光刻胶原料是光刻胶产业的重要环节,原料的品质也决定了光刻胶产品品质。光刻胶上游原材料是指光刻胶化学品一级原料,可以细分为感光剂、溶剂、成膜树脂及添加剂(助剂、单体等)。在典型的光刻胶组分中,一般溶剂含量占到65%-90%,成膜树脂占5%-25%,感光剂及添加剂占15%以下。我国对光刻胶及化学品的研究起步较晚,尽管取得了一定成果,但技术水平仍与国际水平相差较大,作为原料的主要化学品仍然需要依赖进口。同时在当前市场中,受光刻胶产品特性影响,光刻胶用原材料更偏向于客制化产品,原材料需要满足特定的分析结构、分子量、纯度以及粒径控制等。自动化光刻设备大幅提高了生产效率和精度。北京激光器光刻
在光刻胶技术数据表中,会给出一些参考的曝光剂量值,通常,这里所写的值是用单色i-线或者BB-UV曝光。正胶和负胶的光反应通常是一个单光子过程与时间没太大关系。因此,在原则上需要多长时间(从脉冲激光的飞秒到接触光刻的秒到激光干涉光刻的小时)并不重要,作为强度和时间的产物,作用在在光刻胶上的剂量是光强与曝光时间的产物。在增加光强和光刻胶厚度较大的时候,必须考虑曝光过程中产生的热量和气体(如正胶和图形反转胶中的N2排放)从光刻胶膜中排出时间因为热量和气体会导致光刻胶膜产生热和机械损伤。衬底的反射率对光刻胶膜实际吸收的曝光强度有影响,特别是对于薄的光学光刻胶膜。玻璃晶圆的短波光强反射约10%,硅晶片反射约30%,金属薄膜的反射系数可超过90%。哪一种曝光剂量是“比较好”也取决于光刻工艺的要求。有时候稍微欠曝光可以减小这种衬底反射带来的负面影响。在厚胶情况下,足够的曝光剂量是后续合理的较短显影时间的保障。芯片光刻实验室精确的光刻对准是实现多层结构的关键。
曝光后烘烤是化学放大胶工艺中很关键,也是反应机理很复杂的一道工序。后烘过程中,化学放大胶内存在多种反应机制,情况复杂并相互影响。例如各反应基团的扩散,蒸发将导致抗蚀刑的组成分布梯度变化:基质树脂中的去保护基团会引起胶膜体积增加但当烘烤温度达到光刻胶的玻璃化温度时基质树脂又并始变得稠密两者同时又都会影响胶膜中酸的扩散,且影响作用相反。这众多的反应机制都将影响到曝光图形,因此烘烤的温度、时间和曝光与烘烤之间停留的时间间隔都是影响曝光图形线宽的重要因素。
基于掩模板图形传递的光刻工艺可制作宏观尺寸的微细结构,受光学衍射的极限,适用于微米以上尺度的微细结构制作,部分优化的光刻工艺可能具有亚微米的加工能力。例如,接触式光刻的分辨率可能到达0.5μm,采用深紫外曝光光源可能实现0.1μm。但利用这种光刻技术实现宏观面积的纳米/亚微米图形结构的制作是可欲而不可求的。近年来,国内外比较多学者相继提出了超衍射极限光刻技术、周期减小光刻技术等,力求通过曝光光刻技术实现大面积的亚微米结构制作,但这类新型的光刻技术尚处于实验室研究阶段。高精度的微细结构可以通过电子束直写或激光直写制作,这类光刻技术,像“写字”一样。
双面对准光刻机采用底部对准(BSA)技术,能实现“双面对准,单面曝光”。该设备对准精度高,适用于大直径基片。在对准过程中,图形处理技术起到了至关重要的作用。其基本工作原理是将CCD摄像头采集得到的连续模拟图像信号经图像采集卡模块的D/A转换,变为数字图像信号,然后再由图像处理模块完成对数字图像信号的运算处理,这主要包括图像预处理、图像的分割、匹配等算法的实现。为有效提取对准标记的边缘,对获取的标记图像通常要进行预处理以便提取出图像中标记的边缘,这包括:减小和滤除图像中的噪声,增强图像的边缘等。光刻胶根据其感光树脂的化学结构也可以分为光交联性、光聚合型、光分解型和化学放大型。双面镀膜光刻是针对硅及其它半导体基片发展起来的加工技术。佛山半导体光刻
图形反转胶的显影过程。北京激光器光刻
剥离工艺(lift-off)是指在有光刻胶图形的掩膜上镀膜后,再去除光刻胶获得图案化的金属的工艺。在剥离工艺中,有几种关键因素影响得到的金属形貌。1.光刻胶的厚度。光刻胶厚度需大于金属厚度,一般光刻胶厚度在金属厚度的三倍以上胶面上的金属更易成功剥离。2.光刻胶种类。紫外光刻中,正胶光刻胶一般为“正梯形”,负胶光刻胶侧壁形貌一般为“倒梯性”。“倒梯形”的光刻胶更容易剥离,故在剥离工艺中常使用负胶。3.镀膜工艺。蒸发镀膜相比溅射镀膜在光刻胶侧壁更少镀上金属,因此蒸发镀膜更易剥离。北京激光器光刻