光刻胶
光刻胶知识简介
光刻胶知识简介光刻胶知识简介:一.光刻胶的定义(photoresist)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）。
二.光刻胶的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。
①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。
②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.③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。
柯达公司的产品KPR胶即属此类。
三.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。
光刻胶的种类有哪些各有何特点
光刻胶的种类有哪些各有何特点光刻胶是微电子加工过程中的关键材料之一，它起到了良好的光刻功能，使得微电子芯片制造过程得以顺利进行。
而不同种类的光刻胶，由于其化学成分和性能特点的不同，也会在微电子芯片制造的过程中遇到不同的问题。
本文将重点介绍光刻胶的种类及其特点。
一、光刻胶的种类1. 正型光刻胶（Positive photoresist）正型光刻胶在微细加工过程中，通过光暴露后生成可溶性膜丝，再通过显影去除未暴露部分的胶膜，形成图形，并在这部分形成图形的区域进行加工工艺。
正型光刻胶多数采用溶液显影方式，显影后形成的结构具有边缘清晰，分辨率高的特点，特别适用于制作细微结构。
2. 反型光刻胶（Negative photoresist）反型光刻胶与正型光刻胶相反，是在曝光未受光照射的区域形成可溶性膜丝，在显影之后去除已曝光部分的胶膜，形成所需加工的图形构件。
反型光刻胶则主要用于一些特殊用途，如用于蚀刻和电子束光刻加工中。
3. 混合型光刻胶（Hybrid photoresist）混合型光刻胶则是前两者的混合物，拥有两种光刻胶的优点，是相对理想的光刻胶。
其中，许多混合型光刻胶概念在电子束光刻加工中得到了广泛应用，可以同时满足其高分辨率需求和较长的品质寿命。
二、光刻胶的特点1. 分辨率（Resolution）光刻胶最重要的物理特性之一就是分辨率。
分辨率定义为影像的最小宽度，从图形的一个纹理结构的特征尺度来说就是边缘渐进的斜率之变化。
分辨率决定了影像造成的图形在纵横向尺寸上的限制程度，越高的分辨率使得制作更小、更紧凑的结构成为了可能。
2. 漏光（Tolerance）漏光可以被视为光刻胶性能的指标之一，意味着胶上的图形逐渐被严格建立的边界包围。
开发过程还能够承受某些胶的倾向吸收不同程度的对比度。
这样的不一致的吸收能力称为装备项，而且如果不恰当的使用就会阻碍漏光的控制，从而严重损害影像质量。
3. 敏感度（Sensitivity）光刻胶的敏感度也是一个不容忽视的特性。
光刻胶及光刻工艺流程
光刻工艺流程
原因是绝大多数光刻胶所含的高分子聚合物是疏水的，而氧 化物表面的羟基是亲水的，两者表面粘附性不好。 通常用的增粘剂：HMDS(六甲基二硅胺烷)
亲水的带羟基的硅烷醇→疏水的硅氧烷结构，既易与晶圆表 面结合，又易与光刻胶粘合。
方法有：沉浸式，旋涂法和蒸汽法
2.涂胶 涂胶工艺的目的就是在晶园表面建立薄的、均匀的、并且没
（2）烘干 经过清洁处理后的晶圆表面会含有一定的水分（亲水性表
面），所以必须将其表面烘烤干燥（干燥的表面为憎水性表 面），以便增加光刻胶和晶圆表面的粘附能力。
光刻工艺流程
保持憎水性表面的方法：一种是把室内湿度保持在50%以 下，并且在晶园完成前一步工艺之后尽可能快地对晶园进行 涂胶。另一种是把晶园储存在用干燥且干净的氮气净化过的 干燥器中。
8.检验 显影检查是为了查找光刻胶中成形图形的缺陷。继续进 行刻蚀工艺或离子注入工艺前必须进行检查以鉴别并除 去有缺陷的晶圆。
1. 根据光刻胶按照如何响应紫外光的特性可以分为两类
正胶（Positive Photo Resist）：曝光前对显影液不可溶，而曝光 后变成了可溶的，能得到与掩模板遮光区相同的图形。
负胶（Negative Photo Resist）：反之。
掩模板
PR
氧化膜
wafe r
正胶
曝光
显影
负胶
光刻胶的分类
光刻工艺流程
前处理 涂胶
软烘烤 对准曝光
检验 硬烘烤 显影
PEB
光刻工艺流程
1.前处理
（1）微粒清除 wafer表面的杂质微粒会影响光刻胶的粘附，且会损坏光刻
的图形，造成成品率的下降，所以必须要清洁掉表面的杂质颗 粒、表面沾污以及自然氧化层等。
光刻胶使用注意事项
光刻胶使用注意事项
以下是 6 条关于光刻胶使用注意事项：
1. 嘿，你可别小看这光刻胶啊！就像做菜时调料不能乱加一样，用光刻胶可得注意保存环境呢！比如说啊，不能把它放在潮湿的地方，不然就可能会失效哟！你想想，要是辛苦准备做一道美味佳肴，结果因为调料坏了影响菜的味道，那不就太可惜了嘛！
2. 哎呀呀，在使用光刻胶的时候，一定要注意它的兼容性呀！这就好比找对象，得找相互合适的呀！如果和一些不相容的材料混用，那可就出大问题啦，不就像不合适的两个人硬凑在一起，肯定会矛盾不断嘛！
3. 喂喂喂，千万别忘了均匀涂抹光刻胶呀！就像给面包涂果酱，得涂得匀匀的才行呀！不然厚一块薄一块的，最后出来的效果能好吗？那肯定不行呀！
4. 嘿，你知道吗？使用光刻胶时清洁超级重要的呀！这就仿佛打扫房间一样，不打扫干净怎么能住得舒服呢！如果不把光刻胶使用的地方清理干净，有杂质什么的，那不是会影响效果嘛！
5. 天呐，操作时别太粗暴对待光刻胶呀！它可不是能随便折腾的哟！这就像对待一个易碎的宝贝，得小心翼翼的呀，不然一不小心弄坏了，那不就糟糕啦！
6. 哟哟哟，一定要注意光刻胶的使用期限啊！过期了可就不好用啦，这跟食物过期一个道理呀！过期的食物你敢吃吗？同理，过期的光刻胶也不能用呀！
结论：务必认真对待光刻胶的使用，注意这些要点，才能发挥它的最佳效果哟！。
光刻胶——精选推荐
````4. 光刻胶光刻胶主要由树脂（Resin）、感光剂（Sensitizer）、溶剂（Solvent）及添加剂（Additive）等不同的材料按一定比例配制而成。
其中树脂是粘合剂（Binder），感光剂是一种光活性（Photoactivity）极强的化合物，它在光刻胶内的含量与树脂相当，两者同时溶解在溶剂中，以液态形式保存，以便于使用。
4.1 光刻胶的分类⑴负胶1.特点·曝光部分会产生交联（Cross Linking），使其结构加强而不溶于现像液；·而未曝光部分溶于现像液；·经曝光、现像时，会有膨润现像，导致图形转移不良，故负胶一般不用于特征尺寸小于3um的制作中。
2.分类（按感光性树脂的化学结构分类）常用的负胶主要有以下两类：·聚肉桂酸酯类光刻胶这类光刻胶的特点，是在感光性树脂分子的侧链上带有肉桂酸基感光性官能团。
如聚乙烯醇肉桂酸酯（KPR胶）、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯（OSR胶）等。
·聚烃类—双叠氮类光刻胶这种光刻胶又叫环化橡胶系光刻胶。
它由聚烃类树脂（主要是环化橡胶）、双叠氮型交联剂、增感剂和溶剂配制而成。
3.感光机理①肉桂酸酯类光刻胶KPR胶和OSR胶的感光性树脂分子结构如下：在紫外线作用下，它们侧链上的肉桂酰官能团里的炭－炭双键发生二聚反应，引起聚合物分子间的交联，转变为不溶于现像液的物质。
KPR胶的光化学交联反应式如下：这类光刻胶中的高分子聚合物，不仅能在紫外线作用下发生交联，而且在一定温度以上也会发生交联，从而在现像时留下底膜，所以要严格控制前烘的温度与时间。
②聚烃类—双叠氮类光刻胶这类光刻胶的光化学反应机理与前者不同，在紫外线作用下，环化橡胶分子中双键本身不能交联，必须有作为交联剂的双叠氮化合物参加才能发生交联反应。
交联剂在紫外线作用下产生双自由基，它和聚烃类树脂相作用，在聚合物分子之间形成桥键，变为三维结构的不溶性物质。
其光化学反应工程如下：首先，双叠氮交联剂按以下方式进行光化学分解反应：双叠氮交联剂分解后生成的双氮烯自由基极易与环化橡胶分子发生双键交联（加成）和炭氢取代反应，机理如下：⑵正胶1.特点·本身难溶于现像液，曝光后会离解成一种溶于现像液的结构；·解像度高，耐Dry Etch性强等。
光刻胶基本介绍
The introduction of Photoresist and Application光刻胶基本介绍主要内容CONTENT☐一，光刻胶基础知识☐二，光刻胶的种类☐三，光刻胶的应用领域☐四，光刻胶的特点☐五，光刻胶的可靠性测试内容☐六，光刻胶的来料要求一、光刻胶基础知识☐光刻胶是一种具有感光性的化学品（混合物）树脂（Resin）：10-40% by weight感光剂（PAC）或光致产酸剂（PAG）：1-6% by weight溶剂（Solvent）：50-90% by weight添加剂（Additive）：1-3% by weight单体（Monomer）：10-20% by weight二、光刻胶的种类☐依照化学反应和显影原理分类一、正性光刻胶形成的图形与掩膜版相同；二、负性光刻胶形成的图形与掩膜版相反。
SubstratePhotoresistCoating Maskh u TransferEtchStripExposure DevelopPositive Negative☐按照感光树脂的化学结构分类一、光聚合型：1）采用烯类单体，在光作用下生成自由基，进一步引发单体聚合，最后生成聚合物。
2）采用环氧树脂，阳离子开环，引发环氧交联反应，最后生成聚合物。
二、光分解型，采用含有叠氮醌类化合物的材料，其经光照后,发生光分解反应，可以制成正性胶；☐按照曝光波长类一、紫外光刻胶（300~450nm）；I-line：365nm；H-line：405nm；G-line：436nm；Broad Band （g+h+i）二、深紫外光刻胶（160~280nm）；KrF：248nm；ArF：193nm；F2：157nm；三、极紫外光刻胶（EUV，13.5nm）；四、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶等。
不同曝光波长的光刻胶，其适用的光刻极限分辨率不同，通常来说，在使用工艺方法一致的情况下，波长越小，加工分辨率越佳。
光刻胶
抗蚀性（Anti-etching; Etching resistance）即光刻胶材料在刻蚀过程中的抵抗力。在图形从光刻胶转 移到晶片的过程中，光刻胶材料必须能够抵抗高能和高温（>150℃）而不改变其原有特性 。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 。在湿法刻蚀中，印有电路图形的光刻胶需要连 同硅片一同置入化学刻蚀液中，进行很多次的湿法腐蚀。只有光刻胶具有很强的抗蚀性，才能保证刻蚀液按照所 希望的选择比刻蚀出曝光所得图形，更好体现器件性能。在干法刻蚀中，例如集成电路工艺中在进行阱区和源漏 区离子注入时，需要有较好的保护电路图形的能力，否则光刻胶会因为在注入环境中挥发而影响到注入腔的真空 度。此时注入的离子将不会起到其在电路制造工艺中应起到的作用，器件的电路性能受阻 。
1890年。德国人格林（Green）和格罗斯（Gross）等人将重氮化的混合物制成感光材料。取得了第一个重氮 感光材料的专利。不久，德国的卡勒（Kalle）公司推出了重氮印相纸，从而使重氮感光材料商品化，并逐渐代 替了铁印相技术。
工作原理
辐射线
光学
纳米压印技术
光刻胶类型及应用制程
紫外光刻胶
紫外光刻胶适用于g线（436 nm）与i线（365 nm）光刻技术。
2.紫外压印光刻胶：使用透明的模板，将预先制作好的带有微图形特征的硬模版压入常温下液态光刻胶中， 用紫外光将光刻胶固化后抬起模板，从而将模板上的微特征转移到光刻胶上。按照光引发反应机理，可分为自由 基聚合和阳离子聚合两大体系 。光刻胶材料主要有甲基丙烯酸酯体系、有机硅改性的丙烯酸或甲基丙烯酸酯体 系、乙烯基醚体系、环氧树脂体系等。
1.
热压印与紫外压印原理示意图纳米压印技术是通过压模来制作微纳特征的一种图形转移技术，其最明显的优 势是高产能、高分辨率、低成本，主要工艺流程：模板制作、硅衬底滴胶、压印、曝光、脱模、离子刻蚀，图像 精度可以达到5 nm。使用的光刻胶种类主要分为两种：
第二章-3(光刻胶)
电子束光刻胶
PMMA(poly methylmethacrylate) 聚甲基丙稀酸酯：分辨 率高，附着力强，工艺简单成熟；灵敏度低，抗干法腐蚀 能力差。 在深紫外光照下，聚合体结合链断开，变得易溶解。 对220nm光波最敏感，对波长高于240nm的光完全不敏感。 要求曝光剂量大于250mJ/cm2 灵敏度：100~500 mC/cm2
第四章：光刻胶
Chapter IV: Resist
曝光过程中，为了转换图形， 光辐射必须照射在光敏材料上，改 变光敏材料的特性，实现光刻版图 形的转换。通常称用于图形转换的 光敏材料为光刻胶。
光刻胶的类型
光刻胶通常具有刺激性气味
正性光刻胶 ——曝光区在显影液中溶解 负性光刻胶 ——曝光区在显影液中不溶解
紫外曝光后DQ的光分解反应
O N2 ＋光 O ＋N2 R O C OH ＋N2 ＋水 R 羧酸(溶解增强剂) R 乙烯酮 Wolff重组 O C ＋N2
R
光反应前后产物
反应前：酚醛树脂与DQ以1：1混和，DQ作为抑 制剂，光刻胶几乎不溶于显影液。 反应后：DQ转化为羧酸，羧酸与酚醛树脂混合物 迅速吸收水，反应中放出的氮也使光刻胶起泡 沫，两者均促进胶的溶解。溶解过程中羧酸也进 一步分裂为水溶的胺。
光刻胶的涂敷工艺
光刻胶涂敷的工艺流程(1)
脱水烘烤：真空或干燥氮气气氛 中，以150 ℃～200 ℃烘烤，目的 是去除圆片表面吸附的水分。 六甲基二硅亚胺(HMDS，增黏剂) 的涂布。 涂胶：常用的方法是旋转涂胶。 涂胶速率为2000～6000 r/min。胶 的厚度由转速决定。通常旋涂之 后滴在圆片上的胶只能保留1％， 其它在旋转是飞离圆片。
对于特定的某种光刻胶：对比度曲线 并不固定，具体取决于显影过程、软 烘、后烘、曝光波长、硅片表面发射 率等因素的影响。光刻的任务就是调 节光刻胶的过程，使对比度最大而光 刻速度维持在一个可以接受的水平。
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````4、光刻胶
光刻胶主要由树脂（Resｉn)、感光剂(Ｓｅnsｉｔizｅｒ）、溶剂（Solveｎｔ)及添加剂（Aｄdｉtiｖｅ)等不同得材料按一定比例配制而成。
其中树脂就是粘合剂（Biｎder），感光剂就是一种光活性（Ｐｈotｏactivity）极强得化合物，它在光刻胶内得含量与树脂相当,两者同时溶解在溶剂中,以液态形式保存,以便于使用.
4、1 光刻胶得分类
⑴负胶
1.特点
·曝光部分会产生交联（Cross Lｉｎｋｉng)，使其结构加强而不溶于现像
液；
·而未曝光部分溶于现像液;
·经曝光、现像时,会有膨润现像，导致图形转移不良，故负胶一般不用于
特征尺寸小于３um得制作中。
2.分类(按感光性树脂得化学结构分类）
常用得负胶主要有以下两类:
·聚肉桂酸酯类光刻胶
这类光刻胶得特点,就是在感光性树脂分子得侧链上带有肉桂酸基感光性官
能团.如聚乙烯醇肉桂酸酯（KＰR胶）、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯（OSR胶)等。
·聚烃类—双叠氮类光刻胶
这种光刻胶又叫环化橡胶系光刻胶。
它由聚烃类树脂（主要就是环化橡
胶）、
双叠氮型交联剂、增感剂与溶剂配制而成。
3.感光机理
①肉桂酸酯类光刻胶
KPR胶与OSR胶得感光性树脂分子结构如下：
在紫外线作用下，它们侧链上得肉桂酰官能团里得炭－炭双键发生二聚反应,引起聚合物分子间得交联，转变为不溶于现像液得物质。
KPR胶得光化学交联反应式如下:
这类光刻胶中得高分子聚合物,不仅能在紫外线作用下发生交联，而且在一定温度以上也会发生交联，从而在现像时留下底膜,所以要严格控制前烘得温度与时间.
②聚烃类—双叠氮类光刻胶
这类光刻胶得光化学反应机理与前者不同，在紫外线作用下,环化橡胶分子中双键本身不能交联，必须有作为交联剂得双叠氮化合物参加才能发生交联反应.交联剂在紫外线作用下产生双自由基，它与聚烃类树脂相作用,在聚合物分子之间形成桥键，变为三维结构得不溶性物质。
其光化学反应工程如下：
首先,双叠氮交联剂按以下方式进行光化学分解反应:
双叠氮交联剂分解后生成得双氮烯自由基极易与环化橡胶分子发生双键交联(加成）与炭氢取代反应，机理如下：
⑵正胶
1.特点
·本身难溶于现像液,曝光后会离解成一种溶于现像液得结构;
·解像度高，耐Ｄｒy Etcｈ性强等。
2.分类(按感光性树脂得化学结构分类）
目前正胶常用得主要指邻—叠氮醌类光刻胶。
胶中所含邻-叠氮醌化合物得化学结构式为：
3.正胶成分
4.感光机理
邻－叠氮醌化合物经紫外线照射后，分解释放出Ｎ2,同时分子结构进行重排,产生环收缩作用，形成相应得五元环烯酮化合物，在经水解生成溶于现像液得物质。
关于正胶现像机理有多种不同得说法，在光刻工艺技术现像部分６．３。
4、⑷
现像
机理中已作过详细得介绍,这里不再详述。
正胶感光机理如下：
·未曝光部分与光刻胶（PAＣ）在现像液作用下以偶氮基结合,抑制树脂溶于现像液, 机理如下:
4、2 光刻胶得使用性能与光刻胶理化性能得关系
光刻胶得使用性能
光刻胶得理化性质
聚合物特性粘度水分增感剂浓度金属离子含量溶剂组成
粘附性√√√分辨率√√
抗蚀性√√√√图像稳定性√√
针孔√√
光敏性√√
涂层厚度√
4、3 理想光刻胶得要求
光学特性⒈照射能量得弥散小；⒉吸收率大
光化学特性⒈感度高;⒉成像反差大;⒊不容易受周围气氛影响
图形形成特性⒈即使膜较厚,分辨率也高;⒉图形边缘陡直
⒊尺寸重复性好;⒋现像处理后,无残留底膜及边缘锯齿
药品特性⒈即使就是膜薄,也很少有针孔等缺陷;⒉对各种腐蚀剂得抗
蚀性强；⒊经各种药品处理不变质;⒋易剥离，不易残留机械特性⒈脆性小;⒉与衬底得粘附性好；⒊胶膜表面粘性小
热特性⒈在前烘中热底膜少;⒉在后烘中没有尺寸变化
大生产特性⒈在材料质量、生产技术方面稳定，没有偏差;
⒉工艺宽容度大
杂志不含有对元件特性有不良影响得杂志
4、4 光刻胶与安全溶剂
4、5 光刻胶得历史与发展
ＳCUM少多
Pａrticle少多较少无4、６正胶与负胶得特性比较。