光刻膠的性能指標及技術參數

光刻膠的性能指(zhi)標包含分辨率、對比度(du)(du)、靈敏度(du)(du)、黏(nian)滯性/黏(nian)度(du)(du)、黏(nian)附性、抗蝕性、表面張力、針(zhen)孔、純度(du)(du)、熱流程(cheng)等(deng)。

1、分辨率

分(fen)辨(bian)率(lv)（resolution，R）即(ji)光(guang)刻(ke)工藝中所(suo)能形(xing)成(cheng)最小(xiao)尺(chi)寸(cun)的(de)有(you)用圖像(xiang)。是(shi)區別硅片表面相(xiang)鄰(lin)圖形(xing)特征(zheng)的(de)能力。一(yi)般用關鍵尺(chi)寸(cun)（CD，Critical Dimension）來衡(heng)量分(fen)辨(bian)率(lv)。形(xing)成(cheng)的(de)關鍵尺(chi)寸(cun)越小(xiao)，光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)越好。此性質深受光(guang)刻(ke)膠(jiao)材質本(ben)身物理(li)化(hua)學性質的(de)影(ying)響，必(bi)須避免(mian)光(guang)刻(ke)膠(jiao)材料(liao)在顯(xian)影(ying)過(guo)程中收縮或在硬烤(kao)中流(liu)動。因此，若要使光(guang)刻(ke)材料(liao)擁有(you)良好的(de)分(fen)辨(bian)能力，需謹慎選(xuan)擇(ze)高分(fen)子基(ji)材及所(suo)用的(de)顯(xian)影(ying)劑。

2、對比度

對(dui)比度(du)(du)（Contrast）指光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)材料曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)前后化學物質（如(ru)溶解度(du)(du)）改變的(de)速(su)率。對(dui)比度(du)(du)可以(yi)被認為(wei)是光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)區(qu)分(fen)(fen)掩膜版上亮(liang)區(qu)和(he)暗(an)區(qu)能力的(de)衡量標準，且輻照強度(du)(du)在(zai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)線條(tiao)和(he)間距的(de)邊緣附(fu)近(jin)平滑變化。光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)對(dui)比度(du)(du)越(yue)(yue)大，線條(tiao)邊緣越(yue)(yue)陡，典型(xing)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)對(dui)比度(du)(du)為(wei)2~4。對(dui)于理想光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)來說，如(ru)果受(shou)到(dao)該(gai)閾(yu)值以(yi)上的(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)劑量，則(ze)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)完全感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)；反(fan)之，則(ze)完全不(bu)感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。實際(ji)上，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)閾(yu)值存在(zai)一(yi)個分(fen)(fen)布，該(gai)分(fen)(fen)布范(fan)圍越(yue)(yue)窄，光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)性能越(yue)(yue)好。

3、靈敏度

靈(ling)敏(min)度（Sensitivity）即光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)上產生(sheng)一個良(liang)好的(de)圖形(xing)所需一定波長光(guang)(guang)(guang)的(de)最小(xiao)(xiao)能量(liang)值（或(huo)最小(xiao)(xiao)曝光(guang)(guang)(guang)量(liang)）。單(dan)位：毫焦/平方厘米(mi)或(huo)mJ/cm2。光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)敏(min)感性對(dui)于波長更(geng)短的(de)深紫(zi)外(wai)光(guang)(guang)(guang)（DUV）、極(ji)深紫(zi)外(wai)光(guang)(guang)(guang)（EUV）等尤為重要。負膠(jiao)通常需5~15s時間(jian)曝光(guang)(guang)(guang)，正(zheng)膠(jiao)較慢，其曝光(guang)(guang)(guang)時間(jian)為負膠(jiao)的(de)3~4倍(bei)。

靈敏度(du)(du)反映了光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠材(cai)料對某種波長的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)反應程度(du)(du)。不(bu)同的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠對于不(bu)同的(de)(de)波長的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)是(shi)有選擇性(xing)的(de)(de)。同時，高(gao)的(de)(de)產出要求(qiu)短的(de)(de)曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)時間(jian)，對光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠的(de)(de)靈敏度(du)(du)要求(qiu)也越來越高(gao)。通(tong)常以曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量作為衡(heng)量光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠靈敏度(du)(du)的(de)(de)指標，曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量值越小，代(dai)表(biao)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠的(de)(de)靈敏度(du)(du)越高(gao)。i線光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠材(cai)料曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量在(zai)數百mJ/cm2左右(you)，而KrF和(he)ArF的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠材(cai)料，其(qi)曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量則在(zai)30和(he)20mJ/cm2左右(you)。靈敏度(du)(du)可以體現于光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠的(de)(de)對比度(du)(du)曲線上。

4、黏滯性/黏度

黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)/黏(nian)(nian)(nian)度（Viscosity）是衡量(liang)(liang)(liang)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)流(liu)動(dong)(dong)(dong)(dong)特性(xing)的(de)參數(shu)。黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)隨著光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)中(zhong)的(de)溶劑的(de)減少(shao)而增加(jia)；高的(de)黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)會產(chan)生厚的(de)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)；越小(xiao)的(de)黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)，就(jiu)有(you)越均勻的(de)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)厚度。光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)比(bi)重(zhong)(zhong)(zhong)（SG，Specific Gravity）是衡量(liang)(liang)(liang)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)密度的(de)指標。它與光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)中(zhong)的(de)固體含量(liang)(liang)(liang)有(you)關(guan)。較大(da)的(de)比(bi)重(zhong)(zhong)(zhong)意味著光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)中(zhong)含有(you)更多的(de)固體，黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)性(xing)更高、流(liu)動(dong)(dong)(dong)(dong)性(xing)更差。黏(nian)(nian)(nian)度的(de)單位：泊(bo)（P，1P=10-1Pa·s），光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)一般用厘(li)泊(bo)（cP，1cP=10-2P）來(lai)度量(liang)(liang)(liang)。百分泊(bo)即厘(li)泊(bo)為絕對(dui)黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率(lv)；運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率(lv)定義為：運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率(lv)=絕對(dui)黏(nian)(nian)(nian)滯(zhi)(zhi)(zhi)率(lv)/比(bi)重(zhong)(zhong)(zhong)。單位：百分斯(si)托克斯(si)（cst）=1mm2/s。大(da)多數(shu)光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)生產(chan)商(shang)用在光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)中(zhong)轉動(dong)(dong)(dong)(dong)風向(xiang)標的(de)方法測量(liang)(liang)(liang)黏(nian)(nian)(nian)度。

5、黏附性

黏附(fu)(fu)性(xing)（Adherence）是表(biao)征(zheng)光(guang)刻膠黏著(zhu)于襯底(di)的(de)強(qiang)度。主(zhu)要(yao)衡量光(guang)刻膠抗(kang)濕(shi)法腐蝕(shi)能力。它(ta)不僅與(yu)光(guang)刻膠本(ben)身的(de)性(xing)質(zhi)有(you)關，而且與(yu)襯底(di)的(de)性(xing)質(zhi)和其表(biao)面(mian)情況等(deng)(deng)有(you)密切關系。作(zuo)為刻蝕(shi)阻擋層，光(guang)刻膠層必須(xu)和晶(jing)圓表(biao)面(mian)黏結得很(hen)好，才(cai)能夠忠(zhong)實地(di)把光(guang)刻層圖(tu)形轉(zhuan)移到晶(jing)圓表(biao)面(mian)層，光(guang)刻膠的(de)黏附(fu)(fu)性(xing)不足會導致硅片表(biao)面(mian)的(de)圖(tu)形變形。光(guang)刻膠的(de)黏附(fu)(fu)性(xing)必須(xu)經(jing)受(shou)住后續工藝(yi)（刻蝕(shi)、離子注入等(deng)(deng)）。通常負膠比正膠有(you)更強(qiang)的(de)黏結能力。

6、抗蝕性

抗(kang)蝕(shi)性（Anti-etching; Etching resistance）即(ji)光刻(ke)(ke)膠材(cai)料(liao)在刻(ke)(ke)蝕(shi)過程中(zhong)的(de)抵抗(kang)力。在圖形從光刻(ke)(ke)膠轉(zhuan)移到(dao)晶片的(de)過程中(zhong)，光刻(ke)(ke)膠材(cai)料(liao)必須能(neng)夠抵抗(kang)高能(neng)和(he)高溫（>150℃）而(er)不改變(bian)其(qi)原有特性。在后續(xu)的(de)刻(ke)(ke)蝕(shi)工序中(zhong)保(bao)護襯(chen)底表(biao)面。耐熱穩(wen)定性、抗(kang)刻(ke)(ke)蝕(shi)能(neng)力和(he)抗(kang)離子轟擊(ji)能(neng)力。

在(zai)濕法刻蝕(shi)(shi)中，印有(you)(you)電(dian)路(lu)圖形的光(guang)刻膠需要(yao)連(lian)同(tong)硅片一同(tong)置入化學刻蝕(shi)(shi)液中，進行很多次的濕法腐蝕(shi)(shi)。只有(you)(you)光(guang)刻膠具有(you)(you)很強的抗蝕(shi)(shi)性(xing)，才(cai)能(neng)保證刻蝕(shi)(shi)液按照(zhao)所(suo)希望的選(xuan)擇比刻蝕(shi)(shi)出曝光(guang)所(suo)得圖形，更好體現器件性(xing)能(neng)。

在(zai)(zai)干法刻蝕中(zhong)(zhong)，例如(ru)集成電(dian)路(lu)工(gong)藝中(zhong)(zhong)在(zai)(zai)進(jin)行阱區和源(yuan)漏(lou)區離(li)子注入(ru)(ru)(ru)時(shi)，需要有較好的(de)保護電(dian)路(lu)圖形的(de)能力，否則光(guang)刻膠會因(yin)為在(zai)(zai)注入(ru)(ru)(ru)環(huan)境中(zhong)(zhong)揮(hui)發(fa)而影響(xiang)到注入(ru)(ru)(ru)腔的(de)真空度。此(ci)時(shi)注入(ru)(ru)(ru)的(de)離(li)子將不會起到其在(zai)(zai)電(dian)路(lu)制造工(gong)藝中(zhong)(zhong)應起到的(de)作用，器件的(de)電(dian)路(lu)性能受(shou)阻。

7、表面張力

表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)（surface tension）指液體(ti)中將表(biao)(biao)面(mian)(mian)分子拉向液體(ti)主體(ti)內(nei)的分子間(jian)吸引(yin)力(li)。光刻膠(jiao)應該(gai)具有(you)比(bi)較小的表(biao)(biao)面(mian)(mian)張力(li)，使光刻膠(jiao)具有(you)良(liang)好的流(liu)動性和覆蓋。

8、針孔

針孔(kong)(kong)是光刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層尺寸非常小(xiao)的(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)。針孔(kong)(kong)是有(you)害的(de)，因為它(ta)(ta)可(ke)以允(yun)許刻(ke)(ke)(ke)(ke)蝕(shi)劑滲過光刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層進而在(zai)晶圓表面層刻(ke)(ke)(ke)(ke)蝕(shi)出小(xiao)孔(kong)(kong)，針孔(kong)(kong)是在(zai)涂膠(jiao)(jiao)工藝中有(you)環(huan)境中的(de)微粒污染(ran)物造(zao)成(cheng)(cheng)的(de)，或者(zhe)由光刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層結構上的(de)空(kong)(kong)穴(xue)(xue)造(zao)成(cheng)(cheng)的(de)。光刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)層越厚(hou)(hou)，針孔(kong)(kong)越少，但它(ta)(ta)卻(que)降低了(le)分辨力，光刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)厚(hou)(hou)度(du)選擇(ze)過程中需權衡這(zhe)兩個因素的(de)影響。正(zheng)膠(jiao)(jiao)的(de)縱橫比更高，所以正(zheng)膠(jiao)(jiao)可(ke)以用更厚(hou)(hou)的(de)光刻(ke)(ke)(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)膜達(da)到(dao)想要(yao)的(de)圖(tu)形尺寸，而且針孔(kong)(kong)更少。

9、純度

純(chun)度（Purity）指光(guang)刻(ke)膠必須在微粒含(han)量、鈉和微量金屬雜質及水含(han)量方面達(da)到(dao)嚴格的(de)標準要求(qiu)。集成(cheng)電(dian)路工藝對光(guang)刻(ke)膠的(de)純(chun)度要求(qiu)是非常嚴格的(de)，尤其是金屬離子(zi)的(de)含(han)量。如由(you)g線(xian)光(guang)刻(ke)膠發展到(dao)i線(xian)光(guang)刻(ke)膠材料時，金屬Na、Fe和K離子(zi)的(de)含(han)量由(you)10的(de)-7次方降低(di)到(dao)了10的(de)-8次方。

10、熱流程

光(guang)刻(ke)(ke)(ke)工(gong)藝過(guo)程中有(you)兩個(ge)加(jia)熱(re)的(de)(de)過(guo)程：軟烘(hong)(hong)焙和硬(ying)烘(hong)(hong)焙。工(gong)藝師通過(guo)高(gao)溫(wen)烘(hong)(hong)焙，盡可(ke)能(neng)(neng)使光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)黏結能(neng)(neng)力達到最大化(hua)。但光(guang)刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)作(zuo)為像塑(su)料一樣的(de)(de)物質，加(jia)熱(re)會變軟和流(liu)動，對(dui)(dui)最終的(de)(de)圖形(xing)尺寸有(you)重(zhong)要影響，在工(gong)藝設(she)計中必須考(kao)慮到熱(re)流(liu)程帶來(lai)的(de)(de)尺寸變化(hua)。熱(re)流(liu)程越(yue)穩(wen)定，對(dui)(dui)工(gong)藝流(liu)程越(yue)有(you)利。

11、其他

在實際的(de)工藝(yi)中光刻膠的(de)選擇還必須(xu)考慮硅片表面的(de)薄膜種類與性質（反射率、親水性或疏水性）和產品圖形所需的(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(de)技術要求(qiu)高(gao)(gao)，所(suo)有(you)(you)的(de)技術指標(biao)都(dou)必(bi)須達(da)標(biao)，因此(ci)除上述三個硬性指標(biao)外，好的(de)光刻膠還必(bi)須具有(you)(you)強蝕刻阻抗性、高(gao)(gao)純度、低(di)溶解度、高(gao)(gao)粘(zhan)附(fu)性、小表(biao)面張力、低(di)成本(ben)、長壽命周期以及較高(gao)(gao)的(de)玻璃(li)化轉換溫度。