光刻膠主要用于圖形化工藝

以半導(dǎo)體行業(yè)為例,光刻膠主要用于半導(dǎo)體圖形化工藝。圖形化工藝是半導(dǎo)體制造過程中的核心工藝。圖形化可以簡單理解為將設(shè)計(jì)的圖像從掩模版轉(zhuǎn)移到晶圓表面合適的位置。

一般來講圖形化主要包括光刻和刻蝕兩大步驟,分別實(shí)現(xiàn)了從掩模版到光刻膠以及從光刻膠到晶圓表面層的兩步圖形轉(zhuǎn)移,流程一般分為十步:1.表面準(zhǔn)備,2.涂膠,3.軟烘焙,4.對準(zhǔn)和曝光,5.顯影,6.硬烘焙,7.顯影檢查,8.刻蝕,9.去除光刻膠,10.終檢查。

具體來說,在光刻前首先對于晶圓表面進(jìn)行清洗,主要采用相關(guān)的濕化學(xué)品,包括氨水等。

晶圓清洗以后用旋涂法在表面涂覆一層光刻膠并烘干以后傳送到光刻機(jī)里。在掩模版與晶圓進(jìn)行精準(zhǔn)對準(zhǔn)以后,光線透過掩模版把掩模版上的圖形投影在光刻膠上實(shí)現(xiàn)曝光,這個(gè)過程中主要采用掩模版、光刻膠、光刻膠配套以及相應(yīng)的氣體和濕化學(xué)品。

對曝光以后的光刻膠進(jìn)行顯影以及再次烘焙并檢查以后,實(shí)現(xiàn)了將圖形從掩模版到光刻膠的次圖形轉(zhuǎn)移。在光刻膠的保護(hù)下,對于晶圓進(jìn)行刻蝕以后剝離光刻膠然后進(jìn)行檢查,實(shí)現(xiàn)了將圖形從光刻膠到晶圓的第二次圖形轉(zhuǎn)移。

目前主流的刻蝕辦法是等離子體干法刻蝕,主要用到含氟和含體。

光刻膠分類

正性光刻膠和負(fù)性光刻膠

光刻膠可依據(jù)不同的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。按照化學(xué)反應(yīng)和顯影的原理,光刻膠可分為正性光刻膠和負(fù)性光刻膠。如果顯影時(shí)未曝光部分溶解于顯影液,形成的圖形與掩膜版相反,稱為負(fù)性光刻膠;如果顯影時(shí)曝光部分溶解于顯影液,形成的圖形與掩膜版相同,稱為正性光刻膠。

在實(shí)際運(yùn)用過程中,由于負(fù)性光刻膠在顯影時(shí)容易發(fā)生變形和膨脹的情況,一般情況下分辨率只能達(dá)到 2 微米,因此正性光刻膠的應(yīng)用更為廣泛。

光刻膠的相關(guān)內(nèi)容

光刻膠必須滿足幾個(gè)硬性指標(biāo)要求：高靈敏度，高對比度，好的蝕刻阻抗性，高分辨力，易于處理，高純度，長壽命周期，低溶解度，低成本和比較高的玻璃化轉(zhuǎn)換溫度（Tg）。主要的兩個(gè)性能是靈敏度和分辨力。

感光膠的主要成分是樹脂或基體材料、感光化合物以及可控制光刻膠機(jī)械性能并使其保持液體狀態(tài)的溶劑。樹脂在曝光過程中改變分子結(jié)構(gòu)。感光化合物控制樹脂定相的化學(xué)反應(yīng)速度。溶劑使得膠能在圓片上旋轉(zhuǎn)擦敷并形成薄瞙。沒有感光化合物的光刻膠稱為單成分膠或單成分系統(tǒng)，有一種感光劑的情形下，稱為二成分系統(tǒng)。因?yàn)槿軇┖推渌砑游锊慌c膠的感光反應(yīng)發(fā)生直接關(guān)系，它們不計(jì)入膠的成分。

在曝光過程中，正性膠通過感光化學(xué)反應(yīng)，切斷樹脂聚合體主鏈和從鏈之間的聯(lián)系，達(dá)到削弱聚合體的目的，所以曝光后的光刻膠在隨后顯影處理中溶解度升高。曝光后的光刻膠溶解速度幾乎是未曝光的光刻膠溶解速度的10倍。而負(fù)性膠，在感光反應(yīng)過程中主鏈的隨機(jī)十字鏈接更為緊密，并且從鏈下墜物增長，所以聚合體的溶解度降低。見正性膠在曝光區(qū)間顯影，負(fù)性膠則相反。負(fù)性膠由于曝光區(qū)間得到保留，漫射形成的輪廓使顯影后的圖像為上寬下窄的圖像，而正性膠相反，為下寬上窄的圖像。

光刻膠的性能

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光刻膠產(chǎn)品種類多、專用性強(qiáng)，是典型的技術(shù)密集型行業(yè)。不同用途的光刻膠曝光光源、反應(yīng)機(jī)理、制造工藝、成膜特性、加工圖形線路的精度等性能要求不同，導(dǎo)致對于材料的感光性能、溶解性、耐蝕刻性、耐熱性等要求不同。因此每一類光刻膠使用的原料在化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能上都比較特殊，要求使用不同品質(zhì)等級的光刻膠專用化學(xué)品。