二元光学工艺操作说明

用吹球把操作台放置基片的区域再次清洁； 2）关掉日光灯，打开红灯，戴上一次性医用手套，从盛片盒（黑盒）钟取出待
切割的基片，将黑色不感光相纸放在操作台上，基片涂有光刻胶的一面向下 放置在操作台的黑纸上； 3）根据所要使用的基片尺寸，用金刚刀及尺子将基片切割成适合的尺寸；同时 把垫在基片下的黑纸做适当的切割（以能覆盖住切割后的基片大小为准，用 于保护基片上的光刻胶）； 4）用吹球吹去切割产生的玻璃残渣，将切割好的基片和黑纸小心放入黑盒中备 用。 4.注意事项：镊子、尺子和金刚刀刀都必须事先清洁过。
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放置在自来水龙头前清洗 10 分钟，注意水流不要过大，以防止硫酸溅到身体 上。洗片时注意正、反面都要标示好，以利于辨认。严禁划伤正面。 3）从支架上取下基片，用手指夹紧基片侧面，用棉花球加洗洁精清洗，在自来 水下冲洗 15 分钟，基片正、反面、侧面都要擦洗。对于已经匀过胶的石英基 片，可打开洁净工作台的抽风机，戴上一次性手套和防毒口罩，将其放入装 有丙酮的培养皿中浸泡 10 分钟，然后取出用自来水冲洗 10 分钟，用镊子夹 持棉花球擦拭干净。 4）打开去离子水水阀，从石英基片的上面往下缓慢均匀冲洗，一边冲洗，一边 用棉花擦拭，正反面擦拭完后，放入装有去离子水的培养皿中浸泡 15 分钟后 再取出，放置在去离子水水阀下冲洗，四个侧面方向都要来回冲洗一次。 5）冲洗完毕后，立即拿到电吹风前吹干，基片要竖直方向拿，电吹风从上向下 吹，吹干后放入干净的培养皿中。 2．光刻胶涂片所用到的药液配方 铬版腐蚀液配比：硝酸铈铵 200g＋浓度为 98％冰醋酸 35mL＋去离子水 1000mL 光刻胶：AZ1500；显影液：AZ303 3．光刻胶版的涂片
二元光学器件制作工艺流程及其检测方法
一、切割
1.切割设备：金刚刀，尺子，镊子，洁净、不感光且表面光滑的黑纸（保证切割 基片时，涂有光刻胶的一面不曝光且不受污染），黑色、密闭的盛片盒（主要用 于保护涂覆有光刻胶的基片不曝光并保持一定的洁净度），医用手套，吹球 2.工作条件：暗房（若切割未涂有光刻胶的基片，可不必在暗房内操作），操作 台（要保证一定的洁净度，特别不能有颗粒状物体存在）。 3.操作过程： 1）穿上洁净服，将暗房内的操作台清洁，把切割设备摆放在暗房的操作台上，
电 流 表
“汞灯” 图 2.3 曝光机右表板
2. 在匀好胶的基片前烘的时候，打开曝光机电源开关（右表板上标有“电源”字
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样的开关，如图 2.3 所示），指示灯亮，打开汞灯电源（右表板上标有“汞灯” 字的开关），指示灯亮。此时观察电流表（如图 2.1 所示）指针指到 4A 左右， 说明汞灯已点燃，否则要检查电路。汞灯亮 15 分钟以后才能稳定（注：关灯 后，汞灯在 15 分钟内不宜重新点燃，需先冷却）。在此期间操作者可进行以 下工作。
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片托 锅子
主机 面板 图 1.1 匀胶机的整体图 泵气路（此状态对匀胶机抽真空） 图 1.3 真空气路部分
图 1.4 主机面板
①选择合适的片托（略小于样片尺寸，如图 1.2 所示），将缺口对准主机上的螺 钉。片托安装时一定要到底。 ②将真空泵（如图 1.3（a）所示）的气路选择开关拧向匀胶机一端（如图 1.3（b） 所示），打开真空泵电源。开启匀胶机“电源”，按下“控制键”。（控键在主机面板， 如图 1.4 所示） ③调节合适的匀胶时间和转速。转速Ⅰ为低速（2000 转/分，时间为 10s），转速 Ⅱ为高速（2500 转/分，时间为 30s）。 ④放片，要注意放正。 ⑤按下“吸片”键开始抽气。注意在按“吸片”键之前，转速电位上的指示灯不应亮。 ⑥按“启动”键，马达先以低速旋转。 ⑦滴胶，持续时间为 5s，要在低速时间内滴胶完毕，然后匀胶机变为高速匀胶。 （可从电位器上的指示灯判断匀胶机是在低速还是在高速运转，红或黄色为低 速，绿色为高速） ⑧电机停转后，抬起“吸片”键，取下片子。
将承片台推入后，按承片台上升键（右表板上标有“台升”字样的开关），灯 亮，承片台上升。升降速度可通过气路调节，一般调到从启动到结束为≦2 秒左 右。此时，观察“找平”指示灯是否亮（绿亮为正常）。指示灯亮，说明版、片已 找平，而且三销已锁紧。分离开的承片台上半部和下半部，由解除真空吸附状态 变成“真空吸附”。 8. 对准与曝光 1）打开显微镜调压器（如图 2.1 所示）上开关，将电压调到 5V 左右（最好不要
定期清理匀胶基放置的台面，每次匀好胶都要清洗匀胶机的锅子及片托，特 别是不要让胶等杂物吸入到真空管道。涂片过程只能开红灯，禁止开日光灯！ 1）确定只有安全灯（红灯）开的情况下，先从冰箱中取出光刻胶，放在放置匀
胶机的台子上，让胶的温度回暖； 2）调节好匀胶机参数（低速旋转的转速 2000 转/分钟和持续时间 10s，高速旋转
4. 当前烘时间剩下 2 分钟左右时，取出掩模板，观察掩模板接触基片一面是否
有干净，如果不干净，需用丙酮、无水酒精和去离子水将其清洗干净（清洗
过程和清洗基片的步骤一致）并且吹干。
分压阀
总阀 氮气气路开关
氧气
三氟甲烷
氮气
图 2.5 气室中的气瓶排布
5. 真空吸版
图 2.6 曝光机真空泵气路实物图
使掩膜版图形面向下，将版放到版夹盘；此时打开氮气气阀（如图 2.5 所示），
培养皿中。 2. 将曝好光的基片取出，水平放置在培养皿中，基片涂有光刻胶的一面朝上，
一手均匀水平晃动基片，另一手同时用秒表计时。显影时间约为 15-20s，显 影温度 20-22 度（夏天有空调时可以直接显影，冬天可在装显影液的培养皿 外套一个装有温水的培养皿调节温度）。显影结束后，用一个不透光的胶盆盖 住装有显影液的培养皿，以避免光照。 3. 将基片用去离子水进行冲洗。冲洗时，持片的位置在基片的两侧，偏下端； 要将片子直立，水流沿图形的沟道方向流下；片子放置的位置应接近去离子 水的出水口，水柱沿着基片上边沿的方向移动，使水柱均能冲洗到片子的两 面，水流不应过大。持续冲水 1 分钟。 4. 为使残留在光刻胶中的有机物溶液完全挥发，提高光刻胶和基片的粘接性及 光刻胶的耐腐蚀能力，用冷吹风机吹干片子后，可以先用肉眼观察一下图形 的外观，如果没有问题，可以将片子水平放在培养皿中（加盖），放在烘干机 中 120℃下烘干 25 分钟。
的转速 2500 转/分钟和持续时间 30s），观察匀胶机片托上是否还有残留的光 刻胶，如果有的话在低速旋转的速度下用沾有丙酮的棉花擦拭。具体采用脱 脂棉卷成一卷，加少量甲酮，并用镊子夹持，从中间开始往外按住基片来回 擦拭。接着将清洗干净的石英基片放置在匀胶机的托盘上，打开匀胶机电源， 按吸片按钮，再按运转按钮。 3）低速旋转时，开始滴胶，光刻胶从瓶口持续流出，不中断，持续滴胶 5s，并 且对准基片的中心。滴胶结束后，马上把光刻胶放回冰箱。 4）片托转动停止后，先按吸片按钮，把匀好胶的基片水平取出，放置在培养皿 中，盖上盖子，放入烘箱烘制（烘箱温度为 85℃，烘制时间为 25 分钟）。预 烘前，先静置一小会儿以避免高温下迅速强迫烘烤，内部形成气泡。 5）然后再将匀胶机电源切断，接着取下片托，用丙酮擦拭，直到没有光刻胶； 再取下匀胶的锅子及锅盖，用丙酮清洗干净；晾干后将片托和锅子、锅盖装 回机器，在一定程度上可避免清洗完毕的匀胶机再次被污染。 6）匀胶机（整体图如图 1.1 所示）具体操作步骤：
二、 涂覆光刻胶
光刻制造过程中，往往需采用 20-30 道光刻工序。光刻工序包括掩膜版制作， 基片表面光刻胶的涂敷、预烘、曝光、显影、后烘、腐蚀、以及光刻胶去除等工 序。本实验室内，掩膜版图形自行设计，委托加工掩膜版，曝光工艺为采用紫外 线为光源的接触式曝光技术。 1． 版基清洗
石英基片 1 放在浓硫酸浸泡（至少 12 个小时）2 用自来水冲洗 3 用洗洁精和棉花球擦洗 4 自来水冲洗 5 用去离子水擦拭，再冲 干净 6 用电吹风冷风吹干 操作过程： 1）对于新取出的石英基片采取如下操作：戴上一次性塑料手套，戴上防酸手套， 将擦拭干净的基片垂直放置在钛合金支架上，将整个支架放入装有浓硫酸的 酸缸里浸泡。浸泡时间至少 12 小时。 2）在水槽里面的水盆放满水，从酸缸取出钛支架，将其放置在盛满水的水盆里 面，脱下防酸手套，用洗洁精清洗一次性手套并去离子水冲洗干净，再将其
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机器设有可改变光强的手柄，刚安上汞灯时，光强度大，可将光栏调小；汞 灯用的时间久了，照度降低，可将光栏调大，光强变大。 9. 曝光机使用完毕，应先关掉汞灯、氮气气阀，再关掉真空泵电源，把真空泵
的气路选择开关拧回原位，最后关掉机器总电源。
四、 显影
曝光结束后，版、片自动分离，拉出承片台，用镊子取出曝光后的基片，将 其放入显影液中进行显影。（显影时间为 15-20s）。显影结束后，将基片放入去离 子水中进行冲洗。 操作步骤： 1. 按配方配置好显影液（显影液重复使用 10 次后，就要换新的显影液），盛放
然后把真空泵的气路选择开关拧至曝光机一端（如图 2.6 所示），同时检查左表
板上的“系统真空”表，看是否保证真空度≦-0.07Mpa 以上，否则要查明漏气原有
并消除之。按真空吸版开关（右表板上标有“吸版”字样的开关），指示灯亮，版
被吸牢。若“系统真空表”因这一动作而掉表，应查明原因，是否版不平，或者版
图 2.4 曝光机左表板
3. 调节气压（左表板，如图 2.4 所示）
要 求 进 气 压 力 ≧0.4Mpa ，（ 即 打 开 氮 气 气 瓶 总 阀 门 到 最 大 ， 减 压 阀 打 到
0.4Mpa 以上），第一级输出调到 0.35Mpa，第二级输出调到 0.3Mpa。在没有特殊
情况这一步只观测即可，而不要调节。
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⑨继续匀胶时重复④—⑧步。 ⑩匀胶结束后抬起“吸片”键、“控制”键，关掉真空泵电源，把真空泵的气路选择 开关拧回原位（如图 1.5 所示），并关断匀胶机面板电源。
三、 曝光
图 1.5 真空泵气路关闭
汞灯
版
电源
夹
双目
盘
显微镜
右表板 左
表