光刻膠的性能指標及技術參數

光刻膠的性(xing)(xing)能指標包含分辨率、對比度(du)、靈敏度(du)、黏滯(zhi)性(xing)(xing)/黏度(du)、黏附性(xing)(xing)、抗(kang)蝕(shi)性(xing)(xing)、表面張(zhang)力、針(zhen)孔、純度(du)、熱流程等。

1、分辨率

分辨(bian)(bian)率(lv)（resolution，R）即光刻(ke)工(gong)藝中所能形(xing)成(cheng)最(zui)小(xiao)尺(chi)寸(cun)的有用(yong)圖像(xiang)。是區別硅(gui)片表面相鄰圖形(xing)特征的能力。一般用(yong)關(guan)鍵(jian)尺(chi)寸(cun)（CD，Critical Dimension）來衡(heng)量(liang)分辨(bian)(bian)率(lv)。形(xing)成(cheng)的關(guan)鍵(jian)尺(chi)寸(cun)越(yue)小(xiao)，光刻(ke)膠的分辨(bian)(bian)率(lv)越(yue)好。此性質深受(shou)光刻(ke)膠材質本身物理(li)化學性質的影響(xiang)，必須避免光刻(ke)膠材料在(zai)顯影過(guo)程中收縮或在(zai)硬烤中流動(dong)。因(yin)此，若要使光刻(ke)材料擁有良好的分辨(bian)(bian)能力，需(xu)謹慎選擇高分子基(ji)材及所用(yong)的顯影劑。

2、對比度

對比(bi)(bi)度(du)（Contrast）指光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)材(cai)料曝光(guang)(guang)前后化(hua)學物質（如溶解度(du)）改(gai)變的(de)(de)(de)速率。對比(bi)(bi)度(du)可(ke)以被認為是光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)區(qu)分掩(yan)膜版上(shang)亮區(qu)和(he)暗(an)區(qu)能(neng)力的(de)(de)(de)衡(heng)量標準，且(qie)輻照強度(du)在(zai)光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)線條(tiao)和(he)間距的(de)(de)(de)邊(bian)緣(yuan)附(fu)近平滑變化(hua)。光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)對比(bi)(bi)度(du)越大，線條(tiao)邊(bian)緣(yuan)越陡(dou)，典(dian)型的(de)(de)(de)光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)對比(bi)(bi)度(du)為2~4。對于(yu)理(li)想光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)來說，如果受(shou)到該(gai)閾(yu)值(zhi)以上(shang)的(de)(de)(de)曝光(guang)(guang)劑量，則(ze)光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)完(wan)全感光(guang)(guang)；反(fan)之，則(ze)完(wan)全不感光(guang)(guang)。實際上(shang)，光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)曝光(guang)(guang)閾(yu)值(zhi)存(cun)在(zai)一(yi)個分布，該(gai)分布范圍越窄，光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)性能(neng)越好。

3、靈敏度

靈敏(min)度（Sensitivity）即光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠上產生一(yi)個(ge)良好的圖(tu)形所需(xu)一(yi)定(ding)波長(chang)光(guang)(guang)的最小能(neng)量值（或最小曝光(guang)(guang)量）。單位(wei)：毫(hao)焦/平方厘米或mJ/cm2。光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠的敏(min)感性對于波長(chang)更短的深(shen)紫外光(guang)(guang)（DUV）、極(ji)深(shen)紫外光(guang)(guang)（EUV）等尤為(wei)重要。負膠通常需(xu)5~15s時間(jian)曝光(guang)(guang)，正膠較慢，其曝光(guang)(guang)時間(jian)為(wei)負膠的3~4倍(bei)。

靈(ling)敏(min)度反映(ying)了光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)材(cai)料對某(mou)種波長的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)反應(ying)程度。不同的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)對于不同的(de)(de)(de)波長的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)是(shi)有選擇性的(de)(de)(de)。同時(shi)，高(gao)的(de)(de)(de)產出要求短的(de)(de)(de)曝(pu)(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)時(shi)間，對光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)靈(ling)敏(min)度要求也越(yue)來越(yue)高(gao)。通常以曝(pu)(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)劑(ji)量(liang)作為衡(heng)量(liang)光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)靈(ling)敏(min)度的(de)(de)(de)指標，曝(pu)(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)劑(ji)量(liang)值越(yue)小(xiao)，代(dai)表光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)靈(ling)敏(min)度越(yue)高(gao)。i線光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)材(cai)料曝(pu)(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)劑(ji)量(liang)在(zai)數百mJ/cm2左(zuo)右(you)(you)，而KrF和(he)ArF的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)材(cai)料，其(qi)曝(pu)(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)劑(ji)量(liang)則(ze)在(zai)30和(he)20mJ/cm2左(zuo)右(you)(you)。靈(ling)敏(min)度可以體現(xian)于光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)對比度曲線上。

4、黏滯性/黏度

黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性/黏(nian)(nian)度(du)(du)（Viscosity）是衡(heng)量光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)流動特性的(de)(de)(de)(de)(de)參數(shu)。黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性隨著光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)溶劑的(de)(de)(de)(de)(de)減少而增加；高的(de)(de)(de)(de)(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性會產生厚(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)；越(yue)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性，就有越(yue)均勻的(de)(de)(de)(de)(de)光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)厚(hou)度(du)(du)。光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)比重（SG，Specific Gravity）是衡(heng)量光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)密度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)指標。它與光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)體含量有關。較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)比重意味著光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)含有更多的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)體，黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性更高、流動性更差。黏(nian)(nian)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)單位：泊(bo)（P，1P=10-1Pa·s），光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)一般用厘泊(bo)（cP，1cP=10-2P）來(lai)度(du)(du)量。百分泊(bo)即厘泊(bo)為(wei)絕對黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率；運(yun)動黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率定義為(wei)：運(yun)動黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率=絕對黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率/比重。單位：百分斯托(tuo)克斯（cst）=1mm2/s。大多數(shu)光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)生產商用在光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)轉(zhuan)動風向標的(de)(de)(de)(de)(de)方法測量黏(nian)(nian)度(du)(du)。

5、黏附性

黏(nian)(nian)附性（Adherence）是表征(zheng)光刻(ke)膠黏(nian)(nian)著于襯(chen)底(di)的(de)強度(du)。主要衡量光刻(ke)膠抗(kang)濕(shi)法腐蝕(shi)(shi)能力。它不僅與(yu)光刻(ke)膠本身的(de)性質(zhi)有關(guan)，而且與(yu)襯(chen)底(di)的(de)性質(zhi)和(he)其表面(mian)情況等有密切關(guan)系。作(zuo)為刻(ke)蝕(shi)(shi)阻擋層，光刻(ke)膠層必須和(he)晶圓表面(mian)黏(nian)(nian)結得很好，才能夠(gou)忠(zhong)實(shi)地把光刻(ke)層圖(tu)形轉移到晶圓表面(mian)層，光刻(ke)膠的(de)黏(nian)(nian)附性不足會導致硅片表面(mian)的(de)圖(tu)形變形。光刻(ke)膠的(de)黏(nian)(nian)附性必須經受住后續工(gong)藝(yi)（刻(ke)蝕(shi)(shi)、離子注入等）。通(tong)常負(fu)膠比正(zheng)膠有更(geng)強的(de)黏(nian)(nian)結能力。

6、抗蝕性

抗蝕性（Anti-etching; Etching resistance）即(ji)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)材料在刻(ke)(ke)(ke)蝕過(guo)程中(zhong)的(de)(de)抵(di)抗力。在圖形從光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)轉移到晶(jing)片的(de)(de)過(guo)程中(zhong)，光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)材料必須能夠(gou)抵(di)抗高能和高溫（>150℃）而不改變其原(yuan)有特性。在后續(xu)的(de)(de)刻(ke)(ke)(ke)蝕工序中(zhong)保(bao)護(hu)襯底表面。耐熱穩定性、抗刻(ke)(ke)(ke)蝕能力和抗離子轟擊能力。

在濕(shi)法刻蝕中(zhong)，印有(you)電(dian)路圖(tu)形的(de)光(guang)刻膠(jiao)需要連同硅片一同置(zhi)入(ru)化學刻蝕液(ye)中(zhong)，進行(xing)很多次的(de)濕(shi)法腐(fu)蝕。只有(you)光(guang)刻膠(jiao)具有(you)很強的(de)抗蝕性，才能(neng)保證(zheng)刻蝕液(ye)按照所希望的(de)選擇比刻蝕出曝光(guang)所得圖(tu)形，更好體現(xian)器件性能(neng)。

在(zai)干法刻蝕(shi)中(zhong)，例如(ru)集成(cheng)電(dian)路(lu)工藝中(zhong)在(zai)進行阱區和源漏區離子注(zhu)入時，需要有較好的(de)(de)保護(hu)電(dian)路(lu)圖(tu)形的(de)(de)能力，否則光(guang)刻膠會因為在(zai)注(zhu)入環境中(zhong)揮發而影響到注(zhu)入腔的(de)(de)真空度(du)。此時注(zhu)入的(de)(de)離子將不會起(qi)到其在(zai)電(dian)路(lu)制造工藝中(zhong)應(ying)起(qi)到的(de)(de)作用，器件的(de)(de)電(dian)路(lu)性(xing)能受阻。

7、表面張力

表(biao)面張力（surface tension）指液體(ti)中將表(biao)面分子(zi)拉向(xiang)液體(ti)主(zhu)體(ti)內的(de)分子(zi)間吸引(yin)力。光刻膠(jiao)應該(gai)具(ju)有比較小的(de)表(biao)面張力，使光刻膠(jiao)具(ju)有良好的(de)流動(dong)性和(he)覆蓋(gai)。

8、針孔

針(zhen)(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)是(shi)光刻(ke)膠(jiao)層(ceng)尺寸(cun)(cun)非常小(xiao)的(de)(de)空穴(xue)。針(zhen)(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)是(shi)有害的(de)(de)，因為它可以(yi)(yi)(yi)允許刻(ke)蝕(shi)劑滲過(guo)光刻(ke)膠(jiao)層(ceng)進(jin)而在晶圓表(biao)面層(ceng)刻(ke)蝕(shi)出小(xiao)孔(kong)(kong)，針(zhen)(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)是(shi)在涂膠(jiao)工藝中(zhong)有環境中(zhong)的(de)(de)微粒污染物(wu)造(zao)成的(de)(de)，或者由(you)光刻(ke)膠(jiao)層(ceng)結(jie)構上的(de)(de)空穴(xue)造(zao)成的(de)(de)。光刻(ke)膠(jiao)層(ceng)越厚(hou)(hou)，針(zhen)(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)越少，但它卻降低了分(fen)辨力，光刻(ke)膠(jiao)厚(hou)(hou)度選擇過(guo)程中(zhong)需權衡(heng)這兩(liang)個因素的(de)(de)影響。正膠(jiao)的(de)(de)縱橫比更高(gao)，所(suo)以(yi)(yi)(yi)正膠(jiao)可以(yi)(yi)(yi)用更厚(hou)(hou)的(de)(de)光刻(ke)膠(jiao)膜達(da)到想要的(de)(de)圖形尺寸(cun)(cun)，而且(qie)針(zhen)(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)更少。

9、純度

純度（Purity）指光(guang)(guang)(guang)刻膠必(bi)須在(zai)微粒含量(liang)、鈉和微量(liang)金(jin)屬(shu)(shu)雜質及水含量(liang)方(fang)(fang)面達到(dao)嚴格的(de)標(biao)準要求。集成電路工(gong)藝對光(guang)(guang)(guang)刻膠的(de)純度要求是(shi)(shi)非常嚴格的(de)，尤其(qi)是(shi)(shi)金(jin)屬(shu)(shu)離子的(de)含量(liang)。如由g線(xian)(xian)光(guang)(guang)(guang)刻膠發展到(dao)i線(xian)(xian)光(guang)(guang)(guang)刻膠材料時，金(jin)屬(shu)(shu)Na、Fe和K離子的(de)含量(liang)由10的(de)-7次(ci)方(fang)(fang)降低到(dao)了10的(de)-8次(ci)方(fang)(fang)。

10、熱流程

光(guang)刻工藝(yi)過程中(zhong)有兩個加熱(re)的(de)過程：軟烘焙(bei)和(he)硬(ying)烘焙(bei)。工藝(yi)師通過高溫烘焙(bei)，盡(jin)可能(neng)使光(guang)刻膠(jiao)黏結能(neng)力達到(dao)(dao)最(zui)大化。但(dan)光(guang)刻膠(jiao)作為像塑(su)料(liao)一樣的(de)物質，加熱(re)會變(bian)(bian)軟和(he)流(liu)動，對最(zui)終的(de)圖形(xing)尺(chi)寸(cun)有重(zhong)要影響，在工藝(yi)設計中(zhong)必須考慮到(dao)(dao)熱(re)流(liu)程帶(dai)來的(de)尺(chi)寸(cun)變(bian)(bian)化。熱(re)流(liu)程越穩定(ding)，對工藝(yi)流(liu)程越有利。

11、其他

在實際的(de)(de)工藝中(zhong)光刻膠的(de)(de)選(xuan)擇還必須考(kao)慮硅片表面的(de)(de)薄膜(mo)種類與性(xing)(xing)質（反射(she)率(lv)、親水(shui)性(xing)(xing)或疏水(shui)性(xing)(xing)）和產品圖形(xing)所需的(de)(de)解(jie)析度。

優秀的光刻膠必須具備高分辨度、高敏感度和高對比度，以保證能將精密的圖像從掩模版轉移到硅片上。業內描述為分辨度、對比度、敏感度。另外，光刻膠的(de)技(ji)術要求高(gao)，所有(you)的(de)技(ji)術指標都必須(xu)(xu)達(da)標，因此除(chu)上述三個硬性指標外，好的(de)光刻(ke)膠還必須(xu)(xu)具有(you)強蝕刻(ke)阻(zu)抗性、高(gao)純(chun)度、低(di)(di)溶解度、高(gao)粘附性、小表(biao)面張力、低(di)(di)成本、長(chang)壽命周期以及較(jiao)高(gao)的(de)玻璃化轉換溫度。