通過X射線光刻在指尖大小的芯片中產(chǎn)生高精度微光學(xué)元件的晶圓級(jí)制造

引言

在過去的二十年中，市場對(duì)大量N灰度級(jí)三維微納米元件的需求一直很活躍。基于鉛筆束的光刻技術(shù)，我們可以生產(chǎn)出精確的組件，但目前需要更長的時(shí)間去處理。使用X射線光刻制作的典型高縱橫比結(jié)構(gòu)，對(duì)膜的粗糙度或沉積在X射線掩模中作為吸收劑的晶粒尺寸并不太敏感，因?yàn)槌斯δ芙Y(jié)構(gòu)之外的光致抗蝕劑已經(jīng)被完全蝕刻掉。

因此，蝕刻表面的精細(xì)度并不重要。相比之下，我們的工作需要生成1800個(gè)灰度級(jí)。由于這些微型組件后來用作功能性光學(xué)組件，因此蝕刻表面的粗糙度和側(cè)壁的精細(xì)度至關(guān)重要。

實(shí)驗(yàn)與討論

微型組件直接蝕刻到塊狀聚合物片上，或沉積在具有種子層的硅（Si）或玻璃基板上的薄膜上，如圖1所示。我們?cè)谑褂帽∧さ那闆r下，基板首先用丙酮、IPA 和去離子水清洗，然后在180℃下熱處理約10分鐘以去除任何殘留水分。之后在基材上涂一層粘合促進(jìn)劑，以提高聚合物與基材之間的粘合力。

圖1：沉積種子層或金屬層基板電鍍和薄光刻膠圖案使用x射線圖

圖2：通過X射線掩模選擇性地曝光光刻膠

當(dāng)使用基于膜的單一X射線掩模時(shí)，光刻膠曝光部分的聚合物鏈被破壞或交聯(lián)，從而使曝光變得相當(dāng)簡單直接，如圖2所示。首先，通過專門定義的固定裝置將襯底和掩模牢固地固定在微控制器頂部的樣品臺(tái)上，使用另一個(gè)夾具將第二個(gè)掩模放置在掩模和基板組件的頂部。完成后，將樣品從曝光室中取出，并再次與第二個(gè)掩模重新對(duì)齊以進(jìn)行第二組曝光，然后進(jìn)行照射。

曝光的樣品從掃描室中卸載并從可移動(dòng)的平臺(tái)上移除。然后將其放入烘箱中，加熱至 90℃并退火過夜，作為應(yīng)力釋放、結(jié)構(gòu)和表面改進(jìn)的手段，這是退火的典型目的。

然而，在薄膜沉積在基板上的情況下，退火工藝并未顯著改善粗糙度或表面輪廓，因此未應(yīng)用。退火過程完成后，烘箱降溫，取出樣品進(jìn)行顯影。據(jù)觀察，在沒有曝光后退火的情況下，由于聚合物脫氣產(chǎn)生的氣體被截留，導(dǎo)致樣品內(nèi)部形成氣泡。

結(jié)論

總之，英思特已經(jīng)開發(fā)出一種用于以可擴(kuò)展的方式對(duì)光學(xué)質(zhì)量的三維微組件進(jìn)行微加工，從而滿足工業(yè)應(yīng)用的需要的方法。結(jié)合納米壓印等成熟的工業(yè)技術(shù)，英思特還證明了可以以金屬模具的形式復(fù)制這種精細(xì)的組件。使用這樣的金屬模具可以將制造能力提高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

雖然同步加速器不直接用作工業(yè)的主力，但它可以作為在晶圓級(jí)上生成高精度微型組件的基礎(chǔ)，然后可以復(fù)制并應(yīng)用于納米壓印以滿足工業(yè)需求。

審核編輯 黃宇