MEMS工艺中光刻胶的选择与使用（下篇）

在MEMS（微机电系统）制造工艺中，光刻胶（Photoresist）的选择与使用是至关重要的一环，直接影响光刻过程的成功与否。光刻胶用于定义微结构图形，作为掩模保护层在随后的刻蚀或镀膜步骤中起到屏蔽作用。为了确保图形的精确度和制造的成功，选择合适的光刻胶并优化其使用工艺是必不可少的。在这篇文章中，我们来讨论光刻胶使用的关键步骤。

一、光刻胶使用的关键步骤

基底准备

基底表面需洁净无污染，以确保光刻胶的均匀涂覆和良好附着。常用的基底清洗方法包括piranha清洗（H₂SO₄ + H₂O₂）和RCA清洗，或者通过等离子体处理提高表面洁净度。

旋涂（Spin Coating）

旋涂是常用的光刻胶涂覆方法。通过调节旋转速度和时间，可以控制光刻胶的膜厚。通常，旋转速度越快，膜厚越薄。

例如，正胶AZ系列的旋涂速率在3000-5000 rpm之间时，可获得约1 µm的膜厚。

软烘（Soft Bake）

涂覆光刻胶后，需进行软烘（软烘温度通常为90°C-100°C，持续1-2分钟），以去除光刻胶中的溶剂，确保光刻胶干燥并具有适当的粘附力。

曝光

曝光步骤使用掩模版和曝光光源对光刻胶进行图形曝光。根据光刻胶的类型，曝光波长与时间需适当调整，以确保光刻胶的光化学反应充分进行。

后烘（Post Exposure Bake）

曝光后，一些负胶（如SU-8）需要进行后烘（后烘温度为95°C左右，持续1-3分钟）以加速光化学反应并增强图形的稳定性。

显影

曝光后的光刻胶需要进行显影，正胶显影会去除曝光区域，负胶则保留曝光区域。显影液的选择应与光刻胶兼容，常用显影液为碱性溶液（如TMAH，四甲基氢氧化铵）。显影时间的控制对于图形精度至关重要，显影不足可能导致图形残留，而过度显影会使图形变形或损失。

硬烘（Hard Bake）

显影后，图形需进行硬烘，通常在120°C-150°C下进行。这一步的目的是提高光刻胶图形的硬度和抗蚀性，确保其能承受后续的刻蚀或镀膜工艺。

二、常见的光刻胶选择方案

高分辨率工艺（<1 µm）：选择高分辨率正胶，如AZ 5214E，适用于精密图形的定义。

厚膜工艺：选择负胶，如SU-8，可实现高深宽比结构和厚膜（10 µm-500 µm）图形。

干法刻蚀：选择具有良好抗蚀性的光刻胶，如SPR 220，以在深硅刻蚀中确保图形的稳定性。

透明器件：需要光透明度较高的光刻胶，如PMMA，可用于纳米压印光刻中。

选择合适的光刻胶和优化使用条件是MEMS工艺成功的关键步骤。要根据实际需求考虑膜厚、分辨率、耐刻蚀性和光刻设备波长等因素。通过合理控制涂胶、曝光、显影和烘烤步骤，可以确保光刻胶的图形精度和稳定性，从而实现高质量的MEMS器件制造。