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X射线光刻技术光刻基本介绍在硅片表面涂胶,然后将掩模版上的图形转移到光刻胶上的过程,再通过后续加工将图形转移到硅片上将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。光刻占40%到50%的流片时间。决定最小特征尺寸。掩模版—光刻胶—硅圆片光刻处于晶圆加工过程的中心,一般被认为是集成电路(IC)制造中最关键的步骤,需要高性能以便结合其他工艺获得高成品率。光刻的基本原理图光刻的本质是把所需图形复制到待刻蚀晶圆片,电路图形首先被制作在被称作光刻掩膜版的石英膜版上,然后将图形精确、重复转印至涂有光刻胶的待腐蚀层上。利用光刻胶的选择性保护作用,对需腐蚀图形进行选择性化学腐蚀,在表面形成与光刻模板图形相同(或相反)的图形。光刻工艺的概念光刻的目的光刻实际是图形的转移,把掩膜版上的图形转移到晶圆的表面。主要目的是用来在不同器件和电路表面形成所需的各种图形。如经常用到的局部掺杂的掩蔽图形,互连连接的金属线图形等。光刻工艺的目标主要包括在晶圆表面建立尽可能接近设计规则中所要求的图形和晶圆表面正确地定位图形。光刻三要素①掩模版:主体为石英玻璃,透光性高,热膨胀系数小②光刻胶:又称光致抗蚀剂,采用适当的有选择性的光刻胶,使表面上得到所需的图像。③曝光机:用于曝光显影的仪器,利用光源的波长对于光刻胶的感光度不同,对光刻的图形进行曝光。光刻工艺的基本步骤光刻的基本工艺步骤1)气相成底膜硅片清洗脱水烘培增粘处理抽抽目的是保证硅片的良好平面度、洁净度、增强硅片与光刻胶之间的粘附性在硅片成底膜前对其表面进行脱水干燥处理目前多采用两种方法相结合实现气相成底膜工艺,清洗后脱水干烘,然后采用六甲基二硅胺烷(HMDS)进行成膜处理2)旋转涂胶涂胶是将光刻胶溶液均匀涂在硅片表面的过程。分为滴涂法和自动喷涂法两种。其中,前者涂布效果好,后者则适用于企业的大规模生产。3)软烘(前烘)软烘可使光刻胶中溶剂进一步挥发、缓和旋转涂布过程中胶膜内应力、提高光刻胶粘附性和均匀性、优化光刻胶光吸收特性(敏感性)、增强胶膜机械擦除能力等。常用方法:烘箱法:生产效率高;成本低;烘箱内温度变化大且不均匀热板法:溶剂由内向外蒸发,残留少;传热快;温度均匀红外线加热:溶剂由内向外蒸发,残留少;时间短;温度均匀;4)对准和曝光光刻设备主要包括紫外光源、光学系统、投影掩膜版、对准系统等。4)对准和曝光掩膜版透明和非透明区域组成了待转移图形,曝光是将掩膜版上的图形精确复制成光刻胶上的最终图像,曝光过程中,从光源发出的光通过对准的掩膜版将能量传递给光刻胶,并使光刻胶结构发生改变(感光)实现曝光。5)曝光后烘焙曝光后烘焙可促进关键部位光刻胶化学反应特性:紫外光曝光过程中,在光刻胶曝光区产生一种酸,有利于催化光刻胶溶于显影液,烘焙可以使光生酸扩散至曝光-未曝光界面,改善图形显影效果。6)显影显影是指将已曝光晶圆片采用适当溶剂(显影液)浸渍或喷淋,使光刻胶上的不需要区域溶解掉获得所需图案的过程——冲洗照片。控制关键尺寸是显影过程重点,与曝光质量、所用显影液种类、显影方式和显影时间等有关系。7)坚膜显影后的热烘焙称为坚膜,由于显影液对光刻胶膜的影响,胶膜在显影后易软化、膨胀,导致粘附力下降,坚膜过程可以改善胶膜粘附力、去除剩余溶剂和水,保证胶膜达到一定硬度等。8)显影检查显影后进行检查用来检测光刻工艺好坏,目的是查找光刻胶成形图形缺陷,为随后刻蚀或离子注入做准备,并及时去除有缺陷的硅圆片,显影检查通常采用自动检测设备进行。主要包括对光刻胶粘附性和质量的检查。X射线光刻的发展X射线光刻的原理软X射线光刻主要由X射线掩模、光刻胶、步进光刻机和X射线光源组成。软X射线光刻的组成X射线掩模光刻胶光刻胶X射线步进光刻机X射线源X射线源X射线光刻技术的优点德国联邦工程物理研究所(Physikalisch-TechnischeBundesanstalt,简称PTB),BESSY研究中心和激光技术研究所(InstituteofLaserTechnology),对X射线投影光刻的有关单元技术,利用同步加速器X射线源进行光学超高精度表面反射率的测量、透射软X射线掩模板的制作、激光等离子体的研究、多层膜的研究、利用同步辐射X射线作比对,对测量波长进行标定。在同步辐射X射线源上,用KarlSuss公司生产的XRS200型软X射线接近式光刻机做光刻试验,取得了一些阶段研究成果。德国联邦工程物理研究所研究了Carbon激光等离子体、Iron激光等离子体、Gold激光等离子体。采用Na玻璃激光器。光学件平面镀多层膜材料为Mo、Si,共30层对,反射率可达70%。光学件球面多层膜反射率达60%。光学件由美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)研制。该研究中心曾做过1∶1和1∶10软X射线投影光刻试验,取得了0.13μm线宽极限的成果软X射线光刻的研究现状美国以AT&T贝尔研究所、劳伦斯·利弗莫尔国家实验室为中心,约有近百位研究人员进行X射线投影光刻技术的光学系统、多层反射膜技术、激光等离子体光源、反射式掩模的研究工作,美国政府支持2000万美元开展这项工作,并计划用5亿美元使其技术商品化,2004年研究出样机,2007年使其商品化。日本自1986年NTT公司报道了X射线缩小投影曝光方法以来,NTT和高度产业科学研究所等单位正在开展X射线投影光刻研究。俄罗斯俄罗斯科学院、列别切夫物理研究所、晶相研究所及伦琴光学系统研究所、白俄罗斯科学院、斯捷潘诺夫物理研究所、控制论研究所、白俄斯罗大学的应用物理研究所,已研制了五代X射线透镜,称作Kumakhov光学。研制出了多层膜反射镜样品;研究了同步辐射X射线光源、激光等离子体X射线源、真空放电箍缩等离子体X射线源、X射线源,取得了不少阶段关键单元技术成果。德国德国BESSY,微结构技术研究所,联邦工程物理研究所,激光技术研究所等单位在投影光刻、接近式光刻单元技术研究方面做了一定的工作。软X射线光刻研究团队
本文标题:X射线光刻
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