2020-02-05小劉科研筆記之光刻工藝中的關(guān)鍵材料--光刻膠(一)

光刻膠是涂覆在基底表面的一層材料,正是通過(guò)對(duì)光刻膠的圖形化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基底上的圖形轉(zhuǎn)移。

一、光刻膠的成分

光刻膠(photoresist,也作光致抗蝕劑,光阻),是一種由聚合物樹(shù)脂(resin),光敏化合物(photoactive compound)和溶劑等混合而成的膠狀液體,從成份上來(lái)講,都是碳基有機(jī)化合物。

1.樹(shù)脂,作為粘合劑的聚合物混合物,決定了光刻膠的機(jī)械和化學(xué)性能;

2.光敏化合物,決定了光刻膠的光敏感度:當(dāng)受到特定波長(zhǎng)能量束作用后,光敏化合物會(huì)分解或者聚合,激發(fā)化學(xué)反應(yīng),使受輻照區(qū)域在某些特定溶液中的溶解特性發(fā)生改變,或溶解性被增強(qiáng)或變得更難溶,進(jìn)而形成光刻膠圖案;

3.溶劑,則可以改變光刻膠的粘度,從而在合理的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)得到所要的厚度。

二、光刻膠的分類(lèi)

1.根據(jù)曝光后的特性分類(lèi)

光刻膠有多種分類(lèi)方法。最直觀的是根據(jù)曝光后的特性分類(lèi):在能量束(光束、電子束、離子束等)的照射下,曝光部分以斷鏈反應(yīng)為主,在顯影液中溶解,這樣的光刻膠為正膠(positive photoresist)。與之相反,曝光部分以交聯(lián)反應(yīng)為主,在顯影液中不易溶解,這樣的光刻膠為負(fù)膠(negative photoresist)。

正/負(fù)膠光刻工藝示意圖

2.按照感光波長(zhǎng)來(lái)分類(lèi)

(1)?用于I-線(365nm波長(zhǎng))和G-線(405nm波長(zhǎng))的光刻膠

目前絕大部分的I-線、G-線膠,都是以酚醛樹(shù)脂(novolac resin)和二氮醌(diazoquinone,DNQ)為主要成分。分辨率高,且抗干法刻蝕性較強(qiáng)的顯著優(yōu)勢(shì)使得I/G線紫外正膠廣泛應(yīng)用于0.8-1.2 mm、0.5-0.6 mm及0.35 mm集成電路的制作及液晶平面顯示器等較大面積的電子產(chǎn)品制作。

(2)用于248 nm波長(zhǎng)的光刻膠

酚醛樹(shù)脂對(duì)250nm下波長(zhǎng)的光有較強(qiáng)的吸收率,因此無(wú)法應(yīng)用到248nm波長(zhǎng)的光刻工藝。目前所有248nm、193nm以及193nm浸沒(méi)式光刻膠都是化學(xué)放大膠?;瘜W(xué)放大膠的主要成分是聚合物樹(shù)脂、光致產(chǎn)酸劑(photo acid generator,PAG)以及相應(yīng)的添加劑(additives)和溶劑。光子被PAG吸收后,PAG分解釋放酸H+,酸分子作為催化劑,催化了化學(xué)放大式的反應(yīng)模式,使得化學(xué)放大膠對(duì)光照非常敏感,很小的劑量就能完成整個(gè)區(qū)域的曝光?;瘜W(xué)放大膠的基本工作原理可以用下圖來(lái)描述。

化學(xué)放大膠的作用原理

(3)用于193 nm波長(zhǎng)的光刻膠

193nm光刻膠的設(shè)計(jì)理念與248nm膠類(lèi)似,主要成分有聚合物樹(shù)脂、光致產(chǎn)酸劑、中和光之產(chǎn)酸劑的堿性中和劑(base quencher),另外還有功能添加劑(additives)。這些添加劑會(huì)對(duì)光刻膠的性能作微調(diào),使之能符合特定工藝的要求。

(4)電子束光刻膠

電子束對(duì)光刻膠的曝光與光學(xué)曝光本質(zhì)上是一樣的,是利用高分子聚合物對(duì)電子敏感反應(yīng)而形成曝光圖形,可以獲得非常高的分辨率。

PMMA膠在電子束的作用下發(fā)生斷鏈反應(yīng)

電子束作為下一代光刻技術(shù)要求所對(duì)應(yīng)的光刻膠具有高的靈敏度、對(duì)比度以及抗干法刻蝕選擇性。目前,電子光刻膠的品種主要有:

a)?聚甲基丙烯酸甲酯及其衍生物,典型的有PMMA等正性光刻膠;

b)?環(huán)氧系負(fù)膠,以甲基丙烯酸縮水甘油酯和丙烯酸乙酯的共聚物COP為代表;

c)?硅酮樹(shù)脂系負(fù)膠,如硅油、硅橡膠等;

d)?聚砜系正膠,以聚(丁烯-1-砜)PBS為代表。

END

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