微系统加工制造技术PPT幻灯片课件

微系统，微系统加工制造技术(a)表征技术(Lithography) 1表征技术的意义和历史(Lithography sorigin sorigin)2光刻技术(Photo-Lithography) -光刻技术1822年，法国人Nicephoreniepce进行了各种材料照明实验后，他开始尝试在油纸上复制ee上的痕迹(图案)，在ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上以ee上。是在溶于植物油的沥青上涂上涂层的玻璃片上涂上的。接受2，3小时的太阳能后，透光部分的沥青相当坚硬，不透明部分的沥青仍然柔软，可以用松香和植物油的混合液冲洗。通过将玻璃板蚀刻成强酸，Niepce在1827年制作了dAmboise主教雕像的复制品。评分(LithoGraphy)一词(希腊语Lithos石头，graph写作)源于Senefolder于1796年发明的工艺。他发现，石头经过适当的墨水和化学处理，可以用来往的纸复制图纸，石头经过化学处理可以制造亲油或亲水性。2，异常是光刻图形转换和化学蚀刻过程的第一个例子。当时加工精度为0.5-1mm。Niepce的发明直到一百多年后，第二次世界大战的时候，才被用来在印刷电路板(塑料板)上制造铜线。到1961年，光刻技术在Si中用于制造大量微晶体管，当时使用的分辨率为5um，现在除了可见光光刻技术外，还出现了更高的分辨率方法，例如x射线和带电粒子表征。返回，3，光刻工艺中最广泛使用的评分方法是光刻技术，几乎所有从半导体行业的瓣膜到胶片的图形转换都采用光刻方法。一系列编码的图形曝光可以创建为复杂的多层IC。光刻技术的完成速度非常快，因此可以制作越来越小的图形。在IC产业。为了适应精细加工的需要，光刻技术的应用范围(形状)在深度-长宽比光刻技术的研究中也进行了扩展。4，光刻胶的主要成分为聚合物(树脂)、光敏剂和溶剂。聚合物在辐照时结构发生变化，可以使用溶剂去除粘合剂，在样品表面形成薄膜，光敏剂控制聚合上的化学反应。没有光敏剂的光刻胶也称为单元或一元系统。如果包含光敏剂，则称为二元系。溶剂或其他添加剂通常不包含在图元数中，因为它们不直接参与光刻胶的光化学反应。正光刻中，胶暴露时发生的光化学反应通过切断聚合物的主根或侧根而减弱，暴露部分在显影时也更容易溶解。也就是说，曝光部分的显影系数r比未曝光部分的显影系数R0大10倍以上。语音化学反应在语音光刻胶方面通过随机连接加强了聚合性，降低了显影液中的溶解性，没有像正性胶那样广泛应用。5，两个典型正胶系列是一元聚甲基丙烯酸酯(PMMA)胶和二元DQN胶。DQN由重氮醌酯(DQ:diazoquinoneester，20%至5%)和酚醛树脂(n : phenolicnovolaakresin)组成。PMMA的高度敏感波长为220nm，对240nm以上不敏感。PMMA树脂本身对紫外线(DUV)很弱或很慢，需要250mJ/cm2以上的曝光。初始DUVPMMA通常需要数十分钟的曝光时间。添加光敏剂可以增加PMMA的UV光谱吸收率，将曝光放宽到150mJ/cm2，PMMA还可以用于电子束、离子束和X-ray曝光。6，DQN系统是常用的近uv二元体系n，hydrapholicnovolakresin (n)本身熔化在碱基中，但添加到DQ的20-50%后不溶性的。粘合剂通过DQ的光化学作用再次溶解。Novolakresin只吸收300nm以下的波长，DQ添加剂吸收400nm左右的光，因此汞灯的365nm、405nm和435nm光谱可用于DQN曝光。(现象：大部分粘合剂能溶解在强碱溶液中，可以冲洗成弱碱。一些典型的工业显影液是科赫(水溶液表面活性剂)和TMAH。光化学反应显示出的粘合剂将显示出亲水的区域和疏水的区域。表面活性剂或其他试剂使粘合剂均匀亲水。显影液经常添加缓冲剂，保持反应和较长的寿命。溶解速度和pH值随温度变化，因此显影时液体温度变化应控制在0.5C。7，光刻胶片用于在应用了光刻胶的基板上一次性生成所需图案的模型板称为光刻胶片。光刻胶片基板是具有金属(如80nm厚的Cr层)吸收图形的光学平板玻璃(接近紫外线)或石英玻璃(深紫外线透射)。使用过程中，光刻胶薄膜直接接触用光刻胶涂层的基板表面，基板在紫外线下调查。光刻胶片版本的吸收图形不允许紫外线通过，其他部分的玻璃或石英通过紫外线将明镜和暗场的图形传送到半导体布局。此步骤将胶片版本的图形1:1复制到示例曲面。8，在上述方法中，模板与基板物理接触或称为Hardcontact，这称为接触光刻模板。不幸的是，接触缩短了光刻模板的使用寿命。(与保持基板10-20um间距的非接触式或软接触式光刻模板相比较)。此接触损坏不适合VLSI制造。但是，硬触摸光刻胶片在开发阶段广泛使用，因此仍需提及。硬接触或软接触曝光均应用扩孔打印原理，将光刻胶片版本放置在远离基板的位置，通过高分辨率投影透镜在称为投影曝光胶片的涂层基板上操作胶片板的图形，使胶片具有较长的寿命和1:5或1333610的缩小比例，因此胶片的制作相对容易。缺点是曝光系统粘合剂很复杂。9，光刻的基本结构包括曝光头(适当的光强度、波长和方向)、示例和薄片支架、三维精密移动机构。1，双对准：双CCD对准系统，90 600连续可调，红外后对准，600小时3图形分辨率；2，曝光：350W近uv源，双通道恒定光强度控制器，6英寸均匀光束，均匀：2-3% ( 4)，3-5% ( 6)，光刻分辨率0.6m；3，其他：碎片和2 ，3 ，4 硅片，5 5 真空面具固定器。高分辨率双面准曝光器，10，背部士气和前弯曲的一般步骤是在涂光刻胶之前，在900 1100度湿式氧化。氧化层可用作湿蚀刻或b注入的膜版本。光刻胶过程本身的第一步是在样品表面(SiO2)涂上对紫外线敏感的有机高分子化合物的薄层，通常称为光刻胶。首先，光刻胶将容器中的滴布去除到涂层机器上的样品表面(样品由真空负压固定在样品上)，样品高速旋转，速度由粘合剂粘度和希望胶水厚度决定。在这种高速下，离心力的作用下胶水流到边缘。结果粘合剂厚度t是速度、溶液浓度和分子量(以粘度表示)的函数。厚度的函数表达式可以写成k是修正常数，c是质量密度(每克/100毫升)，是粘合剂的粘度，是速度(rpm)。确定每个指数(，)可以预测特定分子量和浓度的粘合剂在不同速度下有多厚。11，粘合剂涂层工艺是图形转换过程的第一步和重要步骤。胶粘剂的质量直接影响加工装置的缺陷密度。为了确保线宽的重复性和以后的现象时间，同一样品的粘合剂厚度均匀性和不同样品之间的粘合剂厚度一致性不得超过5nm (1.5um粘合剂厚度为0.3%)。光刻胶的目标厚度确定主要考虑粘合剂本身的化学特性和要复制的图形的线和间隙的精细性。太厚的粘合剂会导致边缘复盖或连接，山丘或田野连接，产量减少。在MEMS中，胶厚度(弯曲后)在0.5 2um之间，而在特殊微结构制造中，有时需要1cm的胶厚度。在后一种情况下，旋转涂层将由铸件或等离子粘合剂聚合等方法替换。要优化现有的光刻胶涂层工艺，必须考虑粘滞速度、粘滞量、速度、环境温度和湿度等因素，这些因素的稳定性非常重要。12，次微米线宽的高精度加工需要1um胶厚度均匀性和重复10(即0.1%)，因此经常需要胶厚度在线测试。采用反射光谱技术的粘合剂厚度检测装置。胶转换后，胶中包含15%的通量，内部应力大，因此，软化基板，75-100度10分钟去除通量和应力，加强连接力。13，14，在涂上几种预处理照片寄存器之前，晶片必须经过热处理，并通过黏合剂处理，以石墨旋转涂层。各种基板材料在微系统中使用，在处理过程中，为了防止整个图形的变形，需要在光刻胶和基板之间进行适当的粘合。可以使用气体上的三甲基硅烷二乙胺(TMSDEA)、六甲基环三硅氧烷(HMCTS)或六甲基二硅氧烷(HMDS)等增强剂来增强粘合力。这种反应剂调节光刻胶层的基板表面能量。这种称为低层处理的详细理论是1988年莫艾提出的。上述预处理适用于图形大小较小的情况，例如直径小于10um的情况。HMDS对SiO2表面有效-，15，曝光和后处理前烘烤后的样品被转移到光刻机。微设备制造过程通常需要多种照片光刻。每个照片光刻互不独立，金属电极引线图形完全复盖接触窗口，接触窗口必须位于传感器电极末端，因此首先调整图形在示例中的相对位置，如1um的精度。16，用于光刻的光源从深紫(150nm-300nm)到近紫(350nm-500nm)。几乎在紫外线下常用的是汞光谱中的g-line(436nm)和i-line(365nm)。在汞灯亮度中，短波长比长波长低的比率通过镜头进一步降低紫外线亮度(例如，1KW汞灯，深紫DUV的10-20mW)。所以使用的波长越短，胶粘剂的光敏性要求就越高。此外，使用非传统光源(如KrF准分子激光器)可以实现从249nm到10-20W的输出。光的强度(W/cm2)乘以曝光时间的曝光能量(J/cm2)或光的容量d .光引起口香糖化学反应，改变在特定溶液中的溶解度。17，duv 3336150-300 nmnearuv 336300-500nm暴露后处理是必需的，因为化学反应有时还没有在暴露下完成。为了期待反应完成或新的反应，常用的后期处理包括固体烘烤、用另一种射线曝光、用反应气体处理、真空处理等。g线，I线，18，图形形成和分辨率IC过程通常使用汞-稀有气体放电等近红外辐照源形成图像。为获得最佳分辨率，发射光线经过过滤，并通过过滤器和镜头系统进行校正，从而产生窄带调查。接触、接近和投影各有优缺点。19，在照相光刻系统中，通过掩膜板的光的透明区域，接触光刻胶时发生的基本现象是菲尼衍射。以下图像比较了接触曝光提供完整图形传递的三种曝光模式空间图像。但是，随着掩模板和硅片之间的间距增大，会发生干涉现象(接近曝光)，形成亮度平滑分布的空间图像。它的最大亮度位于窄缝的中心，尾部超过由掩模板决定的区域。20，如果在投影多个相邻缝时变得更加复杂，则可以查看最大值和最小值字符串。最大传输量小于100%，最小传输量大于0%。最小可复制线宽可以从波长、接近间隙g和光刻胶厚度FT :21、投影曝光时投影物镜在硅表面上重建空间图像。对于理想的镜头系统，由于有限的光圈大小而产生的一些衍射光无法通过镜头，因此图像质量受到限制。透镜系统空气中的NA值由可进入透镜的衍射光线的最大角度：确定，投影曝光的限制由下面的瑞利公式近似得出。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、基板和工艺环境。环绕条件下，k1典型值0.8到1.23360假定k10.5，数字光圈可以暴露的线条更薄。22，参考手册中提供的1:1双面帧的透射量分布和最小分辨率线宽。23，24，25，照片光刻中使用光刻胶的示例直接与存储库接触，因此光刻胶和存储库之间的接触紧密，分辨率可能更高，0.5um以后使用正胶时更容易刻印1um图形，接触时曝光的主要问题之一是掩码和光刻胶容易损坏，存储库和硅片及时接近曝光与接触式非常相似，除了曝光时在硅片和掩膜板之间保持小间隙外，此间隙通常可以大大减少膜损伤，在10-25um之间，但由于膜和光刻胶之间存在小间隙，因此经过掩膜板后光会衍射，从而降低光刻的分辨率，分辨率与(d)0.5成正比，为曝光波长，d为间隙。投影光刻技术：由于设备复杂且成本高，因此目前未在MEMS中使用，26、微系统中常用的双面曝光示意图。双面曝光包括三种形式：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。双面成像按照双面曝光示意图27，开发显影程序，使曝光过程中形成的隐藏图形成为下一步加工的瓣膜的照片寄存器的显式图形。在现象中进行的是选择性溶解过程，最重要的是暴露区域和未暴露区域之间的溶解率(DR)。商业正胶的DR比率大于1000，在曝光区域中溶解速度为3000nm/min，在未曝光区域中只有几个nm/min。现在有两种现象法，一种是湿现象，他广泛应用于IC和微加工，另一种是干燥现象，还处于研究阶段。28，湿标记的主要形式是洗礼和喷雾。洗礼是把样品或其箱子全部放入显影液，在一定温度下在一定时间内反应。在喷雾中，新鲜液体直接喷射到样品表面。习性有时会导致胶水膨胀或粘合力下降，干燥会因天气反应或等离子现象