光刻胶是半导体制造中不可或缺的材料，其由溶解在溶剂中的有机聚合物和光敏添加剂组成。这些复杂的混合物被设计成在紫外线曝光下发生溶解度的显著变化，进而在芯片制造过程中形成精确的图案。正负光刻胶各有其独特的化学特性和应用优势。正胶因其高分辨率在光刻工艺中应用广泛，而负胶则因其低成本和强粘附力在某些应用中具有独特优势。本文整理了正负光刻胶的类型和分类，并详细解析其化学特性和应用。 光刻胶的核心在于其化学性能的精确设计，使其具有极高的反差特性。在紫外线曝光后，光刻胶的溶解度会发生非线性变化，呈现出阈值响应。这种特性意味着，即使曝光强度有微小的波动，光刻胶也能产生具有陡峭侧壁的尖锐图形。例如，当光刻胶在正弦波变化的光照下曝光时，形成的图案将是锯齿状而非正弦波状。 在实际应用中，衬底表面的反射光可能引起干涉效应，特别是在步进式光刻机中，由于使用了更高强度的光源，这种效应更为显著。这种干涉会导致光刻胶内部形成驻波形状的曝光强度分布，进而影响侧壁剖面。通常，这种粗糙的侧壁可以通过曝光后的烘焙或使用抗反射涂层（ARC）来改善。 正光刻胶（简称正胶）在曝光后，曝光区域变得更易于溶解。常见的正胶配方包含酚醛树脂（如苯酚甲醛树脂）和感光剂重氮醌酯（DQ）等。这种配方，称为DQN胶，对氧气不敏感，且在汞灯发出的近紫外线下表现良好。对于深紫外线和极紫外线应用，需要使用不含芳香族分子的正胶配方，如基于PMMA的材料。 正胶的溶解度变化是由于聚合物链在曝光后断开，导致溶解度提高。DQN基正胶能够保持热稳定性至200℃，适用于图像反转。然而，正胶通常具有更窄的加工窗口，显示出较低的湿法化学腐蚀抵抗性和衬底粘附性。为了改善粘附性能，常在淀积光刻胶层之前在衬底表面淀积助粘剂，如六甲基二硅氮烷（HMDS）。![]()
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正胶因其更高的图形分辨率在光刻工艺中应用更广。它不会膨胀，且可以在水基溶液中显影，减少了有害废弃物的产生。常用的正胶包括Shipley 1813和Fujifilm OiR-906-10等。其他常用的正胶配方包括聚羟基苯乙烯、聚乙烯基苯酚、苯乙烯-甲基丙烯酸等。 正胶在光刻中经常出现对侧壁的过腐蚀，限制了其在剥离工艺中的运用。同时，负胶虽然分辨率较低但成本更低。为了结合两者的优势，开发了正胶的图像反转工艺。这种工艺通过在氨蒸气炉中对光刻胶进行后烘来完成。氨气与曝光过的光刻胶（即可溶区域）相互作用，使其变得不可溶并对进一步的紫外线曝光不敏感。之后的大量曝光将先前未曝光的区域转变成可溶区。因此，在显影时，最初未被曝光的区域被溶解掉，留下最初光刻图形的负胶图像。 负光刻胶（简称负胶）在曝光后，由于聚合物链的交联或光化反应，溶解度降低。负胶的类型和分类非常广泛，包括热凝物、弹性体和热塑性塑料等多种类型。常见的负胶配方如KTFR，是双芳基-二叠氮化物光敏交联剂和环化聚异戊二烯聚合物的组合。然而，这种胶对氧气敏感且在溶剂中膨胀。 为了克服这些不足，使用了翁盐等光敏添加剂，这些添加剂在曝光时催化交联或减少溶解。与正胶相比，负胶的图形分辨率较低，在光刻加工应用中并未得到广泛运用。但它相对更便宜，具有更高的化学阻抗，并且在衬底表面具有更强的粘附力。此外，负胶具有更大的工艺加工窗口，并能够通过各式各样的聚合物进行合成。 尽管负胶的分辨率较低，但它在某些应用中仍具有优势。常用的负胶类型包括化学放大环氧树脂或乙烯基派生物。对于MEMS工艺，SU-8成为近年来常用的负胶材料。SU-8由IBM公司研发，现在由MicroChem公司出售。它对360nm以上波长高度透明，意味着紫外线能穿透较厚的深度（大约能到2mm）。这种特性使得SU-8结构具有很高的深宽比（>20），因此被用作器件制造中永久的图案化聚合层。最近有小伙伴后台私信我们：为什么没有及时看到推文？因为微信改了推送规则！！！没有点『赞』或『在看』、没有把我们设为『星标』，都有可能出现这种状况。
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