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研究生:余毓婷
論文名稱:以紫外線發光二極體進行曝光顯影的可行性研究
論文名稱(外文):The Feasibility Study of Using a Ultraviolet Light Emitting Diode for Optical Lithography
指導教授:王可文
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:機電工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:55
中文關鍵詞:紫外線發光二極體曝光顯影
外文關鍵詞:UVLEDlithography
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本研究嘗試以單一紫外線發光二極體(UV-LED,波長365nm),搭配可變光圈與雙凸透鏡聚光系統跟最小圖形解析度為1μm的光罩,使用AZ-1512薄膜正型光阻與SU8-2150厚膜負型光阻進行曝光顯影測試。
實驗驗證以紫外線發光二極體(UV-LED)光源搭配適當的曝光光學系統可對AZ-1512薄膜正型光阻與與SU8-2150厚膜負型光阻進行曝光顯影,並可分別達成最小2μm與10μm的圖形。
由於UV-LED的發光特性,距離光源中心愈遠的區域愈容易出現光源能量不均勻的現象。實驗中得知,在焦距範圍(depth of field)可以進行有效曝光顯影;在焦距範圍以外,雖以延長曝光時間的方式來補強曝光能量密度,仍無法對光阻進行有效曝光,依此本文也討論有效曝光範圍的問題。

This research presents an Ultraviolet Light-Emitting-Diode (UV-LED) based lithography system. The system consists of a UV-LED, an air cooling system and a simplified reflective optical system.
The reflective optical system uses an adjustable aperture and a double convex lens to control light spots and the depth of focus for optical lithography. Using a test mask with one micron resolution patterns, the simplified projection system can replicate test patterns onto both positive photoresist (AZ-1512) and negative photoresist (SU8-2150) and offers 2 μm and10 μm resolutions, respectively.
UV-LED poses limited light emitting uniformity in nature. This paper reports here on the adjustment of focal length and depth of field using contact and projective lithography to evaluate effective exposure conditions and allowable process windows.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 微影製程技術(Lithography) 1
1-3 研究動機 4
1-4 文獻回顧 5
1-5 目的 6
1-6 研究流程 7
第二章 UV-LED曝光系統設計 8
2-1 系統設計 8
2-2 紫外線發光二極體的選擇 8
2-3 光學系統設計 10
2-3-1 紫外線發光二極體 11
2-3-2 氣冷系統 13
2-3-3 透鏡材質選擇 14
2-3-4 透鏡模擬 16
2-3-5 測試光罩之尺寸與設計 22
2-4 光阻 23
2-4-1 正光阻劑 24
2-4-2 AZ 1512光阻劑簡介 24
2-4-3負光阻劑 25
2-4-4 SU-8 2150光阻劑簡介 26
第三章 微影製程實驗 28
3-1 曝光方式 29
3-2正負光阻AZ 1512 與 SU-8 2150 的塗佈厚度測試 32
3-3 實驗步驟 35
第四章 實驗結果與討論 38
4-1 曝光時間對光阻解析度的影響 38
4-2 光源曝光均勻度 43
4-3 曝光範圍對光阻解析度的影響 46
4-4 注意事項 48
第五章 結論 50
參考文獻 51
附錄 54


表目錄
表1-1光學微影技術比較 3
表1-2光源比較表 4
表2-1NSHU型號590B Rank 2的UV-LED輸出功率 13
表2-2透鏡材質比較 15
表2-3 透鏡材質特性比較 16
表2-4透鏡規格 18
表2-5AZ 1512光阻劑特性 25
表2-6SU-8 2150光阻劑特性 27
表3-1晶圓清洗程序 36
表4-1設置參數 38



圖目錄
圖2-1 LED發光原理 9
圖2-2實驗設置示意圖 11
圖2-3光源發光強度 12
圖2-4透鏡規格定義示意圖 18
圖2-5透鏡焦距與曝光範圍模擬圖 19
圖2-6透鏡模擬圖 20
圖2-7光斑模擬圖 20
圖2-8 UV-LED光源 21
圖2-9光罩結構圖 22
圖2-10光阻顯影方式 23
圖2-11 Diazoquinone光化學反應 24
圖2-12 KTFR光化學反應 26
圖3-1曝光方式 30
圖3-2接觸式曝光實際圖 30
圖3-3投影式曝光實際圖 31
圖3-4投影式曝光結果 32
圖3-5接觸式曝光結果 32
圖3-6光阻塗佈機 34
圖3-7光阻厚度量測位置示意圖 34
圖3-8 AZ1512塗佈轉速與膜厚關係圖 35
圖3-9 SU-8 2150塗佈轉速與膜厚關係圖 35
圖3-10轉速與時間的關係圖 36
圖4-1曝光時間2秒(拍照倍率:2.5X × 4X) 39
圖4-2曝光時間2秒(拍照倍率:2.5X × 8X) 39
圖4-3曝光時間4秒(拍照倍率:2.5X × 4X) 40
圖4-4曝光時間4秒(拍照倍率:2.5X × 8X) 40
圖4-5曝光時間19秒(拍照倍率:2.5X × 8X 41
圖4-6曝光時間23秒(拍照倍率:2.5X × 8X) 42
圖4-7線細情形示意圖 43
圖4-8左方曝光不足之邊界(拍照倍率:2.5X × 8X) 44
圖4-9右方曝光不足之邊緣(拍照倍率:2.5X × 8X) 44
圖4-10左右邊界與光阻厚度的示意圖 45
圖4-11曝光完全圖 46
圖4-12曝光完全圖 46
圖4-13正常曝光 47
圖4-14曝光不足 48
圖4-15疊影(機座或光源晃動造成) 48
圖4-16邊源模糊(光源晃動造成 48
圖4-17殘影(整個機座晃動造成) 49
圖4-18側向疊影(支架側向晃動造成) 49
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