光刻膠

光刻膠是微電子技術中微細圖形加工的關鍵材料之一，特別是近年來大規模和超大規模積體電路的發展，更是大大促進了光刻膠的研究開發和套用。印刷工業是光刻膠套用的另一重要領域。1954 年由明斯克等人首先研究成功的聚乙烯醇肉桂酸脂就是用於印刷工業的，以後才用於電子工業。

基本介紹

• 中文名：光刻膠
• 外文名：photoresist
• 別名：光致抗蝕劑
• 成分：感光樹脂、增感劑和溶劑
• 分類：負性膠和正性膠

分類

光刻膠的技術複雜，品種較多。根據其化學反應機理和顯影原理，可分負性膠和正性膠兩類。光照後形成不可溶物質的是負性膠；反之，對某些溶劑是不可溶的，經光照後變成可溶物質的即為正性膠。圖1是正性膠的顯影工藝與負性膠顯影工藝對比結果示意圖。

圖1 正性膠的顯影工藝與負性膠顯影工藝對比

利用這種性能，將光刻膠作塗層，就能在矽片表面刻蝕所需的電路圖形。基於感光樹脂的化學結構，光刻膠可以分為三種類型。

光聚合型

採用烯類單體，在光作用下生成自由基，自由基再進一步引發單體聚合，最後生成聚合物，具有形成正像的特點。

光分解型

採用含有疊氮醌類化合物的材料，經光照後,會發生光分解反應,由油溶性變為水溶性，可以製成正性膠。

光交聯型

採用聚乙烯醇月桂酸酯等作為光敏材料,在光的作用下,其分子中的雙鍵被打開，並使鏈與鏈之間發生交聯，形成一種不溶性的網狀結構，而起到抗蝕作用，這是一種典型的負性光刻膠。柯達公司的產品KPR膠即屬此類。

含矽光刻膠

為了避免光刻膠線條的倒塌，線寬越小的光刻工藝，就要求光刻膠的厚度越薄。

在20nm技術節點，光刻膠的厚度已經減少到了100nm左右。但是薄光刻膠不能有效的阻擋電漿對襯底的刻蝕。為此，研發了含Si的光刻膠，這種含Si光刻膠被旋塗在一層較厚的聚合物材料（常被稱作Underlayer），其對光是不敏感的。曝光顯影後，利用氧電漿刻蝕，把光刻膠上的圖形轉移到Underlayer上，在氧電漿刻蝕條件下，含Si的光刻膠刻蝕速率遠小於Underlayer，具有較高的刻蝕選擇性。

含有Si的光刻膠是使用分子結構中有Si的有機材料合成的，例如矽氧烷，矽烷，含Si的丙烯酸樹脂等。

參數

解析度

解析度英文名：resolution。區別矽片表面相鄰圖形特徵的能力,一般用關鍵尺寸（CD，Critical Dimension）來衡量解析度。形成的關鍵尺寸越小，光刻膠的解析度越好。

對比度

對比度（Contrast）指光刻膠從曝光區到非曝光區過渡的陡度。對比度越好，形成圖形的側壁越陡峭，解析度越好。

敏感度

敏感度（Sensitivity）光刻膠上產生一個良好的圖形所需一定波長光的最小能量值（或最小曝光量）。單位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻膠的敏感性對於波長更短的深紫外光（DUV）、極深紫外光（EUV）等尤為重要。

粘滯性黏度

粘滯性/黏度（Viscosity）是衡量光刻膠流動特性的參數。粘滯性隨著光刻膠中的溶劑的減少而增加；高的粘滯性會產生厚的光刻膠；越小的粘滯性，就有越均勻的光刻膠厚度。光刻膠的比重（SG，Specific Gravity）是衡量光刻膠的密度的指標。它與光刻膠中的固體含量有關。較大的比重意味著光刻膠中含有更多的固體，粘滯性更高、流動性更差。粘度的單位：泊（poise），光刻膠一般用厘泊（cps，厘泊為1%泊）來度量。百分泊即厘泊為絕對粘滯率；運動粘滯率定義為：運動粘滯率=絕對粘滯率/比重。 單位：百分斯托克斯（cs）=cps/SG。

粘附性

粘附性（Adherence）表征光刻膠粘著於襯底的強度。光刻膠的粘附性不足會導致矽片表面的圖形變形。光刻膠的粘附性必須經受住後續工藝（刻蝕、離子注入等）。

抗蝕性

抗蝕性（Anti-etching）光刻膠必須保持它的粘附性，在後續的刻蝕工序中保護襯底表面。耐熱穩定性、抗刻蝕能力和抗離子轟擊能力。

表面張力

液體中將表面分子拉向液體主體內的分子間吸引力。光刻膠應該具有比較小的表面張力（Surface Tension），使光刻膠具有良好的流動性和覆蓋。

套用

模擬半導體（Analog Semiconductors）

發光二極體（Light-Emitting Diodes LEDs）

微機電系統（Microelectromechanical Systems MEMS）

太陽能光伏（Solar Photovoltaics PV）

微流道和生物晶片（Microfluidics & Biochips）

光電子器件/光子器件（Optoelectronics/Photonics）

封裝（Packaging）

研究方向

① 工藝角度

普通的光刻膠在成像過程中，由於存在一定的衍射、反射和散射，降低了光刻膠圖形的對比度，從而降低了圖形的解析度。隨著曝光加工特徵尺寸的縮小，入射光的反射和散射對提高圖形解析度的影響也越來越大。為了提高曝光系統解析度的性能，人們正在研究在曝光光刻膠的表面覆蓋抗反射塗層的新型光刻膠技術。該技術的引入，可明顯減小光刻膠表面對入射光的反射和散射，從而改善光刻膠的解析度性能，但由此將引起工藝複雜性和光刻成本的增加。

② 曝光系統

伴隨著新一代曝光技術（NGL）的研究與發展，為了更好的滿足其所能實現光刻解析度的同時，光刻膠也相應發展。先進曝光技術對光刻膠的性能要求也越來越高。

③光刻膠的鋪展

如何使光刻膠均勻地，按理想厚度鋪展在器件表面，實現工業高效化生產。

④光刻膠的材料

從光刻膠的材料考慮進行改善。