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光刻胶材料

大家听多了光刻机、蚀刻机以及nm工艺这样的术语,对光刻胶还是十分陌生的。

买回来的硅圆片经过检查无破损后即可投入生产线上,前期可能还有各种成膜工艺,然后就进入到涂抹光刻胶环节。微影光刻工艺是一种图形影印技术,也是集成电路制造工艺中一项关键工艺。

首先将光刻胶(感光性树脂)滴在硅晶圆片上,通过高速旋转均匀涂抹成光刻胶薄膜,并施加以适当的温度固化光刻胶薄膜。

涂好了光刻胶才能进入光刻机进行曝光,让紫外线在光刻胶上生成掩膜中的电路图,必要的时候还要多重曝光,反复使用光刻胶,因此没有这一步电路是造不出来的。

光刻胶是一种对光线、温度、湿度十分敏感的材料,可以在光照后发生化学性质的改变,这是整个工艺的基础。

光刻胶有不同的类型,PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚甲基戊二酰亚胺(PMGI)以及DNQ(酚醛树脂)等材料都可以做光刻胶。据有关资料显示,到2022年全球光刻胶市场市场价值将达到415亿美元,年复合增长率5.5%——算起来这个市场比光刻机产值还要大得多,毕竟光刻胶是耗材。

目前光刻胶市场上的参与者多是来自于美国、日本、韩国等国家,包括陶氏化学、杜邦、富士胶片、信越化学、住友化学、LG化学等等,中国公司在光刻胶领域也缺少核心技术。

PR作为一层薄膜涂覆到基片上(如硅上面的二氧化硅上),再通过掩模版曝光。掩模版要保持干净,并含有要转印到衬底上的不透明图形,以便在PR层上复制。PR经曝光后的区域有时变成可溶于显影液的,有时变成不溶于显影液的。如果曝光后变得可溶于显影液,则在PR上产生掩模的正性图形。这种物质就称为正性PR。反之,若未曝光区域溶于显影液,就产生负性图形,就是负性PR。显影后,未被PR覆盖的SiO2层就被刻蚀掉。这样就在氧化层上复印了掩模版图形。在这步工艺中PR有两个作用。首先必须对曝光有反应,以把掩模版图形复印到PR上面,其次余留的PR在后面的工艺中必须保护下面的衬底,这种物质具有抵抗刻蚀的能力。

   通常的PR由三种成分组成:基体材料(也叫树脂),作为粘合剂,确定了膜的机械特性;增感剂(也叫感光剂),是一种感光的化合物(photo active compound,PAC);溶剂(不同于显影溶剂),是PR保持液态,但涂在衬底上时会挥发掉。一般还有第四种材料,添加剂,为了改善PR的某些特性。添加剂的配方各个PR厂商都是保密的。

以下为光刻胶的主要组成成分:

Resion(树脂)  

Quencher(淬灭剂)

淬灭剂指通过分子间的能量转移,迅速而有效地将激发态分子(单线态氧和三线态物质)淬灭,使转变成热能或转变成荧光磷光,而辐射散失,回到基态的一类物质。

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Surfactant(表面活性剂) 

Solvent

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