光微影製程

圖 3-8微透鏡灰階光罩設計示意圖 設定完上述之規格後，便可向灰階光罩製造廠訂製。

3.3 光微影製程

完成光學元件之設計後，下一步的工作關鍵將是利用光學微影及其它成形技 術將光學元件予以實體化。而光學微影時所採用的所有實驗參數，必須與設計灰 階光罩時，所採用之參數相同，否則光阻於微影後之輪廓與外形將會與預期的狀 況有所不同。在光學微影這個步驟，我們所主要使用的機台有光阻塗佈機、加熱 板、曝光機及製程中元件量測時所需之表面輪廓儀( Surface Profiler )、原子力顯 微 鏡( Atomic Force Microscope, AFM ) 、 電 子 顯 微 鏡 ( Scanning Electronic Microscope, SEM )等。

本階段進行步驟如圖3-9 所示，並詳細說明如下：

Clean HMDS Photoresist

Exposure Development

Hard-bake Soft-bake

Evaporator Electroplating

圖3-9 微光學元件製作流程圖 a. 基材表面的清潔(Clean)：

為了維持基材表面的清潔，增加光阻與基材之間的附著性，使光阻顯影時不 致脫離基材表面而影響了光學元件之良率。另外在本文的設計中，光學元件的尺 寸都屬微米等級，在基材表面若有其它顆粒與雜質時，也將會影響微影後的結 果。因此基材表面的清潔雖然不是製程的關鍵，但為了不影響後續的製程的良 率，確實的做好基材表面的清潔將可省去大量之錯誤與失敗。

b. 去水烘烤：

清洗後的基材表面將留有大量的水分子，若此時不加以烘烤將使光阻與基材 表面附著力下降。因此，此時必須以高溫約 120℃持續烘烤約 30 分鐘左右，使 基材上的水分子完全去除。

c. 光阻塗佈(Photoresist coating)：

本研究預計所使用的塗佈方法為旋轉塗佈。為了能得到適當的光阻厚度，必 須同時考慮到光阻的黏性與機台之轉速。當轉速較快時，因離心力的作用，光阻

3000rpm~6000rpm 之間，塗佈的時間約 40 秒。

d. 軟烤(Soft-bake)：

軟烤在灰階光罩的使用時，佔有相當關鍵的地位。軟烤的目的主要是在將光 阻液內之溶劑成份去除並固化光阻。太高的溶劑成份會造成光阻中”已曝光”與”

未曝光”的光阻選擇性變差；而光阻若烤的太過乾燥時，光阻對於光源將會變得 不敏感，並將使顯影的步驟變得較不順利。一般來說，軟烤主要使用兩種方法，

一種是藉由烤箱，以熱對流的方式進行軟烤；而另一種是利用熱墊板(Hot Plate)，

以熱傳導的方式，將光阻內之溶劑成份去除。在我們的研究中，我們採取熱墊板 加熱的方式來進行。熱墊板的好處是因為熱源直接從熱墊板來，所以光阻內的水 份是由內而外的離開光阻。可避免使用烤箱軟烤時，因光阻表面光固化，使光阻 內部的水份被限制在光阻內，而無法離開光阻，造成光並內水份較多，且較不均 勻。

e. 曝光(Exposure)：

所使用的曝光機為德國製KARL SUSS 之雙面對準曝光機。曝光的目的，針 對一般之正光阻來說，其作用主要是要將光阻內之感光成份，經光源照射後轉換 成具弱酸性之物質，並藉由和鹼性之顯影液行中和反應後脫離，而將所欲製作之 圖案顯現出來。曝光之條件主要有兩個考量，就是曝光光源的選擇與曝光時間、

強度的選擇。

f. 顯影(Developmemt)：

光阻經曝光後，應儘速進行顯影的動作，以避免有其他可能產生的副反應。

作調變，下圖 3-10 即為製程進行至此一步驟之圖片。

微透鏡 : 直徑=25um 光柵 週期寬度=4um

圖3-10 顯影完之微光學元件

g. 硬烤(Hard-bake) ：

通常在一般的光學微影製程中，最後一個驟步皆必須以硬烤的程序，將 光阻內所殘留的溶劑成份，再經由比軟烤更高的溫度烘烤至最低。但為了害怕硬 烤的高溫對所製作的光學元件造成破壞，因此，在本製程中，除非為了將光學元 件的表面加以修正而加溫至其玻璃轉移溫度，或是蒸鍍電鑄金屬層時先予以低溫 烘烤，我們將儘量避免於顯影後，對光阻以高溫進行硬烤，藉以保護光學元件之 完整性。另外，在後續的電鍍過程中，我們發現元件表面會在電鍍過程中產生塌 陷的現象，探究其原因，為光阻於硬烤時產生龜裂，如圖3-12，進而影響後續的 製程。所以我們在此嘗試調整硬烤時的溫度，發現當硬烤溫度為 70°C 時，硬烤 時間3 小時，可使得後續的製作品質獲得改善，此亦為本研究重大發現之一。圖 3-11 即為製程進行至此一步驟之圖片

微透鏡：直徑=25um 光柵：週期寬度=4um

圖 3-11 硬烤完之微光學元件

圖3-12 微結構表面塌陷圖