光刻膠的性能指標(biāo)及技術(shù)參數(shù)

光刻膠的性能指標(biāo)包含分辨率、對(duì)比度、靈敏度、黏滯性/黏度、黏附性、抗蝕性、表面張力、針孔、純度、熱流程等。

1、分辨率

分辨率（resolution，R）即光刻工藝中所能形成最小尺寸的有用圖像。是區(qū)別硅片表面相鄰圖形特征的能力。一般用關(guān)鍵尺寸（CD，Critical Dimension）來(lái)衡量分辨率。形成的關(guān)鍵尺寸越小，光刻膠的分辨率越好。此性質(zhì)深受光刻膠材質(zhì)本身物理化學(xué)性質(zhì)的影響，必須避免光刻膠材料在顯影過(guò)程中收縮或在硬烤中流動(dòng)。因此，若要使光刻材料擁有良好的分辨能力，需謹(jǐn)慎選擇高分子基材及所用的顯影劑。

2、對(duì)比度

對(duì)比度（Contrast）指光刻膠材料曝光前后化學(xué)物質(zhì)（如溶解度）改變的速率。對(duì)比度可以被認(rèn)為是光刻膠區(qū)分掩膜版上亮區(qū)和暗區(qū)能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)，且輻照強(qiáng)度在光刻膠線條和間距的邊緣附近平滑變化。光刻膠的對(duì)比度越大，線條邊緣越陡，典型的光刻膠對(duì)比度為2~4。對(duì)于理想光刻膠來(lái)說(shuō)，如果受到該閾值以上的曝光劑量，則光刻膠完全感光；反之，則完全不感光。實(shí)際上，光刻膠的曝光閾值存在一個(gè)分布，該分布范圍越窄，光刻膠的性能越好。

3、靈敏度

靈敏度（Sensitivity）即光刻膠上產(chǎn)生一個(gè)良好的圖形所需一定波長(zhǎng)光的最小能量值（或最小曝光量）。單位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。光刻膠的敏感性對(duì)于波長(zhǎng)更短的深紫外光（DUV）、極深紫外光（EUV）等尤為重要。負(fù)膠通常需5~15s時(shí)間曝光，正膠較慢，其曝光時(shí)間為負(fù)膠的3~4倍。

靈敏度反映了光刻膠材料對(duì)某種波長(zhǎng)的光的反應(yīng)程度。不同的光刻膠對(duì)于不同的波長(zhǎng)的光是有選擇性的。同時(shí)，高的產(chǎn)出要求短的曝光時(shí)間，對(duì)光刻膠的靈敏度要求也越來(lái)越高。通常以曝光劑量作為衡量光刻膠靈敏度的指標(biāo)，曝光劑量值越小，代表光刻膠的靈敏度越高。i線光刻膠材料曝光劑量在數(shù)百mJ/cm2左右，而KrF和ArF的光刻膠材料，其曝光劑量則在30和20mJ/cm2左右。靈敏度可以體現(xiàn)于光刻膠的對(duì)比度曲線上。

4、黏滯性/黏度

黏滯性/黏度（Viscosity）是衡量光刻膠流動(dòng)特性的參數(shù)。黏滯性隨著光刻膠中的溶劑的減少而增加；高的黏滯性會(huì)產(chǎn)生厚的光刻膠；越小的黏滯性，就有越均勻的光刻膠厚度。光刻膠的比重（SG，Specific Gravity）是衡量光刻膠的密度的指標(biāo)。它與光刻膠中的固體含量有關(guān)。較大的比重意味著光刻膠中含有更多的固體，黏滯性更高、流動(dòng)性更差。黏度的單位：泊（P，1P=10-1Pa·s），光刻膠一般用厘泊（cP，1cP=10-2P）來(lái)度量。百分泊即厘泊為絕對(duì)黏滯率；運(yùn)動(dòng)黏滯率定義為：運(yùn)動(dòng)黏滯率=絕對(duì)黏滯率/比重。單位：百分斯托克斯（cst）=1mm2/s。大多數(shù)光刻膠生產(chǎn)商用在光刻膠中轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)向標(biāo)的方法測(cè)量黏度。

5、黏附性

黏附性（Adherence）是表征光刻膠黏著于襯底的強(qiáng)度。主要衡量光刻膠抗?jié)穹ǜg能力。它不僅與光刻膠本身的性質(zhì)有關(guān)，而且與襯底的性質(zhì)和其表面情況等有密切關(guān)系。作為刻蝕阻擋層，光刻膠層必須和晶圓表面黏結(jié)得很好，才能夠忠實(shí)地把光刻層圖形轉(zhuǎn)移到晶圓表面層，光刻膠的黏附性不足會(huì)導(dǎo)致硅片表面的圖形變形。光刻膠的黏附性必須經(jīng)受住后續(xù)工藝（刻蝕、離子注入等）。通常負(fù)膠比正膠有更強(qiáng)的黏結(jié)能力。

6、抗蝕性

抗蝕性（Anti-etching; Etching resistance）即光刻膠材料在刻蝕過(guò)程中的抵抗力。在圖形從光刻膠轉(zhuǎn)移到晶片的過(guò)程中，光刻膠材料必須能夠抵抗高能和高溫（>150℃）而不改變其原有特性。在后續(xù)的刻蝕工序中保護(hù)襯底表面。耐熱穩(wěn)定性、抗刻蝕能力和抗離子轟擊能力。

在濕法刻蝕中，印有電路圖形的光刻膠需要連同硅片一同置入化學(xué)刻蝕液中，進(jìn)行很多次的濕法腐蝕。只有光刻膠具有很強(qiáng)的抗蝕性，才能保證刻蝕液按照所希望的選擇比刻蝕出曝光所得圖形，更好體現(xiàn)器件性能。

在干法刻蝕中，例如集成電路工藝中在進(jìn)行阱區(qū)和源漏區(qū)離子注入時(shí)，需要有較好的保護(hù)電路圖形的能力，否則光刻膠會(huì)因?yàn)樵谧⑷氕h(huán)境中揮發(fā)而影響到注入腔的真空度。此時(shí)注入的離子將不會(huì)起到其在電路制造工藝中應(yīng)起到的作用，器件的電路性能受阻。

7、表面張力

表面張力（surface tension）指液體中將表面分子拉向液體主體內(nèi)的分子間吸引力。光刻膠應(yīng)該具有比較小的表面張力，使光刻膠具有良好的流動(dòng)性和覆蓋。

8、針孔

針孔是光刻膠層尺寸非常小的空穴。針孔是有害的，因?yàn)樗梢栽试S刻蝕劑滲過(guò)光刻膠層進(jìn)而在晶圓表面層刻蝕出小孔，針孔是在涂膠工藝中有環(huán)境中的微粒污染物造成的，或者由光刻膠層結(jié)構(gòu)上的空穴造成的。光刻膠層越厚，針孔越少，但它卻降低了分辨力，光刻膠厚度選擇過(guò)程中需權(quán)衡這兩個(gè)因素的影響。正膠的縱橫比更高，所以正膠可以用更厚的光刻膠膜達(dá)到想要的圖形尺寸，而且針孔更少。

9、純度

純度（Purity）指光刻膠必須在微粒含量、鈉和微量金屬雜質(zhì)及水含量方面達(dá)到嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求。集成電路工藝對(duì)光刻膠的純度要求是非常嚴(yán)格的，尤其是金屬離子的含量。如由g線光刻膠發(fā)展到i線光刻膠材料時(shí)，金屬Na、Fe和K離子的含量由10的-7次方降低到了10的-8次方。

10、熱流程

光刻工藝過(guò)程中有兩個(gè)加熱的過(guò)程：軟烘焙和硬烘焙。工藝師通過(guò)高溫烘焙，盡可能使光刻膠黏結(jié)能力達(dá)到最大化。但光刻膠作為像塑料一樣的物質(zhì)，加熱會(huì)變軟和流動(dòng)，對(duì)最終的圖形尺寸有重要影響，在工藝設(shè)計(jì)中必須考慮到熱流程帶來(lái)的尺寸變化。熱流程越穩(wěn)定，對(duì)工藝流程越有利。

11、其他

在實(shí)際的工藝中光刻膠的選擇還必須考慮硅片表面的薄膜種類(lèi)與性質(zhì)（反射率、親水性或疏水性）和產(chǎn)品圖形所需的解析度。

優(yōu)秀的光刻膠必須具備高分辨度、高敏感度和高對(duì)比度，以保證能將精密的圖像從掩模版轉(zhuǎn)移到硅片上。業(yè)內(nèi)描述為分辨度、對(duì)比度、敏感度。另外，光刻膠的技術(shù)要求高，所有的技術(shù)指標(biāo)都必須達(dá)標(biāo)，因此除上述三個(gè)硬性指標(biāo)外，好的光刻膠還必須具有強(qiáng)蝕刻阻抗性、高純度、低溶解度、高粘附性、小表面張力、低成本、長(zhǎng)壽命周期以及較高的玻璃化轉(zhuǎn)換溫度。