【微影製程】用微影機(jī)畫一隻甘雨
[color=rgba(26, 26, 26, 0.5)]同人創(chuàng)作
2023-08-20 13:11:10 編輯
*圖多注意*
如題，試著用電子束微影在1cm X 1cm的矽基板上畫了一隻甘雨。是說(shuō)提到半導(dǎo)體製程你們比較常聽過(guò)微影、曝光還是光刻??？
先上成品：
下面稍微介紹一下怎麼做的
檔案準(zhǔn)備：
我想做出有顏色深淺的灰階效果，因此利用了GIMP的濾鏡功能，利用線的寬度與密度做出漸層的假象，再?gòu)木W(wǎng)路上找到的神奇網(wǎng)站把圖片轉(zhuǎn)為Autocad檔，再丟入曝光機(jī)中。
準(zhǔn)備基板和塗光阻Spin Coating
將矽基板表面清洗殘留物與雜質(zhì)後，滴上光阻（中國(guó)大陸譯：光刻膠），並讓矽基板高速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)開光阻，再慢速轉(zhuǎn)動(dòng)使光阻厚度平均。然後進(jìn)行軟烤soft bake，將矽基板放在加熱板，以用來(lái)增加光阻之附著力，提高穩(wěn)定性。
塗完光阻的樣子
電子束曝光Exposure
對(duì)附著在基板上的光阻進(jìn)行選擇性曝光，被電子束打到的光阻將會(huì)產(chǎn)生化學(xué)變化，如gif所示電子束曝光機(jī)（中國(guó)大陸譯：光刻機(jī)）會(huì)慢慢打出我們前面準(zhǔn)備好的甘雨圖形。
其中電子束曝光機(jī)可是蘊(yùn)含了全世界最頂尖的工藝結(jié)晶，將利用高壓和磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生和聚焦高能量的電子束，並且利用電腦控制來(lái)掃描和定位電子束在基板上的位置的設(shè)備，可以達(dá)到奈米級(jí)的解析度，但也需要非常高的精密度和穩(wěn)定度。
這隻甘雨圖形的最小線寬大約是1μm（紅血球直徑為6 - 8μm），對(duì)曝光機(jī)來(lái)說(shuō)其實(shí)算蠻大的線寬，但我第一次嘗試怕機(jī)臺(tái)畫到爆炸，也不清楚做出來(lái)的效果如何，就沒有做出奈米級(jí)的解析度了。
顯影Developing
將矽基板放入顯影液後，產(chǎn)生化學(xué)變化的光阻將會(huì)被顯影液溶解，此時(shí)我們要的甘雨將會(huì)出現(xiàn)在矽基板的光阻上。為達(dá)成非常高的解析度，顯影液的種類與顯影時(shí)間都有非常精確的要求。
顯影完已經(jīng)很有感覺了
薄膜沉積 - 電子束蒸鍍E-beam PVD
金屬也有一定的蒸發(fā)溫度，但在常溫常壓下這個(gè)溫度通常都好幾千度。因此我們把金屬放入高真空中以降低蒸發(fā)溫度，並利用高能電子束轟擊金屬，此時(shí)電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為提供給金屬的熱能，產(chǎn)生金屬的蒸氣流，遇到矽基板時(shí)即沉積在上面。沉積完畢後再進(jìn)行掀離lift off，用清洗劑去除光阻，矽基板上就會(huì)留下我們畫好的甘雨。
成品：
後記：
先說(shuō)說(shuō)我對(duì)成品的看法，成品的效果比我預(yù)期的好，可以說(shuō)是超乎想像的成功。我原本擔(dān)心金屬的成色和矽基板的銀灰光澤會(huì)過(guò)於相近，導(dǎo)致圖案不明顯，結(jié)果兩者搭配的非常完美，而我預(yù)期搭配不同線寬與密度做出灰階的效果也有成功。整體用肉眼看非常細(xì)緻。
接著金屬薄膜的色澤是最出乎我意料的效果，由不同角度觀察，光線的反射也會(huì)隨之改變，那是一種連相機(jī)也拍不出來(lái)的變化，非常震撼。
雖然臺(tái)灣總以臺(tái)積電為傲，但感覺大部分的人對(duì)晶片製程不是很清楚。這隻甘雨的製程和一般手機(jī)電腦中的晶片製程不一樣，但概念是相同的。大家看完可能覺得這隻甘雨只是個(gè)不起眼的小二創(chuàng)，但是若你稍微了解一點(diǎn)點(diǎn)的半導(dǎo)體製程應(yīng)該會(huì)覺得蠻酷的，至少我是這麼認(rèn)為的。
文中的gif示意動(dòng)畫來(lái)自Youtube
