光刻膠的性能指標及技術參數

光刻膠的性(xing)能指標包含(han)分(fen)辨(bian)率、對比度、靈敏度、黏(nian)滯性(xing)/黏(nian)度、黏(nian)附性(xing)、抗(kang)蝕性(xing)、表面張力、針孔(kong)、純度、熱流(liu)程(cheng)等。

1、分辨率

分(fen)辨率(lv)(lv)(lv)（resolution，R）即(ji)光(guang)(guang)刻工藝中(zhong)所(suo)能(neng)形(xing)(xing)成(cheng)最小尺(chi)寸的(de)有用圖(tu)像(xiang)。是區別硅(gui)片表面相鄰圖(tu)形(xing)(xing)特征的(de)能(neng)力。一般用關鍵尺(chi)寸（CD，Critical Dimension）來衡量分(fen)辨率(lv)(lv)(lv)。形(xing)(xing)成(cheng)的(de)關鍵尺(chi)寸越小，光(guang)(guang)刻膠的(de)分(fen)辨率(lv)(lv)(lv)越好(hao)(hao)。此(ci)性(xing)質(zhi)深(shen)受光(guang)(guang)刻膠材質(zhi)本身物理化學性(xing)質(zhi)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)，必須避(bi)免(mian)光(guang)(guang)刻膠材料在顯(xian)影(ying)(ying)過程中(zhong)收縮或在硬烤中(zhong)流動(dong)。因此(ci)，若(ruo)要(yao)使光(guang)(guang)刻材料擁有良好(hao)(hao)的(de)分(fen)辨能(neng)力，需謹慎(shen)選擇高分(fen)子基材及所(suo)用的(de)顯(xian)影(ying)(ying)劑。

2、對比度

對比(bi)度（Contrast）指光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)材料曝(pu)光(guang)(guang)(guang)前后化學物質(zhi)（如(ru)溶解度）改變(bian)的(de)速率(lv)。對比(bi)度可以(yi)被認(ren)為是(shi)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)區(qu)分掩膜(mo)版上亮(liang)區(qu)和暗區(qu)能力的(de)衡量標準，且輻照強度在光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)線條(tiao)和間距的(de)邊緣附近平滑(hua)變(bian)化。光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)對比(bi)度越(yue)(yue)大，線條(tiao)邊緣越(yue)(yue)陡，典型的(de)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)對比(bi)度為2~4。對于(yu)理想(xiang)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)來說(shuo)，如(ru)果受到該閾(yu)值以(yi)上的(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)劑量，則光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)完全感光(guang)(guang)(guang)；反之，則完全不感光(guang)(guang)(guang)。實際上，光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)閾(yu)值存在一(yi)個分布(bu)，該分布(bu)范圍越(yue)(yue)窄，光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)性能越(yue)(yue)好(hao)。

3、靈敏度

靈敏度（Sensitivity）即光刻膠(jiao)上(shang)產生(sheng)一(yi)個良(liang)好的圖形所需(xu)一(yi)定波長(chang)光的最小(xiao)能量值（或最小(xiao)曝(pu)光量）。單位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻膠(jiao)的敏感性對(dui)于(yu)波長(chang)更短的深紫(zi)外(wai)光（DUV）、極深紫(zi)外(wai)光（EUV）等尤(you)為重要。負(fu)膠(jiao)通常需(xu)5~15s時(shi)間曝(pu)光，正膠(jiao)較慢，其曝(pu)光時(shi)間為負(fu)膠(jiao)的3~4倍。

靈(ling)敏度(du)(du)(du)反映了光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)材料(liao)對(dui)某種波長的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)反應程度(du)(du)(du)。不同的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)對(dui)于不同的(de)(de)(de)(de)波長的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)是有選擇性的(de)(de)(de)(de)。同時(shi)，高的(de)(de)(de)(de)產出(chu)要求短的(de)(de)(de)(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)時(shi)間，對(dui)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)靈(ling)敏度(du)(du)(du)要求也(ye)越來越高。通常以曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量(liang)作為衡量(liang)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)靈(ling)敏度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)指標，曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量(liang)值(zhi)越小，代(dai)表光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)靈(ling)敏度(du)(du)(du)越高。i線(xian)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)材料(liao)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量(liang)在數(shu)百mJ/cm2左右，而KrF和ArF的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)材料(liao)，其(qi)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量(liang)則在30和20mJ/cm2左右。靈(ling)敏度(du)(du)(du)可(ke)以體現于光(guang)(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)對(dui)比(bi)度(du)(du)(du)曲線(xian)上。

4、黏滯性/黏度

黏(nian)滯(zhi)性/黏(nian)度(du)(du)（Viscosity）是衡(heng)量光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)流動(dong)(dong)特(te)性的(de)(de)(de)(de)(de)參(can)數(shu)。黏(nian)滯(zhi)性隨(sui)著光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)劑的(de)(de)(de)(de)(de)減少而增加；高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)黏(nian)滯(zhi)性會產生厚的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)；越小的(de)(de)(de)(de)(de)黏(nian)滯(zhi)性，就有越均勻的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)厚度(du)(du)。光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)重（SG，Specific Gravity）是衡(heng)量光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)密度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)指標。它與光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)固體含量有關。較大的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)重意味著光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)含有更(geng)(geng)多的(de)(de)(de)(de)(de)固體，黏(nian)滯(zhi)性更(geng)(geng)高(gao)、流動(dong)(dong)性更(geng)(geng)差。黏(nian)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)單(dan)位(wei)：泊（P，1P=10-1Pa·s），光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)一般用厘泊（cP，1cP=10-2P）來度(du)(du)量。百分泊即厘泊為絕對黏(nian)滯(zhi)率(lv)；運動(dong)(dong)黏(nian)滯(zhi)率(lv)定義為：運動(dong)(dong)黏(nian)滯(zhi)率(lv)=絕對黏(nian)滯(zhi)率(lv)/比(bi)重。單(dan)位(wei)：百分斯托克斯（cst）=1mm2/s。大多數(shu)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)生產商用在(zai)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中(zhong)轉動(dong)(dong)風向標的(de)(de)(de)(de)(de)方法測量黏(nian)度(du)(du)。

5、黏附性

黏(nian)附性(xing)（Adherence）是表(biao)征(zheng)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)黏(nian)著于襯底的(de)(de)強度。主要衡量光(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)抗濕法腐蝕能(neng)力(li)。它不僅與(yu)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)本身的(de)(de)性(xing)質(zhi)有(you)關，而且(qie)與(yu)襯底的(de)(de)性(xing)質(zhi)和其表(biao)面情(qing)況(kuang)等有(you)密切關系(xi)。作為刻(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)蝕阻(zu)擋層(ceng)(ceng)，光(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)層(ceng)(ceng)必須和晶圓表(biao)面黏(nian)結得很好，才能(neng)夠(gou)忠實地把光(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)層(ceng)(ceng)圖形(xing)轉(zhuan)移到晶圓表(biao)面層(ceng)(ceng)，光(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)黏(nian)附性(xing)不足會導致硅(gui)片表(biao)面的(de)(de)圖形(xing)變形(xing)。光(guang)刻(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)黏(nian)附性(xing)必須經受住后續工藝（刻(ke)(ke)(ke)(ke)(ke)蝕、離子(zi)注入等）。通常(chang)負膠(jiao)比(bi)正膠(jiao)有(you)更強的(de)(de)黏(nian)結能(neng)力(li)。

6、抗蝕性

抗(kang)(kang)蝕性(xing)（Anti-etching; Etching resistance）即光(guang)刻(ke)膠材(cai)料在刻(ke)蝕過程(cheng)中(zhong)的抵(di)抗(kang)(kang)力。在圖形從光(guang)刻(ke)膠轉移到晶(jing)片的過程(cheng)中(zhong)，光(guang)刻(ke)膠材(cai)料必須能(neng)(neng)夠抵(di)抗(kang)(kang)高(gao)能(neng)(neng)和(he)高(gao)溫(wen)（>150℃）而不(bu)改變其原(yuan)有(you)特性(xing)。在后續的刻(ke)蝕工序(xu)中(zhong)保護襯底(di)表面。耐熱穩定性(xing)、抗(kang)(kang)刻(ke)蝕能(neng)(neng)力和(he)抗(kang)(kang)離子轟擊能(neng)(neng)力。

在濕(shi)法刻(ke)(ke)蝕(shi)中，印有電路圖形(xing)的(de)光刻(ke)(ke)膠需要(yao)連同硅片(pian)一同置入化(hua)學刻(ke)(ke)蝕(shi)液中，進行(xing)很多次(ci)的(de)濕(shi)法腐蝕(shi)。只(zhi)有光刻(ke)(ke)膠具有很強的(de)抗蝕(shi)性，才能保證刻(ke)(ke)蝕(shi)液按(an)照所希望的(de)選(xuan)擇(ze)比刻(ke)(ke)蝕(shi)出曝(pu)光所得(de)圖形(xing)，更好體現器件(jian)性能。

在(zai)干法刻蝕中，例如集成電(dian)路(lu)工(gong)藝(yi)中在(zai)進(jin)行阱(jing)區和源漏區離子(zi)注入時(shi)，需(xu)要有較好的(de)(de)保護(hu)電(dian)路(lu)圖形的(de)(de)能力，否(fou)則光(guang)刻膠會(hui)因為在(zai)注入環境中揮(hui)發而影(ying)響(xiang)到注入腔(qiang)的(de)(de)真空度。此時(shi)注入的(de)(de)離子(zi)將不(bu)會(hui)起到其在(zai)電(dian)路(lu)制造工(gong)藝(yi)中應(ying)起到的(de)(de)作用，器件的(de)(de)電(dian)路(lu)性能受阻(zu)。

7、表面張力

表(biao)面張力（surface tension）指(zhi)液(ye)體(ti)中(zhong)將表(biao)面分(fen)子拉向液(ye)體(ti)主體(ti)內的分(fen)子間吸引力。光(guang)刻膠應該具有比較小(xiao)的表(biao)面張力，使(shi)光(guang)刻膠具有良好的流(liu)動性和覆蓋。

8、針孔

針(zhen)孔(kong)(kong)是光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層尺寸非常小(xiao)的(de)(de)空穴(xue)。針(zhen)孔(kong)(kong)是有害的(de)(de)，因為它可(ke)以允許刻(ke)(ke)蝕劑滲過光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層進而在晶圓表(biao)面層刻(ke)(ke)蝕出小(xiao)孔(kong)(kong)，針(zhen)孔(kong)(kong)是在涂膠(jiao)(jiao)工藝(yi)中(zhong)有環境中(zhong)的(de)(de)微粒污(wu)染物造(zao)成(cheng)(cheng)的(de)(de)，或(huo)者由(you)光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層結(jie)構上的(de)(de)空穴(xue)造(zao)成(cheng)(cheng)的(de)(de)。光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層越(yue)(yue)厚，針(zhen)孔(kong)(kong)越(yue)(yue)少，但它卻降低了分辨力(li)，光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)厚度選擇過程中(zhong)需權衡(heng)這兩個因素的(de)(de)影響。正膠(jiao)(jiao)的(de)(de)縱橫比更(geng)高，所以正膠(jiao)(jiao)可(ke)以用更(geng)厚的(de)(de)光刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)膜達到(dao)想要(yao)的(de)(de)圖形(xing)尺寸，而且針(zhen)孔(kong)(kong)更(geng)少。

9、純度

純度（Purity）指光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)必須(xu)在微粒含量(liang)、鈉和微量(liang)金(jin)屬雜質及水含量(liang)方面(mian)達到(dao)嚴格的(de)標準要(yao)求。集成電路工藝對光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)的(de)純度要(yao)求是非常嚴格的(de)，尤其是金(jin)屬離(li)(li)子的(de)含量(liang)。如由g線(xian)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)發展到(dao)i線(xian)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)材料時，金(jin)屬Na、Fe和K離(li)(li)子的(de)含量(liang)由10的(de)-7次方降(jiang)低到(dao)了(le)10的(de)-8次方。

10、熱流程

光(guang)刻(ke)工藝(yi)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)有兩個(ge)加熱的(de)(de)過(guo)程(cheng)：軟(ruan)烘(hong)焙和(he)硬烘(hong)焙。工藝(yi)師通(tong)過(guo)高溫烘(hong)焙，盡可能使光(guang)刻(ke)膠黏結能力(li)達到最大化。但光(guang)刻(ke)膠作(zuo)為像塑料(liao)一樣(yang)的(de)(de)物質，加熱會變軟(ruan)和(he)流動，對最終(zhong)的(de)(de)圖(tu)形尺寸有重要(yao)影響，在工藝(yi)設計(ji)中(zhong)(zhong)必須考(kao)慮到熱流程(cheng)帶來的(de)(de)尺寸變化。熱流程(cheng)越穩定，對工藝(yi)流程(cheng)越有利。

11、其他

在實際的(de)工藝中(zhong)光(guang)刻膠的(de)選擇還必須考慮硅片表面的(de)薄膜種類與性質（反射(she)率、親水(shui)性或疏(shu)水(shui)性）和產品(pin)圖形所需的(de)解析(xi)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，光刻膠的技術要求高(gao)，所(suo)有的技術指(zhi)標(biao)都(dou)必須(xu)達(da)標(biao)，因此(ci)除上述三個硬性指(zhi)標(biao)外(wai)，好(hao)的光(guang)刻膠還必須(xu)具(ju)有強蝕(shi)刻阻(zu)抗(kang)性、高(gao)純度、低溶(rong)解度、高(gao)粘附性、小表面張力(li)、低成本(ben)、長壽命(ming)周期(qi)以及較高(gao)的玻璃化轉換溫度。