同步辐射光在ULSI工业生产中的应用及其课题

三、SOR在ULSI光刻工艺中的应用 SOR在各种产业应用领域中,最有希望的是在半导体加工制造上的应用。目前,应用研究取得显著成效的是,光激发工艺和光刻技术。如图4所示,LSI以每3～4年4倍的速度提高集成度。以可见光和紫外线为光源的缩小投影曝光方式巳不能适应集成度高度化发展的要求,因为光的作用是把掩模上的元件图案转移到集成电路芯片表面,它不可能把比自身波长还细的线条转印到芯片上。而SOR X线光刻技术使用短波长(0.01μm～0.001μm)电磁波X线,可消除衍射模糊和半影模糊,能刻制出线条更细的高精度图形。     

步进投影数字光刻技术研究

随着微纳加工技术的不断发展,其对光刻技术提出了新的要求,步进投影数字光刻技术作为光刻技术的重要分支,在光刻发展的过程中,扮演着不可替代的角色。主要介绍步进投影数字光刻技术的原理及组成,详细阐述关键技术单元,如数字掩模投影成像技术、照明均匀化处理技术、CCD同轴调焦及对准技术等,并利用该技术进行了分辨率测试和灰度图形曝光实验。实验结果表明该技术在微细加工领域达到国内先进水平。     

宽范围高对准精度纳米压印样机的研制

传统的光学光刻技术由于受光波波长和数值孔径等因素的限制难于制作特征尺度小于100nm的图案.与传统光刻相比,纳米压印光刻的分辨率不受光的衍射和散射等因素的限制,可突破传统光刻工艺的分辨率极限,因而被认为是一种获得100nm以下图案较好的下一代方法.介绍了自行研制的具有高定位和对准精度的纳米压印样机.利用该样机压印出的纳米级光栅、微凸点阵列、微透镜阵列等纳米结构和微器件的图形质量均匀性良好.该工艺为实现低成本、大批量复制纳米结构创造了条件,在半导体集成电路、微光学、生物和化学分析等微纳结构和器件的制作中有着广泛的应用前景.     

下一代光刻技术——压印光刻

通过分析集成电路制造工艺中的核心环节--光刻技术,采用机械微复形原理的压印光刻技术可避免传统光学光刻的光学衍射限制,能够对最小到6 nm特征尺寸的图形进行复制.通过研究压印光刻原理,详细分析对比热压印及常温压印的工艺特点、复形面积、模具结构和阻蚀胶固化过程等,揭示出常温压印更适用于多层套刻的图形制作.针对基于紫外光固化的常温压印光刻工艺在压印过程中的关键技术:阻蚀胶成膜控制、对准、套刻、精确加载、留膜厚度控制、阻蚀胶固化控制等进行深入研究,提出释放保形软压印工艺,能够实现基于常温软模具压印的大面积亚100 nm级特征尺寸图形的复制.最后,以SIL-Ⅰ型分步式常温紫外光固化压印光刻机的研究为例,对其结构特性做出深入分析,估算出系统的精度等级;通过试验,对系统的压印复形精度做出评估.     

激光干涉光刻技术应用概述

激光干涉光刻作为一种新兴的光刻技术,具有设备结构简单、价格低廉、高效率、高分辨率和大视场曝光等特点。介绍通过激光干涉光刻产生的一维光栅结构、二维网格结构以及二维点阵结构在生物传感、太阳能电池和光子晶体等领域的应用前景。     

SU-8 紫外深度光刻的误差及修正

在深紫外LIGA加工中,制作高精度大高宽比的微器件是很困难的。难点在于SU-8 光刻胶对紫外光的吸收系数随着波长变短而很快变大,而且其穿透深度也相应迅速变小;同时由于紫外光的衍射效应,获得高精度的大高宽比结构并不容易。本文深入研究了影响紫外深度光刻图形转移精度的如下因素:衍射效应、曝光剂量、紫外光波长和蝇眼透镜的分布等等。建立了基于模型区域的校正系统,该校正系统采用了分类分区域的思想将掩模图形按其畸变的特点进行了分类,在校正过程中对不同的类别分别建立校正区域,在每一校正区域内进行校正优化处理和校正评价,这种基于模型的分类分区域评价思想,使得校正过程有效且实时,该校正方法不仅降低了校正的复杂性,同时提高了校正的效率。     

基于闪耀光栅图形化实现高分辨率干涉光刻

为提高图形化干涉光刻质量,提出了基于闪耀光栅的图形化干涉光刻(PIIL)系统,并对该系统所采用的光学原理和实现方法进行了研究。首先,分析了图形化干涉光刻系统的光场特性,阐述了其分辨率提升的原理。讨论了光学系统带宽和图案分布对光刻图形质量的影响,给出了图形质量控制的工艺方法。其次,提出了一种新型的图形化干涉光刻方法,该方法采用闪耀光栅作为衍射分光器件,实现了位相和振幅的一体化调制。采用数值计算方法模拟了闪耀光栅的衍射特性和像面光场分布,讨论了闪耀光栅的优化设计方法,获得了高达92.3%的±1级衍射效率。最后,基于数字微镜器件(DMD)和微缩成像光路设计开发了图形化干涉光刻系统,实验获得了像素化的点阵图形和质量明显改善的光刻图像,验证了该方法对任意图形的适用性。     

三维复杂微器件的微立体光刻成形

介绍了一种具有更高加工分辨率且可直接成形三维复杂微型器件的一次曝光型微立体光刻成形装置。重点给出了经薄膜晶体管阵列编址的液晶显示光阀表盘，即可控透光模板的构造、性能及其对微立体光刻成形装置层面加工分辨率和截面曝光尺寸的影响。为证明微立体光刻工艺在成形三维复杂微结构时的优越性，给出了所加工出的微机械部件、微型件浇铸模、微流体系统部件等实物的扫描电子显微照片及相关的加工参数。     

大高宽比、高线密度X射线透射光栅的制作

利用电子束光刻、X射线光刻和微电镀技术,成功制作了面积为1 mm × 1 mm,周期为300 nm,金吸收体厚度为1 μm的用于X射线显微成像技术的透射光栅。首先利用电子束光刻和微电镀技术在Si3N4薄膜上制作周期为300 nm,厚度为250 nm的高线密度光栅掩模。然后利用X射线光刻和微电镀技术复制厚度为1 μm,占空比接近1：1,高宽比为7的X射线透射光栅。整个工艺流程充分利用了电子束光刻技术制作高分辨率图形和X射线光刻技术制作大高宽比结构的优点     

基于数字微镜器件的无掩膜光刻技术进展

基于空间光调制器的无掩膜光刻是光刻技术重要发展方向之一。近年来,随着数字微镜器件芯片集成度与性能的提高,数字微镜器件无掩膜光刻成为一种主要的数字光刻技术。由于可灰度调制的光反射式“数字掩膜”替代了传统光刻中使用的预制物理光掩膜版,该技术极大地简化了光刻制版流程,提高了光刻的灵活性,广泛应用于平面微纳器件、超材料、微流控器件、组织生物研究等领域。从数字无掩膜光刻原理出发,简要介绍了典型匀光照明系统结构与微缩投影系统结构,进而介绍了面向平面光刻的空间分辨率增强技术、灰度光刻技术以及三维微立体光刻技术的进展。最后,列举了几类典型的数字无掩膜光刻应用,并对其发展方向进行了展望。     

三维复杂微系统的微立体光刻成型工艺

介绍了一种具有更高加工分辨率且可直接成型 3维复杂微系统的一次曝光型微立体光刻成型样机 Micro SL er,及其配套专用光敏树脂 Micro SL5 2 2 0。重点给出了 Micro SL er中经薄膜晶体管阵列编址的液晶显示光阀表盘 ,也即可控透光模板的构造、性能及其对 Micro SL er层面加工分辨率和截面曝光尺寸的影响。对比了 Micro SL er的国产配套光敏树脂 Mi-cro SL5 2 2 0与国外同类产品 DSM7110型光敏树脂的各项技术指标。为证明一次曝光型微立体光刻工艺在成型 3维复杂微结构时的优越性 ,给出了经 Micro SL er成型出的微机械部件、微型件浇铸模、微流体系统部件等实物的扫描电子显微照片及相关的加工参数。探讨了现阶段的传统立体光刻工艺、小光斑立体光刻工艺及微立体光刻工艺在加工分辨率方面的差异 ,分别指出了影响这 3种立体光刻成型分辨率的关键因素     

掩模位置误差对光刻投影物镜畸变的影响

为使光刻投影物镜满足光刻工艺的要求,研究了掩模位置误差对光刻投影物镜引入的畸变。采用勒让德多项式描述光刻投影物镜的畸变,并应用勒让德多项式对光刻投影物镜进行了畸变分析及畸变补偿。利用以上方法,对一台工作波长为193 nm,数值孔径(NA)为0.75的光刻投影物镜进行了畸变分析。结果显示:当掩模面3个方向的平移公差为1.0μm,绕3个轴的转动公差为0.1 mrad时,光刻投影物镜标定前后的畸变分别为2 113.2 nm和10.0 nm。利用勒让德多项式进行了畸变拟合,获得了多项式中各项系数,并给出掩模面位置误差的畸变敏感度系数;然后利用畸变敏感度系数对掩模面的随机位置误差进行了公差分析和补偿。结果表明,将光刻投影物镜畸变控制在2 nm以内时,掩模面z方向的位置公差为±2.0μm,掩模面与x轴与y轴的倾斜公差分别为±22.3μmad和±55.3μmad。实验结果证明提出的方法适用于对掩模面引入的光刻投影物镜畸变进行有效分析及补偿。     

X光光刻工艺微针阵列的制备、测试和仿真

为了提高透皮给药的效率,降低传统注射对人体的疼痛感,需要制备微针阵列结构。本文介绍了一种新的微针阵列结构的制造技术。利用日本立命馆大学的同步辐射光源AURORA进行两次X光移动光刻和一次固定X光光刻技术,在PMMA光刻胶上得到微针阵列。通过采用不同的掩膜版图形以及对不同位置的空心孔进行X光光刻,获得了不同规格的空心微针阵列,针对固定X光光刻时对准的问题,自行研制了X光光刻对准装置,实验结果证明,该装置能实现空心微针阵列的制备。并且进行了微针刺穿测试,结果证明微针有足够的强度。为了达到低成本批量复制微针阵列的目的,还进行了微针模具的倒模和复制实验,成功得到金属镍实心微针阵列。最后,针对光刻过程中微针阵列结构的侧面形状发生畸变的情况,对移动X光光刻建立了仿真预测,将仿真预测结果与实验结果进行了比较,结果表明显影深度的误差为5%。     

制作高感光度超微粒干版的初浅认识

照相制版是半导体平面工艺的重要组成部分,光刻掩膜的质量直接影响半导体器件的性能和成品率。随着器件的发展,对光刻掩膜的精度要求也越来越高。目前,在半导体掩膜制作中,为了拍摄微小而又十分精密的图形,超微粒干版是普遍采用的较为理想的感光干版。我们在制版工作中,准备使用一台动态曝光的激光分步重复精缩机。该设备因曝光光源的光强和曝光时间所限,要求感光版应有很高的     

干胶膜在微图案制作中的应用研究

采用干胶膜代替传统的光刻胶进行微图案的制备,并研究了工艺过程中的前烘时间、光刻时间、显影时间、显影液浓度等参数对微图案的影响。通过实验,研究发现当烘时间为30min、光刻时间为80s(光源为350W汞灯)、显影时间为90s、显影浓度为4%(显影液为Na2CO3溶液)时,可以成功制备出分辨率为50μm的图案线宽。     

光栅尺光刻过程中的热辐射模拟分析

国产光栅尺的动态性能和精度均达不到数控机床的要求,而影响光栅尺精度的关键步骤是光刻,光刻过程中的影响因素包括机床安装的垂直度和抗干扰度,机床轨道的表面精度和水平度以及环境温度等等,其中对环境温度影响却少有研究。为了能更好的提高光栅尺的精度,本文基于Matlab对光刻过程中的曝光灯热辐射做了数据模拟分析,发现曝光灯的热辐射对光刻时的子光栅刻度等距性有很大影响,而控制这个热辐射数值目前在国内可行性更高,因为无论对于这个控制系统的复杂程度还是所需成本,相比于高精度的温度梯度微环境控制,都有一定的优越性。     

面向大面积微结构批量化制造的复合压印光刻

为了解决在大尺寸非平整刚性衬底和易碎衬底上高效低成本批量化制造大面积微纳结构这一难题,提出一种面向大面积微结构批量化制造的复合微纳压印光刻工艺。阐述了复合压印光刻的基本原理和工艺流程,通过实验揭示了主要工艺参数(覆模速度、压印力、压印速度、固化时间)对于压印结构的影响及规律。最后,利用课题组自主研发的复合压印光刻机,并结合优化的工艺参数,在3种不同的硬质基材(玻璃、PMMA、蓝宝石)上实现了微尺度柱状结构(最大图形区域为132mm×119mm)、微尺度光栅结构(最大直径为15.24cm的圆形区域)和纳尺度柱状结构(图形区域为47mm×47mm)的大面积微纳结构制造。研究结果表明,提出的复合微纳米压印工艺为大面积微纳结构宏量可控制备、以及大尺寸非平整刚性衬底/易碎衬底大面积图形化提供了一种全新的解决方案,具有广阔的工业化应用前景。     

深紫外光刻照明系统光束整形单元的设计

为了使曝光波长为193 nm的深紫外光刻系统能够制备曝光线宽为90 nm及以下节点的集成电路芯片,设计了采用环形照明模式且部分相干因子σ连续可调,能满足不同曝光线宽要求的光刻照明系统光束整形单元.首先,用几何光学定律和三角函数推导了轴锥镜移动距离与光束放大倍率之间的函数关系;根据对变倍凸轮的合理性和装调公差灵敏度的分析...     

紫外厚胶光刻技术在3-D MEMS电感中的应用

研究了紫外厚胶光刻技术在三维微机械电感中的应用.实验用负性光刻胶SU-8构造了三维微机械电感的胶结构模型,并对光刻胶的工艺条件进行了研究.结果表明,负性光刻胶SU-8的光敏性好,形成的胶结构侧墙较陡直,能够实现较大的深宽比,为结构复杂的三维微机械电感的制作提供了保证.     

面投影微立体光刻系统的开发和研究

面投影微立体光刻由于具有加工精确度高、分辨率高、速度快等特点而成为最有前途的微立体加工技术之一。本文介绍了实验室开发的用于复杂器件制作的面投影微立体光刻系统,该系统中采用LED模组作为光源,为了适用粘度大的固化材料的加工,设计新的树脂槽和涂覆系统。对系统中使用的投影镜头的光学分辨率以及树脂的工作曲线进行了测量,系统的加工横线分辨率可以达到14μm。利用该系统成功制作了齿轮的模型。