光刻膠的性能指標及技術參數

光刻膠的性(xing)能指(zhi)標包含分(fen)辨率、對比度、靈敏(min)度、黏(nian)(nian)滯性(xing)/黏(nian)(nian)度、黏(nian)(nian)附性(xing)、抗蝕性(xing)、表面(mian)張力、針孔、純度、熱(re)流程等(deng)。

1、分辨率

分(fen)(fen)(fen)辨率(lv)（resolution，R）即光(guang)刻(ke)工(gong)藝中所(suo)能(neng)形成(cheng)最小(xiao)尺寸的(de)(de)有用(yong)圖(tu)像。是區(qu)別硅(gui)片表面相鄰圖(tu)形特(te)征的(de)(de)能(neng)力(li)。一般(ban)用(yong)關(guan)鍵(jian)尺寸（CD，Critical Dimension）來衡量(liang)分(fen)(fen)(fen)辨率(lv)。形成(cheng)的(de)(de)關(guan)鍵(jian)尺寸越小(xiao)，光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)辨率(lv)越好(hao)。此(ci)性(xing)質(zhi)深受光(guang)刻(ke)膠(jiao)材質(zhi)本身物(wu)理化(hua)學性(xing)質(zhi)的(de)(de)影(ying)(ying)響，必須避免光(guang)刻(ke)膠(jiao)材料在(zai)顯影(ying)(ying)過(guo)程中收縮或在(zai)硬烤(kao)中流(liu)動。因此(ci)，若要使光(guang)刻(ke)材料擁(yong)有良(liang)好(hao)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)辨能(neng)力(li)，需謹慎選(xuan)擇(ze)高分(fen)(fen)(fen)子基材及(ji)所(suo)用(yong)的(de)(de)顯影(ying)(ying)劑。

2、對比度

對(dui)比(bi)度（Contrast）指光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)材料曝(pu)光(guang)(guang)前后(hou)化(hua)學物質（如(ru)(ru)溶解度）改變(bian)的(de)速率。對(dui)比(bi)度可以(yi)被認為是光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)區(qu)分(fen)掩膜版(ban)上(shang)亮區(qu)和(he)暗區(qu)能(neng)力的(de)衡量標準，且輻照強度在(zai)光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)線條(tiao)和(he)間距的(de)邊緣(yuan)附近平滑變(bian)化(hua)。光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)對(dui)比(bi)度越(yue)大，線條(tiao)邊緣(yuan)越(yue)陡，典型的(de)光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)對(dui)比(bi)度為2~4。對(dui)于理想光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)來說，如(ru)(ru)果受到該閾(yu)值以(yi)上(shang)的(de)曝(pu)光(guang)(guang)劑量，則光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)完(wan)全感(gan)光(guang)(guang)；反之，則完(wan)全不感(gan)光(guang)(guang)。實(shi)際上(shang)，光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)曝(pu)光(guang)(guang)閾(yu)值存在(zai)一個分(fen)布，該分(fen)布范圍越(yue)窄，光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)性(xing)能(neng)越(yue)好。

3、靈敏度

靈敏度（Sensitivity）即光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)上產生一個良好的(de)圖(tu)形所需一定波(bo)長光(guang)(guang)(guang)的(de)最小能(neng)量值（或(huo)最小曝(pu)光(guang)(guang)(guang)量）。單位：毫焦(jiao)/平方厘(li)米(mi)或(huo)mJ/cm2。光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)敏感性對于波(bo)長更(geng)短的(de)深紫(zi)外(wai)光(guang)(guang)(guang)（DUV）、極深紫(zi)外(wai)光(guang)(guang)(guang)（EUV）等尤為重要。負(fu)膠(jiao)(jiao)通常需5~15s時(shi)間曝(pu)光(guang)(guang)(guang)，正膠(jiao)(jiao)較(jiao)慢，其曝(pu)光(guang)(guang)(guang)時(shi)間為負(fu)膠(jiao)(jiao)的(de)3~4倍。

靈(ling)(ling)敏(min)度(du)反映了光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)材料(liao)對(dui)某種波長的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)反應(ying)程度(du)。不同(tong)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)對(dui)于不同(tong)的(de)(de)(de)波長的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)是(shi)有選擇性的(de)(de)(de)。同(tong)時(shi)，高(gao)的(de)(de)(de)產出要(yao)求短(duan)的(de)(de)(de)曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)時(shi)間，對(dui)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)靈(ling)(ling)敏(min)度(du)要(yao)求也越(yue)來越(yue)高(gao)。通常(chang)以曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑量(liang)作為衡量(liang)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)靈(ling)(ling)敏(min)度(du)的(de)(de)(de)指標，曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑量(liang)值越(yue)小，代表光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)靈(ling)(ling)敏(min)度(du)越(yue)高(gao)。i線光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)材料(liao)曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑量(liang)在(zai)(zai)數百mJ/cm2左右(you)，而KrF和(he)ArF的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)材料(liao)，其曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑量(liang)則在(zai)(zai)30和(he)20mJ/cm2左右(you)。靈(ling)(ling)敏(min)度(du)可以體現于光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)對(dui)比度(du)曲線上。

4、黏滯性/黏度

黏(nian)(nian)滯(zhi)性/黏(nian)(nian)度(du)（Viscosity）是(shi)衡量光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)流動(dong)特性的(de)參數(shu)。黏(nian)(nian)滯(zhi)性隨著(zhu)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)中的(de)溶劑的(de)減少而增加；高(gao)的(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)性會(hui)產(chan)生厚(hou)的(de)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)；越小(xiao)的(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)性，就(jiu)有(you)越均勻(yun)的(de)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)厚(hou)度(du)。光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)比(bi)重（SG，Specific Gravity）是(shi)衡量光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)密度(du)的(de)指標(biao)(biao)。它與光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)中的(de)固體含(han)量有(you)關。較大(da)的(de)比(bi)重意味著(zhu)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)中含(han)有(you)更(geng)多的(de)固體，黏(nian)(nian)滯(zhi)性更(geng)高(gao)、流動(dong)性更(geng)差(cha)。黏(nian)(nian)度(du)的(de)單(dan)位(wei)：泊（P，1P=10-1Pa·s），光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)一般用(yong)厘(li)(li)泊（cP，1cP=10-2P）來度(du)量。百分泊即厘(li)(li)泊為絕(jue)對黏(nian)(nian)滯(zhi)率(lv)；運動(dong)黏(nian)(nian)滯(zhi)率(lv)定義為：運動(dong)黏(nian)(nian)滯(zhi)率(lv)=絕(jue)對黏(nian)(nian)滯(zhi)率(lv)/比(bi)重。單(dan)位(wei)：百分斯托克(ke)斯（cst）=1mm2/s。大(da)多數(shu)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)生產(chan)商用(yong)在(zai)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)中轉動(dong)風向(xiang)標(biao)(biao)的(de)方法測(ce)量黏(nian)(nian)度(du)。

5、黏附性

黏(nian)附性（Adherence）是(shi)表征光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)黏(nian)著于襯底(di)的(de)強度。主要衡量光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)抗濕法腐(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)。它(ta)不僅與光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)本身的(de)性質有(you)關，而且與襯底(di)的(de)性質和其表面情況等有(you)密切(qie)關系。作為刻(ke)(ke)蝕(shi)(shi)阻(zu)擋層(ceng)，光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)層(ceng)必須(xu)和晶圓(yuan)表面黏(nian)結得(de)很好，才(cai)能(neng)夠忠實地把光(guang)(guang)刻(ke)(ke)層(ceng)圖(tu)形轉移到晶圓(yuan)表面層(ceng)，光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)黏(nian)附性不足會(hui)導致硅片表面的(de)圖(tu)形變形。光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)黏(nian)附性必須(xu)經受(shou)住后續工(gong)藝(yi)（刻(ke)(ke)蝕(shi)(shi)、離子(zi)注入等）。通(tong)常負膠(jiao)比正膠(jiao)有(you)更(geng)強的(de)黏(nian)結能(neng)力(li)。

6、抗蝕性

抗蝕性(xing)（Anti-etching; Etching resistance）即光(guang)刻(ke)膠材(cai)料在(zai)刻(ke)蝕過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的抵抗力(li)。在(zai)圖形從光(guang)刻(ke)膠轉移到(dao)晶片的過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，光(guang)刻(ke)膠材(cai)料必須能(neng)(neng)(neng)夠抵抗高能(neng)(neng)(neng)和(he)高溫（>150℃）而不改(gai)變其原有特性(xing)。在(zai)后續的刻(ke)蝕工序中(zhong)(zhong)保護襯底表面。耐熱穩(wen)定性(xing)、抗刻(ke)蝕能(neng)(neng)(neng)力(li)和(he)抗離子(zi)轟擊(ji)能(neng)(neng)(neng)力(li)。

在(zai)濕(shi)法刻(ke)(ke)蝕中，印有電(dian)路圖形的(de)光刻(ke)(ke)膠(jiao)需要連同硅片一同置入化學刻(ke)(ke)蝕液中，進行(xing)很多(duo)次的(de)濕(shi)法腐蝕。只有光刻(ke)(ke)膠(jiao)具(ju)有很強的(de)抗蝕性，才能保證刻(ke)(ke)蝕液按照所(suo)希望的(de)選擇比刻(ke)(ke)蝕出曝光所(suo)得圖形，更好(hao)體現器件性能。

在干(gan)法刻(ke)蝕中(zhong)，例(li)如集成電(dian)路工(gong)藝(yi)中(zhong)在進行阱區(qu)和源漏區(qu)離子(zi)注入(ru)(ru)時，需要(yao)有較好的(de)保護電(dian)路圖形(xing)的(de)能力，否則光(guang)刻(ke)膠會因為在注入(ru)(ru)環(huan)境中(zhong)揮發而影(ying)響到(dao)注入(ru)(ru)腔(qiang)的(de)真空度。此時注入(ru)(ru)的(de)離子(zi)將(jiang)不會起(qi)到(dao)其在電(dian)路制造(zao)工(gong)藝(yi)中(zhong)應起(qi)到(dao)的(de)作用，器件的(de)電(dian)路性(xing)能受阻。

7、表面張力

表(biao)面張力（surface tension）指液體(ti)中將表(biao)面分(fen)子拉向液體(ti)主體(ti)內的分(fen)子間(jian)吸(xi)引力。光刻膠應(ying)該(gai)具有比較(jiao)小的表(biao)面張力，使光刻膠具有良好的流動性和(he)覆蓋。

8、針孔

針(zhen)孔是光刻膠(jiao)層(ceng)(ceng)(ceng)尺寸非常小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)空(kong)穴(xue)。針(zhen)孔是有(you)害(hai)的(de)(de)(de)(de)，因(yin)為它可(ke)以(yi)允許(xu)刻蝕(shi)劑滲過光刻膠(jiao)層(ceng)(ceng)(ceng)進而在(zai)晶圓表(biao)面層(ceng)(ceng)(ceng)刻蝕(shi)出小(xiao)(xiao)孔，針(zhen)孔是在(zai)涂(tu)膠(jiao)工藝中(zhong)有(you)環境(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)微粒污染物造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)，或者由光刻膠(jiao)層(ceng)(ceng)(ceng)結構(gou)上(shang)的(de)(de)(de)(de)空(kong)穴(xue)造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)。光刻膠(jiao)層(ceng)(ceng)(ceng)越厚，針(zhen)孔越少，但(dan)它卻降低了分辨(bian)力，光刻膠(jiao)厚度選擇過程中(zhong)需權衡這兩個(ge)因(yin)素的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。正膠(jiao)的(de)(de)(de)(de)縱橫(heng)比更高，所以(yi)正膠(jiao)可(ke)以(yi)用(yong)更厚的(de)(de)(de)(de)光刻膠(jiao)膜達到(dao)想要的(de)(de)(de)(de)圖形尺寸，而且(qie)針(zhen)孔更少。

9、純度

純度（Purity）指光(guang)(guang)刻膠(jiao)必須在微粒含(han)(han)量、鈉和微量金屬雜質(zhi)及(ji)水含(han)(han)量方面達到嚴格的(de)(de)(de)標準要(yao)求。集成電路工藝對光(guang)(guang)刻膠(jiao)的(de)(de)(de)純度要(yao)求是非常嚴格的(de)(de)(de)，尤其是金屬離子(zi)的(de)(de)(de)含(han)(han)量。如由g線光(guang)(guang)刻膠(jiao)發展(zhan)到i線光(guang)(guang)刻膠(jiao)材料時，金屬Na、Fe和K離子(zi)的(de)(de)(de)含(han)(han)量由10的(de)(de)(de)-7次方降低到了10的(de)(de)(de)-8次方。

10、熱流程

光刻工(gong)藝(yi)過程(cheng)(cheng)中(zhong)有兩個加(jia)熱的(de)過程(cheng)(cheng)：軟烘(hong)(hong)焙(bei)和硬烘(hong)(hong)焙(bei)。工(gong)藝(yi)師通(tong)過高溫烘(hong)(hong)焙(bei)，盡可(ke)能使光刻膠(jiao)黏結能力達到最大化。但(dan)光刻膠(jiao)作為像塑料(liao)一樣的(de)物質，加(jia)熱會(hui)變軟和流動，對(dui)最終(zhong)的(de)圖(tu)形(xing)尺寸有重要(yao)影響，在工(gong)藝(yi)設計(ji)中(zhong)必(bi)須考慮(lv)到熱流程(cheng)(cheng)帶(dai)來的(de)尺寸變化。熱流程(cheng)(cheng)越(yue)穩定，對(dui)工(gong)藝(yi)流程(cheng)(cheng)越(yue)有利。

11、其他

在實際的(de)(de)工藝中(zhong)光(guang)刻(ke)膠的(de)(de)選擇(ze)還必(bi)須(xu)考慮硅片(pian)表面的(de)(de)薄(bo)膜種類(lei)與(yu)性質（反射率、親(qin)水(shui)性或疏(shu)水(shui)性）和產品圖形所需的(de)(de)解(jie)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(de)技術要(yao)求高(gao)(gao)，所有的(de)技術指標都必(bi)須(xu)達(da)標，因此除(chu)上述三個硬性指標外，好(hao)的(de)光刻膠還必(bi)須(xu)具有強蝕刻阻(zu)抗性、高(gao)(gao)純度(du)、低(di)溶解度(du)、高(gao)(gao)粘附性、小表面張(zhang)力、低(di)成本、長壽命周期以及(ji)較高(gao)(gao)的(de)玻璃化轉換(huan)溫度(du)。