基于光刻工艺的微纳加工技术主要包含以下过程:掩模(mask)制备、图形形成及转移(涂胶、曝光、显影)、薄膜沉积、刻蚀、外延生长、氧化和掺杂等。在基片表面涂覆一层某种光敏介质的薄膜(抗蚀胶),曝光系统把掩模板的图形投射在(抗蚀胶)薄膜上,光(光子)的曝光过程是通过光化学作用使抗蚀胶发生光化学作用,形成微细图形的潜像,再通过显影过程使剩余的抗蚀胶层转变成具有微细图形的窗口,后续基于抗蚀胶图案进行镀膜、刻蚀等可进一步制作所需微纳结构或器件。泛曝光在图形反转胶中的应用。山西微纳加工技术

在光刻胶技术数据表中,会给出一些参考的曝光剂量值,通常,这里所写的值是用单色i-线或者BB-UV曝光。正胶和负胶的光反应通常是一个单光子过程与时间没太大关系。因此,在原则上需要多长时间(从脉冲激光的飞秒到接触光刻的秒到激光干涉光刻的小时)并不重要,作为强度和时间的产物,作用在在光刻胶上的剂量是光强与曝光时间的产物。在增加光强和光刻胶厚度较大的时候,必须考虑曝光过程中产生的热量和气体(如正胶和图形反转胶中的N2排放)从光刻胶膜中排出时间因为热量和气体会导致光刻胶膜产生热和机械损伤。衬底的反射率对光刻胶膜实际吸收的曝光强度有影响,特别是对于薄的光学光刻胶膜。玻璃晶圆的短波光强反射约10%,硅晶片反射约30%,金属薄膜的反射系数可超过90%。哪一种曝光剂量是“比较好”也取决于光刻工艺的要求。有时候稍微欠曝光可以减小这种衬底反射带来的负面影响。在厚胶情况下,足够的曝光剂量是后续合理的较短显影时间的保障。江西接触式光刻随着波长缩短,EUV光刻成为前沿技术。

光刻对准技术是曝光前一个重要步骤作为光刻的三大主要技术之一,一般要求对准精度为细线宽尺寸的1/7---1/10。随着光刻分辨力的提高,对准精度要求也越来越高,例如针对45am线宽尺寸,对准精度要求在5am左右。受光刻分辨力提高的推动,对准技术也经历迅速而多样的发展。从对准原理上及标记结构分类,对准技术从早期的投影光刻中的几何成像对准方式,包括视频图像对准、双目显微镜对准等,一直到后来的波带片对准方式、干涉强度对准、激光外差干涉以及莫尔条纹对准方式。
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。光刻胶根据其感光树脂的化学结构也可以分为光交联性、光聚合型、光分解型和化学放大型。

随着光刻对准技术的发展,一开始只是作为评价及测试光栅质量的莫尔条纹技术在光刻对准中的应用也得到了更深层的开发。起初,其只能实现较低精度的人工对准,但随着细光栅衍射理论的发展,利用莫尔条纹相关特性渐渐也可以在诸如纳米压印光刻对准等高精度对准领域得到应用。莫尔条纹是两条光栅或其他两个物体之间,当它们以一定的角度和频率运动时,会产生干涉条纹图案。当人眼无法看到实际物体而只能看到干涉花纹时,这种光学现象就是莫尔条纹。L.Rayleigh对这个现象做出了解释,两个重叠的平行光栅会生成一系列与光栅质量有关的低频条纹,他的理论指出当两个周期相等的光栅栅线以一定夹角平行放置时,就会产生莫尔条纹,而周期不相等的两个光栅栅线夹角为零(栅线也保持平行)平行放置时,也会产生相对于光栅周期放大的条纹。光刻过程中的掩模版误差必须严格控制在纳米级。佛山芯片光刻
刻胶显影完成后,图形就基本确定,不过还需要使光刻胶的性质更为稳定。山西微纳加工技术
掩膜对准光刻及步进投影式光刻机中常用汞灯作为曝光光源,其发射光谱包括g-(波长435nm)、h-(波长405nm)和i-线(波长365nm)。一个配有350wHg灯的6英寸掩模对准器通常能获得大约光输出。15–30mw/cm2,i-线强度通常大约占全部三条线总光强的40%。LED作为近年来比较常见的UV光源在掩膜对准式光刻系统中比较常见,其相比于汞灯光源其优点是冷光源,不会对光刻胶产生辐照加热,避免光刻胶受热变形。除了Hg灯,具有合适波长的激光器也是光刻胶曝光的合适光源。由于光引发剂的光谱吸收带不会在某一特定波长突然终止,相应的适应剂量也会暴露在比数据表中所示范围高约10nm的波长处,但这延长了需要直写的时间。另外,在干涉光刻中也常常用的例如He-Cd(328nm)作为光源,其同样能对大部分i-线胶进行曝光。山西微纳加工技术