光刻与光刻胶.pdfVIP

光刻与光刻胶 (清华大学 洪啸吟) 微电子技术可算得上是人类有年史以来最卓越的技术，微电子技术的发展迅猛异常，迄今为止， 在人类的科学技术史还没有一种技术象它这样地真正做到臼新月异。由于它的发展，计算机也以极高 的速度更新换代，现在计算机己进入千家万户，成为家用电器的一部分，计算机的影响已遍及每一个 经济领域和人们生活的每一个方面。微电子技术是一个国家综合实力的体现，是新技术革命的主角， 其中光敏高分子对微电子技术的发展起着十分重要的作用，光刻和光刻胶是微电子中的关键技术和关 键材料。 1计算机和集成电路的发展 1943年英国建了第一台电子计算机“巨人”，用它来破译自诩为坚不可破的德国电讯密码，为 二次世界大战立下了汗马功劳。与此同时美国也在研究～台命名为恩尼皿克的计算机，1946年终于 开动。这种计算机一分钟能完成数以千次的计算，它不仅可以破译密码而且可以对新式导弹的性能 进行估计。这台计算机总重30吨，占地190平方米，整整装满一小间体育馆，内装i．8万支真空管， 7万只电阻。它产生的热量如此之大，只有开动工业用冷冻机才能防止线路熔化，它平均每7分钟 要损耗一只真空管，其制造成本超过200万美元，使用电力之多，据说恩尼亚克一开动起来，整个 费城的灯光都立刻昏暗。这种硕大无比、笨重异常的庞然大物，只能设立在大学、军事设施和政府 研究机构内，据当时估计全世界只要有4—5台计算机就已足够了，因此没有商业价值。 1948年发明了半导体晶体管，它使电子技术由真空管转为固体，从此电子设备开始实现了小 型化、轻量化和省能化，半导体工业得到迅速发展。晶体管计算机的重量、体积大大减少。运算速 度大大提高，商业、银行等其他行业开始使用它。1958年，半导体表面技术发生了突破，在半导体 表面可以形成晶体管。美国琼．霍尼尔发明的所谓的表面技术就是采用类似照相制版的方法来进行晶 体管制作，这是印刷技术在电子工业上的伟大的延伸。表面技术的关键是光刻技术，由于有了表面 技术，便打破了半个世纪以来电子线路的旧概念，硅片上各个电子元件不再需用金属电线相互连接， 硅本身既可是电子元件，又可成为电流的通路，于是产生了第一块集成电路，人们开始将多个晶体 管构成的整个电路集中到一小块硅芯片上。60年代集成电路迅速发展，年复一年，科学家在一块硅 芯片增深的元件越来越多，1967年，人们在一块米粒般大小的硅晶体上制造出一千多个晶体管的大 规模集成电路，1971美国英特尔公司的年青科学家成功的将一整套计算机中央处理机做成一块芯片， 13 这样的芯片州徽处理器，为大规模集成电路带来了无穷无尽的商业应用。随着时间的推移，1977年 4月美国人在一块面积为30平方毫米，大小相当于一小颗小孩门牙的硅晶片上集成了十三万个晶体 管，制成所谓极大规模集成电路(VLSI)，集成屯路的集成度就这样的飞速发展者，以每18个月翻 一翻的速度前进(图7．1)，现在的集成度己达十亿个晶体管的集成电路，称超极大规模电路(ULVI)。 集成度愈高，它的价格越来越低，性能越来越好。因此用集成电路芯片装配的计算机也愈来愈小， 运算速度愈来愈快，价钱也愈来愈便宜。集成度的提高意味着元件尺寸的缩小，存储量的增加，因 此集成度大小也可用微电子芯片随机存取器(称RAM)的存储量来表示。让我们看存储量增加对元 诞生的第一块超大规模集成电路是64K的随机存取器，它有10万元件，元件最小尺寸为3微米。80 将为0．18。0．13和0．I微米，元件细小得如此程度，集成度密集得如此高的程度，真使我们很难 想象。这种微型化给每个人带来了实惠(图7．2)。现在大家只要花费十几元便能买到的一只走时极 为准确的手表，里面竞有3000只以上的晶体管在工作，而这三千只晶体管只装在表壳面积百分之一 的芯片上，这就是大规模集成电路微细化的奇迹。如果是在电子管时代，百万富翁也买不起这只手 表，即使买得起，也必须用起重机来调运这块手表。而现在电子手表不过是集成电路应用的不足挂 齿的小玩艺。 集成度己达4G，如此高的集成度要求极高的光刻分辨率，即两光刻线条间最小距离要达到0．13微米． 微米。光刻分辨率的提高需要克服一系列困难，其中最重要的是光的衍射，为了减轻衍射的影响，随 不能完全满足要求，为了发展高分辨率的光刻胶，发达国家投入了很大力量，进行了广泛研究，其中 有电子束光刻胶、x一射线光刻胶，但前者效率低，仅可用于掩模制备，后者光刻设备昂