1. 紫外光刻胶的组成和工作原理?

光刻胶 是微电子和MEMS技术中的重要物料之一,用于制造微米和亚微米结构。Allresist 提供范围丰富的光刻胶种类满足不同的需求,涵盖广泛的应用:

正性光刻胶(正胶) Allresist 生产的正性光刻胶种类丰富,例如 AR-P 1200(喷涂抗蚀剂)、 AR-P 3100、3200、3500、3700 其由成膜剂如甲酚酚醛清漆树脂和光敏组分如萘醌二叠氮化物(NCD)的组合组成,它们通常溶解在溶剂如乙酸甲氧基丙酯(相当于PGMEA)中。向碱溶性酚醛树脂中添加光敏组分会导致碱溶性降低。NCD 基团阻断甲酚酚醛树脂的 OH 基团,导致碱溶解度降低(抑制作用)。使用曝光掩模在 308 – 450 nm(UV 范围)曝光后,感光组分转化为相应的茚碳酸衍生物,这种抑制被解除,正性光刻胶的碱溶性因此提高了 100 倍。显影后,只剩下被掩膜板保护的区域,而暴露的区域被溶解。酚醛树脂光刻胶的折射率在 1.58 – 1.63 之间。显影后,仅掩膜保护的区域被保留,而辐照区域则溶解。光刻胶可对 pH 值在 0 到 12 之间的液体蚀刻介质提供了极好的保护。

负性光刻胶(负胶) 如 AR-N 4200、4300、4400 由酚醛树脂和双叠氮化物(4200,非CAR)或酚醛树脂、光酸发生剂和胺组分(4300、4400、CAR)组成,溶解在更安全的溶剂(如乙酸甲氧基丙酯 (PGMEA) 中)。(CAR = 化学放大胶)。化学放大是基于在辐照过程中酸的形成以及随后胺组分与酚醛树脂的交联。由于在交联反应过程中不断形成酸(质子),每个质子可以引发许多交联事件,从而产生高灵敏度。

在曝光和随后的及爱莲烘烤步骤之后,CAR 的组成导致曝光的负性光刻胶发生交联。辐照区域因此变得不溶并在显影后得到保留,而未曝光区域仍然可溶并被显影液溶解。

使用 CAR 44 (AR-N 4400) 可以生产高达 200 µm 的胶厚。这些光刻胶在 300 – 440 nm 范围内以及对同步辐射高度敏感,并获得出色的结构质量。使用光刻可以实现最大 100 µm 的胶层和结构。

图形反转胶,例如 AR-U 4000 系列的光刻胶,带有额外胺成分的正性光刻胶。根据工艺流程,可获得正胶或者负胶的图形。对于正胶工艺,曝光和显影与正胶一样。如果在图像曝光后执行额外的烘烤步骤和整面的泛曝光,则会呈现负胶特性(问题 13)。

剥离胶(LOR、LOL胶) 的光刻胶典型的代表有正胶AR-P 5300 和双层胶系统 AR-BR 5400/AR-P 3510。也可以使用负胶AR-N 4200、4300 和 4450 以及图形反转胶 AR-U 4000用于剥离(金属的蒸发和溅射)应用中。在所有情况下,都必须获得底切胶型,这样可以避免镀膜完全包覆住整个光刻胶表面导致去胶液无法与光刻胶接触从而导致无法去除光刻胶的情况 – 剥离失败。

底切结构

 保护胶 Allresist 为各种应用提供 AR-PC 500 和 5000 等保护性涂层,例如在 KOH 和 HF 蚀刻过程中用于晶圆加工的背面保护,在运输过程中提供机械保护,或作为绝缘层。另一种一种特殊的保护涂层是 Electra 92 (AR-PC 5090, 5091),它是导电的,用于电子束光刻。保护涂层对光不敏感,单独使用时无法形成图案。然而,它们可以在双层胶体系中用光刻胶进行图案化。

Allresist 还生产各种特殊光刻胶,例如 SX AR-P 5900/4 等电镀稳定型光刻胶,适用于 pH 值为 13 的应用。

对于 氢氟酸蚀刻和 BOE 工艺 (高达 5 % HF),5 µm 光刻胶 AR-P 5910(以前称为 X AR-P 3100/10)提供比所有其他光刻胶更好的附着力。

对于在浓 HF中刻蚀玻璃/SiO 2衬底的应用中,推荐使用正胶双层胶体系 SX AR PC 5000/40 – AR-P 3540 T 或负胶双层胶体系 SX AR-PC 5000/40 –AR-N 4400-10。上层光刻胶最初在碱性水溶液条件下进行显影,然后下层 SX AR-PC 5000/40 胶膜用对应的溶剂腐蚀显影。

Allresist的部分产品可用于 240 – 300 nm 的深紫外范围 (AR-N 4200、4300)以及在高达 500 nm 的长波长曝光范围 (SX AR-P 3500/6)。

 热稳定胶如聚酰亚胺光刻胶SX AR-PC 5000/80 和 SX AR-P 5000/82 和 SX AR-P 3500/8 (PHS) 具有高达 400 °C的热稳定性。

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