微制造光刻工艺中光刻胶性能的比较.doc

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1、微制造光刻工艺屮光刻胶性能的比较摘要：在MEMS微加丁•和实验过稈屮，出于制造成木、光刻胶性能的考虑，需要选用合适的光刻胶。木文介绍了常用的正性胶和负性胶以及其曝光、显彩的过程，正性胶和负性胶曝光过程漫射的图形缺陷。比较了正性胶和负性胶的各种性能以及各种光刻方式下选用的正负性胶及它们的光刻灵敏度，为微加工过程和实验操作提供指导。关键词：MEMS；微制造；光刻胶；工艺1引言光刻加工工艺屮为了图形转移，辐照必须作用在光刻胶上，通过改变光刻胶材料的性质，使得在完成光刻工艺麻，光刻版图形被复制衣圆片的表血［1］。而加工前，如何选用光刻胶在很大程度上已经决定了光刻的精度。尽管正性胶的分

2、辨力是最好的，但实际丿应用中由于加工类熨、加工要求、加T成本的考虑，需要对光刻胶进行合理的选择。木文通过对正性胶和负性胶的性能比较，为加工过程、实验操作屮如何合理选用光刻胶提供了依据。2光刻胶及英主要性能划分光刻胶的一个基木的类别是它的极性。光刻胶在曝光Z示，被浸入显影溶液屮。在显影过程屮，正性光刻胶曝过光的区域溶解得要快得多。理想情况下，未曝光的区域保持不变。负性光刻胶正好相反，在显影剂屮未曝光的区域将溶解，而曝光的区域被保留。正性胶的分辨力往往是最好的，因此在IC制造中的应用更为普及，但MEMS系统屮，由于加工要求相对较低，光刻胶需求量大，负性胶仍有应用市场。光刻胶必须满

3、足几个硬性指标要求：高灵敏度，高对比度，好的蚀刻阻抗性，高分辨力，易于处理，高纯度，长寿命周期，低溶解度，低成木和比较高的玻璃化转换温度（Tg）⑵。主要的两个性能是灵敏度和分辨力。大多数光刻胶是无定向的聚合体。当温度高于玻璃化转换温度，聚合体屮相当多的链条片以分子运动形式出现，因此呈粘性流动。当温度低于玻璃化转换温度，链条片段的分了运动停止，聚合体表现为玻璃而不是橡胶。当Tg低于室温,胶视为橡胶。当Tg高于室温，胶被视为玻璃。由于温度高于Tg时，聚合体流动容易，于是加热胶至它的玻璃转化温度一段时间进行退火处理，可达到更稳定的能量状态。在橡胶状态,溶剂可以容易从聚合体屮去除，如

4、软烘培胶丁•艺。但此时胶的T作环境需要格外关注，当软化胶温度大于Tg^，,它容易除去溶剂，但也容易混入各种杂质。一般來说，结晶的聚合体不会用来作为胶，因为结晶片的构成阻止均一的各向同性的薄膜的形成。感光胶的主要成分是树脂或基体材料、感光化合物以及可控制光刻胶机械性能并使其保持液体状态的溶剂。树脂在曝光过程小改变分了结构。感光化合物控制树脂定相的化学反应速度。溶剂使得胶能在恻片上旋转擦敷并形成薄膜。没有感光化合物的光刻胶称为单成分胶或单成分系统，有一种感光剂的情形下，称为二成分系统。因为溶剂和其他添加物不与胶的感光反应发生直接关系，它们不计入胶的成分。在曝光过程屮，正性胶通过感

5、光化学反戚，切断树脂聚合体主链和从链Z间的联系，达到削弱聚合体的目的，所以曝光示的光刻胶在随后显影处理屮溶解度升高。曝光后的光刻胶溶解速度几乎是未曝光的光刻胶溶解速度的10倍。而负性胶，在感光反丿、'、z过程中主链的随机十字链接更为紧密，并且从链下樂物增长，所以聚合体的溶解度降低。正性胶和负性胶的曝光和显影过稈和边界漫射如图1所示⑶。由图1⑻可见正性胶在曝光区间显影，负性胶则相反。图1(b)是负性胶和正性胶边界漫射光形成的轮廓，负性胶市于曝光区河得到保留,漫射形成的轮廓使显影麻的图像为上宽下窄的图像，而正性胶相反，为下宽上窄的图像。3正性胶和负性胶比较目前报常用的两种正性光刻

6、胶为PMMA和DQN,其中PMMA为单成分胶;DQN为二成分胶,DQ为感光化合物，N为基体材料。PMMA在深紫外光照下，聚合体结合链断开，变得易溶解oPMMA对波长220nm的光最为敏感，而对波长高于240nm的光完全不敏感。PMMA要求曝光剂量大于250mJ/cm2,初期的深紫外曝光时间要求10min[4]o通过添加光敏剂，如t■丁基苯酸，PMMA的紫外光谱吸收率增加，可获得150mJ/cm2的灵敏度。PMMA常用于电了束光刻，也川于离了束光刻和X射线光刻。DQN是一种典型的近紫外、二成分光刻胶。其光化学反应转换极性，属于基体材料可溶产品。亲水基体材料N是碱性可溶物，当添加

7、重量比为20%~50%的DQJH,与苯酸形成的混合物变得不可溶。感光剂DQ经过光化学反应示，胶重新变得可溶。基体脂是苯酸和甲醛的共聚物。基体脂吸收300nm以下的光，DQ添加物使光吸收区间在400nm周围。365,405,435nm波长的曝光采用DQN。大多数正性胶溶于强碱，显影剂采用屮型碱溶液。典熨T业用显影剂为KOH,TMAH,酗或乙酰II坐胺。辐射感丿应反丿应改变曝光示的胶为厌水性和亲水性区域。溶液经常作为缓冲剂以提供一个操作窗口和比较长的生命周期。可溶性和pH部取决于加工时的温度，其变化控制精度