2020-02-05小刘科研笔记之光刻工艺中的关键材料--光刻胶（一）

光刻胶是涂覆在基底表面的一层材料，正是通过对光刻胶的图形化，进而实现基底上的图形转移。

一、光刻胶的成分

光刻胶（photoresist，也作光致抗蚀剂，光阻），是一种由聚合物树脂（resin），光敏化合物（photoactive compound）和溶剂等混合而成的胶状液体，从成份上来讲，都是碳基有机化合物。

1.树脂，作为粘合剂的聚合物混合物，决定了光刻胶的机械和化学性能；

2.光敏化合物，决定了光刻胶的光敏感度：当受到特定波长能量束作用后，光敏化合物会分解或者聚合，激发化学反应，使受辐照区域在某些特定溶液中的溶解特性发生改变，或溶解性被增强或变得更难溶，进而形成光刻胶图案；

3.溶剂，则可以改变光刻胶的粘度，从而在合理的转速范围内得到所要的厚度。

二、光刻胶的分类

1.根据曝光后的特性分类

光刻胶有多种分类方法。最直观的是根据曝光后的特性分类：在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，曝光部分以断链反应为主，在显影液中溶解，这样的光刻胶为正胶（positive photoresist）。与之相反，曝光部分以交联反应为主，在显影液中不易溶解，这样的光刻胶为负胶（negative photoresist）。

正/负胶光刻工艺示意图

2.按照感光波长来分类

（1） 用于I-线（365nm波长）和G-线（405nm波长）的光刻胶

目前绝大部分的I-线、G-线胶，都是以酚醛树脂（novolac resin）和二氮醌（diazoquinone，DNQ）为主要成分。分辨率高，且抗干法刻蚀性较强的显著优势使得I/G线紫外正胶广泛应用于0.8-1.2 mm、0.5-0.6 mm及0.35 mm集成电路的制作及液晶平面显示器等较大面积的电子产品制作。

（2）用于248 nm波长的光刻胶

酚醛树脂对250nm下波长的光有较强的吸收率，因此无法应用到248nm波长的光刻工艺。目前所有248nm、193nm以及193nm浸没式光刻胶都是化学放大胶。化学放大胶的主要成分是聚合物树脂、光致产酸剂（photo acid generator，PAG）以及相应的添加剂（additives）和溶剂。光子被PAG吸收后，PAG分解释放酸H+，酸分子作为催化剂，催化了化学放大式的反应模式，使得化学放大胶对光照非常敏感，很小的剂量就能完成整个区域的曝光。化学放大胶的基本工作原理可以用下图来描述。

化学放大胶的作用原理

（3）用于193 nm波长的光刻胶

193nm光刻胶的设计理念与248nm胶类似，主要成分有聚合物树脂、光致产酸剂、中和光之产酸剂的碱性中和剂（base quencher），另外还有功能添加剂（additives）。这些添加剂会对光刻胶的性能作微调，使之能符合特定工艺的要求。

（4）电子束光刻胶

电子束对光刻胶的曝光与光学曝光本质上是一样的，是利用高分子聚合物对电子敏感反应而形成曝光图形，可以获得非常高的分辨率。

PMMA胶在电子束的作用下发生断链反应

电子束作为下一代光刻技术要求所对应的光刻胶具有高的灵敏度、对比度以及抗干法刻蚀选择性。目前，电子光刻胶的品种主要有：

a) 聚甲基丙烯酸甲酯及其衍生物，典型的有PMMA等正性光刻胶；

b) 环氧系负胶，以甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸乙酯的共聚物COP为代表；

c) 硅酮树脂系负胶，如硅油、硅橡胶等；

d) 聚砜系正胶，以聚（丁烯-1-砜）PBS为代表。

END

不积珪步，无以至千里；不积细流，无以成江海。做好每一份工作，都需要坚持不懈的学习。

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