光刻胶又称光致抗蚀剂。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。它利用感光树脂光照后,树脂的溶解性或亲和性发生明显的变化,在光 刻工艺过程中,用做抗腐蚀涂层材料。半导体材料在表面加工时,采用适当的有选择性的光刻胶,使表面上得到所需的图像。光刻胶按其形成的图像分类有正、负型 两大类。在光刻工艺过程中,涂层曝光、显影后,曝光部分衩溶解,未曝光部分留下来,该辞涂层材料为正型光刻胶;如果曝光部分保留下来,而未曝光部分被溶 解,该涂层材料为负型光刻胶。光刻胶生产技术复杂,品种规格较多,在电子工业集成电路的制造中使用光刻胶更是要求严格,而当集成电路向大规模、超大规模发 展时,曝光光源由紫外光向远紫外、电子束、X射线、离子束辐射光源变化,对光刻胶性能要求更高。
(1 )紫外负型光刻胶
1954 年 EastMan-Kodak 公司合成了人类第一种感光聚合物——聚乙烯醇肉桂酸酯,开创了聚乙烯醇肉桂酸酯及其衍生物类光刻胶体系,这是人类先应用在电子工业上的光刻胶。1958 年 Kodak 公司又开发出了环化橡胶-双叠氮系光刻胶。
(2 )紫外正型光刻胶
1950 年左右开发出的酚醛树脂—重氮萘醌正型光刻胶用稀碱水显影,显影时不存在胶膜溶胀问题,因此分辨率较高,且抗干法蚀刻性较强,故能满足大规模集成电路及超大规模集成电路的制作。紫外正型光刻胶根据所用的曝光机不同,又可分为宽谱紫外正胶(2-3μm,0.8-1.2μm)、G 线正胶(0.5-0.6μm)、I 线(0.35-0.5μm)正胶,主要用于集成电路制造及 LCD 制造。
(3)深紫外光刻胶 深紫外光刻胶
与紫外光刻胶不同的是,深紫外光刻胶均为化学放大光刻胶(CAR)。CAR 的特点是:在光刻胶中加入光致产酸剂,在光辐射下,产酸剂分解出酸,在中烘时,酸作为催化剂,催化成膜树脂脱去保护基团(正胶),或催化交联剂与成膜树脂发生交联反应(负胶)
(4 )下一代 EUV 光刻胶
正在推进中的 EUV 光刻机需要搭配其特别的光刻胶,而 EUV 光刻机的技术也对EUV 光刻胶提出了相当苛刻的要求。EUV 光刻胶需要有低吸光率、高透明度、高抗蚀刻性、高分辨率(小于 22nm)、高灵敏度、低曝光剂量(小于 10mJ/cm 2 )、高环境稳定性、低产气作用和低的线边缘粗糙度(小于 1.5nm)等。
光刻十步法工艺过程
表面准备:清洗并甩干晶圆表面
涂胶:用旋涂法在表面涂覆一层薄的光刻胶
软烘焙:通过加热使光刻胶溶剂部分蒸发
对准和曝光:掩膜版与晶圆的**对准,并使光刻胶曝光
显影:去除非聚合的光刻胶
硬烘焙:对溶剂的继续蒸发
显影检查:检查表面的对准和缺陷
刻蚀:将晶圆顶层通过光刻胶的开口部分去除
剥离:将晶圆上的光刻胶去除
*终检查:对于刻蚀的不规则和其他问题进行表面检查
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