[发明专利]一种厚光刻胶膜厚度的非接触式光学测量方法

说明书

本发明属于微制造技术领域，提供一种厚光刻胶膜厚度的非接触式光学测量方法，该方法通过在利用光学显微镜进行光刻胶厚度测量时引入胶膜的折射率，将偷眼观察到的虚像转化为实像，得到准确的胶膜厚度。其测量步骤包括“基底预处理‑胶膜制作‑胶厚测量‑曝光、显影”，解决现有技术中电解法、水晶阵子法、干涉法、光谱扫描法、X射线法和椭圆偏振法等测量方法的不足和应用的局限性，实现了几百微米厚光刻胶厚度的准确测量，具有应用范围广，简单，高效的特点，能够提高金属微结构电铸型膜制作的尺寸精度和制作效率。

技术领域

本发明属于微制造技术领域，涉及到光刻工艺中胶膜厚度的测量方法，尤其涉及一种匀胶后，曝光显影前测量厚光刻胶膜厚度的光学测量方法。

背景技术

基于光刻胶模的微电铸技术制作金属微器件的工艺中，光刻胶膜的厚度决定了电铸金属微结构的高度。在光刻胶模的制作过程中，对于厚度为几百微米的大厚度光刻胶膜，不合适的光刻工艺参数往往会引起胶膜前烘、曝光或后烘时间不足、光化学反应不充分、显影时无法得到合格的微电铸胶膜型腔，最终导致微电铸工艺无法进行。因此要想获得高质量的微电铸胶膜型腔，需要在曝光前准确地测量光刻胶膜的厚度，并根据胶厚确定合适的曝光剂量、后烘和显影时间等光刻工艺参数，以提高光刻胶模制作的成功率、减小金属微器件的开发成本。

目前，常用的薄膜厚度测量方法主要有光学方法和非光学方法。其中非光学方法主要包括电解法和水晶振子法。电解法主要用于测量金属薄膜的厚度。水晶振子法主要用于测量物理蒸镀膜的厚度，并且利用该方法测量膜厚时需要已知膜层材料的密度。因此，非光学方法均不适用于测量厚光刻胶膜的厚度。而光学方法主要包括干涉法、光谱扫描法、X射线法和椭圆偏振法。干涉法是利用相干光干涉形成等厚干涉条纹的原理来确定薄膜厚度的。然而，对于大厚度的光刻胶膜，往往需要进行多次甩胶、前烘才能得到。相干光在透过多层膜时不能出现清晰的干涉条纹，因此利用干涉法测量厚膜的厚度时容易产生较大的误差。光谱扫描法也是基于光的干涉理论，通过测量待测薄膜的反射或透射光谱曲线，分析薄膜的光谱特性，计算得到薄膜的厚度。但是，利用光谱法测量时，针对不同类型的待测薄膜需要使用不同波段的光谱对其进行测量，特定的光谱波段范围在实际测量过程中往往是很难保证的。X射线法是基于探测薄膜接收到X射线后产生的光子能量大小来计算薄膜厚度的。但是，对于测量混合成分的薄膜或两层以上的复合薄膜是很困难的。此外，一般用X射线法测量薄膜厚度的范围在几纳米到几百纳米。椭圆偏振法是利用偏振光束在界面和薄膜表面上反射时出现的偏振光的相位和振幅的变化来确定薄膜厚度的。该方法适合于测量透明的或弱吸收的各向同性的膜层厚度，且薄膜厚度测量范围在一个纳米到几十微米之间。

综上所述，现有的测量方法无法满足在制作大厚度光刻胶膜过程中，需要在曝光前准确测量胶膜厚度的测量要求。为此本发明提出一种基于折射率的非接触式光学测量方法。通过调节显微镜的细准焦螺旋得到胶膜的视觉厚度，再通过实验确定光刻胶对显微镜光线的折射率，二者的乘积就是胶膜的实际厚度。这种测量方法简单方便，误差较小，同样适用于其他透明薄膜的厚度测量，具有重要的实用价值。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于折射率测量厚胶膜厚度的非接触式光学测量方法，即通过在利用光学显微镜测量厚胶膜厚度的过程中，引入胶膜的折射率，将肉眼观察到的虚像转化为实像，得到准确的胶膜厚度，为后续光刻工艺参数的选择提供参考。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种测量厚光刻胶膜厚度的非接触式光学测量方法，该方法通过在光刻胶曝光前，利用光学显微镜结合光刻胶折射率测量出厚光刻胶的厚度。区别于普通胶厚测量流程“基底预处理-光刻-胶厚测量”，该方法采用“基底预处理-胶膜制作-胶厚测量-曝光、显影”。具体测量步骤如下：

步骤一，基板预处理