光刻膠又稱光致抗蝕劑,由感光樹脂、增感劑(見光譜增感染料)和溶劑三種主要成分組成的對光敏感的混合液體。感光樹脂經光照后,在曝光區能很快地發生光固化反應,使得這種材料的物理性能,特別是溶解性、親合性等發生明顯變化。經適當的溶劑處理,溶去可溶性部分,得到所需圖像。光刻膠廣泛用于印刷電路和集成電路的制造以及印刷制版等過程。光刻膠的技術復雜,品種較多。
在半導體制造環節,光刻膠是不可或缺的材料,其質量和性能是影響集成電路電性、成品率及可靠性的關鍵因素。但光刻膠技術門檻高,市場上制程穩定性高、工藝寬容度大、普適性強的光刻膠產品屈指可數。當半導體制造節點進入到100nm甚至是10nm以下,如何產生分辨率高且截面形貌優良、線邊緣粗糙度低的光刻圖形,成為光刻制造的共性難題。
根據其化學反應機理和顯影原理,可分負性膠和正性膠兩類。光照后形成不可溶物質的是負性膠;反之,對某些溶劑是不可溶的,經光照后變成可溶物質的即為正性膠。利用這種性能,將光刻膠作涂層,就能在硅片表面刻蝕所需的電路圖形。基于感光樹脂的化學結構,光刻膠可以分為三種類型。
①光聚合型,采用烯類單體,在光作用下生成自由基,自由基再進一步引發單體聚合,最后生成聚合物,具有形成正像的特點。
②光分解型,采用含有疊氮醌類化合物的材料,經光照后,會發生光分解反應,由油溶性變為水溶性,可以制成正性膠。
③光交聯型,采用聚乙烯醇月桂酸酯等作為光敏材料,在光的作用下,其分子中的雙鍵被打開,并使鏈與鏈之間發生交聯,形成一種不溶性的網狀結構,而起到抗蝕作用,這是一種典型的負性光刻膠。柯達公司的產品KPR膠即屬此類。
感光樹脂在用近紫外光輻照成像時,光的波長會限制分辨率(見感光材料)的提高。為進一步提高分辨率以滿足超大規模集成電路工藝的要求,必須采用波長更短的輻射作為光源。由此產生電子束、X 射線和深紫外(<250nm)刻蝕技術和相應的電子束刻蝕膠,X射線刻蝕膠和深紫外線刻蝕膠,所刻蝕的線條可細至1μm以下。