最新照相制版技术综术

照相制版是利用照相复制和化学腐蚀相结合的技术制取金属印刷版的化学加工方法。

照相制版的原理是把所需的文字和图像按要求缩放到底片上，再将底片贴合在涂有感光胶的金属板上进行曝光，经过显影便可在金属板上形成所需要的文字或图像的感光胶膜。然后对胶膜进行抗蚀性处理，使之成为一种有很强的耐酸碱性、有光泽的珐琅质薄层。再将金属板浸入硝酸或三氯化铁溶液中，无珐琅质胶膜的金属表面便被腐蚀溶解，形成凸出的文字或图像的印刷版。

1822年,法国的涅普斯首先进行了照相制版的实验。1839年，苏格兰的庞顿阐明了现代照相制版方法。1850年，法国的吉洛发明了铜锌版的照相制版法。1948年，美国发明了无粉腐蚀法，照相制版开始获得广泛使用。

照相制版是光刻和化学雕刻等加工工艺的基础。

19世纪的一个法国人将抗酸的沥青涂在铜板上，放进照相机后经一系列操作得到了凹凸的图像，有如雕刻出的雕版，从而发明了"照相制版术"。现在有四种主要印刷方式，即凸版印刷、平版印刷（胶版印刷）、凹版印刷和丝网印刷。下面简单介绍一下胶印PS版制版的原理。胶印PS版（预涂版），即预先涂布好的感光树脂的板材，由感光层和版基组成。版基中使用最广的是铝板，PS 版的感光层只有几个微米厚，按光敏高分子材料的不同可分为阳图和阴图两大类。在PS版上加上图文的底片，然后用紫外灯照射（曝光），由于光化学反应，感光层的溶解性能便会明显变化。如果光照部分的感光树脂发生光固化形成不溶的区域，那么在溶剂或水溶液中冲洗（显影）后，便得到一个阴图型（A）。相反，如果光照部分因光分解由溶剂（如碱水）不能溶解的变成溶剂可溶解的，那么用溶剂冲洗（显影）后，便可得到一个阳图（B）。

成电路的制备技术即微电子技术的发展，是感光材料在印刷上的使用引起的电子工业革命的另一个内容。集成电路,就是利用照相制版技术，制备电路（晶体管、电阻、电容、导线）的技术。

描述集成电路的发展有个摩尔定律：集成电路的集成度以每18个月翻一番的速度前进。集成度越高，它的价格越低，性能越好，因此用集成电路芯片装配的计算机也愈来愈小，运算速度愈来愈快，价钱也愈来愈便宜。

光刻中最重要的材料便是被称为光刻胶或光致抗蚀剂的光敏高分子化合物。光刻胶也就是前面印刷技术中讲到的感光树脂，它主要有三种类型：聚乙烯醇肉桂酸酯型、橡胶－叠氮型和邻醌重氮型。其中聚乙烯醇肉桂酸酯（Polyvinyl Cinnamate，PVCN）是最早用作光刻胶的光敏高分子化合物，由美国柯达公司开发。它在光照时发生环化二聚反应，两个肉桂酸酯间形成四元环，从而发生链间的交联，表示如下：

聚乙烯醇肉桂酸酯的光敏性不够好，为了提高它的光敏性，需要添加增感剂。增感剂有很多种，但最常用的是5-硝基二氢苊。加入增感剂后，光刻胶吸收光的范围可大大地扩展，交联固

化速度也大大提高。

橡胶－叠氮型光刻胶是另一类重要的光刻胶。叠氮化合物在紫外光照下，可放出氮气形成具有双自由性质叫氮卡宾的物质，这种物质能以多种形式与双键甚至C－H键成键。

使用双叠氮化合物，光照时便可产生两个活泼的氮卡宾基，它可与橡胶上的两个双键反应，形成交联化合物。

邻醌重氮型光刻胶是一种水性光刻胶（可用水溶液显影的光刻胶）。首先制得酚醛树脂，然后将其接在邻醌重氮化合物的六元环上。被紫外光照的邻醌重氮化合物进行分子重排得到一种烯酮的化合物，后者见水便转化为羧酸，羧酸可溶解在稀碱水溶解中。而未光照的部分却不易溶解于水。

集成电路集成度的增加，在于光刻分辨率的增加，但是传统的光刻办法其分辨率不可能增加很大。影响光刻分辨率的的因素很多，光源、光刻胶、光刻条件和工艺本身都对分辨率有影响，现在我们考察一下传统光刻方法中的几个主要步骤对分辨率的影响。

曝光：衍射问题

曝光时，光有衍射效应，

光线透过掩模要发生衍射，因此实际照射的区域要比掩模上的宽。右图１是一个典型的入射光通过掩模后在光刻胶膜上的光强分布图。由于衍射效应，设计的光照区将变宽，当线条细到一定程度时便会互相叠合而模糊不

清。线条间距越小，衍射越厉害；曝光波长愈长，衍射效应愈严重。

光通过掩模的衍射

由于衍射造成的图形变形

由于溶胀造成的图形变形

显影--溶胀问题

当用溶剂显影时，不溶的交联高分子胶膜可以发生溶胀，因此可以使图形变形。

腐蚀--各向同性腐蚀问题

腐蚀反应是一种各向同性的反应，如右图所示，反应不仅仅垂直

向下反应，同时也要向侧面进行，因此难以得到一个墙壁很直的图形。

腐蚀时间愈长，图形就会变得愈宽。由于以上因素（当然，其它方面

的问题也可引起分辨率的丧失），传统光刻方法的最高分辨率只有2～

3微米。

由于各向同性腐蚀造

成的图形变形

光敏高分子对微电子技术的发展起着十分重要的作用，光刻和光

刻胶（光致抗蚀剂）是微电子技术中的关键技术和关键材料。微

电子技术中的光刻是印刷照相制版工艺的发展，下面以刻蚀二氧

化硅为例来说明光刻的基本步骤。

首先在硅片上氧化或沉积一层二氧化硅（①），然后涂布一

层光敏高分子材料即光刻胶（或称光致抗蚀剂）（②），烘干后

加一块有电路图形的掩模（即底片），并用紫外光曝光（③）。

由于光化学作用，曝光区和非曝光区上的光刻胶溶解度发生变

化，利用合适的溶剂除去可溶部分（即显影），就得一图形，烘

干（后烘）（④）后用氢氟酸将裸露二氧化硅腐蚀掉（⑤），最

后除去残留的光刻胶（⑥），于是硅片上便得到一个与掩模一致

或相反的图形，后者称为负图形（A），前者称为正图形（B）。

硅片上的二氧化硅成为硅的保护膜，通过在裸露的硅面上进行所

谓离子注入、扩散掺杂或金属化（如电镀），便可在硅片上制出

二极管、电阻、电容和导线。

光刻过程

刻好的硅片检测刻好的硅

片有无缺陷

做成的多足虫

式器件

刻好的集成电

路

下面用立体图形更形象地表现了光刻过

程,集成电路是通过反复光刻制得的。现在指甲

盖大小的芯片上往往集成了几千万个器件，显

然，即使再出色的微雕专家也不能雕出来一个

集成电路。这些芯片的制作只能靠光敏高分子

与光刻完成，由此可见，高分子与高新技术的

关系是何等密切。

光刻技术过程电子显微镜放大后的刻

蚀图形