光刻膠材料
大家聽多了光刻機(jī)、蝕刻機(jī)以及nm工藝這樣的術(shù)語(yǔ),對(duì)光刻膠還是十分陌生的。
買回來(lái)的硅圓片經(jīng)過(guò)檢查無(wú)破損后即可投入生產(chǎn)線上,前期可能還有各種成膜工藝,然后就進(jìn)入到涂抹光刻膠環(huán)節(jié)。微影光刻工藝是一種圖形影印技術(shù),也是集成電路制造工藝中一項(xiàng)關(guān)鍵工藝。
首先將光刻膠(感光性樹脂)滴在硅晶圓片上,通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)均勻涂抹成光刻膠薄膜,并施加以適當(dāng)?shù)臏囟裙袒饪棠z薄膜。
涂好了光刻膠才能進(jìn)入光刻機(jī)進(jìn)行曝光,讓紫外線在光刻膠上生成掩膜中的電路圖,必要的時(shí)候還要多重曝光,反復(fù)使用光刻膠,因此沒(méi)有這一步電路是造不出來(lái)的。
光刻膠是一種對(duì)光線、溫度、濕度十分敏感的材料,可以在光照后發(fā)生化學(xué)性質(zhì)的改變,這是整個(gè)工藝的基礎(chǔ)。
光刻膠有不同的類型,PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚甲基戊二酰亞胺(PMGI)以及DNQ(酚醛樹脂)等材料都可以做光刻膠。據(jù)有關(guān)資料顯示,到2022年全球光刻膠市場(chǎng)市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到415億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率5.5%——算起來(lái)這個(gè)市場(chǎng)比光刻機(jī)產(chǎn)值還要大得多,畢竟光刻膠是耗材。
目前光刻膠市場(chǎng)上的參與者多是來(lái)自于美國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家,包括陶氏化學(xué)、杜邦、富士膠片、信越化學(xué)、住友化學(xué)、LG化學(xué)等等,中國(guó)公司在光刻膠領(lǐng)域也缺少核心技術(shù)。
PR作為一層薄膜涂覆到基片上(如硅上面的二氧化硅上),再通過(guò)掩模版曝光。掩模版要保持干凈,并含有要轉(zhuǎn)印到襯底上的不透明圖形,以便在PR層上復(fù)制。PR經(jīng)曝光后的區(qū)域有時(shí)變成可溶于顯影液的,有時(shí)變成不溶于顯影液的。如果曝光后變得可溶于顯影液,則在PR上產(chǎn)生掩模的正性圖形。這種物質(zhì)就稱為正性PR。反之,若未曝光區(qū)域溶于顯影液,就產(chǎn)生負(fù)性圖形,就是負(fù)性PR。顯影后,未被PR覆蓋的SiO2層就被刻蝕掉。這樣就在氧化層上復(fù)印了掩模版圖形。在這步工藝中PR有兩個(gè)作用。首先必須對(duì)曝光有反應(yīng),以把掩模版圖形復(fù)印到PR上面,其次余留的PR在后面的工藝中必須保護(hù)下面的襯底,這種物質(zhì)具有抵抗刻蝕的能力。
通常的PR由三種成分組成:基體材料(也叫樹脂),作為粘合劑,確定了膜的機(jī)械特性;增感劑(也叫感光劑),是一種感光的化合物(photo active compound,PAC);溶劑(不同于顯影溶劑),是PR保持液態(tài),但涂在襯底上時(shí)會(huì)揮發(fā)掉。一般還有第四種材料,添加劑,為了改善PR的某些特性。添加劑的配方各個(gè)PR廠商都是保密的。
以下為光刻膠的主要組成成分:
Resion(樹脂)
Quencher(淬滅劑)
淬滅劑指通過(guò)分子間的能量轉(zhuǎn)移,迅速而有效地將激發(fā)態(tài)分子(單線態(tài)氧和三線態(tài)物質(zhì))淬滅,使轉(zhuǎn)變成熱能或轉(zhuǎn)變成熒光或磷光,而輻射散失,回到基態(tài)的一類物質(zhì)。
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Surfactant(表面活性劑)
Solvent
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