2.3.1 感光材料(光阻)之簡介
感光材料:即所謂的光阻，光阻由以下三種不同成分混合而成。
（1） 樹脂(Resin): 作為黏合劑(Binder) 。
（2）感光劑(Sensitizer):是光活性(Photoactivity compound, PAC) 極強的化合物，其與樹酯內的含量相當。
（3）溶劑(Solvent): 樹酯與感光劑一起溶在溶劑裡，使光阻能以液 態形式存在。
光阻主要分為兩種:
（1） 正光阻(Positive Photoresist):
正光阻本身難溶於顯影劑，但遇到光則會解離成溶於顯影劑之 結構。
（2） 負光阻(Negative Photoresist):
負光阻遇到光會產生鏈結(crosslinkage)，使遇光的光阻結構加 強而不溶於顯影劑，負光阻在顯影時，顯影液會侵入已鏈結之分 子內，使負光阻之體積增加，或稱為泡脹(swelling)，導致顯影 後的圖案與光罩上的圖案誤差增加，所以負光阻較不適合小於 3um以下之製程技術。正負光阻微影製程之差別，如圖2-7：
圖2-8 正負光阻微影製程示意圖。
正光阻液進行感光、水解與顯影之化學反應式，如圖2-8：
圖2-9 正光阻液進行感光、水解與顯影之化學反應式示意圖。
光阻優劣之相關因素：
（1） 感光能力:
光阻內PAC的活性很高， 若使光阻暴露於光或熱的環境下， 都 可能使PAC發生解離， 因而影響其光阻之感光能力。
（2）附著性(Adhesion)
（2） 抗蝕刻性(Etch Resistance):
不良的附著性與抗蝕刻性，會使光阻底下的薄膜進行選擇性蝕 刻時，發生圖案轉移之誤差或失敗
（3） 解析度(Resolution):
不良之解析度將使製程精密度受限，通常光阻厚度愈薄，解析 度愈好﹔但若以光阻的抗蝕刻性之觀點來，則希望光阻厚度厚 一點，所以光阻的厚度必須視製程應用所需來控制厚度，通常 依需求不同約在數千Å到幾um之間。[20-21]
2.3.2 塗底(Priming)
（1） 清洗:將晶片表面清洗乾淨，以免有particle造成光阻附著性變 差。
（2）去水烘烤(Dehydration Bake):去水烘烤目的為去除晶片表面水 分子，溫度多為100°C ~200°C。
（2） 塗底(Priming): 塗底目的是提升光阻和晶片表面的附著性，一 般常用HMDS (Hexametihyldisilazne)，下圖顯示HMDS與SiO2
表面鍵結之情形，及加溫後之結構；藉由適當的塗底，晶片表 面的表面能(surfaceenergy)可被調到與光阻表面能相當的程 度，故可以增加光阻對晶片表面的附著力。[20-21]
圖2-10 HMDS反應分子式。
2.3.3 光阻覆蓋(PR Coating)
光阻覆蓋是在晶片表面覆蓋一層厚度均勻、附著性強之光阻；目 前幾乎所有光阻塗佈皆以旋轉塗蓋(Spin coating)來進行，如圖2-10 所示。光阻厚度除與光阻液黏性有關外，也受旋轉器的轉動速度影 響，其與旋轉轉速平方根成反比。[20-21]
圖2-11 旋轉塗蓋光阻方式。
2.3.4 光阻軟烤(Soft Bake)
光阻軟烤(Soft Bake)或稱曝光前烘烤(Pre-Exposure Bake)，主 要是將晶片上的光阻溶劑從光阻裡驅除，使光阻由原本液態經軟烤 後，變成固態的薄膜，並增加光阻之附著力。軟烤之主要參數為溫度 與時間，溫度與時間的控制會影響光阻的固化結果，更會影響後續曝 光與顯影之結果。軟烤溫度太低或時間不夠會導致光阻附著力差、精 確性差、顯影過度。若是軟烤溫度太高或時間太長會發生附著力因光 阻變脆而降低、光阻對光的敏感度變差而造成顯影困難。
軟烤方式:
（1）烤箱(Oven):利用熱空氣對流(Convention)
（4） 加熱板(Hot Plate):利用熱傳導(Conduction) [20-21]
2.3.5 曝光技術
曝 光 是 以 光 為 媒 介 進 行 光 罩 圖 案 轉 移 ， 通 常 是 以 汞 弧 燈 管 (Mercury Arc Lamp)所產生的紫外光(UV light)作為執行曝光之光 源，目前常見的光源波長: g-line (436nm)、I-line(365nm) 、DUV (248nm)，微影曝光技術上，曝光機所提供的解析度與光源波長λ之 關係式:
解析度= R = K1* λ / NA
（2-3）
K1 : 與光阻材料及製程相關的一個常數
NA; 曝光機鏡片系統的數值孔隙(Numerical Aperture)之數值，由上 方程式，可了解使用的光源波長愈短，則解析能力就愈小。
曝光的目的主要是光阻吸收適當的能量，以便進行光轉換，經過 顯影的光阻才能成功的將圖案轉移至晶片上。控制曝光能量(mJ/cm2) 的主要因素為: 曝光光源的強度(Intensity,mW/cm2)與曝光時間。曝 光能量與微影製程各個步驟條件有相關: 光阻厚度、軟烤程度、顯影 條件、顯影後線寬之容許誤差。
曝光技術主要有下列幾種:
（1）接觸式(Contact)：解析度最佳，但光罩易磨損。
（3） 近接式(Proximity)：光罩與晶片有10-20μm 之間隙，無晶片 磨損困擾，工業界大多採用此法。
（4） 投影法(Projection)：光罩與晶片間有數公分距離，利用透鏡 將光罩上之圖案縮小，聚焦後將影像投射至晶片上。
（5） 步進機(Stepper): 由投影式演進的重複且步進(Step and Repeat)，光罩圖案比例比要轉移圖案大， 目前較常見為4:1 或5:1，Stepper優點為所要轉移的縮小圖案之解析度較好。
（6） 不需光罩之直寫法：不需光罩，直接將圖形寫於覆有光阻之晶 片上，其光源有電子束、聚焦離子束與雷射光等。[20-21]
圖 2-12 曝光技術的方式。
2.3.6 曝光後烘烤(Post Exposure Bake)
象，當曝光進行時，沒有被光阻吸收的光會透過光阻到晶片表面，因 而反射而與入射的光波產生建設性與破壞性干涉，則行程所謂的駐 波。駐波會導致光阻線寬的改變，解決駐波現象，則在曝光後增加一 道烘烤之步驟，通常溫度會比軟烤高。[20-21]
2.3.7 顯影(Development)
為避免曝光後光阻因其他的副反應而改變化學結構經曝光後的 光阻，應盡速進行顯影，以正光阻來說，顯影的目的是將晶片表面經 曝光的光阻層，溶解再鹼性溶液中。控制顯影的主要條件: 顯影時 間、顯影劑濃度、溫度，顯影方式可分為：
商業上: 噴灑/混拌(Spray/Puddle) 實驗室: 浸泡式
[20-21]
2.3.8 硬烤(Hard Bake)
硬烤: 藉著降低光阻內的溶劑含量，除了強化光阻對晶片表面 的附著力，可以幫助光阻對後續製程，如蝕刻與離子佈植的阻擋能 力，使其製程選擇性(selectivity)增加，主要操作條件: 溫度與時 間，通常硬烤溫度比前面軟烤或曝光後烘烤還高。較高的硬烤溫度表 示光阻溶劑含量少，相對的，最後要去光組織困難度也增加; 溫度若 太高，反而會使光阻的附著性因累積太多的拉伸硬力而降低，故溫度 必須適量的控制。[20-21]