光微影法

Lithography 字面意思為平板印刷，利用模板置於基板上後塗佈顏料轉印圖 像。而光微影法(photolithography)的原理近似，是利用一光敏感物質塗佈於基板 之上，置上一具有圖像光罩，之後光再透過光罩縫隙照射至基板，最後光敏感物

質受光照射後發生化學反應交聯聚合或光分解，透過顯影蝕刻步驟後即可將圖像 轉印在基板之上。

一般光微影蝕刻技術主要有下列步驟：(1)基板前處理：除清洗外有時為了 增加光阻劑附著能力會對基板進行前處理。(2)塗佈光阻劑：使用旋轉塗佈機在 適當轉速及時間下塗佈厚度恰當光阻。(3)曝光：光阻劑在特定波長下進行光化 學反應，發生光聚合或光分解，光罩上圖像可遮蔽入射光，造成光阻劑有著不同 區域曝光。(4)顯影：經曝光後，光阻可於有機溶劑清洗下顯出，進而在基板上 留下未發生反應之光阻劑。(5)蝕刻：利用化學反應或物理電漿撞擊，於特定時 間及反應條件下蝕刻基板，永久留下光罩上圖像於基板上。(6)剝離：利用有機 溶劑洗去殘留於基板上光阻劑。經過上述步驟之後即可將光罩圖像轉印至基板 上，圖五為光微影步驟示意圖，一般於光阻劑使用上區分為正型光阻與負型光 阻，前著照光後發生光分解反應，可利用溶劑洗去留下未照光部分；後者照光則 發生光聚合，使之顯影時無法被洗去而留下圖像。光罩部份則是利用高能電子束 直接於特殊基板上寫入微小圖像，且需搭配光阻劑使用才可形成完整圖像，其中 光罩可多次使用，並在光微影蝕刻時與基板對準程度亦十分重要。

圖五、光微影蝕刻製程示意圖⁷

經過光微影蝕刻後得到具有圖像基板，此時可再利用前些篇幅提及之氣相法 製備奈米材料，根據所要製備奈米結構材料而選用物理氣相沉積或化學氣相沉 積，可沉積一層薄膜至有圖像基板之上，爾後利用剝離法(lift-off)，可使沉積薄 膜轉變至所需圖像，其結構可為零維、一維、二維甚至三維結構皆可達到，圖六 即是剝離法示意圖。光微影蝕刻技術已相當純熟，在一般半導體元件製程時，光 微影蝕刻次數可能高達五十次之多，使之具有高集成度，提升元件功能性或計算 效能。

圖六、高分子材料剝離法⁷

光微影技術在光學上有著許多限制，如繞射現象將影響光阻劑曝光完整性，

進而造成解析度下降。此外為了追求更小線寬，勢必要縮小光罩圖像以及降低曝 光光波長，因此對於光罩圖像製備以及受短波長高能光照射破壞，都存在相當大 的考驗。另外光阻劑於特定波長下才可反應，需重新設計光阻劑化學結構以及其 顯影條件。除此之外，光微影技術需在無塵、溫度濕度控制、平坦、低震動等環 境條件下操作，由於其製程尺寸可逼近數十奈米，因此在入射光、光罩、投射鏡、

基板等之間的對準校正十分關鍵，也造成微影設備價格昂貴及高製程困難度。