光阻：讓「光」變成「圖案」的化學媒介
微影的本質，是把光罩上的電路圖案「印」到晶圓上。但光本身刻不動矽——中間需要一種對光敏感的高分子材料作為媒介，這就是光阻（photoresist）。它先被旋塗成均勻薄膜，曝光後在受光與未受光區產生溶解度差異，顯影時被選擇性洗去，留下可供後續蝕刻或佈植的遮罩圖案。光阻的化學，決定了整個微影能印多細、多準、多穩。
正型與負型：溶解度的兩種翻轉
依曝光後溶解度的變化方向，光阻分兩類：
- 正型光阻（positive resist）：受光區變得可溶，顯影後被洗掉，圖案與光罩透光區一致。解析度與輪廓控制較佳，是先進製程主流。
- 負型光阻（negative resist）：受光區交聯硬化、變不可溶，未受光區被洗掉。早期常因吸收顯影液膨潤（swelling）導致圖案變形，但新一代負型化學在 EUV 時代重新受重視。
正型：曝光 → 高分子鏈斷裂／極性翻轉 → 受光區可溶 → 洗掉受光區
負型：曝光 → 交聯／聚合 → 受光區不可溶 → 洗掉未受光區
化學放大光阻（CAR）：靈敏度的關鍵躍進
現代深紫外（DUV）與 EUV 微影的主力是化學放大光阻（chemically amplified resist, CAR）。其核心是光酸產生劑（photo-acid generator, PAG）：曝光時 PAG 釋放出微量光酸（H⁺），這個酸在後續曝後烘烤（post-exposure bake, PEB）中作為催化劑，引發連鎖的去保護（deprotection）反應，改變高分子極性。
關鍵在於「放大」——一個光子產生一個酸，但一個酸可催化數十至上百次反應。這讓光阻的感度（sensitivity）大幅提升，能用較低劑量曝光，提高曝光機產能（throughput）。EUV 光源功率昂貴，感度尤其重要，典型 EUV 光阻劑量約 20～60 $\mathrm{mJ/cm}^2$。
量化光阻性能的三個參數
光阻好壞用三個核心指標衡量，彼此互相牽制，稱為 RLS 取捨（resolution–LWR–sensitivity tradeoff）：
- 解析度（resolution）：能解析的最小線寬／間距。
- 對比度（contrast, $\gamma$）：溶解度隨劑量變化的陡峭程度，定義為對數劑量—殘膜厚度曲線的斜率。$\gamma$ 越高，曝光區與非曝光區界線越分明，側壁越陡直。
- 線寬粗糙度（line-width roughness, LWR）與線邊緣粗糙度（LER）：圖案邊緣的隨機抖動，單位 nm。先進節點要求 LWR 低於約 2～3 nm。
感度↑（劑量↓）→ 接收的光子數↓ → 散粒雜訊（shot noise）↑ → LWR↑
解析度↑ → 對化學擴散更敏感 → LWR 控制更難
這就是 RLS 三角難題：三者無法同時最佳化。EUV 因波長短、光子能量高，單位劑量的光子數較少，散粒雜訊（Poisson 統計漲落）成為 LWR 的根本物理下限。
失效模式與製程窗口
光阻製程的常見失效：
- 圖案倒塌（pattern collapse）：高深寬比細線在顯影乾燥時，毛細力把線拉倒。對策包括降低深寬比、表面處理降低表面張力。
- 駐波效應（standing wave）：曝光光在膜內反射形成駐波，使側壁呈波紋狀。對策是加抗反射層（BARC）與 PEB 讓酸擴散平滑化。
- 酸擴散失控：PEB 溫度／時間偏差讓光酸擴散過遠，模糊圖案、線寬失準——PEB 是 CAR 最敏感的步驟。
- 去保護不足或過度：感度與輪廓劣化。
製程窗口常以 Bossung 曲線（線寬對焦距與劑量的關係）描述，窗口越大代表對焦距與劑量漂移越寬容。
前沿：金屬氧化物光阻
傳統 CAR 在 EUV 高解析下受限於 RLS 三角與酸擴散模糊。金屬氧化物光阻（metal-oxide resist，如錫基 organotin）成為前沿替代：
- 金屬原子對 EUV 吸收截面大，提升光子利用效率、改善感度；
- 機制不依賴酸擴散，LER／LWR 控制更佳；
- 可做更薄的膜，降低圖案倒塌風險。
代價是顯影化學與缺陷控制不同、與既有 CAR 產線整合需重新驗證。隨 High-NA EUV 推進，光阻的薄膜化（更薄以維持解析）與抗倒塌、抗散粒雜訊，成為決定先進節點能否落地的化學戰場。
延伸閱讀：〈特用氣體與濕製程化學品〉、〈微影技術原理：把電路「印」到晶圓上〉、〈EUV 極紫外光微影：為何只有一家設備商〉。