第十一章其它精密与特种加工.ppt

* 光刻技术一般由以下基本的工艺过程构成，如图11.34所示。 ①原图制作 按照产品图纸的技术要求，采用CAD等技术对加工图案进行图形设计，并按工艺要求生成图形加工NC文件。 ②光刻制母版 通过数控绘图机，利用激光光源按NC程序直接对照相底片曝光制作原图。为提高制版精度，常以单色绿光(＝546 nm)作透射光源对原图进行缩版，制成母版。 ③预处理基底(多为硅片)或被加工材料表面，通过脱脂、抛光、酸洗、水洗的方法使被加工表面得以净化，使其干燥，以利于光刻胶与硅片表面有良好的粘着力。 ④涂覆光刻胶层 在待光刻的硅片表面均匀涂上一层黏附性好、厚度适当的光刻胶。 ⑤前烘 使光刻胶膜干燥，以增加胶膜与硅片表面的黏附性和胶膜的耐磨性，同时使曝光时能进行充分的光化学反应。 ⑥曝光 在涂好光刻胶的硅片表面覆盖掩膜版，或将掩膜置于光源与光刻胶之间，利用紫外光等透过掩膜对光刻胶进行选择性照射。在受到光照的地方，光刻胶发生光化学反应从而改变了感光部分的胶的性质。曝光时准确的定位和严格控制曝光强度与时间是其关键。 * ⑦显影及检查 显影的目的在于使曝过光的硅片表面的光刻胶膜呈现与掩膜相同(正性光刻胶)、或相反(负性光刻胶)的图形。为保证质量，显影后的硅片要进行严格检查。 ⑧坚膜 使胶膜与硅片之间紧密黏附，防止胶层脱落．并增强胶膜本身的抗蚀能力。 ⑨腐蚀 以坚膜后的光刻胶作为掩蔽层，对衬底进行干法或湿法腐蚀，得到期望的图形。 ⑩去胶 用干法或湿法去除光刻胶膜。 图11.34 光刻加工基本流程 11.6.2 光刻加工应用及关键技术 光刻加工中的关键技术主要包括掩膜制作、曝光技术、刻蚀技术等，以下分别介绍。 * 11.6.2 光刻加工应用及关键技术 1.光刻掩膜制作 掩膜的基本功能是当光束照在掩膜上时，图形区和非图形区对光有不同的吸收和透过能力。理想的情况是图形区可让光完全透射过去，非图形区则将光完全吸收，或与之完全相反，由于掩膜有两种结构，而基底上涂布的抗蚀剂也有正负之分，故掩膜和硅片结构共有四种组合方式。通过它们的不同组合，可以将掩膜图形转印到硅片抗蚀剂上再经过显影，刻蚀和沉积金属等工艺，即可获得诸如集成电路的图形结构。 掩膜的制造技术发源于光刻，而后在其发展中逐渐独立于光刻技术。制造工艺可分为版图设计、掩膜原版制造、主掩膜制造和工作掩膜制造四个主要阶段。图11.35表示了制作掩膜的工艺流程。 * 设计图形用绘图机制成标准的掩膜放大图形，经缩小照相机得到比实际掩膜图形放大的掩膜原版图形，最后通过步进重复殖版机可形成主掩膜版(光刻掩膜)图形。目前较先进的制版技术一般由计算机辅助设计CAD版图，而后在计算机控制下经电子束曝光机直接制作主掩膜版，或计算机控制光学图形发生器制版。为提高掩膜精度，当前绘图机一图形发生器一电子束曝光的流程正成为制造工艺向前发展的主流。 2．曝光技术 曝光技术可以从曝光能量束、掩膜处于不同空间位置等来分类考察。编者仅从前者的角度进行阐述。 从能量束角度看，目前微细加工光刻采用的主要技术有远紫外曝光技术、电子束曝光技术、离子束曝光技术、X射线曝光技术。其中，离子束曝光技术具有最高的分辨率；电子束则代表了最成熟的亚微米级曝光技术；紫外准分子激光曝光技术则具有最佳的经济性，是近年来发展极快且实用性较强的曝光技术，已在大批量生产中处于主导地位。几种曝光技术的比较如表11.7所示。 * 图11.35 掩膜制作工艺流程 * 表11.7 几种曝光方式的比较 (1)远紫外曝光技术 ． 远紫外光(deep ultraviolet)的波长为200～300 nm，与以往光刻曝光工艺中采用的400nm左右的紫外光相比，光的波长缩短一半左右，因此，可以获得更高分辨率的光刻线条。远紫外曝光光源常用长弧形汞灯和氙—汞短弧光灯。这种曝光方式的光学系统原则上可以采用接触式、接近式和投影式等结构。 远紫外曝光技术价值取决于有无合适的抗蚀剂，曝光机构的输出光谱和抗蚀剂吸收光谱之间的匹配程度决定了这种曝光技术的生产能力。实际上，要得到直壁式的抗蚀剂图形轮廓，要求抗蚀剂只能吸收少量的入射光(一般低于20％)。但另一方面，吸收太少的入射光会增加实际的曝光时间。 对于掩膜，常用质量高的人造石英作掩膜基底材抖，它对远紫外光有良好的透射性；而用铝膜或铬膜作为耐远紫外光的掩蔽膜。 * (2)电子束曝光技术 电子束曝光技术是20世纪60年代发展起来的，它是利用电子束对微细图形进行直接描画或投影复印的图形加工技术