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。光刻图案的复杂性随着制程的进步而不断增加。微纳光刻加工平台

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。江苏材料刻蚀公司掩膜版中铬-石英版取得广泛应用。

电子束曝光指使用电子束在表面上制造图样的工艺,是光刻技术的延伸应用。它的特点是分辨率高、图形产生与修改容易、制作周期短。它可分为扫描曝光和投影曝光两大类,其中扫描曝光系统是电子束在工件面上扫描直接产生图形,分辨率高,生产率低。投影曝光系统实为电子束图形复印系统,它将掩模图形产生的电子像按原尺寸或缩小后复印到工件上,因此不仅保持了高分辨率,而且提高了生产率。电子束曝光系统一般包括如下配件:电子束源:热电子发射和场发射、电磁透镜系统、Stage系统、真空系统、控制系统。通常来说,电子束的束斑大小决定了曝光设计线宽,设计线宽应至少为束斑的3倍以上。由于电子束的束斑大小和束流大小、光阑大小等直接的相关,而束流大小、步距等又决定了曝光时间的长短。因此,工作时需要综合考虑决定采用的束流及工作模式。
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。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。

现有光刻主要利用的是光刻胶中光敏分子的单光子吸收效应所诱导的光化学反应。光敏分子吸收一个能量大于其比较低跃迁能级的光子,从基态跃迁到激发态,经过电子态之间的转移生成活性种,诱发光聚合、光分解等化学反应,使光刻胶溶解特性发生改变。光刻分辨率的物理极限与光源波长和光刻物镜数值孔径呈线性关系,提高光刻分辨率主要通过缩短光刻光源波长来实现。尽管使用的光刻光源波长从可见光(G线,436nm)缩短到紫外(Ⅰ线,365nm)、深紫外(KrF,248nm;ArF,193nm)甚至极紫外(EUV,13.5nm)波段,由于光学衍射极限的限制,其分辨率极限在半个波长左右。对于透明基片的双面光刻加工,其准标记可灵活设计。云南光刻技术
光刻机利用精确的光线图案化硅片。微纳光刻加工平台
当图形尺寸大于3μm时,湿法刻蚀广用于半导体生产的图形化过程。湿法刻蚀具有非常好的选择性和高刻蚀速率,这根据刻蚀剂的温度和厚度而定。比如,氢氟酸(HF)刻蚀二氧化硅的速度很快,但如果单独使用却很难刻蚀硅。因此在使用氢氟酸刻蚀硅晶圆上的二氧化硅层时,硅衬底就能获得很高的选择性。相对于干法刻蚀,湿法刻蚀的设备便宜很多,因为它不需要真空、射频和气体输送等系统。然而当图形尺寸缩小到3μm以下时,由于湿法刻蚀为等向性刻蚀轮廓(见图2),因此继续使用湿法刻蚀作为图形化刻蚀就变得非常困难,利用湿法刻蚀处理图形尺寸小于3μm的密集图形是不可能的。由于等离子体刻蚀具有非等向性刻蚀轮廓,在更精密的图形化刻蚀中,等离子体刻蚀就逐渐取代了湿法刻蚀。湿法刻蚀因高选择性被用于剥除晶圆表面的整面全区薄膜。微纳光刻加工平台