光刻膠的性能指標及技術參數

光刻膠的性能(neng)指標包含分辨率、對比度(du)、靈敏度(du)、黏(nian)滯性/黏(nian)度(du)、黏(nian)附(fu)性、抗蝕性、表面張(zhang)力、針孔、純(chun)度(du)、熱(re)流(liu)程等(deng)。

1、分辨率

分(fen)辨率(lv)(lv)（resolution，R）即光(guang)刻工藝中(zhong)所能(neng)形成最小(xiao)尺寸的(de)有(you)用圖(tu)(tu)像。是區別硅片表(biao)面相鄰圖(tu)(tu)形特(te)征(zheng)的(de)能(neng)力。一般(ban)用關(guan)鍵(jian)尺寸（CD，Critical Dimension）來衡量(liang)分(fen)辨率(lv)(lv)。形成的(de)關(guan)鍵(jian)尺寸越(yue)小(xiao)，光(guang)刻膠的(de)分(fen)辨率(lv)(lv)越(yue)好。此性(xing)質深受光(guang)刻膠材(cai)質本(ben)身(shen)物理化學性(xing)質的(de)影(ying)響，必須避(bi)免光(guang)刻膠材(cai)料(liao)在顯(xian)影(ying)過程中(zhong)收縮或(huo)在硬烤中(zhong)流動。因(yin)此，若(ruo)要使光(guang)刻材(cai)料(liao)擁有(you)良(liang)好的(de)分(fen)辨能(neng)力，需謹慎選擇高分(fen)子(zi)基材(cai)及所用的(de)顯(xian)影(ying)劑。

2、對比度

對(dui)比(bi)度(du)（Contrast）指(zhi)光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)材料曝光(guang)(guang)(guang)前后化學物(wu)質（如溶解度(du)）改(gai)變的(de)速(su)率。對(dui)比(bi)度(du)可以(yi)被認(ren)為是光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)區分掩膜版上亮(liang)區和暗區能力的(de)衡量(liang)標準，且輻照強度(du)在光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)線(xian)條和間距的(de)邊(bian)緣附近平滑變化。光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)對(dui)比(bi)度(du)越(yue)(yue)大，線(xian)條邊(bian)緣越(yue)(yue)陡，典型的(de)光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)對(dui)比(bi)度(du)為2~4。對(dui)于理想光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)來說，如果受到該閾值(zhi)以(yi)上的(de)曝光(guang)(guang)(guang)劑(ji)量(liang)，則(ze)光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)完(wan)全(quan)感光(guang)(guang)(guang)；反之(zhi)，則(ze)完(wan)全(quan)不感光(guang)(guang)(guang)。實(shi)際上，光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)曝光(guang)(guang)(guang)閾值(zhi)存在一個分布(bu)，該分布(bu)范圍(wei)越(yue)(yue)窄，光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)性(xing)能越(yue)(yue)好。

3、靈敏度

靈敏(min)(min)度（Sensitivity）即光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)上產生一個(ge)良好的(de)(de)圖形所(suo)需一定波(bo)長(chang)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)最小能量值（或最小曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)量）。單位(wei)：毫焦/平(ping)方厘(li)米或mJ/cm2。光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)的(de)(de)敏(min)(min)感性對(dui)于波(bo)長(chang)更(geng)短的(de)(de)深紫外光(guang)(guang)(guang)（DUV）、極深紫外光(guang)(guang)(guang)（EUV）等尤為重要。負膠(jiao)通(tong)常需5~15s時(shi)間曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)，正膠(jiao)較慢，其曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)時(shi)間為負膠(jiao)的(de)(de)3~4倍。

靈(ling)敏(min)(min)度(du)(du)(du)反映了光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)材料對(dui)(dui)某種(zhong)波長的光(guang)的反應(ying)程度(du)(du)(du)。不同(tong)的光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)對(dui)(dui)于不同(tong)的波長的光(guang)是有選擇性的。同(tong)時，高的產出(chu)要求短(duan)的曝(pu)光(guang)時間，對(dui)(dui)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的靈(ling)敏(min)(min)度(du)(du)(du)要求也越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)高。通常(chang)以(yi)曝(pu)光(guang)劑(ji)(ji)量(liang)作為衡量(liang)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)靈(ling)敏(min)(min)度(du)(du)(du)的指標，曝(pu)光(guang)劑(ji)(ji)量(liang)值越(yue)(yue)小，代表(biao)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的靈(ling)敏(min)(min)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)高。i線(xian)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)材料曝(pu)光(guang)劑(ji)(ji)量(liang)在數百mJ/cm2左右，而KrF和(he)ArF的光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)材料，其曝(pu)光(guang)劑(ji)(ji)量(liang)則在30和(he)20mJ/cm2左右。靈(ling)敏(min)(min)度(du)(du)(du)可以(yi)體(ti)現(xian)于光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的對(dui)(dui)比度(du)(du)(du)曲線(xian)上。

4、黏滯性/黏度

黏(nian)滯(zhi)(zhi)性(xing)/黏(nian)度(du)(du)（Viscosity）是衡(heng)量(liang)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)動特性(xing)的(de)(de)(de)參數。黏(nian)滯(zhi)(zhi)性(xing)隨著(zhu)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)的(de)(de)(de)溶(rong)劑的(de)(de)(de)減少而增(zeng)加；高(gao)的(de)(de)(de)黏(nian)滯(zhi)(zhi)性(xing)會(hui)產生厚(hou)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)；越小(xiao)的(de)(de)(de)黏(nian)滯(zhi)(zhi)性(xing)，就有越均(jun)勻的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)厚(hou)度(du)(du)。光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)比(bi)重(zhong)（SG，Specific Gravity）是衡(heng)量(liang)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)密度(du)(du)的(de)(de)(de)指標(biao)。它與光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)的(de)(de)(de)固(gu)體含量(liang)有關。較大的(de)(de)(de)比(bi)重(zhong)意(yi)味(wei)著(zhu)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)含有更多(duo)(duo)的(de)(de)(de)固(gu)體，黏(nian)滯(zhi)(zhi)性(xing)更高(gao)、流(liu)動性(xing)更差。黏(nian)度(du)(du)的(de)(de)(de)單(dan)(dan)位(wei)：泊（P，1P=10-1Pa·s），光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)一般用厘(li)泊（cP，1cP=10-2P）來度(du)(du)量(liang)。百分(fen)泊即厘(li)泊為(wei)(wei)絕(jue)對(dui)黏(nian)滯(zhi)(zhi)率(lv)；運動黏(nian)滯(zhi)(zhi)率(lv)定(ding)義為(wei)(wei)：運動黏(nian)滯(zhi)(zhi)率(lv)=絕(jue)對(dui)黏(nian)滯(zhi)(zhi)率(lv)/比(bi)重(zhong)。單(dan)(dan)位(wei)：百分(fen)斯(si)托克斯(si)（cst）=1mm2/s。大多(duo)(duo)數光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)生產商用在光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)轉動風向標(biao)的(de)(de)(de)方法測量(liang)黏(nian)度(du)(du)。

5、黏附性

黏(nian)附性（Adherence）是表征光刻(ke)膠(jiao)黏(nian)著于襯(chen)底的強度(du)。主要衡量光刻(ke)膠(jiao)抗濕(shi)法腐蝕(shi)(shi)能力。它(ta)不僅與光刻(ke)膠(jiao)本(ben)身(shen)的性質(zhi)有(you)關，而且與襯(chen)底的性質(zhi)和(he)(he)其(qi)表面(mian)情(qing)況等(deng)有(you)密(mi)切關系。作為刻(ke)蝕(shi)(shi)阻擋層(ceng)，光刻(ke)膠(jiao)層(ceng)必須和(he)(he)晶圓(yuan)表面(mian)黏(nian)結得很(hen)好，才能夠忠(zhong)實地把光刻(ke)層(ceng)圖形(xing)轉移到(dao)晶圓(yuan)表面(mian)層(ceng)，光刻(ke)膠(jiao)的黏(nian)附性不足會(hui)導致(zhi)硅片表面(mian)的圖形(xing)變形(xing)。光刻(ke)膠(jiao)的黏(nian)附性必須經(jing)受住后續工藝(yi)（刻(ke)蝕(shi)(shi)、離(li)子注入等(deng)）。通常負膠(jiao)比正膠(jiao)有(you)更(geng)強的黏(nian)結能力。

6、抗蝕性

抗蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性（Anti-etching; Etching resistance）即光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠材料(liao)(liao)在刻(ke)(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過程中(zhong)的(de)(de)抵抗力。在圖(tu)形從光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠轉移到晶(jing)片(pian)的(de)(de)過程中(zhong)，光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠材料(liao)(liao)必(bi)須(xu)能(neng)(neng)夠抵抗高能(neng)(neng)和高溫（>150℃）而不改變其原有特性。在后(hou)續的(de)(de)刻(ke)(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)工序中(zhong)保護(hu)襯底(di)表面。耐熱穩定性、抗刻(ke)(ke)(ke)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)(neng)力和抗離子轟(hong)擊能(neng)(neng)力。

在濕法刻蝕中(zhong)(zhong)，印有電路圖形的光刻膠(jiao)(jiao)需要連同(tong)硅片(pian)一同(tong)置入化學刻蝕液中(zhong)(zhong)，進行很(hen)(hen)多次的濕法腐蝕。只有光刻膠(jiao)(jiao)具有很(hen)(hen)強(qiang)的抗蝕性，才能(neng)保證刻蝕液按(an)照所希望的選擇(ze)比(bi)刻蝕出曝光所得圖形，更好體現器件性能(neng)。

在(zai)(zai)干法刻(ke)蝕中，例如(ru)集成(cheng)電路(lu)工藝中在(zai)(zai)進(jin)行(xing)阱區(qu)和源漏區(qu)離子(zi)注入時，需要(yao)有較好的(de)保護電路(lu)圖形的(de)能(neng)力，否則光刻(ke)膠會(hui)因為在(zai)(zai)注入環境中揮發而影響到(dao)注入腔(qiang)的(de)真空(kong)度。此(ci)時注入的(de)離子(zi)將不(bu)會(hui)起到(dao)其在(zai)(zai)電路(lu)制造工藝中應起到(dao)的(de)作用，器件的(de)電路(lu)性(xing)能(neng)受阻。

7、表面張力

表面張(zhang)力（surface tension）指液體中將表面分(fen)子(zi)拉向液體主體內的(de)(de)(de)分(fen)子(zi)間吸(xi)引力。光刻膠應該具有比較小(xiao)的(de)(de)(de)表面張(zhang)力，使光刻膠具有良好的(de)(de)(de)流動性和覆(fu)蓋。

8、針孔

針(zhen)孔(kong)是(shi)光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)層尺(chi)寸(cun)非常小的空穴。針(zhen)孔(kong)是(shi)有(you)害的，因為它可(ke)以(yi)允許(xu)刻蝕(shi)劑(ji)滲過光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)層進而(er)在(zai)晶圓表面(mian)層刻蝕(shi)出小孔(kong)，針(zhen)孔(kong)是(shi)在(zai)涂膠(jiao)(jiao)(jiao)工藝中(zhong)有(you)環境(jing)中(zhong)的微粒污(wu)染物造成的，或者由光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)層結構上(shang)的空穴造成的。光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)層越厚，針(zhen)孔(kong)越少(shao)，但它卻降低了分辨力，光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)厚度選擇過程中(zhong)需權(quan)衡這兩個因素的影(ying)響。正膠(jiao)(jiao)(jiao)的縱橫比(bi)更(geng)(geng)高，所以(yi)正膠(jiao)(jiao)(jiao)可(ke)以(yi)用更(geng)(geng)厚的光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)膜達到想(xiang)要的圖形尺(chi)寸(cun)，而(er)且針(zhen)孔(kong)更(geng)(geng)少(shao)。

9、純度

純度（Purity）指光(guang)刻膠(jiao)必須在微粒含量(liang)、鈉和微量(liang)金(jin)屬(shu)雜質及水含量(liang)方(fang)(fang)面達到(dao)嚴格的(de)(de)標準要求。集成電路工藝對光(guang)刻膠(jiao)的(de)(de)純度要求是非(fei)常嚴格的(de)(de)，尤其是金(jin)屬(shu)離(li)(li)子(zi)的(de)(de)含量(liang)。如由g線(xian)光(guang)刻膠(jiao)發展到(dao)i線(xian)光(guang)刻膠(jiao)材料時，金(jin)屬(shu)Na、Fe和K離(li)(li)子(zi)的(de)(de)含量(liang)由10的(de)(de)-7次(ci)方(fang)(fang)降低到(dao)了(le)10的(de)(de)-8次(ci)方(fang)(fang)。

10、熱流程

光刻工(gong)(gong)藝(yi)(yi)過程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)有兩(liang)個加熱的過程(cheng)(cheng)(cheng)：軟烘焙(bei)和硬烘焙(bei)。工(gong)(gong)藝(yi)(yi)師通過高溫烘焙(bei)，盡可能使光刻膠(jiao)黏結能力達(da)到最(zui)大化(hua)。但(dan)光刻膠(jiao)作為像(xiang)塑料一(yi)樣的物質，加熱會變軟和流動，對最(zui)終(zhong)的圖形尺(chi)寸(cun)有重要影響，在(zai)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)設計中(zhong)必須考慮到熱流程(cheng)(cheng)(cheng)帶(dai)來的尺(chi)寸(cun)變化(hua)。熱流程(cheng)(cheng)(cheng)越穩定(ding)，對工(gong)(gong)藝(yi)(yi)流程(cheng)(cheng)(cheng)越有利。

11、其他

在(zai)實際(ji)的(de)(de)工(gong)藝中光刻膠的(de)(de)選擇還必須考慮(lv)硅片表面的(de)(de)薄膜(mo)種類(lei)與(yu)性(xing)質(zhi)（反射率、親水(shui)(shui)性(xing)或疏(shu)水(shui)(shui)性(xing)）和產品(pin)圖(tu)形所需的(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，光刻膠的技術(shu)(shu)要求高，所有(you)的技術(shu)(shu)指標(biao)(biao)都必須達(da)標(biao)(biao)，因此除(chu)上述三個硬性(xing)(xing)指標(biao)(biao)外，好的光刻膠還必須具有(you)強蝕刻阻(zu)抗性(xing)(xing)、高純度、低溶解(jie)度、高粘(zhan)附性(xing)(xing)、小表面張力、低成(cheng)本、長(chang)壽命周期以(yi)及較高的玻(bo)璃化(hua)轉換溫度。