微系统加工制造技术(一)课件.ppt

投影曝光时，投影物镜在硅片表面上重新构筑空间图像。对于一个理想的镜头系统，图像质量仅仅受到由于数值孔径大小有限而造成的部分衍射光不能通过镜头而造成的限制。镜头系统在空气中的NA值由下式确定，θ是可以进入镜头的衍射光线的最大角度: 投影曝光时的限制粗略地由以下Rayleigh公式得到。分辨率由辐照波长、NA和经验常数k1确定，k1取决于光刻胶的类型、衬底和工艺环境。在实验室条件下，假定k10.5，而成熟工艺条件下k1典型值0.8至1.2: 即数值孔径越大可曝光的线条越细。 。 在参考书中给出的1:1占空比光栅的透光量分布及最小可分辨线宽。 。 。 。 光刻模式比较 接触式光刻技术中、涂了光刻胶的样品于掩膜版直接接触，由于光刻胶与掩膜版之间接触紧密，因此分辨率可以比较高，在采用0.5um后的正胶时，刻出1um的图形是比较容易的，接触时曝光的一个主要问题是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤，当用力使掩膜版和硅片接触和对准时，只要在硅片上又一些很小的灰尘，就可能在掩膜版上造成损伤，这样在今后所有再利用这块掩膜版曝光的硅片上多会出现这个缺陷，因此采用这种方法几乎曝不出合格的没有缺陷的超大规模集成电路芯片，但是适用与中小规模集成电路和普通为加工。 接近式曝光与接触式非常相似，只是曝光时硅片与掩膜版之间保留一个很小的间隙，这个间隙一般再10-25um之间，此间隙可以大大减少膜版的损伤，但是由于膜版与光刻胶之间存在一定的间隙，经过掩膜版之后的光会发生衍射，从而使光刻的分辨率降低，分辨率正比于(λd)0.5，其中λ为曝光波长，d为间隙。 投影式光刻：设备复杂、成本高，所以目前还没有在MEMS中使用. 。 在微系统中经常用到的双面曝光示意图。双面曝光由3种形式: 红外穿透对准、双面成像对准正面曝光、双面成像对准双面曝光。各有优缺点。 双面成像对准双面曝光示意图 。 关于显影(development) 显影工序使将在曝光过程中形成的隐性图形成为光刻胶在与不在的显性图形，以作为下一步加工的膜版。显影中进行的是选择性溶解的过程，最重要的是曝光区和未曝光区之间溶解率的比值(DR)。商用正胶有大于1000的DR比，在曝光区溶解速率为3000nm/min，在未曝光区只有几nm/min。 现在有二种显影方法，一是湿显影，他在IC和微加工中正广泛使用，另一种是干显影，尚在研究阶段。 。 湿显主要的形式是浸显和喷显。浸显是将样品或与其盒子一起整个放入显影液中，在一定温度下反应一定的时间。而在喷显中，新鲜液直接喷到样品表面。 湿显有时会导致胶膨胀或胶的附着力下降，而干显可以克服这个问题，因为后者用气相反应或等离子体显影。在等离子体显影中，氧反应离子刻蚀(O2-RIE)比较常用，利用的是曝光前后O2-RIE速率的差别。根据环保要求，干显取代湿显将是发展方向。 。 。 Micro-System 微系统加工制造技术(一) 刻划技术(Lithography) 一 刻划技术的内涵和历史(Lithography’s Origin) 二 光刻技术 (Photo-Lithography) -----光刻的基本要素：光刻胶、光刻膜版(Mask)、光刻机 -----甩胶和软加热(Spinning Resist and Soft Baking) -----曝光和曝后处理(Exposure and Post-Exposure Treatment) -----显影(Development) (双面爆光from p24) -----去除残留和硬加热 其它刻划技术 -----X-ray刻划 -----电子束和离子束刻划 -----探针扫描刻划 。 刻划技术的历史 现代刻划技术可以追溯到190年以前，1822年法国人Nicephore niepce在各种材料光照实验以后，开始试图复制一种刻蚀在油纸上的印痕（图案)，他将油纸放在一块玻璃片上，玻片上涂有溶解在植物油中的沥青。经过2、3小时的日晒，透光部分的沥青明显变硬，而不透光部分沥青依然软并可被松香和植物油的混合液洗掉。通过用强酸刻蚀玻璃板，Niepce在1827年制作了一个d’Amboise主教的雕板相的复制品。 刻划(Lithography)一词(希腊语Lithos指石头、Graph指写)起源于1796年Senefolder发明的工艺。他发现石头经过适当的浸墨和化学处理、可以用来往纸上复制图形，石头经过化学处理可以使其亲油或亲水，从而----。 。