光刻胶知识大全

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光刻胶（Photo Resist）

光刻胶的定义及主要作用

光刻胶是一种有机化合物，它受紫外光曝光后，在显影液中的溶解度会发生变化。一般光刻胶以液态涂覆在硅片表面上，曝光后烘烤成固态。

光刻胶的作用：

a、将掩膜板上的图形转移到硅片表面的氧化层中；

b、在后续工序中，保护下面的材料（刻蚀或离子注入）。

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光刻胶起源

光刻开始于一种称作光刻胶的感光性液体的应用。图形能被映射到光刻胶上，然后用一个developer就能做出需要的模板图案。光刻胶溶液通常被旋转式滴入wafer。如图

wafer被装到一个每分钟能转几千转的转盘上。几滴光刻胶溶液就被滴到旋转中的wafer 的中心，离心力把溶液甩到表面的所有地方。光刻胶溶液黏着在wafer上形成一层均匀的薄膜。多余的溶液从旋转中的wafer上被甩掉。薄膜在几秒钟之内就缩到它最终的厚度，溶剂很快就蒸发掉了，wafer上就留下了一薄层光刻胶。最后通过烘焙去掉最后剩下的溶剂并使光刻胶变硬以便后续处理。镀过膜的wafer对特定波成的光线很敏感，特别是紫外（UV）线。相对来说他们仍旧对其他波长的，包括红，橙和黄光不太敏感。所以大多数光刻车间有特殊的黄光系统。

光刻胶的主要技术参数

a、分辨率（resolution）。区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸（CD，Critical 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。

b、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。

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c、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。

d、粘滞性/黏度（Viscosity）。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（SG，Specific 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。

e、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）。

f、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。

g、表面张力（Surface Tension）。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，使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。

h、存储和传送（Storage and Transmission）。能量（光和热）可以激活光刻胶。应该存储在密闭、低温、不透光的盒中。同时必须规定光刻胶的闲置期限和存贮温度环境。一旦超过存储时间或较高的温度范围，负胶会发生交联，正胶会发生感光延迟。

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光刻胶的分类

a、根据光刻胶按照如何响应紫外光的特性可以分为两类：负性光刻胶和正性光刻胶。

负性光刻胶（Negative Photo Resist）。最早使用，一直到20世纪70年代。曝光区域发生交联，难溶于显影液。特性：良好的粘附能力、良好的阻挡作用、感光速度快；显影时发生变形和膨胀。所以只能用于2μm的分辨率。

正性光刻胶（Positive Photo Resist）。20世纪70年代，有负性转用正性。正性光刻胶的曝光区域更加容易溶解于显影液。特性：分辨率高、台阶覆盖好、对比度好；粘附性差、抗刻蚀能力差、高成本。

b、根据光刻胶能形成图形的最小光刻尺寸来分：传统光刻胶和化学放大光刻胶。

传统光刻胶。适用于I线（365nm）、H线（405nm）和G线（436nm），关键尺寸在μm 及其以上。

化学放大光刻胶（CAR，Chemical Amplified Resist）。适用于深紫外线（DUV）波长的光刻胶。KrF（248nm）和ArF（193nm）。

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光刻胶的化学性质

a、传统光刻胶：正胶和负胶。

光刻胶的组成：树脂（resin/polymer），光刻胶中不同材料的粘合剂，给与光刻胶的机械与化学性质（如粘附性、胶膜厚度、热稳定性等）；感光剂，感光剂对光能发生光化学反应；溶剂（Solvent），保持光刻胶的液体状态，使之具有良好的流动性；添加剂（Additive），用以改变光刻胶的某些特性，如改善光刻胶发生反射而添加染色剂等。

负性光刻胶。树脂是聚异戊二烯，一种天然的橡胶；溶剂是二甲苯；感光剂是一种经过曝光后释放出氮气的光敏剂，产生的自由基在橡胶分子间形成交联。从而变得不溶于显影液。负性光刻胶在曝光区由溶剂引起泡涨；曝光时光刻胶容易与氮气反应而抑制交联。

正性光刻胶。树脂是一种叫做线性酚醛树脂的酚醛甲醛，提供光刻胶的粘附性、化学抗蚀性，当没有溶解抑制剂存在时，线性酚醛树脂会溶解在显影液中；感光剂是光敏化合物（PAC，Photo Active Compound），最常见的是重氮萘醌（DNQ），在曝光前，DNQ是一种强烈的溶解抑制剂，降低树脂的溶解速度。在紫外曝光后，DNQ在光刻胶中化学分解，成为溶解度增强剂，大幅提高显影液中的溶解度因子至100或者更高。这种曝光反应会在DNQ 中产生羧酸，它在显影液中溶解度很高。正性光刻胶具有很好的对比度，所以生成的图形具有良好的分辨率。

b、化学放大光刻胶（CAR，Chemical Amplified Resist）。

树脂是具有化学基团保护（t-BOC）的聚乙烯（PHS）。有保护团的树脂不溶于水；感光剂是光酸产生剂（PAG，Photo Acid Generator），光刻胶曝光后，在曝光区的PAG发生光化学反应会产生一种酸。该酸在曝光后热烘（PEB，Post Exposure Baking）时，作为化学催化剂将树脂上的保护基团移走，从而使曝光区域的光刻胶由原来不溶于水转变为高度溶于以水为主要成分的显影液。化学放大光刻胶曝光速度非常快，大约是DNQ线性酚醛树脂光刻胶的10倍；对短波长光源具有很好的光学敏感性；提供陡直侧墙，具有高的对比度；具有μm 及其以下尺寸的高分辨率。

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光刻胶的主要应用领域

模拟半导体（Analog Semiconductors）

发光二极管（Light-Emitting Diodes LEDs）

微机电系统（MEMS）

太阳能光伏（Solar PV）

微流道和生物芯片（Microfluidics & Biochips）

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光电子器件/光子器件（Optoelectronics/Photonics）

封装（Packaging）

光刻胶的发展趋势

中国的微电子和平板显示产业发展迅速，带动了光刻胶材料与高纯试剂供应商等产业链中的相关配套企业的建立和发展。特别是2009年LED（发光二极管）的迅猛发展，更加有力地推动了光刻胶产业的发展。中国的光刻胶产业市场在原有分立器件、IC、LCD（液晶显示器）的基础上，又加入了LED,再加上光伏的潜在市场，到2010年中国的光刻胶市场将超过20亿元，将占国际光刻胶市场比例的10%以上。

从国内相关产业对光刻胶的需求量来看，目前主要还是以紫外光刻胶的用量为主，其中的中小规模（5μm以上技术）及大规模集成电路（5μm、2~3μm、~μm技术）企业、分立器件生产企业对于紫外负型光刻胶的需求总量将分别达到100吨/年~150吨/年；用于集成电路、液晶显示的紫外正性光刻胶及用于LED的紫外正负性光刻胶的需求总量在700吨/年~800吨/年之间。但是超大规模集成电路深紫外248nm（技术）与193nm（90nm、65nm 及45nm的技术）光刻胶随着Intel大连等数条大尺寸线的建立，需求量也与日俱增。

本资料整理者中国思的信息资讯有限公司毛雅娟小姐，如有转载，请注明出处。