一文带你深入了解两种光刻胶
一、什么是光刻胶？光刻胶就像是一层“可被光画图”的油墨，通常涂在硅片（或其他材料）表面。当你用紫外光（或其他类型的光）照射后，油墨的化学性质会发生变化。之后通过“显影”步骤，就可以把你“用光画的图案”显现出来，留下需要的图形，其余部分去掉，供后续刻蚀或沉积工艺使用。
可以把光刻胶想象成：
[*]你在干燥后的一张特殊“画布”上画图，画笔是紫外光；
[*]画完后，你把画布放到化学药水里，药水会把画过的线或没画过的线溶解掉，只剩下你想要的图案。
二、正性光刻胶：让“亮”处溶掉，留下“暗”处
1. 原理是什么？
[*]照到光的地方变“可溶”，没照到光的地方保留下来。
[*]可以把它想成：你涂了一层能“记住光”的墨水，照到光后墨水会变得“好溶解”，放到显影液里会被洗掉；没被光照到的墨水则仍然黏在硅片上。
一个生活中的比喻：想象你用一块“遇到光就变软”的橡皮泥盖在图纸上，光照过的地方会变得很容易擦掉，没被照到的地方还是硬的，你最后一擦就只剩下想要的图案。
2. 过程怎么走？
（1）涂胶首先把光刻胶（类似液体油墨）均匀地（旋涂）到硅片表面，形成一层薄薄的胶膜
（2）预烘烤（缓烤）烤一下，让胶膜里的溶剂基本蒸发掉，让它稍微“定形”，免得后面照光时光散得太开。
（3）曝光用紫外光（比如深紫外DUV、或更短波长的EUV）把你需要的线路或图形照到光刻胶上。这一步就像用图案的“胶片”来控制哪些地方能被光打到。
（4）显影把硅片浸到一种碱性显影液里，被光照过的区域就会被显影液溶解掉；没被照到的地方留下来。
（5）后烘烤（硬化）用热风或加热炉再稍微烤一下，让剩下的光刻胶更牢固，不容易在后面的刻蚀或金属沉积时被破坏。
（6）刻蚀/沉积/去胶有了一层图形化的光刻胶，可以做刻蚀（把没有保护的区域挖掉）或金属沉积（只在暴露区域镀金属），最后把光刻胶去除，图形就转移到下面的硅片上了。
3.优缺点
[*]优点
[*]-分辨率高：能做出非常细的线条（几十纳米到十几纳米级别），适合制造高端芯片。
[*]
-显影速度快：显影液能很快溶掉曝光区，生产效率高。
[*]
-图形边缘比较漂亮：只要工艺调得好，边缘会很直、很平滑。
[*]缺点
[*]
-酸扩散（连带溶解）：曝光后生成的“活性物质”在加热时可能会往旁边扩散，导致线条变粗，需要很好地控制工艺温度和时间。
[*]
-对洁净度要求高：材料里任何一点杂质、显影液里一点残留，都可能对微小图形造成污染，制造成本高。
[*]
-对设备要求高：特别是极紫外（EUV）工艺，需要在真空里进行，对光刻机、对照相胶配方都要求非常严格。
[*]
4. 应用场景
[*]集成电路：28nm、14nm、7nm、5nm甚至更先进的节点，一般都用正性光刻胶。
[*]微纳米光学器件：需要做非常细的图案，比如光栅、光学传感器上的细线都会用到正胶。
[*]掩膜版制作：做芯片遮罩那层光掩膜，也多采用正性光刻胶，因为要画的线都非常细。
三、负性光刻胶：让“亮”处保留，洗掉“暗”处1. 原理是什么？
[*]照到光的地方会“变硬”，没照到光的地方会被显影液洗掉。
[*]用比喻来说，好比在某种材料上一照光，那部分会自己“交联”得很牢固，放进显影液里未照光的地方就会被溶掉，只剩下被光照过的那一块。
就像你把一层“紫外线会让它变结实”的胶抹在纸上，照了光的地方就牢牢地贴在纸上，它下面的纸就被保护了；没照光的地方松散，放到显影剂里会离开纸张。
2. 过程怎么走？
[*]涂胶
[*]把负胶均匀地涂在硅片上，也要做一次预烘烤去掉溶剂。
[*]曝光
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用紫外光（通常是i-line 365nm等波长）对需要保留的图形部分照光，照到的区域内部会发生“交联”反应，变得溶解度很低。
[*]烘烤（固化）
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曝光后还要再烤一次，让交联反应更加完全，使得被光照过的区域牢固度更高。
[*]显影
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放到一种有机显影液或碱性显影液里，没被光照过的区域就会被洗掉；被光照过的地方交联了，就会留下来。
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[*]后固化（可选）
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有时候为了让结构更坚固，还会再烤一次（更高温度），让交联更彻底。
[*]后续加工
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因为交联后的负胶很耐刻蚀，可以直接用作刻蚀掩膜，做深沟刻蚀或金属刻蚀也行。
3. 优缺点
[*]优点
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-做厚层结构方便：一次能做几微米到几十微米、甚至上百微米超厚的图形结构，适合做高高的“墙”或“柱子”。
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-抗刻蚀能力强：交联后的负胶很不容易被等离子体（RIE）刻蚀掉，能保护下面的材料做深刻蚀。
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-工艺相对简单：配方和操作比化学放大正胶简单，对环境洁净度的要求稍低，成本也更低。
[*]缺点
[*]-分辨率相对较低：很难做出纳米级别、亚微米级别的细线，一般只能做到几百纳米到一两微米。要想更细，需要用电子束曝光，成本又上去。
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-线边不够平滑：交联过后，线条边缘往往会有一点“台阶”或“倒钩”形状，不像正胶那样能做垂直直边。
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-应力容易产生：做得很厚的时候，热烘烤后会有内部应力，有时会开裂或翘曲，需要特别控制温度爬升速率。
4. 应用场景
[*]MEMS（微机电系统）：比如做微流道芯片、微针、加速度计上的支撑梁等，需要厚厚的、坚固的结构，就非常适合用负性光刻胶（例如SU-8）。
[*]封装凸点（Bump）：在芯片封装时，要做凸起的小柱子（比如倒装芯片凸块），也常用负胶做模具。
[*]微流控芯片：设计微小流道结构，需要厚度几十微米甚至上百微米，就选负胶。
[*]深刻蚀掩膜：在硅片上做深深的沟道或孔洞，因为负胶交联后抗刻蚀强，可直接当掩膜。
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四、正性与负性光刻胶的简单对比
五、总结
正性光刻胶：照到光就变“易溶”，显影时曝光区被去掉，剩下未曝光区。擅长做非常细的图形（几十纳米到十几纳米），常用于高端芯片制造。但成本高，对工艺和设备要求高。
负性光刻胶：照到光就变“很硬”，显影时保留曝光区，溶掉未曝光区。擅长做比较厚、坚固的结构（几微米到几十微米、上百微米），常用于MEMS、微流控、封装凸点、深刻蚀掩膜等。分辨率不如正胶，但抗刻蚀能力强、成本相对低。
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