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本文介紹了抗蝕劑工藝的基礎知識,包括實用技術,接近模式是一種具有成本效益的過程,具有實現(xiàn)任意2-3微米寬度模式的潛力,在解釋了標準過程和機制之后,描述了MEMS區(qū)域中的一些問題。
光刻的基礎是基板面統(tǒng)一的并列處理,與利用工具的機械加工相比,能夠越精細地增加制作裝置數(shù)量等,發(fā)揮包括生產(chǎn)率在內(nèi)的威力,在MEMS領域中,在圖案化中,可能不是利用步進器,而是利用對準器的近距離曝光,成本效益高,最小穩(wěn)定圖案寬度為2-3微米。
圖1
圖1是經(jīng)驗少的學生利用OFPR-800LB光刻膠進行圖案化的例子,圖1(a)乍一看是壞的(1)整個基板上附有細小的垃圾;(2)光刻膠顏色不均勻,有漸變部分;(3)上部提供間距為10微米的線-和-空間(占空比為1:1),但5μm寬的線可能傾斜或丟失。說明原因:(1)中的細小垃圾當然應該清除,將圓型晶片切割,做成小芯片狀使用,可以認為是此時的垃圾,作為基板清洗,學習使用食人魚溶液(硫酸和過氧化氫水)等強化學藥品進行處理。實際上,在圖1(a)中進行了該清潔處理,但是,劃片中最有可能的垃圾是硅的碎片。食人魚溶液對有機物有效,不能去除硅。建議用有機溶劑和軟纖維,如棉簽,機械擦拭,擦拭的方向不要往復,以一定的方向為好;(2)和(3)是同樣的理由,從細小的模式流動可以推測,模式轉(zhuǎn)錄本身已經(jīng)完成,但濕顯影處理發(fā)生了異常,正抗蝕劑基本上與基板的粘合較弱,當成膜時,抗蝕劑以液體狀態(tài)拉伸到基板上,通過預焙,稀釋劑脫落,體積收縮,作為結構材料考慮的話,可以認為是大的膜應力在起作用。
圖2
圖2是很多教科書中介紹的光刻膠工藝一連串的工序,預處理包括清潔和六甲基二硅烷(HMDS)處理,迅速地從硅表面除去水的多分子層并疏水化。
圖3顯示了HMDS處理中產(chǎn)生的表面改性(1),HMDS與Si表面的OH反應,使表面成為疏水性,實際上,在圖1(a)的例子中也使用了這種方法,在HMDS自旋涂覆后,繼續(xù)自旋涂覆抗蝕劑,如果出現(xiàn)(2)(3)問題,建議在HMDS涂抹后高溫烘烤,如果沒有限制,最好在200℃以上,HMDS分子分解·固定在基板上時,作為表面活性劑發(fā)揮作用,僅暴露于HMDS中時,隨附生成的氨和未反應的HMDS殘留在硅表面,在270℃烘烤的物質(zhì)中,沒有確認到這些物質(zhì)的存在,抗蝕劑開始咬住基板,在為旋涂而滴下抗蝕劑時,觀察到抗蝕劑難以擴散的情況,圖1(b)顯示了200℃烘烤措施,良好的模式在有無抗蝕劑之間的差異很明顯,沒有中間色和暈染。
圖3
綜上所述,可以理解抗蝕劑膜厚選擇的指針,為了實現(xiàn)微細圖案,基本是在允許的范圍內(nèi)使抗蝕劑膜變薄,當抗蝕劑-基板之間的接觸面積相同且抗蝕劑膜變厚時,涂膜應力的膜厚度積分值變大,因此容易剝離,在MEMS特有的厚膜抗蝕劑中,除了低附著力外,還會出現(xiàn)裂紋,這是共同的問題,主要是通過材料解決,但也有處理上的注意點,在將基板從高溫狀態(tài)中取出等情況下,通過導熱率低的材料等,避免陡峭的溫度變化引起的溫度沖擊。
如果到成膜為止都正確進行,那么決定解像度的第一件事就是曝光,在微細圖案的轉(zhuǎn)錄中,應該意識到硬接觸,這是因為即使是微小的間隙,光強度分布也會隨著光傳播而與掩模的光強度分布發(fā)生變化,厚膜抗蝕劑需要UV光的透射率高,這是因為,如果光不能通過抗蝕劑層進行吸收,就無法形成圖案,即使通過,如果光刻膠的表面?zhèn)群突鍌鹊钠毓饬繕O端不同,圖案側壁也不會垂直。另外,顯影通過顯影液從抗蝕劑表面?zhèn)冉佑|,向基板依次進行,表面?zhèn)冉佑|顯影液的時間越長,表面?zhèn)蕊@影時間越長,對于曝光部分溶解的正型光刻膠,表面?zhèn)鹊钠毓饬繜o論如何都較多且顯影時間也較長,表面?zhèn)热菀兹芙?,基板側難以溶解。也就是說,側壁難以垂直。相反,對于曝光部分不溶的負型光刻膠,由于被強烈曝光而難以溶解的表面?zhèn)蕊@影時間較長,因此更具有溶解的條件,相互抵消而容易得到垂直壁,在用厚膜抗蝕劑形成垂直圖案時,使用透過率高的負型抗蝕劑在原理上是有利的。
通常,抗蝕劑的適用性曝光量隨膜厚變化而變化,SU-8不太受曝光量變化的影響,這是因為UV透過率高,在100μm左右的膜厚下,UV吸收量不大,當膜厚較厚,需要精細圖案時,應同時使用顯影液槽的攪拌和超聲波處理,但是,與微細圖案的倒下和剝落之間存在著權衡,干燥時產(chǎn)生的沖洗液的表面張力是主要原因,有時使用的不是表面張力為72kN/m的水,而是24kN/m的叔丁醇50%水溶液。但是,一般來說,表面張力小的液體容易侵入抗蝕劑和基板的界面,容易引起圖案剝落,雖然工藝變得復雜,但如果使用利用升華的冷凍干燥法,表面張力幾乎可以降低為0。
關于抗蝕劑過程,介紹了通常很難在討論中出現(xiàn)的部分,由于近距離曝光本身很簡單,所以對照原理,希望能為判斷提供參考。