基于光刻工艺的微纳加工技术主要包含以下过程:掩模(mask)制备、图形形成及转移(涂胶、曝光、显影)、薄膜沉积、刻蚀、外延生长、氧化和掺杂等。在基片表面涂覆一层某种光敏介质的薄膜(抗蚀胶),曝光系统把掩模板的图形投射在(抗蚀胶)薄膜上,光(光子)的曝光过程是通过光化学作用使抗蚀胶发生光化学作用,形成微细图形的潜像,再通过显影过程使剩余的抗蚀胶层转变成具有微细图形的窗口,后续基于抗蚀胶图案进行镀膜、刻蚀等可进一步制作所需微纳结构或器件。湿法蚀刻工艺的原理是使用化学溶液将被刻蚀固体材料转化为液体化合物。广州光刻加工平台

掩膜对准光刻及步进投影式光刻机中常用汞灯作为曝光光源,其发射光谱包括g-(波长435nm)、h-(波长405nm)和i-线(波长365nm)。一个配有350wHg灯的6英寸掩模对准器通常能获得大约光输出。15–30mw/cm2,i-线强度通常大约占全部三条线总光强的40%。LED作为近年来比较常见的UV光源在掩膜对准式光刻系统中比较常见,其相比于汞灯光源其优点是冷光源,不会对光刻胶产生辐照加热,避免光刻胶受热变形。除了Hg灯,具有合适波长的激光器也是光刻胶曝光的合适光源。由于光引发剂的光谱吸收带不会在某一特定波长突然终止,相应的适应剂量也会暴露在比数据表中所示范围高约10nm的波长处,但这延长了需要直写的时间。另外,在干涉光刻中也常常用的例如He-Cd(328nm)作为光源,其同样能对大部分i-线胶进行曝光。广州光刻外协通过重复进行Si蚀刻、聚合物沉积、底面聚合物去除,可以进行纵向的深度蚀刻,侧壁的凹凸因形似扇贝。

曝光显影后存留在光刻胶上的图形(被称为当前层(currentlayer)必须与晶圆衬底上已有的图形(被称为参考层(referencelayer))对准。这样才能保证器件各部分之间连接正确。对准误差太大是导致器件短路和断路的主要原因之一,它极大地影响器件的良率。在集成电路制造的流程中,有专门的设备通过测量晶圆上当前图形(光刻胶图形)与参考图形(衬底内图形)之间的相对位置来确定套刻的误差(overlay)。套刻误差定量地描述了当前的图形相对于参考图形沿X和Y方向的偏差,以及这种偏差在晶圆表面的分布。与图形线宽(CD)一样,套刻误差也是监测光刻工艺好坏的一个关键指标。理想的情况是当前层与参考层的图形正对准,即套刻误差是零。为了保证设计在上下两层的电路能可靠连接,当前层中的某一点与参考层中的对应点之间的对准偏差必须小于图形间距的1/3。
在曝光这一步中,将使用特定波长的光对覆盖衬底的光刻胶进行选择性地照射。光刻胶中的感光剂会发生光化学反应,从而使正光刻胶被照射区域(感光区域)、负光刻胶未被照射的区域(非感光区)化学成分发生变化。这些化学成分发生变化的区域,在下一步的能够溶解于特定的显影液中。在接受光照后,正性光刻胶中的感光剂DQ会发生光化学反应,变为乙烯酮,并进一步水解为茚并羧酸,羧酸在碱性溶剂中的溶解度比未感光部分的光刻胶高出约100倍,产生的羧酸同时还会促进酚醛树脂的溶解。利用感光与未感光光刻胶对碱性溶剂的不同溶解度,就可以进行掩膜图形的转移。曝光方法包括:接触式曝光—掩膜板直接与光刻胶层接触;接近式曝光—掩膜板与光刻胶层的略微分开,大约为10~50μm;投影式曝光—在掩膜板与光刻胶之间使用透镜聚集光实现曝光和步进式曝光。光刻胶用原材料更偏向于客制化产品。

UV-LED光源作为一种新兴光源,近几年技术获得了极大的进步,在光刻机上同样作为光源使用。与传统汞灯相比,具有光强更高、稳定性更好的特点,可节省电能约50%,寿命延长5倍~10倍。一支汞灯的使用寿命通常在800~1000h,在进行工业生产中,通常24h保持工作状态,能耗极大,随着持续使用光强快速衰减,需要根据工艺需求不断对汞灯位置进行校正,调节光强大小以满足曝光时光强求。UV-LED光源采用电子快门技术,曝光结束后LED自动关闭,间断性的使用极大地延长了LED的使用时间,曝光光强可以通过调节灯珠功率实现,操作简单方便。套刻精度(OverlayAccuracy)的基本含义是指前后两道光刻工序之间两者图形的对准精度,如果对准的偏差过大,就会直接影响产品的良率。一般光刻机厂商会提供每台设备的极限套刻精度。套刻精度作为是光刻机的另一个非常重要的技术指标,不同光刻机会采用不同的对准系统,与此同时每层图形的对准标记也有所不同。
光刻机常用光源介绍。广州微纳加工工艺
二氧化硅的湿法刻蚀通常使用HF。广州光刻加工平台
随着光刻对准技术的发展,一开始只是作为评价及测试光栅质量的莫尔条纹技术在光刻对准中的应用也得到了更深层的开发。起初,其只能实现较低精度的人工对准,但随着细光栅衍射理论的发展,利用莫尔条纹相关特性渐渐也可以在诸如纳米压印光刻对准等高精度对准领域得到应用。莫尔条纹是两条光栅或其他两个物体之间,当它们以一定的角度和频率运动时,会产生干涉条纹图案。当人眼无法看到实际物体而只能看到干涉花纹时,这种光学现象就是莫尔条纹。L.Rayleigh对这个现象做出了解释,两个重叠的平行光栅会生成一系列与光栅质量有关的低频条纹,他的理论指出当两个周期相等的光栅栅线以一定夹角平行放置时,就会产生莫尔条纹,而周期不相等的两个光栅栅线夹角为零(栅线也保持平行)平行放置时,也会产生相对于光栅周期放大的条纹。广州光刻加工平台
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