【光刻】接触角 Contact Angle

　　接触角（contact angle）是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。

图1 193i曝光时水在晶圆表面形成的动力学接触角（dynamic contact angle）

　　浸没式光刻机在曝光时曝光区域与光刻机透镜之间充满了水。曝光时水随着曝光透镜在晶圆表面快速扫过，移动的速度可达500~700mm/s。在表面张力的作用下，水在晶圆表面形成动力学接触角，即前接触角（advancing contact angle, θɑ）与后接触角（receding contact angle, θr）。假设静态时，晶圆表面（光刻胶）的接触角是θs（static contact angle），那么θɑ>θs>θr[1]。

　　从工艺角度出发，如果θr太小（即光刻胶亲水），曝光时水就容易附着在晶圆表面，形成水滴残留。大量实验结果建议，光刻胶表面水的后接触角果（θr）必须大于70°，才能保证在曝光时没有水滴残留。这就要求光刻胶表面非常不亲水（θs>90°）。但是，非常不亲水的表面必然具有更大的前接触角（θɑ），曝光头在移动过程中就会容易把空气引入到水中，形成气泡影响曝光质量。另外，光刻胶非常不亲水，也会带来显影的困难。标准TMAH显影液的主要成分是水（>90%），他不容易均匀覆盖不亲水的表面[1]。

　　光刻机的产能与曝光时的扫描速度关联程度很大，扫描速度越快产能就越高。以ASML的浸没式光刻机为例，假设每块晶圆上有125个曝光区域，对应600mm/s的曝光扫描速度，光刻机的产能大约是180WPH；而当扫描速度提升到700mm/s时，光刻机的产能可以达到200WPH左右。为了保证晶圆和透镜之间的水能随着曝光头在晶圆表面以约700mm/s的速度移动而没有泄露，晶圆表面的光刻胶必须不亲水[1]。

参考文献：

[1]韦亚一，超大规模集成电路先进光刻理论与应用，科学出版社，2016，147-147