微细和纳米加工技术 光学曝光技术（2.6.3 X射线曝光技术-用第1版书）.pptVIP

* ★图5．10是XRS-200曝光机的外形照片。该曝光机的关键技术指标如下。 工作台移动范围：90mm 工作台步进精度：60nm 掩模与硅片可控间隙：(20~50)um±1 μm 掩模尺寸：≤100mm 曝光场尺寸：26mm×26mm~45mm×45mm 可曝光硅片尺寸：100~200mm 对准精度：100nm 对准需要时间：2s 对准方式：按场对准(die by die) 图5．10 XRS-200曝光机的外形照片 ★X射线曝光机的对准方式也与光学对准式曝光机类似。 X射线对准式曝光机 * ★X射线曝光的特点是掩模图形与曝光图形比例为1：1，也就是说，为了实现100nm的曝光图形，掩模图形也必须是100nm。 ★X射线曝光的另一个特点是，X射线掩模的透光与不透光取决于材料的密度和厚度。因此X射线掩模必须用很薄的轻质材料作为透光区，具有一定厚度的重质材料作为不透光区，或X射线吸收区。 ★典型的X射线掩模为25mm×25mm的厚度为1~2μm的薄膜，表面制作以重金属为材料的微细图案。硅或其他轻质材料的薄膜又可称为载膜，因为吸收材料制作的图案必须做在某一支撑材料表面。 5.2.3 X射线曝光掩模 * 表5．2 常用载膜材料及其特性 表5．3 常用吸收层材料及其特性 X射线曝光掩模的载膜材料与吸收材料的特性 * ①载膜沉积。通常采用化学气相沉积方法将薄膜沉积到2~3in硅片上。沉积的厚度取决于所需要的透射率，通常为1～2 μm厚。氮化硅、碳化硅、多晶硅、掺硼硅、氮化硼或金刚石都曾被用来作为载膜材料，但以碳化硅最为理想。由表5．2可见，碳化硅有较高的机械强度、较小的热膨胀系数。另外一点是碳化硅在长时间X射线照射下，晶体结构不会发生变化，有较好的稳定性。 ②将沉积有薄膜的硅片固定到支撑框上。可以用树脂粘合或热键合。这一步很重要，因为固定不当会使硅片翘曲。可以选择支撑框的材料和键合工艺使其能够抵消硅片的翘曲。 X射线掩模的制作过程 * ③将硅片的中央部分从背面腐蚀镂空，只留下薄膜。这部分就成为掩模区。掩模区尺寸一般为25 mm×25 mm。可以用氢氧化钾(KOH)化学腐蚀方法去除硅。 X射线掩模的制作过程 * ④在薄膜表面沉积重金属层。 X射线掩模的制作过程 以金为吸收材料： 先通过电子束曝光方法制作出抗蚀剂图形，然后通过电镀将抗蚀剂显影后的图形转化为金的图形。金吸收层的厚度是由电镀工艺控制的。 电子束曝光制作抗蚀剂图形 电镀金层 * X射线掩模的制作过程 钨或钽为吸收材料： 用反应离子刻蚀获得掩模图形。其制作过程是，首先在载膜表面沉积所需要的金属层厚度，然后利用电子束曝光技术获得抗蚀剂图形，最后通过等离子体干法刻蚀将抗蚀剂图形转移到金属层上，得到钨或钽的掩模图形。也可以先在硅片上制作重金属图形，然后再从背面将硅衬底刻蚀镂空形成支撑薄膜。 ⑤审查掩模质量。如有缺陷，可以用聚焦离子束进行修补。 沉积金属层 电子束曝光获得抗蚀剂图形 离子体干法刻蚀将抗蚀剂图形转移到金属层上 * ★X射线曝光是1：1曝光，掩模的精确度直接影响到曝光的精确度。 ★影响掩模精度的因素首先是图形本身的精度。 X射线掩模的图形都是由电子束曝光获得的。而电子束曝光本身存在邻近效应。 影响掩模精确度的因素 * ★影响图形精度的另一因素是内应力。 ★由于掩模本身是只有1～2 μm厚的薄膜，任何残余应力或热应力都会引起掩模变形，使掩模图形产生畸变。 ★任何一种材料形成的薄膜都会有内应力，这是由薄膜形成工艺造成的。金属吸收层图形也会有内应力，这种内应力会使载膜变形，导致掩模图形畸变。 影响掩模精确度的因素 * ★除了内应力之外，外应力也会使掩模变形。外应力包括固定掩模的外力和温度变化造成的热应力。 ★在固定掩模时要保证掩模本身不受到或受到最小的外力压挤。 影响掩模精确度的因素 * ★温度变化主要来自于X射线曝光在掩模上产生的热效应。在X射线曝光过程中，载膜要吸收30％~50％的X射线能量，造成局部加热升温。 影响掩模精确度的因素 ★采取一些降温的措施后，掩模在曝光过程中的升温一般可以保持在不超过0．1℃： （1）掩模本身是由硅片支撑的，硅本身是热的良导体。 （2）X射线曝光机的同步辐射环引出窗口到掩模之间的通道内都充满氦气。氦气一方面可以减少X射线在空气中的能量损失，另一方面可以帮助带走掩模上的能量。氦气的热导率要比空气高得多。 * ★X射线对抗蚀剂的感光过程与电子束曝光几乎是一样的。 ★在电子束曝光中，入射电子直接对抗蚀剂的分子键起作用；在X射线曝光中，X射线的作用是激发产生光电子和俄歇(Auger)电子，这些光电子和俄歇电子再对抗蚀剂分子键起作用。 ★所以，凡是对电子