光刻工艺光刻胶

光刻胶的深入学习与新型光刻胶

张智楠

电科111 信电学院 山东工商学院 264000

摘要：首先，本文从光刻中的光刻胶、光刻胶的分类、光刻胶的技术指标（物理特性）这几个方面对光刻工艺中的光刻胶进行了详细的深入学习；其次，介绍了当代几种应用广泛的光刻胶以及新型光刻胶；最后，对光刻胶的发展趋势进行了简单的分析。

关键词：光刻、光刻胶、紫外负型光刻胶、紫外正型光刻胶、远紫外光刻胶。

光刻(photoetching)工艺可以称得上是微电子工艺中最为关键的技术，决定着制造工艺的先进程度。光刻就是，在超净环境中，将掩膜上的几何图形转移到半导体晶体表面的敏光薄材料上的工艺过程。而此处的敏光薄材料就是指光刻胶（photoresist）。光刻胶又称光致抗蚀剂、光阻或光阻剂，由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像。

光刻胶的技术复杂，品种较多。对此探讨以下两种分类方法：

1、光刻胶根据在显影过程中曝光区域的去除或保留可分为两种——正性光刻胶（positive photoresist）和负性光刻胶（negative photoresist）。正性光刻胶之曝光部分发生光化学反应会溶于显影液，而未曝光部份不溶于显影液，仍然保留在衬底上，将与掩膜上相同的图形复制到衬底上。负性光刻胶之曝光部分因交联固化而不溶于阻显影液，而未曝光部分溶于显影液，将与掩膜上相反的图形复制到衬底上。正胶的优点是分辨率比较高，缺点是粘附性不好，阻挡性弱。与之相反，负胶的粘附性好，阻挡性强，但是分辨率不高。

2、基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。一是光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。二是光分解型，采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。三是光交联型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。

光刻胶产品前途无量（半导体技术天地）

1 前言

光刻胶(又名光致抗蚀剂)是指通过紫外光、电子束、准分子激光束、X射线、离子束等曝光源的照射或辐射，使溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料，主要用于集成电路和半导体分立器件的细微图形加工，近年来也逐步应用于光电子领域平板显示器（FPD）的制作。由于光刻胶具有光化学敏感性，可利用其进行光化学反应，经曝光、显影等过程，将所需要的微细图形从掩模版转移至待加工的衬底上，然后进行刻蚀、扩散、离子注入等工艺加工，因此是电子信息产业中微电子行业和光电子行业微细加工技术的关键性基础加工材料。作为经曝光和显影而使溶解度增加的正型光刻胶多用于制作IC，经曝光或显影使溶解度减小的负型光刻胶多用于制作分立器件。

2 国外情况

随着电子器件不断向高集成化和高速化方向发展，对微细图形加工技术的要求越来越高，为了适应亚微米微细图形加工的要求，国外先后开发了g线（436nm）、i线（365nm）、深紫外、准分子激光、化学增幅、电子束、X射线、离子束抗蚀剂等一系列新型光刻胶。这些品种较有代表性的负性胶如美国柯达（Kodak）公司的KPR、KMER、KLER、KMR、KMPR等；联合碳化学（UCC）公司的KTI系列；日本东京应化（Tok）公司的TPR、SVR、OSR、OMR；合成橡胶（JSR）公司的CIR、CBR系列；瑞翁（Zeon）公司的ZPN系列；德国依默克（E.Merk）公司的Solect等。正性胶如：美国西帕来（Shipely）公司的AZ系列、DuPont公司的Waycot系列、日本合成橡胶公司的PFR等等。

2000~2001年世界市场光刻胶生产商的收益及市场份额

公司 2001年收益 2001年市场份额（%） 2000年收益 2000年市场份额（%）

Tokyo Ohka

Kogyo 150.1 22.6 216.5 25.2

1 / 9 光刻工艺介绍

一、定义与简介

光刻是所有四个基本工艺中最关键的，也就是被称为大家熟知的photo，lithography，photomasking, masking, 或microlithography。在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成，这些部件是预先做在一块或者数块光罩上，并且结合生成薄膜，通过光刻工艺过程，去除特定部分，最终在晶圆上保留特征图形的部分。

光刻其实就是高科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微小尺寸下完成，现在先进的硅12英寸生产线已经做到22nm，我们这条线的目标6英寸砷化镓片上做到0.11um。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件的关联正确。 2 / 9

二、光刻工艺流程介绍

光刻与照相类似，其工艺流程也类似：

实际上，普通光刻工艺流程包括下面的流程： 3 / 9

1) Substrate Pretreatment 即预处理，目的是改变晶圆表面的性质，使其能和光刻胶（PR）粘连牢固。主要方法就是涂HMDS，在密闭腔体内晶圆下面加热到120℃，上面用喷入氮气加压的雾状HMDS，使得HMDS和晶圆表面的-OH健发生反应已除去水汽和亲水健结构，反应充分后在23℃冷板上降温。该方法效果远比传统的热板加热除湿好。

2) Spin coat即旋转涂光刻胶，用旋转涂布法能提高光刻胶薄膜的均匀性与稳定性。光刻胶中主要物质有树脂、溶剂、感光剂和其它添加剂，感光剂在光照下会迅速反应。一般设备的稳定工作最高转速不超过4000rpm，而最好的工作转速在2000～3000rpm。

3) Soft Bake(Pre-bake)即软烘，目的是除去光刻胶中溶剂。一般是在90℃的热板中完成。

4) Exposure即曝光，这也是光刻工艺中最为重要的一步，就是用紫外线把光罩上的图形成像到晶圆表面，从而把光罩上面的图形转移到晶圆表面上的光刻胶中。这一步曝光的能量(Dose)和成像焦点偏移(Focus offset)尤为重要.

光刻胶参数及光刻工艺

1、正性光刻胶RZJ-304

规格

RZJ-304：25mpa·s，50mpa·s（粘稠度），配用显影液：RZX-3038

匀胶曲线

注：粉色为50cp，蓝色为25cp

推荐工艺条件

①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.0～3.5μm

②前烘：热板100℃×90sec

③曝光：50～75mj/cm2（计算方法:取能量60mj/cm2取光强400×102um/cm2，

则60/40=1.5s）

④显影：23℃，RZX-3038，1min，喷淋或浸渍

⑤清洗：去离子水30sec

⑤后烘：热板120℃×120sec2、正性光刻胶S1813

规格

S1813，配用显影液为ZX-238

匀胶曲线

推荐工艺条件1（以具体工艺为参考）

①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.23um（1.1～1.9μm）

②前烘：热板115℃×60sec

③曝光：150mj/cm2

④显影：21℃，ZX-238，65sec，喷淋或浸渍

⑤清洗：去离子水30sec

⑥后烘：热板125℃×120sec3、负性光刻胶AZ-5214

规格

AZ-5214，配用显影液AZ-300

匀胶表格（单位：微米）

推荐工艺条件1（以具体工艺为参考）

①涂布：23℃，旋转涂布，膜厚1.47um（1.14～1.98μm）

②前烘：热板100℃×90sec

③曝光：240mj/cm2

④后烘：115℃×120sec

⑤泛曝光：>200mj/cm2

⑥显影：21℃，AZ-300，60sec，喷淋或浸渍

⑦清洗：去离子水30sec

⑧坚膜：热板120℃×180sec

注意：

紧急救护措施（对于光刻胶）

①吸入：转移至空气新鲜处，必要时进行人工呼吸或就医。

②皮肤接触：肥皂水清洗后自来水清洗。

③眼睛接触：流动清水清洗15分钟以上，必要时就医。