光刻膠的性能指標及技術參數

光刻膠的性(xing)能指標包含分辨(bian)率、對(dui)比(bi)度(du)(du)、靈敏度(du)(du)、黏(nian)滯性(xing)/黏(nian)度(du)(du)、黏(nian)附性(xing)、抗蝕(shi)性(xing)、表面張力(li)、針(zhen)孔、純度(du)(du)、熱流程等(deng)。

1、分辨率

分(fen)(fen)辨率(lv)（resolution，R）即光(guang)刻(ke)工(gong)藝中(zhong)所能(neng)形成最(zui)小(xiao)(xiao)尺(chi)寸(cun)(cun)的(de)(de)有用(yong)圖像。是區別硅片(pian)表面相鄰圖形特(te)征的(de)(de)能(neng)力(li)。一般用(yong)關鍵(jian)尺(chi)寸(cun)(cun)（CD，Critical Dimension）來衡量(liang)分(fen)(fen)辨率(lv)。形成的(de)(de)關鍵(jian)尺(chi)寸(cun)(cun)越小(xiao)(xiao)，光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)(de)分(fen)(fen)辨率(lv)越好。此性質(zhi)(zhi)深受光(guang)刻(ke)膠(jiao)材質(zhi)(zhi)本身(shen)物理化學(xue)性質(zhi)(zhi)的(de)(de)影響(xiang)，必須避免光(guang)刻(ke)膠(jiao)材料(liao)(liao)在顯影過程(cheng)中(zhong)收(shou)縮或在硬烤中(zhong)流(liu)動(dong)。因(yin)此，若要(yao)使光(guang)刻(ke)材料(liao)(liao)擁有良(liang)好的(de)(de)分(fen)(fen)辨能(neng)力(li)，需(xu)謹慎選擇高分(fen)(fen)子(zi)基材及所用(yong)的(de)(de)顯影劑。

2、對比度

對(dui)(dui)比(bi)(bi)度(du)(du)(du)（Contrast）指光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)材料曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)前后化學(xue)物質（如溶解度(du)(du)(du)）改(gai)變(bian)的(de)(de)速率(lv)。對(dui)(dui)比(bi)(bi)度(du)(du)(du)可以被認(ren)為是光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)區分掩膜版(ban)上(shang)亮(liang)區和暗區能力的(de)(de)衡量標準，且輻照強度(du)(du)(du)在(zai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)線條和間距的(de)(de)邊緣附近(jin)平(ping)滑(hua)變(bian)化。光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)對(dui)(dui)比(bi)(bi)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)大，線條邊緣越(yue)(yue)陡，典型的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)對(dui)(dui)比(bi)(bi)度(du)(du)(du)為2~4。對(dui)(dui)于理想光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)來說，如果受(shou)到該閾值以上(shang)的(de)(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)劑量，則光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)完(wan)全感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)；反之，則完(wan)全不感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。實(shi)際(ji)上(shang)，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)閾值存在(zai)一個(ge)分布，該分布范(fan)圍越(yue)(yue)窄(zhai)，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)性能越(yue)(yue)好。

3、靈敏度

靈(ling)敏度（Sensitivity）即(ji)光(guang)刻(ke)膠(jiao)上產生一(yi)個良(liang)好的(de)圖形(xing)所需(xu)一(yi)定波長光(guang)的(de)最小能量(liang)值（或最小曝光(guang)量(liang)）。單(dan)位：毫焦/平方(fang)厘米(mi)或mJ/cm2。光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)敏感性(xing)對于波長更短(duan)的(de)深紫外光(guang)（DUV）、極深紫外光(guang)（EUV）等尤(you)為(wei)重要。負(fu)膠(jiao)通常(chang)需(xu)5~15s時間曝光(guang)，正膠(jiao)較慢，其曝光(guang)時間為(wei)負(fu)膠(jiao)的(de)3~4倍。

靈(ling)敏(min)(min)(min)度(du)(du)反(fan)映了光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)材(cai)(cai)料(liao)對某種波長的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)反(fan)應程度(du)(du)。不同的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)對于(yu)(yu)不同的(de)(de)(de)波長的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)是有選擇(ze)性的(de)(de)(de)。同時(shi)，高(gao)的(de)(de)(de)產出要求(qiu)短的(de)(de)(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)時(shi)間，對光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)靈(ling)敏(min)(min)(min)度(du)(du)要求(qiu)也越(yue)來越(yue)高(gao)。通常以曝(pu)光(guang)(guang)(guang)劑量作為衡量光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)靈(ling)敏(min)(min)(min)度(du)(du)的(de)(de)(de)指標，曝(pu)光(guang)(guang)(guang)劑量值越(yue)小，代表(biao)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)靈(ling)敏(min)(min)(min)度(du)(du)越(yue)高(gao)。i線(xian)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)材(cai)(cai)料(liao)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)劑量在數百(bai)mJ/cm2左(zuo)右，而KrF和(he)ArF的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)材(cai)(cai)料(liao)，其曝(pu)光(guang)(guang)(guang)劑量則在30和(he)20mJ/cm2左(zuo)右。靈(ling)敏(min)(min)(min)度(du)(du)可以體現于(yu)(yu)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)對比度(du)(du)曲(qu)線(xian)上。

4、黏滯性/黏度

黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)(xing)/黏(nian)(nian)度(du)(du)（Viscosity）是衡(heng)量(liang)光刻膠(jiao)流動(dong)特性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)參數(shu)。黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)(xing)隨著光刻膠(jiao)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)溶劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減少而(er)增加；高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)(xing)會產生厚的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光刻膠(jiao)；越小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)(xing)，就有越均勻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光刻膠(jiao)厚度(du)(du)。光刻膠(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)重(zhong)（SG，Specific Gravity）是衡(heng)量(liang)光刻膠(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)密度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)指標。它與光刻膠(jiao)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)固體(ti)含量(liang)有關。較大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)重(zhong)意味著光刻膠(jiao)中含有更多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)固體(ti)，黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)(xing)更高(gao)、流動(dong)性(xing)(xing)更差。黏(nian)(nian)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)單位：泊（P，1P=10-1Pa·s），光刻膠(jiao)一般用(yong)厘泊（cP，1cP=10-2P）來度(du)(du)量(liang)。百分泊即(ji)厘泊為絕(jue)對黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率(lv)(lv)；運動(dong)黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率(lv)(lv)定(ding)義為：運動(dong)黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率(lv)(lv)=絕(jue)對黏(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率(lv)(lv)/比(bi)重(zhong)。單位：百分斯托克斯（cst）=1mm2/s。大多數(shu)光刻膠(jiao)生產商用(yong)在光刻膠(jiao)中轉動(dong)風向標的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法測量(liang)黏(nian)(nian)度(du)(du)。

5、黏附性

黏(nian)(nian)(nian)附性(xing)（Adherence）是表(biao)征光刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)黏(nian)(nian)(nian)著于襯底的(de)強度。主(zhu)要衡量光刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)抗濕(shi)法腐蝕能(neng)力(li)。它不僅與(yu)光刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)本身(shen)的(de)性(xing)質有關(guan)，而且(qie)與(yu)襯底的(de)性(xing)質和(he)其表(biao)面(mian)情況等有密切關(guan)系。作為(wei)刻(ke)蝕阻擋層，光刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)層必(bi)須(xu)和(he)晶(jing)圓(yuan)表(biao)面(mian)黏(nian)(nian)(nian)結得(de)很好，才(cai)能(neng)夠忠實地把光刻(ke)層圖形轉移(yi)到晶(jing)圓(yuan)表(biao)面(mian)層，光刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)黏(nian)(nian)(nian)附性(xing)不足會(hui)導致硅片表(biao)面(mian)的(de)圖形變形。光刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)黏(nian)(nian)(nian)附性(xing)必(bi)須(xu)經(jing)受(shou)住(zhu)后續工藝（刻(ke)蝕、離子注入等）。通常負膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)比正膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)有更強的(de)黏(nian)(nian)(nian)結能(neng)力(li)。

6、抗蝕性

抗(kang)蝕(shi)(shi)性（Anti-etching; Etching resistance）即光刻(ke)膠材料在刻(ke)蝕(shi)(shi)過程中(zhong)的(de)抵抗(kang)力。在圖(tu)形從光刻(ke)膠轉移到晶片的(de)過程中(zhong)，光刻(ke)膠材料必須能(neng)夠抵抗(kang)高能(neng)和高溫（>150℃）而不改變(bian)其(qi)原(yuan)有特性。在后續的(de)刻(ke)蝕(shi)(shi)工序(xu)中(zhong)保護襯底(di)表面。耐熱(re)穩定(ding)性、抗(kang)刻(ke)蝕(shi)(shi)能(neng)力和抗(kang)離子轟擊能(neng)力。

在濕(shi)法刻蝕(shi)(shi)中，印有電路圖形的光(guang)刻膠需(xu)要連同(tong)硅片一同(tong)置入化學刻蝕(shi)(shi)液(ye)中，進行很多(duo)次的濕(shi)法腐蝕(shi)(shi)。只有光(guang)刻膠具有很強的抗蝕(shi)(shi)性，才能(neng)保證刻蝕(shi)(shi)液(ye)按照所希(xi)望的選擇比(bi)刻蝕(shi)(shi)出曝光(guang)所得(de)圖形，更好(hao)體現器件(jian)性能(neng)。

在干(gan)法刻蝕中(zhong)(zhong)，例如集(ji)成電(dian)(dian)路(lu)工(gong)藝中(zhong)(zhong)在進行(xing)阱區和(he)源(yuan)漏區離子注(zhu)入時，需要有較好的(de)(de)(de)保護電(dian)(dian)路(lu)圖形(xing)的(de)(de)(de)能(neng)力，否則光(guang)刻膠會(hui)因為在注(zhu)入環境(jing)中(zhong)(zhong)揮(hui)發而影(ying)響到(dao)(dao)注(zhu)入腔的(de)(de)(de)真空(kong)度(du)。此時注(zhu)入的(de)(de)(de)離子將不(bu)會(hui)起到(dao)(dao)其(qi)在電(dian)(dian)路(lu)制(zhi)造工(gong)藝中(zhong)(zhong)應起到(dao)(dao)的(de)(de)(de)作用，器件的(de)(de)(de)電(dian)(dian)路(lu)性能(neng)受阻。

7、表面張力

表(biao)面張力(li)（surface tension）指液(ye)體(ti)中將表(biao)面分(fen)子(zi)拉向(xiang)液(ye)體(ti)主體(ti)內的(de)分(fen)子(zi)間吸引(yin)力(li)。光刻(ke)膠(jiao)應該(gai)具有比較小的(de)表(biao)面張力(li)，使光刻(ke)膠(jiao)具有良好(hao)的(de)流(liu)動(dong)性和(he)覆(fu)蓋。

8、針孔

針(zhen)孔(kong)是光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)層尺寸非常小(xiao)的(de)(de)空(kong)(kong)穴。針(zhen)孔(kong)是有害(hai)的(de)(de)，因為它(ta)(ta)可(ke)以(yi)允許刻蝕劑滲過光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)層進而在(zai)晶圓表面層刻蝕出(chu)小(xiao)孔(kong)，針(zhen)孔(kong)是在(zai)涂(tu)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)工藝中有環境中的(de)(de)微粒(li)污染(ran)物造成(cheng)的(de)(de)，或者(zhe)由光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)層結構上的(de)(de)空(kong)(kong)穴造成(cheng)的(de)(de)。光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)層越厚(hou)，針(zhen)孔(kong)越少，但(dan)它(ta)(ta)卻降低了分辨力，光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)厚(hou)度選擇過程中需(xu)權衡這(zhe)兩個因素的(de)(de)影響。正(zheng)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)縱(zong)橫比更高(gao)，所以(yi)正(zheng)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)可(ke)以(yi)用更厚(hou)的(de)(de)光刻膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)膜達(da)到想要(yao)的(de)(de)圖形尺寸，而且針(zhen)孔(kong)更少。

9、純度

純(chun)度（Purity）指光刻膠必須在微(wei)粒含(han)量、鈉(na)和微(wei)量金(jin)屬雜(za)質及水含(han)量方面達到嚴格(ge)的標(biao)準要(yao)求。集成電路(lu)工藝對光刻膠的純(chun)度要(yao)求是非常嚴格(ge)的，尤其是金(jin)屬離子的含(han)量。如由(you)g線光刻膠發(fa)展到i線光刻膠材料(liao)時，金(jin)屬Na、Fe和K離子的含(han)量由(you)10的-7次(ci)方降低到了10的-8次(ci)方。

10、熱流程

光刻(ke)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)過程中有兩個加(jia)熱(re)(re)的(de)過程：軟(ruan)烘(hong)焙(bei)和硬烘(hong)焙(bei)。工(gong)(gong)藝(yi)(yi)師通過高溫(wen)烘(hong)焙(bei)，盡(jin)可能使光刻(ke)膠(jiao)黏(nian)結能力(li)達到最大化。但光刻(ke)膠(jiao)作為(wei)像塑料一樣的(de)物(wu)質(zhi)，加(jia)熱(re)(re)會變(bian)軟(ruan)和流動(dong)，對最終(zhong)的(de)圖形尺寸有重要(yao)影(ying)響，在(zai)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)設計(ji)中必須考慮(lv)到熱(re)(re)流程帶來的(de)尺寸變(bian)化。熱(re)(re)流程越(yue)穩定，對工(gong)(gong)藝(yi)(yi)流程越(yue)有利。

11、其他

在實(shi)際的(de)工(gong)藝中光刻膠的(de)選擇還(huan)必須考慮硅(gui)片(pian)表面的(de)薄(bo)膜種(zhong)類與性質（反射率、親水(shui)性或疏水(shui)性）和產品(pin)圖(tu)形所需的(de)解析度。

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(ji)術要求(qiu)高(gao)，所有(you)的技(ji)術指(zhi)(zhi)標(biao)都(dou)必須(xu)達(da)標(biao)，因此除上述三個硬(ying)性指(zhi)(zhi)標(biao)外，好的光刻膠還(huan)必須(xu)具有(you)強蝕刻阻抗性、高(gao)純度、低(di)溶解度、高(gao)粘附性、小表面張力、低(di)成本、長壽(shou)命周期以及較(jiao)高(gao)的玻璃化轉換(huan)溫度。