光刻胶大全.docx

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光刻胶大全

光刻胶产品前程无量（半导体技巧寰宇）

1        媒介

光刻胶（别名光致抗蚀剂）是指经由过程紫外光.电子束.准分子激光束.X射线.离子束等曝光源的照耀或辐射,使消融度产生变更的耐蚀苛刻膜材料,重要用于集成电路和半导体分立器件的细微图形加工,近年来也慢慢运用于光电子范畴平板显示器（FPD）的制造.因为光刻胶具有光化学迟钝性,可运用其进行光化学反响,经曝光.显影等进程,将所须要的微细图形从掩模版转移至待加工的衬底上,然落后行刻蚀.集中.离子注入等工艺加工,是以是电子信息财产中微电子行业和光电子行业微细加工技巧的症结性基本加工材料.作为经曝光和显影而使消融度增长的正型光刻胶多用于制造IC,经曝光或显影使消融度减小的负型光刻胶多用于制造分立器件.

2        国外情形

跟着电子器件不竭向高集成化和高速化偏向成长,对微细图形加工技巧的请求越来越高,为了顺应亚微米微细图形加工的请求,国外先后开辟了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;结合碳化学（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年世界市场光刻胶临盆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（%）

总计

Source:

GartnerDataquest

今朝,国际上主流的光刻胶产品是分辩率在0.25µm～0.18µm的深紫外正型光刻胶,重要的厂商包含美国Shipley.日本东京应化和瑞士的克莱恩等公司.中国专利CN1272637A2000年公开了国际贸易机械公司创造的193nm光刻胶组合物,在无需相传递掩膜的情形下可以或许分辩尺寸小于150nm,更优选尺寸小于约115nm.2003年美国专利US2003/0082480又公开了ChristianEschbaumer等创造的157nm光刻胶.估计2004年全球光刻胶和助剂的市场范围约37亿美元.

3        国内近况国内重要产品有聚乙烯醇肉桂酸酯（相当于美KPR胶）.聚肉桂叉丙二酸乙二醇酯聚酯胶.环化橡胶型购胶（相当于OMR－83胶）和重氮萘醌磺酰氯为感光剂主体的紫外正型光刻胶（相当于AZ－1350）.个中紫外线负胶已国产化,紫外线正胶可知足2µm工艺请求,深紫外正负胶（聚甲基异丙烯基酮.氯甲基聚苯乙烯,分辩率0.5～0.3µm）.电子束正负胶（聚甲基丙烯酸甲酯一甲基丙烯酸缩水甘油酯一丙烯酸乙酯共聚）（分辩率0.25～0.1µm）.X射线正胶（聚丁烯砜聚1,2一二氯丙烯酸,分辩率0.2µm）,可供给少量产品,用于IC制造的高等次正型胶仍全体依附进口.光刻胶今朝国产才能约为100多吨.据国度有关部分猜测,到2005年微电子用光刻胶将超出200吨.

国内光刻胶重要研制临盆单位有北京化学试剂所.北京化工场.上海试剂一厂.姑苏瑞红电子化学品公司.黄岩有机化工场.无锡化工研讨设计院.北师大.上海交大等.近年来,北京化学试剂所和姑苏瑞红电子化学品公司等单位在平板显示器（FPD）用光刻胶方面进行了大量工作,已研制成功并范围临盆出液晶显示器（LCD）专用正型光刻胶,如北京化学试剂所的BP218系列正型光刻胶实用于TN／STNLCD的光刻制造.北京化学试剂研讨所一向是国度重点科技攻关课题——光刻胶研讨的组长单位.“十五”时代,科技部为了尽快缩小光刻技巧配套用材料与国际先辈程度的差距,将新型高机能光刻胶列入了“863”重大专项筹划之中,并且跨过艺用i线正型光刻胶和248nm深紫外光刻胶两个台阶,直接开展艺用193nm光刻胶的研讨.姑苏瑞红则是微电子化学操行业中惟一一家中外合伙临盆企业,曾作为国度“八五”科研攻关“南边基地”的组长单位,其光刻胶产品以用于LCD的正胶为主,负胶为辅.为加速成长光刻胶财产的程序,北京化学试剂研讨所的上级单位——北京化工团体有限义务公司正在做相干筹划,争夺在“十五”时代,在大兴区兴建的化工基地实现年产光刻胶80吨至100吨的范围.在此筹划中,化工基地前期以临盆紫外负型光刻胶及术用紫外正胶为主,之后还要接踵临盆i线正胶.术用的193nm高机能光刻胶.而姑苏瑞红也正积极地与国外有名的光刻胶厂商合作,进行248nm深紫外光刻胶的财产化工作,争夺使其产品打入国内合伙或独资的集成电路临盆企业.

4        前程无量

近年来,光刻胶在微电子行业中不竭开辟出新的用处,如采取光敏性介质材料制造多芯片组件（MCM）.MCM技巧可大幅度缩小电子体系体积,减轻其质量,并进步其靠得住性.近年来国外在高等军事电子和宇航电子设备中,已普遍地运用MCM技巧.可以预感,成长微电子信息财产及光电财产中不成缺乏的基本工艺材料——光刻胶产品在21世纪的运用将更普遍.更深刻.

光刻胶的界说及重要感化

光刻胶是一种有机化合物,它受紫外光曝光后,在显影液中的消融度会产生变更.一般光刻胶以液态涂覆在硅片概况上,曝光后烘烤成固态.

光刻胶的感化：

  a.将掩膜板上的图形转移到硅片概况的氧化层中;

  b.在后续工序中,呵护下面的材料（刻蚀或离子注入）.

光刻胶来源

光刻开端于一种称作光刻胶的感光性液体的运用.图形能被映射到光刻胶上,然后用一个developer就能做出须要的模板图案.光刻胶溶液平日被扭转式滴入wafer.如图

wafer被装到一个每分钟能转几千转的转盘上.几滴光刻胶溶液就被滴到扭转中的wafer的中间,离心利巴溶液甩到概况的所有地方.光刻胶溶液黏着在wafer上形成一层平均的薄膜.过剩的溶液从扭转中的wafer上被甩失落.薄膜在几秒钟之内就缩到它最终的厚度,溶剂很快就蒸发失落了,wafer上就留下了一薄层光刻胶.最后经由过程烘焙去失落最后剩下的溶剂并使光刻胶变硬以便后续处理.镀过膜的wafer对特定波成的光线很迟钝,特别是紫外（UV）线.相对来说他们仍然对其他波长的,包含红,橙和黄光不太迟钝.所以大多半光刻车间有特别的黄光体系.

光刻胶的重要技巧参数

a.分辩率（resolution）.差别硅片概况相邻图形特点的才能.一般用症结尺寸（CD,CriticalDimension）来权衡分辩率.形成的症结尺寸越小,光刻胶的分辩率越好.

  b.比较度（Contrast）.指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度.比较度越好,形成图形的侧壁越峻峭,分辩率越好.

  c.迟钝度（Sensitivity）.光刻胶上产生一个优越的图形所需必定波长光的最小能量值（或最小曝光量）.单位：

毫焦/平方厘米或mJ/cm2.光刻胶的迟钝性对于波长更短的深紫外光（DUV）.极深紫外光（EUV）等尤为重要.

  d.粘滞性/黏度（Viscosity）.权衡光刻胶流淌特点的参数.粘滞性跟着光刻胶中的溶剂的削减而增长;高的粘滞性会产生厚的光刻胶;越小的粘滞性,就有越平均的光刻胶厚度.光刻胶的比重（SG,SpecificGravity）是权衡光刻胶的密度的指标.它与光刻胶中的固体含量有关.较大的比重意味着光刻胶中含有更多的固体,粘滞性更高.流淌性更差.粘度的单位：

泊（poise）,光刻胶一般用厘泊（cps,厘泊为1%泊）来器量.百分泊即厘泊为绝对粘滞率;活动粘滞率界说为：

活动粘滞率=绝对粘滞率/比重.单位：

百分斯托克斯（cs）＝cps/SG.

e.粘附性（Adherence）.表征光刻胶粘着于衬底的强度.光刻胶的粘附性缺乏会导致硅片概况的图形变形.光刻胶的粘附性必须经受住后续工艺（刻蚀.离子注入等）.

  f.抗蚀性（Anti-etching）.光刻胶必须保持它的粘附性,在后续的刻蚀工序中呵护衬底概况.耐热稳固性.抗刻蚀才能和抗离子轰击才能.

  g.概况张力（SurfaceTension）.液体中将概况分子拉向液体主体内的分子间吸引力.光刻胶应当具有比较小的概况张力,使光刻胶具有优越的流淌性和笼罩.

  h.存储和传送（StorageandTransmission）.能量（光和热）可以激活光刻胶.应当存储在密闭.低温.不透光的盒中.同时必须划定光刻胶的闲置刻日和存贮温度情形.一旦超出存储时光或较高的温度范围,负胶会产生交联,正胶会产生感光延迟.

光刻胶的分类a.依据光刻胶按照若何响应紫外光的特点可以分为两类：

负性光刻胶和正性光刻胶.负性光刻胶（NegativePhotoResist）.最早运用,一向到20世纪70年月.曝光区域产生交联,难溶于显影液.特点：

优越的粘附才能.优越的阻拦感化.感光速度快;显影时产生变形和膨胀.所以只能用于2μm的分辩率.

　　正性光刻胶（PositivePhotoResist）.20世纪70年月,有负性转用正性.正性光刻胶的曝光区域加倍轻易消融于显影液.特点：

分辩率高.台阶笼罩好.比较度好;粘附性差.抗刻蚀才能差.高成本.

  b.依据光刻胶能形成图形的最小光刻尺寸来分：

传统光刻胶和化学放大光刻胶.传统光刻胶.实用于I线（365nm）.H线（405nm）和G线（436nm）,症结尺寸在μm及其以上.

  化学放大光刻胶（CAR,ChemicalAmplifiedResist）.实用于深紫外线（DUV）波长的光刻胶.KrF（248nm）和ArF（193nm）.

光刻胶的化学性质

a.传统光刻胶：

正胶和负胶.

光刻胶的构成：

树脂（resin/polymer）,光刻胶中不合伙料的粘合剂,授与光刻胶的机械与化学性质（如粘附性.胶膜厚度.热稳固性等）;感光剂,感光剂对光能产生光化学反响;溶剂（Solvent）,保持光刻胶的液体状况,使之具有优越的流淌性;添加剂（Additive）,用以改变光刻胶的某些特点,如改良光刻胶产生反射而添加染色剂等.

  　负性光刻胶.树脂是聚异戊二烯,一种自然的橡胶;溶剂是二甲苯;感光剂是一种经由曝光后释放出氮气的光敏剂,产生的自由基在橡胶分子间形成交联.从而变得不溶于显影液.负性光刻胶在曝光区由溶剂引起泡涨;曝光时光刻胶轻易与氮气反响而克制交联.

　　正性光刻胶.树脂是一种叫做线性酚醛树脂的酚醛甲醛,供给光刻胶的粘附性.化学抗蚀性,当没有消融克制剂消失时,线性酚醛树脂会消融在显影液中;感光剂是光敏化合物（PAC,PhotoActiveCompound）,最罕有的是重氮萘醌（DNQ）,在曝光前,DNQ是一种强烈的消融克制剂,下降树脂的消融速度.在紫外曝光后,DNQ在光刻胶中化学分化,成为消融度加强剂,大幅进步显影液中的消融度因子至100或者更高.这种曝光反响会在DNQ中产生羧酸,它在显影液中消融度很高.正性光刻胶具有很好的比较度,所以生成的图形具有优越的分辩率.

b.化学放大光刻胶（CAR,ChemicalAmplifiedResist）.

树脂是具有化学基团呵护（t-BOC）的聚乙烯（PHS）.有呵护团的树脂不溶于水;感光剂是光酸产生剂（PAG,PhotoAcidGenerator）,光刻胶曝光后,在曝光区的PAG产生光化学反响会产生一种酸.该酸在曝光后热烘（PEB,PostExposureBaking）时,作为化学催化剂将树脂上的呵护基团移走,从而使曝光区域的光刻胶由本来不溶于水改变成高度溶于以水为重要成分的显影液.化学放大光刻胶曝光速度异常快,大约是DNQ线性酚醛树脂光刻胶的10倍;对短波长光源具有很好的光学迟钝性;供给陡直侧墙,具有高的比较度;具有μm及其以下尺寸的高分辩率.

光刻胶的重要运用范畴

模仿半导体（AnalogSemiconductors）

  发光二极管（Light-EmittingDiodesLEDs）

  微机电体系（MEMS）

  太阳能光伏（SolarPV）

  微流道和生物芯片（Microfluidics&Biochips）

  光电子器件/光子器件（Optoelectronics/Photonics）

  封装（Packaging）

光刻胶的成长趋向

中国的微电子和平板显示财产成长敏捷,带动了光刻胶材料与高纯试剂供给商等财产链中的相干配套企业的树立和成长.特别是2009年LED（发光二极管）的缓慢成长,加倍有力地推进了光刻胶财产的成长.中国的光刻胶财产市场在原有分立器件.IC.LCD（液晶显示器）的基本上,又参加了LED,再加上光伏的潜在市场,到2010年中国的光刻胶市场将超出20亿元,将占国际光刻胶市场比例的10%以上.

从国内相干财产对光刻胶的需求量来看,今朝重要照样以紫外光刻胶的用量为主,个中的中小范围（5μm以上技巧）及大范围集成电路（5μm.2~3μμm技巧）企业.分立器件临盆企业对于紫外负型光刻胶的需求总量将分离达到100吨/年~150吨/年;用于集成电路.液晶显示的紫外正性光刻胶及用于LED的紫外正负性光刻胶的需求总量在700吨/年~800吨/年之间.但是超大范围集成电路深紫外术）与193nm（90nm.65nm及45nm的技巧）光刻胶跟着Intel大连等数条大尺寸线的树立,需求量也一日千里.