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光刻胶
一、光刻胶的类型
凡是在能量束(光束、电子束、离子束等)的照射下,以交联反应为主的光刻胶称为负性光刻胶,简称负胶。
凡是在能量束(光束、电子束、离子束等)的照射下,以降解反应为主的光刻胶称为正性光刻胶,简称正胶。
1 光刻胶的类型
光刻胶也称为光致抗蚀剂(Photoresist,P. R.)。
1、灵敏度
灵敏度的定义
单位面积上入射的使光刻胶全部发生反应的最小光能量或最小电荷量(对电子束胶),称为光刻胶的灵敏度,记为 S ,也就是前面提到过的 D100 。S 越小,则灵敏度越高。
通常负胶的灵敏度高于正胶。
灵敏度太低会影响生产效率,所以通常希望光刻胶有较高的灵敏度。但灵敏度太高会影响分辨率。
2 光刻胶的特性
2、分辨率
下面讨论分辨率与灵敏度的关系。当入射电子数为 N 时,
由于随机涨落,实际入射的电子数在范围内。为保证
出现最低剂量时不少于规定剂量的 90%,也即。
由此可得。因此对于小尺寸曝光区,必须满足
光刻工艺中影响分辨率的因素有:光源、曝光方式和光刻胶本身(包括灵敏度、对比度、颗粒的大小、显影时的溶胀、电子散射等)。通常正胶的分辨率要高于负胶。
式中,Lmin 为最小尺寸,即分辨率。可见,若灵敏度越高(即 S 越小),则 Lmin 就越大,分辨率就越差。
例如,负性电子束光刻胶 COP 的 S = ×10 -6C/cm2,则其 Lmin = m 。若其灵敏度提高到 S = ×10 -6C/cm2 ,则其 Lmin 将增大到 m 。
3、对比度
对比度是图中对数坐标下对比度曲线的斜率,表示光刻胶区分掩模上亮区和暗区的能力的大小,即对剂量变化的敏感程度。灵敏度曲线越陡,D0 与 D100 的间距就越小,则就越大,这样有助于得到清晰的图形轮廓和高的分辨率。一般光刻胶的对比度在 ~ 之间。对于亚微米图形,要求对比度大于 1。
通常正胶的对比度要高于负胶。
D0
D100
对比度的定义为
光进入光刻胶后,其强度按下式衰减
式中,α为光刻胶的光学吸收系数。设 TR 为光刻胶的厚度,则可定义光刻胶的光吸收率为
可以证明对比度与光刻胶厚度的关系是
是无量纲常数,可见减薄胶膜厚度有利于提高对比度和分辨率。
另一个与对比度有关的光刻胶性能指标是临界调制传输函数 CMTF ,代表在光刻胶上获得图形所必须的最小光调制传输函数,其定义为
利用对比度的公式,可得
CMTF 的典型值为 。如果实像的 MTF 小于 CMTF ,则其图像就不能被分辨;如果实像的 MTF 大于 CMTF,就有可能被分辨。
3 临界调制传输函数
4 光刻胶材料
1、负性光刻胶
主要有聚肉桂酸系(聚酯胶)和环化橡胶系两大类,前者以柯达公司的 KPR 为代表,后者以 OMR 系列为代表。
2、正性光刻胶
主要以重氮醌为感光化合物,以酚醛树脂为基体材料。最常用的有 AZ –1350 系列。正胶的主要优点是分辨率高,缺点是灵敏度、耐刻蚀性和附着性等较差。
光刻胶通常有三种成分:感光化合物、基体材料和溶剂。在感光化合物中有时还包括增感剂。
3、负性电子束光刻胶
为含有环氧基、乙烯基或环硫化物的聚合物。最常用的是COP 胶,典型特性:灵敏度 ~ C/cm2(加速电压 10KV 时)、分辨率 m 、对比度 。限制分辨率的主要因素是光刻胶在显影时的溶胀。
4、正性电子束光刻胶
主要为甲基丙烯甲酯、烯砜和重氮类这三种聚合物。最常用的是 PMMA 胶,典型特性:灵敏度 40 ~ 80 C/cm2(加速电压 20 KV 时)、分辨率 m 、对比度 2 ~ 3 。 PMMA 胶的主要优点是分辨率高。主要缺点是灵敏度低,此外在高温下易流动,耐干法刻蚀性差。