光刻膠的性能指標及技術參數

光刻膠的(de)性(xing)能指標包含分辨率、對(dui)比(bi)度(du)(du)、靈敏度(du)(du)、黏滯性(xing)/黏度(du)(du)、黏附性(xing)、抗蝕(shi)性(xing)、表面張力(li)、針孔、純度(du)(du)、熱流程等。

1、分辨率

分辨(bian)率（resolution，R）即光(guang)(guang)(guang)刻工藝中(zhong)(zhong)所能形(xing)成最小尺(chi)(chi)寸的(de)(de)有(you)用圖像。是區別硅片表面相鄰圖形(xing)特征(zheng)的(de)(de)能力。一(yi)般用關鍵(jian)尺(chi)(chi)寸（CD，Critical Dimension）來衡量分辨(bian)率。形(xing)成的(de)(de)關鍵(jian)尺(chi)(chi)寸越(yue)小，光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)的(de)(de)分辨(bian)率越(yue)好(hao)。此(ci)性質深受(shou)光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)材質本身物(wu)理化學(xue)性質的(de)(de)影(ying)響，必須避(bi)免(mian)光(guang)(guang)(guang)刻膠(jiao)(jiao)材料(liao)在(zai)(zai)顯(xian)影(ying)過程中(zhong)(zhong)收縮或在(zai)(zai)硬烤中(zhong)(zhong)流動(dong)。因此(ci)，若(ruo)要使光(guang)(guang)(guang)刻材料(liao)擁有(you)良好(hao)的(de)(de)分辨(bian)能力，需謹慎選擇高分子基材及所用的(de)(de)顯(xian)影(ying)劑。

2、對比度

對(dui)比度（Contrast）指光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)材料曝(pu)光(guang)(guang)(guang)前后(hou)化(hua)學物(wu)質（如(ru)溶解度）改變的(de)速(su)率。對(dui)比度可以被認為是光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)區分掩(yan)膜(mo)版上(shang)亮區和(he)暗區能(neng)力的(de)衡量(liang)標(biao)準，且輻照強度在光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)線條(tiao)和(he)間距的(de)邊緣附近平滑變化(hua)。光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)對(dui)比度越(yue)大(da)，線條(tiao)邊緣越(yue)陡(dou)，典型的(de)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)對(dui)比度為2~4。對(dui)于理(li)想光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)來說，如(ru)果受(shou)到(dao)該閾(yu)值以上(shang)的(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)劑量(liang)，則光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)完全(quan)感(gan)光(guang)(guang)(guang)；反(fan)之，則完全(quan)不感(gan)光(guang)(guang)(guang)。實際(ji)上(shang)，光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)曝(pu)光(guang)(guang)(guang)閾(yu)值存(cun)在一個分布，該分布范圍越(yue)窄，光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)性能(neng)越(yue)好。

3、靈敏度

靈敏度（Sensitivity）即光(guang)刻(ke)膠(jiao)上產生(sheng)一個良(liang)好的(de)圖形所(suo)需(xu)一定(ding)波長(chang)光(guang)的(de)最小能量(liang)值(zhi)（或最小曝光(guang)量(liang)）。單位(wei)：毫焦/平方厘(li)米或mJ/cm2。光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)敏感性對(dui)于波長(chang)更(geng)短的(de)深紫(zi)外(wai)光(guang)（DUV）、極深紫(zi)外(wai)光(guang)（EUV）等尤為重要。負膠(jiao)通(tong)常需(xu)5~15s時間(jian)曝光(guang)，正膠(jiao)較慢(man)，其曝光(guang)時間(jian)為負膠(jiao)的(de)3~4倍(bei)。

靈敏(min)度(du)(du)(du)反映了光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)材料(liao)(liao)對(dui)(dui)(dui)某種波長的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)反應程度(du)(du)(du)。不同的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)對(dui)(dui)(dui)于不同的(de)(de)(de)波長的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)是有選擇性的(de)(de)(de)。同時，高(gao)(gao)的(de)(de)(de)產出(chu)要求短的(de)(de)(de)曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)時間，對(dui)(dui)(dui)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)靈敏(min)度(du)(du)(du)要求也(ye)越(yue)(yue)(yue)來越(yue)(yue)(yue)高(gao)(gao)。通常以曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)劑量作為(wei)衡(heng)量光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)靈敏(min)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)指標(biao)，曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)劑量值越(yue)(yue)(yue)小，代表光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)靈敏(min)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)高(gao)(gao)。i線光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)材料(liao)(liao)曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)劑量在(zai)數百mJ/cm2左(zuo)右(you)，而KrF和(he)ArF的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)材料(liao)(liao)，其曝(pu)(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)劑量則在(zai)30和(he)20mJ/cm2左(zuo)右(you)。靈敏(min)度(du)(du)(du)可以體現于光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)對(dui)(dui)(dui)比度(du)(du)(du)曲線上。

4、黏滯性/黏度

黏(nian)(nian)滯(zhi)性(xing)/黏(nian)(nian)度(du)(du)(du)（Viscosity）是衡量光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)流(liu)動(dong)(dong)特性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)參數(shu)。黏(nian)(nian)滯(zhi)性(xing)隨著光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)中的(de)(de)(de)(de)(de)溶劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)少而增加；高的(de)(de)(de)(de)(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)性(xing)會(hui)產生(sheng)厚的(de)(de)(de)(de)(de)光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)；越小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)黏(nian)(nian)滯(zhi)性(xing)，就有越均(jun)勻的(de)(de)(de)(de)(de)光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)厚度(du)(du)(du)。光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)比重(zhong)（SG，Specific Gravity）是衡量光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)指標(biao)。它(ta)與光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)中的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)體含量有關。較大的(de)(de)(de)(de)(de)比重(zhong)意(yi)味著光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)中含有更多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)體，黏(nian)(nian)滯(zhi)性(xing)更高、流(liu)動(dong)(dong)性(xing)更差。黏(nian)(nian)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)單位：泊（P，1P=10-1Pa·s），光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)一般(ban)用(yong)厘泊（cP，1cP=10-2P）來度(du)(du)(du)量。百分泊即厘泊為絕對黏(nian)(nian)滯(zhi)率(lv)；運動(dong)(dong)黏(nian)(nian)滯(zhi)率(lv)定(ding)義為：運動(dong)(dong)黏(nian)(nian)滯(zhi)率(lv)=絕對黏(nian)(nian)滯(zhi)率(lv)/比重(zhong)。單位：百分斯托(tuo)克斯（cst）=1mm2/s。大多(duo)數(shu)光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)生(sheng)產商用(yong)在光刻(ke)(ke)(ke)膠(jiao)中轉動(dong)(dong)風(feng)向標(biao)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法測(ce)量黏(nian)(nian)度(du)(du)(du)。

5、黏附性

黏(nian)(nian)附性(xing)(xing)(xing)（Adherence）是表征光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)黏(nian)(nian)著于襯底的(de)(de)強度(du)。主(zhu)要衡量光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)抗(kang)濕法腐蝕能力。它(ta)不僅與(yu)光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)本身的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)質有(you)關，而且與(yu)襯底的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)質和其表面(mian)情況等有(you)密切(qie)關系。作為刻(ke)蝕阻擋(dang)層(ceng)，光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)層(ceng)必須(xu)和晶(jing)圓表面(mian)黏(nian)(nian)結得很好，才(cai)能夠忠實地(di)把光(guang)(guang)刻(ke)層(ceng)圖形(xing)轉(zhuan)移到晶(jing)圓表面(mian)層(ceng)，光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)黏(nian)(nian)附性(xing)(xing)(xing)不足會導致硅(gui)片表面(mian)的(de)(de)圖形(xing)變形(xing)。光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)的(de)(de)黏(nian)(nian)附性(xing)(xing)(xing)必須(xu)經受(shou)住后續工藝（刻(ke)蝕、離(li)子注(zhu)入等）。通常(chang)負膠(jiao)(jiao)比正(zheng)膠(jiao)(jiao)有(you)更強的(de)(de)黏(nian)(nian)結能力。

6、抗蝕性

抗蝕(shi)(shi)性（Anti-etching; Etching resistance）即(ji)光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠材料在刻(ke)蝕(shi)(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)的抵抗力(li)。在圖形從光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠轉移到晶片的過(guo)程(cheng)中(zhong)，光(guang)(guang)(guang)刻(ke)膠材料必須能夠抵抗高(gao)能和高(gao)溫（>150℃）而不改變其原有特(te)性。在后續的刻(ke)蝕(shi)(shi)工序中(zhong)保護襯底表面。耐(nai)熱穩定性、抗刻(ke)蝕(shi)(shi)能力(li)和抗離子轟擊能力(li)。

在濕法(fa)刻(ke)蝕(shi)中，印有(you)電(dian)路圖形的光(guang)刻(ke)膠(jiao)需要(yao)連(lian)同硅片(pian)一同置入化學刻(ke)蝕(shi)液(ye)中，進行很多(duo)次的濕法(fa)腐蝕(shi)。只有(you)光(guang)刻(ke)膠(jiao)具有(you)很強的抗蝕(shi)性，才(cai)能保證刻(ke)蝕(shi)液(ye)按照所希望(wang)的選擇比刻(ke)蝕(shi)出曝光(guang)所得圖形，更好體現(xian)器(qi)件性能。

在(zai)(zai)(zai)(zai)干法刻(ke)蝕中(zhong)，例如集成電(dian)路工藝(yi)中(zhong)在(zai)(zai)(zai)(zai)進行阱區和(he)源漏(lou)區離子注(zhu)入(ru)(ru)時，需要有(you)較(jiao)好的保護電(dian)路圖(tu)形的能(neng)力(li)，否則(ze)光(guang)刻(ke)膠會因為在(zai)(zai)(zai)(zai)注(zhu)入(ru)(ru)環境中(zhong)揮發(fa)而影響到注(zhu)入(ru)(ru)腔的真空度。此時注(zhu)入(ru)(ru)的離子將不會起(qi)到其在(zai)(zai)(zai)(zai)電(dian)路制造工藝(yi)中(zhong)應起(qi)到的作用(yong)，器件的電(dian)路性能(neng)受阻。

7、表面張力

表(biao)(biao)面(mian)張力（surface tension）指液體(ti)(ti)中將表(biao)(biao)面(mian)分子拉向(xiang)液體(ti)(ti)主體(ti)(ti)內的分子間吸(xi)引力。光(guang)刻膠應該具有(you)(you)比較小的表(biao)(biao)面(mian)張力，使光(guang)刻膠具有(you)(you)良好的流(liu)動性和覆蓋。

8、針孔

針(zhen)(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)是(shi)(shi)光(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)層(ceng)尺寸(cun)非常小的(de)空穴。針(zhen)(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)是(shi)(shi)有害的(de)，因為它(ta)可以允許刻(ke)蝕(shi)(shi)劑滲過光(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)層(ceng)進而在晶圓表面(mian)層(ceng)刻(ke)蝕(shi)(shi)出小孔(kong)(kong)，針(zhen)(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)是(shi)(shi)在涂膠(jiao)(jiao)工藝(yi)中(zhong)有環境(jing)中(zhong)的(de)微粒(li)污染物(wu)造成(cheng)的(de)，或者由(you)光(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)層(ceng)結構上(shang)的(de)空穴造成(cheng)的(de)。光(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)層(ceng)越(yue)厚(hou)，針(zhen)(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)越(yue)少，但(dan)它(ta)卻(que)降低了分(fen)辨(bian)力，光(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)厚(hou)度選擇過程中(zhong)需(xu)權衡這兩個因素的(de)影(ying)響。正(zheng)(zheng)膠(jiao)(jiao)的(de)縱橫比更高，所以正(zheng)(zheng)膠(jiao)(jiao)可以用(yong)更厚(hou)的(de)光(guang)刻(ke)膠(jiao)(jiao)膜達到(dao)想要的(de)圖形(xing)尺寸(cun)，而且(qie)針(zhen)(zhen)(zhen)孔(kong)(kong)更少。

9、純度

純(chun)度（Purity）指光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)必須在微粒含(han)量(liang)、鈉和微量(liang)金(jin)屬雜(za)質及水含(han)量(liang)方面達(da)到(dao)嚴格的(de)(de)標準要(yao)求。集成電(dian)路工藝(yi)對光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)的(de)(de)純(chun)度要(yao)求是非常嚴格的(de)(de)，尤(you)其是金(jin)屬離(li)子(zi)的(de)(de)含(han)量(liang)。如由g線光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)發展到(dao)i線光(guang)刻(ke)(ke)膠(jiao)材(cai)料時，金(jin)屬Na、Fe和K離(li)子(zi)的(de)(de)含(han)量(liang)由10的(de)(de)-7次方降低到(dao)了10的(de)(de)-8次方。

10、熱流程

光(guang)刻工(gong)(gong)(gong)藝過(guo)程(cheng)中有兩(liang)個加熱(re)的過(guo)程(cheng)：軟(ruan)烘(hong)焙(bei)和硬烘(hong)焙(bei)。工(gong)(gong)(gong)藝師通過(guo)高溫烘(hong)焙(bei)，盡可能(neng)使光(guang)刻膠黏結(jie)能(neng)力達到最大化。但光(guang)刻膠作為像塑料一樣的物質，加熱(re)會(hui)變(bian)軟(ruan)和流(liu)動，對最終的圖形尺(chi)寸有重要(yao)影響，在(zai)工(gong)(gong)(gong)藝設計中必須考慮到熱(re)流(liu)程(cheng)帶來的尺(chi)寸變(bian)化。熱(re)流(liu)程(cheng)越穩定，對工(gong)(gong)(gong)藝流(liu)程(cheng)越有利。

11、其他

在(zai)實際(ji)的(de)工(gong)藝中光刻(ke)膠的(de)選(xuan)擇(ze)還必(bi)須(xu)考慮(lv)硅片表(biao)面(mian)的(de)薄膜種類與(yu)性質（反射率、親(qin)水性或疏(shu)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)(de)技術(shu)要求高，所有(you)的(de)(de)技術(shu)指標都必(bi)須達標，因此除上(shang)述三個硬(ying)性(xing)指標外(wai)，好的(de)(de)光刻膠還必(bi)須具有(you)強蝕(shi)刻阻抗性(xing)、高純(chun)度(du)、低(di)溶解(jie)度(du)、高粘附性(xing)、小表面張力、低(di)成(cheng)本、長壽命(ming)周期以及較高的(de)(de)玻璃化(hua)轉換溫度(du)。