光刻膠的定義及主要作用

光刻膠是一種有機(jī)化合物，它受紫外光曝光后，在顯影液中的溶解度會(huì)發(fā)生變化。一般光刻膠以液態(tài)涂覆在硅片表面上，曝光后烘烤成固態(tài)。

光刻膠的作用：

    1、將掩膜板上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片表面的氧化層中；

2、在后續(xù)工序中，保護(hù)下面的材料（刻蝕或離子注入）。

光刻膠起源

光刻開(kāi)始于一種稱(chēng)作光刻膠的感光性液體的應(yīng)用。圖形能被映射到光刻膠上，然后用一個(gè)developer就能做出需要的模板圖案。光刻膠溶液通常被旋轉(zhuǎn)式滴入wafer。wafer被裝到一個(gè)每分鐘能轉(zhuǎn)幾千轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤(pán)上。幾滴光刻膠溶液就被滴到旋轉(zhuǎn)中的wafer的中心，離心力把溶液甩到表面的所有地方。光刻膠溶液黏著在wafer上形成一層均勻的薄膜。多余的溶液從旋轉(zhuǎn)中的wafer上被甩掉。薄膜在幾秒鐘之內(nèi)就縮到它最終的厚度，溶劑很快就蒸發(fā)掉了，wafer上就留下了一薄層光刻膠。最后通過(guò)烘焙去掉最后剩下的溶劑并使光刻膠變硬以便后續(xù)處理。鍍過(guò)膜的wafer對(duì)特定波成的光線(xiàn)很敏感，特別是紫外（UV）線(xiàn)。相對(duì)來(lái)說(shuō)他們?nèi)耘f對(duì)其他波長(zhǎng)的，包括紅，橙和黃光不太敏感。所以大多數(shù)光刻車(chē)間有特殊的黃光系統(tǒng)。

光刻膠的主要技術(shù)參數(shù)

a、分辨率（resolution）。區(qū)別硅片表面相鄰圖形特征的能力。一般用關(guān)鍵尺寸（CD，Critical Dimension）來(lái)衡量分辨率。形成的關(guān)鍵尺寸越小，光刻膠的分辨率越好。

    b、對(duì)比度（Contrast）。指光刻膠從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過(guò)渡的陡度。對(duì)比度越好，形成圖形的側(cè)壁越陡峭，分辨率越好。

    c、敏感度（Sensitivity）。光刻膠上產(chǎn)生一個(gè)良好的圖形所需一定波長(zhǎng)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(duì)于波長(zhǎng)更短的深紫外光（DUV）、極深紫外光（EUV）等尤為重要。

    d、粘滯性/黏度 （Viscosity）。衡量光刻膠流動(dòng)特性的參數(shù)。粘滯性隨著光刻膠中的溶劑的減少而增加；高的粘滯性會(huì)產(chǎn)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(biāo)。它與光刻膠中的固體含量有關(guān)。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(dòng)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(lái)度量。百分泊即厘泊為絕對(duì)粘滯率；運(yùn)動(dòng)粘滯率定義為：運(yùn)動(dòng)粘滯率=絕對(duì)粘滯率/比重。 單位：百分斯托克斯（cs）＝cps/SG。

e、粘附性（Adherence）。表征光刻膠粘著于襯底的強(qiáng)度。光刻膠的粘附性不足會(huì)導(dǎo)致硅片表面的圖形變形。光刻膠的粘附性必須經(jīng)受住后續(xù)工藝（刻蝕、離子注入等）。

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

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

h、存儲(chǔ)和傳送（Storage and Transmission）。能量（光和熱）可以激活光刻膠。應(yīng)該存儲(chǔ)在密閉、低溫、不透光的盒中。同時(shí)必須規(guī)定光刻膠的閑置期限和存貯溫度環(huán)境。一旦超過(guò)存儲(chǔ)時(shí)間或較高的溫度范圍，負(fù)膠會(huì)發(fā)生交聯(lián)，正膠會(huì)發(fā)生感光延遲。

光刻膠的分類(lèi)

a、根據(jù)光刻膠按照如何響應(yīng)紫外光的特性可以分為兩類(lèi)：負(fù)性光刻膠和正性光刻膠。

　　負(fù)性光刻膠（Negative Photo Resist）。最早使用，一直到20世紀(jì)70年代。曝光區(qū)域發(fā)生交聯(lián)，難溶于顯影液。特性：良好的粘附能力、良好的阻擋作用、感光速度快；顯影時(shí)發(fā)生變形和膨脹。所以只能用于2μm的分辨率。

　　正性光刻膠（Positive Photo Resist）。20世紀(jì)70年代，有負(fù)性轉(zhuǎn)用正性。正性光刻膠的曝光區(qū)域更加容易溶解于顯影液。特性：分辨率高、臺(tái)階覆蓋好、對(duì)比度好；粘附性差、抗刻蝕能力差、高成本。

    b、根據(jù)光刻膠能形成圖形的最小光刻尺寸來(lái)分：傳統(tǒng)光刻膠和化學(xué)放大光刻膠。

　　傳統(tǒng)光刻膠。適用于I線(xiàn)（365nm）、H線(xiàn)（405nm）和G線(xiàn)（436nm），關(guān)鍵尺寸在0.35μm及其以上。

    化學(xué)放大光刻膠（CAR，Chemical Amplified Resist）。適用于深紫外線(xiàn)（DUV）波長(zhǎng)的光刻膠。KrF（248nm）和ArF（193nm）。

光刻膠的化學(xué)性質(zhì)

a、傳統(tǒng)光刻膠：正膠和負(fù)膠。

光刻膠的組成：樹(shù)脂（resin/polymer），光刻膠中不同材料的粘合劑，給與光刻膠的機(jī)械與化學(xué)性質(zhì)（如粘附性、膠膜厚度、熱穩(wěn)定性等）；感光 劑，感光劑對(duì)光能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)；溶劑（Solvent），保持光刻膠的液體狀態(tài)，使之具有良好的流動(dòng)性；添加劑（Additive），用以改變光刻膠的 某些特性，如改善光刻膠發(fā)生反射而添加染色劑等。

  　負(fù)性光刻膠。樹(shù)脂是聚異戊二烯，一種天然的橡膠；溶劑是二甲苯；感光劑是一種經(jīng)過(guò)曝光后釋放出氮?dú)獾墓饷魟?，產(chǎn)生的自由基在橡膠分子間形成交聯(lián)。從而變得不溶于顯影液。負(fù)性光刻膠在曝光區(qū)由溶劑引起泡漲；曝光時(shí)光刻膠容易與氮?dú)夥磻?yīng)而抑制交聯(lián)。

　　正性光刻膠。樹(shù)脂是一種叫做線(xiàn)性酚醛樹(shù)脂的酚醛甲醛，提供光刻膠的粘附性、化 學(xué)抗蝕性，當(dāng)沒(méi)有溶解抑制劑存在時(shí)，線(xiàn)性酚醛樹(shù)脂會(huì)溶解在顯影液中；感光劑是光敏化合物（PAC，Photo Active Compound），最常見(jiàn)的是重氮萘醌（DNQ），在曝光前，DNQ是一種強(qiáng)烈的溶解抑制劑，降低樹(shù)脂的溶解速度。在紫外曝光后，DNQ在光刻膠中化學(xué) 分解，成為溶解度增強(qiáng)劑，大幅提高顯影液中的溶解度因子至100或者更高。這種曝光反應(yīng)會(huì)在DNQ中產(chǎn)生羧酸，它在顯影液中溶解度很高。正性光刻膠具有很 好的對(duì)比度，所以生成的圖形具有良好的分辨率。

b、化學(xué)放大光刻膠（CAR，Chemical Amplified Resist）。

樹(shù)脂是具有化學(xué)基團(tuán)保護(hù)（t-BOC）的聚乙烯（PHS）。有保護(hù)團(tuán)的樹(shù)脂不溶于水；感光劑是光酸產(chǎn)生劑（PAG，Photo Acid Generator），光刻膠曝光后，在曝光區(qū)的PAG發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一種酸。該酸在曝光后熱烘（PEB，Post Exposure Baking）時(shí)，作為化學(xué)催化劑將樹(shù)脂上的保護(hù)基團(tuán)移走，從而使曝光區(qū)域的光刻膠由原來(lái)不溶于水轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨热苡谝运疄橹饕煞值娘@影液?；瘜W(xué)放大光刻膠 曝光速度非?？?，大約是DNQ線(xiàn)性酚醛樹(shù)脂光刻膠的10倍；對(duì)短波長(zhǎng)光源具有很好的光學(xué)敏感性；提供陡直側(cè)墻，具有高的對(duì)比度；具有0.25μm及其以下 尺寸的高分辨率。