光刻膠講義

1、電科0901 鄭宏亮200903440129,光刻膠,簡介,光刻膠又稱光致抗蝕劑(photoresist), 是利用光化學反應進行圖形轉(zhuǎn)移的媒體,它是一類品種繁多、性能各異,應用極為廣泛的精細化學品。電子工業(yè)的發(fā)展與光刻膠的發(fā)展是密切相關(guān)的。光刻膠的發(fā)展為電子工業(yè)提供了產(chǎn)業(yè)化的基礎,而電子工業(yè)的發(fā)展又不斷對光刻膠提出新的要求,推動光刻膠的發(fā)展。由于電子工業(yè)的飛速發(fā)展, 目前光刻膠已經(jīng)成為一個熱點研究領域, 每年均有大量相關(guān)論文發(fā)表

2、和新產(chǎn)品推出。,應用,主要應用于電子工業(yè)中集成電路和半導體分立器件的細微加工過程中,它利用光化學反應,經(jīng)曝光、顯影將所需要的微細圖形從掩膜版(mask)轉(zhuǎn)移至待加工的基片上,然后進行刻蝕、擴散、離子注入、金屬化等工藝。因此,光刻膠是電子工業(yè)中關(guān)鍵性基礎化工材料。,歷史,光刻膠的歷史可追溯至照相的起源,1826年人類第一張照片誕生就是采用了光刻膠材料--感光瀝青。在19世紀中期,又發(fā)現(xiàn)將重銘酸鹽與明膠混合,經(jīng)曝光、顯影后能得到非常好的圖形

3、,并使當時的印刷業(yè)得到飛速的發(fā)展。1954年Eastman-Kodak公司合成出人類第一種感光聚合物--聚乙烯醇肉桂酸酯,開創(chuàng)了聚乙烯醇肉桂酸酯及其衍生物類光刻膠體系,這是人類最先應用在電子工業(yè)上的光刻膠。1958年該公司又開發(fā)出環(huán)化橡膠--雙疊氮系光刻膠,使集成電路制作的產(chǎn)業(yè)化成為現(xiàn)實。在此之前約1950年發(fā)明了重氮萘醌—酚醛樹脂系光刻膠,它最早應用于印刷業(yè),目前是電子工業(yè)用用最多的光刻膠,近年隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展,光刻膠的發(fā)展更是

4、日新月異,新型光刻膠產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。,光刻膠按其所用曝光光源或輻射源的不同, 又可分為紫外光刻膠、深紫外光刻膠、電子束膠、離子束膠、X射線膠等。,光刻技術(shù)及工藝,電子工業(yè)的發(fā)展離不開光刻膠的發(fā)展, 這是由電子工業(yè)微細加工的線寬所決定的。眾所周知,在光刻工藝中離不開曝光。目前采用掩膜版的曝光方式主要有接觸式曝光和投影式曝光兩種。光刻工藝過程光刻膠的種類雖然很多,使用主藝條件依光刻膠的品種不同而有很大的不同,但大體可遵從如下步驟：,a.基片處

5、理： 該工序包括脫脂清洗、高溫處理等部分,有時還需涂粘附增強劑進行表面改性處理。脫脂一般采用溶劑或堿性脫脂劑進行清洗,然后再用酸性清洗劑清洗,最后用純水清洗。 高溫處理通常是在150-160℃對基片進行烘烤去除表面水分。粘附增強劑的作用是將基片表面親水性改變?yōu)樵魉? 便于光刻膠的涂布, 增加光刻膠在基片上的粘附性電。b.涂膠：光刻膠的涂布方式有旋轉(zhuǎn)涂布、輾涂、浸膠及噴涂等多種方式。在電子工業(yè)中應用較多的是旋轉(zhuǎn)涂布。該方式的涂膠厚度一

6、般取決于光刻膠的粘度及涂膠時的轉(zhuǎn)速。膜厚-轉(zhuǎn)速曲線是光刻膠的一個重要特性。,c.前烘： 前烘的目的是為了去除膠膜中殘存的溶劑,消除膠膜的機械應力。在電子工業(yè)中烘烤方式通常有對流烘箱和熱板兩種。前烘的溫度和時間根據(jù)光刻膠種類及膠膜的厚度而定。以北京化學試劑研究所BN308系列紫外負性光刻膠為例,當膠膜厚度為1-2μm時,對流烘箱，70-80℃，20min；熱板，100℃，1min。d.曝光：正確的曝光量是影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素。曝光不夠

7、或曝光過度均會影響復制圖形的再現(xiàn)性。曝光寬容度大有利于光刻膠的應用。光刻膠的曝光量同樣取決于光刻膠的種類及膜厚。以BN308系列負膠為例,當膜厚為1-2μm時,曝光20-30mJ/cm2e.中烘：曝光后顯影前的烘烤,對于化學增幅型光刻膠來說至關(guān)重要,中烘條件的好壞直接關(guān)系到復制圖形的質(zhì)量。重氮萘醌紫外正膠有時為提高圖形質(zhì)量亦進行中烘。,f.顯影：光刻膠的顯影過程一般分為兩步:顯影和漂洗。顯影方式有浸入、噴淋等方式,在集成電路自動生產(chǎn)線

8、上多采用噴淋方式。噴淋顯影由于有一定壓力,能夠較快顯出圖形,一般顯影時間少于1min。漂洗的作用也十分重要,對于環(huán)化橡膠-雙疊氮系紫外負膠,在顯影時有溶脹現(xiàn)象,在漂洗時能夠使圖形收縮,有助于提高圖形質(zhì)量。該系列負膠通常采用正庚烷或?qū)Ｓ蔑@影液進行顯影,用醋酸丁醋或?qū)Ｓ闷匆哼M行漂洗。近年新型混合型顯影液能將該系列負膠的顯影漂洗。酚醛樹脂系紫外正膠則采用堿水溶液顯影，純水漂洗。在電子工業(yè)中此類光刻膠的顯影液多為2.38%的四甲基氫氧化銨水溶

9、液。g.堅膜：堅膜亦稱后烘。該工序的作用是去除殘留的顯影液,并使膠膜韌化。隨后可進行刻蝕、擴散、金屬化等工藝h.去膠：在完成刻蝕、擴散、金屬化等工藝后,通常要將膠膜去除。去膠一般采用專用去膠劑或氧等離子體干法去膠,各種光刻膠及使用樹脂,紫外負型光刻膠： 重鉻酸鹽-膠體聚合物系光刻膠 聚乙烯醇肉桂酸醋系負型光刻膠 環(huán)化橡膠-雙疊氮型紫外負型光刻膠紫外正型光刻膠,,紫外正型光刻膠,紫外正型光刻膠是指經(jīng)紫外

10、光(300-450nm)通過掩膜版照射后,曝光區(qū)膠膜發(fā)生光分解或降解反應,性質(zhì)發(fā)生變化溶于顯影液,未曝光區(qū)膠膜則保留而形成正型圖像的一類光刻膠。在這類光刻膠中,鄰重氮萘醌-線性酚醛樹脂系紫外正型光刻膠在電子工業(yè)中應用最多,是目前電子工業(yè)中使用最多的膠種,下面主要介紹該系列正型光刻膠。顧名思義鄰重氮萘醌-線性酚醛樹脂系紫外正型光刻膠(以下簡稱正膠),主要由①感光劑, 鄰重氮萘醌化合物;②成膜劑,線性酚醛樹脂;③添加劑及溶劑組成。鄰重氮萘醌

11、化合物的不同會導致光刻膠的曝光波長有所不同。因此該系正膠按曝光波長的不同又分為寬譜、G線(436nm)和I線(365nm)膠。,感光機理,正膠在紫外線照射后,曝光區(qū)的鄰重氮茶釀化合物發(fā)生光解反應重排生成茚羧酸,使膠膜加速溶于稀堿水溶液, 未曝光區(qū)由于沒有發(fā)生變化,而沒有加速作用,從而在曝光區(qū)和未曝光區(qū)產(chǎn)生了-個溶解速率差,  經(jīng)稀堿水溶液顯影后產(chǎn)生正性圖像 目前應用的鄰重氮荼釀化合物主要有215鄰重氮萘醌磺酸醋和21