用于193nm光刻的多數光刻膠是正性膠。然而，隨著半導體工藝節點的不斷縮小，使用傳統的正膠以堿性水溶液顯影液來印刷小特征例如小尺寸的溝槽和通孔已經變得更具挑戰性，因為用來產生溝槽和通孔的暗場掩模的光學圖像對比度差[1]。

為此，業界提出了負顯影(negative tone develop， NTD)的概念，即使用正膠曝光，負顯影液(而不是標準的 TMAH 水溶液)來實現和負膠顯影相同的效果。負顯影工藝的采用也使得亮掩模在正膠上能實現較窄的溝槽。圖1是常規的顯影工藝(正顯影)與負顯影工藝對比的示意圖。在過去的光刻工藝中，顯影液都是 TMAH(1%～2%)的水溶液，顯影完成后使用去離子水進行沖洗。 NTD 工藝使用的顯影液是有機溶劑，顯影完成后的沖洗液也是有機液體。目前 NTD 工藝已經被業界廣泛用于 20nm 及其以下技術節點的量產中[2]。

圖1 常規的顯影工藝與負顯影工藝對比

負顯影的原理是：光刻膠曝光之前是不親水的聚合物(hydrophobic polymer)，能溶解于有機溶劑(NTD 顯影液)，但不能溶于堿性溶液(TMAH 顯影液)；曝光激發光化學反應，產生了酸，經烘烤后(de-protection reaction)聚合物的極性發生了變化，成為親水的聚合物(hydrophilicpolymer)，不再溶于 NTD 顯影液(但能溶于堿性溶液)。

因此，未曝光區域能夠被 NTD 顯影液洗去，而曝光區域則在顯影后留下，實現了類似負膠的曝光特性。一個好的 NTD 顯影液必須對曝光前后光刻膠的溶解率有較大的不同，這可以通過顯影對比度曲線(顯影后殘留的光刻膠隨曝光劑量變化的曲線)來評估。圖2是同一種光刻膠在 TMAH 和 NTD 顯影液中測得的對比度曲線；為了對比，也測量了光刻膠只烘烤(PEB)而不顯影的厚度變化。可以看到在曝光劑量等于 4～6mJ/cm2 的區域，光刻膠的極性發生了轉變(de-protection reaction)。即使不浸泡在顯影液中，光刻膠的厚度也有所減少。

圖2 曝光計量

圖2 同一種光刻膠在 TMAH 和 NTD 顯影液中測得的顯影對比度曲線。圖中“只做PEB，不顯影”指的是光刻膠只烘烤(PEB)而不顯影的厚度變化。

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