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光刻胶是光刻工艺中最主要、最关键的材料,对IC图形化工艺质量影响较大

发布时间:2022-12-19  来源:立鼎产业研究网  点击量: 1939 

光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。集成电路制造工艺繁多复杂,其中光刻、刻蚀和薄膜沉积是半导体制造三大核心工艺,其中光刻的主要作用是将印制于掩膜板上的电路图复制到衬底晶圆上,为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3,耗费时间约占整个硅片工艺的4060%

薄膜沉积、光刻、刻蚀是半导体制造三大核心工艺


资料来源:中微公司招股说明书

光刻过程可大致分为涂胶、曝光、显影、刻蚀、清洗等步骤:(1)涂胶:将已沉积在晶圆表面需要被刻蚀的晶圆面朝上放置于图片,涂抹上光刻胶,然后通过高速旋转将光刻胶均匀涂抹于晶圆表面,其中光阻层的厚度与转速成负相关。(2)曝光+显影:紫外光通过光罩照射至光刻胶表面,被照射的地方化学性质发生改变,进而在显影液的作用下被清除,从而暴露出下层需要被刻蚀的材料。(3)刻蚀:将处理好的晶圆片放置刻蚀液中,刻蚀液通常是可以和被刻蚀材料反映且不和光刻胶反映的液体,因此被光刻胶遮盖住的部分不受影响。(4)清洗:光刻胶本身是有机物,因此最后可利用相似相容原理,通过物理+化学方法去除多余的光刻胶。

光刻工艺过程示意图


资料来源:中微公司招股说明书

光刻胶是光刻工艺中最主要的、最关键的材料。光刻材料是指光刻工艺中用到的光刻胶(PhotoresistPR)、抗反射涂层(ARC)、旋涂碳(SOC)、旋涂玻璃(SOG)等,其中最为重要的就是光刻胶。光刻胶是一类光敏感聚合物,在一定波长的光照下光子激发材料中的光化学反应,进而改变光刻胶在显影液中的溶解度,从而实现图形化的目的。在光刻工艺中,掩膜版上的图形被投影在光刻胶上,激发光化学反应,再经过烘烤和显影后形成光刻胶图形,而光刻胶图形作为阻挡层,用于实现选择性的刻蚀或离子注入。

光刻胶产业链全景图


资料来源:公开资料整理

光刻胶对本身性能对IC图形化工艺质量影响较大,并将进一步影响电子器件的性能。光刻胶性能主要由其化学结构决定,不同结构的光刻胶在性能上差异较大,酚醛树脂类光刻胶的分辨度性能就明显不如聚合物树脂。评价光刻胶性能的指标主要有分辨度、感光性能(敏感度、感光速度、对比度)、粘滞性和粘附性等关键指标,此外还有表面张力、保护能力、存储和运输可靠性等指标。

分辨度:区分邻近图形的最小距离,光刻胶分辨率越高,在同样光刻设备的作用下能把更多的器件单元清晰地在硅片上显影出来,即同样面积集成的晶体管更多,芯片运算速度越快。

感光性能:主要分为灵敏度、感光速度和对比度三项。由于光源发出的紫外/极紫外光需要经过多次反射镜修正光路并完成杂光过滤,因此最终大部分能量将被过滤掉。光刻胶发生光化学反应所需要的能量越小,感光速度越快。此外,由于显影环节存在大量化学反应,对比度较高的光刻胶才能防止反应扩散及边缘“毛边”。

光刻胶关键性能指标


资料来源:公开资料整理


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