正胶与负胶

概述

众所周知,光刻胶按照最简单的分类方式可以分为正胶或者负胶,本文就介绍一下紫外光刻胶中的正胶和负胶。首先我们来看一下什么是光刻胶的定义和什么是正胶和负胶。

光刻胶(Resist):是指一大类具有光敏化学作用的高分子聚合物材料。又称为光阻、抗蚀剂等。这里的光可以是UV波段的i-line(365nm)、g-line(436nm)DUV、EUV也可以是电子束(E-beam)、X-ray、离子束甚至是同步辐射光源等。

正胶:从光敏化学反应解释是,聚合物的长链分子因光照而解链成为短链分子的为正型光刻胶(chain secession)。从图形上来说,光照区域被显影掉,其他未被光照的区域光刻胶留下的为正胶(positive photoresist)。

负胶:聚合物的短链分子因光照而交联成为长链分子的为负胶(cross linking)。或者说,光刻过程中被的光照的区域在显影过程中留下来,未被光照区域的光刻胶被显影液腐蚀的光刻胶称之为负胶(negative photoresist),如图1所示。

光刻胶的都是经过特殊设计合成以适应某一种特殊应用的需求,光刻胶通常有4个基本成分组成:

  • 树脂型聚合物(resin): 是光刻胶膜的主体,它使光刻胶具有抗刻蚀性能;
  • 溶剂(solvent): 使树脂型聚合物保持液体状态以利于涂覆;
  • 光活性物质(photoactive compound,PAC): 控制树脂型聚合物对某一特定不长的感光度;
  • 添加剂(additives):用于控制胶的光吸收或者溶解度。
图1 暗场掩模及亮场掩模使用正胶和负胶曝光结果对比

对于电路图形,既可以使用正胶也可以使用负胶来实现,只需要搭配不同的掩模即可。图1中,我们可以看出相同的图形,我们可以使用正胶加暗场掩模或负胶加亮场掩模来实现。那么我们在制版和光刻胶的选择中怎样选择合适的方案呢?接下来我们介绍一下两者的一般性能对比

性能对比

正胶和负胶一般性能对比表

总结起来,正胶有一下主要优点:①高分辨率,高对比度;②使用暗场掩模减少了曝光图形的缺陷率,因为掩模大部分区域都是不透光的。③使用水溶性显影液;④去胶容易。

光刻胶的选择

光刻胶的选择是一个需要综合考量的问题,一般我们需要考虑:

  • 掩模板制作成本:光刻胶的选择通常与我们设计的图形密切相关,其目的是掩膜板的制作成本更小;
  • 工艺匹配度:一般来说紫外负胶更容易获得undercut结构,适用于lift-off工艺,电子束光刻中正胶更容易获得undercut结构;
  • 光刻胶成本:使用中,光刻胶的使用成本也是我们选择光刻胶的重要因素之一。

本节内容来自于崔铮《微纳米加工技术及其应用》

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