負(fù)性光刻膠原理

又稱光致抗蝕劑，是一種由感光樹脂、增感劑（見光譜增料）和溶劑三種主要成分組成的對(duì)光敏感的混合液體。

原理

光刻膠在接受一定波長的光或者射線時(shí),會(huì)相應(yīng)的發(fā)生一種光化學(xué)反應(yīng)或者激勵(lì)作用。光化學(xué)反應(yīng)中的光吸收是在化學(xué)鍵合中起作用的處于原子外層的電子由基態(tài)轉(zhuǎn)入激勵(lì)態(tài)時(shí)引起的。對(duì)于有機(jī)物，基態(tài)與激勵(lì)態(tài)的能量差為3~6eV，相當(dāng)于該能量差的光(即波長為0.2~0.4μm的光)被有機(jī)物強(qiáng)烈吸收，使在化學(xué)鍵合中起作用的電子轉(zhuǎn)入激勵(lì)態(tài)。化學(xué)鍵合在受到這種激勵(lì)時(shí)，或者分離或者改變鍵合對(duì)象，發(fā)生化學(xué)變化。電子束、X射線及離子束(即被加速的粒子)注入物質(zhì)后，因與物質(zhì)具有的電子相互作用，能量逐漸消失。電子束失去的能量轉(zhuǎn)移到物質(zhì)的電子中，因此生成激勵(lì)狀態(tài)的電子或二次電子或離子。這些電子或離子均可誘發(fā)光刻膠的化學(xué)反應(yīng)。

光刻膠的概述　　

光刻膠也稱為光致抗蝕劑，是一種光敏材料，它受到光照后特性會(huì)發(fā)生改變。光刻膠主要用來將光刻掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓片上。

光刻膠有正膠和負(fù)膠之分。正膠經(jīng)過曝光后，受到光照的部分變得容易溶解，經(jīng)過顯影后被溶解，只留下未受光照的部分形成圖形；而負(fù)膠卻恰恰相反，經(jīng)過曝光后，受到光照的部分會(huì)變得不易溶解，經(jīng)過顯影后，留下光照部分形成圖形。

負(fù)膠在光刻工藝上應(yīng)用早，其工藝成本低、產(chǎn)量高，但由于它吸收顯影液后會(huì)膨脹，導(dǎo)致其分辨率（即光刻工藝中所能形成圖形）不如正膠，因此對(duì)于亞微米甚至更小尺寸的加工技術(shù)，主要使用正膠作為光刻膠。

光刻膠的生產(chǎn)步驟　　

1、準(zhǔn)備基質(zhì)：在涂布光阻劑之前，硅片一般要進(jìn)行處理，需要經(jīng)過脫水烘培蒸發(fā)掉硅片表面的水分，并涂上用來增加光刻膠與硅片表面附著能力的化合物以及硅二乙胺。

2、涂布光阻劑（photo resist）：將硅片放在一個(gè)平整的金屬托盤上，托盤內(nèi)有小孔與真空管相連，硅片就被吸在托盤上，這樣硅片就可以與托盤一起旋轉(zhuǎn)。

3、軟烘干：也稱前烘。在液態(tài)的光刻膠中，溶劑成分占65％－85％，甩膠之后雖然液態(tài)的光刻膠已經(jīng)成為固態(tài)的薄膜，但仍有10％－30％的溶劑，容易玷污灰塵。通過在較高溫度下進(jìn)行烘培，可以使溶劑從光刻膠中揮發(fā)出來，從而降低了灰塵的玷污。

4、曝光：曝光過程中，光刻膠中的感光劑發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，從而使正膠的感光區(qū)、負(fù)膠的非感光區(qū)能夠溶解于顯影液中。正性光刻膠中的感光劑DQ發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，變?yōu)橐蚁┩?，進(jìn)一步水解為茚并羧酸，羧酸對(duì)堿性溶劑的溶解度比未感光的感光劑高出約100倍，同時(shí)還會(huì)促進(jìn)酚醛樹脂的溶解。于是利用感光與未感光的光刻膠對(duì)堿性溶劑的不同溶解度，就可以進(jìn)行掩膜圖形的轉(zhuǎn)移。

5、顯影（development） ：經(jīng)顯影，正膠的感光區(qū)、負(fù)膠的非感光區(qū)溶解于顯影液中，曝光后在光刻膠層中的潛在圖形，顯影后便顯現(xiàn)出來，在光刻膠上形成三位圖形。為了提高分辨率，幾乎每一種光刻膠都有專門的顯影液，以保證高質(zhì)量的顯影效果。

6、硬烘干：也稱堅(jiān)膜。顯影后，硅片還要經(jīng)過一個(gè)高溫處理過程，主要作用是除去光刻膠中剩余的溶劑，增強(qiáng)光刻膠對(duì)硅片表面的附著力，同時(shí)提高光刻膠在刻蝕和離子注入過程中的抗蝕性和保護(hù)能力。

7、刻（腐）蝕或離子注入

8、去膠：刻蝕或離子注入之后，已經(jīng)不再需要光刻膠作保護(hù)層，可以將其除去，稱為去膠，分為濕法去膠和干法去膠，其中濕法去膠又分去膠和無機(jī)溶劑去膠。

光刻膠的主要技術(shù)參數(shù)

1、分辨率:區(qū)別硅片表面相鄰圖形特性的能力，一般用關(guān)鍵尺寸來衡量 分辨率。形成的關(guān)鍵尺寸越小，光刻膠的分辨率越好。

2、對(duì)比度:指光刻膠從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過渡的陡度。對(duì)比度越好，形成圖形的側(cè)壁越陡峭，分辨率越好。

3、敏感度:光刻膠上產(chǎn)生一 個(gè)良好的圖形所需一 定波長的小能量值(或小曝光量)。單位:焦/平方厘米或mJ/cm2.光刻膠

的敏感性對(duì)于波長更短的深紫外光(DUV)、極深紫外光(EUV)等尤為重要。

4、粘滯性/黏度:衡量光刻膠流動(dòng)特性的參數(shù)。粘滯性隨著光刻膠中的溶劑的減少而增加;高的粘滯性會(huì)產(chǎn)生厚的光刻膠;越小的

粘滯性，就有越均勻的光刻膠厚度。

5、粘附性:表征光刻膠粘著于襯底的強(qiáng)度。光刻膠的粘附性不足會(huì)導(dǎo)致硅片表面的圖形變形。

6、抗蝕性:光刻膠必須保持它的粘附性，在后續(xù)的刻蝕I序中保護(hù)襯底表面。

7、表面張力:液體中將表面分子拉向液體主體內(nèi)的分子間吸引力。光刻膠應(yīng)該具有比較小的表面張力，使光刻膠具有良好的流動(dòng)性和覆蓋。

8、存儲(chǔ)和傳送:能量可以啟動(dòng)光刻膠。應(yīng)該存儲(chǔ)在密閉、低溫、不透光的盒中。 同時(shí)必須規(guī)定光刻膠的閑置期限和存貯溫度環(huán)境。

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