[科普中國]-光刻負(fù)膠

光刻負(fù)膠，樹脂是聚異戊二烯，一種天然的橡膠；溶劑是二甲苯；感光劑是種經(jīng)過曝光后釋放出氮氣的光敏劑，產(chǎn)生的自由基在橡膠分子間形成交聯(lián)。從而變得不溶于顯影液。負(fù)性光刻膠在曝光區(qū)由溶劑引起泡漲;曝光時光刻膠容易與氮氣反應(yīng)而抑制交聯(lián)。

光刻膠光刻膠的組成：樹脂( resin，polymer)，光膠中不同材料的黏合劑，給予光刻膠的機(jī)械與化學(xué)性質(zhì)( 如黏附性、膠膜厚度、熱穩(wěn)定性等);感光劑，感光劑對光能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng);溶劑( solvent)，保持光刻膠的液體狀態(tài)，使之具有良好的流動性；添加劑(additive)，用以改變光刻膠的某些特性，如改善光刻膠發(fā)生反射而添加染色劑等。

樹脂是具有化學(xué)基團(tuán)保護(hù)(t- -BOC)的聚乙烯(PHS)。有保護(hù)團(tuán)的樹脂不溶于水;感光劑是光酸產(chǎn)生劑( photo acid generator，PAG)，光膠曝光后，在曝光區(qū)的PAG 發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生一種酸。該酸在曝光后熱烘(post exposurebaking，PEB)時，作為化學(xué)催化劑將樹脂上的保護(hù)基團(tuán)移走，從而使曝光區(qū)域的光刻膠由原來不溶于水轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨热苡谝运疄橹饕煞值娘@影液?；瘜W(xué)放大光刻膠曝光速度非?？?，大約是DNQ線性酚醛樹脂光刻膠的10 倍；對短波長光源具有很好的光學(xué)敏感性;提供陡直側(cè)墻，具有高的對比度; 具有0.25μm 及其以下尺寸的高分辨率。1

正性光刻膠正性光刻膠，樹脂是一種叫做線性酚醛樹脂的酚醛甲醛.提供光刻膠的黏附性、化學(xué)抗蝕性，當(dāng)沒有溶解抑制劑存在時，線性酚醛樹脂會溶解在顯影液中；感光劑是光敏化合物(photo active compound，PAC)，最常見的是重氮萘醌(DNQ)，在曝光前，DNQ 是一種強(qiáng)烈的溶解抑制劑，可降低樹脂的溶解速度。在紫外曝光后，DNQ 在光刻膠中化學(xué)分解，成為溶解度增強(qiáng)劑，大幅提高顯影液中的溶解度因子至100 或者更高。這種曝光反應(yīng)會在DNQ 中產(chǎn)生羧酸，它在顯影液中溶解度很高。正性光刻膠具有很好的對比度，所以生成的圖形具有良好的分辨率。

SU-8光刻負(fù)膠SU-8是一種采用近紫外光光刻的負(fù)膠，它是一種熱固聚合物。SU- 8是芳香族化合物并且高度鉸鏈，因此具有很好的熱穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定性，這種特性使得它適合用作為電鍍模子和刻蝕掩膜材料，尤其可用于長時間的等離子體干法刻蝕。

SU-8具有高的機(jī)械強(qiáng)度，它可采用化學(xué)機(jī)械拋光方法進(jìn)行平面化加工。有文獻(xiàn)記載，通過添加一些功能材料到SU- 8膠體中，可以調(diào)節(jié)它固化后的化學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)以及力學(xué)特性。無覆蓋的SU-8表面具有疏水特性(約73°~80°)，并且表面能較低(45mJ/m2)，這限制了它在微流體器件中的直接應(yīng)用。通過表面改性技術(shù)可以改變SU- 8的表面疏水特性。2

工藝參數(shù)分辨率分辨率英文名：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。2

對比度對比度（Contrast）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，形成圖形的側(cè)壁越陡峭，分辨率越好。

敏感度敏感度（Sensitivity）光刻膠上產(chǎn)生一個良好的圖形所需一定波長光的最小能量值（或最小曝光量）。單位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻膠的敏感性對于波長更短的深紫外光（DUV）、極深紫外光（EUV）等尤為重要。

粘滯性黏度粘滯性/黏度（Viscosity）是衡量光刻膠流動特性的參數(shù)。粘滯性隨著光刻膠中的溶劑的減少而增加；高的粘滯性會產(chǎn)生厚的光刻膠；越小的粘滯性，就有越均勻的光刻膠厚度。光刻膠的比重（SG，Specific Gravity）是衡量光刻膠的密度的指標(biāo)。它與光刻膠中的固體含量有關(guān)。較大的比重意味著光刻膠中含有更多的固體，粘滯性更高、流動性更差。粘度的單位：泊（poise），光刻膠一般用厘泊（cps，厘泊為1%泊）來度量。百分泊即厘泊為絕對粘滯率；運動粘滯率定義為：運動粘滯率=絕對粘滯率/比重。 單位：百分斯托克斯（cs）=cps/SG。

粘附性粘附性（Adherence）表征光刻膠粘著于襯底的強(qiáng)度。光刻膠的粘附性不足會導(dǎo)致硅片表面的圖形變形。光刻膠的粘附性必須經(jīng)受住后續(xù)工藝（刻蝕、離子注入等）。

光刻負(fù)膠比較負(fù)性膠與正性膠性能特征進(jìn)行了比較，結(jié)論概括如下：

(1) 曝光顯影過程不同，正性膠在曝光區(qū)間顯影，負(fù)性膠則相反；

(2) 負(fù)性膠和正性膠邊界漫射光形成的輪廓不同。負(fù)性膠由于曝光區(qū)間得到保留，漫射形成的輪廓使顯影后的圖象為上寬下窄的圖像 ；而正性膠相反，為下寬上窄的圖像；

(3) 膠溶于強(qiáng)堿，顯影劑采用中型堿溶液，而是負(fù)性膠多采用有機(jī)溶液，如二甲苯溶液；

(4) 加工中可獲得的特定幾何圖形不同，用負(fù)性膠可輕易獲得孤立的單根線，而正性膠可輕易獲得孤立的洞和槽；

(5) 負(fù)性膠成本低，正性膠昂貴；

(6) 負(fù)性膠采用有機(jī)溶液處理，對生態(tài)環(huán)境不利，而正性膠采用水溶液，受環(huán)保人士歡迎；

(7) 負(fù)性膠相對于正性膠分辨力較低。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

陳紅 - 副教授 - 西南大學(xué)