【微影製程】用微影機畫一隻甘雨
[color=rgba(26, 26, 26, 0.5)]同人創作
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。是說提到半導體製程你們比較常聽過微影、曝光還是光刻啊？
先上成品：
下面稍微介紹一下怎麼做的
檔案準備：
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，再從網路上找到的神奇網站把圖片轉為Autocad檔，再丟入曝光機中。
準備基板和塗光阻Spin Coating
將矽基板表面清洗殘留物與雜質後，滴上光阻（中國大陸譯：光刻膠），並讓矽基板高速轉動轉開光阻，再慢速轉動使光阻厚度平均。然後進行軟烤soft bake，將矽基板放在加熱板，以用來增加光阻之附著力，提高穩定性。
塗完光阻的樣子
電子束曝光Exposure
對附著在基板上的光阻進行選擇性曝光，被電子束打到的光阻將會產生化學變化，如gif所示電子束曝光機（中國大陸譯：光刻機）會慢慢打出我們前面準備好的甘雨圖形。
其中電子束曝光機可是蘊含了全世界最頂尖的工藝結晶，將利用高壓和磁場來產生和聚焦高能量的電子束，並且利用電腦控制來掃描和定位電子束在基板上的位置的設備，可以達到奈米級的解析度，但也需要非常高的精密度和穩定度。
這隻甘雨圖形的最小線寬大約是1µm（紅血球直徑為6 - 8µm），對曝光機來說其實算蠻大的線寬，但我第一次嘗試怕機台畫到爆炸，也不清楚做出來的效果如何，就沒有做出奈米級的解析度了。
顯影Developing
將矽基板放入顯影液後，產生化學變化的光阻將會被顯影液溶解，此時我們要的甘雨將會出現在矽基板的光阻上。為達成非常高的解析度，顯影液的種類與顯影時間都有非常精確的要求。
顯影完已經很有感覺了
薄膜沉積 - 電子束蒸鍍E-beam PVD
金屬也有一定的蒸發溫度，但在常溫常壓下這個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溫度，並利用高能電子束轟擊金屬，此時電子的動能轉化為提供給金屬的熱能，產生金屬的蒸氣流，遇到矽基板時即沉積在上面。沉積完畢後再進行掀離lift off，用清洗劑去除光阻，矽基板上就會留下我們畫好的甘雨。
成品：
後記：
先說說我對成品的看法，成品的效果比我預期的好，可以說是超乎想像的成功。我原本擔心金屬的成色和矽基板的銀灰光澤會過於相近，導致圖案不明顯，結果兩者搭配的非常完美，而我預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，光線的反射也會隨之改變，那是一種連相機也拍不出來的變化，非常震撼。
雖然台灣總以台積電為傲，但感覺大部分的人對晶片製程不是很清楚。這隻甘雨的製程和一般手機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不起眼的小二創，但是若你稍微了解一點點的半導體製程應該會覺得蠻酷的，至少我是這麼認為的。
文中的gif示意動畫來自Youtube
