光刻胶是光刻工艺的核心。表面制备、软烘焙、曝光、刻蚀和去除光刻胶工艺会根据特定的光刻胶性质和想达到的预期结果而进行微调。光刻胶的选择和光刻胶工艺的研发是一项非常漫长而复杂的过程。一旦一种光刻工艺被建立，是极少改变的。

主要有四个方面：光刻胶的基本介绍；光刻胶的性能要素；光刻胶的种类以及对比；光刻胶配套的试剂。

光刻胶又称为光致抗蚀剂，是一种感光材料，其中的感光成分在光的照射下会发生化学变化，从而引起溶解速率的改变，其主要作用是将掩模版上的图形转移到晶圆片等衬底上。光刻胶的工作原理如图一所示。首先，将光刻胶涂布在衬底片上，前烘去除其中的溶剂；其次，透过掩模版进行曝光，使曝光部分的感光组分发生化学反应；然后，进行曝光后烘烤；最后通过显影将光刻胶部分溶解（对于正光刻胶，曝光区域被溶解；对于负光刻胶，未曝光区域被溶解），从而实现集成电路图形从掩模版到衬底片的转移。

 图一 光刻胶工作原理

光刻胶的生产为了不同的需求，它们会根据不同光的波长以及不同的曝光源而进行调试。首先光刻胶具有特定的热流动性特点，从而用特定的方式去进行配制，与特定的表面结合。这些性质是由光刻胶里不同化学成分的类型、数量以及混合过程所决定。光刻胶有着4种基本成分：聚合物、溶剂、感光剂和添加剂。其作用如下：

1）聚合物：当在光刻机曝光时，聚合物的结构由可溶空成聚合（或反之)

2）溶剂：稀释光刻胶，通过旋转涂預形成薄膜

3）感光剂：在曝光过程中控制和调节光刻胶的化学反应

4）添加剂：各种添加的化学成分以实现工艺效果，如染色等

2、光刻胶的性能要素（物理、化学性质）

（1）分辨率：分辨率是指区别半导体晶片表面相邻图形特征的能力。一般用关键尺寸（Critical Dimension，CD）来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越好。

（2）对比度：对比度是指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度越高，形成图形的侧壁越陡峭，分辨率越好。

（3）敏感度：敏感度是指光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值（或最小曝光量），单位是毫焦/平方厘米（mJ/cm2）。光刻胶的敏感性对于波长更短的深紫外光（DUV）、极深紫外光（EUV）等尤为重要。

（4）黏度：黏度是衡量光刻胶流动特性的参数。黏度随光刻胶中溶剂的减少而增加；高黏度会产生厚的光刻胶；黏度越小，匀胶后光刻胶的厚度越均匀。黏度的单位是泊（poise），光刻胶一般用厘泊（cps，厘泊为1%泊）来度量。

（5）黏附性：黏附性表征光刻胶黏着于衬底的强度。光刻胶的黏附性不足会导致半导体晶圆片表面的图形变形。光刻胶的黏附性必须经受住后续工艺，比如刻蚀、离子注入和热扩散等。

（6）抗蚀性：光刻胶必须有较强的抗蚀性，才能在后续的工序中起到保护作用。

（7）表面张力：表面张力是指液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间吸引力。光刻胶的表面张力越大，它的覆盖性就越差。光刻胶应该具有比较小的表面张力，使光刻胶具有良好的流动性和覆盖能力。

（8）热流程：在光刻工艺过程中有两个加热的过程。第一个称为软烘焙 ( soit baike），用来把光刻胶里的溶剂蒸发掉。第二个称为硬烘焙(hard bake），它发生在图形在光刻胶层被显影之后。硬烘焙的目的是为了增加光刻胶对晶圆表面的黏结能力。然而，光刻胶作为像塑料一样的物质，在硬烘焙工艺中会变软和流动。流动的量会对最终的图形尺寸有重要的影响。在供焙的过程中光刻胶必须保持它的形状和结构，或者说在工艺设计中必须考虑到热流程带来的尺寸变化。目标是使烘焙尽可能达到高温来使光刻胶黏结能力达到最大化。这个温度是受光刻胶热流程特性限制的。总体来说，光刻胶热流程越稳定，它对工艺流程越有利。

（9）曝光速度：曝光速度越快，在光刻蚀区域晶圆的加工速度就越大，负光刻胶通常需5～15s时间曝光，正光刻胶较慢，其曝光时间为负胶的3～4倍。（仅供参考，还需以实际为主）。

（10）针孔密度：针孔是光刻胶层尺寸非常小的空穴。针孔是有害的，因为它可以允许刻蚀剂渗过光刻胶层进而在晶圆表面层刻蚀出小孔。针孔是在涂胶工艺中由环境中的微粒污染物造成的，或者由光刻胶层结构上的空穴造成的。光刻胶层越厚，针孔越少，但它也降低了分辨率，光刻胶厚度的选择过程中需权衡这两个因素的影响。正胶的纵横比较高，所以正胶可以用更厚的光刻胶膜达到想要的图形尺寸，而且针孔密度更低。

（11）阶梯覆盖度：晶圆在进行光刻工艺之前，表面已经有了很多的层。光刻胶要能起到阻隔刻蚀的作用，必须在以前层的上面保持足够的膜厚。光刻胶用足够厚的膜来覆盖晶圆表面层的能力即阶梯覆盖度，它是一个非常重要的参数。

负光刻胶（负胶）受光照部分发生反应而成为不溶物，非曝光部分被显影液溶解，获得的图形与光刻板图形互补。负光刻胶的附着力强、灵敏度高、显影条件要求不严，适于低集成度器件的生产。

正光刻胶（正胶）受光照部分发生反应而能被显影液所溶解，留下的非曝光部分的图形与光刻板一致。正光刻胶具有高分辨率、高对比度、对驻波效应不敏感、曝光容限大、针孔密度低和无毒性等优点，适合于高集成度器件的生产。两者在光刻工艺中具体情况上文有较为详细的介绍。配合其各自的参数对比如表一所示

表一 正胶负胶对比

光刻胶配套试剂是指在工艺制造中与光刻胶配套使用的试剂，主要包括增黏剂、稀释剂、去边剂、显影液和剥离液。大部分配套试剂的组分是有机溶剂和微量添加剂，溶剂和添加剂都是具有低金属离子及颗粒含量的高纯试剂。这里就先简单介绍三个。

1) 增粘剂：是在涂布光刻胶前对基片进行处理的一种试剂，主要组分是六甲基二硅氮烷。其主要作用是通过与基片表面的羟基反应，将晶圆片表面由亲水性变为疏水性，提高光刻胶与晶圆片之间的黏附性，减少由光刻胶黏附性不好而引起的缺陷，从而提高光刻胶的抗湿法腐蚀性能。

2) 显影液：是在显影过程中使用的配套试剂，其作用是溶解晶圆片上不需要的光刻胶。对于正性光刻胶，显影液主要是碱的水溶液，如四甲基氢氧化铵、氢氧化钠等；对于环化橡胶型的负性光刻胶，显影液的主要成分是有机溶剂。

3) 剥离液：是指在曝光显影及后续工艺后用于去除基片上的光刻胶的配套试剂。由于光刻胶在显影后要经过不同的工艺，如湿法刻蚀、干法刻蚀、离子注入等，这会引起光刻胶的结构变化，不易被去除，因此需要剥离液对光刻胶有较强的溶解性能。其基本组分是有机溶剂与有机胺类添加剂，常用的剥离液溶剂包括N-甲基吡咯烷酮（纳米P）、二甲基亚砜（DMSO）等。