正負光刻膠的區別及特性

光刻工藝包括負性光刻和正性光刻兩種基本工藝。負性光刻是把與掩膜版上圖形相反的圖形復刻到硅片表面；正性光刻是把與掩膜版上圖形相同的圖形復刻到硅片表面，這兩種基本工藝的主要區別是選用光刻膠的種類不同。

負性光刻

負性光刻的基本特征是當曝光后，光刻膠會因交聯而變得不可溶解并會硬化。一旦硬化，交聯的光刻膠就不能在溶劑中被洗掉，因為光刻膠上的圖形與投影掩膜版上的圖形相反。負性光刻膠是最早應用在半導體光刻工藝中的光刻膠。

上圖可看出負性光刻膠的掩膜版是透明的石英版，掩膜版的黑色部分是一層沉積的鉻膜，由于鉻是不透明的且不允許紫外光透過，可形成想得到的掩膜版圖案。

對于負性光刻膠，在掩膜版上不透明鉻下面的區域沒被曝光，因此沒有改變，光刻膠仍保持軟的狀態。當曝露在顯影化學溶劑中時就會溶解。紫外光透過掩膜版透明區域后把光刻膠硬化，所以就不會溶解在顯影液中。

正性光刻

正性光刻是復制到硅片表面的圖形與掩膜版一樣，被紫外光曝光后的區域經歷了一種化學反應，在顯影液中軟化并可溶解在顯影液中。曝光的正性光刻膠區域將在顯影液中除去，而不透明的掩膜版下的沒有被曝光的光刻膠仍留在硅片上，如下圖所示：

由于形成的光刻膠上的圖形與投影掩膜版上的相同，所以這種光刻膠就叫做正性光刻膠。保留下來的光刻膠在曝光前已被硬化并將留在硅片表面，作為后步工藝比如刻蝕的保護層，在接下來的工藝結束后光刻膠將被除去。

20世紀70年代以來正性光刻膠成為主流光刻膠。那么光刻膠有哪些特性呢？

（1）靈敏度

光刻膠上產生一個良好的圖形所需一定波長光的最小能量值。光刻膠的敏感性對于深紫外光、極深紫外光等尤為重要。

單位面積上入射的使光刻膠全部發生反應的最小光能量或最小電荷量（對電子束膠），稱為光刻膠的靈敏度，記為 S ，也就是D100 。S 越小，則靈敏度越高。靈敏度太低會影響生產效率，所以通常希望光刻膠有較高的靈敏度。但靈敏度太高會影響分辨率。

通常負膠的靈敏度高于正膠

(2) 分辨率

區別硅片表面相鄰圖形特征的能力。一般用關鍵尺寸來衡量分辨率。形成的關鍵尺寸越小，光刻膠的分辨率越好。

光刻工藝中影響分辨率的因素有：光源、曝光方式 和 光刻膠本身（包括靈敏度、對比度、顆粒的大小、顯影時的溶脹、電子散射等）。

通常正膠的分辨率要高于負膠。

(3)對比度

指光刻膠從曝光區到非曝光區過渡的陡度。對比度越好，形成圖形的側壁越陡峭，分辨率越好。

對比度的定義為

對比度是圖中對數坐標下對比度曲線的斜率，表示光刻膠區分掩模上亮區和暗區的能力的大小，即對劑量變化的敏感程度。靈敏度曲線越陡，D0 與 D100的間距就越小，則γ就越大，這樣有助于得到清晰的圖形輪廓和高的分辨率。一般光刻膠的對比度在 0.9 ~ 2.0 之間。對于亞微米圖形，要求對比度大于1。

通常正膠的對比度要高于負膠。

(4)粘滯性/黏度

衡量光刻膠流動特性的參數。

(5)粘附

表征光刻膠粘著于襯底的強度。光刻膠的粘附性不足會導致硅片表面的圖形變形。光刻膠的粘附性必須經受住后續工藝。

(6)抗蝕性

光刻膠必須保持它的粘附性，在后續的刻蝕工序中保護襯底表面。耐熱穩定性、抗刻蝕能力和抗離子轟擊能力。

光刻膠溶解速率k

光刻膠涂層在顯影液中的溶解速率，是光刻膠的一個重要參數，我們膜厚儀可以很好的去測試光刻膠的溶解速速。將涂有光刻膠的樣品，放置于顯影液中，用膜厚儀連續測試厚度，可以得到光刻膠隨時間的厚度逐漸變小的曲線圖。

光刻工藝流程

其中膜厚儀用在旋轉涂膠這一環節用來測試勻膠后的膜厚。

涂膠工藝的目的就是在晶圓表面建立薄的、均勻的、并且沒有缺陷的光刻膠膜。

旋轉涂膠四個基本步驟：

涂膠的質量要求是：

（1）膜厚符合設計的要求，同時膜厚要均勻，膠面上看不到干涉花紋

（2）膠層內無點缺陷（如針孔等)

（3）涂層表面無塵埃和碎屑等顆粒。

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