光刻與等離子體刻蝕技術

2020-12-04 曹孟起說科技

光刻是一種圖像複印同刻蝕相結合的技術 ,它有光學、電子束、離子束、X 射線和掃描隧道顯微鏡(STM) 納米光刻等方法. 光學光刻的原理和印像片相同 ,塗在矽片上的光刻膠相當於相紙 ,掩模相當於底片. 用特定波長的光照射光刻膠 ,光刻膠有感光性和抗蝕性即正負性兩種類型. 正膠曝光部分在顯影液中被溶解 ,沒有曝光的膠層留下 ;負膠的曝光部分在顯影液中不溶解 ,而沒有曝光的膠層卻被溶解掉. 經過顯影 ,則顯出光刻圖形 ,即集成電路的圖形 (見圖 1) .

光學光刻是由投影光學系統和掩模版相結合來產生光刻圖形的. 曝光方式普遍採用分布復重投影式曝光 ,即將一組圖形重複上百次製作在一大片矽片上. 以 i 線 365nm 波長的近紫外光刻蝕和準分子雷射步進機、雷射掃描投影光刻機為代表的現代光學曝光技術 ,由於在生產效率、大批量生產、工業應用基礎和技術成熟程度等方面佔有明顯優勢 ,仍然是當前和今後一個長時期光刻加工的主流技術.

然而 ,光學光刻存在著極限解析度較低和焦深不足的問題. 所以光學光刻的發展潛力受到人們的懷疑.近年來光學光刻技術的進步和高經濟效益 ,使光學光刻的極限線寬進一步下降 ,所以光學光刻至今仍在大批量生產中佔主導地位. 正在發展的新一代光學光刻技術主要包括相移掩模技術和 193nm ArF 準分子雷射光刻技術. 前者可以提高光刻解析度和改善焦深 ,後者在雷射透鏡材料、光學系統、光致抗蝕劑的光吸收等問題上的研究都取得了很大進展 ,已經刻蝕出了0.112μm 圖形線寬 ,而且 0.110μm , 0.1088μm 和0.107μm 的光刻可能性也有報導.

電子束光刻是利用電磁場將電子束聚焦到感光 膠 上 而 無 需 掩 模 , 它 的 分 辨 率 可 達0.110μm 到幾個納米. 離子束光刻使用離子源曝光 ,它分為聚焦離子束曝光、掩模離子束光刻和離子束濺射光刻. AL G1000 型離子束投影曝光機 可 達 到 0.118μm 光 刻 , 曝 光 深 度 大 於115μm ,可滿足 1 GB 晶片需要. X 射線光刻是深亞微米光刻技術之一.

它的優點是解析度高、焦深大、反射衍射的影響小 ,解析度優於 0.11μm ,特別是同步輻射 X 射線光刻能加工大規模集成電路平面微結構和複雜構造的三維立體結構和器件. L IGA 技術就是光刻、電鑄和注塑成型的三維同步輻射 X 射線光刻技術 ,它可以製作各種微器件微裝置(如微傳感器、微電機等) ,在科技和產業部門都有應用前景. 微立體光刻成型技術可以加工任意形狀的立體構件. STM 原理簡單 ,結構小巧 ,有極高的解析度 (豎直和水平方向分別為 0.101nm 和 0.11nm) 被用於納米加工和測量. 它可在樣品表面直接刻寫、澱積和進行單原子操作 ,稱為納米印刷術. 另外這個家族的近場光學顯微鏡也可以進行納米級光刻.在微電子和納米電子技術中 ,在半導體器件、薄膜、材料和微機械加工中 ,光刻都佔有重要地位. 目前光刻技術正向著更精密、高效和實用化的方向發展.

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    幹法刻蝕是把矽片表面曝露於氣態中產生的等離子體，等離子體通過光刻膠中開出的窗口，與矽片發生物理或化學反應（或這兩種反應），從而去掉曝露的表面材料。幹法刻蝕是亞微米尺寸下刻蝕器件的最重要方法。而在溼法腐蝕中，液體化學試劑（如酸、鹼和溶劑等）以化學方式去除矽片表面的材料。溼法腐蝕一般只是用在尺寸較大的情況下（大於3微米）。溼法腐蝕仍然用來腐蝕矽片上某些層或用來去除幹法刻蝕後的殘留物。
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    一直到現在，還有人認為我國晶片製造設備已經突破了最尖端的技術，達到了領先的水平，在很多論壇上總是有我國突破了晶片的5nm加工製程技術的強國貼。 在光刻過程中，先在矽基上均勻塗一層光刻膠（下圖1），然後用光刻機在掩膜的幫助下對光刻膠進行曝光（下圖2），經過光照的光刻膠就可以用液體清洗掉（下圖3），這時用刻蝕機對矽基進行蝕刻（下圖4）,蝕刻之後清洗乾淨，就可以在矽基上鍍銅了（下圖5）
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    光刻技術的發展史 光刻技術是利用光化學反應原理和化學、物理刻蝕方法將掩模板上的圖案傳遞到晶圓的工藝技術光刻的原理起源於印刷技術中的照相製版,是在一個平面上加工形成微圖形。光刻技術按曝光光源主要分為光學光刻和粒子束光刻(常見的粒子束光刻主要有X射線、電子束和離子束光刻等)。其中光學光刻是目前最主要的光刻技術,在今後幾年內其主流地位仍然不可動搖。 光刻技術的進步使得器件的特徵尺寸不斷減小，晶片的集成度和性能不斷提高。
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