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研究生: 林軒佑
Lin, Hsuan-You
論文名稱: 用於次微米等級之投影式曝光光源之測試與開發
Testing and development of sub-micron projection light source
指導教授: 衛榮漢
Wei, Zung-hang
口試委員: 許文震
Sheu, Wen-Jenn
黃育綸
Huang, Yu-Lun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 57
中文關鍵詞: 黃光微影製程投影式曝光機次微米
外文關鍵詞: Lithography Process Technology, Projection exposure machine, sub-micron
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  • 隨著電子產業的蓬勃發展,電子產品所需的功能性越來越強,也使得半導體產也所需的線寬越來越小,以達到晶片每單位面積中所可放置的電晶體數量越來越多之目的,而黃光微影製程的重要性便顯得不言可喻。元件尺寸該如何縮得更小、速度更快、更省電,這都需要依靠黃光微影製程技術,然而如何提高製程良率、增加產能及降低成本都是先進製程技術的關鍵課題。本研究承襲學長留下投影式曝光機的基礎架構,將原本橫式投影式曝光改為直立式投影式曝光架構,為了達到縮小五倍光罩圖案,調整各光路其最適當之相對位置,在確定此系統達到縮小五倍光罩曝出圖形目標後,朝向次微米等級線寬以下持續邁進,其使用玻璃片為基板進行微影製成流程,利用電子顯微鏡以及光學顯微鏡觀察其所曝出之圖形,目的在測試過程中找出目前架構上的缺陷以及不足作調整,以找出最適合機台之曝光參數,作為後續製作微結構之基礎。


    With the booming electronics industry, the functionality required for electronic products is becoming more and more powerful, and the line width required for semiconductor production is getting smaller so that the number of transistors able to place in unit area of the wafer is higher. The photolithography process is important. How to reduce the size of components, speed, and power, all rely on photolithography process technology. Improving process yield, increasing production capacity and reducing costs are the key issues of advanced process technology. This study inherited the foundation of the projection exposure machine, and changed the original horizontal projection exposure to the vertical projection exposure architecture. In order to reduce the reticle pattern by five times, the most appropriate relative position of each optical path is adjusted. After confirming that the system has achieved a five-fold reduction of the mask exposure target, it continues to try to achieve the line width can be under sub-micron. The glass substrate is used as a substrate for the lithography process, and the electron microscope and the optical microscope are used to observe the exposure. Graphics, the purpose of the current structural defects in the test process and insufficient adjustments to find the most suitable exposure parameters of the machine, as the basis for the subsequent fabrication of the microstructure.

    目錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 圖目錄 VI 第一章 緒論 9 1-1 前言 9 1-2 研究動機與目的 10 第二章 實驗相關原理與文獻探討 11 2-1 微影流程概述 11 2-1-1 光阻塗佈 12 2-1-2 軟烤 14 2-1-3 曝光 16 2-1-4 曝後烤 17 2-1-5 顯影 18 2-1-6 接觸式與近接式曝光 19 2-1-7 投影式曝光 20 2-2 曝光相關缺陷及改善 21 2-2-1 駐波效應 22 2-2-2 近接效應 23 第三章、曝光系統設計與測試流程 26 3-1 曝光系統之設計與建置 26 3-1-1 光源與透鏡組系統 26 3-1-2 光路架構設計 27 3-1-3 步進三軸平台設計 28 3-1-4 LabVIEW控制軟體撰寫 29 3-1-5 接觸式曝光機之整體架構 30 3-2 曝光系統之測試流程 31 3-2-1 光阻性質概述與調整 31 3-2-2 曝光測試流程 33 3-2-3 電子束蒸鍍與薄膜剝離 35 第四章、 曝光系統試驗與探討 37 4-1 投影式曝光系統之建置 37 4-2 微結構製作與結果探討 37 第五章、結論以及未來工作 54 5-1  結論 54 5-2 未來工作 54 參考文獻 56 圖目錄 圖2-1 黃光微影製程步驟 12 圖2-2 正光阻與負光阻的微影性質之差異 13 圖2-3 旋轉塗佈機示意圖 14 圖2-4 光阻轉速與轉動時間與膜厚之關係圖。 14 圖2-5 軟烤機台示意圖 16 圖2-6 (a)接觸式 (b)近接式 (c)投影式曝光示意圖 17 圖2-7 駐波效應 18 圖2-8 顯影控制對光阻之影響 19 圖2-9 數值孔徑 21 圖2-10 投影式曝光解析度之進步 21 圖2-11 駐波效應形成的光強度變化 22 圖2-12 相位轉移光罩對於光強度分布的改變。 24 圖2-13 光學近接修正(OPC)應用實例。 24 圖2-14 光繞射對於接觸式、近接式與投影式曝光方式的影響。 25 圖3-1 汞燈光源波長分佈。本研究之光源系統採用波長分別為 400 nm、620 nm、400 nm 的三組 LED 27 圖3-2 投影式曝光機架構圖 28 圖3-3 可調式ccd 28 圖3-4 龍門式載台機構 29 圖3-5 LabVIEW for Arduino介面 30 圖3-6 solidworks曝光機架構圖 33 圖3-7 感光劑(PAC)水解形成羧酸。 33 圖3-8 樹脂與感光劑在曝光區域與未曝光區域的溶解度差異。 33 圖3-9 實驗流程 36 圖4-1 曝光系統實體建置現況。 (a)曝光燈源未開啟之架構 (b)紅光燈源開啟之架構 (c)紫光燈源開啟之架構 38 圖4-2 (a)微影後在OM底下觀察到的圖形 (b)在中間數字圖形的部分有量測到線寬為1.34um 38 圖4-3 (a)陣列式中空圓其內圓直徑為7.44um,外圓直徑為13.64um,圓厚度約為2.83um (b)同一光罩另一區塊陣列是中空圓,外圓直徑為57.53um,內圓直徑為7.76um 38 圖4-4 (a)第一種陣列式橢圓圖形排列,其短軸約為2um (b)第二種陣列式橢圓圖形排列,其短軸約為1.8um (c)第三種陣列式橢圓圖形排列,其短軸約為2.5um 39 圖4-5 (a)陣列式直線排列,其線寬約為1.65um (b) 十字的部分線寬約為55um 39 圖4-6 (a) 此部分圖形直線線寬為20um (b) 此部分圖形直線線寬為3.5um (c) 此部分圖形直線線寬最小大約為3um 40 圖4-7 (a) 正方形陣列圖示,其中空的正方形線寬為4.26um (b) 正方形長寬約為50um (c) 中空正方形外長寬為14um,內部長寬為5um 41 圖4-8 (a)(b)(c) 同一光罩,三個不同位置用OM所觀察到的圖形 (d)為SEM底下所量測到的線寬,數字部分線寬為10um 41 圖4-9 (a) 曝光顯影完在OM底下觀察到的圖形 (b) 蝕刻後在OM底下觀察到的圖形 42 圖4-10 (a) 曝光顯影完在OM底下觀察到的圖形 (b) 蝕刻後在OM底下觀察到的圖形 42

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