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光致抗蚀性在工业领域中的应用 赵建平 高分子081班 0813141022 摘要 光致抗蚀剂，又称光刻胶，是指通过紫外光，准分子激光束，电子束，离子束，X射线等曝光源的照射或辐射，使其溶解度发生变化的耐蚀刻薄材料。光刻胶主要用于印刷业和电子工业中的集成电路及半导体器件的为微加工，同时在平板显示，LED，倒扣封装，磁头及精密传感器等制作过程中也有着广泛的应用。光刻胶技术是曝光技术中重要的组成部分,高性能的曝光工具需要有与之相配套的高性能的光刻胶才能真正获得高分辨率的加工能力。本文主要围绕光刻胶在集成电路制造中的应用，对其反应机理及应用性能指标进行阐述。 关键词：光致抗蚀剂，耐蚀刻薄材料，集成电路，高性能的曝光1 引言 随着电子工业的飞速发展，对印制电路板(PCB)的焊接工艺和焊接质量要求越来越高。作为微电子技术核心的集成电路制造技术是电子工业的基础，其发展更新的速度是其他产业无法企及的。在集成电路制作过程中，光刻是其关键工艺。光刻胶涂覆在半导体、导体和绝缘体上，经曝光显影后留下的部分对底层起保护作用，然后采用超净高纯试剂进行蚀刻，从而完成了将掩膜版图形转移到底层上的图形转移过程。一个IC的制造一般需要经过10多次图形转移过程才能完成,光刻胶及蚀刻技术是实现集成电路微细加工技术的关键。蚀刻的方式主要分为湿法和干法两种，等离子与反应离子刻蚀（RIE）属于干法蚀刻，主要是通过物理轰击溅射和化学反应的综合作用来腐蚀薄膜层，而物理溅射是通过具有一定能量的粒子轰击作用，使膜层的化学键断裂，进而发生分解；而湿法蚀刻是最简便的方法。 随着IC特征尺寸亚微米、深亚微米方向快速发展，现有的光刻机和光刻胶已无法适应新的光刻工艺要求。光刻机的曝光波长也在由紫外谱g 线(436nm)→i(365nm)→248nm→193nm→极紫外光（E U V ）→ X 射线，甚至采用非光学光刻（电子束曝光、离子束曝光），光刻胶产品的综合性能也必须随之提高，才能符合集成工艺制程的要求。以下几点为光刻胶制造中的关键技术：配方技术、超洁净技术、超微量分析技术及应用检测能力。 制程特性要求有：涂布均匀性、灵敏度、分辨率及制程宽容度，光刻胶的分类及其特点见表1 。 表1 光刻胶分类及其性能比较类别 成膜树脂 感光成分 波长 优点 缺点 紫外负性光刻胶 环化橡胶 双叠氮化合物 300-450nm 抗酸碱，粘附性好，高感度 耐等离子弱，抗热性差，分辨率低 紫外正性光刻胶 酚醛树脂 重氮萘醌化合物 i-365nm g-436nm 分辨率高，抗干法蚀刻性强耐热好，去胶方便， 感光速度慢，粘附性及机械性能差 深紫外光刻胶 聚对羟基苯乙烯及其衍生物 光致产酸剂 248nmKrF 衍射作用小，分辨率及灵敏度高，反差大，透粘附性好，耐化学腐蚀及过性好干法蚀刻， 聚酯环族丙烯酸酯及其共聚物 光致产酸剂 193nmArF 电子束正胶 PMMA（聚甲丙烯酸甲酯） 采用的是电子或者离子激励的机理诱发光刻胶发生化学反应 分辨率高 灵敏度低，耐干法蚀刻性差 电子束负胶 PGMA(甲基丙烯酸缩水甘油) 灵敏度高，易聚合 分辨率低 X射线胶 CMS(氯甲基聚苯乙烯) 分辨率高，高反差，缺陷率低，成本低 离子束胶 PMMA 极高分辨率 2 光刻胶的反应机理 光刻胶在接受一定波长的光或者射线时,会相应的发生一种光化学反应或者激励作用。光化学反应中的光吸收是在化学键合中起作用的处于原子最外层的电子由基态转入激励态时引起的。对于有机物，基态与激励态的能量差为3~6eV，相当于该能量差的光(即波长为0.2~0.4μm的光)被有机物强烈吸收，使在化学键合中起作用的电子转入激励态。化学键合在受到这种激励时，或者分离或者改变键合对象，发生化学变化。电子束、X 射线及离子束(即被加速的粒子)注入物质后，因与物质具有的电子相互作用，能量逐渐消失。电子束失去的能量转移到物质的电子中，因此生成激励状态的电子或二次电子或离子。这些电子或离子均可诱发光刻胶的化学反应。IC制造中所用光刻胶通常有三种成分：树脂或基体材料、感光化合物（P A C ）以及可控制光刻胶机械性能（基体粘滞性）并使其保持液体状态的溶剂。正性光刻胶中，PAC 在曝光前后发生了从抑制剂到感光增强剂的变化。P A C 能抑制树脂溶解，但它吸收光能后会发生分解，其生成物在碱性影液中又能促进树脂的溶解，得到所需电路图形。形象地讲，如果一个聚合物的曝光将导致断链作用，则聚合物在显影剂中就更容易溶解，其行为同正性光刻胶；若聚合物的曝光是产生交联，那么PAC 将会抑制光刻胶在显影剂中的溶解，其行为同负性光刻胶。目前最常用的正性光刻胶为DQN，分别表示感光化合物（D Q ）和基体材料（N ）。对于线和线曝光，D Q