激光直写光刻技术

光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一，特别是近年来大规模和超大规模集成电路的发展，更是促进了光刻胶的研究开发和应用。印刷工业是光刻胶应用的另一重要领域。1954 年由明斯克等人首先研究成功的聚乙烯醇肉桂酸脂就是用于印刷工业的，以后才用于电子工业。光刻胶是一种有机化合物，它被紫外光曝光后，在显影溶液中的溶解度会发生变化。硅片制造中所用的光刻胶以液态涂在硅片表面，而后**燥成胶膜。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。深紫外线坚膜使正性光刻胶树脂发生交联形成一层薄的表面硬壳，增加光刻胶的热稳定性。激光直写光刻技术

显影液：正性光刻胶的显影液。正胶的显影液位碱性水溶液。KOH和NaOH因为会带来可动离子污染（MIC，MovableIonContamination），所以在IC制造中一般不用。较普通的正胶显影液是四甲基氢氧化铵（TMAH）（标准当量浓度为0.26，温度15～25C）。在I线光刻胶曝光中会生成羧酸，TMAH显影液中的碱与酸中和使曝光的光刻胶溶解于显影液，而未曝光的光刻胶没有影响；在化学放大光刻胶（CAR，ChemicalAmplifiedResist）中包含的酚醛树脂以PHS形式存在。CAR中的PAG产生的酸会去除PHS中的保护基团（t-BOC），从而使PHS快速溶解于TMAH显影液中。光刻厂商光刻涂胶四周呈现放射性条纹，主要可能的原因是光刻胶有颗粒、衬底未清洗干净。

根据曝光方式的不同，光刻机主要分为接触式，接近式以及投影式三种。接触式光刻机，曝光时，光刻版压在涂有光刻胶的衬底上，优点是设备简单，分辨率高，没有衍射效应，缺点是光刻版与涂有光刻胶的晶圆片直接接触，每次接触都会在晶圆片和光刻版上产生缺陷，降低光刻版使用寿命，成品率低。接近式光刻机，光刻版与光刻胶有一个很小的缝隙，因为光刻版与衬底没有接触，缺陷减少，优点是避免晶圆片与光刻版直接接触，缺陷少，缺点是分辨率低，存在衍射效应。投影式曝光，一般光学系统将掩模版上的图像缩小4x或5x倍，聚焦并与硅片上已有的图形对准后曝光，每次曝光一小部分，曝完一个图形后，硅片移动到下一个曝光位置继续对准曝光，这种曝光方式分辨率比较高，但不产生缺陷。

整个光刻显影过程中，TMAH没有同PHS发生反应。负性光刻胶的显影液。二甲苯。清洗液为乙酸丁脂或乙醇、三氯乙烯。显影中的常见问题：a、显影不完全（IncompleteDevelopment）。表面还残留有光刻胶。显影液不足造成；b、显影不够（UnderDevelopment）。显影的侧壁不垂直，由显影时间不足造成；c、过度显影（OverDevelopment）。靠近表面的光刻胶被显影液过度溶解，形成台阶。显影时间太长。硬烘方法：热板，100～130C（略高于玻璃化温度Tg），1～2分钟。目的：完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂（以免在污染后续的离子注入环境，例如DNQ酚醛树脂光刻胶中的氮会引起光刻胶局部爆裂）；接触式光刻曝光主要优点是可以使用价格较低的设备制造出较小的特征尺寸。

光刻胶行业具有极高的行业壁垒，因此在全球范围其行业都呈现寡头垄断的局面。光刻胶行业长年被日本和美国专业公司垄断。目前**大厂商就占据了全球光刻胶市场87%的份额，行业集中度高。并且高分辨率的KrF和ArF半导体光刻胶中心技术亦基本被日本和美国企业所垄断，产品绝大多数出自日本和美国公司。整个光刻胶市场格局来看，日本是光刻胶行业的巨头聚集地。目前中国大陆对于电子材料，特别是光刻胶方面对国外依赖较高。所以在半导体材料方面的国产代替是必然趋势。光刻可能会出现显影不干净的异常，主要原因可能是显影时间不足、显影溶液使用周期过长。光刻厂商

接触式曝光只适于分立元件和中、小规模集成电路的生产。激光直写光刻技术

光刻曝光系统：接触式曝光和非接触式曝光的区别，在于曝光时掩模与晶片间相对关系是贴紧还是分开。接触式曝光具有分辨率高、复印面积大、复印精度好、曝光设备简单、操作方便和生产效率高等特点。但容易损伤和沾污掩模版和晶片上的感光胶涂层,影响成品率和掩模版寿命,对准精度的提高也受到较多的限制。一般认为，接触式曝光只适于分立元件和中、小规模集成电路的生产。非接触式曝光主要指投影曝光。在投影曝光系统中，掩膜图形经光学系统成像在感光层上，掩模与晶片上的感光胶层不接触,不会引起损伤和沾污,成品率较高，对准精度也高，能满足高集成度器件和电路生产的要求。但投影曝光设备复杂，技术难度高，因而不适于低档产品的生产。现代应用较广的是 1:1倍的全反射扫描曝光系统和x:1倍的在硅片上直接分步重复曝光系统。激光直写光刻技术

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