2. 光刻胶基础
光刻胶（Photoresist）是光刻工艺的核心耗材，其性能直接决定了图形转移的精度与良率。本节从组成、分类与关键参数三个维度建立对光刻胶的系统认知。
2.1 光刻胶的组成
光刻胶是一种对光敏感的混合材料，通常由三种核心组分构成：树脂（成膜剂）、感光剂（光活性化合物）和溶剂。此外还可能包含少量添加剂（如增塑剂、染色剂）。
核心组分功能速览：
- 树脂：提供机械强度、抗刻蚀性和成膜性，是光刻胶的骨架。
- 感光剂：吸收特定波长光能，引发化学变化（交联或分解），决定光刻胶的感光特性。
- 溶剂：调节粘度，使光刻胶能以液态形式均匀涂布，涂布后通过烘烤去除。
2.2 正胶与负胶的区别
根据曝光后显影区域的变化，光刻胶分为正胶（Positive Tone）和负胶（Negative Tone）。这是光刻工艺选型的第一决策点。
| 对比维度 | 正胶 | 负胶 |
|---|---|---|
| 曝光区溶解性 | 曝光区变为可溶（显影时去除） | 曝光区变为不可溶（显影时保留） |
| 图形极性 | 掩模版图形与光刻胶图形相同 | 掩模版图形与光刻胶图形相反 |
| 分辨率 | 较高（通常可达亚微米级） | 较低（易发生溶胀，限制分辨率） |
| 抗刻蚀性 | 一般（需后续硬化处理） | 较好（交联结构更致密） |
| 典型应用 | 先进逻辑芯片、高精度图形层 | 功率器件、厚胶工艺、MEMS |
选型提示： 正胶因分辨率优势主导了先进节点光刻工艺；负胶在需要厚胶层、高抗刻蚀性或倒扣结构（如T型栅）时更具优势。
2.3 光刻胶的关键性能参数
光刻胶的性能通过以下四个核心参数进行量化评价，它们共同决定了工艺窗口与最终图形质量。
2.3.1 分辨率（Resolution）
分辨率指光刻胶能够清晰分辨的最小特征尺寸（Critical Dimension, CD）。受曝光波长、光学系统数值孔径（NA）以及光刻胶本身的化学放大效应影响。高分辨率光刻胶需要具备高对比度和低溶胀率。
2.3.2 灵敏度（Sensitivity）
灵敏度定义为使光刻胶完成所需化学变化（正胶变为可溶，负胶变为不可溶）所需的最小曝光剂量，单位通常为 mJ/cm²。灵敏度越高，所需曝光时间越短，产能越高，但过高的灵敏度可能降低工艺窗口。
2.3.3 对比度（Contrast, γ）
对比度是光刻胶对曝光剂量变化的响应陡峭程度，由光刻胶的厚度-曝光剂量曲线（Contrast Curve）的斜率决定。高对比度意味着光刻胶在阈值剂量附近从完全不溶到完全可溶的转变非常迅速，有利于获得陡直的侧壁和清晰的图形边缘。
对比度计算公式：
γ = 1 / [ log10(D₀) - log10(D₁) ]其中 D₀ 为光刻胶完全保留所需最小剂量，D₁ 为光刻胶完全去除所需最大剂量。γ 值越大，对比度越高。
2.3.4 抗刻蚀性（Etch Resistance）
抗刻蚀性指光刻胶在后续干法或湿法刻蚀过程中保护下层材料的能力。通常与树脂的化学结构（如苯环含量、交联密度）相关。负胶因交联结构致密，抗刻蚀性一般优于正胶。对于深硅刻蚀等厚胶工艺，抗刻蚀性是关键选型指标。
工艺实战提醒： 四个参数之间存在 trade-off 关系。例如，提高灵敏度往往以牺牲分辨率为代价；增强抗刻蚀性（如增加交联度）可能导致灵敏度下降。实际工艺中需根据具体层级的图形要求（如关键层 vs 非关键层）进行平衡选型。
2.4 光刻胶选型速查表
| 工艺需求 | 推荐胶型 | 关键关注参数 |
|---|---|---|
| 先进逻辑节点（≤7nm） | 正胶（EUV光刻胶） | 分辨率、灵敏度、线宽粗糙度（LWR） |
| 功率器件/厚铝刻蚀 | 负胶（厚胶型） | 抗刻蚀性、厚度均匀性 |
| MEMS深硅刻蚀 | 负胶（SU-8类） | 高深宽比、抗刻蚀性、附着力 |
| 化合物半导体（GaAs/SiC） | 正胶（i-line或g-line） | 灵敏度、热稳定性 |
| lift-off工艺 | 负胶（图像反转胶） | 倒角轮廓、分辨率 |