MEMS工艺中光刻胶的选择与使用（上篇）

在MEMS（微机电系统）制造工艺中，光刻胶（Photoresist）的选择与使用是至关重要的一环，直接影响光刻过程的成功与否。光刻胶用于定义微结构图形，作为掩模保护层在随后的刻蚀或镀膜步骤中起到屏蔽作用。为了确保图形的精确度和制造的成功，选择合适的光刻胶并优化其使用工艺是必不可少的。我们将分上下两篇文章来介绍选择和使用光刻胶的主要考虑因素和关键步骤。

一、光刻胶的分类

光刻胶按其反应机制和曝光后的行为可分为正胶（positive resist）和负胶（negative resist）：

正胶（Positive Photoresist）：

曝光后被光线照射的区域会变得更容易溶解。

适用场景：正胶常用于高分辨率工艺中，因为其能更好地形成精细的图形结构。

优点：图形分辨率较高，适合制作较小尺寸的微结构。

常见材料：如AZ系列、S1813等。

负胶（Negative Photoresist）：

曝光后被光线照射的区域变得不易溶解，即未曝光区域会被去除。

适用场景：负胶用于需要较厚图形的工艺中。

优点：图形耐蚀性好，可用于制作较厚的图形，适合高深宽比结构的制作。

常见材料：如SU-8、KMPR等。

二、光刻胶选择的考虑因素

膜厚要求

光刻胶的膜厚直接影响到后续图形的分辨率与结构形貌。

对于微小结构和高精度图形，通常选择较薄的光刻胶（1-5 µm）。

对于较深刻蚀或高深宽比结构，选择较厚的光刻胶（10-100 µm），如SU-8胶。

分辨率要求

光刻胶的分辨率指其能够定义的最小图形尺寸。

正胶具有较高的分辨率，适合纳米级别的光刻，而负胶由于其膨胀效应，通常分辨率较低，适合较大尺寸的结构。

对于纳米结构或高精度MEMS器件，通常选择高分辨率的正胶。

曝光波长

光刻胶对特定波长的光线敏感，常见的曝光波长有i线（365 nm）、g线（436 nm）以及深紫外光（DUV，248 nm或193 nm）。

应根据所使用的光刻设备的波长选择合适的光刻胶。例如，深紫外光刻工艺中常使用特别设计的深紫外光刻胶。

刻蚀耐受性

光刻胶在湿法或干法刻蚀中的耐受性影响其适用范围。

对于**深硅刻蚀（DRIE）**等刻蚀强度较高的工艺，通常需要选择耐蚀性更强的光刻胶。

粘附力

光刻胶与基底材料的粘附性直接影响图形的保真度和刻蚀效果。通常使用**HMDS（六甲基二硅氮烷）**等粘附增强剂提高光刻胶对基底（如硅、玻璃等）的附着力。

加工兼容性

光刻胶应与后续的湿法、干法刻蚀工艺、镀膜工艺等兼容。对于高温工艺（>150°C）的应用场合，建议选择热稳定性更好的光刻胶，如SU-8。