光刻胶大全之令狐文艳创作

光刻胶产品前途无量（半导体技术天地）

令狐文艳

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 Shipley 139.2 21.0 174.6 20.3 JSR 117.6 17.7 138.4 16.1 Shin-Etsu

Chemical 70.1 10.6 74.2 8.6 Arch Chemicals 63.7 9.6 84.1 9.8 其他122.2 18.5 171.6 20.0 总计662.9 100.0 859.4 100.0

Source: Gartner Dataquest

目前，国际上主流的光刻胶产品是分辨率在0.25µm～0.18µm的深紫外正型光刻胶，主要的厂商包括美国Shipley、日本东京应化和瑞士的克莱恩等公司。中国专利CN1272637A2000年公开了国际商业机器公司发明的193nm光刻胶组合物，在无需相传递掩膜的情况下能够分辨尺寸小于150nm，更优选尺寸小于约115nm。2003年美国专利US2003/0082480又公开了Christian Eschbaumer 等发明的157nm光刻胶。预计2004年全球光刻胶和助剂的市场规模约37亿美元。

3 国内现状国内主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）。其中紫外线负胶已国产化，紫外线正胶可满足2µm工艺要求，深紫外正负胶（聚甲基异丙烯基酮、氯甲基聚苯乙烯，分辨率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）（分辨率0.25～0.1µm）、X 射线正胶（聚丁烯砜聚1，2一二氯丙烯酸，分辨率

0.2µm），可提供少量产品，用于IC制造的高档次正型胶仍全部依赖进口。光刻胶目前国产能力约为100多吨。据国家有关部门预测，到2005年微电子用光刻胶将超过200吨。国内光刻胶主要研制生产单位有北京化学试剂所、北京化工厂、上海试剂一厂、苏州瑞红电子化学品公司、黄岩有机化工厂、无锡化工研究设计院、北师大、上海交大等。近年来，北京化学试剂所和苏州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，已研制成功并规模生产出液晶显示器（LCD）专用正型光刻胶，如北京化学试剂所的BP218系列正型光刻胶适用于TN／STNLCD的光刻制作。北京化学试剂研究所一直是国家重点科技攻关课题——光刻胶研究的组长单位。“十五”期间，科技部为了尽快缩小光刻技术配套用材料与国际先进水平的差距，将新型高性能光刻胶列入了“863”重大专项计划之中，并且跨过0.35µm和0.25µm工艺用i线正型光刻胶和248nm深紫外光刻胶两个台阶，直接开展0.1µm～0.13µm工艺用193nm光刻胶的研究。苏州瑞红则是微电子化学品行业中惟一一家中外合资生产企业，曾经作为国家“八五”科研攻关“南方基地”的组长单位，其光刻胶产品以用于LCD的正胶为主，负胶为辅。为加快发展光刻胶产业的步伐，北京化学试剂研究所的上级单位

——北京化工集团有限责任公司正在做相关规划，争取在“十五”期间，在大兴区兴建的化工基地实现年产光刻胶80吨至100吨的规模。在此规划中，化工基地前期以生产紫外负型光刻胶及0.8µm～1.2µm技术用紫外正胶为主，之后还要相继生产i线正胶、248nm深紫外光刻胶及0.1µm～0.13µm技术用的193nm高性能光刻胶。而苏州瑞红也正积极地与国外著名的光刻胶厂商合作，进行248nm深紫外光刻胶的产业化工作，争取使其产品打入国内合资或独资的集成电路生产企业。

4 前途无量近年来，光刻胶在微电子行业中不断开发出新的用途，如采用光敏性介质材料制作多芯片组件(MCM)。MCM技术可大幅度缩小电子系统体积，减轻其质量，并提高其可靠性。近年来国外在高级军事电子和宇航电子装备中，已广泛地应用MCM技术。可以预见，发展微电子信息产业及光电产业中不可缺少的基础工艺材料——光刻胶产品在21世纪的应用将更广泛、更深入。

光刻胶的定义及主要作用光刻胶是一种有机化合物，它受紫外光曝光后，在显影液中的溶解度会发生变化。一般光刻胶以液态涂覆在硅片表面上，曝

光后烘烤成固态。光刻胶的作用：

a、将掩膜板上的图形转移到硅片表面的氧化层中；

b、在后续工序中，保护下面的材料（刻蚀或离子注入）。光刻胶起源光刻开始于一种称作光刻胶的感光性液体的应用。图形能被映射到光刻胶上，然后用一个developer就能做出需要的模板图案。光刻胶溶液通常被旋转式滴入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旋转中的wafer的中心，离心力把溶液甩到表面的所有地方。光刻胶溶液黏着在wafer上形成一层均匀的薄膜。多余的溶液从旋转中的wafer上被甩掉。薄膜在几秒钟之内就缩到它最终的厚度，溶剂很快就蒸发掉了，wafer上就留下了一薄层光刻胶。最后通过烘焙去掉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敏感，特别是紫外（UV）线。相对来说他们仍旧对其他波长的，包括红，橙和黄光不太敏感。所以大多数光刻车间有特殊的黄光系统。

光刻胶的主要技术参数a、分辨率（resolution）。区别硅片表面相邻图形特征的能