纳米加工工艺（纳米制造加工知识）

纳米加工工艺（纳米制造加工知识）4.蚀刻底层或通过显影的抗蚀剂膜沉积其他层在显影液中显影抗蚀剂膜2.抗蚀剂膜的紫外线，电子束或激光曝光抗蚀剂膜的紫外线、电子束或激光曝光3.在显影液中显影抗蚀剂膜

本文简单介绍基本的纳米和微制造概念，从工艺流程，抗蚀剂膜上的曝光，在碱性溶液中显影，湿法或干法通过显影的抗蚀剂膜蚀刻下层，金属的附加层沉积在显影的抗蚀剂膜，剥离抗蚀剂膜等方面来简单讲解，有兴趣的同学可以了解一下纳米制造加工的一些实验知识，交流学习。

1. 工艺流程

本节介绍基本的纳米和微制造概念。纳米制造和微制造可以通过以下连续过程完成：

1.在基材上涂膜

• 请参阅微调器和Suss MicroTec AS8 AltaSpray。

在基材上涂膜

2.抗蚀剂膜的紫外线，电子束或激光曝光

• 参见光刻工具
• 紫外线照射（需要光掩模）：MA6，NX2600，ABM3000HR掩模对准器
• 电子束或激光曝光（无需掩模）：Elionix电子束记录仪，海德堡DWL66 激光记录仪

抗蚀剂膜的紫外线、电子束或激光曝光

3.在显影液中显影抗蚀剂膜

• MF319，MF321，CD-26，CD-30，SU-8显影剂和MIBK（甲基-异丁酮）：IPA（异丙醇）= 1：3的混合溶液

在显影液中显影抗蚀剂膜

4.蚀刻底层或通过显影的抗蚀剂膜沉积其他层

• 请参阅蚀刻和湿处理
• 干蚀刻：80plus（RIE），TRION（ICP RIE），Si DRIE（RIE），Technics（RIE）和XeF2（各向同性RIE）蚀刻机
• 湿蚀刻：HF和KOH溶液，金属蚀刻剂溶液

蚀刻底层

• 在室温下沉积：Nano36热蒸发器， PVD75电子束/热蒸发器，PVD75电子束蒸发器，PVD75 DC / RF磁控溅射器 和Explorer14 磁控溅射器
• 参见薄膜沉积
• 沉积在使用高温ALD，帕利灵涂布机，和PECVD可NOT可以使用到抗蚀剂膜以沉积材料，因为抗蚀剂膜会在高温下气化。

薄膜沉积

5.在剥离溶液中剥离抗蚀剂膜

• 丙酮，剥离PG和剥离1165

光刻胶稀释液

• 剥离

剥离工艺

• 注意：无掩模图案化（通过喷墨打印）在本节末尾介绍。

2. 抗蚀膜涂层

2.1准备工作

通常将抗蚀剂膜旋涂到基板上，并且厚度取决于抗蚀剂（PMMA，100-300 nm； S1800系列，1-5μm； SU-8，〜50μm）。图1示出了S1800系列正性光刻胶的旋转速度与膜厚度之间的关系。如图1所示，膜厚度随着旋转速度的增加而减小。用户可以选择抗蚀剂的类型和旋转速度，从而获得所需的膜厚。基材应先用丙酮和乙醇（甲醇或异丙醇）超声处理，并在旋铸前用氮气干燥。从原始瓶子中取出抗蚀剂溶液时，应将其过滤一两次。过滤器注射器是可商购的。使用前，应先用溶剂清洗过滤针，

接下来，在曝光之前将膜在热板上或烤箱中烘烤以从膜中除去溶剂。请在“抗蚀剂” 及其补充中查看所需抗蚀剂膜的详细信息。

图1. S1800系列的旋转速度与膜厚之间的关系

2.2评估

膜厚使用触针轮廓仪和/或椭圆仪测量。如果未清洁基材，或者抗蚀剂溶液中包含一些小颗粒，则在薄膜上会观察到斑点状的干涉条纹和/或条纹。

3. 曝光

3.1综述

图2示出了通过光掩模在光致抗蚀剂膜上的曝光。所需的薄膜区域通过光掩模的透明区域暴露。光掩模的基材是苏打石灰，硅酸硼或石英，具体取决于紫外线的透射率。掩蔽材料是铬。在大多数情况下，使用汞放电灯的g线（436 nm），h线（405 nm）或i线（365 nm），但也可以使用更深的紫外线。接触光刻的分辨率极限约为1μm，这取决于工具和工人的技能。某些抗蚀剂膜需要在曝光后进行后烘烤。

图2.光刻胶膜的曝光

3.2掩模对准与评估

当制造多层结构时，需要掩模对准，以便多层正确重叠。除了器件图案外，还将对准标记放置在光掩模上。此外，还可以包括游标标记以量化对准。图3显示了成功层之间重叠的对齐标记和游标标记。

对齐标志

图3.连续层之间的对齐和游标标记重叠

4. 显影

4.1综述

曝光的抗蚀剂膜在碱性溶液中显影，该溶液可商购获得，例如MF-319和CD-26。曝光改变了抗蚀剂的化学结构，从而通过曝光增加了正抗蚀剂膜的溶解性，而降低了负抗蚀剂膜的溶解性。图4示出正和负光致抗蚀剂膜的显影。如图4所示，在正膜中的曝光区域被显影液溶解，而在负膜中的未曝光区域被溶解。

正负光刻胶膜的显影

图4.正负光刻胶膜的显影

4.2评估

通过光学显微镜，扫描电子显微镜（SEM）和/或原子力显微镜（AFM）评估显影的抗蚀剂膜。当结构的尺寸为微米级时，通常使用光学显微镜评估薄膜。如果尺寸为亚微米，则使用SEM或AFM。

5. 蚀刻底层

5.1综述

可以通过湿法或干法通过显影的抗蚀剂膜蚀刻下层。图5描绘了经过显影的抗蚀剂膜的蚀刻的下层的横截面。在湿法中，将样品浸入酸性溶液中，以便溶液通过显影区域腐蚀下层。在干法中，来自等离子体的高能反应离子用于轰击暴露的层。反应性离子蚀刻（RIE）中使用的典型气体为四氟化碳（CF4），三氟甲烷（CHF3），六氟化硫（SF6），氯（Cl2），三氯化硼（BCl3）和氧气（O2）。CF4，CHF3和SF6用于蚀刻硅，氮化硅和氧化硅，但不蚀刻金属。Cl2和BCl3用于蚀刻铝和砷化镓（GaAs）。另一方面，其他材料，例如 在Penn Nanofab中，Cl2和BCl3等离子体也蚀刻了氮化铝和氧化铝。氧气等离子体用于去除有机材料，例如抗蚀剂残留物。

图5.在光致抗蚀剂膜上蚀刻下层

5.2评估

剥离抗蚀剂膜之后，用SEM和/或AFM检查蚀刻的底层的横截面。使用SEM时，通过切割样品或使用聚焦离子束（FIB）在样品上制作微米级沟槽来制备横截面。使用AFM时，可以直接用悬臂尖端观察横截面，而无需准备横截面。

一个可能的问题是横向蚀刻。由于湿法刻蚀是各向同性的，因此应注意刻蚀剂溶液的浓度，刻蚀时间和温度。另一方面，干法蚀刻是各向异性的，因为高能离子被导向样品表面。但是，由于反应离子平行于样品表面传播，因此也观察到了横向蚀刻（尽管程度较小）。通过优化等离子体参数，例如气压，流速，偏置电压，温度和蚀刻室的几何形状，可以使该问题最小化。

6. 沉积额外的一层

6.1综述

通常为金属的附加层沉积在显影的抗蚀剂膜上。图6示出了金膜在显影的抗蚀剂膜上的沉积。从图6中可以看出，金膜沉积在抗蚀剂膜和衬底上。沉积通常可以使用热蒸发，电子束蒸发，DC和/或RF溅射来完成。在此过程中不使用化学气相沉积（CVD），因为在CVD过程中基板的高温会熔化或燃烧抗蚀剂膜。

图6.金膜在显影的抗蚀剂膜上的沉积

6.2评估

在剥离抗蚀剂膜之后，通过光学显微镜，SEM和/或AFM评估样品。下一节将描述可能的问题。

7. 抵抗剥离

7.1综述

图7示出了通过将样品浸入剥离溶液中来剥离抗蚀剂膜，该剥离溶液是丙酮或市售剥离溶液，例如去除剂PG。这些剥离解决方案可在Penn Nanofab中获得。

图7.蚀刻过程后剥离抗蚀剂膜

图8描绘了剥离溶液中金膜的剥离。当将样品浸入剥离溶液中时，金膜下面的抗蚀剂膜溶解掉，从而剥离金膜。另一方面，没有去除沉积在基板上的金膜

图8.揭开金膜

7.2评估

干蚀刻工艺之后的可能问题是抗蚀剂膜不能用剥离溶液完全去除。当由于样品温度的升高或抗蚀剂膜化学结构的变化而使抗蚀剂膜长时间暴露于等离子体时，会发生这种情况。抗蚀剂残留物通常可以用氧等离子体清洗。但是，有时很难去除它，因为在最坏的情况下某些抗蚀剂残留物会碳化。为避免此问题，干法蚀刻工艺应分为几个步骤。例如，如果需要十分钟的蚀刻时间，则最好重复进行一分钟的蚀刻和30秒的关闭时间，以冷却薄膜。

有时在抗蚀剂膜上沉积的膜不会剥离。在以下情况下会发生这种情况：

（1）剥离层太厚；剥离层厚度的简单经验法则小于抗蚀剂膜厚度的三分之一。

（2）抗蚀剂层没有适当地准备用于剥离，即，即使已经适当选择了厚度比，正斜率也允许剥离材料在整个样品上形成连续的膜。此问题可以通过使用双层方法（借助LOR或PMGI）或通过图像反转来解决。检查“ 抵抗”及其补充中的LOR 3A和/或PMGI的详细信息。

（3）当在真空室中沉积剥离层时，抗蚀剂膜由于剥离层基板的高温而燃烧或熔化。

8. 喷墨印刷---无底纹

这是在刚性和或柔性基板上对薄膜设备进行非接触式和无掩模式构图的微印刷技术。此外，可以在计算机上随时更改设备设计。通过将样品溶解或分散在挥发性溶剂中来制备“墨水”，并将其存储在墨盒中。然后，与通常的印刷一样，将薄膜装置喷射到基板上。有报道20-40微米使用喷墨打印的以下设备：有机薄膜晶体管，发光二极管，太阳能电池，磁存储器，气体传感器，生物和制药设备。

下期给同学们介绍更多有趣的半导体知识，敬请期待。