光刻膠產品的介紹

許詠梅

摘 要：光刻膠產品主要適用于集成電路產業和平板顯示器產業的光刻工藝，以得到精細線路。文章介紹了高世代平板顯示器用光刻膠產品的性能，用途。

關鍵詞：光刻膠；性能；用途

前言

所謂光刻膠（photoresist），是一類利用光化學反應進行精細圖形轉移的化學品。應用于集成電路、平板顯示器、光伏電池、LED等產業。文章主要討論用于高世代平板顯示器（FPD）產業的正性光刻膠。

光刻膠隸屬于電子化學品，指為電子工業配套的精細化工材料。工信部指出，“十一五”期，我國必須大力發展電子材料產業，縮小電子材料與國外先進水平的差距，提高國內自主配套能力，為電子信息產業的發展提供有力支撐。

文章討論的正性光刻膠，利用曝光、顯影后，感光部分樹脂的溶解度遠大于非感光部分樹脂的特性，通過光刻工藝（LITHOGRAPHY），得到所需的線路圖形，是光刻工藝中使用的關鍵化學品。

高世代的面板工廠，需建設大面積無塵潔凈空間，購置大型的自動化精密機械，投資高昂。為面板工廠配套的各類電子化學品，需滿足面板工廠對大尺寸和精細線路方面的高要求，才能保證產品的正品率，以收回高昂投資。

1 光刻膠的介紹

光刻膠，在曝光區域發生化學反應，造成曝光和非曝光部分在堿液中溶解性產生明顯的差異，經適當的溶劑處理后，溶去可溶性部分，得到所需圖像。根據其化學反應機理，分負性膠和正性膠兩類。經曝光、顯影后，溶解度增加的是“正性膠”，溶解度減小的是“負性膠”。正性膠有良好的分辨率，但成本較高。

適用于高世代平板顯示器產業的光刻膠，一般采用正性光刻膠，以得到良好的分辨率。FPD工廠所用的曝光光源，一般采用H-line/G-line/I-line的紫外混合光源，光源波長在300nm～450nm范圍。為適應高世代平板顯示器尺寸越來越大的趨勢，多采用刮涂工藝（SLIT COATING）。

典型的高世代平板顯示器產業所用的正性光刻膠，主要成分和作用是：（1）線性酚醛樹脂為成膜樹脂，通過涂布工藝在噴濺金屬的玻璃基材表面形成樹脂涂層，利用光刻工藝，在涂層上“印制”線路。（2）感光劑（photo-active compound，簡稱PAC）采用鄰重氮萘醌（diazo-naphthoquinone，簡稱為DNQ）磺酸酯，利用PAC在感光和非感光部分不同的反應，得到所需的圖形。（3）溶劑和添加劑，溶劑作用是得到均勻的稀釋液體，以便涂布時有良好的流動性，形成表面均一平整的膜；添加劑含量很小，目地是改善附著性，增加感度，改善表面成膜性等。光刻膠是以上三種成分的混合物，三者大致組成為：（1）樹脂含量10～40%；（2）感光劑含量1～6%；（3）溶劑含量50～90%，添加劑含量一般在1%以下。

正性紫外光刻膠的大致反應機理如下：

感光劑（PAC）受紫外光照射后，曝光區域的鄰重氮萘醌磺酸酯（DNQ）發生分解，放出N2形成烯酮，烯酮遇水形成茚羧酸而易溶于稀堿：在非曝光區域，PAC與酚醛樹脂在堿性環境下發生偶氮基的偶合反應，形成鏈長更長的高分子化合物。在曝光區域和非曝光區域，發生了不同的反應，曝光區域溶解性遠大于非曝光區域。

在FPD工廠的光刻工序中，經過光刻膠涂布-曝光-顯影-蝕刻-剝離這幾個主要工序。（1）Cr，Mo，SiNx等金屬材料或半導體材料經噴濺工藝，在玻璃基材形成導電膜層。（2）涂布光刻膠，涂布方式有滾涂（ROLL），旋涂（SPIN），刮涂（SLIT）等方式。（3）EBR溶劑進行清邊。（4）前烘干（pre-bake），使光刻膠膜固化，前烘溫度90～100℃。（5）曝光，利用曝光機和線路掩膜板，使光刻膠層在曝光區和非曝光區進行不同的光照，產生光反應。（6）顯影，曝光區域的光刻膠在這一步被顯影劑溶解，再經純水清洗，曝光區域覆蓋的光刻膠被除去。（7）后烘干，一般后烘的溫度較前烘高。（8）刻蝕，用化學刻蝕（酸腐蝕）或等離子氧氣刻蝕去除掉原曝光區域，經過顯影后無光刻膠保護的金屬層。（9）剝離，一般采用對光刻膠有良好溶解性的有機溶劑或堿性溶液，去除掉未曝光部分的光刻膠。

經過以上步驟，只在非曝光區域留下了金屬層，就在玻璃基材上形成了所需的線路。以上步驟會重復多次，形成一個多層的線路。

2 光刻膠材料的質量參數

2.1 感光度（Sensitivity）

感光度指在膠膜上產生一個良好圖形所需一定波長的光的能量值，即曝光量。單位是mJ/cm2。一般用Eop或Eth這兩個參數來評估。其中Eop是指光刻膠圖案的線寬與掩膜板上的線寬一致時的曝光量。Eth是指曝光部分的膜厚為零時的曝光量。

2.2 分辨率（Resolution）

分辨率是光刻工藝的一個特征指標，表示在基材上能得到的立體圖形良好的最小的線路。

2.3 對比度（Contrast）

指光刻膠從曝光區域到非曝光區域過渡的陡度，對比度越好，得到的圖形越好。

2.4 殘膜率（%）

經過曝光顯影后，未曝光區域的光刻膠殘余量。殘膜率是殘余膜厚與原膜厚的比率。

2.5 涂布性

光刻膠在基材表面形成無針孔，無氣泡，無缺陷的膜厚均一的光刻膠膜，良好的涂布性是光刻膠的基本要求。

2.6 耐熱性

光刻工藝中，經過前烘使光刻膠中的溶劑蒸發，得到膜厚均一的膠膜；經過后烘，進一步蒸發溶劑，提高光刻膠在顯影后的致密性，增強膠膜與基板的粘附性。在這兩個過程中，都要求光刻膠有一定的耐熱性。

2.7 粘附性

光刻膠與基材需有很好的粘附性，才能保證光刻膠在烘干/顯影/刻蝕等苛刻的過程中不發生剝離。

2.8 耐蝕性

刻蝕階段，光刻膠有抗刻蝕能力，耐受等離子氣體的“轟炸”。如下圖，在光刻膠的邊緣，發生了“側蝕”現象，將影響圖形的線寬。

2.9 粘度/膜厚

粘度（viscosity）是衡量光刻膠流動特性的參數，粘度與光刻膠組分中的溶劑含量有關，也與所用的樹脂的分子量有關。膜厚是在特定涂布條件下（如某一旋涂轉速），光刻膠涂層的厚度。

2.10 工藝條件依存性及其線性度

考衡光刻膠對工藝條件的依存性，了解條件的變化對線路的影響是否有線性關系。

2.11 潔凈度

對微粒子含量和金屬離子含量等材料清潔度的要求。上述列舉了光刻膠的一些主要性能。由于光刻工藝的復雜性，并與多種化學品配套使用，設備，材料，環境，工藝條件等形成了一個綜合的系統，影響著產品最終的質量和良品率，所以不能脫離整個系統，單獨評判光刻膠的性能。

3 結束語

電子產業的發展符合摩爾定律，技術在不斷更新和發展。高質量的電子化學品是制造出高性能的電子元器件的保證，光刻膠作為高世代平板工廠光刻工藝中的關鍵化學材料，在使用時需要充分了解其特性，選擇合適的工藝條件，才能得到精細的線路，提高良品率，滿足電子產品的性能要求和價格競爭要求。以適應新一代信息技術不斷發展的腳步。

參考文獻

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