在半导体制造领域，晶圆PI（聚酰亚胺）层的制备是一项至关重要的工艺步骤，直接关系到芯片的性能、稳定性和可靠性。PI层以其优异的绝缘性、耐高温性、耐化学腐蚀性、低介电常数和优异的机械性能，在晶圆封装中有着不可或缺的一环。

一、晶圆PI层制备方法
1、前期准备
在制备PI层之前，首先需要对晶圆进行清洗和预处理，以去除表面的杂质和氧化物，确保PI胶能够良好地附着在晶圆上。清洗过程通常包括化学清洗和物理清洗两个步骤，前者利用酸碱溶液去除有机物和金属离子，后者则通过超声波或高压水冲洗去除颗粒和残留物。

2、PI胶涂覆
PI胶的涂覆是制备PI层的关键步骤。通常采用旋涂法将PI胶均匀地涂覆在晶圆表面。旋涂过程中，需要控制旋涂机的转速、时间和PI胶的粘度，以确保PI胶层的厚度和均匀性符合设计要求。还需要注意避免气泡和杂质的产生，以免影响PI层的性能。

3、曝光与显影
涂覆完PI胶后，需要进行曝光和显影处理以形成所需的图案。曝光是通过紫外线照射使PI胶中的光敏剂发生化学反应，显影则是利用显影液去除未曝光部分的PI胶，从而显露出连接通道和切割道等结构。曝光和显影的精度直接影响到PI层的图案质量和尺寸精度，因此需要严格控制曝光剂量、显影时间和显影液浓度等参数。

4、双重曝光技术
针对现有技术中曝光工艺存在的连接通道尺寸不合格和切割道附近分层、鼓包等问题，一种创新的双重曝光技术被提出。该技术首先在芯片正面进行一次曝光，然后在预设的切割道位置进行二次曝光。二次曝光的曝光剂量大于一次曝光，以补偿因PI胶旋涂时离心力、台阶差导致的厚度不均以及切割道处特定位置所需的曝光量。这种技术能够显著降低PI层上的连接通道及切割道上的异常率，提高芯片的合格率和生产质量。

二、烘烤工艺
1、PI烘烤
PI烘烤是PI层制备过程中的关键步骤之一。将旋涂并曝光显影后的晶圆放入烘烤箱中，关闭烘烤箱门并启动加热系统，使烘烤箱内的温度逐渐升高至一定值（通常在200℃以上）。当温度达到设定值时，向烘烤箱内通入高纯度的氮气，以排除空气中的氧气和水蒸气，避免对晶圆表面的氧化。继续烘烤并保持一定时间（通常在10分钟到1小时之间），使PI薄膜得以固化并附着在晶圆表面。烘烤过程中，PI溶液中的有机物和杂质会分解成气体并被氮气带走，从而清洗晶圆表面。

2、烤退火晶粒粗化
烘烤退火晶粒粗化是半导体制造过程中的另一个关键步骤。将经过PI烘烤的晶圆放入退火炉中，关闭炉门并启动加热系统，使炉内温度逐渐升高至一定值（通常在600℃以上）。保持一定时间（通常在几分钟到几十分钟之间），使晶粒在高温下充分发育、增大。退火处理的主要目的是通过高温退火处理，使晶格原子发生剧烈运动，形成原子扩散，从而提高晶圆的机械性能和电学性能。加热结束后，关闭加热系统并让炉内温度自然降低至室温，取出已经退火处理完成的晶圆。

晶圆PI层的制备及烘烤工艺是半导体制造中的重要环节。通过精确的旋涂、曝光、显影和烘烤工艺，可以制备出高质量的PI薄膜，提高晶圆的性能和可靠性。双重曝光技术的引入进一步解决了现有技术中的一些问题，提高了芯片的合格率和生产质量。