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(fen)辨率(lv)、對比度(du)(du)、靈(ling)敏度(du)(du)、黏滯性(xing)/黏度(du)(du)、黏附性(xing)、抗蝕性(xing)、表面張力(li)、針孔(kong)、純度(du)(du)、熱流程等。

1、分辨率

分(fen)辨率（resolution，R）即(ji)光(guang)刻(ke)工藝(yi)中(zhong)(zhong)所能形(xing)成最小尺(chi)寸的(de)(de)有用(yong)(yong)圖(tu)像(xiang)。是區別硅(gui)片表面相鄰圖(tu)形(xing)特征的(de)(de)能力。一般(ban)用(yong)(yong)關鍵(jian)尺(chi)寸（CD，Critical Dimension）來衡量(liang)分(fen)辨率。形(xing)成的(de)(de)關鍵(jian)尺(chi)寸越小，光(guang)刻(ke)膠的(de)(de)分(fen)辨率越好(hao)。此性(xing)質深受(shou)光(guang)刻(ke)膠材(cai)質本(ben)身物理化學性(xing)質的(de)(de)影響，必須(xu)避免光(guang)刻(ke)膠材(cai)料在(zai)顯影過程中(zhong)(zhong)收縮或(huo)在(zai)硬烤中(zhong)(zhong)流動(dong)。因此，若要使光(guang)刻(ke)材(cai)料擁有良(liang)好(hao)的(de)(de)分(fen)辨能力，需謹慎選擇高分(fen)子基材(cai)及所用(yong)(yong)的(de)(de)顯影劑。

2、對比度

對(dui)比(bi)(bi)度(du)（Contrast）指光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)材料曝光(guang)(guang)(guang)前后化(hua)(hua)學物質（如溶解度(du)）改變(bian)的(de)(de)(de)速(su)率。對(dui)比(bi)(bi)度(du)可以被(bei)認為是(shi)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)區分(fen)(fen)掩膜版上(shang)亮區和暗區能力的(de)(de)(de)衡量(liang)標(biao)準(zhun)，且(qie)輻照強度(du)在光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)線條(tiao)(tiao)和間距的(de)(de)(de)邊緣(yuan)附近平滑(hua)變(bian)化(hua)(hua)。光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)對(dui)比(bi)(bi)度(du)越大，線條(tiao)(tiao)邊緣(yuan)越陡(dou)，典型(xing)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)對(dui)比(bi)(bi)度(du)為2~4。對(dui)于理想(xiang)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)來說(shuo)，如果受到該閾(yu)值以上(shang)的(de)(de)(de)曝光(guang)(guang)(guang)劑量(liang)，則(ze)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)完全(quan)感光(guang)(guang)(guang)；反之，則(ze)完全(quan)不感光(guang)(guang)(guang)。實(shi)際(ji)上(shang)，光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)曝光(guang)(guang)(guang)閾(yu)值存在一個分(fen)(fen)布(bu)(bu)，該分(fen)(fen)布(bu)(bu)范(fan)圍(wei)越窄，光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)性能越好。

3、靈敏度

靈敏度（Sensitivity）即光(guang)(guang)(guang)刻膠上產生一個(ge)良(liang)好的(de)圖形所需一定波(bo)長光(guang)(guang)(guang)的(de)最小能量值（或(huo)最小曝(pu)光(guang)(guang)(guang)量）。單位：毫焦/平方(fang)厘(li)米或(huo)mJ/cm2。光(guang)(guang)(guang)刻膠的(de)敏感性對于波(bo)長更短的(de)深(shen)紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)（DUV）、極深(shen)紫(zi)(zi)外光(guang)(guang)(guang)（EUV）等尤為重(zhong)要。負(fu)膠通常需5~15s時(shi)間曝(pu)光(guang)(guang)(guang)，正膠較(jiao)慢，其曝(pu)光(guang)(guang)(guang)時(shi)間為負(fu)膠的(de)3~4倍(bei)。

靈(ling)敏度(du)反(fan)映了光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)材料(liao)對(dui)某種波長的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)反(fan)應程(cheng)度(du)。不同的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)對(dui)于不同的(de)(de)波長的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)是有選擇性的(de)(de)。同時(shi)，高的(de)(de)產出要(yao)求短的(de)(de)曝光(guang)(guang)(guang)(guang)時(shi)間，對(dui)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)(de)靈(ling)敏度(du)要(yao)求也(ye)越來越高。通(tong)常以曝光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量作為衡量光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)靈(ling)敏度(du)的(de)(de)指(zhi)標，曝光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量值(zhi)越小，代表光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)(de)靈(ling)敏度(du)越高。i線(xian)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)材料(liao)曝光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量在(zai)數百mJ/cm2左(zuo)右，而KrF和(he)ArF的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)材料(liao)，其(qi)曝光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量則在(zai)30和(he)20mJ/cm2左(zuo)右。靈(ling)敏度(du)可以體現于光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)(de)對(dui)比度(du)曲線(xian)上。

4、黏滯性/黏度

黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)性(xing)/黏(nian)(nian)(nian)度（Viscosity）是衡(heng)量(liang)光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)流(liu)動特(te)性(xing)的(de)(de)(de)參(can)數。黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)性(xing)隨著光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)中的(de)(de)(de)溶劑的(de)(de)(de)減少而增(zeng)加；高的(de)(de)(de)黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)性(xing)會(hui)產生厚(hou)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)；越小的(de)(de)(de)黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)性(xing)，就有(you)(you)越均勻(yun)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)厚(hou)度。光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)比(bi)(bi)重（SG，Specific Gravity）是衡(heng)量(liang)光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)密度的(de)(de)(de)指標。它(ta)與光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)中的(de)(de)(de)固(gu)體(ti)含(han)(han)量(liang)有(you)(you)關(guan)。較大(da)(da)的(de)(de)(de)比(bi)(bi)重意味著光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)中含(han)(han)有(you)(you)更(geng)多的(de)(de)(de)固(gu)體(ti)，黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)性(xing)更(geng)高、流(liu)動性(xing)更(geng)差。黏(nian)(nian)(nian)度的(de)(de)(de)單位(wei)：泊（P，1P=10-1Pa·s），光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)一般用厘泊（cP，1cP=10-2P）來度量(liang)。百分(fen)泊即厘泊為絕(jue)對(dui)黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)率；運(yun)動黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)率定義為：運(yun)動黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)率=絕(jue)對(dui)黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)率/比(bi)(bi)重。單位(wei)：百分(fen)斯托克斯（cst）=1mm2/s。大(da)(da)多數光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)生產商(shang)用在光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)中轉(zhuan)動風(feng)向標的(de)(de)(de)方法測量(liang)黏(nian)(nian)(nian)度。

5、黏附性

黏(nian)附(fu)性(xing)（Adherence）是表征(zheng)光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)黏(nian)著于襯底的強度。主(zhu)要衡量光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)抗濕法腐蝕能力(li)(li)。它不(bu)僅與光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)本身的性(xing)質有(you)關，而且與襯底的性(xing)質和其表面情(qing)況等(deng)有(you)密切(qie)關系。作為刻蝕阻(zu)擋層，光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)層必須和晶圓(yuan)表面黏(nian)結得很好，才(cai)能夠忠實地把光(guang)刻層圖(tu)形(xing)轉移到晶圓(yuan)表面層，光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)的黏(nian)附(fu)性(xing)不(bu)足會導致(zhi)硅片(pian)表面的圖(tu)形(xing)變形(xing)。光(guang)刻膠(jiao)(jiao)(jiao)的黏(nian)附(fu)性(xing)必須經受(shou)住后續工藝(yi)（刻蝕、離子(zi)注入等(deng)）。通常負膠(jiao)(jiao)(jiao)比正膠(jiao)(jiao)(jiao)有(you)更強的黏(nian)結能力(li)(li)。

6、抗蝕性

抗(kang)蝕性（Anti-etching; Etching resistance）即光刻(ke)(ke)膠(jiao)材料在(zai)刻(ke)(ke)蝕過程中(zhong)的(de)抵(di)抗(kang)力。在(zai)圖形從光刻(ke)(ke)膠(jiao)轉移到晶(jing)片的(de)過程中(zhong)，光刻(ke)(ke)膠(jiao)材料必須能夠抵(di)抗(kang)高能和(he)高溫（>150℃）而不改變(bian)其原(yuan)有特性。在(zai)后續的(de)刻(ke)(ke)蝕工序中(zhong)保護襯底表面(mian)。耐熱穩定性、抗(kang)刻(ke)(ke)蝕能力和(he)抗(kang)離子轟(hong)擊能力。

在濕法(fa)(fa)刻(ke)蝕(shi)(shi)中，印有電(dian)路圖(tu)(tu)形的(de)光(guang)(guang)刻(ke)膠需要連(lian)同(tong)硅片一同(tong)置入化學刻(ke)蝕(shi)(shi)液(ye)中，進行很多(duo)次的(de)濕法(fa)(fa)腐蝕(shi)(shi)。只(zhi)有光(guang)(guang)刻(ke)膠具有很強的(de)抗蝕(shi)(shi)性，才能(neng)保(bao)證刻(ke)蝕(shi)(shi)液(ye)按照所(suo)(suo)希望的(de)選(xuan)擇比刻(ke)蝕(shi)(shi)出(chu)曝光(guang)(guang)所(suo)(suo)得(de)圖(tu)(tu)形，更好體現器件性能(neng)。

在干法刻蝕中(zhong)，例如集成(cheng)電(dian)(dian)路(lu)工(gong)藝中(zhong)在進(jin)行阱區和源漏區離子注入時，需要有較好(hao)的(de)保護電(dian)(dian)路(lu)圖形(xing)的(de)能(neng)力(li)，否(fou)則光刻膠會(hui)因為在注入環(huan)境中(zhong)揮發而影響到(dao)(dao)注入腔的(de)真空(kong)度。此(ci)時注入的(de)離子將不會(hui)起到(dao)(dao)其在電(dian)(dian)路(lu)制造工(gong)藝中(zhong)應(ying)起到(dao)(dao)的(de)作用，器件的(de)電(dian)(dian)路(lu)性能(neng)受阻。

7、表面張力

表面(mian)張力（surface tension）指(zhi)液(ye)體(ti)中將表面(mian)分子拉向(xiang)液(ye)體(ti)主體(ti)內(nei)的分子間(jian)吸引(yin)力。光刻膠應該具有比較(jiao)小的表面(mian)張力，使光刻膠具有良好(hao)的流動(dong)性和(he)覆蓋。

8、針孔

針孔(kong)(kong)是(shi)光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)層尺(chi)寸非(fei)常小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空穴。針孔(kong)(kong)是(shi)有害的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因為它可(ke)以(yi)允許刻(ke)蝕劑滲(shen)過光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)層進(jin)而在晶圓表面層刻(ke)蝕出小孔(kong)(kong)，針孔(kong)(kong)是(shi)在涂膠(jiao)(jiao)工藝中(zhong)有環境中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微粒污染物(wu)造成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，或者由光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)層結構上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空穴造成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)層越厚，針孔(kong)(kong)越少(shao)(shao)，但它卻降低了分辨力，光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)厚度選擇過程(cheng)中(zhong)需權衡(heng)這兩(liang)個因素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。正(zheng)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)縱(zong)橫(heng)比(bi)更高，所以(yi)正(zheng)膠(jiao)(jiao)可(ke)以(yi)用更厚的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)膜(mo)達(da)到想要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)圖形尺(chi)寸，而且針孔(kong)(kong)更少(shao)(shao)。

9、純度

純度（Purity）指光(guang)刻膠(jiao)(jiao)必須(xu)在微粒含(han)量(liang)、鈉和微量(liang)金屬(shu)(shu)(shu)雜質及(ji)水含(han)量(liang)方(fang)面達到(dao)嚴格的(de)(de)標準要求。集成電路工藝對(dui)光(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)(de)純度要求是非常嚴格的(de)(de)，尤其是金屬(shu)(shu)(shu)離子的(de)(de)含(han)量(liang)。如由(you)g線(xian)光(guang)刻膠(jiao)(jiao)發展到(dao)i線(xian)光(guang)刻膠(jiao)(jiao)材料時，金屬(shu)(shu)(shu)Na、Fe和K離子的(de)(de)含(han)量(liang)由(you)10的(de)(de)-7次方(fang)降低到(dao)了(le)10的(de)(de)-8次方(fang)。

10、熱流程

光(guang)刻工(gong)藝過程(cheng)中有(you)兩個加熱(re)的過程(cheng)：軟烘(hong)焙和(he)硬烘(hong)焙。工(gong)藝師(shi)通過高溫烘(hong)焙，盡可能使光(guang)刻膠(jiao)黏結能力達到最大(da)化。但光(guang)刻膠(jiao)作為像(xiang)塑(su)料一樣的物質，加熱(re)會變軟和(he)流(liu)動(dong)，對最終(zhong)的圖(tu)形尺(chi)寸有(you)重(zhong)要影響(xiang)，在工(gong)藝設計中必須(xu)考慮到熱(re)流(liu)程(cheng)帶來的尺(chi)寸變化。熱(re)流(liu)程(cheng)越(yue)穩(wen)定，對工(gong)藝流(liu)程(cheng)越(yue)有(you)利(li)。

11、其他

在實際的(de)(de)(de)工藝中(zhong)光刻膠的(de)(de)(de)選擇還必須考(kao)慮硅片表面的(de)(de)(de)薄(bo)膜種類與性質（反射(she)率(lv)、親水(shui)性或疏(shu)水(shui)性）和產品圖形所需的(de)(de)(de)解析度(du)。

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)(de)技(ji)術要求高(gao)，所有的(de)(de)技(ji)術指(zhi)標都必(bi)須達標，因此除上述三個硬(ying)性(xing)指(zhi)標外，好的(de)(de)光刻(ke)膠還必(bi)須具(ju)有強蝕刻(ke)阻抗性(xing)、高(gao)純度(du)、低(di)溶(rong)解度(du)、高(gao)粘附(fu)性(xing)、小表面張(zhang)力、低(di)成本、長壽(shou)命周期以(yi)及較高(gao)的(de)(de)玻璃化(hua)轉換溫度(du)。