ăn mon phấn thừa
loại bỏ cảm quang
M-
Kí thuật liff- off
đe
chất cẵỉti quang ban đầu c^m quang biên đoi do điện tủ vật liệu cẩn tạo
Hình 3.3. Quy trình chế tạo vi linh kiện bằng kỹ thuật liff— off
và kỹ thuật ăn mòn Kĩ thuật liff - off (Quang khắc bằng
chất cảm quang dương): Chất cảm
s au khi tráng lủ a * sau khỉ tráng rả1 a *
bốc bay vật liệu loại bỗ cảm quang
quang dương sau khi được phủ trên đế được chiếu sáng thông qua mặt nạ (a). Những vùng chất cảm quang không được mặt nạ che (bị chiếu sáng) sẽ bị biến đổi tính chất, tan được trong dung dịch tráng rửa. Còn lại những vùng được mặt nạche (không bị chiếu sáng) sẽ bám dính trên đế (b). Tiếp đó vật liệu được bốc bay (bằng phương pháp phún xạ, ...) sẽ bám dính lên đế và lớp chất cảm quang (c). Sau đó phần vật liệu bám trên chất cảm quang sẽ bị loại bỏ (liff-off) bằng cách cho mẫu vào rung siêu âm trong acetone. Phàn vật liệu bám trên chất cảm quang cùng lớp cảm quang này sẽ bị rửa trôi, chỉ còn lại lớp vật liệu bám chắc ừên đế (d).
Kĩ thuật ăn mòn (Quang khắc bằng cảm quang âm): Là sự ngược lại củaquy trình quang khắc dương. Ban đầu vật liệu sẽ được bay bốc lên đế, sau đó phủ chấtcảm quang âm. Mẩu được cho vào chiếu sáng thông qua mặt nạ
(a) , những vùng cảmquang không được chiếu sáng sẽ tan trong dung dịch tráng rửa, chỉ còn lại những vùng cảm quang bị chiếu sáng (b). Sau đó phần vật liệu bám dính ừên đế sẽ bị ăn mòn bằng chùm tia điện tử (c), lớp chất cảm quang còn lại sẽ bị rửa trôi bằng cồn để lại phàn chitiết yật liệu cần tạo bên dưới (d).
Việc ăn mòn vật liệu bám dính trên đế khó và phức tạp hơn việc rửa trôi lớp cảm quang đóng rắn rất nhiều vì quy trình ăn mòn là quy trình bắn phá các điện tử lên bề mặt mẫu. Vì vậy, nếu không kiểm soát tốt quy trình này thì các hạt điện tử có thể bắn phá đế gây ra thủng đế. Trong kĩ thuật liff - off ngoài việc sử dụng cảm quang dương cho mặt nạ dương người ta còn dùng cả tính chất âm của cảm quang âm (photoresist revert) cho mặt nạ âm. 3.1.4.3.Nguyên lý hệ quang khắc
Hình 3.5 mô tả nguyên lý của một hệ quang khắc, gồm một nguồn phát tia tử ngoại, chùm tia tử ngoại này được khuếch đại rồi sau đó chiếu qua một mặt nạ. Mặt nạ là một tấm chắn sáng được in trên đó các chi tiết cần tạo (chesáng) để che không cho ánh sáng chiếu vào vùng cảm quang, tạo ra hình ảnh của chi tiết cần tạo trên cảm quang biến đổi. Sau khi chiếu qua mặt nạ, bóng của chùm sáng sẽ cố hình dạng của chi tiết cần tạo, sau đó nó được hội tụ trên bề mặt phiến đã phủ cảm quang nhờ một hệ thấu kính hội tụ. [16].
Ảnh sáng —
tạo hỉnli Ẻại nhiều vị tri trên ĩ)t mặt của tấm
Hình 3,4. Nguyên lý hệ quang khắc 3.1A.4.ửng dụng của quang khắc
Quang khắc là kỹthuật đã được phát triển từ đầu thế kỷ 20, và được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp bán dẫn để chế tạo các vi mạch điện tử
Thầu Kính hỏi tu ■ ■ Đế (được pltủ cảiìi quang)
trên các phiến Si. Ngoài ra, quang khắc được sử dụng ưong ngành khoa học và công nghệ vật liệu để chế tạo các chỉ tiết vật liệu nhỏ, chế tạo các linh kiện
vi cơ điện tử (MEMS). Hạn chế của quang khắc là do ánh sáng bị nhiễu xạ nên không thể hội tụ chùm sáng xuống kích cỡ quá nhỏ, vì thế nên không thể chế tạo các chi tiết có kích thước nanô (độ phân giải của thiết bị quang khắc tốt nhất là 50 nm), do đó khi chếtạo các chi tiết nhỏcấp nanomet, người ta phải thay bằng công nghệkhắc chum điện tử(electton beam lithography)[17]
3.1.4.5. Quy trình quang khắc
Hình 3.5mô tả các bước trong quy trình quang khắc.
Bước 1: Làm sạch và khô bề mặt đế: Có nhiều cách để tách tạp chất ttên bề mặt đế như: Thổi khí nitơ có áp suất cao, vệ sinh bằng hóa chất, dòng nước có áp suất cao và dùng cọ rửa. Sau đó sấy tách ẩm bằng cách gia nhiệt ở nhiệt độ từ 150°c đến 200°c trong thời gian 10 phút.
Bước 2: Phủ lớp tăng cường độ bám dính (primer). Vai trò của lớp này là làm tăng khả năng kết dính giữa đế và chất cảm quang. Lớp tăng cường độ bám dính thường sử dụng là HMDS (hexamethyldislazane).
Bước 3: Phủ lớp cảm quang bằng phương pháp quay li tâm. Ởgiai đoạn này đế được quay trên máy quay li tâm trong môi trường chân không. Các thông số kĩ thuật ừong giai đoạn này: tốc độ quay (3000 - 6000 vòng/phút), thời gian quay (15 - 30 s), độ dày lớp phủ (0.5 -ỉ-15 ịiin)
Công thức thực nghiệm để tính độ dày lớp phủ cảm quang:
Với k: hằng số của thiết bị quay li tâm (80-100) p: hàm lượng chất rắn ừong chất cảm quang (%) (ứ:
Tốc độ quay của máy quay li tâm (vòng/1000)
Hình 3.6, Sơ đồ hệ quay ly tâm Các sự cố thường gặp
trong quá trình phủ lớp cảm quang:
Sự cô Nguyên nhân Hướng khắc phục
Độ dày không đêu - Bê mặt khô không đêu - Các đường biên dày hơn (có thể - Có thê đặt một vòng tròn ở đường biên. - Dùng dung môi Xuất hiện các đường sọc Do trong chất cảm quang
có các hạt rắn cổ đường kmhlớn hơn độ dày lớp phủ.
- Làm sạch chất cảm quang trước khi quay phủ.
Chât cảm quang
Bước 4: sấy sơ bộ (Soft-Bake). Mục đích của bước này là làm bay hơi dung môi có trong chất cảm quang. Trong quá trình sấy, độ dày lớp phủ sẽ giảm khoảng 25%. Phương pháp thực hiện:
Dùng lò đối lưu nhiệt Dùng tấm gia nhiệt Dùng sóng viba và đèn hồng ngoại - Nhiệt độ: 90-
100°C
- Thời gian: 20 phút
- Nhiệt độ: 75-85°C - Thòi gian: 45 giây
Bước 5: Định yị mặt nạ và chiếu sáng. Trong giai đoạn này, hệ sẽ được chiếu ánh sáng để chuyển hình ảnh lên nền, mặt nạ được đặt giữa hệ thấu kính và nền. Có 3 phương pháp chiếu dựa vào vị trí đặt mặt nạ (hình 3.7):
- Mặt nạ tiếp xúc
- Mặt nạ đặt cách chất cảm quang một khoảng cách nhỏ
- Mặt nạ đặt cách xa chất cảm quang, ánh sáng được chiếu qua hệ thấu kính.
Phương pháp Ưu điểm Khuyêt đỉêm
Mặt nạ tiếp xúc - Giá cả họp lí
- Độ phân giải cao: 0,5 | im - Làm hư mặt nạ do lớp oxit trên mặt nạ bị xước. - Các vết bẩn trên mặt nạ sẽ in lên lớp chất cảm
Mặt nạ đặt cách chất cảm quang mộtkhoảng cách nhỏ - Giá cả họp lí - Độ phân giải thấp: 1-2 ịxm - Do ảnh hưởng của nhiêu xạ nên hạn chế độ chính xác của hình ảnh. - Độ lặp lại của hình ảnh kém
- Độ phân giải rất cao:
Mặt nạ đặt cách xa < 0,07 Ịiiĩi) - Giá thành cao
chất cảm quang - Không gây hư hỏng - Bị ảnh hưởng của nhiễu xạ mặt nạ Hình 3.7. Các phương pháp định vị mặt nạ và
chiểu sáng Bước 6: Tráng rửa:
Dùng hóa chất tách các chất cảm quang chưa đóng rắn.
Tỷ lệ hòa tan của vùng chiếu và vừng không được chiếu là 4:1. Do đó cảm quang dương nhạy hơn cảm quang âm. Các thông sổ kiểm soát trong quá trình rửa: nhiệt độ, thời gian, phương pháp và hóa chất để rửa. Phương pháp rửa bao gồm hai phương pháp: phương pháp nhúng (đưa trực tiếp dung dịch rửa) và phương pháp phun.
Cảm quang âm Cảm quang dương
- Chât rửa: xylen
- Chất súc lại: n- butylacetate
- Chât rửa: (NaOH, KOH), nonionic soln (TMAH) - Chất súc lại: nước m TIỂP xưc INỞKHOÁ TĨG CA CH XA 4 \ \ ể 4 1 IN SÁT MẲU Chàt cảm quang
Bước 7: sắỵ sau khi hiện ảnh. Mục đích của bước này là làm cho lớp cảm quang cứng hoàn toàn, đồng thời tách toàn bộ dung môi ra khỏi chất cảm quang.[l]
3.1.4.6. Cấc phương pháp khắc hình khác a) Khắc hình bằng chùm tia điện tử
Khắc hình bằng chùm tía điện tử là một phương pháp công nghệ mới, tạo ra các chi tiết cực kỳnhỏ trong mạch điện tửtích hợp (IC). Chùm tia điện tử được chiếu thông qua các “mặt nạ” được tạo ra nhờ các thấu kính điện từvà truyền hình ảnh của mặt nạ lên đế bán dẫn.
Hình 3,8• Thiết bị khắc hình chum tia điện tử
Bước sóng chùm tia điện tử được tính thông qua điện thế tăng tốc V:
* = w (3-2)
Nhưng cường độ chùm tia điện tử phải đạt cỡ hàng chục mA mói đảm
Máy phát hỉnh ảnh Điều khiển bằng mảy tính Lớp cảm qưang Phiên đê bán dân Gía đô’
Súng điện tử Cuộn dãy định vị
Thâu kính hôi tụ thứ nhât Các tim chăn
Thâu kính hội tụ thừ hai Hạn chê góc mở
bảo được năng suất khoảng hơn 10 phiến đế mỗi giờ (tất cả các kiểu chiếu véc tơ hay dò bước - quét).
b) Khắc hình bằng tia X
Thiết bị khắc hình bằng tia X dùng nguồn bức xạ synchrotron, các điện tử đượcgia tốc và chuyển động vòng nhờcác nam châm định hướng trước khi có đủnănglượng đến va đập vào các đối âm cực, làm phát ra tia X bước sóng Ằ- 1ỒÀ. Các máyin quang khắc kiểu dò bước được dùng đồng thời, với các chùm tia X khác nhau cùngphát ra từ nguồn bức xạ synchrotron. Đối với các máy in dùng mặt nạ sát mẫu vớUdioảng cách g nhỏ, độ phân giải phụ thuộc
4, = -{Ằgýlĩ. .
Hình 3.9. Sơ đồ hệ thẳng khẳc hình bằng tia X c) Quang khẩc ướt
Quang khắc ướt được thực hiện bằng cách nhúng hệ trong chất lỏng chiết suất n > 1. Sơ đồ quang khắc ướt được mô tả ưên hình 2.10.
Ưu điểm của phương pháp này:
- Độ phân giải tăng theo tỉ lệ chiết suất n của chất lỏng. Ví dụ nếu dùng nước có chiết suất n = 1,44 đối với bước sóng Ằ= 193 nm, độ phân giải tăng từ 90nm đến 64 run
Hình 3.10. Sơ đồ quang khắc ướt
5.2.5. Ãn mòn 3.1.5.1. Giới thiệu
Trong chế tạo vi linh kiện bán dẫn, các vật liệu khác nhau cần phải khắc mòn. Hoặc để loại bỏ toàn bộ lớp bề mặt hoặc để chuyển mẫu hình cản quang vào lớp ở dưới. Khắc mòn là môđun quá trình quan ừọng đặc biệt và mỗi tấm trải qua nhiều bước khắc mòn trước khi nó được hoàn thành. Các quá trình khắc mòn có thể phân loại thành khắc mòn ướt (chất khắc mòn là pha lỏng) và khô (chất khắc mòn là pha plasma), trong đó lại chia tiếp thành quá trình đẳng hướng (isotropic) và dị hướng (anisotropic) và cũng chia thành đặc tính khắc mòn hóa học và vật lí.
B-ộ phận các
íõne