光刻膠在不同的領(lǐng)域應(yīng)用有不同所重視的特性,光刻膠的一般特性有靈敏度、對(duì)比度、抗刻蝕比、分辨能力、曝光寬容度、工藝寬容度、熱流動(dòng)性、膨脹效應(yīng)、黏度、保證期限等方面。
1.靈敏度
靈敏度是衡量曝光速度的指標(biāo)。光刻膠的靈敏度越高,所需的曝光劑量越小。曝光劑量以毫焦耳每平方厘米(mJ/cm2)為單位,電子束光刻的劑量單位為μC/cm2。光刻膠聚合物分子的解鏈或者交聯(lián)是通過(guò)吸收特定波長(zhǎng)的光輻射能量完成的。一種光刻膠通常只在某些特定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)使用,因此需要注意每款光刻膠的感光波段(通常我們用電子束、i-line、h-line以及g-line表示)。
2.對(duì)比度
由對(duì)比度高的光刻膠所得到的曝光圖形具有陡直的邊壁和較高的圖形深寬比。顯影曲線的斜率越大,光刻膠的對(duì)比度越高。對(duì)比度直接影響到膠的分辨能力。光刻膠從曝光區(qū)到非曝光區(qū)過(guò)渡的陡度,對(duì)比度越好,形成圖形的側(cè)壁越陡峭,分辨率越好。
3.抗刻蝕比
如果光刻后道工藝是干法刻蝕,光刻膠作為刻蝕掩膜,就需要光刻膠具有較高的抗刻蝕性。這一性能通常是以刻蝕膠的速度與刻蝕襯底材料的速度之比來(lái)表示的,又稱之為選擇比。如果某一光刻膠與硅的抗刻蝕比為10,這表明當(dāng)刻蝕硅的速度為1μm/min時(shí),光刻膠的刻蝕速度只有100nm/min。選擇比的高低也決定了需要多厚的膠層才能實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底一定深度的刻蝕。
4.分辨能力
光刻膠的分辨能力是一個(gè)綜合指標(biāo)。影響分辨能力的因素有3個(gè)方面:①曝光系統(tǒng)的分辨率;②光刻膠的相對(duì)分子質(zhì)量、分子平均分布、對(duì)比度與膠厚;③顯影條件與前后烘烤溫度。一般較薄的膠層容易獲得更高的分辨率,但是膠厚必須與光刻膠的選擇比或者lift-off層厚度加以綜合考慮。正膠的過(guò)曝過(guò)顯和負(fù)膠的過(guò)曝欠顯都會(huì)影響分辨率。烘烤溫度過(guò)高,使得光刻膠軟化流動(dòng)也會(huì)破壞曝光圖形的分辨率。
5.曝光寬容度
如果光刻時(shí)使用的曝光劑量偏離了最佳曝光劑量,仍能獲得較好的圖形,說(shuō)明這款光刻膠具有較大的曝光寬容度。正產(chǎn)情況下,光刻膠擁有一個(gè)最佳的曝光劑量,在光刻時(shí),應(yīng)該使整個(gè)晶圓包表面的曝光劑量一致,且盡可能接近最佳曝光劑量,但是實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,由于受外界環(huán)境的影響必然會(huì)有劑量的偏差。曝光寬容度大的膠受曝光能量浮動(dòng)或不均勻的影響較小,更適合生產(chǎn)需求。
6.工藝寬容度
先后烘烤的溫度、顯影時(shí)間、顯影液濃度與溫度都會(huì)對(duì)最后的光刻膠圖形產(chǎn)生影響。每一套工藝都有相應(yīng)的最佳工藝條件。但當(dāng)這些條件偏離最佳值時(shí),要求光刻膠的性能變化盡可能小。即有較大的工藝寬容度。這樣的膠對(duì)工藝條件的控制有一定的寬容性,因此可獲得較高的成品率。
7.熱流動(dòng)性
每種膠都有一個(gè)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度Tg。超過(guò)這一溫度,膠就會(huì)呈熔融狀態(tài)。由于已成型膠的熱流動(dòng)性,會(huì)使顯影形成的圖形變形,影響圖形質(zhì)量和分辨率。當(dāng)然也可以利用這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)熱回流工藝從而制作微透鏡陣列(MLA)結(jié)構(gòu)。
8.膨脹效應(yīng)
有效負(fù)膠在顯影過(guò)程中會(huì)發(fā)生膨脹現(xiàn)象。這主要是由于顯影液分子進(jìn)入膠的分子鏈。使膠的體積增加,從而使膠的圖形變形。
9.黏度
黏度用于衡量光刻膠液體的可流動(dòng)性。黏度通??梢杂霉饪棠z中的聚合物的固含量來(lái)控制。同一種膠根據(jù)濃度的不同可以有不同的黏度。而不同的黏度決定了該膠的不同涂覆厚度。這在厚膠工藝中非常明顯。光刻膠一但開(kāi)瓶使用后隨著溶劑的揮發(fā)光刻膠的黏度和厚度也會(huì)有一定的變化。
10.保證期限
每一款膠都有一定的保值期限。這是因?yàn)楣饪棠z中含有光敏物質(zhì),存放時(shí)間過(guò)久會(huì)失去光活性、溶劑揮發(fā)。有些膠會(huì)因?yàn)槭軣岫冑|(zhì),必須低溫存儲(chǔ)。光刻膠一般都是對(duì)外界光照敏感的,尤其是外界光源中的紫外光成分,所以光刻膠都是存儲(chǔ)在棕色試劑瓶中的,光刻膠工藝線都是在黃光環(huán)境中操作的。
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