1.光刻膠定義

光刻膠是一大類具有光敏化學作用(或?qū)﹄娮幽芰棵舾?的高分子聚合物材料，是轉(zhuǎn)移紫外曝光或電子束曝照圖案的媒介。光刻膠的英文名為resist，又翻譯為抗蝕劑、光阻等。光刻膠的作用就是作為抗刻蝕層保護襯底表面。光刻膠只是一種形象的說法，因為光刻膠從外觀上呈現(xiàn)為膠狀液體。

光刻膠通常是以薄膜形式均勻覆蓋于基材表面。當紫外光或電子束的照射時，光刻膠材料本身的特性會發(fā)生改變，經(jīng)過顯影液顯影后，曝光的負性光刻膠或未曝光的正性光刻膠將會留在襯底表面，這樣就將設計的微納結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到了光刻膠上，而后續(xù)的刻蝕、沉積等工藝，就可進一步將此圖案轉(zhuǎn)移到光刻膠下面的襯底上，最后再使用除膠劑將光刻膠除去就可以了。

2. 光刻膠應用范圍

光刻膠廣泛應用于集成電路(IC)，封裝(Packaging)，微機電系統(tǒng)(MEMS)，光電子器件光子器件(Optoelectronics/Photonics)，平板顯示器(LED,LCD,OLED)，太陽能光伏(Solar PV)等領域。

3.光刻膠分類及類型

光刻膠按其形成圖形的極性可以分為：正性光刻膠和負性光刻膠。

正膠指的是聚合物的長鏈分子因光照而截斷成短鏈分子；負膠指的是聚合物的短鏈分子因光照而交鏈長鏈分子。 短鏈分子聚合物可以被顯影液溶解掉，因此正膠的曝光部分被去掉，而負膠的曝光部分被保留。

①．紫外光刻膠（Photoresist）：

各種工藝：噴涂專用膠，化學放大膠，lift-off膠，圖形反轉(zhuǎn)膠，高分辨率膠，LIGA用膠等。

各種波長: 深紫外(Deep UV)、I線(i-line)、G線(g-line)、長波(longwave)曝光用光刻膠。

各種厚度: 光刻膠厚度可從幾十納米到上百微米。

②. 電子束光刻膠（電子束抗蝕劑）（E-beam resist）

電子束正膠：PMMA膠，PMMA/MA聚合物， LIGA用膠等。

電子束負膠：高分辨率電子束負膠，化學放大膠（高靈敏度電子束膠）等。

③. 特殊工藝用光刻膠（Special manufacture/experimental sample）

電子束曝光導電膠，耐酸堿保護膠，全息光刻用膠，聚酰亞胺膠（耐高溫保護膠）等特殊工藝用膠。

④．配套試劑（Process chemicals）

顯影液、去膠液、稀釋劑、增附劑（粘附劑）、定影液等。

4.光刻膠成分

光刻膠一般由4部分組成：樹脂型聚合物（resin/polymer），溶劑（solvent），光活性物質(zhì)（photoactive compound，PAC），添加劑（Additive）。 其中，樹脂型聚合物是光刻膠的主體，它使光刻膠具有耐刻蝕性能；溶劑使光刻膠處于液體狀態(tài)，便于涂覆；光活性物質(zhì)是控制光刻膠對某一特定波長光/電子束/離子束/X射線等感光，并發(fā)生相應的化學反應；添加劑是用以改變光刻膠的某些特性，如控制膠的光吸收率/溶解度等。

5.光刻膠的主要技術(shù)參數(shù)

5.1．靈敏度（Sensitivity）

靈敏度是衡量光刻膠曝光速度的指標。光刻膠的靈敏度越高，所需的曝光劑量越小。單位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。

5.2．分辨率（resolution）

區(qū)別硅片表面相鄰圖形特征的能力。一般用關(guān)鍵尺寸（CD，Critical Dimension）來衡量分辨率。形成的關(guān)鍵尺寸越小，光刻膠的分辨率越好。

光刻膠的分辨率是一個綜合指標，影響該指標的因素通常有如下3個方面：

(1) 曝光系統(tǒng)的分辨率。

(2) 光刻膠的對比度、膠厚、相對分子質(zhì)量等。一般薄膠容易得到高分辨率圖形。

(3) 前烘、曝光、顯影、后烘等工藝都會影響光刻膠的分辨率。

5.3．對比度（Contrast）

對比度指光刻膠從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過渡的陡度。 對比度越好，越容易形成側(cè)壁陡直的圖形和較高的寬高比。

5.4．粘滯性/黏度 （Viscosity）

衡量光刻膠流動特性的參數(shù)。黏度通?？梢允褂霉饪棠z中聚合物的固體含量來控制。同一種光刻膠根據(jù)濃度不同可以有不同的黏度，而不同的黏度決定了該膠的不同的涂膠厚度。

5.5．抗蝕性（Anti-etching）

光刻膠必須保持它的粘附性，在后續(xù)的刻蝕工序中保護襯底表面。耐熱穩(wěn)定性、抗刻蝕能力和抗離子轟擊能力。

5.6．工藝寬容度（Process latitude）

光刻膠的的前后烘溫度、曝光工藝、顯影液濃度、顯影時間等都會對最后的光刻膠圖形產(chǎn)生影響。每一套工藝都有相應的最佳的工藝條件，當實際工藝條件偏離最佳值時要求光刻膠的性能變化盡量小，即有較大的工藝寬容度。 這樣的光刻膠對工藝條件的控制就有一定的寬容性。

6.特殊光刻膠介紹

6.1. 化學放大光刻膠（CAR，Chemical Amplified Resist）

化學放大膠中含有一種叫做"光酸酵母"（PAG, Photo Acid Generator）的物質(zhì)。在光刻膠曝光過程中，PAG分解，首先產(chǎn)生少量的光酸。在曝光后與顯影前經(jīng)過適當溫度的烘烤，即后烘（PEB, Post Exposure Baking）這些光酸分子又發(fā)連鎖反應，產(chǎn)生更多的光酸分子。大量的光酸使光刻膠的曝光部分變成可溶（正膠）或不可溶（負膠）。 主要的化學反應是在后烘過程中發(fā)生的，只需要較低的曝光能量來產(chǎn)生初始的光酸，因此化學放大膠通常有很高的靈敏度。

6.2.灰度曝光（Grey Scale Lithography）

灰度曝光可以產(chǎn)生曲面的光刻膠剖面，是制作三維浮雕結(jié)構(gòu)的光學曝光技術(shù)之一?；叶绕毓獾年P(guān)鍵在于灰度掩膜板的制作、灰度光刻膠工藝與光刻膠浮雕圖形向襯底材料的轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)掩膜板只有透光區(qū)和不透光區(qū)，而灰度掩膜板的透光率則是以灰度等級來表示的。實現(xiàn)灰度掩膜板的方法是改變掩膜的透光點密度。

灰度曝光用膠的特點：

·光刻膠要有較大的黏度。

·光刻膠要有比較低的對比度。

·光刻膠的抗刻蝕比盡量和襯底材料的接近。

6.3. LIGA技術(shù)

由厚膠曝光形成深結(jié)構(gòu)的目的是進行電鑄，使之轉(zhuǎn)化為金屬深結(jié)構(gòu)，因為只有金屬結(jié)構(gòu)才是為系統(tǒng)器件所需要的功能結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)又稱為LIGA技術(shù)。LIGA是德文Lithographie(LI) Galvanoformung(G) Abformung(A)，即"光刻、電鍍、注塑復制"的縮寫。

6.4. lift-off工藝

溶脫剝離法（lift-off）是微納加工中應用到的最普遍的圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)之一。其基本原理是由光學或電子束曝光首先形成光刻膠的圖形，在薄膜沉積之后將光刻膠用除膠劑等溶解清除，凡是沒有被光刻膠覆蓋的區(qū)域都留下了金屬薄膜，實現(xiàn)了由光刻膠圖形向金屬薄膜圖形的轉(zhuǎn)移。

6.5. 電鍍法（electroplating）

電鍍法是轉(zhuǎn)移較厚的金屬結(jié)構(gòu)時使用到的一種轉(zhuǎn)移技術(shù)。其過程一般為3個步驟：首先，在襯底材料上制作一層金屬導電薄膜作為電鍍的起始襯底，然后通過光刻或電子束曝光形成光刻膠或抗蝕劑掩膜； 第二步是將制作有光刻膠圖形的基片放在電鍍液中與被鍍金屬電極連接成電流通路，金屬電極在電解液作用下釋放金屬離子并在電場驅(qū)動下沉積到基片表面暴露的金屬層上； 最后，將光刻膠去除，并腐蝕清除襯底表面其余的金屬膜，便得到金屬微結(jié)構(gòu)圖形。

7.光刻膠如何選擇

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