正負光刻膠的區(qū)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(qū)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(lián)而變得不可溶解并會硬化。一旦硬化，交聯(lián)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(qū)域沒被曝光，因此沒有改變，光刻膠仍保持軟的狀態(tài)。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(qū)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(qū)域經(jīng)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(qū)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(chǎn)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(fā)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(chǎn)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(qū)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(qū)到非曝光區(qū)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(shù)坐標下對比度曲線的斜率，表示光刻膠區(qū)分掩模上亮區(qū)和暗區(qū)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(shù)。

(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(jīng)受住后續(xù)工藝。

(6)抗蝕性

光刻膠必須保持它的粘附性，在后續(xù)的刻蝕工序中保護襯底表面。耐熱穩(wěn)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(shù)，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(xù)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(huán)節(jié)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(nèi)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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