光刻胶光刻胶：是一种感光前后（在特定显影液中的）溶解度会发生很大变化的有机化合物。第六章光刻工艺（下篇）曾莹清华大学微电子学研究所光刻胶的组成：树脂：作为粘合剂，使光刻胶能形成膜，一般胶厚0.5~1?m感光剂（PAC）：对光的敏感度很强的化合物溶剂：树脂和感光剂溶解于溶剂中，保持光刻胶的液态并控制其黏度光刻胶的分类：正胶：未曝光部分不溶于显影液，曝光部分溶于显影液负胶：未曝光部分溶于显影液，曝光部分不溶于显影液光刻胶也可以根据使用光源（如紫外线、电子束、X射线等）来分类12zengying@mail.tsinghua.edu.cn正胶光刻与负胶光刻负性光刻胶工作原理：大多数负胶通过曝光后的交联聚合而起作用，大的树脂分子相互连接，变得不可溶。优点：感光速度高，粘附性和耐腐蚀性强，工艺易于控制，成本低。光刻胶中的潜在影像必须在适当的显影后才能显现出来。缺点：易膨胀。显影时图形线宽展宽，烘烤后恢复，但线条变形。膨胀时靠得很近的线条可能会连在一起而不可分辨。传统的负胶通常在加工线宽大于2?m的图形时才采用；但有关“负胶分辨率低”的观念已经动摇。显影后正胶保留图案与掩模版图形遮光图案一样；负胶反之。3对于深紫外248nm曝光，采用负性化学放大型光刻胶已能获得与正胶类似的深亚微米级精度。4常用负胶：聚肉桂酸酯类、聚烃类－双叠氮系光刻胶等聚肉桂酸酯类负胶特点：在高分子的侧链上带有肉桂酸基感光性官能团，曝光后，官能团中的碳－碳双键发生二聚反应，引起聚合物分子间的交联，转变为不溶于显影液的物质。聚烃类－双叠氮系负胶由聚烃类树脂(主要是环化橡胶)、双叠氮型交联剂、增感剂和溶剂组成。1.双叠氮型交联剂进行光化学分解反应：（双叠氮交联剂）（叠氮氮烯自由基）（双氮烯自由基）2.双氮烯自由基与橡胶分子链反应，生成不溶性网状高聚物。环化橡胶分子56正性光刻胶工作原理：光刻胶本身难溶于显影剂，但曝光后因其中的长链聚合物离解而变得可溶优点：分辨率高，边缘整齐，陡直度好缺点：粘附性和耐腐蚀性较差，成本高常用正胶材料最常用的G线和I线光刻胶：DNQ类光刻胶组成：酚醛树脂、PAC（邻位醌叠氮基化合物）和溶剂曝光之前：PAC作为抑制剂，使光刻胶在碱性溶液内的溶解速率降低到约1～2nm/sec.（树脂:PAC≈1:1）偏甲氧基酚醛树脂结构：每个单体带两个CH2基和一个OH基，单体结构可重复5～200次邻位醌叠氮基化合物：SO2以上部分为感光剂78曝光过程中，PAC在紫外光作用下转变成可溶于碱溶液的水溶性物质(羧酸）；曝光后的光刻胶在显影液中的溶解速率大约是100～200nm/sec。典型的显影溶液是稀释的KOH或NaOH溶液。深紫外光刻胶传统的DNQ光刻胶用于DUV光刻时存在的问题：DNQ对DUV波段的辐射吸收强烈。敏感度不够高：其光化学反应是单光子过程，即曝光时吸收一个光子最多只发生一次分解反应。——标准DNQ胶的量子效率只有0.3左右（即只有30％的入射光子与PAC分子起反应）深紫外光刻胶采用“化学放大反应”原理来大幅提高光刻胶的敏感度。深紫外光刻胶一般是化学放大型光刻胶（CAR），其组成包括光敏产酸剂（PAG，Photo-AcidGenerator）、酸敏树脂和溶剂等。CAR既可以是正胶，也可以是负胶。910CAR的基本工作原理在曝光时光敏产酸剂分解出超强酸分子，作为后续化学反应的催化剂。曝光后烘烤（PEB）提供反应和扩散能量，催化酸敏树脂侧链上的不溶物分解（正胶），或使高聚物发生交联反应（负胶）；同时再产生酸分子。CAR的特点化学反应过程是催化的，酸分子在每步化学反应后重新产生，从而可参与上百次的反应。酸催化反应数量远大于光化学反应的数量。CAR的总量子效率＝光-PAG反应效率×后续催化反应数量——CAR的量子效率远远大于1，使得CAR的敏感度远大于DNQ胶存在的问题曝光与酸催化反应之间存在时间延迟——造成酸分子往非曝光区的扩散，并容易造成酸污染PEB条件的控制对光刻质量影响很大——扩散与化学反应速率与温度成指数关系保存时间较短正型CAR中的基本反应1112光刻胶的基本性能与表征分辨率：用某种光刻胶光刻时所能得到的光刻图形的最小尺寸，通常以每毫米内可分辨的最多线条数目来表示。设最小分辨线宽w/2，则:R=1/w(线对/毫米）w/2w感光度感光度是表征光刻胶对光线敏感程度的性能指标。Minsk法用光刻胶曝光剂量H的倒数来表示感光度S：S=K/H其中K是一个常数曝光剂量：光照强度与曝光时间的乘积。H的定义：正胶：显影后感光部分的膜厚为零时的最小曝光剂量。负胶：显影后感光部分的膜厚为曝光前膜厚一