[发明专利]一种提高光刻胶曝光精度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统(MEMS)加工技术领域，尤其涉及一种提高对紫外光具有高透射性的光刻胶曝光精度的方法。

背景技术

近年来，在传统的IC工艺基础上发展起来的微电子机械系统研究进展十分迅速，特别是随着MOEMS和BioMEMS的快速发展，利用各种高性能的聚合物(PMMA胶、聚酰亚胺光刻胶、KMPR胶、SU-8胶等)来实现通常制作工艺难以获得的微结构的研究引起了高度关注，这些聚合物的图形化主要通过光刻工艺实现。因此，曝光精度是制作高质量微纳尺度聚合物结构的关键^[1]。

玻璃是除硅以外最受重视的一种材料，具有较好的化学稳定性、大范围的光谱穿透性、良好的绝热性及绝缘性、热稳定性和化学稳定性、价格便宜，容易和硅片键合，较低的光吸收系数及较好的生物兼容性等优点，在许多器件例如生物芯片、光探测器、冷却器、色谱仪以及其它器件的制作中广泛应用。例如，pyrex 7740玻璃和硅片的热膨胀系数相近，键合后不易发生破裂，因此，被成功应用于MEMS器件制作和封装方面。另外，在pyrex 7740玻璃上直接溅射金属作为各种微传感器、执行器的衬底和电极，比硅片重掺杂并溅射金属电极要经济得多，且工艺比较简单。

石英玻璃是由二氧化硅(SiO₂)单一组分构成的特种工业技术玻璃，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种理想的光学材料，在微电子、光电子、精密光学、航天、核技术兵器等高新技术产业具有非常广泛的应用。

光刻是一种在微电子机械系统制造领域中应用最广泛，并还在不断发展的微细加工方法。其原理是在硅等衬底材料上涂覆光刻胶，利用极限分辨率极高的能量束对光刻胶进行曝光、显影，在光刻胶上获得和掩模图像相同的微细几何图形。选择合适的光刻胶是光刻工艺的基础。

随着集成电路、MEMS制造技术的发展，光刻胶不断更新换代，目前使用的光刻胶大多对紫外光有较强的吸收，如S9912正胶、L-300负胶，AZ胶系列等。但是，其它一些光刻胶对紫外光透过率高，如SU-8胶、聚酰亚胺、PMMA和KMPR等。

SU-8光刻胶是一种微纳制造技术中广泛应用的光刻胶^[2-3]。由于SU-8光刻胶光敏性较好，吸收系数比较小，因此，可以实现在较短的时间、对几百微米厚的SU-8光刻胶的均匀曝光，可以制作数百微米厚的高深宽比微结构。另外，SU-8胶对波长大于340nm的紫外光的透过率高于80％。这些具有透光性的SU-8光刻胶高深宽比结构是理想的微型光学元器件，如微透镜、微棱镜。

KMPR胶具有侧壁高深宽比，不易腐蚀、不易被等离子体轰击、易于粘附、长期稳定性好，可应用于MEMS、MOEMS和生物芯片等领域。其紫外光穿透率大于60％。

聚酰亚胺是具有热稳定性的光刻胶，在400℃时仍然很稳定。具有良好的抗等离子刻蚀性能，可用于离子注入工艺。聚酰亚胺薄膜对波长为350nm的紫外光透过率为9.4％，对波长为550nm的紫外光透过率为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，对可见光的透光率可达92％，对紫外线的透过率为75％。

田学红等已研究了紫外光的衍射效应对光刻精度的影响^[4]。在透明衬底上涂敷高透射光刻胶后光刻，由于透过光刻胶和透明衬底的紫外光被光刻机晶片托盘反射，而导致光刻精度急剧降低。这种光刻精度的降低是通常器件制作中不可接受的。但是，到目前为止，这方面的系统研究还未见报道，迫切需要开发更简单有效和低成本的光刻方法。

参考文献：

[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.