微流控光刻掩膜版的介紹及作用

微流控光刻掩膜在微流控芯片制造中扮演著至關(guān)重要的角色。它的主要作用是通過曝光和顯影等工序，將掩膜上已設(shè)計好的圖案轉(zhuǎn)移到襯底的光刻膠上，進(jìn)行圖像復(fù)制，從而實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
掩膜版介紹
微電子制造過程中的圖形轉(zhuǎn)移母版掩膜版（Photomask）又稱光罩、光掩膜、光刻掩膜版等，是微電子制造過程中的圖形轉(zhuǎn)移工具或母版，是圖形設(shè)計和工藝技術(shù)等知識產(chǎn)權(quán)信息的載體。在光刻過程中，掩膜版是設(shè)計圖形的載體。通過光刻，將掩膜版上的設(shè)計圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，再經(jīng)過刻蝕，將圖形刻到襯底上，從而實現(xiàn)圖形到硅片的轉(zhuǎn)移，功能類似于傳統(tǒng)照相機的“底片”，承載了電子電路的核心技術(shù)參數(shù)。

以薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）制造為例，利用掩膜版的曝光掩蔽作用，將設(shè)計好的薄膜晶體管（TFT）陣列和彩色濾光片圖形按照薄膜晶體管的膜層結(jié)構(gòu)順序，依次曝光轉(zhuǎn)移至玻璃基板，最終形成多個膜層所疊加的顯示器件；以晶圓制造為例，其制造過程需要經(jīng)過多次曝光工藝，利用掩膜版的曝光掩蔽作用，在半導(dǎo)體晶圓表面形成柵極、源漏極、摻雜窗口、電極接觸孔等。
相比較而言，半導(dǎo)體掩膜版在最小線寬、CD精度、位置精度等重要參數(shù)方面，均顯著高于平板顯示、PCB等領(lǐng)域掩膜版產(chǎn)品。掩膜版是光刻過程中的重要部件，其性能的好壞對光刻有著重要影響。根據(jù)基板材質(zhì)的不同，掩膜版主要可分為石英掩膜版、蘇打掩膜版和其他（包含凸版、菲林等）。
掩膜版結(jié)構(gòu)：掩膜基板+遮光膜
掩膜版通常由基板和遮光膜組成，其中最重要的原材料是掩膜基板?；逡r底在透光性及穩(wěn)定性等方面性能要求較高，須做到表面平整，無夾砂、氣泡等微小缺陷。由于石英玻璃的化學(xué)性能穩(wěn)定、光學(xué)透過率高、熱膨脹系數(shù)低，近年來已成為制備掩膜版的主流原材料，被廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路掩膜版制作。
目前，石英掩膜版和蘇打掩膜版是最常見的兩種主流產(chǎn)品，均屬于玻璃基板。遮光膜分為硬質(zhì)遮光膜和乳膠遮光膜，其中乳膠遮光膜主要用于PCB、觸控等場景；硬質(zhì)遮光膜材料主要包括鉻、硅、硅化鉬、氧化鐵等，在各類硬質(zhì)遮光膜中，由于鉻材料機械強度高、可形成細(xì)微圖形，因此鉻膜成為硬質(zhì)遮光膜的主流。掩膜版成本構(gòu)成以直接材料和制造費用為主，分別占比67%和29%。其中直接材料主要包括掩膜版基板、遮光膜及其他輔助材料等，掩膜版基板占直接材料的比重超過90%。
光刻技術(shù)是掩膜版制造的重要環(huán)節(jié)
掩膜版制造工藝復(fù)雜，加工工藝流程主要包括CAM圖檔處理、光阻涂布、激光光刻、顯影、蝕刻、脫膜、清洗、宏觀檢查、自動光學(xué)檢查、精度測量、缺陷處理、貼光學(xué)膜等環(huán)節(jié)，其中光刻技術(shù)是掩膜版制造的重要環(huán)節(jié)。光刻需要先對掩膜基板涂膠（通常是正性光刻膠），后通過光刻機對表面進(jìn)行曝光，通常以130nm為分界，130nm以上的光刻設(shè)備采用激光直寫設(shè)備，但隨著掩膜版的線寬線距越來越小，曝光過程中就會出現(xiàn)嚴(yán)重的衍射現(xiàn)象，導(dǎo)致曝光圖形邊緣分辨率較低，圖形失真，因此130nm及以下通常需采用電子束光刻完成。關(guān)鍵參數(shù)量測及檢測環(huán)節(jié)對掩膜版的質(zhì)量及良率至關(guān)重要，其中需對掩膜版關(guān)鍵尺寸（CD，CriticalDimension）、套刻精度（Overlay）等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行測量，同時需使用自動光學(xué)檢測設(shè)備（AOI，AutomaticOpticalInspection）檢測掩膜版制造過程產(chǎn)生的缺陷，如產(chǎn)品表面缺陷（Defect）、線條斷線（Open）、線條短接（Short）、白凸（Intrusion）、圖形缺失等以及通過激光等對掩膜版生產(chǎn)過程中的缺陷及微粒進(jìn)行修復(fù)。
掩膜版是微電子加工技術(shù)常用的光刻工藝所使用的圖形母版，功能類似于傳統(tǒng)照相機的“底片”，是承載圖形設(shè)計和工藝技術(shù)等知識產(chǎn)權(quán)信息的載體，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、平板顯示、電路板、觸控屏等領(lǐng)域。
微流控光刻掩膜的詳細(xì)作用
圖形轉(zhuǎn)移：掩膜版上承載有設(shè)計圖形，光線透過它，把設(shè)計圖形透射在光刻膠上。利用光刻機發(fā)出的光通過具有圖形的光罩對涂有光刻膠的薄片曝光，光刻膠見光后會發(fā)生性質(zhì)變化，從而使光罩上的圖形復(fù)印到薄片上，從而使薄片具有電子線路圖的作用。
控制流體：微流控技術(shù)是一種精確控制和操控微尺度流體的技術(shù)。通過光刻掩膜，可以在微納米尺度空間中對流體進(jìn)行操控，實現(xiàn)樣品制備、反應(yīng)、分離和檢測等功能。
實現(xiàn)高精度加工：光刻掩膜技術(shù)可以實現(xiàn)對微流控芯片的高精度加工。通過光刻技術(shù)，可以在基片上形成復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)對流體的精確控制和操作。
綜上所述，微流控光刻掩膜是微流控芯片制造中的關(guān)鍵組件，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)圖形的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移，還能夠通過對流體的控制，實現(xiàn)各種生物、化學(xué)等實驗室的基本功能。
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審核編輯 黃宇