基于掩模板图形传递的光刻工艺可制作宏观尺寸的微细结构,受光学衍射的极限,适用于微米以上尺度的微细结构制作,部分优化的光刻工艺可能具有亚微米的加工能力。例如,接触式光刻的分辨率可能到达0.5μm,采用深紫外曝光光源可能实现0.1μm。但利用这种光刻技术实现宏观面积的纳米/亚微米图形结构的制作是可欲而不可求的。近年来,国内外比较多学者相继提出了超衍射极限光刻技术、周期减小光刻技术等,力求通过曝光光刻技术实现大面积的亚微米结构制作,但这类新型的光刻技术尚处于实验室研究阶段。SU-8光刻胶在近紫外光(365nm-400nm)范围内光吸收度很低。深圳芯片光刻

光刻(Photolithography)是一种图形转移的方法,在微纳加工当中不可或缺的技术。光刻是一个比较大的概念,其实它是有多步工序所组成的。1.清洗:清洗衬底表面的有机物。2.旋涂:将光刻胶旋涂在衬底表面。3.曝光。将光刻版与衬底对准,在紫外光下曝光一定的时间。4.显影:将曝光后的衬底在显影液下显影一定的时间,受过紫外线曝光的地方会溶解在显影液当中。5.后烘。将显影后的衬底放置热板上后烘,以增强光刻胶与衬底之前的粘附力。江西光刻加工平台每一代光刻机的进步都伴随着挑战与突破。

通过光刻技术制作出的微纳结构需进一步通过刻蚀或者镀膜,才可获得所需的结构或元件。刻蚀技术,是按照掩模图形对衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离的技术,可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀较普遍、也是成本较低的刻蚀方法,大部份的湿刻蚀液均是各向同性的,换言之,对刻蚀接触点之任何方向腐蚀速度并无明显差异。而干刻蚀采用的气体,或轰击质量颇巨,或化学活性极高,均能达成刻蚀的目的。其较重要的优点是能兼顾边缘侧向侵蚀现象极微与高刻蚀率两种优点。干法刻蚀能够满足亚微米/纳米线宽制程技术的要求,且在微纳加工技术中被大量使用。
湿法刻蚀是集成电路制造工艺采用的技术之一。虽然由于受其刻蚀的各向同性的限制,使得大部分的湿法刻蚀工艺被具有各向异性的干法刻蚀替代,但是它在尺寸较大的非关键层清洗中依然发挥着重要的作用。尤其是在对氧化物去除残留与表皮剥离的刻蚀中,比干法刻蚀更为有效和经济。湿法刻蚀的对象主要有氧化硅、氮化硅、单晶硅或多晶硅等。湿法刻蚀氧化硅通常采用氢氟酸(HF)为主要化学载体。为了提高选择性,工艺中采用氟化铵缓冲的稀氢氟酸。为了保持pH值稳定,可以加入少量的强酸或其他元素。掺杂的氧化硅比纯氧化硅更容易腐蚀。湿法化学剥离(WetRemoval)主要是为了去除光刻胶和硬掩模(氮化硅)。热磷酸(H3PO4)是湿法化学剥离去除氮化硅的主要化学液,对于氧化硅有较好的选择比。在进行这类化学剥离工艺前,需要将附在表面的氧化硅用HF酸进行预处理,以便将氮化硅均匀地消除掉。UV-LED 光源具有光强更高、稳定性更好的特点。

涂胶工序是图形转换工艺中重要的步骤。涂胶的质量直接影响到所加工器件的缺陷密度。为了保证线宽的重复性和接下去的显影时间,同一个样品的胶厚均匀性和不同样品间的胶厚一致性不应超过±5nm(对于1.5um胶厚±0.3%)。光刻胶的目标厚度的确定主要考虑胶自身的化学特性以及所要复制图形中线条的及间隙的微细程度。太厚胶会导致边缘覆盖或连通、小丘或田亘状胶貌、使成品率下降。在MEMS中、胶厚(烤后)在0.5-2um之间,而对于特殊微结构制造,胶厚度有时希望1cm量级。在后者,旋转涂胶将被铸胶或等离子体胶聚合等方法取代。常规光刻胶涂布工序的优化需要考虑滴胶速度、滴胶量、转速、环境温度和湿度等,这些因素的稳定性很重要。根据性质的不一样,光刻胶可以分为正胶和负胶。在工艺发展的早期,负胶一直在光刻工艺中占主导地位,随着VLSIIC和2~5微米图形尺寸的出现,负胶已不能满足要求。随后出现了正胶,但正胶的缺点是粘结能力差。目前,光刻胶原料仍大量依赖进口。材料刻蚀版厂家
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泛曝光是在不使用掩膜的曝光过程,会对未暴露的光刻胶区域进行曝光,从而可以在后续的显影过程被溶解显影。为了使光刻胶轮廓延伸到衬底,(衬底附近)光刻胶区域也应获得足够的曝光剂量。泛曝光的剂量过大并不会影响后续的工艺过程,因为曝光区域的光刻胶在反转烘烤过程中已经不再感光。因此,我们建议泛曝光的剂量至少是在正胶工艺模式下曝光相同厚度的光刻胶胶膜所需要剂量的两到三倍。特别是在厚胶的情况下(>3um胶厚),在泛曝光时下面这些情况也要考虑同样的事情,这也与后正胶的曝光相关:由于光刻胶在反转烘烤步骤后是不含水分,而DNQ基光刻胶的曝光过程是需要水的,因此在泛曝光前光刻胶也需时间进行再吸水过程。由于泛曝光的曝光剂量较大,曝光过程中氮的释放可能导致气泡或裂纹的形成。深圳芯片光刻