光阻是什麼？正光阻、負光阻差在哪

光阻（photoresist，也叫光阻劑）是塗在晶圓上的一層感光薄膜：照到光的地方性質會變，再用藥水一沖，電路的圖案就留在晶圓上，像相機底片的感光層。光阻分兩種：正光阻是照到光的地方被洗掉，負光阻剛好相反，照到光的地方留下來。

微影（口語叫黃光）整件事怎麼做，寫在「微影（黃光）是什麼？」；那一區的燈為什麼是黃的，見「黃光區為什麼是黃色的？」。這篇只講光阻本身。

光阻是什麼做的？

瓶子裡的光阻是有點稠的液體，主要有三樣東西：

• 樹脂：塑膠類的長分子，塗好之後就是膜的骨架。
• 感光的成分：照到光會起化學變化，決定這一塊溶不溶得掉。
• 溶劑：讓它變成液體、塗得開，塗完大多會被烤掉。

剛照完光還看不出圖案，像沒沖洗的底片：照過的地方，只是在顯影液裡溶得快慢不同。

正光阻和負光阻差在哪？

	正光阻	負光阻
照到光的地方	變得好溶，被洗掉	分子連在一起，變得難溶，留下來
留下來的圖案	跟光罩上擋光的部分一樣	跟光罩相反
常見的顯影液	鹼性的水溶液	舊式的用有機溶劑
現在常用在哪	晶片上大部分細的圖案	很厚的膜、微機電（MEMS）

早期的積體電路多用負光阻。舊式負光阻用有機溶劑顯影，留下的光阻會吸進溶劑膨脹，線條變形，靠太近的線還會黏在一起，做到幾微米寬就到了極限。正光阻用鹼性的水溶液顯影，不會膨脹，所以圖案越做越細，大多改用正光阻；負光阻現在也常用在要塗得很厚的地方。

為什麼不同的光，要用不同的光阻？

光阻要吸到光才會反應，又不能吸太多，不然下半部照不到。早期的光阻是照藍紫光、紫外光調的；換到更短的深紫外光，舊配方吸得太多，只好換材料；深紫外光再從 248 換到 193 奈米，材料又太不透明，再換一次。極紫外光又是另一回事，見「EUV 是什麼？」。

光阻從塗上去到去掉，要經過哪幾步？

塗佈、烘烤、顯影多半在同一台塗佈顯影機裡做，它跟曝光機接在一起。

第 1 步：洗乾淨、烤乾、塗一層底

• 做什麼：洗淨、烤乾，再用增加附著的藥劑（常見的叫 HMDS）的蒸氣，在表面鋪上極薄一層。
• 為什麼：矽和氧化層的表面很容易吸住一層水，光阻黏不牢；這層底讓表面不沾水，光阻才抓得住。
• 不這樣會怎樣：顯影和泡藥液的時候，水從光阻底下鑽進去，細的線條會被掀起來。

第 2 步：旋轉塗佈，甩成又薄又平的一層

• 做什麼：晶圓中心滴一點光阻，每秒轉幾十圈，多的甩出去；邊緣堆起來的一圈，再用溶劑洗掉。
• 為什麼：邊轉邊甩、溶劑邊揮發，膜就定成整片一樣厚；轉得越快越薄，但不成正比，轉速約變四倍，厚度才少一半；光阻越稠膜越厚，所以厚度主要靠挑光阻，轉速做微調。
• 不這樣會怎樣：膜一處厚一處薄，同樣的光，厚的地方不夠、薄的地方太多，線寬就偏；邊緣那一圈不洗，之後剝落變成微粒。

第 3 步：軟烤，把溶劑趕走

• 做什麼：放上熱板，烤到一百度上下，一兩分鐘。
• 為什麼：剛塗好的膜裡還有不少溶劑；烤掉大部分，膜才穩、黏得牢。
• 不這樣會怎樣：烤不夠，曝光、顯影都不照預期；烤過頭，感光的成分先被熱破壞，光阻變得不靈敏。

第 4 步：曝光，把圖案照進去

• 做什麼：光穿過光罩照到光阻上，照到的地方起了化學變化。
• 為什麼：只有照到光的地方會變，圖案才分得出來。
• 不這樣會怎樣：光太多或太少，線就太寬或太窄；沒對準下面那一層，上下就接不起來，見「疊對是什麼？」。

第 5 步：曝光後烘烤，讓反應做完

• 做什麼：曝完光，很快送回熱板再烤一次，這叫曝光後烘烤。
• 為什麼：深紫外光用的光阻多是「化學放大型」：光只先產生一點點酸，烤的時候每一個酸會一路觸發很多次反應，所以很少的光就夠，但反應走多遠，全看溫度和時間。
• 不這樣會怎樣：熱板溫度差一度，線寬就可能差幾奈米，一邊冷一邊熱，整片就一邊寬一邊窄；曝完放太久才烤，空氣裡極微量的鹼性氣體（例如氨）會把表面的酸中和掉，線條頂上多一層洗不掉的「蓋子」。

第 6 步：顯影，圖案出現

• 做什麼：噴上顯影液，該洗掉的部分溶掉，再用水沖淨、甩乾，這叫顯影。
• 為什麼：照過和沒照過的地方溶得快慢不同，一沖，留下的就是圖案。
• 不這樣會怎樣：溫度、時間差一點，該開的開不乾淨，該留的被吃掉一點，線寬又變了。

第 7 步：硬烤、檢查

• 做什麼：常再烤一次讓光阻更硬，再量線寬、對準，看有沒有缺陷。
• 為什麼：光阻接下來要當擋板，烤硬了更撐得住；這也是最後能重來的時候。
• 不這樣會怎樣：烤太熱，光阻會軟化流動、邊角變圓，也更難去掉；沒檢查就往下走，錯的圖案會被刻進晶圓。印錯了就洗掉重來，這叫重工。

第 8 步：當擋板，交給蝕刻或植入

• 做什麼：送去蝕刻或離子植入：光阻蓋住的地方被保護，露出來的被刻掉或打進原子。
• 為什麼：蝕刻、植入都整片一起來，光阻就是鏤空的模板。
• 不這樣會怎樣：光阻太薄，還沒刻完自己先被吃光；顯影後放太久才送，有些層也要重來，見「Q-time 是什麼？」。

第 9 步：去光阻，功成身退

• 做什麼：乾式是用氧氣的電漿把光阻「燒」成氣體抽走，叫灰化；濕式是泡在強酸加雙氧水這類藥液裡溶掉；兩種常接著用，最後再洗一次。
• 為什麼：光阻只是暫時的模板，留著會變成髒東西。
• 不這樣會怎樣：殘渣會跟著晶圓走到下一站；打過離子植入的光阻，表面硬化成一層殼，特別難去。清洗見「晶圓清洗是什麼？」。

在 fab24hr 裡

在 fab24hr，按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「量產廠」、左右滑到製程工程師，名字下面點「黃光」，就是黃光製程工程師。深夜，塗佈顯影機 TRK-02 的光阻瓶快空了，新光阻會帶小氣泡、要等幾個小時，趁下游停著先換，還是留給早班？午班，TRK-01 輪流烤的四片熱板有一片冷了一邊，輪到它的晶圓線寬一邊寬一邊窄，要挑哪幾片重工。

研發線的黃光（卡片上點「研發線」）深夜也換了新瓶：從冰箱拿出來才一小時、批號也不同，塗出來比平常厚，照原本的光量，一側的孔底還留著光阻。主線「晶片的一生」第 2 章「一站一站」，你會親手塗光阻、烤、曝光、顯影，印出第一層圖案。遊戲裡的公司、人物、機台編號都是虛構的；光阻的原理和步驟，照公開的一般資料寫。其他行話見「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」。