微细加工技术及其应用

微细加工技术及应用作业姓名：唐玉玲学号：2011214764班级：1611102专业：微电子1.对比正负光刻胶（特性、成分、使用方法）正性胶和负性胶性能特征比较不同曝光方式的正负性胶及光刻灵敏度2.分析投影式曝光取代掩膜式曝光的原因阴影式曝光技术中,掩膜直接与晶片接触实现曝光的,叫接触式曝光;掩膜与晶片保持一间隙实现曝光的,叫接近式曝光。接触式曝光技术比较简单,能获得较高分辨率(约1μm),但掩膜与晶片间容易夹入灰尘颗粒,造成掩膜永久性损伤,降低成品率。接近式曝光不会带来灰尘颗粒损伤,但掩膜和晶片间的间隙(一般为10～50μm)能导致光衍射误差,降低分辨率。投影式曝光是利用光学投影成像的原理,通过投影物镜将掩膜版大规模集成电路等的图形的像(1∶1像或缩小像),投影到涂有感光胶的晶片上,完成图形转移。掩膜图形晶片离掩膜有几厘米远,掩膜图形被逐块聚焦成像投影到晶片上,并通过扫描或分步重复完成整个晶片表面的曝光。投影式曝光技术能够得到接触式曝光的分辨力,而且又能避免接触曝光易损伤和玷污掩膜版的弊端。目前光学光刻技术虽然是主流技术,但光学曝光技术还有一定的局限性,首先是光学衍射效应的限制;光学系统的数值孔径和光学畸变也导致光学曝光的局限;另外光源和抗蚀剂也是光学光刻无法逾越的障碍。3.电子束曝光的邻近效应特点电子束入射到抗蚀剂后，与抗蚀剂材料中的原子发生碰撞，产生散射。如果两个图形离得很近，散射的电子能量会延伸到相邻的图形中，使图案发生畸变；单个图形的边界也会由于邻近效应而扩展。剂量校正：由于电子束散射，同一图形在同一剂量下曝光的能量分布式不同的，需要人为的改变曝光剂量。将图形进行几何分割，计算每一部分能量的分布（每一点能量的分布符合双高斯函数），按照不同的区域分配曝光剂量。缺点：计算复杂，需要CAPROX等专业软件；计算假设每一图形内部剂量一致，误差存在。4.两种工艺（离子物理刻蚀与反应离子刻蚀）在大深宽比结构应用中的优缺点离子物理刻蚀刻蚀优缺点：离子刻蚀包括离子束刻蚀（IBE）和溅射刻蚀（SE）两种。它们都是利用具有一定动能的惰性气体（如氩气）的离子轰击基片表面而造成刻蚀的，因此基本上是一种物理过程。溅射刻蚀（SE）各向异性好，刻蚀图形边缘整齐，有很高的分辨率，但是这种方法轰击离子具有较高能量，易造成样品的辐射损伤，特别对性能较敏感的结构，且刻蚀速率小，并且对不同材料缺少选择性。离子束刻蚀（IBE）则是利用离子源产生具有一定动能的惰性气体的离子，轰击样品表面而造成刻蚀。离子束刻蚀速率主要取决于离子束入射角、离子能量、离子束流密度[34]以及被刻蚀材料。反应离子刻蚀（RIE）优缺点：在射频溅射刻蚀时，若用反应气体代替惰性气体，则称之为反应离子刻蚀，这种方法是离子轰击的物理效应和活性粒子的化学效应的结合，因而兼有前面两类刻蚀方法的优点，不仅有高的刻蚀速率，而且可以有良好的方向性和选择比，能刻蚀精细图形。反应离子刻蚀、溅射刻蚀和平板等离子体刻蚀的装臵基本上都是平行板电极系统。反应离子刻蚀与溅射刻蚀的主要区别在于：后者只是用惰性气体的离子束，而前者则是用活性气体。反应离子束刻蚀（RIBE）利用从离子源发出的化学活性物质对基片表面进行轰击、反应，使基片刻蚀的方法。与IBE的区别是使用活性离子，而不是惰性气体离子。它具有可刻蚀亚微米结构能力，可控制侧壁倾角，减少反应室的玷污及腐蚀等优点，但也存在选择性差、器件寿命短、刻蚀速率低的问题。在新一代高密度等离子体源中，感应耦合等离子体技术（InductivelyCoupledPlasma）和螺旋波等离子体（HeliconPlasma）最为引人注目，前者的工作原理是通过外加高频耦合射频电磁场，使电子和气体分子碰撞电离产生等离子体，该技术结合侧壁钝化工艺刻蚀硅，可获得高深宽比（100）的硅微结构。后者则具有异常高的等离子体密度，在等离子体中心区电离效率几乎可达100%。5.X射线曝光的用途及其为什么没有取代传统曝光用作大规模集成电路一般把波长小于10nm的电磁辐射称之为X射线。由于它的波长很短,具备了许多普通光波所不具备的特征。X射线曝光(X2RayLithography,XRL)原理为高能电子束轰击靶材料,使靶释放出X射线作为照明光源。从靶辐射出的X射线先透过很薄的滤光窗(铍对X射线的吸收率最低,通常用10～20μm厚的铍材料做滤光窗),在常压氦气下,激光掩膜对片子上的抗蚀剂进行曝光。X射线曝光其波长在0101～2nm(硬射线)时,可以在更厚的感光胶上制作大深宽比的图形,是微机电系统MEMS的LIGA(光刻、电铸和模铸)工艺的重要手段。X射线曝光与光学曝光比较其特点是:1)X射线曝光具有波长很短,衍射效应小,可以复制极细线条的图形,具有极高的光刻分辨率等特性,分辨率已达到25nm,而传统光学曝光的分辨率为70nm。2)X射线光刻,除分辨率极高外还具有焦深长的特性,成像质量好。目前X射线光刻使用的曝光波长在0101～2nm的范围内,可以获得≤10nm的图形;但对于传统光学光刻来说,光学透镜的数值孔径越大分辨率也就越高,同时又会导致焦深值的下降,限制了传统光学曝光图形的成像效果。而且X射线光刻的大焦深不影响其分辨率,这是传统光学光刻难以做到的。3)X射线可以穿透尘埃,方向性好,对环境不敏感。而传统光学光刻掩膜版上掩膜与曝光硅片之间存在的任何污点和缺陷颗粒都可能被复印到硅片上。4)在X射线曝光的情况下,不必为了在曝光、显影过程中出现类似电子束曝光存在的邻近效应,而规定一系列复杂的使用条件,而且可以得到纵横比大的、清晰的抗蚀剂图形。5)在X射线光刻中发生的图像缩短效应比传统光学光刻要弱得多,而且X射线光刻的独特优点之一是掩膜对X射线的吸收不会发生严重的寄生衍射、驻波效应,没有缺痕也不需要抗射涂层,而且生产率高。6.离子束曝光没有取代传统光学曝光的最主要原因离子束是一种带电原子或带电分子流。离子投影曝光(IonProjectionLithography,IPL)就是由气体(氢或氦)离子源发出的离子,通过多极静电离子透镜投照于掩模,并将图像缩小后聚焦于涂有抗蚀剂的片子上,进行曝光和步进重复操作。IPL具有分辨率高而焦深长,数值孔径小而视场大,衍射效应小,损伤小,产量高,而且对抗蚀剂厚度变化不敏感,工艺成本低等特点。离于束曝光和电子束曝光比较,首先是无邻近效应,离子具有电子无法比拟的优点———最轻的离子质量都比电子重2000倍左右,离子束在感光胶中散射范围极小,离子束曝光基本不存在邻近效应。其次可以获得高图形分辨率,由于质量大的原因,导致离子射线的波长比电子射线的波长短得多,在相同加速电压时,比电子束有更高的分辨率。离子束曝光得到的图形的侧壁比较陡直,其最细线宽在10nm左右;同时导致离子束射入感光胶的射程比电子束的短,入射离子的能量能被感光胶材料充分吸收,感光胶对离子束的灵敏度高于电子束1～2个数量级,在应用同一种抗蚀剂时,离子束曝光的速度远高于电子束曝光;最后离子束曝光可实现无抗蚀剂直接曝光。扫描离子束曝光和扫描电子束曝光一样,主要用于制作掩膜版和对晶片直接光刻(directwriting),但用于大规模生产仍然存在着掩膜制作、对准技术有难度的问题,提供商品化产品尚需时日。