光纖微影

微影製程主要目的為將光罩上之圖案轉移至光阻上面，首先將所

需的圖案製作於光罩上，經曝光將光罩上的圖樣轉移至均勻塗佈正光 阻的晶圓上，光阻層會呈現出和光罩上相同的圖案，再經顯影處理將 曝到光的光阻洗除，保留沒曝到光的光阻覆蓋在光纖上，以此製程完 成將圖案轉移至光纖上。

微影製程可分為光阻劑塗佈(Coating)、曝光(Exposure)及顯影 (Development)三大步驟。光阻劑塗佈之前需先清洗晶圓和去水烘烤後 再才進行光阻塗佈。經過軟烤(Soft bake)後進行曝光，曝光完成後使 用顯影步驟顯現圖案，最後進行硬烤(Hard bake)。圖 3-5 為顯影流程 圖。

逢甲大學學生報告ePaper(2010 年) 19

圖 3-5 顯影流程圖 光纖

接真空

正光阻(AZ P4620)

滴管

旋轉器 晶圓(Wafer)

加熱板 軟烤

汞燈(I-line 365nm)

光罩 曝光

顯影

顯影劑 硬烤

曝後烤

逢甲大學學生報告ePaper(2010 年) 20

3.4.1 光阻劑塗佈 (Spin coating)

光阻劑塗佈前須先清洗晶圓，目的是將晶圓上的塵粒、雜質金屬 等清除，以不傷晶圓與改變晶圓表面化學性質，增加晶圓表面的附著 能力，再經去水烘烤，去除吸附在晶圓表面的水氣。以下為清洗晶圓 之流程：

Step Clean Solution Temperature Removed

1 D.I Water Room T Rinse

2 H2O2+NH4OH+H2O 75~90℃ Particle

3 D.I Water Room T Rinse

4 H2O2+HCl+H2O 75 ~ 90℃ Metal ions

5 D.I Water Room T Rinse

6 HF+H2O Room T Oxide

7 D.I Water Room T Rinse

光阻旋轉塗佈(Spin coating)之目的為將滴在晶圓上的光阻以旋 轉方式控制其厚度及均勻性。將晶圓放置旋轉載台的軸心上，載台軸 心提供適當真空度吸著上方晶圓，當旋轉載台帶動晶圓旋轉後，利用 離心力將滴在晶圓上之光阻往晶圓外圍移動，最後形成厚度均勻之光 阻層。光阻層之厚度與光阻劑黏度和旋轉速度(w)、時間有關，一般

逢甲大學學生報告ePaper(2010 年) 21

與轉速平方根成反比，光阻厚度

w

∝ 1 。

一般塗佈光阻時會分兩階段，第一階段通常為低轉速，使光阻均 勻分佈，而後第二階段為高轉速，目的是控制光阻薄膜厚度。實驗時，

第一階段轉段控制為500 r.p.m 歷時 20 秒，第二階段轉速控制為 800 r.p.m 歷時 20 秒。由於光阻劑內含有機溶劑，其揮發性極強，因此旋 轉加速度需夠快，以減少光阻因揮發導致的濃度變化，才能控制光阻 層之均勻性。

3.4.2 軟烤 (Soft bake)

軟烤(Soft bake)或稱曝光前烘烤(Pre-exposure bake)，目的為降低 光阻層溶劑含量，增加阻劑層對光纖的附著力。並可使光阻平坦化，

降低阻劑層內部應力，防止阻劑層的龜裂。溫度與時間會影響軟烤之 優劣，若溫度與時間控制不佳，不僅會影響光阻的固化結果，更會影 響後續曝光與顯影之結果。當軟烤溫度較低，表示光阻含溶劑成份較 多，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，造成圖紋轉移不良；反之，若軟烤的時間過久，造成光阻太乾，

光阻內溶劑成份較低，光阻對光的敏感度變差，降低其解析度。因此，

軟烤的溫度必須適當的調整並嚴密的控制。

逢甲大學學生報告ePaper(2010 年) 22

3.4.3 曝光 (Exposure)

經過顯影的光阻才能成功的將圖案轉移至光纖上。控制曝光能量的主 要因素為曝光光源的強度(Intensity, nW cm² )與曝光時間。曝光能量 依微影製程之光阻厚度、軟烤程度、顯影條件等誤差不同而有所調整。

以步進機(Stepper)的方式曝光，由投影式演進的重複且步進(Step and repeat)，光罩圖案比例要大於轉移圖案，目前較常見為 4:1 或 5:1，

Stepper 優點為所要轉移的縮小圖案之解析度較好。不需光罩之直寫 法：不需光罩，直接將圖形寫於覆有光阻之晶片上，其光源有電子束、

聚焦離子束與雷射光等。

曝光是以光為媒介進行光罩圖案轉移，通常是以汞弧燈管所產生 的紫外光(UV light)作為執行曝光之光源。目前常見的光源波長:

G-line (436nm)、I-line (365nm)、DUV (248nm)。微影曝光技術上，曝 光機所提供的解析度與光源波長 λ 之關係式為解析度：

NA R= KI×π ，

其中 KI 為與光阻材料及製程相關之常數，NA 為曝光機鏡片系統的 數值孔隙(Numerical aperture)之數值。由此方程式，可了解使用的光 源波長愈短，則解析能力就愈小。

逢甲大學學生報告ePaper(2010 年) 23

3.4.4 曝後烤 (Post Exposure Bake)

部份沒有被阻劑吸收的光，從光阻劑反射到晶圓表面，與入射光產生 建設性(Constructive)及破壞性(Destructive)干涉，形成駐波，造成阻劑 接受曝光的強度不均勻，顯影後阻劑側面形成波紋狀，易影響後續製 程。利用曝後烤使光阻劑之結構重新排列，以消除駐波現象。

3.4.5 顯影 (Development)

顯影主要目的是將光纖表面光阻層已曝光過的區域，利用中和反 應加以清除。實驗中使用的為正光阻，光阻劑經曝光後，因化學反應 改變原有化學性質，使照射區及非照射區在顯影液中的溶解速率產生 極大差別，顯影液將易溶的區域溶解洗去達成顯影目的。調整顯影的 參數為顯影時間、顯影劑的濃度及溫度等。顯影的方法以浸泡式顯 影，其操作容易，成本低但顯影液的濃度易改變，需常調整顯影時間、

顯影劑濃度及溫度等，使曝光後的光阻能有效的被溶解洗去。

3.4.6 硬烤 (Hard Bake)

硬烤目的在於去除阻劑內部的顯影液及清洗液，促進阻劑化學反 應，以增加光阻對熱之穩定性及底層物質之附著力，提高抗蝕刻，可 固化輪廓與線幅，減少小孔洞的發生並增加平坦度，能確實發揮保護

逢甲大學學生報告ePaper(2010 年) 24

圖形之功能。硬烤溫度為 120℃到 200℃之間，時間為數分到數十分 鐘，依不同光阻種類及厚度作調整。