第二章-3(光刻胶)
光刻胶的生产工艺和技术参数是什么
光刻胶的生产工艺和技术参数是什么光刻胶是一种用于半导体制造中的关键材料。
在半导体工艺中，光刻胶的主要作用是通过光刻技术制造微小的电路元件，并在芯片上制造图案，从而实现图案的转移和光刻胶的去除。
本文将重点探讨光刻胶的生产工艺和技术参数。
一、光刻胶的组成光刻胶主要由以下几种基本成分组成：1. 基质材料：用于提供光刻胶的基本结构和力学性能。
2. 感光剂：用于吸收光线并引起发生光化学反应，从而产生化学或物理变化。
3. 催化剂：用于加速光化学反应，使得光刻胶的反应速率更快。
4. 稳定剂：用于改善光刻胶的稳定性，使其能够长期保存。
二、光刻胶的生产工艺生产光刻胶的过程可以分为前处理、生产、净化和包装等几个步骤，我们来逐一了解：1. 前处理前处理是制备光刻胶的最重要的步骤之一。
在这个步骤中，制造商将基质材料和各种辅助剂添加到反应器中，然后进行搅拌和混合，以制备基本的光刻胶材料。
2. 生产在光刻胶的生产过程中，制造商会将感光剂和稳定剂加入到反应器中，并进行混合和加热操作。
这一过程一般会持续几个小时，直到反应完成。
3. 净化净化是生产中不可或缺的一个步骤，它的目的是消除杂质，保证光刻胶的纯度。
在净化过程中，制造商将光刻胶置于高温环境中，使其能够分离出杂质和其他材料。
4. 包装在完成净化过程后，制造商将光刻胶转移到密封的容器中，以便将其运输到下一个加工环节。
在此期间，制造商还将对光刻胶进行检验和质量控制，以确保其完全符合规格。
三、光刻胶的技术参数在对光刻胶的生产工艺有了基本了解之后，我们再来了解一下光刻胶的主要技术参数。
这些参数包括：1. 光刻胶的感光速度：该参数指的是光刻胶在光照的情况下引起化学反应的速度。
2. 光刻胶的灵敏度：该参数指的是光刻胶在光照的情况下最小可分辨的特征尺寸。
3. 光学和机械性能：这些参数涉及到光刻胶的强度、硬度、抗沾污性和成型性能等。
4. 化学性质：光刻胶的化学性质包括其pH值、热稳定性、可溶性和耐化学腐蚀性等。
光刻胶
抗蚀性（Anti-etching; Etching resistance）即光刻胶材料在刻蚀过程中的抵抗力。在图形从光刻胶转 移到晶片的过程中，光刻胶材料必须能够抵抗高能和高温（>150℃）而不改变其原有特性 。在后续的刻蚀工序 中保护衬底表面。耐热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力 。在湿法刻蚀中，印有电路图形的光刻胶需要连 同硅片一同置入化学刻蚀液中，进行很多次的湿法腐蚀。只有光刻胶具有很强的抗蚀性，才能保证刻蚀液按照所 希望的选择比刻蚀出曝光所得图形，更好体现器件性能。在干法刻蚀中，例如集成电路工艺中在进行阱区和源漏 区离子注入时，需要有较好的保护电路图形的能力，否则光刻胶会因为在注入环境中挥发而影响到注入腔的真空 度。此时注入的离子将不会起到其在电路制造工艺中应起到的作用，器件的电路性能受阻 。
1890年。德国人格林（Green）和格罗斯（Gross）等人将重氮化的混合物制成感光材料。取得了第一个重氮 感光材料的专利。不久，德国的卡勒（Kalle）公司推出了重氮印相纸，从而使重氮感光材料商品化，并逐渐代 替了铁印相技术。
工作原理
辐射线
光学
纳米压印技术
光刻胶类型及应用制程
紫外光刻胶
紫外光刻胶适用于g线（436 nm）与i线（365 nm）光刻技术。
2.紫外压印光刻胶：使用透明的模板，将预先制作好的带有微图形特征的硬模版压入常温下液态光刻胶中， 用紫外光将光刻胶固化后抬起模板，从而将模板上的微特征转移到光刻胶上。按照光引发反应机理，可分为自由 基聚合和阳离子聚合两大体系 。光刻胶材料主要有甲基丙烯酸酯体系、有机硅改性的丙烯酸或甲基丙烯酸酯体 系、乙烯基醚体系、环氧树脂体系等。
1.
热压印与紫外压印原理示意图纳米压印技术是通过压模来制作微纳特征的一种图形转移技术，其最明显的优 势是高产能、高分辨率、低成本，主要工艺流程：模板制作、硅衬底滴胶、压印、曝光、脱模、离子刻蚀，图像 精度可以达到5 nm。使用的光刻胶种类主要分为两种：
简述光刻胶
简述光刻胶光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一，它是是用于若干工艺的光敏材料，以在表面上形成图案化涂，这个过程在电子行业中至关重要。
1 简介及工作原理光刻胶(又称光致抗蚀剂)，是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、X射线等光源的照射或辐射，其溶解度发生变化的耐蚀刻材料。
光刻胶具有光化学敏感性，其经过曝光、显影、刻蚀等工艺，可以将设计好的微细图形从掩膜版转移到待加工基片。
因此光刻胶微细加工技术中的关键性化工材料，被广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作。
2 主要成分树脂：光刻胶树脂是一种惰性的聚合物基质，是用来将其它材料聚合在一起的粘合剂。
光刻胶的粘附性、胶膜厚度等都是树脂给的。
感光剂：感光剂是光刻胶的核心部分，它对光形式的辐射能，特别在紫外区会发生反应。
曝光时间、光源所发射光线的强度都根据感光剂的特性选择决定的。
溶剂：光刻胶中容量最大的成分，感光剂和添加剂都是固态物质，为了方便均匀的涂覆，要将它们加入溶剂进行溶解，形成液态物质，且使之具有良好的流动性，可以通过旋转方式涂布在wafer表面。
添加剂：用以改变光刻胶的某些特性，如改善光刻胶发生反射而添加染色剂3 主要技术参数分辨率（resolution）：是指光刻胶可再现图形的zui小尺寸。
一般用关键尺寸来（CD，Critical Dimension）衡量分辨率。
对比度（Contrast）：指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。
敏感度（Sensitivity）：光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的zui小能量值（或zui小曝光量）。
单位：毫焦/平方厘米mJ/cm2。
粘滞性/黏度（Viscosity）：衡量光刻胶流动特性的参数。
光刻胶中的溶剂挥发会使粘滞性增加。
粘附性（Adherence）：是指光刻胶与晶圆之间的粘着强度。
抗蚀性（Anti-etching）：光刻胶黏膜必须保持它的粘附性，并在后续的湿刻和干刻中保护衬体表面，这种性质被称为抗蚀性。
光刻胶
一.光刻胶的定义(photoresist)又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。
感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。
经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。
二.光刻胶的分类光刻胶的技术复杂，品种较多。
根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。
光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。
利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。
基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。
①光聚合型采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。
②光分解型采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶.③光交联型采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。
柯达公司的产品KPR胶即属此类。
三.光刻胶的化学性质a、传统光刻胶：正胶和负胶。
光刻胶的组成：树脂（resin/polymer），光刻胶中不同材料的粘合剂，给与光刻胶的机械与化学性质（如粘附性、胶膜厚度、热稳定性等）；感光剂，感光剂对光能发生光化学反应；溶剂（Solvent），保持光刻胶的液体状态，使之具有良好的流动性；添加剂（Additive），用以改变光刻胶的某些特性，如改善光刻胶发生反射而添加染色剂等。
负性光刻胶。
树脂是聚异戊二烯，一种天然的橡胶；溶剂是二甲苯；感光剂是一种经过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；曝光时光刻胶容易与氮气反应而抑制交联。
光刻胶ppt课件
光刻胶上产生一个良好图形所需一定波长光的 最小能量值（或最小曝光量）。光刻胶的敏感 性对于波长更短的深紫外光（DUV）、极深紫 外光（EUV）等尤为重要。
点半击导输体入核您心的技标题术内参容数
图形绘 制
粘附 性
粘滞 性/粘
度
表面 张力
抗蚀 性
存储和 传送能
力
粘滞性/黏度，Viscosity
集成电路光刻胶基本情况
图形绘 制
➢ 为满足集成电路对密度和集成度水平的更高要求，半导体光刻胶通过不断缩短曝光波长的方式， 不断提高极限分辨率。
➢ 目前，世界芯片工艺水平已跨入微纳米级别，光刻胶的波长由紫外宽谱逐步至g线（436nm）、i线 （365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、F2（157nm），以及最先进的EUV(<13.5nm)线水平。
集成电路光刻胶国产化情况 图形绘
制 ➢ 中国大陆本土光刻胶产品主要集中在低端产品，集成电路光刻胶市场份额不足5%。
从国内整体来看，目前市场主流的四种中高端光刻胶：g线、i线、KrF、ArF，我 国已经实现了其中g/i线的量产，并将逐步提升供货量；KrF已经通过认证，但还处 于攻坚阶段；ArF光刻胶乐观预计在2020年能有效突破并完成认证。
图形绘 制
➢ 光刻胶的质量和性能是影响集成电路、成品率以及可靠性的关键性因素。 ➢ 光刻胶工艺的成本约占整个芯片制造工艺的35%，在整个芯片工艺时长中占据40%-60%，是半导体
制造中的核心材料。
➢ 光刻胶产品约全球半导体光刻胶销售额达到12.05亿美元的市场规模。从全球半导体光刻胶 分类市场份额占比来看，g/i线光刻胶市场份额占比为24.0%，KrF光刻胶市场份额占比 为22.0%，ArF/液浸ArF光刻胶市场份额占比为41.0%。
第二章-3(光刻胶)
16
深紫外光刻胶——化学放大胶
DQN在短波长是感光效果不佳 深紫外光源强度较小，光能量不够。 深紫外光刻需要采用化学放大胶。 化学放大胶一般包括三个部分：基质树脂、有机 溶剂、酸性发生剂(Photo acid generator, PAG)。 电子束光或光照，PAG在光子冲击下分解，这种 分解进一步催化更多PAG分解，一个光子可诱发 上千个分解反应。从而提高光刻胶的灵敏度。 特点：高灵敏度，强的抗干法腐蚀能力；易被空 气污染，在空气中性能不稳定, 灵敏度： 1~5mC/cm2
2
光刻胶的类型
光刻胶通常具有溶解 负性光刻胶 ——曝光区在显影液中不溶解
3
光刻胶的断链和交联
光刻胶本身或与其它化合物化合，称为交联。 如果光刻胶的主要是产生交联。交联后，分子 更坚固，有更高的密度，并降低了分子在常用 溶剂的溶解能力。(负性胶) 反之，若聚合物分裂成短链，分子则更易溶解, 称为断链。 (正性胶)
23
光刻胶涂敷的工艺流程(3)
显影：需要设定合适的显影时间。显影时间不 够，曝光区的光刻胶可能还没有完全溶解；显 影时间过长，则转移的图形可能过大。几乎所 有的正性胶都用碱性显影液，如用水稀释的5‰ 的KOH或NaOH作为显影剂。 硬烘：也称坚膜，高温烘烤使光刻胶硬化，主 要针对后续的需要光刻胶作掩模的高能工艺， 如离子注入和等离子刻蚀。
17
电子束光刻胶——PMMA
PMMA (polymethyl methacrylate) 聚甲基丙烯酸 酯： 优点：分辨率高，附着力强，工艺简单成熟； 缺点：灵敏度低，抗干法腐蚀能力差。
在深紫外光照下，聚合体结合链断开，变得易溶解。 对220nm光波最敏感，对波长高于240nm的光完全不 敏感。 灵敏度低：100~500 mC/cm2，要求曝光剂量大于 250mJ/cm2 18
光刻胶的构成及其作用？光刻胶有哪些分类？
光刻胶的构成及其作用？光刻胶有哪些分类？半导体光刻工艺中不可缺少的光致抗蚀剂（光刻胶）光刻胶主要是由成膜树脂、光引发剂、溶剂为主要成分的。
还包含有抗氧化剂，均匀剂和增粘剂等辅助成分。
成膜树脂：以正胶为例，大部分正性光刻胶的树脂是酚醛树脂，一种苯酚和甲醛合成的树脂，其分子链的长度是光刻胶性能的关键调节因素;长的分子链可以提高热稳定性，减少残膜率和显影速率，短分子链能提高粘度，光刻胶则是这些混合的树脂依靠着物理和化学特性组合而成。
光引发剂：以i线正胶为例，光引发剂是一种带有重氮萘醌基团的化合物，在经过曝光后转化为一种羧酸，伴随氮气的释放和水分的吸收，加速在碱溶液中的溶解速率。
混合该化合物后的线性酚醛树脂，可通过曝光来改变其在弱碱性溶液中的溶解速率，以达到图形化的目的。
溶剂：几乎所有的正性光刻胶溶剂是PGMEA（丙二醇甲醚醋酸酯），光刻胶大约55-65%的原料是此溶液，有很好的溶解性，适合将成膜树脂和光引光剂液化以便于旋转涂敷。
其沸点高达145摄氏度，常温下挥发性低，是一种稳定的溶剂。
在烘烤过程中可以充分挥发，否则剩余的溶剂会影响光刻胶的性质。
光刻胶分为正性光刻胶和负性光刻胶应用：模拟半导体（Analog Semiconductors）发光二极管（Light-Emitting Diodes LEDs）微机电系统（Microelectromechanical Systems MEMS）太阳能光伏（Solar Photovoltaics PV）微流道和生物芯片（Microfluidics & Biochips）光电子器件/光子器件（Optoelectronics/Photonics）封装（Packaging）。
光刻胶的研究与应用
光刻胶的研究与应用第一章：引言光刻是一种半导体制造过程中不可缺少的技术，而光刻胶则是在该技术中扮演重要角色的物质。
光刻胶被应用于电子芯片制造、LCD屏幕、光学元件制造等多个领域。
本文将探讨光刻胶的研究与应用。
第二章：光刻胶的性质光刻胶具有可调控的粘度、光感度和溶解度。
不同的光刻胶可以用于制作不同精度和深度的光刻芯片、LCD屏幕和光学元件。
在光刻过程中，光刻胶被涂布在硅片或玻璃基板上，然后用光掩模进行曝光。
光刻胶受到光照后，会发生化学反应，部分区域会产生不同程度的溶解，从而形成光掩模所需要的图案。
第三章：光刻胶的制备方法目前，光刻胶的制备方法主要有两种：单相光刻胶和双相光刻胶。
单相光刻胶是一种致密的聚合物网络，在光刻过程中被化学反应断裂，其分子链具有直线和枝形结构。
单相光刻胶主要采用丙烯酸盐类单体制备，在其中掺杂不同比例的光敏剂、溶剂和防腐剂。
但是，由于单相光刻胶不具备多孔材料的性质，因此无法满足制作微米级光刻芯片的需求。
为了解决这一问题，双相光刻胶应运而生。
双相光刻胶包含两种不同的相，即连续相和离散相。
其中，连续相是聚合物网络，具有高的强度和稳定性；离散相是孔隙结构，由粒径较小的颗粒组成。
离散相是孔壁材料，具有控制孔径等重要性质。
双相光刻胶在制作可调控孔径的微型结构时具有优势。
第四章：光刻胶的应用光刻胶广泛应用于电子芯片制造、LCD屏幕、光学元件制造等领域。
下面将介绍不同领域光刻胶的应用。
1.电子芯片制造在电子芯片制造中，光刻胶被用于制作光掩模。
光掩模是电子芯片制造过程中的关键步骤，用于实现电路的局部化。
光刻胶在该过程中担任着很重要的角色。
光刻胶的厚度、稠度和光敏性要求都很高。
除此之外，多层光刻胶的叠加也被广泛应用于微电子器件的制造。
2.LCD屏幕在制造LCD屏幕时，光刻胶被用于制作通道和基板之间的微米级间隙。
这些间隙在液晶器件中起到关键作用。
光刻胶还可以用于制作LCD屏幕中的颜色滤光器和极性透镜。
光刻胶
2、分辨率
光刻工艺中影响分辨率的因素有：光源、曝光方式和光刻 胶本身（包括灵敏度、对比度、颗粒的大小、显影时的溶胀、 电子散射等）。通常正胶的分辨率要高于负胶。
下面讨论分辨率与灵敏度的关系。当入射电子数为 N 时，
由于随机涨落，实际入射的电子数在 N N 范围内。为保证
显影过程中胶膜会发生膨胀。正胶的膨胀可以忽略，而负 胶的膨胀则可能使图形尺寸发生变化。
显影过程对温度非常敏感。显影过程可影响胶的对比度， 从而影响胶的剖面形状。
7、后烘（硬烘、坚膜） 目的是使胶膜硬化，提高其在后续工序中的掩蔽性。 8、刻蚀 9、去胶
7 二级曝光效应
在选择光刻胶时，必须考虑它的吸收谱，以及在特定波长 下的光学吸收系数α。 由下式
光刻胶
光刻胶也称为光致抗蚀剂（Photoresist，P. R.）。
1 光刻胶的类型
一、光刻胶的类型 凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以 交联反应为主的光刻胶称为负性光刻胶，简称负胶。 凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以 降解反应为主的光刻胶称为正性光刻胶，简称正胶。
三、增感剂及其作用 T1
在重氮基萘中还存在着三重态 T1 、T2 、T3 等。由 T1 态的 曲线可见，RN-N2 的距离越远，分子的势能越低，所以处于 T1 态的分子将立即发生反应而不需激活能。由于 T1 态曲线与所有 单重激发态的曲线在谷底附近相交，所以进入单重激发态的电 子还可以通过向 T1 态跃迁而使感光物分子立即发生化学反应， 从而使反应速度大大加快。这种作用称为 “三重态增感” 。
6 光刻胶的涂敷和显影
本节简要介绍光刻工艺中除曝光以外的工序。 1、脱水烘烤 目的是去除硅片表面吸附的水分。
光刻胶工艺
TRACK工艺简介摘要本文简要介绍关于涂胶、显影工艺的一些相关内容。
引言超大规模IC对光刻有五个基本要求，即：高分辨率、高灵敏度、精密的套刻对准、低缺陷和大尺寸上的加工问题（如温度变化引起晶圆的胀缩等）。
这五个基本要求中，高分辨率、高灵敏度和低缺陷与涂胶、显影工艺有很密切的关系。
第一节涂胶工艺1光刻胶光刻胶主要由树脂（Resin）、感光剂（Sensitizer）及溶剂（Solvent）等不同材料混合而成的，其中树脂是粘合剂（Binder）, 感光剂是一种光活性（Photoactivity）极强的化合物，它在光刻胶内的含量和树脂相当，两者同时溶解在溶剂中，以液态形式保存。
除了以上三种主要成分以外，光刻胶还包含一些其它的添加剂（如稳定剂，染色剂，表面活性剂）。
光刻胶分为正胶和负胶。
负胶在曝光后会产生交联（Cross Linking）反应，使其结构加强而不溶解于显影液。
正胶曝光后会产生分解反应，被分解的分子在显影液中很容易被溶解，从而与未曝光部分形成很强的反差。
因负胶经曝光后，显影液会浸入已交联的负性光刻胶分子内，使胶体积增加，导致显影后光刻胶图形和掩膜版上图形误差增加，故负胶一般不用于特征尺寸小于0.3um的制造。
典型的正胶材料是邻位醌叠氮基化合物，常用的负胶材料是聚乙稀醇肉桂酸酯。
CSMC-HJ用的是正性光刻胶。
在相同的光刻胶膜厚和曝光能量相同时，不同光刻胶的感光效果不同。
在一定的曝光波长范围内，能量低而感光好的胶称为灵敏度，反之则认为不灵敏。
我们希望在能满足光刻工艺要求的情况下，灵敏度越大越好，这样可减少曝光时间，从而提高产量。
2涂胶涂胶是在结净干燥的圆片表面均匀的涂一层光刻胶。
常用的方法是把胶滴在圆片上，然后使圆片高速旋转，液态胶在旋转中因离心力的作用由轴心沿径向飞溅出去，受附着力的作用，一部分光刻胶会留在圆片表面。
在旋转过程中胶中所含溶剂不断挥发，故可得到一层分布均匀的胶膜。
涂胶过程有以下几个步骤：1.1涂胶前处理（Priming）：要使光刻胶精确地转移淹膜版上的图形，光刻胶与圆片之间必须要有良好的粘附。
光刻胶制备工艺技术手册
光刻胶制备工艺技术手册
引言：
光刻胶是在微电子制造工艺中广泛应用的一种材料，它通常被用于半导体器件的制造过程中，用以形成电路图案。
光刻胶的制备工艺对于制造高精度、高质量的电子器件至关重要。
本手册将介绍光刻胶制备工艺的基本原理、步骤、注意事项以及常见问题的解决方法，旨在提供给从事微电子制造领域的技术人员一个参考。
第一章：光刻胶制备工艺的基本原理
1.1 光刻胶的作用及特性
1.2 光刻胶的组成和分类
1.3 光刻胶的工艺原理
第二章：光刻胶制备的步骤
2.1 原料准备
2.2 光刻胶的溶解和混合
2.3 光刻胶的过滤和除泡
2.4 光刻胶的存储和稳定性测试
第三章：光刻胶制备注意事项
3.1 温度和湿度的控制
3.2 原料质量的控制
3.3 混合工艺的控制
3.4 过滤和除泡的技术要点
3.5 存储条件和稳定性测试要求
第四章：常见问题解决方法
4.1 光刻胶制备过程中出现不良的原因分析
4.2 光刻胶制备过程中常见问题的解决方法
4.3 操作过程中的注意事项
结论：
光刻胶制备工艺对于微电子制造具有重要意义，其制备过程需要严格控制各个环节，以确保光刻胶的质量和稳定性。
通过本手册的介绍，希望能够为从事光刻胶制备工作的技术人员提供一份详尽。
光刻胶讲义
+ c.前烘： 前烘的目的是为了去除胶膜中残存的溶
剂,消除胶膜的机械应力。在电子工业中烘烤方式 通常有对流烘箱和热板两种。前烘的温度和时间 根据光刻胶种类及胶膜的厚度而定。以北京化学 试剂研究所BN308系列紫外负性光刻胶为例,当胶 膜厚度为1-2μm时,对流烘箱，70-80℃，20min； 热板，100℃，1min。 + d.曝光：正确的曝光量是影响成像质量的关键因 素。曝光不够或曝光过度均会影响复制图形的再 现性。曝光宽容度大有利于光刻胶的应用。光刻 胶的曝光量同样取决于光刻胶的种类及膜厚。以 BN308系列负胶为例,当膜厚为1-2μm时,曝光2030mJ/cm2 + e.中烘：曝光后显影前的烘烤,对于化学增幅型光 刻胶来说至关重要,中烘条件的好坏直接关系到复 制图形的质量。重氮萘醌紫外正胶有时为提高图 形质量亦进行中烘。
正胶在紫外线照射后曝光区的邻重氮茶酿化合物发生光解反应重排生成茚羧酸使胶膜加速溶于稀碱水溶液未曝光区由于没有发生变化而没有加速作用从而在曝光区和未曝光区产生了个溶解速率差经稀碱水溶液显影后产生正性图像目前应用的邻重氮荼酿化合物主要有215邻重氮萘醌磺酸醋和214邻重氮萘醌磺酸醋
电科0901 郑宏亮 200903440129
张照片诞生就是采用了光刻胶材料--感光沥青。在 19世纪中期,又发现将重铭酸盐与明胶混合,经曝光、 显影后能得到非常好的图形,并使当时的印刷业得到 飞速的发展。1954年Eastman-Kodak公司合成出人类 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,这是人类最 先应用在电子工业上的光刻胶。1958年该公司又开 发出环化橡胶--双叠氮系光刻胶,使集成电路制作的 产业化成为现实。在此之前约1950年发明了重氮萘 醌—酚醛树脂系光刻胶,它最早应用于印刷业,目前是 电子工业用用最多的光刻胶,近年随着电子工业的飞 速发展,光刻胶的发展更是日新月异,新型光刻胶产 品不断涌现。
光刻胶制备工艺技术手册
光刻胶制备工艺技术手册摘要：光刻胶是一种重要的微电子工艺材料，用于半导体工艺中的光刻步骤。
本手册介绍了光刻胶制备的工艺技术，包括材料选择、溶解剂选择、配方设计、混合、搅拌、过滤和存储等。
在光刻胶制备过程中，操作人员需要严格遵循安全规定，并进行实验室操作训练。
第一章：引言1.1 背景介绍在微电子和半导体工业中，光刻胶在光刻步骤中起到了至关重要的作用。
它用于定义电路图案，并决定最终的器件形状和尺寸。
光刻胶的质量和制备工艺对于芯片的质量和性能具有重要影响。
1.2 目的本手册旨在提供光刻胶制备的工艺技术，帮助操作人员了解光刻胶制备的关键步骤和要点，确保光刻胶的质量和稳定性。
第二章：光刻胶的材料选择2.1 光刻胶概述光刻胶一般由三个主要成分组成：聚合物、光敏剂和溶剂。
材料的选择要充分考虑其溶解性、抗冲洗性和耐化学性等因素。
2.2 聚合物选择聚合物是光刻胶的基础材料，其中常用的聚合物有甲基丙烯酸甲酯(MMA)和环氧树脂等。
要根据实际应用需求选择合适的聚合物。
2.3 光敏剂选择光敏剂是光刻胶中起到显影作用的关键成分，它可以吸收特定波长的紫外光并产生化学反应。
常用的光敏剂有苯乙烯类、丁二烯类和腈类等。
根据需要选择合适的光敏剂。
2.4 溶剂选择溶剂用于将聚合物和光敏剂溶解在一起，并调整光刻胶的粘度和黏度。
要选择对聚合物和光敏剂具有良好溶解性的溶剂。
第三章：光刻胶的制备工艺3.1 配方设计根据所需的光刻胶性能和应用要求，设计合适的配方。
涉及到聚合物、光敏剂和溶剂的种类和比例等。
3.2 材料混合将聚合物、光敏剂和溶剂按照配方中的比例放入混合容器中，使用搅拌器将其充分混合均匀。
混合时间和速度要根据具体材料来确定。
3.3 过滤将混合好的光刻胶通过滤网进行过滤，除去其中的固体杂质和颗粒物。
过滤后的光刻胶应保持清澈透明。
3.4 存储将过滤后的光刻胶储存在干燥、阴凉和避光的地方。
注意光刻胶的有效期，过期的光刻胶可能无法正常使用。
半导体器件物理-第二章1-3
外延工艺： 外延是一种薄膜生长工艺，外延生长是在单晶衬 底上沿晶体原来晶向向外延伸生长一层薄膜单晶层。 外延工艺可以在一种单晶材料上生长另一种单晶 材料薄膜。
外延工艺可以方便地形成不同导电类型，不同杂质浓度， 杂质分布陡峭的外延层。
外延技术：汽相外延、液相外延、分子束外延 （MBE）、热壁外延（HWE）、原子层外延技术。
a
np np0eV VT 和
pn pn0eV VT
➢ 在注入载流子的区域，假设电中性条件完全得到满足，则少数载流子由于 被中和，不带电，通过扩散运动在电中性区中输运。这称为扩散近似。于
是稳态载流子输运满足扩散方程
2.3 理想P-N结的直流电流-电压特性
突变结的杂质分布
N区有均匀施主杂质，浓度为ND， P区有均匀受主杂质，浓度为NA。 势垒区的正负空间电荷区的宽度分别为xn和-xp。 同样取x=0处为交界面，如下图所示，
明的外延工艺。 • 1970年斯皮勒（E.Spiller）和卡斯特兰尼(E.Castellani)
发明的光刻工艺。正是光刻工艺的出现才使硅器件制 造技术进入平面工艺技术时代，才有大规模集成电路 和微电子学飞速发展的今天。 • 上述工艺和真空镀膜技术，氧化技术加上测试，封装 工艺等构成了硅平面工艺的主体。
光刻工艺： 光刻工艺是为实现选择掺杂、形成金属电极和布线，表面钝化 等工艺而使用的一种工艺技术。 光刻工艺的基本原理是把一种称为光刻胶的高分子有机化合物 （由光敏化合物、树脂和有机溶剂组成）涂敷在半导体晶片表 面上。受特定波长光线的照射后，光刻胶的化学结构发生变化。 如果光刻胶受光照（曝光）的区域在显影时能够除去，称之为 正性胶；反之如果光刻胶受光照的区域在显影时被保留，未曝 光的胶被除去称之为负性胶；
光刻胶知识
感谢所有的原文作者，这里我只是略作整理，希望能对新手有所帮助。
光刻工艺光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。
主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。
光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。
光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。
主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。
其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。
光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning)光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。
光刻工艺过程一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。
1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking）方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。
2、涂底（Priming)方法：a、气相成底膜的热板涂底。
HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。
缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS 用量大。
目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。
3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating）方法：a、静态涂胶（Static）。
硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；b、动态（Dynamic）。
低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。
光刻胶在光刻过程中的作用
光刻胶在光刻过程中的作用一、光刻胶是什么光刻胶就像是光刻过程中的魔法涂料呢。
它是一种对光敏感的材料，在光刻这个超级精细的工艺里，那可是有着超级重要的地位。
光刻胶可以被看作是一种能够记录图案的特殊材料，就像我们小时候用的印泥一样，不过它可是高科技版本的。
它可以把设计好的电路图案精确地“印”在硅片或者其他材料上。
二、光刻胶在光刻过程中的作用1. 图案转移光刻胶在光刻过程中首先承担的任务就是图案转移。
光刻的过程有点像在一个微观世界里进行画画。
我们先把想要的电路图案通过光照到光刻胶上，光刻胶在光照的部分和没光照的部分就会发生不同的化学变化。
就像是有些地方变得强壮（不容易被去除），有些地方变得脆弱（容易被去除）。
然后通过化学溶液的冲洗，就把这个图案从光刻掩膜版上转移到了光刻胶上，这就像是把一个模板上的图案复制到了胶水上。
2. 保护作用光刻胶还像一个小小的保护罩。
在后续的加工过程中，比如说刻蚀或者离子注入等工序，光刻胶覆盖的地方就会保护下面的材料不被这些加工过程影响。
比如说，当我们进行刻蚀的时候，如果没有光刻胶的保护，那些不该被刻蚀的地方也可能被刻蚀掉，那就乱套了。
光刻胶就像一个忠诚的卫士，坚守在那些需要保护的地方。
3. 精确性的保障光刻胶还能保障光刻过程的精确性。
因为光刻胶可以精确地按照光照的图案发生变化，这就使得我们最终得到的电路图案能够非常精确。
在如今芯片制造越来越精细的时代，光刻胶的这个作用尤为重要。
哪怕是一点点的偏差，在微观的芯片电路里可能就会导致整个芯片的功能出现问题。
就像我们搭积木，如果一块积木放错了位置，整个建筑可能就不稳了。
三、不同类型光刻胶的作用特点1. 正性光刻胶正性光刻胶在光照后，被光照的部分会变得容易溶解。
这就意味着它在图案转移的时候，最后留下来的是没被光照的部分。
这种光刻胶在一些需要制作凸起结构的光刻工艺中比较有用。
比如说，我们要制作一些微小的凸起电极之类的结构，正性光刻胶就可以很好地完成任务。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子束光刻胶
PMMA(poly methylmethacrylate) 聚甲基丙稀酸酯：分辨 率高，附着力强，工艺简单成熟；灵敏度低，抗干法腐蚀 能力差。 在深紫外光照下，聚合体结合链断开，变得易溶解。 对220nm光波最敏感，对波长高于240nm的光完全不敏感。 要求曝光剂量大于250mJ/cm2 灵敏度：100~500 mC/cm2
第四章：光刻胶
Chapter IV: Resist
曝光过程中，为了转换图形， 光辐射必须照射在光敏材料上，改 变光敏材料的特性，实现光刻版图 形的转换。通常称用于图形转换的 光敏材料为光刻胶。
光刻胶的类型
光刻胶通常具有刺激性气味
正性光刻胶 ——曝光区在显影液中溶解 负性光刻胶 ——曝光区在显影液中不溶解
紫外曝光后DQ的光分解反应
O N2 ＋光 O ＋N2 R O C OH ＋N2 ＋水 R 羧酸(溶解增强剂) R 乙烯酮 Wolff重组 O C ＋N2
R
光反应前后产物
反应前：酚醛树脂与DQ以1：1混和，DQ作为抑 制剂，光刻胶几乎不溶于显影液。 反应后：DQ转化为羧酸，羧酸与酚醛树脂混合物 迅速吸收水，反应中放出的氮也使光刻胶起泡 沫，两者均促进胶的溶解。溶解过程中羧酸也进 一步分裂为水溶的胺。
光刻胶的涂敷工艺
光刻胶涂敷的工艺流程(1)
脱水烘烤：真空或干燥氮气气氛 中，以150 ℃～200 ℃烘烤，目的 是去除圆片表面吸附的水分。 六甲基二硅亚胺(HMDS，增黏剂) 的涂布。 涂胶：常用的方法是旋转涂胶。 涂胶速率为2000～6000 r/min。胶 的厚度由转速决定。通常旋涂之 后滴在圆片上的胶只能保留1％， 其它在旋转是飞离圆片。
对于特定的某种光刻胶：对比度曲线 并不固定，具体取决于显影过程、软 烘、后烘、曝光波长、硅片表面发射 率等因素的影响。光刻的任务就是调 节光刻胶的过程，使对比度最大而光 刻速度维持在一个可以接受的水平。
光刻胶的典型反应举例
紫外光刻正性光刻胶 －－DQN
DQN：DQ表示感光化合物 (重氮醌，Novolac) N表示亲水基体材料 (酚醛树脂，Diazoquinone) DQN主要用于i线（365nm）和g线（436nm）曝光。
化学放大胶: DQN在短波长是感光效果不佳，当
DQN用于短波长时，需要化学放大作用。 高灵敏度，强的抗干法腐蚀能力；易被空气污 染，在空气中性能不稳定, 灵敏度：1~5mC/cm2 化学放大胶一般包括三个部分：基质树脂、有机 溶剂、酸性发生剂(Photo acid generator, PAG)。 电子束光或光照，PAG光分解，生成自由酸，发 生酸催化反应，使曝光区域的基质树脂发生保护 基团的去除反应或树脂与交联剂之间的交联反 应，形成正性或负性潜影，在一定的溶剂中显影 形成图形。
光刻胶的性能指标
灵敏度：发生光化学反应所需的能量，用 mJ/cm2表示。(曝光剂量＝光强×曝光时间) 分辨率：能在光刻胶上再现的最小特征尺 寸，用线宽表示。 对比度函数(对比度曲线)：光刻胶区分掩 模上亮区和暗区的能力。
光刻胶的对比度函数
γ＝1/[log10(D100/D0)]
辐照强度在线条和间距的边缘附近 平滑地变化，光刻胶的对比度越 大，线条边缘越陡。
曝光后的光刻胶可用水稀释的 KOH或NaOH作为显影剂。 常用的去胶方法：丙酮溶液超生 清洗、光刻胶洗液(remover)、氧 等离子体。
Flood Exposure (泛曝光) Self-aligned Process (自对准工艺)
X射线曝光光刻胶
X射线光刻胶的感光过程与电子束曝光几 乎一样，所不同的是，在电子束曝光中，入射 电子直接对光刻胶的分子键起作用。 而在X射线曝光中， X射线必须先激发光 电子和俄歇电子，再由这些电子对光刻胶的分 子键起作用。 因此，电子束光刻胶均可用于X射线曝光。 由于X射线穿透能力强，因此很容易获得边壁 (sidewall)垂直间。显影时 间不够，曝光区的光刻胶可能还没有完全 溶解；显影时间过长，则转移的图形可能 过大。几乎所有的正性胶都用碱性显影液。 硬烘：也称坚膜，高温烘烤使光刻胶硬 化，主要针对后续的需要光刻胶作掩模的 高能工艺，如离子注入和等离子刻蚀。
常用的显影溶液和去胶方法
DQN的主要优点： •在显影剂中未曝光区溶解率极低(适合高精度图 形应用) • 酚醛树脂这种长链芳香烃聚合物耐化学腐蚀性 能极佳，其光刻图像对后续等离子体刻蚀工艺 是一种很好的掩模材料。 相对的，负胶通过交联聚合而变得不可溶。负 胶得感光性能、黏附性能很好。负胶的缺点是 膨胀(在有机溶剂中)。膨胀阶段，接近得线条有 可能黏连，因此负胶一般不适合小尺寸(2 μm)图 形得制作。
光刻胶涂敷的工艺流程(2)
软烘(前烘)：旋转涂胶后必须经历的一次烘 烤，目的是使光刻胶的特性固定。烘烤温 度是90 ℃～100 ℃，时间大约30～90 s，具 体根据不同光刻胶而定。 (前烘时间越短、温度越低会使胶在显影液 中的溶解速率增加且感光度更高，但对比 度低。) 曝光：紫外曝光，设定时间，使光刻胶获 得足够的曝光剂量。
DQN基体材料：酚醛树脂
CH2 OH
CH2
CH3
其基本的环结构可以重复5～ 200次，但其易溶于含水溶液 中。往树脂里加入溶剂(二甲 苯和各种醋酸盐)可以调节其 黏度。黏度在涂胶过程中是 一个重要得参数。
CH2
CH3
DQN的感光材料：重氮醌
添加重量比为20%~50%的 DQ后，与苯酸形成的混合物 变得不可溶。 感光剂DQ经过光化学反应 后，胶重新变得可溶。 紫外曝光前，DQ作为抑制 剂，以十倍或以上的倍数降 低光刻胶在显影剂中的溶解 速度。 R O N2
光刻胶厚度的控制
T= ( KCβη γ ) /W1/2
Where K=overall calibration C=polymer concentration in g/100mL solution η=intrinsic viscosity (本征粘度) W=rotations per minute (rpm)
光刻胶的断链和交联
光刻胶本身或与其它化合物化合，称为 交联。如果光刻胶的主要是产生交联。 交联后，分子更坚固，有更高的密度， 并降低了分子在常用溶剂的溶解能力。 (负性胶) 反之，若聚合物分裂成短链，分子则更 易溶解。 (正性胶)
光刻胶的成分
树脂：作为基体材料。 感光化合物(PAC:photoactive compound)： 正性光刻胶中，曝光前作为抑制剂，降低 其在显影液中溶解速度，曝光后发生化学 反应，转而增加胶的溶解速度。 溶剂：控制光刻胶机械性能，如基体粘滞 性，并使光刻胶保持液体状态。