[科普中国]-正性光刻胶

正性光刻胶也称为正胶。正性光刻胶树脂是一种叫做线性酚醛树脂的酚醛甲醛，提供光刻胶的粘附性、化学抗蚀性，当没有溶解抑制剂存在时，线性酚醛树脂会溶解在显影液中，感光剂是光敏化合物，最常见的是重氮萘醌（DNQ）。在曝光前，DNQ是一种强烈的溶解抑制剂，降低树脂的溶解速度。在紫外曝光后，DNQ在光刻胶中化学分解，成为溶解度增强剂，大幅提高显影液中的溶解度因子至100或者更高。这种曝光反应会在DNQ中产生羧酸，它在显影液中溶解度很高。正性光刻胶具有很好的对比度，所以生成的图形具有良好的分辨率。

光刻胶的结构光学光刻胶通常包含以下三种成分：

(1)聚合物材料(也称为树脂)。聚合物材料在光的辐照下不发生化学反应，其主要作用是保证光刻胶薄膜的附着性和抗腐蚀性，同时也决定着光刻胶薄膜的其他一些特性(如光刻胶的膜厚要求、弹性要求和热稳定性要求等)。

(2)感光材料。感光材料一般为复合性物质(简称PAC或感光剂)。感光剂在受光辐照之后会发生化学反应。正胶的感光剂在未曝光区域起抑制溶解的作用，可以减慢光刻胶在显影液中的溶解速度。以正性胶为例，使用g射线和i射线光刻中的正性胶是由重氮醌(简称为DQ)感光剂和酚树脂构成。

(3)溶剂(如丙二醇-甲基乙醚，PGME)。溶剂的作用是使光刻胶在涂覆到硅片表面之前保持为液态。1

特性表征表征光刻胶特性和性能、质量的参数有以下三个：

(1)光学性质。光刻胶的光学性质包括光敏度和折射率。

(2)力学特性和化学特性。光刻胶的力学特性和化学特性包括胶的固溶度、黏滞度、黏着度、抗蚀(刻蚀、腐蚀)性、热稳定性、流动性和对环境气氛(如氧气)的敏感度。

(3)其他特性。光刻胶的其他特性包括胶的纯度、胶内的金属含量、胶的可应用范围、胶的储存有效期和胶的燃点。1

正性光刻胶的金属剥离技术正性胶的金属剥离工艺对于获得难腐蚀金属的细微光刻图形比常规的光刻胶掩蔽腐蚀法显示了优越性。本文首先对金属剥离工艺中的正、负光刻胶的性能作了对比分析。认为正性光刻胶除图形分辨率高而适应于微细图形的掩膜外，它还具有图形边缘陡直， 去胶容易等独特性能，比负性光刻胶更有利于金属剥离工艺。然后给出了具体的工艺条件，并根据正性光刻胶的使用特点指出了工艺中的关键点及容易出现的问题。如正性光刻胶同GaAs表面的粘附性较差，这就要求对片子表面的清洁处理更为严格。为了高止光刻图形的漂移及精确地控制光刻图形的尺寸，对曝光时同特别是显影液温度提出了严格的要求。由于工艺中基本上不经过腐蚀过程，胶膜的耐腐蚀性降到了次要地位。2

操作工艺(1)合成甲酚醛树脂。将原料混甲酚和甲醛送人不锈钢釜，加入适量草酸为催化剂，加热回流反应5～6h，然后减压蒸馏去除水及未反应的单体酚，得到甲酚醛树脂。

(2)合成感光剂。在装有搅拌器的夹套反应罐中，先将三羟基二苯甲酮和215酰氯加至丙酮中搅拌下溶解，待完全溶解后，滴加有机碱溶液做催化剂，控制反应温度30~35℃，滴加完毕后，继续反应1h。将反应液冲至水中，感光剂析出，离心分离，干燥。

(3)配胶。将合成的树脂、感光剂与溶剂及添加剂按一定比例混合配胶，然后调整胶的各项指标使之达到要求。最后过滤分装，光刻胶首先经过板框式过滤器粗滤，然后转入超净间(100级)进行超净过滤，滤膜孔径0.2mm，经超净过滤的胶液分装即为成品。2

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学