光刻膠被應(yīng)用在印刷工業(yè)上已經(jīng)超過一個(gè)世紀(jì)了。在20世紀(jì)20年代，人們才發(fā)現(xiàn)它在印制電路板領(lǐng)域可以有廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體工業(yè)采納這種技術(shù)來生產(chǎn)晶圓是在20世紀(jì)50年代。在20世紀(jì)50年代末，Eastman Kodak和Shipley公司分別出適合半導(dǎo)體工業(yè)需要的正膠和負(fù)膠。
光刻膠是光刻工藝的核心。準(zhǔn)備、烘培、曝光、刻蝕和去除工藝會(huì)根據(jù)特定的光刻膠性質(zhì)和想達(dá)到的預(yù)期結(jié)果而進(jìn)行微調(diào)。光刻膠的選擇和光刻膠工藝的研發(fā)是一項(xiàng)非常漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過程。一旦一種光刻工藝被建立，是極少改變的。
光刻膠的生產(chǎn)既是為了普通的需求，也是為了特定的需求。它們會(huì)根據(jù)不同的光的波長(zhǎng)和不同的曝光源而進(jìn)行調(diào)試。光刻膠具有特定的熱流動(dòng)性特點(diǎn)，用特定的方法配制而成，與特定的表面結(jié)合。這些屬性是由光刻膠里不同化學(xué)成分的類型、數(shù)量以及混合過程來決定的。在光刻膠里有4種基本的成分：聚合物、溶劑、感光劑和添加劑。
光敏性對(duì)能量敏感的聚合物：對(duì)光刻膠光敏性有影響的成分是一些對(duì)光和能量敏感的特殊聚合物。聚合物是由一組大而重的分子組成的，這些分子包括碳、氫和氧。塑料就是一種典型的聚合物。
光刻膠被設(shè)計(jì)成與紫外線和激光反應(yīng)，稱為光學(xué)光刻膠。還有其他光刻膠可以與X射線或電子束反應(yīng)。在一種負(fù)膠中，聚合物曝光后會(huì)由非聚合物狀態(tài)變?yōu)榫酆蠣顟B(tài)。實(shí)際上這些聚合物形成了一種相互交聯(lián)的物質(zhì)，它是抗刻蝕的物質(zhì)。當(dāng)光刻膠被加熱或正常光照射也會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)。為了防止意外曝光，負(fù)膠的生產(chǎn)是在黃光的條件下進(jìn)行的。
正膠的基本聚合物是苯酚-甲醛聚合物，也稱為苯酚-甲醛酚醛樹脂。在光刻膠中，聚合物是相對(duì)不可溶的。在用適當(dāng)?shù)墓饽芰科毓夂螅饪棠z轉(zhuǎn)變成可溶狀態(tài)。這種反應(yīng)稱為光致溶解反應(yīng)。光刻膠中光致溶解部分會(huì)在顯影工藝中用溶劑去除。
光刻膠會(huì)對(duì)許多形式的能量有反應(yīng)。這些形式的能量通常是指光能、熱能等，或者是指電磁光譜中具體的某一部分光。有很多策略是專門用來實(shí)現(xiàn)小圖形曝光的。一種是用更窄波波作為曝光源。傳統(tǒng)的基于Novolak的正膠已經(jīng)被微調(diào)過可以用在I-Line曝光源上。然而，在DUV曝光源上，這種光刻膠卻不能很好地工作。針對(duì)DUV曝光源，光刻膠生產(chǎn)商已經(jīng)開發(fā)了化學(xué)放大光刻膠。化學(xué)放大地意思是光刻膠地化學(xué)反應(yīng)會(huì)通過化學(xué)催化劑而被加快。用于X射線和電子束上地光刻膠是不同于傳統(tǒng)地正膠和反膠的聚合物。
溶劑：光刻膠中容量最大地成分是溶劑。溶劑使光刻膠處于液態(tài)，并且使光刻膠能夠通過旋轉(zhuǎn)地方法涂在晶圓表面形成一個(gè)薄層。光刻膠是和涂料相類似地，包含染色劑，這種染色劑在適當(dāng)?shù)厝軇┲袝?huì)被溶解。溶劑用于負(fù)膠的溶劑是一種芬芳的二甲苯。在正膠中，溶劑是乙酸乙氧乙酯或者是二甲基乙醛。
光敏劑：光敏劑被加到光刻膠中用來限制反應(yīng)光的波譜范圍或者把反應(yīng)光限制到某一特定波長(zhǎng)。在負(fù)膠中，一種稱為bis-aryldzide的混合物被加到聚合物中來提供光敏性。在正膠中，光敏劑是o-naphthaquinonediazide。
添加劑：不同類型的添加劑和光刻膠混合在一起來達(dá)到特定的結(jié)果。一些負(fù)膠包含染色劑，它在光刻薄膜中用來吸收和控制光線。正膠可能會(huì)有化學(xué)的抗溶解系統(tǒng)。這些添加劑可以阻止光刻膠沒有被曝光的部分在顯影過程被溶解。
光刻膠性能的要素
光刻膠的選擇是一個(gè)復(fù)雜的過程。主要的決定因素是晶圓表面對(duì)尺寸的關(guān)系。光刻膠首先必須具有產(chǎn)生那些所要求尺寸的能力。除了這些，還必須有在刻蝕過程中阻擋刻蝕的功能。在阻擋刻蝕的過程中，保持特定厚度的光刻膠層中一定不能存在針孔。另外，光刻膠必須能和晶圓表面很好地粘合，否則刻蝕后圖形就會(huì)發(fā)生扭曲，就像是如果在印刷過程中蠟紙沒有和表面貼緊的話，就會(huì)得到一個(gè)濺污地圖形。以上那些，連同工藝維度和階梯覆蓋能力，都是光刻膠性能地要素。在光刻膠的選擇過程中，工藝師通常會(huì)在不同的性能因素中做出權(quán)衡。光刻膠師復(fù)雜化學(xué)工藝和設(shè)備系統(tǒng)的一部分，他們必須一起工作來產(chǎn)生好的圖形結(jié)果和可生產(chǎn)性，其設(shè)備必須使廠商擁有可接受的購(gòu)買成本。
分辨率
在光刻膠層能夠產(chǎn)生的最小圖形尺寸或其間距通常被作為對(duì)光刻膠分辨率的參考。在晶圓上最關(guān)鍵的器件和電路的尺寸是圖形化工藝的目標(biāo)。產(chǎn)生的圖形或其間距越小，說明分辨率越高。一種特定光刻膠的分辨率，實(shí)際上是指特定工藝地分辨率，它還包括曝光源和顯影工藝。改變其他的工藝參數(shù)也會(huì)改變光刻固有的分辨率。總體來說，越細(xì)的線寬需要越薄的光刻膠膜來產(chǎn)生。然而，光刻膠膜必須要足夠厚來是實(shí)現(xiàn)阻擋刻蝕的功能，并且保證不能有孔。光刻膠的選擇是這兩個(gè)目標(biāo)的權(quán)衡。
粘結(jié)能力
作為刻蝕阻擋物，光刻膠層必須和晶圓表面層粘結(jié)好，才能夠忠實(shí)的把光刻膠層的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓表面層。缺乏粘附性將導(dǎo)致圖形畸變。在半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中，對(duì)于不同的表面，光刻膠的粘結(jié)能力是不同的。在光刻膠工藝中，有很多步驟是特意為了增加光刻膠對(duì)晶圓表面的自然粘結(jié)能力而設(shè)計(jì)的。負(fù)膠通常比正膠有更強(qiáng)的粘結(jié)能力。
工藝寬容度
在閱讀光刻工藝地每一個(gè)工藝步驟時(shí)，應(yīng)時(shí)刻記住這樣一個(gè)事實(shí)，那就是光刻工藝的根本目標(biāo)是在晶圓表面忠實(shí)的再現(xiàn)所需要的圖形尺寸。每一個(gè)步驟都會(huì)影響最終的圖形尺寸，并且每一步工藝步驟都有它的內(nèi)部變異。有些光刻膠對(duì)工藝變異裕度更大，那就是說，他們有更寬的工藝范圍。工藝范圍越寬，在晶圓表面達(dá)到所需要尺寸規(guī)范的可能性就越大。