Trang Chính
I - Quang khắc
1. Khái niệm:
Quang khắc hay photolithography là kỹ thuật sử dụng trong công nghệ bán dẫn và công nghệ vật liệu nhằm tạo ra các chi tiết của vật liệu và linh kiện với hình dạng và kích thước xác định bằng cách sử dụng bức xạ ánh sáng làm biến đổi các chất cảm quang phủ trên bề mặt để tạo ra hình ảnh cần tạo. Phương pháp này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp bán dẫn và vi điện tử, nhưng không cho phép tạo các chi tiết nhỏ do hạn chế của nhiễu xạ ánh sáng, nên được gọi là quang khắc micro (micro lithography).
2. Nguyên lý hệ quang khắc
Một hệ quang khắc bao gồm một nguồn phát tia tử ngoại, chùm tia tử ngoại này được khuếch đại rồi sau đó chiếu qua một mặt nạ (photomask). Mặt nạ là một tấm chắn sáng được in trên đó các chi tiết cần tạo (che sáng) 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 có 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.
Nguyên lý quang khắc
Mặt nạ
Là một tấm thủy tinh có hình ảnh. Hình ảnh được tạo bằng cách ăn mòn có chọn lọc lớp crom mỏng phủ (khoảng 70 nm) trên tấm thủy tinh tạo vùng tối và vùng sáng. Khi chiếu ánh sáng qua chỗ nào không có crom thì cho ánh sáng đi qua, chỗ nào có crom sẽ cản ánh sáng.
Các giai đoạn cơ bản để tạo quang khắc:
- Chuẩn bị bề mặt
- Sấy sơ bộ
- Phủ photoresist lên đế
- Chuyển hình ảnh từ mặt nạ lên photoresist
- Rửa, tạo hình ảnh lên photoresist
- Ăn mòn lớp oxit bên dưới photoresist và tách lớp photoresist
3. Ứng dụng của quang khắc
Quang khắc được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp bán dẫn để chế tạo các vi mạch điện tử. Ngoài ra, quang khắc được sử dụng trong ngành khoa học và công nghệ vật liệu để chế tạo các chi 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 nano (độ phân giải của thiết bị quang khắc tốt nhất là 50 nm), do đó khi chế tạo các chi tiết nhỏ cấp nanomet, người ta phải thay bằng công nghệ quang khắc chùm điện tử (electron beam lithography).
II - QUI TRÌNH
1. Chuẩn bị bề mặt:
Tách tạp chất trên bề mặt wafer:
Phương pháp:
- Thổi khí nitơ có áp suất cao
- Vệ sinh bằng hóa chất
- Dòng nước có áp suất cao
- Dùng cọ rửa
Sấy tách ẩm
Trên bề mặt các wafer thường có ẩm do đó cần phải loại bỏ bằng cách gia nhiệt ở khoảng 150~200 oC
Phủ lớp primer:
Mục đích: làm tăng khả năng kết dính giữa wafer và photoresist.
Primer thường sử dụng là HMDS (hexamethyldislazane)
2. Phủ photoresist - Coating (Spin Casting)
Ở giai đoạn này nền được quay trên spinner trong môi trường chân không. Các thông số kiểm soát trong giai đoạn này:
- Tốc độ 3000-6000 vòng/phút
- Thời gian quay: 15-30 giây
- Độ dày lớp phủ: 0.5-15 um
Công thức thực nghiệm để tính độ dày lớp phủ photoresist
với k: hằng số của thiết bị quay spinner (80-100)
p: hàm lượng chất rắn trong resist (%)
w: tốc độ quay của spinner (vòng/1000)
Các sự cố thường gặp trong quá trình phủ lớp photoresist:
Dày ở đường biên-----------------------------------------------Đường sọc trên bề mặt3. Sấy sơ bộ Pre-Baking (Soft-Baking)
Mục đích: làm bay hơi dung môi có trong photoresist. Trong quá trình sấy độ dày lớp phủ sẽ giảm khoảng 25%.
Phương pháp thực hiện:
a. Dùng lò đối lưu nhiệt
Điều kiện:
- nhiệt độ: 90-100 oC
- thời gian: 20 phút
b. Dùng tấm gia nhiệt
- nhiệt độ: 75-85 oC
- thời gian: 45 giây
c. Dùng sóng viba và đèn hồng ngoại.
4. Chiếu (exposure)
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:
- mặt nạ tiếp xúc
- mặt nạ đặt cách photoresist khoảng cách nhỏ
- mặt nạ đặt cách xa photoresist, ánh sáng được chiếu qua hệ thấu kính. Hình ảnh thu nhỏ 1:4 đến 1:10.
5. Tráng rửa (development)
Dùng hóa chất tách các photoresist chưa đóng rắn.
Đối với photoresist âm:
- chất rửa: xylen
- chất súc lại: n-butylacetate
Đối với photoresist dương:
- chất rửa: (NaOH, KOH), nonionic soln (TMAH)
- chất súc lại: nước
- Tỷ lệ hòa tan của vùng chiếu và vùng không được chiếu là 4:1. Do đó photoresist dương nhạy hơn photoresist âm.
Thông số kiểm soát trong quá trình rửa: nhiệt độ rửa, thời gian rửa, phương pháp rửa, chất rửa.
Phương pháp rửa:
- phương pháp nhúng: đưa trực tiếp dung dịch rửa
- phương pháp phun
6. Sấy khô Post-Baking (Hard-Baking)
Mục đích: làm cho photoresist cứng hoàn toàn, đồng thời tách toàn bộ dung môi ra khỏi resist.
Điều kiện sấy:
- nhiệt độ: 49-54 oC
- thời gian: 30 phút
7. Ăn mòn Etching
Có hai loại ăn mòn:
- Ăn mòn ướt : sử dụng đối với chi tiết có độ phân giải > 3um
- Ăn mòn khô : sử dụng đối với chi tiết có độ phân giải < 3um
Ăn mòn ướt
Là phương pháp đơn giản nhất và kinh tế nhất để hòa tan các resist chưa đóng rắn. Phương pháp này được sử dụng nhiều nhất trong việc sản xuất màn hình TFT LCD, và công suất tạo ra lớn hơn phương pháp ăn mòn khô.
Dụng cụ bao gồm:
- 1 thùng chứa hóa chất để hòa tan resist chưa đóng rắn
- 1 mặt nạ. Mặt nạ này có tác dụng giữ hình ảnh đúng theo yêu cầu. Mặt không tan trong dung môi hoặc tan chậm hơn rất nhiều so với phần resist chưa đóng rắn
Nhược điểm của phương pháp:
- Ăn mòn đều không có định hướng nên dễ ăn mòn vào lớp oxit bên dưới lớp photoresist. Do đó tạo hình ảnh không đúng với yêu cầu
- Hóa chất sử dụng chủ yếu là các acid nên phải quan tâm đến tác động đến môi trường.
Ăn mòn khô
Ưu điểm:
- Ăn mòn có định hướng
Có thể chia thành các loại sau:
- Dùng ion hoạt hóa (RIE): có 1 dòng khí được đưa vào buồng từ phía trên và được hút ra dưới đáy bằng bơm. Khí sử dụng tùy thuộc vào tính chất của photoresist. Những khí này được sử dụng để tạo ra plasma bằng nguồn điện có tần số radio 13.56 MHz và vài trăm wat. Plasma được tạo thành khi khí bị ion hóa. Khi đó, vòng kẹp wafer bắt đầu tích điện âm, trong khi khí tích điện dương. Sự khác biệt về điện thế làm cho ion khí di chuyển đến vòng kẹp và nguyên liệu và xảy ra phản ứng hóa học. Các ion dương cũng gây ăn mòn. Phần ăn mòn hóa học tạo ra sự ăn mòn đẳng hướng còn ăn mòn tự nhiên sẽ có tác dụng ăn mòn có định hướng. Các thông số cần kiểm soát trong phương pháp này là: áp suất suất, lưu lượng khí và công suất RF.
- Dùng hơi để ăn mòn. Tuy nhiên phương pháp này chỉ dùng để ăn mòn silic. Phương pháp này tương tự như phương pháp dùng ion, khác biệt duy nhất là các ion không phản ứng với nguyên liệu được ăn mòn.
8. Tách lớp photoresist Stripping
Màn hình LCD được rửa và sấy khô. Dùng dung dịch kiềm hoặc khí để hòa tan photoresist và dùng một lớp khác để chuyển hình ảnh lên màn hình.
a. Dùng hóa chất tách photoresist:
- Sử dụng hóa chất nóng hòa tan photoresist
- Các hóa chất thường sử dùng: acid sulfuric, acid phosphoric và hydrogen peroxide
Ưu điểm: tách photoresist nhanh
Nhược điểm: giá thành hóa chất cao, tác động đến môi trường
b. Phương pháp khô (dùng khí)
Phương pháp này không độc hại do sử dụng khí oxy plasma để oxy hóa hoàn toàn photoresist nên còn được gọi là tro hóa photoresist. Lượng khí tạo thành sẽ được tách bằng bơm chân không.
CxHy (resist) + O2 --> CO + CO2 + H2O
Phương pháp tốt nhất là sử dụng hơi isopropyl alcohol có độ tinh khiết >70% được gia nhiệt từ 80-100 oC. Khi đó tách photoresit được tách ra và tạo bề mặt sạch.
Bài chi tiết hơn các bạn tham khảo tại đây http://www.mediafire.com/?dymmdym2jen
1. Khái niệm:
Quang khắc hay photolithography là kỹ thuật sử dụng trong công nghệ bán dẫn và công nghệ vật liệu nhằm tạo ra các chi tiết của vật liệu và linh kiện với hình dạng và kích thước xác định bằng cách sử dụng bức xạ ánh sáng làm biến đổi các chất cảm quang phủ trên bề mặt để tạo ra hình ảnh cần tạo. Phương pháp này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp bán dẫn và vi điện tử, nhưng không cho phép tạo các chi tiết nhỏ do hạn chế của nhiễu xạ ánh sáng, nên được gọi là quang khắc micro (micro lithography).
2. Nguyên lý hệ quang khắc
Một hệ quang khắc bao gồm một nguồn phát tia tử ngoại, chùm tia tử ngoại này được khuếch đại rồi sau đó chiếu qua một mặt nạ (photomask). Mặt nạ là một tấm chắn sáng được in trên đó các chi tiết cần tạo (che sáng) 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 có 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.
Nguyên lý quang khắc
Mặt nạ
Là một tấm thủy tinh có hình ảnh. Hình ảnh được tạo bằng cách ăn mòn có chọn lọc lớp crom mỏng phủ (khoảng 70 nm) trên tấm thủy tinh tạo vùng tối và vùng sáng. Khi chiếu ánh sáng qua chỗ nào không có crom thì cho ánh sáng đi qua, chỗ nào có crom sẽ cản ánh sáng.
- Chuẩn bị bề mặt
- Sấy sơ bộ
- Phủ photoresist lên đế
- Chuyển hình ảnh từ mặt nạ lên photoresist
- Rửa, tạo hình ảnh lên photoresist
- Ăn mòn lớp oxit bên dưới photoresist và tách lớp photoresist
3. Ứng dụng của quang khắc
Quang khắc được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp bán dẫn để chế tạo các vi mạch điện tử. Ngoài ra, quang khắc được sử dụng trong ngành khoa học và công nghệ vật liệu để chế tạo các chi 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 nano (độ phân giải của thiết bị quang khắc tốt nhất là 50 nm), do đó khi chế tạo các chi tiết nhỏ cấp nanomet, người ta phải thay bằng công nghệ quang khắc chùm điện tử (electron beam lithography).
II - QUI TRÌNH
1. Chuẩn bị bề mặt:
Tách tạp chất trên bề mặt wafer:
Phương pháp:
- Thổi khí nitơ có áp suất cao
- Vệ sinh bằng hóa chất
- Dòng nước có áp suất cao
- Dùng cọ rửa
Sấy tách ẩm
Trên bề mặt các wafer thường có ẩm do đó cần phải loại bỏ bằng cách gia nhiệt ở khoảng 150~200 oC
Phủ lớp primer:
Mục đích: làm tăng khả năng kết dính giữa wafer và photoresist.
Primer thường sử dụng là HMDS (hexamethyldislazane)
2. Phủ photoresist - Coating (Spin Casting)
Ở giai đoạn này nền được quay trên spinner trong môi trường chân không. Các thông số kiểm soát trong giai đoạn này:
- Tốc độ 3000-6000 vòng/phút
- Thời gian quay: 15-30 giây
- Độ dày lớp phủ: 0.5-15 um
Công thức thực nghiệm để tính độ dày lớp phủ photoresist
với k: hằng số của thiết bị quay spinner (80-100)
p: hàm lượng chất rắn trong resist (%)
w: tốc độ quay của spinner (vòng/1000)
Các sự cố thường gặp trong quá trình phủ lớp photoresist:
Dày ở đường biên-----------------------------------------------Đường sọc trên bề mặt
Mục đích: làm bay hơi dung môi có trong photoresist. Trong quá trình sấy độ dày lớp phủ sẽ giảm khoảng 25%.
Phương pháp thực hiện:
a. Dùng lò đối lưu nhiệt
Điều kiện:
- nhiệt độ: 90-100 oC
- thời gian: 20 phút
b. Dùng tấm gia nhiệt
- nhiệt độ: 75-85 oC
- thời gian: 45 giây
c. Dùng sóng viba và đèn hồng ngoại.
4. Chiếu (exposure)
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:
- mặt nạ tiếp xúc
- mặt nạ đặt cách photoresist khoảng cách nhỏ
- mặt nạ đặt cách xa photoresist, ánh sáng được chiếu qua hệ thấu kính. Hình ảnh thu nhỏ 1:4 đến 1:10.
5. Tráng rửa (development)
Dùng hóa chất tách các photoresist chưa đóng rắn.
Đối với photoresist âm:
- chất rửa: xylen
- chất súc lại: n-butylacetate
Đối với photoresist dương:
- chất rửa: (NaOH, KOH), nonionic soln (TMAH)
- chất súc lại: nước
- Tỷ lệ hòa tan của vùng chiếu và vùng không được chiếu là 4:1. Do đó photoresist dương nhạy hơn photoresist âm.
Thông số kiểm soát trong quá trình rửa: nhiệt độ rửa, thời gian rửa, phương pháp rửa, chất rửa.
Phương pháp rửa:
- phương pháp nhúng: đưa trực tiếp dung dịch rửa
- phương pháp phun
6. Sấy khô Post-Baking (Hard-Baking)
Mục đích: làm cho photoresist cứng hoàn toàn, đồng thời tách toàn bộ dung môi ra khỏi resist.
Điều kiện sấy:
- nhiệt độ: 49-54 oC
- thời gian: 30 phút
7. Ăn mòn Etching
Có hai loại ăn mòn:
- Ăn mòn ướt : sử dụng đối với chi tiết có độ phân giải > 3um
- Ăn mòn khô : sử dụng đối với chi tiết có độ phân giải < 3um
Ăn mòn ướt
Là phương pháp đơn giản nhất và kinh tế nhất để hòa tan các resist chưa đóng rắn. Phương pháp này được sử dụng nhiều nhất trong việc sản xuất màn hình TFT LCD, và công suất tạo ra lớn hơn phương pháp ăn mòn khô.
Dụng cụ bao gồm:
- 1 thùng chứa hóa chất để hòa tan resist chưa đóng rắn
- 1 mặt nạ. Mặt nạ này có tác dụng giữ hình ảnh đúng theo yêu cầu. Mặt không tan trong dung môi hoặc tan chậm hơn rất nhiều so với phần resist chưa đóng rắn
Nhược điểm của phương pháp:
- Ăn mòn đều không có định hướng nên dễ ăn mòn vào lớp oxit bên dưới lớp photoresist. Do đó tạo hình ảnh không đúng với yêu cầu
- Hóa chất sử dụng chủ yếu là các acid nên phải quan tâm đến tác động đến môi trường.
Ăn mòn khô
Ưu điểm:
- Ăn mòn có định hướng
Có thể chia thành các loại sau:
- Dùng ion hoạt hóa (RIE): có 1 dòng khí được đưa vào buồng từ phía trên và được hút ra dưới đáy bằng bơm. Khí sử dụng tùy thuộc vào tính chất của photoresist. Những khí này được sử dụng để tạo ra plasma bằng nguồn điện có tần số radio 13.56 MHz và vài trăm wat. Plasma được tạo thành khi khí bị ion hóa. Khi đó, vòng kẹp wafer bắt đầu tích điện âm, trong khi khí tích điện dương. Sự khác biệt về điện thế làm cho ion khí di chuyển đến vòng kẹp và nguyên liệu và xảy ra phản ứng hóa học. Các ion dương cũng gây ăn mòn. Phần ăn mòn hóa học tạo ra sự ăn mòn đẳng hướng còn ăn mòn tự nhiên sẽ có tác dụng ăn mòn có định hướng. Các thông số cần kiểm soát trong phương pháp này là: áp suất suất, lưu lượng khí và công suất RF.
8. Tách lớp photoresist Stripping
Màn hình LCD được rửa và sấy khô. Dùng dung dịch kiềm hoặc khí để hòa tan photoresist và dùng một lớp khác để chuyển hình ảnh lên màn hình.
a. Dùng hóa chất tách photoresist:
- Sử dụng hóa chất nóng hòa tan photoresist
- Các hóa chất thường sử dùng: acid sulfuric, acid phosphoric và hydrogen peroxide
Ưu điểm: tách photoresist nhanh
Nhược điểm: giá thành hóa chất cao, tác động đến môi trường
b. Phương pháp khô (dùng khí)
Phương pháp này không độc hại do sử dụng khí oxy plasma để oxy hóa hoàn toàn photoresist nên còn được gọi là tro hóa photoresist. Lượng khí tạo thành sẽ được tách bằng bơm chân không.
CxHy (resist) + O2 --> CO + CO2 + H2O
Phương pháp tốt nhất là sử dụng hơi isopropyl alcohol có độ tinh khiết >70% được gia nhiệt từ 80-100 oC. Khi đó tách photoresit được tách ra và tạo bề mặt sạch.
Bài chi tiết hơn các bạn tham khảo tại đây http://www.mediafire.com/?dymmdym2jen
Capkama - DTVT K7A