排气，将产生的有毒气体及时排出。
②确保HMDS烘箱处于恒定的温度和压力环境，避免温度过高或压力过低导致危险。
③在操作过程中严格控制HMDS的使用量，避免过量使用造成安全隐患。
④在加入HMDS后，严格遵守相应的烘烤时间和温度要求，以确保底膜形成的质量和稳定性。
⑤操作结束后，及时关闭设备并进行必要的清洁和维护，确保设备安全和正常运行。
⑥开腔门取放样品时要迅速，同时应佩戴隔热手套，以避免因高温导致的烫伤。在处理过程中，尽量减少开腔门的时间，以保持烘箱的稳定状态。
（3）废弃物处理：对于使用过的HMDS和废弃物产生的气体、液体或固体材料，需按照相关法规和处理要求进行安全处理和处置。
（4）烘箱温度和与之相关的配方（recipe）参数是经过精心设定和优化的，以确保烘箱内的气氛和温度控制在安全和稳定的范围内。任何非授权的修改都可能导致温度失控、失效或产生其他安全隐患。
（5）遵守以上事项可以有效保护人员的安全并确保工艺的稳定性。同时，在操作HMDS烘箱之前，操作人员应接受相关的培训，了解烘箱的工作原理、操作规程和安全注意事项。遵循正确的操作流程和安全规范，是确保人员安全和工艺稳定的关键步骤。
读者如需了解操作HMDS烘箱的方法，可扫描图2-3旁的二维码观看视频。