生产微机电元件之关键制程微影制程课件.ppt

1、 CH 4 生產微機電元件之關鍵製程生產微機電元件之關鍵製程微影製程微影製程製造微米級零件之主要製程n矽基製程:源至積體電路製程,其優勢為矽及其化合物有卓越的電,化學及機械性質.但其製程屬二維結構,故需微機械製程之補充以完成三維結構.nLIGA製程:為X光平版法,微流電學及塑膠模造.其特點為材料選擇眾多,可製造任何幾何形狀.潔淨室n提供一個低污染環境,使元件避免污染以便進行精密微細的製程及量測.主要控制含浮游粉塵的數量,塵埃粒徑,濕溫度及震動噪音等.才可要求產品的良率及穩定度.精密零件常因粉屑及灰塵而故障.美日潔淨室等級比較日本:每立方英呎=0.1m粒子顆數美國:每立方英呎=0.5m粒子顆數級

2、別 110Class 11級別 2100Class 1010級別 31000Class 100100級別 410000Class 1k1000溫度22+-2C 溼度50+-5%塵粒控制洗手戴口罩戴無塵帽穿無塵衣穿無塵鞋戴塑膠手套用空氣清洗無塵室的控制項目n溫度：222，濕度50 5%n振動：增加廠房質量以吸收能量n水的控制：去除雜質以避免短路、缺陷，控制水中離子濃度(DI water)以避免與化學藥品或晶圓直接發生反應。n氣體控制：製程使用氣體（N2,Ar,O2,H2,SiH4）若含有不純物可能造成元件漏電或破壞氧化薄膜。n電磁波：可能造成設備功能失常，可採用電磁遮蔽的金屬包覆空間以隔絕電磁波

3、n靜電：靜電會吸附顆粒，造成晶圓線路短路，而靜電放電會引爆可燃氣體無塵室的典型配置n北區微機電中心平面圖n黃光區class 1000n光阻塗佈、光罩對準曝光、顯影n其他區域class10000n化學蝕刻室n鍍膜蝕刻區n分析區微影(lithography)簡介:n將光源透過有圖案的光罩(Mask)將光罩上的圖案完整的傳送到晶片表面所塗佈的感光材料(光阻 Photoresist)上以便在晶片上完成圖案轉移.n基本製程有1.光阻覆蓋 2.曝光 3.顯影等.n光阻:樹酯,感光劑及溶劑.n正光阻:曝光後會解離成一種(酸)易溶於顯影液(鹼)的結構.負光阻反之.Lithography（微影術）n微影製程的步

4、驟與所需之儀器設備n晶片清洗化學清洗槽、去離子水、氮氣槍n去水烘烤烤箱n塗底通常以旋鍍機塗佈HMDSn光阻塗佈通常以旋鍍機n預烤軟烤箱或熱墊板n對準及曝光光罩對準曝光機n顯影化學清洗槽n硬烤硬烤箱或熱墊板n微影後續蝕刻應用n以光阻作為阻擋層蝕刻下層薄膜或基材化學清洗槽（溼蝕刻）或RIE（乾蝕刻）n去除光阻化學清洗槽、超音波震盪器晶片清洗與塗底n晶片清洗n使用去離子水清除晶片上的雜質、以氮氣槍吹乾晶片n去水烘烤n在烤箱烘烤去除晶片表面的水分子n塗底n通常以旋鍍機塗佈HMDS(Hexmethyldisilane,六甲基二矽氮烷)，以增加光阻與晶片表面附著力化學清洗槽Spin Coater(光阻塗佈

5、機)上光阻與預烤n上光阻n以旋鍍機(Spin Coating)n影響旋鍍厚度的因素n滴入的光阻液的量n旋鍍機的轉速與時間n光阻液的性質（黏滯性及粒子含量）n預烤n降低光阻液中的溶劑含量，因而會減少光阻厚度約1020%n有回火的效果，使光阻平坦化量產方式的光阻塗佈nAn Automated Spin Coater for Photoresist光罩(Mask)製作n一般以平坦透明之石英玻璃，再以鉻（800）當作阻擋層曝光方式nContact：可達1微米的結構解析，多用於學校、不適合量產，因接觸易傷害光罩nIn proximity：光罩與晶片保持20-50微米的間隙，受光繞射影響解析度受限於2微米

6、nOptical projection：解析度約0.5微米，但成本高Projection Printing(a)Annual-field wafer scan(b)1:1 step and repeat（重複步進式）(c)M:1 reduction step and repeat(d)M:1 reduction step and scan光罩對準記號的設計n設計於光罩的四個角落光罩的對準n雙面對準n儲存晶片背面的的對準記號n利用曝光機移動晶圓，直至光罩上的對準記號與背面之記號重合Union PEM800 雙面光罩對準機 曝光光源n汞燈(Hg)nG-line 波長436 nm（常用於學校）nI-

7、line 波長365 nm（常用於0.35微米的IC製程中）nKrF產生深紫外光(Deep UV)，用於0.25微米的IC製程nExcimer laser（準分子雷射）nKrF 波長248 nmnArF 波長193 nm：用於0.18微米的IC製程nE-beam（電子物質波）：價錢高，量產中nX光：能量需求高，價錢昂貴，多用於LIGA製程不同光阻對光波長的敏感度正光阻與負光阻n正光阻：本身難溶於顯影劑，分子鍵在曝光後被打斷解離成溶於顯影劑的結構n負光阻：分子鍵在曝光後被交鏈，遇光的光阻結構加強不會被溶去Etching of Lift-off after LithographynSurface

8、MicromachiningnLithographynLift-Off,Etching圖片來源：http:/nano.nchc.org.tw/dictionary/Optical_Lithography.htmlEtching正光阻與負光阻的比較正光阻與負光阻的比較（續）Development曝光後的正光阻成為一種酸可用鹼NaOH及KOH中和硬烤n以高於光阻的玻態轉變溫度(Glass transition)加熱(120200C)n降低光阻的溶劑含量n增加附著 n增加對酸的抵抗n使邊緣平坦化、減少缺陷孔隙。Lithography of Silica Pattern-1n氧化層n上光阻n對準曝光Lithography of Silica Pattern-2n光阻顯影（負光阻）n蝕刻裸露之二氧化矽圖形n以striper去除光阻(濕式及乾式)n有機溶劑(丙酮及芳香族)n無機(硫酸、雙氧水)n乾式(電漿)