光刻膠的性能指標及技術參數

光刻膠的(de)性能(neng)指標(biao)包含分辨率、對比度(du)、靈敏度(du)、黏滯(zhi)性/黏度(du)、黏附性、抗蝕性、表面(mian)張力、針(zhen)孔、純度(du)、熱流程等。

1、分辨率

分(fen)辨率（resolution，R）即光(guang)(guang)刻(ke)(ke)工藝中所(suo)能(neng)(neng)形成最小尺(chi)寸的有用(yong)圖像(xiang)。是區別硅片表面相鄰圖形特征的能(neng)(neng)力(li)。一般用(yong)關鍵尺(chi)寸（CD，Critical Dimension）來衡量分(fen)辨率。形成的關鍵尺(chi)寸越(yue)小，光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠的分(fen)辨率越(yue)好。此性質深受(shou)光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠材(cai)質本身物理化(hua)學性質的影(ying)響，必須避免光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠材(cai)料在顯影(ying)過程中收(shou)縮或在硬烤中流動。因此，若要使光(guang)(guang)刻(ke)(ke)材(cai)料擁有良好的分(fen)辨能(neng)(neng)力(li)，需謹(jin)慎選擇高分(fen)子(zi)基材(cai)及所(suo)用(yong)的顯影(ying)劑(ji)。

2、對比度

對(dui)比度(du)（Contrast）指光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)材料曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)前后化學物質（如溶解度(du)）改變的(de)(de)速率。對(dui)比度(du)可以被(bei)認為(wei)是光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)區分掩(yan)膜(mo)版上亮(liang)區和暗區能(neng)力的(de)(de)衡量標準，且輻照(zhao)強(qiang)度(du)在光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)線條(tiao)和間距(ju)的(de)(de)邊(bian)緣附近平滑變化。光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)對(dui)比度(du)越(yue)大，線條(tiao)邊(bian)緣越(yue)陡，典型(xing)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)對(dui)比度(du)為(wei)2~4。對(dui)于(yu)理想光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)來(lai)說，如果受到該閾(yu)值以上的(de)(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)劑(ji)量，則(ze)光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)完(wan)全感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)；反之，則(ze)完(wan)全不感(gan)光(guang)(guang)(guang)(guang)。實際上，光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)閾(yu)值存在一個分布，該分布范圍越(yue)窄，光(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)性能(neng)越(yue)好。

3、靈敏度

靈(ling)敏度（Sensitivity）即光刻膠上產生一個良好的(de)圖形所需一定波長光的(de)最(zui)小(xiao)能(neng)量值（或最(zui)小(xiao)曝光量）。單位：毫(hao)焦(jiao)/平方厘(li)米(mi)或mJ/cm2。光刻膠的(de)敏感性對于(yu)波長更短的(de)深紫(zi)外光（DUV）、極深紫(zi)外光（EUV）等尤為重(zhong)要(yao)。負膠通常(chang)需5~15s時(shi)間曝光，正(zheng)膠較慢，其曝光時(shi)間為負膠的(de)3~4倍。

靈(ling)敏度(du)反(fan)映了光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)材(cai)料(liao)對某種(zhong)波(bo)長的(de)(de)光(guang)的(de)(de)反(fan)應程(cheng)度(du)。不同的(de)(de)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)對于(yu)不同的(de)(de)波(bo)長的(de)(de)光(guang)是有選擇性的(de)(de)。同時，高的(de)(de)產出(chu)要(yao)求(qiu)短(duan)的(de)(de)曝光(guang)時間，對光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)靈(ling)敏度(du)要(yao)求(qiu)也(ye)越(yue)來越(yue)高。通常(chang)以(yi)曝光(guang)劑量作為衡量光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)靈(ling)敏度(du)的(de)(de)指標(biao)，曝光(guang)劑量值(zhi)越(yue)小，代表光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)靈(ling)敏度(du)越(yue)高。i線光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)材(cai)料(liao)曝光(guang)劑量在數百(bai)mJ/cm2左右(you)，而KrF和ArF的(de)(de)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)材(cai)料(liao)，其曝光(guang)劑量則(ze)在30和20mJ/cm2左右(you)。靈(ling)敏度(du)可以(yi)體(ti)現(xian)于(yu)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)對比度(du)曲(qu)線上(shang)。

4、黏滯性/黏度

黏(nian)(nian)滯(zhi)性(xing)(xing)(xing)/黏(nian)(nian)度(du)(du)（Viscosity）是衡量(liang)(liang)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)流動特性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)參數。黏(nian)(nian)滯(zhi)性(xing)(xing)(xing)隨著(zhu)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中的(de)(de)溶(rong)劑的(de)(de)減少(shao)而增加；高的(de)(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)性(xing)(xing)(xing)會(hui)產(chan)生厚的(de)(de)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)；越(yue)(yue)小(xiao)的(de)(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)性(xing)(xing)(xing)，就有越(yue)(yue)均勻的(de)(de)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)厚度(du)(du)。光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)比(bi)重(zhong)（SG，Specific Gravity）是衡量(liang)(liang)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)密(mi)度(du)(du)的(de)(de)指標。它與光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中的(de)(de)固(gu)體含量(liang)(liang)有關。較(jiao)大的(de)(de)比(bi)重(zhong)意(yi)味著(zhu)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中含有更多的(de)(de)固(gu)體，黏(nian)(nian)滯(zhi)性(xing)(xing)(xing)更高、流動性(xing)(xing)(xing)更差。黏(nian)(nian)度(du)(du)的(de)(de)單位：泊（P，1P=10-1Pa·s），光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)一般用厘泊（cP，1cP=10-2P）來(lai)度(du)(du)量(liang)(liang)。百分(fen)(fen)泊即厘泊為絕對黏(nian)(nian)滯(zhi)率；運動黏(nian)(nian)滯(zhi)率定義(yi)為：運動黏(nian)(nian)滯(zhi)率=絕對黏(nian)(nian)滯(zhi)率/比(bi)重(zhong)。單位：百分(fen)(fen)斯(si)托(tuo)克斯(si)（cst）=1mm2/s。大多數光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)生產(chan)商用在(zai)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)中轉動風向標的(de)(de)方法測(ce)量(liang)(liang)黏(nian)(nian)度(du)(du)。

5、黏附性

黏(nian)(nian)(nian)附性(xing)（Adherence）是表(biao)征(zheng)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)黏(nian)(nian)(nian)著于襯底(di)的(de)(de)強度(du)。主要衡量光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)抗(kang)濕法腐(fu)蝕(shi)能力。它不僅與光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)本身的(de)(de)性(xing)質有關，而且與襯底(di)的(de)(de)性(xing)質和(he)其表(biao)面情況等(deng)有密(mi)切(qie)關系。作為刻(ke)(ke)蝕(shi)阻擋層，光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)層必須和(he)晶圓表(biao)面黏(nian)(nian)(nian)結得(de)很好，才(cai)能夠忠(zhong)實地把光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)層圖形轉移到晶圓表(biao)面層，光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)黏(nian)(nian)(nian)附性(xing)不足會(hui)導致硅片表(biao)面的(de)(de)圖形變形。光(guang)(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)黏(nian)(nian)(nian)附性(xing)必須經受住后續工藝（刻(ke)(ke)蝕(shi)、離(li)子注(zhu)入(ru)等(deng)）。通常(chang)負膠(jiao)比正膠(jiao)有更強的(de)(de)黏(nian)(nian)(nian)結能力。

6、抗蝕性

抗(kang)(kang)蝕性(xing)(xing)（Anti-etching; Etching resistance）即光刻(ke)膠(jiao)材料(liao)在(zai)刻(ke)蝕過程(cheng)中的(de)抵抗(kang)(kang)力。在(zai)圖(tu)形從光刻(ke)膠(jiao)轉移到晶(jing)片的(de)過程(cheng)中，光刻(ke)膠(jiao)材料(liao)必須能(neng)夠抵抗(kang)(kang)高(gao)能(neng)和(he)高(gao)溫(wen)（>150℃）而不改變其原(yuan)有特性(xing)(xing)。在(zai)后續的(de)刻(ke)蝕工序中保護襯底表面(mian)。耐熱穩(wen)定性(xing)(xing)、抗(kang)(kang)刻(ke)蝕能(neng)力和(he)抗(kang)(kang)離子轟(hong)擊能(neng)力。

在濕(shi)法刻蝕(shi)中(zhong)，印有電路圖形(xing)的光(guang)刻膠需(xu)要連(lian)同硅片一(yi)同置入化(hua)學(xue)刻蝕(shi)液(ye)中(zhong)，進行很多次的濕(shi)法腐蝕(shi)。只有光(guang)刻膠具有很強的抗(kang)蝕(shi)性，才能(neng)保證刻蝕(shi)液(ye)按照(zhao)所希望(wang)的選擇(ze)比刻蝕(shi)出曝光(guang)所得圖形(xing)，更好體現器件性能(neng)。

在(zai)干(gan)法刻蝕中(zhong)，例如集成電(dian)路(lu)(lu)工藝中(zhong)在(zai)進行(xing)阱區和源(yuan)漏區離(li)子注入時，需(xu)要有(you)較好的(de)(de)保護電(dian)路(lu)(lu)圖形的(de)(de)能(neng)力，否則光刻膠會因為在(zai)注入環境中(zhong)揮發(fa)而影響到注入腔(qiang)的(de)(de)真空(kong)度。此時注入的(de)(de)離(li)子將(jiang)不會起(qi)到其在(zai)電(dian)路(lu)(lu)制造(zao)工藝中(zhong)應起(qi)到的(de)(de)作用，器(qi)件(jian)的(de)(de)電(dian)路(lu)(lu)性能(neng)受阻(zu)。

7、表面張力

表(biao)(biao)面張力(li)(li)（surface tension）指液體中將(jiang)表(biao)(biao)面分子(zi)拉向液體主體內的分子(zi)間吸引(yin)力(li)(li)。光(guang)刻膠應該具有比(bi)較小(xiao)的表(biao)(biao)面張力(li)(li)，使光(guang)刻膠具有良好(hao)的流動性和覆蓋。

8、針孔

針(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)是(shi)光(guang)刻膠層(ceng)尺寸(cun)非常小的(de)空穴。針(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)是(shi)有害的(de)，因(yin)為(wei)它可以(yi)允許刻蝕劑(ji)滲過光(guang)刻膠層(ceng)進而在晶(jing)圓(yuan)表(biao)面層(ceng)刻蝕出小孔(kong)(kong)，針(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)是(shi)在涂膠工(gong)藝中(zhong)有環境中(zhong)的(de)微粒污染物造(zao)成的(de)，或者由光(guang)刻膠層(ceng)結構上的(de)空穴造(zao)成的(de)。光(guang)刻膠層(ceng)越厚，針(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)越少(shao)，但(dan)它卻降低了分辨力(li)，光(guang)刻膠厚度選擇過程中(zhong)需權衡這兩個因(yin)素的(de)影響。正膠的(de)縱(zong)橫比更高，所以(yi)正膠可以(yi)用(yong)更厚的(de)光(guang)刻膠膜達到想要的(de)圖形(xing)尺寸(cun)，而且(qie)針(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)更少(shao)。

9、純度

純(chun)度(du)(du)（Purity）指光刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)必(bi)須在微(wei)粒含(han)量、鈉和微(wei)量金屬雜質及水(shui)含(han)量方面達(da)到嚴格(ge)的(de)標(biao)準(zhun)要(yao)(yao)求。集成電路工藝對光刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)的(de)純(chun)度(du)(du)要(yao)(yao)求是(shi)(shi)非(fei)常(chang)嚴格(ge)的(de)，尤其是(shi)(shi)金屬離子(zi)的(de)含(han)量。如由(you)(you)g線(xian)光刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)發(fa)展到i線(xian)光刻(ke)膠(jiao)(jiao)(jiao)材料(liao)時(shi)，金屬Na、Fe和K離子(zi)的(de)含(han)量由(you)(you)10的(de)-7次方降(jiang)低到了10的(de)-8次方。

10、熱流程

光(guang)刻(ke)(ke)工藝(yi)過程(cheng)(cheng)中有兩個加熱的過程(cheng)(cheng)：軟烘(hong)(hong)焙(bei)和硬烘(hong)(hong)焙(bei)。工藝(yi)師通過高溫烘(hong)(hong)焙(bei)，盡(jin)可能使(shi)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)黏結(jie)能力(li)達到最(zui)大化(hua)。但(dan)光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)作為像塑料(liao)一樣的物(wu)質，加熱會變軟和流(liu)動，對(dui)最(zui)終的圖形尺寸有重要影響，在工藝(yi)設計(ji)中必須(xu)考慮到熱流(liu)程(cheng)(cheng)帶來的尺寸變化(hua)。熱流(liu)程(cheng)(cheng)越穩定，對(dui)工藝(yi)流(liu)程(cheng)(cheng)越有利。

11、其他

在實際的工藝中光(guang)刻膠的選擇還(huan)必須考慮硅片表面的薄膜種類與性(xing)質(zhi)（反射率(lv)、親水性(xing)或疏水性(xing)）和產(chan)品圖形所需(xu)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(de)技術要求高(gao)，所有(you)(you)的(de)技術指(zhi)標(biao)都必須達標(biao)，因此(ci)除(chu)上述三個(ge)硬(ying)性指(zhi)標(biao)外，好的(de)光刻(ke)膠還必須具有(you)(you)強蝕刻(ke)阻抗性、高(gao)純(chun)度、低(di)(di)溶解度、高(gao)粘附性、小表面(mian)張力、低(di)(di)成本、長壽(shou)命周期以及較高(gao)的(de)玻璃化轉換溫度。