紫外曝光—曝光技术

前面文章中我们介绍了光反应过程。了解完光反应的基础知识后,我们接下来介绍一下我们常见的曝光技术,这里不深入探讨具体的曝光设备,只是从技术层面探讨一下这种曝光技术与光刻的特点及影响。

掩膜对准式光刻机(Mask Aligners)

平行光通过掩模的透明区域照射到光刻胶膜上(图1 左图所示)。光掩模通常由玻璃或石英板作为载体,在其上镀上一层很薄的带有图案的铬层,形成不透明的图案区域。
光掩膜上结构的尺寸与曝光后的图案尺寸呈1:1关系,图案保持一致。为了获得更好的分辨率,光掩模和所述抗蚀膜的表面是直接接触的我们称为接触式曝光,这种曝光模式的优点是分辨率高,但缺点是未干透的光刻胶可能会污染掩膜版;为了改善这个问题,通常我们也能见到光刻胶膜与掩膜版之间有一定间隙的接近式曝光,相比于接触式曝光,其分辨率稍差但是掩膜版的寿命得到提升。

步进投影式曝光机(Stepper)

曝光过程也是用过掩膜版来实现的,但是是通过投影的方式实现(图1 中图所示)。通过在光刻胶和掩膜版之间增加透镜,使得掩膜版上图案成倍投影致光刻胶膜上,因而曝光后获得的团尺寸要比掩膜版的尺寸小的多。这种方式可以获得更精细的图形,也减小了掩膜版的加工难度。
由于投影式曝光每次只有一小部分光刻胶被曝光,对于整个晶圆的曝光就得按顺序一步一步曝光出相同的图案,如此就可以在晶圆上形成大规模的集成电路。 这也是当今集成电路制造中最常用的光刻手段之一。

激光直写(Laser Direct Writing)

利用激光直接在光刻胶上按照一定路径对光刻胶进行曝光获得图形(图1 右图所示)。这种曝光方式的优点是不需要昂贵的掩膜版,只要之前设计好曝光图版后即可直接写出对应的图形。但是这种激光直写曝光的缺点是图案需要逐步写出,需要消耗相当长的时间,因而在掩膜版加工和小面积的科研领域使用较多。

图1 常见曝光方式示意图(左图:掩膜对准式曝光、中图:步进投影式曝光、右图:激光直写曝光)

其他曝光技术(Other Exposure Techniques)

为了实现高分辨率的要求,可复制的结构和良好的光刻胶侧壁形态,满足光刻胶吸收的曝光波长,以及完美的光学性能。使用掩膜对准曝光、步进式曝光和激光直写这些曝光手段都是必不可少的。
我们也可以集合自己的图案特点灵活使用泰伯效应(Talbot)为基础原理的曝光手段(PhableR)或者干涉曝光等手段来实现。

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