第八章光刻胶
8.3.2 光刻-光刻胶
5
对比度γ： 不同的光刻胶膜厚-曝光剂量响应曲线的外推斜率
Y2 Y1 X 2 X1
光刻胶膜厚-曝光剂量响应曲线
γ 影响曝光后胶膜倾角和线宽。 γ 越高，光刻胶的侧壁越陡。
6
8.3.2.2 光学光刻胶
正胶和负胶 进行图形转 移示意图
第四单元 光刻技术
7
1、正胶
常用正胶为DQN，组成为光敏剂 重氮醌(DQ)，碱溶性的酚醛树脂(N)，和 溶剂二甲苯等。 响应波长330-430nm， 胶膜厚1-3μm，显影液是氢氧化钠等碱性物质。
负胶显影后保留区的胶膜是交联高分子，在显影时，吸收显 影液而溶胀，另外，交联反应是局部的，边界不齐，所以图 形分辨率下降。光刻后硬化的胶膜也较难去除。
负胶比正胶抗蚀性强。
第四单元 光刻技术
第四单元 光刻技术
4
8.3.2.1 光刻胶的特征量
响应波长 灵敏度，又称光敏度，指最小曝光剂量E0 灵敏度：单位面积的胶曝光所需的光能量：mJ/cm2 抗蚀性，指耐酸、碱能力 粘滞性，指流动特性的定量指标 黏附性 ，指与硅、二氧化硅表面结合力的大小 光刻胶的膨胀 微粒数量和金属含量 储存寿命
2
光刻胶组成
感光材料
胶的主体，又称光敏剂
聚合物材料 光的辐照下不发生化学反应，保证光刻胶薄膜
的附着性和抗腐蚀性
溶剂
可以控制光刻胶机械性能
第四单元 光刻技术
3
光刻胶分类
按曝光区在显影中被去除或保留来划分：
正（性）胶 负（性）胶
按其用途划分：
光学光刻胶
电子抗蚀剂
X-射线抗蚀剂
1
8.3.2 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，并使链及链之间发生交联，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，给及光刻胶的机械及化学性质(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；曝光时光刻胶容易及氮气反应而抑制交联。
光刻胶的作用原理和用途
光刻胶的作用原理和用途光刻胶是一种在微电子制造中广泛应用的光敏材料，它的作用是在光刻过程中起到光阻和传递图案的功能。
光刻胶具有良好的光学性质和化学稳定性，在微电子制造、光子学、纳米技术等领域中有着重要的应用。
以下是对光刻胶作用原理和用途的详细讨论。
作用原理：光刻胶由光敏聚合物、溶剂和其他添加剂组成。
在光刻过程中，光刻胶首先通过在表面上涂覆的方法形成薄膜。
然后，利用光刻机将光源上的紫外光通过模板传递到光刻胶表面，照射处的光刻胶发生光化学反应。
这个光化学反应会改变该区域的溶剂透明度，使得光敏聚合物和溶剂发生变化。
在紫外光照射下，光刻胶中的光敏聚合物发生聚合或交联反应，形成一层较硬的保护薄膜，这部分称为“热硬化”的部分。
经过光刻过程的完整的光刻胶薄膜将会被保护，而未经光刻的区域则可以轻易地被溶剂洗去。
这样，光刻胶充当了光掩膜的作用，将光源照射区域的模板传递到基片上，形成所需的微细图案。
光刻胶具有高分辨率、高准确性和较低成本等优点。
它可以制作出微细结构，如集成电路中的晶体管、电容和其他元件。
光刻胶的性能可以通过调节光敏聚合物的配方和溶剂的类型来改变。
这样光刻胶就可以满足不同领域和应用的需求。
用途：光刻胶在微电子制造、光子学和纳米技术等领域中有着广泛应用。
1.微电子制造：光刻胶在集成电路和其他半导体器件的制造过程中起着关键作用。
它用于制作芯片上的线路、电容、晶体管和其他微细结构。
光刻胶在多层的光掩膜制备过程中也起到关键性的作用。
2.光子学：光刻胶用于光子学器件的制备。
例如，它被用作制作光波导、光调制器、光栅和其他光学器件的结构定义。
3.印刷业：光刻胶在印刷业中也有应用。
它可以制作出高分辨率的印刷网版，用于制作高质量的印刷品。
4.光刻胶还用于制作纳米结构和纳米器件。
纳米技术是现代材料科学和工程的前沿领域之一，通过使用光刻胶和其他纳米加工技术，可以制造出具有特殊性能和功能的纳米结构。
总结：光刻胶是一种在微电子制造、光子学和纳米技术等领域中应用广泛的光敏材料。
第八章光刻胶
比度大于 1。
通常正胶的对比度要高于负胶。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 8
光进入光刻胶后，其强度按下式衰减
I ( z ) I 0 e z
式中，α为光刻胶的光吸收系数。设 TR 为光刻胶的厚度，则可 定义光刻胶的 光吸收率 为
I 0 I ( z ) dz 1 e T A 0 1
则其 Wmin 将增大到 0.23 m 。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
6
3、对比度
对比度的定义为
D100 lg D0
1
D0
D100
对比度是上图中对数坐标下曲线的斜率，表示光刻胶区分
掩模上亮区和暗区的能力的大小，即对剂量变化的敏感程度。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
18
掩膜版与光刻胶的关系
期望印在硅片上 的光刻胶结构.
光刻胶岛 Substrate
铬
石英
窗口
岛
当使用负胶时，要 求掩膜版上图形与 想要的结构相反
当使用正胶时，要 求掩膜版上图形与 想要的结构相同
19
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 12
8.5 正胶的典型反应
一、光化学反应
化学反应速度 k 可表示为
式中，A 、R 为常数，T 为绝对温度，EA 为化学反应激活能， 随电子状态的不同而不同。EA 越小，则在同样的温度下反应 速度越快。
第8章 光刻胶
S3 T1 S1 S2
EA(S1) = 16Kcal
S0
88Kcal
72Kcal EA(S0) = 38Kcal RN 与 N2 的间距
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
14
感光分子吸收λ= 365 nm 的光能（ 72 Kcal ）后 ，电子从基 态 S0 跃迁到第一激发态 S1 ，激活能由 EA(S0) = 38 Kcal 降为 EA(S1) = 16 Kcal ，反应速度加快。 感光分子吸收λ= 300 nm 的光能（88 Kcal）后，电子跃迁 到第二激发态 S2 ，此态的谷底势能恰好与 S1 态当 RN - N2 分解 时的势能相当，且 S2 与 S1 态的曲线在图左侧有相交之处，因此 电子可从 S2 态跃迁到 S1 态并立即反应。所以用λ= 300 nm 的光
比度大于 1。
通常正胶的对比度要高于负胶。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 8
光进入光刻胶后，其强度按下式衰减
I ( z ) I 0 e z
式中，α为光刻胶的光吸收系数。设 TR 为光刻胶的厚度，则可 定义光刻胶的 光吸收率 为
T I I ( z ) d z 0 1 e A 0 1 TR
第 8 章 光刻胶
光刻胶也称为 光致抗蚀剂（Photoresist，P. R.）。
8.1 光刻胶的类型
一、光刻胶的类型
凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以
交联反应为主的光刻胶称为 负性光刻胶，简称 负胶。
凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以
光刻与刻蚀工艺
光时的敏感度变差。
前烘的加热方式
前烘通常采用干燥循环热风、红外线辐射以及热平板传导等 热处理方式。
在ULSI工艺中，常用的前烘方法是真空热平板烘烤。真空热 平板烘烤可以方便地控制温度，同时还可以保证均匀加热。
8.1.4、显影
以正胶为例，在显影过程中，曝光区的光刻胶在显 影液中溶解，非曝光区的光刻胶则不会溶解。曝光后 在光刻胶层中形成的潜在图形，显影后便显现出来。
Ø 对于m一定，即给定一种粒子，例加电子，则其动能愈高， ΔL愈小， 分辨率愈高。
8.3、光刻胶的基本属性
光学光刻胶通常包含有三种成份： ①聚合物材料(树脂)：附着性和抗腐蚀性 ②感光材料：感光剂 ③溶剂：使光刻胶保持为液态
光刻胶通常可分为正胶和负胶，经过曝光和 显影之后所得到的图形是完全相反的。 Ø 正胶的感光区在显影时溶掉，没有感光的 区域在显影时不溶解，因此形成的光刻胶图 形是掩模版图形的正影像。 Ø 负胶的情况与正胶相反，经过显影后光刻 胶层上形成的是掩模版的负性图形。 Ø正胶的分辨率比负胶高。
显影方式与检测
目前广泛使用的显影的方式是喷洒方法。 可分为三个阶段： ①硅片被置于旋转台上，并且在硅片表面上喷洒显影液； ②然后硅片将在静止的状态下进行显影； ③显影完成之后，需要经过漂洗，之后再旋干。
喷洒方法的优点在于它可以满足工艺流水线的要求。
显影之后，一般要通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)或者激光系统来检查 图形的尺寸是否满足要求。
ΔL在这里表示分清线宽L必然存在的误差。若ΔL就是线宽，那么它就是 物理上可以得到的最细线宽，因而最高的分辨率
Rmax
1 2L
p h
光子曝光的最高的分辨率
光刻胶
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。
第八章光刻与刻蚀工艺
8.1 光刻工艺流程
2.涂胶Spin Coating ①对涂胶的要求：粘附良好，均匀，薄厚适当 胶膜太薄－针孔多，抗蚀性差； 胶膜太厚－分辨率低（分辨率是膜厚的5－8倍） ②涂胶方法：浸涂，喷涂，旋涂√
Photoresist Spin Coater
EBR: Edge bead removal边缘修复
8.6.6 投影式曝光
利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上。
8.6.6 投影式曝光
优点：光刻版不受损伤， 对准精度高。 缺点：光学系统复杂， 对物镜成像要求高。 用于3μm以下光刻。
分步重复投影光刻机--Stepper
采用折射式光学系统和4X~5X的缩小透镜。 光刻版： 4X~5X； 曝光场：一次曝光只有硅片的一部分； 采用了分步对准聚焦技术。
h 2 2m E
a. E给定：m↑→ΔL↓→R↑，即R离子 > R电子 b. m给定：E↑→ΔL↓→R↑
8.3 光刻胶的 基本属性
1）光刻胶类型：正胶和负胶 ①正胶：显影时，感光部分 溶解，未感光部分不溶解； ②负胶：显影时，感光部分 不溶解，不感光部分溶解。
正胶（重氮萘醌）的光分解机理
负胶（聚乙烯醇肉桂酸脂）的光聚合机理
8.1 光刻工艺流程
③影响显影效果的主要因素： ⅰ）曝光时间； ⅱ）前烘的温度与时间； ⅲ）胶膜的厚度； ⅳ）显影液的浓度； ⅴ）显影液的温度； ④显影时间适当 t太短：可能留下光刻胶薄层→阻挡腐蚀SiO2(金属） →氧化层“小岛”。 t太长：光刻胶软化、膨胀、钻溶、浮胶 →图形边缘破坏。
第八章 光刻与刻蚀工艺
掩模版
掩膜版的质量要求 若每块掩膜版上图形成品率＝90％，则 6块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）6＝53％； 10块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）10＝35％； 15块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）15＝21％； 最后的管芯成品率当然比其图形成品率还要低。 掩膜版尺寸：①接触式和接近式曝光机：1∶1 ②分步重复投影光刻机（Stepper）： 4∶1；5∶1；10∶1
半导体工艺第八章
8-1超大规模集成电路对图形转换有哪些要求？答：（1）图形转换的保真度高在刻蚀时，通常在纵向刻蚀时，也会有横向（侧向）刻蚀，但这种横向刻蚀在工艺中是不希望出现的。
因此，在工艺中，就要严格控制这种侧向刻蚀，使之越小越好。
（2）选择比刻蚀时，光刻胶和衬底在刻蚀过程中不参与反应，也就是说不会被刻蚀。
但事实上，光刻胶与衬底，在整个刻蚀过程中，也会参与反应，也会被刻蚀掉部分。
这种现象是不希望出现的。
因此，在刻蚀过程中，要求光刻胶和衬底的刻蚀速率十分缓慢。
（3）均匀性现在商业化生产的晶圆直径往往大于12英寸，而且刻蚀的是≤1mm的微细图形。
这种大直径硅片上的薄膜厚度一旦不均匀，就会引起刻蚀速率的不均匀，将直接导致图形转移的不均匀性。
而且随着晶圆直径的增大，这种不均匀性就会越来越明显。
（4）刻蚀的清洁超大规模集成电路的图形非常精细，在刻蚀过程中，任何人为引入的污染，既影响到图形转移的精度，又增加刻蚀后清洗的复杂性。
8-2湿法刻蚀有哪些特点？答：（1）湿法刻蚀的反应物必须是气体或能溶于刻蚀剂的物质，否则会造成反应物沉淀，从而影响刻蚀正常进行。
（2）湿法刻蚀是各向异性的，刻蚀中腐蚀液不但浸入到纵向方向，而且也在侧向进行腐蚀。
这样腐蚀后得到的图形结构像一个倒八字形，而不是理想的垂直墙。
（3）湿法刻蚀过程伴有放热和放气过程。
放热造成刻蚀局部温度升高，引起化学反应速率增加，一旦温度剧烈增加，又反过来使刻蚀处于不受控制的恶性循环中，使得刻蚀效果变差。
8-3分别阐述SiO2和Si3N4膜的湿法刻蚀原理及刻蚀液配方。
答：（1）二氧化硅的湿法刻蚀腐蚀液：氢氟酸和氟化氨的混合液原理：溶液中的F-与二氧化硅中的Si4+络合成六氟硅酸根络离子（SiF6)-2，它与H+结合而生成可溶性的六氟硅酸。
反应原理：SiO2+6HF H2[SiF6]+2H2O（2）氮化硅的湿法刻蚀•氢氟酸对氮化硅的腐蚀速度比二氧化硅慢得多，而磷酸则容易腐蚀氮化硅。
第八章(1)光刻原理和技术资料
ETCH
Photo Resist Development
Etching (Wet/Dry)
Photo Resist Stripping
光刻工艺流程
衬底处理 substrate cleaning 涂胶 spin coat 前烘 pre-bake 曝光 expose
去胶 strip
刻蚀 etch
后烘 post-bake
Advanced lithograpy
X-ray: =0.5 nm,
E-beam: =0.062 nm,
Ion-beam: =0.012 nm,
硅片曝光系统(Wafer exposure system)
完成前后两次光刻图形的精密套刻 对光刻胶进行曝光 曝光分类
接触式(Contact) 接近式(Proximity) 投影式(Projection)
设计功能模块，利用软件在功能模块之间布线。 用工具检查是否有违反设计规则(design rule)。 用电路级和系统级模拟工具预测电路性能 从设计转移到掩膜版制备，用扫描电子束或激光束在 光掩膜版上形成图形。 光学曝光，对硅片进行光刻。
Mask Definition
Mask definition start with a micro-system or micro-circuit or device concept This is followed by –Logic Design –Circuit Design –Device Design –Process Design & Simulation –Mask Layout and fabrication Mask: fused silica plate covered with Cr(~80nm)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
比度大于 1。
通常正胶的对比度要高于负胶。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 8
光进入光刻胶后，其强度按下式衰减
I ( z ) I 0 e z
式中，α为光刻胶的光吸收系数。设 TR 为光刻胶的厚度，则可 定义光刻胶的 光吸收率 为
I 0 I ( z ) dz 1 e T A 0 1
下面讨论分辨率与灵敏度的关系。当入射电子数为 N 时， 由于随机涨落，实际入射的电子数在 N N 范围内。为保证 出现最低剂量时不少于规定剂量的 90%，也即 N N 10% 。 由此可得 N min 100 。因此对于小尺寸曝光区，必须满足 S (Wmin ) 2 N min q
Wmin
曝光比用λ= 365 nm 的反应速度快。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 15
三、增感剂及其作用 T1
在重氮基萘中还存在着三重态 T1 。由 T1 态的曲线可见 ， RN-N2 的距离越远，分子的势能越低，所以处于 T1 态的分子将 立即发生反应而不需激活能。由于 T1 态曲线与所有单重激发态 的曲线在谷底附近相交，所以进入单重激发态的电子还可以通 过向 T1 态跃迁而使感光物分子立即发生化学反应，从而使反应 速度大大加快。这种作用称为 “三重态增感” 。
也就是前面提到过的 D100 。S 越小，则灵敏度越高。 灵敏度太低会影响生产效率，所以通常希望光刻胶有较高 的灵敏度。但灵敏度太高会影响分辨率。 通常负胶的灵敏度高于正胶。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 3
灵敏度曲线（对比度曲线）
未反应的归一化膜厚
3、涂胶 一般采用旋涂法。涂胶的关键是控制胶膜的厚度与膜厚的 均匀性。胶膜的厚度决定于光刻胶的粘度和旋转速度。
1) 滴胶 2) 加速旋转
3) 甩掉多 余的胶
4) 溶剂挥发
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
22
4、前烘（软烘） 目的是增强光刻胶与硅片的粘附性，去除光刻胶中的大部 分溶剂，促进光刻胶的均匀性和稳定性。 5、曝光 6、曝光后的烘焙 对紫外线曝光可不进行，但对深紫外线曝光则必须进行。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 10
8.4 光刻胶材料
光刻胶通常有三种成分：感光化合物、基体材料 和 溶剂。 在感光化合物中有时还包括增感剂。 1、负性紫外光光刻胶 主要有聚肉桂酸系（聚酯胶）和环化橡胶系两大类，前者
以柯达公司的 KPR 系列为代表，后者以 OMR 系列为代表。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
23
7 、显影 将曝光后的硅片用显影液浸泡或喷雾处理。对负胶，显影 液将溶解掉未曝光区的胶膜；对正胶，显影液将溶解曝光区的
胶膜。几乎所有的正胶都使用碱性显影液，如 KOH 水溶液。
显影过程中光刻胶膜会发生膨胀。正胶的膨胀可以忽略， 而负胶的膨胀则可能使图形尺寸发生变化。 显影过程对温度非常敏感。显影过程有可能影响光刻胶的 对比度，从而影响光刻胶的剖面形状。 显影后必须进行严格的检查，如有缺陷则必须返工。
D100 Dcr D0
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
7
D100 lg D0
1
D0
D100
灵敏度曲线越陡，D0 与 D100 的间距就越小，则光刻胶的对 比度 就越大，这样有助于得到清晰的图形轮廓和高的分辨率。 一般光刻胶的对比度在 0.9 ~ 2.0 之间。对于亚微米图形，要求对
1.0 0.5
入射剂量 （C/cm2）
0
D0
D100
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
4
2、分辨率
光刻工艺中影响分辨率的因素有：光源、曝光方式和光刻 胶本身（包括灵敏度、对比度、颗粒的大小、显影时的溶胀、
电子散射等）。通常正胶的分辨率要高于负胶。
Silicon substrate 光刻胶显影后的最终图形
正性光刻: 曝光后的光刻胶被显影液溶解而去除， 留下光刻胶的图形与掩膜版图形一致。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
17
负性光刻
Ultraviolet light 在玻璃掩膜 版上的铬岛 光刻胶的 曝光区
2、正性紫外光光刻胶
主要以重氮醌为感光化合物，以酚醛树脂为基体材料。最
常用的有 AZ –1350 系列。正胶的主要优点是分辨率高，缺点是 灵敏度、耐刻蚀性和附着性等较差。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 11
3、负性电子束光刻胶 为含有环氧基、乙烯基或环硫化物的聚合物。最常用的是 COP 胶，典型特性：灵敏度 0.3 ~ 0.4 C/cm2（加速电压 10KV 时）、分辨率 1.0 m 、对比度 0.95。限制分辨率的主要因素是 光刻胶在显影时的溶胀。 4、正性电子束光刻胶 主要为甲基丙烯甲酯、烯砜和重氮类这三种聚合物。最常 用的是 PMMA 胶，典型特性：灵敏度 40 ~ 80 C/cm2（加速电 压 20 KV 时）、分辨率 0.1 m 、对比度 2 ~ 3 。 PMMA 胶的 主要优点是分辨率高。主要缺点是灵敏度低，此外在高温下易 流动，耐干法刻蚀性差。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
18
掩膜版与光刻胶的关系
期望印在硅片上 的光刻胶结构.
光刻胶岛 Substrate
铬
石英
窗口
岛
当使用负胶时，要 求掩膜版上图形与 想要的结构相反
当使用正胶时，要 求掩膜版上图形与 想要的结构相同
19
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
TR
R
I 0TR
TR
可以证明，对比度 有如下关系
与光吸收系数α及光刻胶厚度 TR 之间
1 TR
减小光吸收系数与胶膜厚度有利于提高对比度。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 9
8.3 临界调制传输函数
一个与对比度有关的光刻胶性能指标是 临界调制传输函数 CMTF ，它代表在光刻胶上获得能被分辨的图形所必须的最小
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 12
8.5 正胶的典型反应
一、光化学反应
化学反应速度 k 可表示为
式中，A 、R 为常数，T 为绝对温度，EA 为化学反应激活能， 随电子状态的不同而不同。EA 越小，则在同样的温度下反应 速度越快。
EA k A exp RT
被曝光的区域发生交 联并变成阻止显影的 化学物质
岛
窗口
Photoresist
光刻胶上 的阴影
Photoresist Oxide Silicon substrate
Oxide Silicon substrate
光刻胶显影后 的最终图形 负性光刻: 曝光后的光刻胶因发生交联反应而硬化，留在硅片表面，未曝 光的被显影液溶解而去除，留下光刻胶的图形与掩膜版图形相反。
感光物质的电子在未曝光时处于基态 S0 ，基态的反应激
活能 EA 大 ，因此反应慢。曝光后，感光物质的电子处于激发 态 S1 、S2 、S3 等， 激发态的 EA 小，因此反应变快。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 13
二、势能曲线
可以借助于感光物质的势能曲线来讨论光化学反应。下 图是重氮基萘的 RN - N2 切断反应的势能曲线。
调制传输函数，其定义为
D100 D0 CMTF D100 D0
101 1 CMTF 1 10 1
利用对比度的公式，可得
CMTF 的典型值为 0.4。如果光学系统的 MTF 小于 CMTF，
则其图像就不能被分辨；如果光学系统的 MTF 大于 CMTF，就 有可能被分辨。
第 8 章 光刻胶
光刻胶也称为 光致抗蚀剂（Photoresist，P. R.）。
8.1 光刻胶的类型
一、光刻胶的类型
凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以
交联反应为主的光刻胶称为 负性光刻胶，简称 负胶。
凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以
降解反应为主的光刻胶称为 正性光刻胶，简称 正胶。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology 16
正性光刻
Ultraviolet light
使光衰弱的 被曝光区
hotoresist
窗口
光刻胶的 曝光区 photoresist Photoresist oxide Oxide silicon substrate Silicon substrate Oxide
则其 Wmin 将增大到 0.23 m 。
Microelectronic Fabrication & MEMS Technology
6
3、对比度
对比度的定义为
D100 lg D0