光刻（Lithography）技术是指光刻胶在特殊波长光线或者电子束下发生化学变化，通过曝光、显影、刻蚀等工艺过程，将设计在掩膜上的图形转移到衬底上的图形精细加工技术。它最早应用于集成电路和半导体分立器件的微细加工。可以说，光刻技术是现代半导体、微电子、信息产业的基础，光刻技术直接决定了这些技术的发展水平。自年集成电路成功发明至今的近60年中，其图形线宽缩小了约四个数量级，电路集成性提高了六个数量级以上。这些技术的飞速进步主要归功于光刻技术的发展。

（集成电路制造的各个发展阶段对于光刻技术的要求）

光刻基本原理

光刻材料一般特指光刻胶，又称为光刻抗蚀剂，是光刻技术中的最关键的功能材料。这类材料具有光（包括可见光、紫外光、电子束等）反应特性，经过光化学反应后，其溶解性发生显著变化。其中，正性光刻胶在显影液中的溶解度增加，得到的图案与掩膜版相同；负性光刻胶则相反，即经显影液后溶解度降低甚至不溶，得到的图案与掩膜版相反。两种光刻胶的应用领域是不同的，正性光刻胶使用更为普遍，占到总量的80%以上。

以上是光刻工艺的流程示意图。简单介绍如下：

（1）涂胶：即在硅片上形成厚度均匀、附着性强、没有缺陷的光刻胶薄膜。为了增强光刻胶薄膜与硅片之间的附着力，往往需要先用六甲基二硅氮烷（HMDS）、三甲基硅烷基二乙胺（TMSDEA）等物质对硅片进行表面改性。随后以旋涂的方式制备光刻胶薄膜。

（2）前烘：经过旋涂后的光刻胶薄膜依旧残留有一定含量的溶剂。经过较高温度的烘烤，可以将溶剂尽可能低挥发除去，前烘之后，光刻胶的含量降低到5%左右。

（3）曝光：即对光刻胶进行光照，此时光反应发生，光照部分与非光照部分因此产生溶解性的差异。

（4）显影坚膜：即将产品浸没于显影液之中，此时正性胶的曝光区和负性胶的非曝光区则会在显影中溶解。以此呈现出三维的图形。经过显影后的晶片，需要一个高温处理过程，成为坚膜，主要作用为进一步增强光刻胶对衬底的附着力。

（5）刻蚀：受到刻蚀的是光刻胶下方的材料。包括液态的湿法刻蚀和气态的干法刻蚀。比如对于硅的湿法刻蚀，使用的为氢氟酸的酸性水溶液；对于铜的湿法刻蚀，使用的为硝酸、硫酸等强酸溶液，而干法刻蚀往往使用等离子体或者高能离子束，使材料表面产生损伤而得到刻蚀。

（6）去胶：最后需要将光刻胶从镜片表面除去，这一步骤称为去胶。

当然，这一过程极其复杂与精细，具体又可分为多个步骤，感兴趣的请戳视频

典型光刻胶介绍

自从上世纪50年代开始，光刻技术经历了紫外全谱（-nm）、G线（nm）、I线（nm）、深紫外以及在下一代光刻技术中最引人注目的极紫外（ExtremeUltraviolet，13.5nm）光刻、电子束光刻六个阶段。对应于各种曝光波长，光刻胶的基本成分也在发生变化。下面介绍三个典型的例子。

聚乙烯醇肉桂酸酯系负性光刻胶

这是人类最先应用在电子工业上的光刻胶，由Eastman-Kodak公司于年生产。利用的是聚合物侧链上肉桂酸基团在紫外光作用下两两成四元环的反应，使得分子链之间发生交联。由其机理可以看出这是一种负性光刻胶。

（聚乙烯醇肉桂酸酯在紫外光作用下的交联反应）

DQN系列光刻胶

目前电子工业中使用最为广泛是邻重氮萘醌-酚醛树脂（diazoquinone/novalok,DQN）正性光刻胶,其分辨率高、耐热性好、去胶方便。其成分一般包括树脂、感光剂和溶剂三种组分。其中，树脂在光照下并不会发生化学反应，其主要作用是提供黏着性和抗刻蚀性。该树脂主要采用酚醛树脂。感光剂为不溶于碱液的重氮萘醌，经曝光后产生溶于碱液的茚羧酸。同时，在光反应之前，重氮萘醌是一种强烈的溶解抑制剂，可以降低酚醛树脂在碱液中的溶解度。

（重氮萘醌的光化学反应）

化学增幅型光刻胶

为了进一步增加分辨率，需要将i线光源变化到深紫外光源，然而树脂和DQN感光剂在该波段处存在强吸收，因此化学增强光刻胶（ChemicallyAmplifiedResist）应运而生。其成分中含有光敏酸与成膜聚合物。该类光刻胶在吸收光子后分解产生少量的酸，在坚膜过程中，这些酸起到了催化作用，将成膜聚合物的保护基移走，使得成膜聚合物溶解性发生变化。

（A：典型的光敏酸。B：酸对成膜聚合物的催化作用）

我国光刻胶市场与生产现状

这十几年来，我国半导体行业迅速发展，随之而来的是光刻胶的需求量也以年增长率35%速度增长。年我国光刻胶总需求量已经达到吨，销售额约为17亿元，其中集成电路与平板显示是光刻胶的最主要应用领域。预计未来五年我国光刻胶需求量将以15%-20%年均增长率增长。

我国目前的光刻胶生产研发水平与国际相比差距仍然较大。虽然部分产品已经实现产业化，但是高端的nm和nm产品依然需要依赖进口。总体来讲，我们光刻胶产业前景广阔，还需要更多的企业与机构投入更多的力量。

参考文献：

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作者：高分子科学前沿编辑部娃哈哈

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