光刻胶产品的介绍

光刻胶产品的介绍

光刻胶产品主要适用于集成电路产业和平板显示器产业的光刻工艺，以得到精细线路。文章介绍了高世代平板显示器用光刻胶产品的性能，用途。

标签：光刻胶；性能；用途

前言

所谓光刻胶（photoresist），是一类利用光化学反应进行精细图形转移的化学品。应用于集成电路、平板显示器、光伏电池、LED等产业。文章主要讨论用于高世代平板显示器（FPD）产业的正性光刻胶。

光刻胶隶属于电子化学品，指为电子工业配套的精细化工材料。工信部指出，“十一五”期，我国必须大力发展电子材料产业，缩小电子材料与国外先进水平的差距，提高国内自主配套能力，为电子信息产业的发展提供有力支撑。

文章讨论的正性光刻胶，利用曝光、显影后，感光部分树脂的溶解度远大于非感光部分树脂的特性，通过光刻工艺（LITHOGRAPHY），得到所需的线路图形，是光刻工艺中使用的关键化学品。

高世代的面板工厂，需建设大面积无尘洁净空间，购置大型的自动化精密机械，投资高昂。为面板工厂配套的各类电子化学品，需满足面板工厂对大尺寸和精细线路方面的高要求，才能保证产品的正品率，以收回高昂投资。

1 光刻胶的介绍

光刻胶，在曝光区域发生化学反应，造成曝光和非曝光部分在碱液中溶解性产生明显的差异，经适当的溶剂处理后，溶去可溶性部分，得到所需图像。根据其化学反应机理，分负性胶和正性胶两类。经曝光、显影后，溶解度增加的是“正性胶”，溶解度减小的是“负性胶”。正性胶有良好的分辨率，但成本较高。

适用于高世代平板显示器产业的光刻胶，一般采用正性光刻胶，以得到良好的分辨率。FPD工厂所用的曝光光源，一般采用H-line/G-line/I-line的紫外混合光源，光源波长在300nm～450nm范围。为适应高世代平板显示器尺寸越来越大的趋势，多采用刮涂工艺（SLIT COATING）。

典型的高世代平板显示器产业所用的正性光刻胶，主要成分和作用是：（1）线性酚醛树脂为成膜树脂，通过涂布工艺在喷溅金属的玻璃基材表面形成树脂涂层，利用光刻工艺，在涂层上“印制”线路。（2）感光剂（photo-active compound，简称PAC）采用邻重氮萘醌（diazo-naphthoquinone，简称为DNQ）磺酸酯，利用PAC在感光和非感光部分不同的反应，得到所需的图形。（3）溶剂和添加剂，溶剂作用是得到均匀的稀释液体，以便涂布时有良好的流动性，形成表面均一平

整的膜；添加剂含量很小，目地是改善附着性，增加感度，改善表面成膜性等。光刻胶是以上三种成分的混合物，三者大致组成为：（1）树脂含量10～40%；（2）感光剂含量1～6%；（3）溶剂含量50～90%，添加剂含量一般在1%以下。

正性紫外光刻胶的大致反应机理如下：

感光剂（PAC）受紫外光照射后，曝光区域的邻重氮萘醌磺酸酯（DNQ）发生分解，放出N2形成烯酮，烯酮遇水形成茚羧酸而易溶于稀碱：在非曝光区域，PAC与酚醛树脂在碱性环境下发生偶氮基的偶合反应，形成链长更长的高分子化合物。在曝光区域和非曝光区域，发生了不同的反应，曝光区域溶解性远大于非曝光区域。

在FPD工厂的光刻工序中，经过光刻胶涂布-曝光-显影-蚀刻-剥离这几个主要工序。（1）Cr，Mo，SiNx等金属材料或半导体材料经喷溅工艺，在玻璃基材形成导电膜层。（2）涂布光刻胶，涂布方式有滚涂（ROLL），旋涂（SPIN），刮涂（SLIT）等方式。（3）EBR溶剂进行清边。（4）前烘干（pre-bake），使光刻胶膜固化，前烘温度90～100℃。（5）曝光，利用曝光机和线路掩膜板，使光刻胶层在曝光区和非曝光区进行不同的光照，产生光反应。（6）显影，曝光区域的光刻胶在这一步被显影剂溶解，再经纯水清洗，曝光区域覆盖的光刻胶被除去。（7）后烘干，一般后烘的温度较前烘高。（8）刻蚀，用化学刻蚀（酸腐蚀）或等离子氧气刻蚀去除掉原曝光区域，经过显影后无光刻胶保护的金属层。（9）剥离，一般采用对光刻胶有良好溶解性的有机溶剂或碱性溶液，去除掉未曝光部分的光刻胶。

经过以上步骤，只在非曝光区域留下了金属层，就在玻璃基材上形成了所需的线路。以上步骤会重复多次，形成一个多层的线路。

2 光刻胶材料的质量参数

2.1 感光度（Sensitivity）

感光度指在胶膜上产生一个良好图形所需一定波长的光的能量值，即曝光量。单位是mJ/cm2。一般用Eop或Eth这两个参数来评估。其中Eop是指光刻胶图案的线宽与掩膜板上的线宽一致时的曝光量。Eth是指曝光部分的膜厚为零时的曝光量。

2.2 分辨率（Resolution）

分辨率是光刻工艺的一个特征指标，表示在基材上能得到的立体图形良好的最小的线路。

2.3 对比度（Contrast）

指光刻胶从曝光区域到非曝光区域过渡的陡度，对比度越好，得到的图形越

好。

2.4 残膜率（%）

经过曝光显影后，未曝光区域的光刻胶残余量。残膜率是残余膜厚与原膜厚的比率。

2.5 涂布性

光刻胶在基材表面形成无针孔，无气泡，无缺陷的膜厚均一的光刻胶膜，良好的涂布性是光刻胶的基本要求。

2.6 耐热性

光刻工艺中，经过前烘使光刻胶中的溶剂蒸发，得到膜厚均一的胶膜；经过后烘，进一步蒸发溶剂，提高光刻胶在显影后的致密性，增强胶膜与基板的粘附性。在这两个过程中，都要求光刻胶有一定的耐热性。

2.7 粘附性

光刻胶与基材需有很好的粘附性，才能保证光刻胶在烘干/显影/刻蚀等苛刻的过程中不发生剥离。

2.8 耐蚀性

刻蚀阶段，光刻胶有抗刻蚀能力，耐受等离子气体的“轰炸”。如下图，在光刻胶的边缘，发生了“侧蚀”现象，将影响图形的线宽。

2.9 粘度/膜厚

粘度（viscosity）是衡量光刻胶流动特性的参数，粘度与光刻胶组分中的溶剂含量有关，也与所用的树脂的分子量有关。膜厚是在特定涂布条件下（如某一旋涂转速），光刻胶涂层的厚度。

2.10 工艺条件依存性及其线性度

考衡光刻胶对工艺条件的依存性，了解条件的变化对线路的影响是否有线性关系。

2.11 洁净度

对微粒子含量和金属离子含量等材料清洁度的要求。上述列举了光刻胶的一些主要性能。由于光刻工艺的复杂性，并与多种化学品配套使用，设备，材料，环境，工艺条件等形成了一个综合的系统，影响着产品最终的质量和良品率，所