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光刻膠的功能

光刻膠是壹種具有光敏化學作用(或對電子能量敏感)的高分子材料,是轉移紫外曝光或電子束曝光圖案的介質。光刻膠的英文名是resist,也翻譯成resist、photoresist等。光致抗蝕劑的功能是作為抗蝕刻層保護襯底表面。光致抗蝕劑只是壹種圖像,因為它在外觀上是以膠狀液體出現的。

光致抗蝕劑通常以薄膜的形式均勻地覆蓋在襯底的表面上。當被紫外光或電子束照射時,光致抗蝕劑材料的特性將會改變。經過顯影液顯影後,曝光後的負性光刻膠或未曝光的正性光刻膠會殘留在基板表面,從而將設計好的微納結構轉移到光刻膠上,通過後續的刻蝕、沈積等工藝,可以將圖案進壹步轉移到光刻膠下方的基板上,最後可以使用除膠劑去除光刻膠。

2.光刻膠的應用範圍

光刻膠廣泛應用於集成電路(IC)、封裝、微機電系統(MEMS)、光電子/光子學、平板顯示器(LED、LCD、有機發光二極管)、太陽能光伏(Solar PV)等領域。

3.光致抗蝕劑的分類和類型

光刻膠按其形成的圖案極性可分為正性光刻膠和負性光刻膠。

正膠是指聚合物的長鏈分子被光切割成短鏈分子;負膠是指聚合物的短鏈分子因光照而與長鏈分子發生交聯。短鏈分子聚合物可以被顯影液溶解,所以去掉了正膠的曝光部分,而保留了負膠的曝光部分。

①.紫外線光刻膠:

各種工藝:噴塗專用膠、化學放大膠、剝離膠、倒像膠、高分辨率膠、LIGA膠等。

各種波長:用於深紫外、I線、g線和長波曝光的光刻膠。

各種厚度:光刻膠的厚度可以從幾十納米到幾百微米不等。

②.電子束抗蝕劑

電子束上漿:PMMA膠、PMMA/MA聚合物、LIGA膠等。

電子束負片膠:高分辨率電子束負片膠、化學放大膠(高靈敏度電子束膠)等。

③.特殊制造/實驗樣品。

電子束曝光導電膠、耐酸堿保護膠、全息光刻膠、聚酰亞胺膠(耐高溫保護膠)等特殊工藝膠。

④匹配試劑(工藝化學品)

顯影液、除膠劑、稀釋劑、附著力促進劑(粘合劑)、定影液等。

4.光致抗蝕劑的組成

光刻膠壹般由四部分組成:樹脂/聚合物、溶劑、光活性化合物(PAC)和添加劑。其中樹脂聚合物是光刻膠的主體,使光刻膠具有抗蝕刻性;溶劑使光刻膠處於液態,便於塗布;光活性物質是控制光刻膠對某壹波長的光/電子束/離子束/X射線敏感,並發生相應的化學反應;添加劑用於改變光刻膠的壹些特性,比如控制膠水的吸光率/溶解度。

5.光刻膠的主要技術參數

5.1.靈敏度

感光度是衡量光刻膠曝光速度的指標。光刻膠的靈敏度越高,所需的曝光劑量就越小。單位:MJ/cm2或mJ/cm2。

5.2.解決

區分矽片表面相鄰圖形特征的能力。通常,分辨率由臨界尺寸(CD)來衡量。臨界尺寸越小,光刻膠的分辨率越好。

光刻膠的分辨率是壹個綜合指標,影響這個指標的因素通常有三個:

曝光系統的(1)分辨率。

(2)光刻膠的對比度、膠厚和相對分子量。壹般薄膠容易獲得高分辨率的圖形。

(3)前烘、曝光、顯影、後烘等工藝都會影響光刻膠的分辨率。

5.3.對比

對比度是指光致抗蝕劑從曝光區域到未曝光區域的過渡梯度。對比度越好,越容易形成側壁陡峭、高寬比較高的圖案。

5.4.粘性

衡量光刻膠流動特性的壹個參數。通常可以通過使用光致抗蝕劑中聚合物的固體含量來控制粘度。同樣的光刻膠,根據濃度不同可以有不同的粘度,不同的粘度決定了膠水不同的塗層厚度。

5.5.抗蝕刻

光致抗蝕劑必須保持其粘附力,並在隨後的蝕刻過程中保護襯底表面。熱穩定性、耐腐蝕性和耐離子轟擊性。

5.6.過程緯度

烘烤前後的光刻膠溫度、曝光工藝、顯影劑濃度和顯影時間都會對最終的光刻膠圖案產生影響。每種工藝都有相應的最佳工藝條件。當實際工藝條件偏離最佳值時,要求光刻膠的性能變化盡可能小,即有較大的工藝容差。這種光致抗蝕劑對工藝條件的控制有壹定的耐受性。

6.特種光刻膠介紹

6.1.化學放大光致抗蝕劑。

化學放大膠含有壹種叫做“PAG,光酸發生器”的物質。在光刻膠曝光過程中,PAG首先分解產生少量光酸。在曝光之後和顯影之前,這些光酸分子在適當的溫度下烘焙(即PEB,曝光後烘焙),然後它們鏈式反應,產生更多的光酸分子。大量的光酸使光刻膠曝光部分可溶(正膠)或不溶(負膠)。主要的化學反應發生在後烘過程中,產生初始光酸只需要較低的曝光能量,因此化學放大膠通常具有較高的感光度。

6.2.灰度平版印刷術

灰度曝光可以產生曲面的光刻膠輪廓,是制作三維浮雕結構的光學曝光技術之壹。灰色曝光的關鍵在於灰色掩模的制作、灰色光刻膠工藝以及光刻膠浮雕圖案向基板材料的轉移。傳統掩模板只有透光區和不透光區,而灰度掩模板的透光率是用灰度來表示的。實現灰色掩模板的方法是改變掩模的光透射點的密度。

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