微機電制作技術,尤其是最大宗以硅半導體為基礎的微細加工技術(silicon- based micromachining),原本就肇源于半導體組件的制程技術,所以必須先介紹清楚這類制程,以免淪于夏蟲語冰的窘態。
一、潔凈室
一般的機械加工是不需要潔凈室(clean room)的,因為加工分辨率在數十微米以上,遠比日常環境的微塵顆粒為大。但進入半導體組件或微細加工的世界,空間單位都是以微米計算,因此微塵顆粒沾附在制作半導體組件的晶圓上,便有可能影響到其上精密導線布局的樣式,造成電性短路或斷路的嚴重后果。
為此,所有半導體制程設備,都必須安置在隔絕粉塵進入的密閉空間中,這就是潔凈室的來由。潔凈室的潔凈等級,有一公認的標準,以class 10為例,意謂在單位立方英呎的潔凈室空間內,平均只有粒徑0.5微米以上的粉塵10粒。所以class后頭數字越小,潔凈度越佳,當然其造價也越昂貴。
為營造潔凈室的環境,有專業的建造廠家,及其相關的技術與使用管理辦法如下:
1、內部要保持大于一大氣壓的環境,以確保粉塵只出不進。所以需要大型鼓風機,將經濾網的空氣源源不絕地打入潔凈室中。
2、為保持溫度與濕度的恒定,大型空調設備須搭配于前述之鼓風加壓系統中。換言之,鼓風機加壓多久,冷氣空調也開多久。
3、所有氣流方向均由上往下為主,盡量減少突兀之室內空間設計或機臺擺放調配,使粉塵在潔凈室內回旋停滯的機會與時間減至最低程度。
4、所有建材均以不易產生靜電吸附的材質為主。
5、所有人事物進出,都必須經過空氣吹浴 (air shower) 的程序,將表面粉塵先行去除。
6、人體及衣物的毛屑是一項主要粉塵來源,為此務必嚴格要求進出使用人員穿戴無塵衣,除了眼睛部位外,均需與外界隔絕接觸 (在次微米制程技術的工廠內,工作人員幾乎穿戴得像航天員一樣。) 當然,化妝是在禁絕之內,鉛筆等也禁止使用。
7、除了空氣外,水的使用也只能限用去離子水 (DI water, de-ionized water)。一則防止水中粉粒污染晶圓,二則防止水中重金屬離子,如鉀、鈉離子污染金氧半 (MOS) 晶體管結構之帶電載子信道 (carrier channel),影響半導體組件的工作特性。去離子水以電阻率 (resistivity) 來定義好壞,一般要求至17.5MΩ-cm以上才算合格;為此需動用多重離子交換樹脂、RO逆滲透、與UV紫外線殺菌等重重關卡,才能放行使用。由于去離子水是最佳的溶劑與清潔劑,其在半導體工業之使用量極為驚人!
8、潔凈室所有用得到的氣源,包括吹干晶圓及機臺空壓所需要的,都得使用氮氣 (98%),吹干晶圓的氮氣甚至要求99.8%以上的高純氮! 以上八點說明是最基本的要求,另還有污水處理、廢氣排放的環保問題,再再需要大筆大筆的建造與維護費用!
調整芯片鍍金屬與上光阻的順序:首先旋敷光阻,以光蝕術將欲鍍著金屬線路之區域開出窗口 (該光罩恰與酸液蝕刻的光罩明暗相反),再進行金屬鍍著的工作。此時,大部份金屬可能都鍍著在光阻上。所以金屬鍍著后,只要將芯片浸入丙酮,在光阻遭有機溶劑溶散之際,其上之金屬也跟著被抬離芯片,而只留下沒有光阻,也就是原來設計之金屬線路。