微流控光刻掩膜版的介绍及作用

微流控光刻掩膜在微流控芯片制造中扮演着至关重要的角色。它的主要作用是通过曝光和显影等工序，将掩膜上已设计好的图案转移到衬底的光刻胶上，进行图像复制，从而实现批量生产。
掩膜版介绍
微电子制造过程中的图形转移母版掩膜版（Photomask）又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版等，是微电子制造过程中的图形转移工具或母版，是图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体。在光刻过程中，掩膜版是设计图形的载体。通过光刻，将掩膜版上的设计图形转移到光刻胶上，再经过刻蚀，将图形刻到衬底上，从而实现图形到硅片的转移，功能类似于传统照相机的“底片”，承载了电子电路的核心技术参数。

以薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）制造为例，利用掩膜版的曝光掩蔽作用，将设计好的薄膜晶体管（TFT）阵列和彩色滤光片图形按照薄膜晶体管的膜层结构顺序，依次曝光转移至玻璃基板，最终形成多个膜层所叠加的显示器件；以晶圆制造为例，其制造过程需要经过多次曝光工艺，利用掩膜版的曝光掩蔽作用，在半导体晶圆表面形成栅极、源漏极、掺杂窗口、电极接触孔等。
相比较而言，半导体掩膜版在最小线宽、CD精度、位置精度等重要参数方面，均显著高于平板显示、PCB等领域掩膜版产品。掩膜版是光刻过程中的重要部件，其性能的好坏对光刻有着重要影响。根据基板材质的不同，掩膜版主要可分为石英掩膜版、苏打掩膜版和其他（包含凸版、菲林等）。
掩膜版结构：掩膜基板+遮光膜
掩膜版通常由基板和遮光膜组成，其中最重要的原材料是掩膜基板。基板衬底在透光性及稳定性等方面性能要求较高，须做到表面平整，无夹砂、气泡等微小缺陷。由于石英玻璃的化学性能稳定、光学透过率高、热膨胀系数低，近年来已成为制备掩膜版的主流原材料，被广泛应用于超大规模集成电路掩膜版制作。
目前，石英掩膜版和苏打掩膜版是最常见的两种主流产品，均属于玻璃基板。遮光膜分为硬质遮光膜和乳胶遮光膜，其中乳胶遮光膜主要用于PCB、触控等场景；硬质遮光膜材料主要包括铬、硅、硅化钼、氧化铁等，在各类硬质遮光膜中，由于铬材料机械强度高、可形成细微图形，因此铬膜成为硬质遮光膜的主流。掩膜版成本构成以直接材料和制造费用为主，分别占比67%和29%。其中直接材料主要包括掩膜版基板、遮光膜及其他辅助材料等，掩膜版基板占直接材料的比重超过90%。
光刻技术是掩膜版制造的重要环节
掩膜版制造工艺复杂，加工工艺流程主要包括CAM图档处理、光阻涂布、激光光刻、显影、蚀刻、脱膜、清洗、宏观检查、自动光学检查、精度测量、缺陷处理、贴光学膜等环节，其中光刻技术是掩膜版制造的重要环节。光刻需要先对掩膜基板涂胶（通常是正性光刻胶），后通过光刻机对表面进行曝光，通常以130nm为分界，130nm以上的光刻设备采用激光直写设备，但随着掩膜版的线宽线距越来越小，曝光过程中就会出现严重的衍射现象，导致曝光图形边缘分辨率较低，图形失真，因此130nm及以下通常需采用电子束光刻完成。关键参数量测及检测环节对掩膜版的质量及良率至关重要，其中需对掩膜版关键尺寸（CD，CriticalDimension）、套刻精度（Overlay）等关键参数进行测量，同时需使用自动光学检测设备（AOI，AutomaticOpticalInspection）检测掩膜版制造过程产生的缺陷，如产品表面缺陷（Defect）、线条断线（Open）、线条短接（Short）、白凸（Intrusion）、图形缺失等以及通过激光等对掩膜版生产过程中的缺陷及微粒进行修复。
掩膜版是微电子加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版，功能类似于传统照相机的“底片”，是承载图形设计和工艺技术等知识产权信息的载体，广泛应用于半导体、平板显示、电路板、触控屏等领域。
微流控光刻掩膜的详细作用
图形转移：掩膜版上承载有设计图形，光线透过它，把设计图形透射在光刻胶上。利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光，光刻胶见光后会发生性质变化，从而使光罩上的图形复印到薄片上，从而使薄片具有电子线路图的作用。
控制流体：微流控技术是一种精确控制和操控微尺度流体的技术。通过光刻掩膜，可以在微纳米尺度空间中对流体进行操控，实现样品制备、反应、分离和检测等功能。
实现高精度加工：光刻掩膜技术可以实现对微流控芯片的高精度加工。通过光刻技术，可以在基片上形成复杂的微结构，从而实现对流体的精确控制和操作。
综上所述，微流控光刻掩膜是微流控芯片制造中的关键组件，它不仅能够实现图形的精准转移，还能够通过对流体的控制，实现各种生物、化学等实验室的基本功能。
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审核编辑 黄宇