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第二章 實驗方法

2.6 光阻製備

表 2 為中性釋氣實驗所使用三種光敏性光阻薄膜組成成份及各成分 結構,光敏性光阻薄膜分別為 PMMA (polymethyl methacrylate)、GJ (poly-(hydroxy)styrene-co-t-butylacrylate, PHS/tBA) 、 GJH (94 wt%

(poly-(hydroxy)styrene-co-t-butylacrylate) + 5 wt% Triphenylsulfonium perfluoro-1-butanesulfonium + 1 wt% Tetrabutylammonium hydroxide, PHS/tBA+光酸產生劑+鹼基)。

PHS/tBA 的成分是由 61% PHS 和 39% tBA 聚合而成的共聚物,此 為 DuPont™ 公司所提供,DuPont™ 公司將此共聚物簡稱為 GJ,故本 文將沿用 GJ 來稱之。相對於 GJ 來說,GJH 光阻成分含 5 wt% 光酸 產生劑(PAG)及 1 wt% 的鹼基(Base),另外 PAG 於化學放大型光阻之作 用在於吸收光源能量後於成像區會產生光酸,光酸可做為後續微影製程 中照後烤的觸媒式去保護基的化學放大型作用,進而使光阻被顯影,因 此過程中涉及 H+ 的催化轉移故將此光阻簡稱為 GJH;而 1 wt% 的鹼基 功用則在於中和掉多餘的酸(H+)以避免過度的 H+ 催化。

PMMA 為 ArF (193 nm)型光阻樹酯主幹成分,GJ 與 GJH 中的 PHS/tBA 則為 KrF (248 nm)型光阻的樹酯主幹成分。PMMA、GJ、GJH 間 的主要差異為: 高分子成分含苯環與否、含 PAG 與 Base 與否;本實驗 將探討高分子樹酯中苯環成分對光阻釋氣所造成之影響,並比較 PAG 對 GJ 與 GJH 所帶來的光化學影響。

表 2. PMMA、GJ、GJH 光敏性薄膜光阻組成

Name Photo resist PAG Base

PMMA X X

GJ X X

GJH

2.6.1 光阻溶液配置

(a) Polymethyl methacrylate (PMMA)

將白色粉狀之 PMMA 用天秤量取 a 克倒入棕色樣品瓶內,接著量 取 b 克無色透明之 Anisole ( ≧99.0% CH3OC6H5, Alfa Aesar)溶劑亦倒 入同一棕色樣品瓶內,蓋上蓋子後,利用超音波震盪至少 12 小時使溶液 均勻混和,使用配方將列於表 3。

(b) Poly-(hydroxy)styrene-co-t-butylacrylate without PAG and base (GJ)

將白色粉狀之 Poly(hydroxy)styrene (61 wt%)與 tert-butyl acrylate (39 wt%)之共聚物,量秤 a 克倒入棕色樣品瓶內,接著量取 b 克無色透明 之 PGMEA (Propylene glycol monomethyl ether acetate, 99.5+%, Aldrich, C6H12O6)溶劑亦倒入同一棕色玻璃樣品瓶內,利用超音波震盪至少 12 小 時使溶液均勻混和,使用配方將列於表 3。

(c) Poly-(hydroxy)styrene-co-t-butylacrylate with PAG and Base (GJH)

其配置方法同上述配置 GJ 之操作方法外,需額外加入 c 克(5 wt%) PAG (Triphenylsulfonium perfluoro-1-butanesulfonate, 99%, Aldrich, (C6H5)3SC4F9SO3))與 d (1 wt%)的 Base (tetrabutylammonium hydroxide,

~40% in H2O),最後利用超音波震盪至少 12 小時使溶液均勻混和,使用 配方將列於表 3。

表 3. PMMA、GJ、GJH 光阻厚度配方

2.6.2 光阻旋轉塗佈與厚度量測

光阻薄膜是利用成功大學微奈米中心的旋轉塗佈(spin coating)機台 (B462-57)做 spin coating 所完成的,光阻備製方法如下:將待塗佈之 6 吋矽晶圓片適當放置於旋轉載台上,開啟真空鈕使旋轉載台的軸心提供 適當真空度吸著上方矽晶圓片,接著設定載台轉速與時間,當旋轉載台 帶動矽晶圓片轉動時,噴灑於其上 2~4 mL 之光阻溶液會因離心力而漸 漸往矽晶圓片外圍移動,最後於矽晶圓片上形成一厚度均勻之光阻薄膜 層;其中光阻厚度 TK (Thickness)與光阻黏度、旋轉速度 RS (Rotation speed)及旋轉時間 RT (Rotation time)相關,在調整膜厚配方時,可依下列 關係式做光阻膜厚與旋轉速度關係的推測,於同一光阻配方下光阻厚度 TK 的變化與旋轉速度 RS 開根號成反比, TK

1/ RS 。

光阻旋轉塗佈的配方可分為三個階段,而於 spin coating 前須先用丙 酮沖洗 6 吋矽晶圓片表層之污物、灰塵等,以提升光阻的附著能力,接 著加熱除去殘餘的丙酮溶液與矽晶圓片表面的水氣,第一階段是為讓光 阻均勻塗佈的低轉速(<1500 rpm, 2 s),第二階段是為控制膜厚的高轉速 (<4000 rpm, 20 s),第三階段是為停止轉速之降速期(0 rpm, 2 s),待 spin coating 完成後將塗有光阻之矽晶圓片用 125 °C 熱源加熱 20 分鐘,使 光阻經過軟烤後由原來疏鬆的液態變成較緊密的固態薄膜,並提升光阻 附著於矽晶圓片之能力。將 spin coating 完成之矽晶圓片,利用成功大 學微奈米中心之橢圓偏光儀(J. A. Woolam Co. Inc., M2000-DI Horz)量測 光阻薄膜之厚度。

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