光刻膠的性能指標及技術參數

光刻膠的(de)性(xing)能(neng)指標(biao)包含分辨率、對比度、靈敏(min)度、黏(nian)滯性(xing)/黏(nian)度、黏(nian)附性(xing)、抗蝕性(xing)、表面張力、針孔(kong)、純度、熱流程等(deng)。

1、分辨率

分(fen)辨率(lv)（resolution，R）即(ji)光(guang)刻(ke)工藝中所能(neng)(neng)形成最小尺(chi)寸的(de)有(you)用(yong)圖像。是區別硅片(pian)表面相鄰圖形特征的(de)能(neng)(neng)力。一般用(yong)關(guan)鍵尺(chi)寸（CD，Critical Dimension）來衡量(liang)分(fen)辨率(lv)。形成的(de)關(guan)鍵尺(chi)寸越小，光(guang)刻(ke)膠的(de)分(fen)辨率(lv)越好(hao)。此性質(zhi)(zhi)深受光(guang)刻(ke)膠材質(zhi)(zhi)本身物(wu)理化(hua)學性質(zhi)(zhi)的(de)影(ying)響，必須避免光(guang)刻(ke)膠材料在(zai)顯影(ying)過程中收縮或(huo)在(zai)硬烤中流動(dong)。因此，若要使光(guang)刻(ke)材料擁(yong)有(you)良好(hao)的(de)分(fen)辨能(neng)(neng)力，需(xu)謹慎選(xuan)擇(ze)高分(fen)子基(ji)材及所用(yong)的(de)顯影(ying)劑。

2、對比度

對比(bi)度(du)(du)(du)（Contrast）指光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠材料曝光(guang)(guang)前后化學物質（如溶解(jie)度(du)(du)(du)）改變的(de)(de)(de)速率。對比(bi)度(du)(du)(du)可以(yi)被(bei)認為(wei)是光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠區(qu)分(fen)掩膜版上亮區(qu)和暗區(qu)能(neng)力的(de)(de)(de)衡量(liang)標準(zhun)，且輻照強度(du)(du)(du)在(zai)光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠線(xian)條和間(jian)距(ju)的(de)(de)(de)邊緣附近平滑變化。光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠的(de)(de)(de)對比(bi)度(du)(du)(du)越(yue)大，線(xian)條邊緣越(yue)陡，典型(xing)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠對比(bi)度(du)(du)(du)為(wei)2~4。對于理(li)想光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠來說，如果受(shou)到該(gai)(gai)閾值以(yi)上的(de)(de)(de)曝光(guang)(guang)劑量(liang)，則光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠完(wan)(wan)全感光(guang)(guang)；反之，則完(wan)(wan)全不(bu)感光(guang)(guang)。實(shi)際上，光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠的(de)(de)(de)曝光(guang)(guang)閾值存在(zai)一個分(fen)布，該(gai)(gai)分(fen)布范圍越(yue)窄(zhai)，光(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠的(de)(de)(de)性能(neng)越(yue)好。

3、靈敏度

靈敏度（Sensitivity）即光(guang)刻膠上產生(sheng)一個良好的(de)圖(tu)形所需一定波長光(guang)的(de)最小能量值（或(huo)(huo)最小曝光(guang)量）。單位：毫焦/平方(fang)厘米或(huo)(huo)mJ/cm2。光(guang)刻膠的(de)敏感性對于波長更(geng)短(duan)的(de)深(shen)紫外光(guang)（DUV）、極深(shen)紫外光(guang)（EUV）等尤為(wei)重(zhong)要。負(fu)膠通常需5~15s時間(jian)曝光(guang)，正膠較慢，其曝光(guang)時間(jian)為(wei)負(fu)膠的(de)3~4倍(bei)。

靈(ling)敏(min)度反(fan)映了光(guang)刻(ke)膠(jiao)材料對(dui)某種波(bo)長的(de)光(guang)的(de)反(fan)應程(cheng)度。不(bu)同的(de)光(guang)刻(ke)膠(jiao)對(dui)于不(bu)同的(de)波(bo)長的(de)光(guang)是(shi)有選擇性的(de)。同時(shi)，高的(de)產出要(yao)求(qiu)短的(de)曝(pu)光(guang)時(shi)間，對(dui)光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)靈(ling)敏(min)度要(yao)求(qiu)也越(yue)來越(yue)高。通常以曝(pu)光(guang)劑量(liang)作為衡量(liang)光(guang)刻(ke)膠(jiao)靈(ling)敏(min)度的(de)指標，曝(pu)光(guang)劑量(liang)值越(yue)小，代表(biao)光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)靈(ling)敏(min)度越(yue)高。i線(xian)光(guang)刻(ke)膠(jiao)材料曝(pu)光(guang)劑量(liang)在數百mJ/cm2左右，而KrF和(he)ArF的(de)光(guang)刻(ke)膠(jiao)材料，其(qi)曝(pu)光(guang)劑量(liang)則在30和(he)20mJ/cm2左右。靈(ling)敏(min)度可以體現于光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)對(dui)比度曲線(xian)上(shang)。

4、黏滯性/黏度

黏(nian)(nian)(nian)(nian)滯(zhi)性/黏(nian)(nian)(nian)(nian)度（Viscosity）是衡量(liang)光(guang)(guang)刻膠(jiao)流(liu)動特性的(de)(de)(de)參數。黏(nian)(nian)(nian)(nian)滯(zhi)性隨著光(guang)(guang)刻膠(jiao)中的(de)(de)(de)溶(rong)劑(ji)的(de)(de)(de)減(jian)少而增加；高的(de)(de)(de)黏(nian)(nian)(nian)(nian)滯(zhi)性會(hui)產生厚的(de)(de)(de)光(guang)(guang)刻膠(jiao)；越小的(de)(de)(de)黏(nian)(nian)(nian)(nian)滯(zhi)性，就有(you)越均(jun)勻的(de)(de)(de)光(guang)(guang)刻膠(jiao)厚度。光(guang)(guang)刻膠(jiao)的(de)(de)(de)比(bi)重(zhong)（SG，Specific Gravity）是衡量(liang)光(guang)(guang)刻膠(jiao)的(de)(de)(de)密度的(de)(de)(de)指標(biao)。它與光(guang)(guang)刻膠(jiao)中的(de)(de)(de)固(gu)體(ti)含量(liang)有(you)關。較大的(de)(de)(de)比(bi)重(zhong)意味著光(guang)(guang)刻膠(jiao)中含有(you)更(geng)多的(de)(de)(de)固(gu)體(ti)，黏(nian)(nian)(nian)(nian)滯(zhi)性更(geng)高、流(liu)動性更(geng)差。黏(nian)(nian)(nian)(nian)度的(de)(de)(de)單(dan)位：泊(bo)（P，1P=10-1Pa·s），光(guang)(guang)刻膠(jiao)一般(ban)用厘(li)泊(bo)（cP，1cP=10-2P）來(lai)度量(liang)。百分泊(bo)即厘(li)泊(bo)為絕對黏(nian)(nian)(nian)(nian)滯(zhi)率；運動黏(nian)(nian)(nian)(nian)滯(zhi)率定義為：運動黏(nian)(nian)(nian)(nian)滯(zhi)率=絕對黏(nian)(nian)(nian)(nian)滯(zhi)率/比(bi)重(zhong)。單(dan)位：百分斯托克斯（cst）=1mm2/s。大多數光(guang)(guang)刻膠(jiao)生產商用在光(guang)(guang)刻膠(jiao)中轉動風向(xiang)標(biao)的(de)(de)(de)方法測量(liang)黏(nian)(nian)(nian)(nian)度。

5、黏附性

黏(nian)附(fu)性(xing)（Adherence）是表(biao)征(zheng)光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)黏(nian)著(zhu)于襯(chen)底(di)的(de)(de)強度。主要衡(heng)量光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)抗濕法腐蝕(shi)能力(li)。它(ta)不僅與光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)本身的(de)(de)性(xing)質有關(guan)，而且與襯(chen)底(di)的(de)(de)性(xing)質和其表(biao)面(mian)(mian)情況等有密切關(guan)系。作(zuo)為刻(ke)(ke)蝕(shi)阻擋(dang)層(ceng)，光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層(ceng)必須和晶圓(yuan)表(biao)面(mian)(mian)黏(nian)結得很好，才(cai)能夠忠實(shi)地把(ba)光刻(ke)(ke)層(ceng)圖形(xing)轉移到晶圓(yuan)表(biao)面(mian)(mian)層(ceng)，光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)黏(nian)附(fu)性(xing)不足(zu)會導致硅片表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)圖形(xing)變形(xing)。光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)黏(nian)附(fu)性(xing)必須經受住后(hou)續工(gong)藝（刻(ke)(ke)蝕(shi)、離(li)子注入等）。通常負膠(jiao)(jiao)比正膠(jiao)(jiao)有更強的(de)(de)黏(nian)結能力(li)。

6、抗蝕性

抗(kang)蝕(shi)性(xing)(xing)（Anti-etching; Etching resistance）即光刻膠(jiao)材料(liao)在(zai)刻蝕(shi)過程中(zhong)(zhong)的抵抗(kang)力。在(zai)圖形從光刻膠(jiao)轉移到晶片的過程中(zhong)(zhong)，光刻膠(jiao)材料(liao)必須能(neng)夠抵抗(kang)高能(neng)和高溫（>150℃）而不改(gai)變(bian)其(qi)原(yuan)有特性(xing)(xing)。在(zai)后續(xu)的刻蝕(shi)工序中(zhong)(zhong)保護襯底表(biao)面。耐熱穩定性(xing)(xing)、抗(kang)刻蝕(shi)能(neng)力和抗(kang)離子轟(hong)擊能(neng)力。

在濕(shi)法刻(ke)蝕(shi)(shi)中，印有電路圖形的光(guang)刻(ke)膠(jiao)需要連同(tong)硅(gui)片(pian)一同(tong)置入(ru)化學刻(ke)蝕(shi)(shi)液(ye)(ye)中，進(jin)行很多次(ci)的濕(shi)法腐(fu)蝕(shi)(shi)。只(zhi)有光(guang)刻(ke)膠(jiao)具有很強的抗蝕(shi)(shi)性，才能(neng)保證刻(ke)蝕(shi)(shi)液(ye)(ye)按照所希(xi)望的選擇比(bi)刻(ke)蝕(shi)(shi)出曝光(guang)所得圖形，更好體現(xian)器件性能(neng)。

在干法(fa)刻蝕中(zhong)(zhong)，例如(ru)集成電(dian)路(lu)(lu)工(gong)藝中(zhong)(zhong)在進行阱區和(he)源漏區離子注(zhu)入時，需要有(you)較好(hao)的(de)保護電(dian)路(lu)(lu)圖(tu)形的(de)能力，否則光刻膠(jiao)會因為在注(zhu)入環境(jing)中(zhong)(zhong)揮(hui)發而(er)影響到(dao)(dao)注(zhu)入腔的(de)真空度(du)。此時注(zhu)入的(de)離子將不會起到(dao)(dao)其在電(dian)路(lu)(lu)制造工(gong)藝中(zhong)(zhong)應起到(dao)(dao)的(de)作(zuo)用，器件的(de)電(dian)路(lu)(lu)性能受(shou)阻。

7、表面張力

表面(mian)張力(li)（surface tension）指液(ye)體中將表面(mian)分(fen)子(zi)拉(la)向(xiang)液(ye)體主體內的分(fen)子(zi)間(jian)吸(xi)引力(li)。光(guang)刻膠應該具有比較(jiao)小的表面(mian)張力(li)，使(shi)光(guang)刻膠具有良好的流動性和覆(fu)蓋(gai)。

8、針孔

針(zhen)孔(kong)(kong)(kong)是光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層(ceng)尺(chi)寸(cun)非常小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)空穴(xue)。針(zhen)孔(kong)(kong)(kong)是有害的(de)(de)(de)，因為它可以(yi)(yi)允許(xu)刻(ke)(ke)蝕劑(ji)滲過光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層(ceng)進而(er)在晶圓(yuan)表面層(ceng)刻(ke)(ke)蝕出(chu)小(xiao)(xiao)孔(kong)(kong)(kong)，針(zhen)孔(kong)(kong)(kong)是在涂膠(jiao)(jiao)工藝中(zhong)有環境中(zhong)的(de)(de)(de)微粒污(wu)染物造(zao)成的(de)(de)(de)，或者由光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層(ceng)結構(gou)上的(de)(de)(de)空穴(xue)造(zao)成的(de)(de)(de)。光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層(ceng)越厚，針(zhen)孔(kong)(kong)(kong)越少，但它卻(que)降低了分辨力，光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)厚度選(xuan)擇過程(cheng)中(zhong)需權衡這兩(liang)個因素的(de)(de)(de)影響。正膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)縱橫比更高，所以(yi)(yi)正膠(jiao)(jiao)可以(yi)(yi)用更厚的(de)(de)(de)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)膜達到(dao)想要的(de)(de)(de)圖(tu)形(xing)尺(chi)寸(cun)，而(er)且針(zhen)孔(kong)(kong)(kong)更少。

9、純度

純(chun)度（Purity）指光刻膠必須在微粒含(han)量(liang)、鈉和微量(liang)金屬(shu)雜(za)質及(ji)水(shui)含(han)量(liang)方面達到(dao)嚴格的(de)(de)(de)(de)標準(zhun)要求(qiu)(qiu)。集(ji)成(cheng)電路工藝對光刻膠的(de)(de)(de)(de)純(chun)度要求(qiu)(qiu)是非常嚴格的(de)(de)(de)(de)，尤其是金屬(shu)離子(zi)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)。如由g線光刻膠發展(zhan)到(dao)i線光刻膠材料時，金屬(shu)Na、Fe和K離子(zi)的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)由10的(de)(de)(de)(de)-7次方降低到(dao)了(le)10的(de)(de)(de)(de)-8次方。

10、熱流程

光刻工(gong)(gong)(gong)藝過(guo)程中有兩個加熱(re)的過(guo)程：軟烘(hong)焙和硬(ying)烘(hong)焙。工(gong)(gong)(gong)藝師通過(guo)高溫烘(hong)焙，盡(jin)可能使(shi)光刻膠(jiao)黏(nian)結能力(li)達到最大化(hua)(hua)。但光刻膠(jiao)作為像塑(su)料一樣的物質，加熱(re)會變軟和流(liu)(liu)動，對最終的圖形尺(chi)寸有重要影響，在(zai)工(gong)(gong)(gong)藝設計中必(bi)須考慮到熱(re)流(liu)(liu)程帶來的尺(chi)寸變化(hua)(hua)。熱(re)流(liu)(liu)程越穩定，對工(gong)(gong)(gong)藝流(liu)(liu)程越有利。

11、其他

在實際的工藝中光刻膠(jiao)的選(xuan)擇(ze)還必須考慮硅片表面的薄膜種(zhong)類(lei)與(yu)性(xing)質（反(fan)射率、親水性(xing)或疏(shu)水性(xing)）和產品圖(tu)形所需的解析度。

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，光刻膠的技術要(yao)求高，所有的技術指(zhi)標(biao)都必須達標(biao)，因(yin)此除(chu)上(shang)述三個硬性指(zhi)標(biao)外，好的光刻膠還必須具有強蝕刻阻抗(kang)性、高純(chun)度(du)、低溶(rong)解度(du)、高粘附性、小(xiao)表面(mian)張力(li)、低成本、長壽命周期以及較(jiao)高的玻璃化轉換溫(wen)度(du)。