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光刻胶

 

光刻胶又称光致抗蚀剂,由感光树脂、增感剂(见光谱增感染料)和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后,在曝光区能很快地发生光固化反应,使得这种材料的物理性能,特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理,溶去可溶性部分,得到所需图像(见图光致抗蚀剂成像制版过程)。

 

      分类

光刻胶的技术复杂,品种较多。根据其化学反应机理和显影原理,可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶;反之,对某些溶剂是不可溶的,经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能,将光刻胶作涂层,就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构,光刻胶可以分为三种类型。

光聚合型

采用烯类单体,在光作用下生成自由基,自由基再进一步引发单体聚合,最后生成聚合物,具有形成正像的特点。

光分解型

采用含有叠氮醌类化合物的材料,经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性,可以制成正性胶。

光交联型

采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开,并使链与链之间发生交联,形成一种不溶性的网状结构,而起到抗蚀作用,这是一种典型的负性光刻胶。达公司的产品KPR胶即属此类。

    参数

分辨率

分辨率英文名:resolution。区别硅片表面相邻图形特征的能力,一般用关键尺寸CDCritical Dimension)来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小,光刻胶的分辨率越好。

对比度

对比度(Contrast)指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度越好,形成图形的侧壁越陡峭,分辨率越好。

敏感度

敏感度Sensitivity)光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值(或最小曝光量)。单位:毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻胶的敏感性对于波长更短的深紫外光(DUV)、极深紫外光(EUV)等尤为重要。

粘滞性/黏度

粘滞性/黏度(Viscosity)是衡量光刻胶流动特性的参数。粘滞性随着光刻胶中的溶剂的减少而增加;高的粘滞性会产生厚的光刻胶;越小的粘滞性,就有越均匀的光刻胶厚度。光刻胶的比重(SGSpecific Gravity)是衡量光刻胶的密度的指标。它与光刻胶中的固体含量有关。较大的比重意味着光刻胶中含有更多的固体,粘滞性更高、流动性更差。粘度的单位:泊(poise),光刻胶一般用厘泊cps,厘泊为1%泊)来度量。百分泊即厘泊为绝对粘滞率;运动粘滞率定义为:运动粘滞率=绝对粘滞率/比重。单位:百分斯托克斯(cs=cps/SG

粘附性

粘附性Adherence)表征光刻胶粘着于衬底的强度。光刻胶的粘附性不足会导致硅片表面的图形变形。光刻胶的粘附性必须经受住后续工艺(刻蚀、离子注入等)。

抗蚀性

抗蚀性(Anti-etching)光刻胶必须保持它的粘附性,在后续的刻蚀工序中保护衬底表面。耐热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力。

表面张力

液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间吸引力。光刻胶应该具有比较小的表面张力Surface Tension),使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。

     应用

模拟半导体(Analog Semiconductors

发光二极管(Light-Emitting Diodes LEDs

微机电系统Microelectromechanical Systems MEMS

太阳能光伏(Solar Photovoltaics PV

微流道和生物芯片Microfluidics & Biochips

光电子器件/光子器件(Optoelectronics/Photonics

封装(Packaging

    研究方向

① 工艺角度

普通的光刻胶在成像过程中,由于存在一定的衍射、反射和散射,降低了光刻胶图形的对比度,从而降低了图形的分辨率。随着曝光加工特征尺寸的缩小,入射光的反射和散射对提高图形分辨率的影响也越来越大。为了提高曝光系统分辨率的性能,人们正在研究在曝光光刻胶的表面覆盖抗反射涂层的新型光刻胶技术[1]  。该技术的引入,可明显减小光刻胶表面对入射光的反射和散射,从而改善光刻胶的分辨率性能,但由此将引起工艺复杂性和光刻成本的增加。

② 曝光系统

伴随着新一代曝光技术(NGL)的研究与发展,为了更好的满足其所能实现光刻分辨率的同时,光刻胶也相应发展。先进曝光技术对光刻胶的性能要求也越来越高。

光刻胶的铺展

如何使光刻胶均匀地,按理想厚度铺展在器件表面,实现工业高效化生产。

光刻胶的材料

从光刻胶的材料考虑进行改善。