光刻胶薄膜

光刻胶薄膜

摘要

主要对全息光栅掩模制备中的光刻胶薄膜特性控制，光刻胶在场发射显示器

（FED）制备中的应用，表面阳极氧化铝结构对ZnO薄膜探测器的响应增强，红外反射吸收光谱的光致抗蚀剂薄膜硅晶片：测量薄膜厚度和拆卸干涉条纹，再生热解光刻胶薄膜的热处理等几方面进行了研究。

正文

全息光栅掩膜制备中的光刻胶薄膜特性控制

采用旋涂的薄膜制备方法，用基片曲率法中的干涉法对薄膜的曲率值进行了测量，并利用Stoney公式计算出其应力，分析相同转速不同加速度的情况下的光刻薄膜应力值的变化规律。

薄膜应力是反映薄膜单位截面所承受的来自基体约束的作用力，是基片和薄膜整体面形的体现。由Zygo数字波面干涉仪所测得样品表面的power值(屈折力、折射力)，依据Stoney式计算得到薄膜的应力值。

光刻胶成膜的实验中，由于匀胶是控制薄膜应力与均匀度的关键，所以需要严格控制匀胶工艺的参数。匀胶工艺参数没定了3组不同的转速，每一转速又对应3个不同的加速度。以控制变量的方法，比较在相同转速下，加速度对于应力大小的影响。具体参数，如表1所示：

由表1和图2，可得出如下结论：

在Si02基底材料上，光刻胶薄膜匀胶样品呈

现出-2～-10MPa不等的压应力，且应力值随转诉

的增加波动较大。依据在相同转速，不同加速度

匀胶的对比实验结果，发现光刻胶薄膜样品的压

应力值随加速度的降低，有明显减小趋势。

在相同转速的条件下，加速度较低时，转轴

自身的振动小，对薄膜形成过程中的应力控制较

好。由此可在光刻胶薄膜的制作过程中采用降低

加速度的方法，得到应力值较低的薄膜样品。

由图3可发现光刻胶薄膜厚度从样品中心

至边缘位置，呈逐渐增厚的分布，在相同转速

下，降低加速度会导致光刻胶薄膜厚度均匀性

变差。光刻胶膜厚均匀性在低转速时较好。

该现象是由于成膜过程中，旋离阶段，多余

的液体流到基片边缘并以液滴形式飞离。随着膜

变薄，流动阻力增大，在这一过程中离心力为光

刻胶薄膜减薄的主要因素。由匀胶机离心力的计

算公式可知光刻胶薄膜厚度，随离心力于基底上光

刻胶薄膜半径的增大以及转速的增大而增加。另外，

由于匀胶过程中转轴的振动等外界因素的影响，光

刻胶膜厚均匀性在低转速时较好。

光刻胶在场发射显示器（FED）制备中的应用

场发射平板显示器(FED)是近年发展起来的一种新型显示器，兼备LCED的轻薄便携和CRT的明亮鲜艳的主要优点，已成为新型平板显示器件研究领域的一个热点。在平板显示器制备中，利用光刻微细加工技术制备微细电极图案是显示器研制的关键技术之一。 文献中论述了光刻胶在场发射显示器制备中的应用，探讨了光刻胶的预烘、后烘以及曝光时间、显影时间对FED器件制备的影响;同时对光刻工艺做系统分析,优化工艺条件,制备满足要求的高精细电极.

本实验所采用的光刻胶为负性光刻胶，主要由感光剂、树脂以及溶剂等组成，是一种蓝色粘性液体，有着良好的润湿性!与附有金属薄膜玻璃基板粘附性好，具有较好的曝光宽容度和显影宽容度，显影后留膜率高。本实验中用丝网将光刻胶转移至玻璃基板上，预烘烤后，利用紫外光对其进行光刻，通过视频显微镜对每一步实验过程进行观察和测试，以确定最佳实验工艺。以下图形是光刻胶光刻工艺流程图，图1（a）是光刻胶在场发射显示器研制中的作用机理,图1(b)是曝光显影后的图形,图1(c)是蚀刻退胶后的图形。

（1）光刻胶烘烤温度的影响

光刻胶转移至附有金属薄膜的基片上，需要进行加热预烘干处理，以增加其在基片上的粘附性和均匀性，但预烘干的温度和时间控制对FED金属电极的制备至关重要。预烘干的温度过高或时间太长会导致光刻胶中的感光膜光聚合或交联，造成显影困难，非图形区域会留有残胶；反之，预烘干不充分，光刻胶中的溶剂仍有部分残留在感光膜中，曝光时会出现光刻胶粘掩膜版，造成掩模版报废且显影后留下针孔，同时曝光后耐显影性能差。后烘烤主要是为了提高感光图形的耐蚀刻性，增强在蚀刻液中的保护作用。

如图2所示，固膜温度均为78 分钟，图a在100度固膜30分钟后蚀刻出的金属电极钻蚀严重，电极边缘锯齿化严重；图b在110度固膜30 分钟后蚀刻出的金属电极基本不钻蚀且边缘整齐平滑；图c在120度固膜并蚀刻后，光刻胶的剥离工艺遇到较大困难，在电极上残留了较多的光刻胶，将严重影响后续工艺。

经过多次实验摸索这种光刻胶的前烘最佳条件是50、70度各烘烤10分钟"，85度保温60分钟。在110度下固膜30 分钟，以使光刻胶与基片粘附更好且胶膜更坚硬，蚀刻时胶膜侧向侵蚀就会小效果最佳。

（2）曝光时间的影响

在印刷相同厚度的光刻胶的情况下曝光时间越长，曝光量就越强，通过光刻胶的曝光量即使衰减一部分，到达下层时所剩的曝光量仍然很强，使得不应发生光聚合或交联的光刻胶也发生了光聚合或交联，显影后周边这些光刻胶就无法显影干净而导致图形边缘不整齐，蚀刻后会出现金属电极短路；如果吸收的入射辐射光强太少，即曝光时间太短，则不能使上层光刻胶完全发生光聚合或交联， 而最下层光刻胶要么没有发生交联或只是部分发生交联，图形就会发生变宽、边缘模糊等。

将预烘85度保温60分钟的基片在紫外灯下进行曝光，为研究曝光时间对蚀刻后金属电极的影响，我们分别用紫外光曝光50s,55s,60s将曝光后的样品进行显影,其结果如下图所示，可看出，图a曝光50s，显影后光刻胶线条局部被溶解,出现了掩膜薄点,容易造成针孔,蚀刻后易断线;图b曝光55s光刻胶边缘整齐,光刻效果较好;图c曝光60s，显影后还有光刻残留，蚀刻后测试金属电极，电极宽度变宽"且个别电极之间有短路现象。

（3）显影时间的影响

如果显影时间不够，则基片不易显影干净，会留有残胶，图形边缘较模糊，蚀刻后电极易发生短路； 显影时间过长，显影液与感光材料反应时间过长，会使得图形边缘锯齿化，图形断线，甚至大面积掉胶的情况。

将前烘85度保温60分钟的基片在紫外灯下曝光55s， 然后用1%的25度Na2CO3溶液分别显影30s、60s、90s，然后观察显影后的感光图形变：从下图中，我们可以明显的看出来，图（a）的非图形区域还残有光刻胶，线条的边缘较模糊，蚀刻后的结果也显示了电极线条的变粗，个别地方甚至出现连线；图（b）的光刻胶线条清晰,边缘整齐,无断线、连线的情况出现；图（c）的效果更明显了，光刻胶线条已经脱离了基片，与隔壁线条连在一起!造成断线和连线。后续的蚀刻工艺也证实了60s是最佳的显影时间。

表面阳极氧化铝结构对ZnO薄膜探测器的响应增强

Zn0是一种宽禁带化合物半导体，具有很大的激子结合能(60meV)，在紫外发光、探测和非线性光学器件领域有着很大的潜力和应用前景。

文献中提出一种方法，在ZnO薄膜表面淀积Al电极薄膜后选择性地进行阳极氧化,同时形成MSM结构的金属电极和光照射区域的氧化铝微纳结构。微纳结构的阳极氧化铝作为光耦合器对入射光的衍射使光波以大角度进入ZnO薄膜，容易在其中形成全反射和谐振，增加了光波在ZnO薄膜中的光程，提高了探测器的响应度。该微纳结构制备技术具有成本低、工艺简单、且与平面工艺兼容等特点。

用光刻工艺形成MSM探测器的叉指型结(ITD)，曝光显影后剩余光刻胶下面的～为将要保留作为电极的部分，宽度为10 pm，如图1(a)所示。

由于光刻胶的存在，只有在无光刻胶区域下的趾膜被阳极氧化，如图1(b)所示。

阳极氧化后器件区域外部可明显看到呈暗粉红色。在50wt％的磷酸和60oC的温度下再浸泡约2 min，如图1(c)所示。

目的是为了腐蚀掉表面在初始不稳定状态下时阳极氧化所形成的不规则结构，使氧化铝孑L增大更有利于入射光耦合。所得的氧化铝微纳结构如图2所示。由于蒸发淀积的氧化铝膜基本为团簇性金属颗粒的堆积，非单晶，且比较薄，所得到的阳极氧化铝结构为非周期结构。

文献指出，引入阳极氧化铝微纳结构后光电响应度提高的原因有两个方面：1)表面微纳结构的结构常数在紫外光的亚波长范围，它们虽然呈非周期性分布，但其间距相近，对入射光具有光栅一样的作用，可以将入射光以大角度向平面内各个方向耦合进ZnO薄膜。由于其间距有一定的分布，相应的光栅矢量大小也将有一定分布。因此，阳极氧化后薄膜表面呈暗红色，是由于短波长的篮绿光容易被大角度衍射。从而减小了薄膜对入射光的反射。同时由此耦合进ZnO薄膜的光波在其中具有更大的光程，更易于被吸收；2)由于ZnO比蓝宝石衬底和表面上部介质的折射率都高(在325 nrn波长下，nZnO>2，nSapphi。≈1．81)，大角度耦合进ZnO薄膜的入射光在薄膜中易发生全反射、以及谐振动，因此也将使得光吸收更充分，从而有利于提高了器件的光响应度。

红外反射吸收光谱的光致抗蚀剂薄膜硅晶片：测量薄膜厚度和拆卸干涉条纹

红外反射吸收光谱（IRRAS）薄电影生产的红外光谱采样的情况下透射光谱是不可能的，如原位光谱传感器在厚厚的基板，而且也更敏感的因为路径长度的一倍以上。不幸的是，解释IRRAS数据是复杂的，由于存在干涉条纹的防止准确测定峰的高度和面积。一个方法已制定使用所提供的资料，这些条纹获得的厚度和复杂的折射率的电影中的地区很少或没有吸收。这一信息有可能被用来计算无限光学常数谱使用一个kramers-kr6nig变换。我们还确认，可消除干扰作用在很大程度上是由纳入一高阻抗后面的镜子抛光硅片在IRRAS数据上处理可得到要的结果。

再生热解光刻胶薄膜的热处理

一个简单的有时效和具有成本效益的程序的描述再生膜修饰或停用热解光刻胶膜（PPF）表面。加热30分钟在254±25℃氩气流量率每分钟消除共价结合的薄的有机薄膜，通过电接枝从重氮盐盐溶液。热处理表面的改进电化学特性相比之前修改和可重复使用的解决方案为基础的电化学测量和接枝。同样的治疗电极，PPF已停用的接触吸附空气或溶液。X--射线光电子能谱（XPS），原子力显微镜，和水接触角测量确定的再生过程不会导致重大