光微影製程

光微影製程在我們的製程上的應用有三個部分，如圖 3-3 所示，第一部分：平台結 構的製作，限定二維電子氣存在的區域，光微影製程可以一次進行大面積重覆圖形的轉 移，為了量測上不互相干擾，我們必須將區與區之間二維電子氣的連接破壞，每一區的 二維電子氣只存在於獨立的平台結構內，第二部分是歐姆接觸的製作，後續的電性量測 需要電壓,電流腳與基板下方二維電子氣的連接，實驗上可以利用金屬的熱退火擴散到二 維電子氣的位置產生歐姆接觸，第二部分的光微影製程便是負責限定歐姆接觸存在的位 置，最後一部分是表面閘極的製作，用來連接微結構與打線區接腳，最小線寬為 5 微米。

光微影製程的原理是利用光阻劑在受到曝光源照射之後，化學性質會產生變化，曝 光後可以溶解於特定的化學溶液(正光阻)，利用光罩阻擋部分光源對光阻劑可以做選擇

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性的曝光，完成光罩圖案轉移到光阻上，留下來的光阻劑被當作化學遮罩保護下方的基 板，後續的製程一用途不同可以利用蝕刻或是沉積金屬的方式，完成光罩圖案轉移到基 板上，這便是一個完整的微影製程。

實驗上使用的曝光光源為 UV 紫外光，使用的光阻劑是屬於正光阻的 AZ5214E，利 用接觸式曝光方式可達到的解析度約為 1 微米。

圖 3-3 光微影製程使用的光罩設計圖。在樣品的設計上需要經過三道光微影製程才算完 成，三片光罩分別在基板上定義出：左：平台結構。中：歐姆接觸。右：閘極結 構。

流程:

a. 清洗基板：

利用丙酮酒精去除基板表面的灰塵微粒化學髒汙，接觸式曝光在曝光過程中因為基 板會與光罩直接接觸，因此任何基板上的髒污都會造成圖型轉移後產生缺限。

b. 旋轉塗佈：

將適量光阻液滴在基板上，透過旋轉塗佈機的高速旋轉使得光阻液可以均勻分布在 基板表面，實驗使用是兩階段的塗佈方式，第一階段為轉速為 10 秒 1000 轉低轉速 的預轉，緊接著第二階段為 40 秒 5000 轉的高速旋轉。

c. 預烤：

將旋轉塗怖完成的基板放在加熱平台上以 90 度 C 加熱 90 秒去除部分光阻液中的揮 發性溶劑使其固化。

d. 曝光：

基板放入曝光對準機，緩慢將基板向上移動至緊貼光罩後打開光源使光阻曝光(約 1 秒)，若基板沒有緊貼光罩的話，會因為繞射的關係造成轉移後的圖形產生形變，正

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光阻的特性為曝光的部分化學鍵會被破壞而可以溶於特定溶液中(顯影液)。

e. 反轉烤：

將曝光完成的基板再次放上加熱平台以 120 度 C 加熱 90 秒，上一階段已經接受曝光 的光阻性質發生變化，即使再次曝光也不會溶於顯影液中。

f. 全曝：

拿下對準機的光罩，讓基板所有部分都接受曝光(約 10 秒)，經過反轉烤的作用，接 受過兩次曝光的部分在顯影液中反而能夠保留下來。同時我們可以得到較好的縱向 內切(undercut,上窄下寬)的顯影圖案，有利於接下來金屬電極製作時可以避免。

g. 顯影：

將基板浸泡在顯影液中將不需要的光阻除去完成圖型的轉移，利用正光阻和反轉烤 的特性保留下來的是第一次曝光時接受曝光的圖形。顯影液為 AZ400K: DI Water

=1:3，浸泡時間約 20 秒至 1 分鐘不等，待圖形完整出現後置於 DI Water 中 30 秒即 可。

光微影流程圖，圖 3-4：

旋轉塗佈：

預烤 90 度 C ,90 秒 曝光：

反轉烤：

120 度 C ,90 秒 全曝：

基板

AZ5214E

基板

AZ5214E

基板

AZ5214E

基板

AZ5214E

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顯影：

圖 3-4 光微影製程流程示意圖。分為旋轉塗佈、曝光、反轉烤、全曝、顯影幾個步驟。