光刻膠的性能指標及技術參數

光刻膠的性能指標包含分辨率、對比度、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。是區別硅片表面相鄰圖形特征的能力。一般用關鍵尺寸（CD，Critical Dimension）來衡量分辨率。形成的關鍵尺寸越小，光刻膠的分辨率越好。此性質深受光刻膠材質本身物理化學性質的影響，必須避免光刻膠材料在顯影過程中收縮或在硬烤中流動。因此，若要使光刻材料擁有良好的分辨能力，需謹慎選擇高分子基材及所用的顯影劑。

2、對比度

對比度（Contrast）指光刻膠材料曝光前后化學物質（如溶解度）改變的速率。對比度可以被認為是光刻膠區分掩膜版上亮區和暗區能力的衡量標準，且輻照強度在光刻膠線條和間距的邊緣附近平滑變化。光刻膠的對比度越大，線條邊緣越陡，典型的光刻膠對比度為2~4。對于理想光刻膠來說，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。實際上，光刻膠的曝光閾值存在一個分布，該分布范圍越窄，光刻膠的性能越好。

3、靈敏度

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

靈敏度反映了光刻膠材料對某種波長的光的反應程度。不同的光刻膠對于不同的波長的光是有選擇性的。同時，高的產出要求短的曝光時間，對光刻膠的靈敏度要求也越來越高。通常以曝光劑量作為衡量光刻膠靈敏度的指標，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。靈敏度可以體現于光刻膠的對比度曲線上。

4、黏滯性/黏度

黏滯性/黏度（Viscosity）是衡量光刻膠流動特性的參數。黏滯性隨著光刻膠中的溶劑的減少而增加；高的黏滯性會產生厚的光刻膠；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。它與光刻膠中的固體含量有關。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）來度量。百分泊即厘泊為絕對黏滯率；運動黏滯率定義為：運動黏滯率=絕對黏滯率/比重。單位：百分斯托克斯（cst）=1mm2/s。大多數光刻膠生產商用在光刻膠中轉動風向標的方法測量黏度。

5、黏附性

黏附性（Adherence）是表征光刻膠黏著于襯底的強度。主要衡量光刻膠抗濕法腐蝕能力。它不僅與光刻膠本身的性質有關，而且與襯底的性質和其表面情況等有密切關系。作為刻蝕阻擋層，光刻膠層必須和晶圓表面黏結得很好，才能夠忠實地把光刻層圖形轉移到晶圓表面層，光刻膠的黏附性不足會導致硅片表面的圖形變形。光刻膠的黏附性必須經受住后續工藝（刻蝕、離子注入等）。通常負膠比正膠有更強的黏結能力。

6、抗蝕性

抗蝕性（Anti-etching; Etching resistance）即光刻膠材料在刻蝕過程中的抵抗力。在圖形從光刻膠轉移到晶片的過程中，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。在后續的刻蝕工序中保護襯底表面。耐熱穩定性、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刻蝕液中，進行很多次的濕法腐蝕。只有光刻膠具有很強的抗蝕性，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，更好體現器件性能。

在干法刻蝕中，例如集成電路工藝中在進行阱區和源漏區離子注入時，需要有較好的保護電路圖形的能力，否則光刻膠會因為在注入環境中揮發而影響到注入腔的真空度。此時注入的離子將不會起到其在電路制造工藝中應起到的作用，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的分子間吸引力。光刻膠應該具有比較小的表面張力，使光刻膠具有良好的流動性和覆蓋。

8、針孔

針孔是光刻膠層尺寸非常小的空穴。針孔是有害的，因為它可以允許刻蝕劑滲過光刻膠層進而在晶圓表面層刻蝕出小孔，針孔是在涂膠工藝中有環境中的微粒污染物造成的，或者由光刻膠層結構上的空穴造成的。光刻膠層越厚，針孔越少，但它卻降低了分辨力，光刻膠厚度選擇過程中需權衡這兩個因素的影響。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、鈉和微量金屬雜質及水含量方面達到嚴格的標準要求。集成電路工藝對光刻膠的純度要求是非常嚴格的，尤其是金屬離子的含量。如由g線光刻膠發展到i線光刻膠材料時，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

光刻工藝過程中有兩個加熱的過程：軟烘焙和硬烘焙。工藝師通過高溫烘焙，盡可能使光刻膠黏結能力達到最大化。但光刻膠作為像塑料一樣的物質，加熱會變軟和流動，對最終的圖形尺寸有重要影響，在工藝設計中必須考慮到熱流程帶來的尺寸變化。熱流程越穩定，對工藝流程越有利。

11、其他

在實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與性質（反射率、親水性或疏水性）和產品圖形所需的解析度。

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，光刻膠的技術要求高，所有的技術指標都必須達標，因此除上述三個硬性指標外，好的光刻膠還必須具有強蝕刻阻抗性、高純度、低溶解度、高粘附性、小表面張力、低成本、長壽命周期以及較高的玻璃化轉換溫度。