[發明專利]一種提高光刻膠曝光精度的方法

無效

• 申請號: 201110344422.7
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102354087A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 毛旭;楊晉玲;楊富華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微電子機械系統(MEMS)加工技術領域，尤其涉及一種提高對紫外光具有高透射性的光刻膠曝光精度的方法。

背景技術

近年來，在傳統的IC工藝基礎上發展起來的微電子機械系統研究進展十分迅速，特別是隨著MOEMS和BioMEMS的快速發展，利用各種高性能的聚合物(PMMA膠、聚酰亞胺光刻膠、KMPR膠、SU-8膠等)來實現通常制作工藝難以獲得的微結構的研究引起了高度關注，這些聚合物的圖形化主要通過光刻工藝實現。因此，曝光精度是制作高質量微納尺度聚合物結構的關鍵^[1]。

玻璃是除硅以外最受重視的一種材料，具有較好的化學穩定性、大范圍的光譜穿透性、良好的絕熱性及絕緣性、熱穩定性和化學穩定性、價格便宜，容易和硅片鍵合，較低的光吸收系數及較好的生物兼容性等優點，在許多器件例如生物芯片、光探測器、冷卻器、色譜儀以及其它器件的制作中廣泛應用。例如，pyrex?7740玻璃和硅片的熱膨脹系數相近，鍵合后不易發生破裂，因此，被成功應用于MEMS器件制作和封裝方面。另外，在pyrex?7740玻璃上直接濺射金屬作為各種微傳感器、執行器的襯底和電極，比硅片重摻雜并濺射金屬電極要經濟得多，且工藝比較簡單。

石英玻璃是由二氧化硅(SiO₂)單一組分構成的特種工業技術玻璃，具有其他材料不能取代的一系列特殊性能。其中透明石英玻璃是一種理想的光學材料，在微電子、光電子、精密光學、航天、核技術兵器等高新技術產業具有非常廣泛的應用。

光刻是一種在微電子機械系統制造領域中應用最廣泛，并還在不斷發展的微細加工方法。其原理是在硅等襯底材料上涂覆光刻膠，利用極限分辨率極高的能量束對光刻膠進行曝光、顯影，在光刻膠上獲得和掩模圖像相同的微細幾何圖形。選擇合適的光刻膠是光刻工藝的基礎。

隨著集成電路、MEMS制造技術的發展，光刻膠不斷更新換代，目前使用的光刻膠大多對紫外光有較強的吸收，如S9912正膠、L-300負膠，AZ膠系列等。但是，其它一些光刻膠對紫外光透過率高，如SU-8膠、聚酰亞胺、PMMA和KMPR等。

SU-8光刻膠是一種微納制造技術中廣泛應用的光刻膠^[2-3]。由于SU-8光刻膠光敏性較好，吸收系數比較小，因此，可以實現在較短的時間、對幾百微米厚的SU-8光刻膠的均勻曝光，可以制作數百微米厚的高深寬比微結構。另外，SU-8膠對波長大于340nm的紫外光的透過率高于80％。這些具有透光性的SU-8光刻膠高深寬比結構是理想的微型光學元器件，如微透鏡、微棱鏡。

KMPR膠具有側壁高深寬比，不易腐蝕、不易被等離子體轟擊、易于粘附、長期穩定性好，可應用于MEMS、MOEMS和生物芯片等領域。其紫外光穿透率大于60％。

聚酰亞胺是具有熱穩定性的光刻膠，在400℃時仍然很穩定。具有良好的抗等離子刻蝕性能，可用于離子注入工藝。聚酰亞胺薄膜對波長為350nm的紫外光透過率為9.4％，對波長為550nm的紫外光透過率為84.2％。

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)具有高透明度、材料成本低、可加工性好，對可見光的透光率可達92％，對紫外線的透過率為75％。

田學紅等已研究了紫外光的衍射效應對光刻精度的影響^[4]。在透明襯底上涂敷高透射光刻膠后光刻，由于透過光刻膠和透明襯底的紫外光被光刻機晶片托盤反射，而導致光刻精度急劇降低。這種光刻精度的降低是通常器件制作中不可接受的。但是，到目前為止，這方面的系統研究還未見報道，迫切需要開發更簡單有效和低成本的光刻方法。

參考文獻：

[1]D.C.Bien，P.V.Rainey，S.J.Mitchell?and?H.S.Gamble，“Characteri-zation?of?masking?materials?for?deep?glass?micromachining，”J.Micromech.Microeng.13，S34-S40，2003.

[2]J.Onishi，K.Makabe，Y.Matsumoto，“Fabrication?of?micro?sloping?structures?of?SU-8?by?substrate?penetration?lithography，”Microsyst?Technol.14，1305-1310，2008.