原创 正负光刻胶的区别及特性

光刻工艺包括负性光刻和正性光刻两种基本工艺。负性光刻是把与掩膜版上图形相反的图形复刻到硅片表面；正性光刻是把与掩膜版上图形相同的图形复刻到硅片表面，这两种基本工艺的主要区别是选用光刻胶的种类不同。

负性光刻

负性光刻的基本特征是当曝光后，光刻胶会因交联而变得不可溶解并会硬化。一旦硬化，交联的光刻胶就不能在溶剂中被洗掉，因为光刻胶上的图形与投影掩膜版上的图形相反。负性光刻胶是最早应用在半导体光刻工艺中的光刻胶。

上图可看出负性光刻胶的掩膜版是透明的石英版，掩膜版的黑色部分是一层沉积的铬膜，由于铬是不透明的且不允许紫外光透过，可形成想得到的掩膜版图案。

对于负性光刻胶，在掩膜版上不透明铬下面的区域没被曝光，因此没有改变，光刻胶仍保持软的状态。当曝露在显影化学溶剂中时就会溶解。紫外光透过掩膜版透明区域后把光刻胶硬化，所以就不会溶解在显影液中。

正性光刻

正性光刻是复制到硅片表面的图形与掩膜版一样，被紫外光曝光后的区域经历了一种化学反应，在显影液中软化并可溶解在显影液中。曝光的正性光刻胶区域将在显影液中除去，而不透明的掩膜版下的没有被曝光的光刻胶仍留在硅片上，如下图所示：

由于形成的光刻胶上的图形与投影掩膜版上的相同，所以这种光刻胶就叫做正性光刻胶。保留下来的光刻胶在曝光前已被硬化并将留在硅片表面，作为后步工艺比如刻蚀的保护层，在接下来的工艺结束后光刻胶将被除去。

20世纪70年代以来正性光刻胶成为主流光刻胶。那么光刻胶有哪些特性呢？

（1）灵敏度

光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值。光刻胶的敏感性对于深紫外光、极深紫外光等尤为重要。

单位面积上入射的使光刻胶全部发生反应的最小光能量或最小电荷量（对电子束胶），称为光刻胶的灵敏度，记为 S ，也就是D100 。S 越小，则灵敏度越高。灵敏度太低会影响生产效率，所以通常希望光刻胶有较高的灵敏度。但灵敏度太高会影响分辨率。

通常负胶的灵敏度高于正胶

(2) 分辨率

区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越好。

光刻工艺中影响分辨率的因素有：光源、曝光方式 和 光刻胶本身（包括灵敏度、对比度、颗粒的大小、显影时的溶胀、电子散射等）。

通常正胶的分辨率要高于负胶。

(3)对比度

指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度越好，形成图形的侧壁越陡峭，分辨率越好。

对比度的定义为

对比度是图中对数坐标下对比度曲线的斜率，表示光刻胶区分掩模上亮区和暗区的能力的大小，即对剂量变化的敏感程度。灵敏度曲线越陡，D0 与 D100的间距就越小，则γ就越大，这样有助于得到清晰的图形轮廓和高的分辨率。一般光刻胶的对比度在 0.9 ~ 2.0 之间。对于亚微米图形，要求对比度大于1。

通常正胶的对比度要高于负胶。

(4)粘滞性/黏度

衡量光刻胶流动特性的参数。

(5)粘附

表征光刻胶粘着于衬底的强度。光刻胶的粘附性不足会导致硅片表面的图形变形。光刻胶的粘附性必须经受住后续工艺。

(6)抗蚀性

光刻胶必须保持它的粘附性，在后续的刻蚀工序中保护衬底表面。耐热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力。

光刻胶溶解速率k

光刻胶涂层在显影液中的溶解速率，是光刻胶的一个重要参数，我们膜厚仪可以很好的去测试光刻胶的溶解速速。将涂有光刻胶的样品，放置于显影液中，用膜厚仪连续测试厚度，可以得到光刻胶随时间的厚度逐渐变小的曲线图。

光刻工艺流程

其中膜厚仪用在旋转涂胶这一环节用来测试匀胶后的膜厚

涂胶工艺的目的就是在晶圆表面建立薄的、均匀的、并且没有缺陷的光刻胶膜。

旋转涂胶四个基本步骤：

涂胶的质量要求是：

（1）膜厚符合设计的要求，同时膜厚要均匀，胶面上看不到干涉花纹

（2）胶层内无点缺陷（如针孔等)

（3）涂层表面无尘埃和碎屑等颗粒。

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