微影製程

微影可說是整個微機電製程中，最重要的步驟之一，我們通常以一個製程所 需的微影次數，來評斷這個製程的難易程度。微影製程的目的是將光罩上設計的 圖案，精確轉印於塗佈在基材上之光阻。其步驟首先是在晶片上塗佈感光材料，

透過光罩進行曝光(exposure)，對感光材料造成選擇性感光，再將已感光或是未感 光的區域清洗掉，於是光罩上之圖形便完整地轉移至晶片上。微影製程的步驟眾 多，包括去水烘烤(dehydration bake)、光阻塗佈、軟烤(soft bake)、曝光、顯影及硬 烤等流程，以下將針對各步驟依序作詳細說明[52]。

(1)去水烘烤：

晶片表面通常會吸附空氣中的水分子，因此在塗佈光阻之前，必須將晶片置

於高溫環境中加熱烘烤數分鐘，以除去晶片表面的水分子，維持後續製程之穩定。

(2)光阻塗佈：

為了增加光阻和基材之間的附著能力，經過去水烘烤的晶片，在塗佈光阻前 會 先 在 晶 片 表 面 以 氣 相(vapor) 塗 蓋 的 方 式 塗 上 一 層 六 甲 基 乙 矽 氮 烷 (hexamethyldisilazane, HMDS)，並進行烘烤。接著再以旋轉塗佈(spin coating)的方 式，將光阻均勻覆蓋於晶片表面，而在本研究中所使用之光阻為AZ P4620，此光 阻屬於正光阻，光阻本身難溶於顯影液，但是經過曝光之後，會解離成一種易溶 於顯影液的結構。塗佈時先將光阻倒於晶片中心，並藉由兩階段的轉速進行塗佈。

一般而言，第一階段設定低轉速，其目的為將光阻完全覆蓋於晶片表面，在此階 段，我們以500 rpm 的轉速維持 10 秒。第二階段則將轉速提高，利用離心力將多 餘之光阻甩開，持續ㄧ段時間後，當光阻之內聚力與離心力達成平衡時，便決定 光阻最終之膜厚。基本上，光阻的厚度與轉速的平方根呈反比[53]。在此階段，我 們將轉速設定為 5000 rpm，並維持 50 秒，經量測後所得到光阻的厚度約為 2.4

m。圖3-5 為微影製程中所使用之光阻塗佈機。

圖3-5 光阻塗佈機

(3)軟烤： 度增加。在本研究中，將塗佈好光阻的晶片放置於加熱板(hot-plate)上，以 95 °C 烘烤10 分鐘。 (Tetramethylammonium Hydroxide, TMAH)來進行顯影，當軟烤時間增加時，顯影 所需的時間也必須拉長，直到沒有多餘的光阻殘留於晶片表面為止。

(6)定影：

定影的目的在於阻止顯影液繼續與光阻作用，並且清洗掉顯影液與殘留之光 阻。一般做法是以去離子水沖洗數秒，再以氮氣槍吹乾，沖洗的時間不宜過久，

以免水份滲入光阻與晶圓接合處，造成光阻剝離晶片表面之現象。

(7)硬烤：

在完成微影製程以進行下一道製程之前，必須再經過一次的烘烤，藉由較長 時間之加熱使光阻內殘留的溶劑含量降到最低，增加光阻抗蝕刻之能力，使其可 用來當作後續蝕刻時的擋罩。在此步驟中，將晶片置於加熱板上，以120 °C 烘烤 30 分鐘。

圖3-6 單面對準曝光機