LOGO第六章集成电路制造的曝光工艺方法liuzhidong1第一节微细加工中的光刻原理与工艺平面工艺是微细加工发展中的一个非常重要的工序，其基本制作工艺是在不同电特性的薄膜材料上加工所需要的图形。每层薄膜上先形成晶体管、电容器和整流器等元件，最后将它们连接在一起，构成了集成电路(IC)。每层薄膜有不同的电特性，可通过改变基片的性质而得到，如掺杂和氧化，但也可以用蒸发和溅射的方法，在基片上沉积一层薄膜。但首先需要通过光刻的方法产生所需要的图形，即把设计好的图形投影到涂有光刻胶的表面层上，使被曝光部分的光刻胶变成坚硬的抗蚀剂层，而未被曝光的光刻胶则在某一溶剂中被溶解。liuzhidong3本章将较详细地讨论光学曝光和电子束曝光工艺，以及它们新的发展方向，也将简略地介绍x射线和离子束曝光工艺，尤其着重讨论了曝光过程中图形的复制问题，以及每种曝光方法的灵敏度、分辨率和其基本的因素。liuzhidong5IC芯片制造厂liuzhidong2什么是光刻？光刻是一种以光复印图形和材料腐蚀相结合的表面精密加工技术。前者是使掩膜图形复印到基片表面的光刻胶上，并对基片表面上的光刻胶材料(如PMMA等)进行显影，后者是在光刻胶的保护下对待刻蚀的材料（如Si0Si2、选择性的刻蚀的过程。3N4、多晶硅、铝等薄膜）经过化学或物理腐蚀进行光刻胶上图形的复印是通过曝光和显影完成的。图形重复性及分辨率的主要因素，是图形加工过程中所涉及到的物理和化学问题。为了得到高的分辨率和进行重复性生产，就需要了解这些问题。liuzhidong41.1光刻工艺过程在集成电路生产中，要经过多次光刻。虽然各次光刻的目的要求和工艺条件有所不同，但其工艺过程是基本相同的。光刻工艺一般都要经过:涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀和去胶7个步骤。liuzhidong61光刻工艺过程示意图图3-1liuzhidong7涂胶liuzhidong9曝光曝光就是对涂有光刻胶的基片进行选择性的光化学反应，使曝光部分的光刻胶在显影液中的溶解性改变，经显影后在光刻胶膜上得到和掩模相对应的图形。liuzhidong11涂胶涂胶就是在SiO2或其它薄膜表面涂一层粘附良好、厚度适当、厚薄均匀的光刻胶膜。涂胶前的基片表面必须清洁干燥。生产中最好在氧化或蒸发后立即涂胶，此时基片表面清洁干燥，光刻胶的粘附性较好。涂胶的厚度要适当。胶膜太薄，针孔多，抗蚀能力差；胶膜太厚，则分辨率低。在一般情况下，可分辨线宽约为膜厚的5～8倍。liuzhidong8前烘前烘就是在一定温度下，使胶膜里的溶剂缓慢挥发出来，使胶膜干燥，并增加其粘附性和耐磨性。前烘的时间和温度随胶的种类及膜厚的不同而有所差别，一般由实验确定。liuzhidong10显影显影是把曝光后的基片放在适当的溶剂里，将应去除的光刻胶膜溶除干净，以获得刻蚀时所需要的光刻胶膜的保护图形。显影液的选择原则是：对需要去除的那部分胶膜溶解得快，溶解度大；对需要保留的那部分胶膜溶解度极小。同时，要求显影液内所含有害的杂质少，毒性小。显影时间随胶膜的种类、膜厚、显影液种类、显影温度和操作方法不同而异，一般由实验确定。liuzhidong122坚膜坚膜是在一定温度下对显影后的基片进行烘焙，除去显影时胶膜所吸收的显影液和残留的水分，改善胶膜与基片的粘附性，增强胶膜的抗蚀能力。liuzhidong13去胶去胶就是把在SiO2或其它薄膜上的图形刻蚀出来后，把覆盖在基片上的胶膜去除干净。liuzhidong15IC芯片制造的一般过程liuzhidong17刻蚀刻蚀就是用适当的刻蚀剂，对未被胶膜覆盖的SiO2或其它薄膜进行刻蚀，以获得完整、清晰、准确的光刻图形，达到选择性扩散或金属布线的目的。光刻工艺对刻蚀剂的要求是：只对需要除去的物质进行刻蚀，而对胶膜不刻蚀或刻蚀量很小。要求刻蚀图形的边缘整齐、清晰，刻蚀液毒性小，使用方便。liuzhidong14IC芯片制造的一般过程liuzhidong16晶体管的制造liuzhidong183第二节光学曝光工艺用紫外光(200～400nm)在光刻胶上产生图形有多种方法，而最早采用的是接触曝光或接近曝光法。这种方法很简单，只需要用紫外光通过掩模对涂有光敏聚合物薄膜的基片进行曝光即可。掩模具有透明区和不透明区，图形就由这些区域确定。这种曝光技术(也称阴影曝光)多年来已广泛用于器件生产中。liuzhidong19一、接触曝光阴影曝光分辨率的主要是光的衍射。光通过透明区域，在掩模不透明区的边缘发生衍射。下图为入射光在光刻胶表面的光强分布图。它是在光通过周期性光栅之后形成的，而光栅由不透明或透明的线条或等宽为b的间隔组成。由图可明显看到，衍射使轮廓边缘完好的图形变得模糊。当光通过不透明的边缘时，光“拐弯”了(即衍射) 衍射:当通过光的窄缝的尺寸和光的波长相近时光通过缝后就会明显偏离直线方向，照到相当宽的地方，并且出现明暗相间的条纹。liuzhidong21在衍射范围内，接触曝光几乎有100％的精度把掩模图形传递到光刻胶上，并有可能获得最高清晰度的图像。这是其它光学光刻技术所不及的。但是，在实际制造工艺中不可能实现理想接触状态，所以实际分辨率要比理论值低。其重要原因是：基片和掩模都不是理想平面；在基片和掩模之间可能存在异物；光刻胶层隆起，使对准困难。为了获得良好的接触状态，可在基片和掩模间增大接触压力，但这样做容易损伤胶膜，产生不应有的缺陷。而这些缺陷在曝光时会重现，最终导致成品率的降低。此外，压力的增大还会使基片和掩模发生形变，导致套刻精度的下降。在影像套准时，掩模需要对基片作相对移动，这也会产生微粒或碎屑，从而使缺陷问题更加复杂化。liuzhidong23liuzhidong20liuzhidong22二、接近曝光接近曝光概念：在掩模和基片之间留有10～20μm的间隙，可以减少接触曝光中有关缺陷的问题，但是增加了间隙。由于衍射引起的半阴影区域的扩大，会降低分辨率。例如，当隙缝宽为10μm时，λ＝400nm，则最大分辨率近似等于3μm。在接近曝光中，掩模与基片之间的间隔应恒定不变，但这样只有极平的基片和掩模才能达到。目前，基片和掩模的制备和抛光技术已有显著改进，基片和掩模的平均平整度已达几微米的数量级。这不仅改善了涂层的精度，也使接触和接近曝光的实际分辨率提高。为使掩模和基片互不接触，但在实际使用中，10μm的间隙已是最小的间隙了。阴影曝光的分辨率与波长的平方根成正比。因此，缩短曝光光线的波长有可能改善分辨率。尽管阴影曝光存在光的衍射和缺陷问题，但由于曝光设备价格低廉，操作方便与简单，所以这种工艺仍被广泛地采用。liuzhidong244三、投影曝光采用光学投影曝光的目的是为了得到接触式光刻的高分辨率，而又不会损坏掩模和光刻胶。用透镜把掩模图形聚焦到基片的感光胶层上，感光胶层与掩模相距数厘米。但由于透镜的不完善及衍射作用，故投影曝光与接触曝光相比，分辨率还是要低。但是，由于减少了缺陷，改善了套准精度，提高了产量和改进了性能，因而使投影曝光技术在SLSI的生产中的重要性大为增加。liuzhidong25光学投影曝光系统liuzhidong27分步重复投影曝光技术近年来分步重复投影曝光技术有了很大的发展。与其它光学曝光系统相比，直接步进重复成像系统有如下三个独特的优点：(1)它是通过缩小投影系统成像的，因而可以提高分辨率。用这种方法曝光，分辨率可达l一1．5μm。(2)由于不需要1：1精缩掩模，因此掩模尺寸大，制造方便。由于使用了缩小透镜，原版上的尘埃、缺陷也相应缩小，因而减少了原版缺陷的影响。(3)由于采用了逐步对准技术可补偿硅基片尺寸的变化，从而提高了对准精度。同时，逐步对准的方法也可降低对基片表面平整度的要求（对于一块并不“十分平整”的基片，在每个分割的小单元里就“比较平整”）。liuzhidong29PBM公司生产的“Perkin—E1mer”扫描曝光装置工作原理图弧形光通过两个球面反射镜进行光刻1：1环形场扫描liuzhidong26反射UV(紫外线)曝光系统借助于连续扫描机构，用弧光对基片和掩模扫描。这种扫描方式使光学系统的畸变和图形的像差减到最小，并在光学校准区总能成像。用“MicraIign”系统所形成的像是掩模的镜像，它与接触曝光中产生的图形相倒置。光学和机械设计的不断改进，导致新工艺的发展。使用波长为350—400nm的光源能产生1．0～1．5μm的特征尺寸，且其精度优于±0.4 μm图3-5liuzhidong28分步重复光刻机需要对基片作对准曝光，因而需要增加一个自动对准系统。在基片表面有金属膜和介质膜以及台阶的情况下，均应保证极高的对准精度(±0.1—0.25μm )；这种光刻机使用10:1和5:1缩小分度的折射光学系统，其分辨率和图像套准能力都更好。可广泛用于制造特征尺寸小于1.5 μm的半导体器件。这种分步法需要精密的机加工步骤在整个基片上分步成像，因而产量低。尽管如此，分步重复投影曝光在光刻法中仍是发展最快的工艺之一。liuzhidong305光学曝光过程liuzhidong31四、光学曝光的物理光学投影系统的分辨率受衍射的。就是说，光学元件足够完善时，其成像特性仅由衍射效应决定。根据几何光学原理，如果一个不透明的物体放在点光源和屏之间，物体的边缘将在屏上形成轮廓分明的阴影，几何阴影内的点上无光到达，而阴影外侧被均匀地照亮。实际上，由边缘形成的阴影会扩散，组成明暗相间延伸到几何阴影的光带。这种光线在边缘处的明显弯曲称为衍射，其强度分布称为衍射图。在考虑曝光设备、光刻胶层系统、图像套准、准直和线宽控制诸因素之后，光学光刻法的有效分辨率的极限可达0.4～0.8μm。liuzhidong33电子束曝光工艺过程liuzhidong35光学曝光过程liuzhidong32第三节电子束曝光工艺经聚焦的电子束可以在表面上精确地偏转。如果表面上涂有光敏聚合材料，则可以用电子束扫描形成极高清晰度的图形。电子束直径可以被聚焦成几个毫微米，并且可以用电磁或静电的方法将电子束偏转。使用电子束光刻工艺已制成特征尺寸小于100nm数量级的图形。像光子一样，电子也具有粒子性和波动性，但是电子的波长只有百分之几毫微米的量级。因此，图像的清晰度并不受衍射的，电子束曝光所能产生的最小线宽要比光学光刻法小得多。但是，在光刻胶层上电子的散射和衬底的背散射，却了图形的清晰度。liuzhidong34一、电子在固体中的散射散射效应当电子束入射进入固体时，会遭到弹性和非弹性碰撞。弹性碰撞只改变入射电子的运动方向，使范围扩大；非弹性碰撞使电子能量损失。结果，碰撞引起入射电子的散射，使电子束直径扩大。也就是说，电子进入固体就散开，产生一垂直于电子束入射方向的横向或侧向电子流。同样，入射电子与曝光系统相互作用时，也会产生散射。散射分为前散射和背散射两种。liuzhidong366前散射与背散射种小角度散射仅使入射电子束变宽。前散射：电子与原入射方向所成角度小于90°，这原入射方向之间的夹角背散射：电子的散射角背散射的电子主要从基片返回到光刻胶层，并参与对光)在90(被散射后电子的运动方向与°～180°的范围内，这种刻胶的曝光，使显影出来的图形比原来期望的要宽。由于背散射电子可以运动相当远的距离，部分背散射电子将会对相邻的图形产生曝光作用，使不需要曝光的区域也被曝光。尤其是要求高分辨率和最小线宽的情况更是如此。因此，背散射是曝光精度的最大。liuzhidong37二、电子束曝光系统及其电子束曝光设备是由扫描电子显微镜技术发展而来的，它突破了光学曝光的，可以提供速度快、精度高的产生高分辨率图形的方法。不仅如此，电子束还可以直接一次制造掩模，而掩模中的缺陷比光学曝光制造的掩模要少，且周期短，这是电子束光刻技术最重要的应用。电子束曝光可以用计算机控制，用软件确定图形，工作灵活方便。liuzhidong39电子束曝光系统原理图liuzhidong41实验表明，从光刻胶的图形轮廓看，前散射使电子束变宽约0.1µm，而光刻胶中和基底中的背散射却使电子束变宽约1.0～2.0µm。左图为涂布在金属铝衬底上的0．4µm的PMMA胶层在显影后的理论和实验得到的剖面轮廓，它表示三种不同能量束一次扫描的结果。图中qL表示入射剂量，它是单位长度的电荷量，单位为10-8C／cm。由图可以看出，所有的轮廓都有底切现象(如同钻蚀一样)。实验证明了这样一个重要结论：显影后的图形形状和线宽，是入射剂量qL和入射束能量的非线性函数。显然，这是由散射效应引起的。另外，由图可以得出这样的结论：在光刻胶厚度、电子入射剂量和基片材料相同的条件下，采用较高的电子束能量可以提高分辨率。因为在较高的束能下，电子散射效应减少。liuzhidong38固定成形束及可变成形束系统liuzhidong401．电子光柱体电子光柱体是电子束曝光设备的心脏，由电子、成形光阑以及聚焦透镜组成。电子产生电子，并将电子汇聚成束。不完全满足曝光要求的电子束需要经过光阑来截取电子束的中心部分，滤去远轴的杂散电子，或使电子束成为一定的形状(成形光阑)。透镜系统主要将电子束聚焦成像，使最后到达工件上的束斑满足尺寸要求。此外，在镜筒内还装有动态校正装置或消隐器。电子由电子发射体(阴极)、阳极和栅极组成。阳极加速从阴极发射出来的电子，使其具有所要求的能量。栅极控制发射尖端处的电场强度，使电子汇聚成束。liuzhidong427光柱体的电子源，它与电子发射体是电子普通电子显微镜用的电子源一样，可分为热电子发射和场致发射。热电子发射的电流密度与发射体的温度、所用材科及其逸出功有关。由于钨发射稳定，易于制备度，因而被广泛使用。，且能提供最大亮束斑的形状，根据需要电子光柱体所成可设计成圆形、矩形、方形或可变矩形，这由光阑和偏转器巧妙地配liuzhidong合而实现。43工作台的移动方式有步进式和连续式两种:步进操作是当工作台停止移动时，图形区域曝光，然后工作台移动到一个新的位置，对靠近上次曝光区域的一个新的图形区域曝光。工作台连续移动，图形就被记录在基片上。工件在工件台上的位置不可能每次每片都完全一样，更何况基片在热处理之后会有翘曲变形。因此，在曝光室内设有探测装置，用以探测片夹上或基片上的套准标志，以检测实际的曝光位置，从而校正预期的位置数据。liuzhidong454．计算机控制系统图形发生器、真空系统、工作台系统及其它设备。一般采用小型控制机。主要作用是数据输入，控制软件系统主要包括如下三个内容：一台电子束曝光设备性能的发挥主要依靠软件。电子束在工件上准确地完成扫描曝光图形的任务，以及(1)图形数据制备:包括变换、制备、调用数据，使图示仪的显示监控。修改、复印等。(2)文件处理:包括图形和标志的文件与表格处理、人机通讯极为重要，各系统之间的通讯联系也较复杂，(3)系统通讯:尤其是控制台终端的操作员与系统的这些都要依靠必不可少的软件。liuzhidong472．工作台系统由电子光柱体提供曝光用的电子束，最后进入工作室(曝光室)，并在基片上成像为束斑。要使电子偏转而覆盖整个基片或掩模基片是不可能的。工作室内安装有可精密调节的工件(作)台，工件(基片)就放在工作台的规定位置上。在曝光期间，工件的移动完全由工件台的移动而决定。工件台的位置就是工件的位置，它由分辨率为0.026µm的激光干涉仪测量并精确定位。工件台在x和y方向都能移动。无论工作台向何方向移动，都要严格保证移动的平稳性和直线性。由于工件台由x和Y两个平台组成，故还要保证X和y的正交性。一般工作台的行程为100～165mm。liuzhidong443．图形发生器与控制电路它们的作用是根据计算机的命令对电子束进行控制，将计算机的数字信号(包括电子束的偏转、电子束闸的通断及电子束的成形等信号)变换为模拟信号。除此之外，还需要对探测器的反馈信号(视频信号)进行数模转换和处理。最后，还要监控图形显示。liuzhidong46电子束曝光技术的首先,是电子光刻胶的。当前电子光刻胶的分辨率实际所能达到的最高值为0.1µm，与理论值相差甚远。其次,是背散射效应的。电子的背散射可达数微米，即使光刻胶的分辨率很高，但由于背散射效应不可避免地存在，故很难制取高分辨率的图形。为此，就要解决因背散射而引起的邻近效应的校正问题，否则电子束曝光技术的优越性将得不到发挥。最后,是套准的。这对于直接在基片上曝光并进行多层套准更为突出。由于基片的热变形，使前一层的图形产生不规则的畸变，故在后一图形曝光时，必须重新测定变形后的图形的实际位置，并在校正后两层图形才能套准。套准探测技术目前的最高水平尚未超过0.1µm。liuzhidong488三、图形的曝光方式采用电子束对图形进行曝光有三种主要形式。左图为光栅扫描和矢量扫描的曝光方式；另外一种方法是采用可变成形束一次将整个特征尺寸曝光完，然后移到下一个特征尺寸。liuzhidong491．矢量扫描法电子束在预定的扫描场内，对某一形状进行曝光，当该形状扫描曝光完毕后，电子束就沿某一矢量跳到另一形状进行曝光。这种方法称为矢量扫描法。矢量扫描法的优点是：电子束只在需要曝光的图形驻留，在无图形的空白处，束闸将电子束闸断，并迅速按矢量所指示的方向位置跳到下一图形处，再进行扫描曝光。这样可以节省曝光时间，提高生产率。一块掩模版或基片，一般说，实际需要曝光的图形面积只占基片面积的20％一30％。在普通的矢量扫描中，可以采用若干种偏转方式来填充每个特征尺寸。liuzhidong51光栅及矢量扫描法示意图liuzhidong53可变成形束曝光方式liuzhidong502．光栅扫描法光栅扫描就是电子束在预定的偏转尺寸内不断地扫描，它没有矢量式的大跳动，只是用束闸的通断来控制曝光。在需要曝光的地址，束闸启通，让电子束自由通过，对图形曝光；在不需要曝光的地址，束闸将电子束截住，不让电子束通过。为了对整个基片曝光，电子束在y方向作短距离(如128µm或256µm)的光栅扫描，同时，工件台在X方向作全程的连续移动。由于光栅扫描中的电子束只作一维运动，故对扫描系统的要求较低。liuzhidong52光栅扫描特点(1)曝光时间与图形大小、密度及复杂程度的关系不大。不论图形面积占基片面积的多少，也不论是否需要曝光，电子束都是顺序寻址扫描的。(2)扫描完全是周期性的，偏转系统简单，带宽要求低，可以提高扫描频率。一般扫描频率可达几十兆赫。扫描频率高能适用于高效率的图形处理。(3)图形色调(即黑白)容易翻转。只要将信号的极性翻转送入，就可以用一种极性的电子光刻胶制造各层图形。(4)电子束对工件的曝光，完全由束闸控制，故束闸系统应有较大的带宽。束的通断时间小于相应的寻址时间。例如扫描频率为20MHz，电子束在每个地址的驻留时间为25ns，束闸的通断时间则小于2ns。实际上，图形边缘的分辨率取决于束闸系统的带宽。liuzhidong5493．投影式电子束曝光投影式电子束曝光是在电子光刻胶上进行成像照射的一种曝光方式，可分为电子束平行投影曝光和透射成像式电子束曝光。liuzhidong55特点这种方法的对准精度和分辨率高，可在直径为50mm的整个片子上以0.1 µm的对准精度形成具有0.5µm宽的细线条图形，其成本较低，曝光速度快(照射时间只要1min左右)，而且被加工基片的尺寸不受。但它对基片的平整度要求很高，否则会影响电场的均匀性，从而导致图形的畸变。此外，还要解决光刻胶表面带电、光发射电子的色散，以及复印期间磁场与背散射电子之间的相互作用等问题。liuzhidong57第四节X 射线曝光工艺为把高清晰度的图形复印到高分子光刻胶膜上，可使用波长在0.04～0.5nm的x射线。它是一种有潜力的辐射源。在能透过X射线的掩模底版上，用不能透过x射线的吸收材料形成掩模图形。以X射线作为曝光光源，把掩模图形复印到光刻胶膜上，经显影后使得到所要求的光刻胶图形。liuzhidong59电子束平行投影曝光它是利用光电发射制备的特殊掩模，通过紫外光激励和加速电场的加速，对与掩模平行且贴近的基片或空白版进行曝光。特殊掩模是在原掩模上再蒸发一层约10nm的光电发射材料作为光电阴极。曝光时，紫外光从掩模背面照射，在有图形的区域，紫外光被高效率地吸收而被挡住，使该区域的电子发射材料不受光照，因而不能发射电子。而在没有图形的区域，电子发射材料因光电效应而发射电子。激发出的电子在强电场和与电子运动方向平行的磁场作用下汇聚，并打到对面作阳极的硅基片上，曝光出1:1的图案。liuzhidong56透射成像式电子束曝光工作原理与分步重复照相机制备光掩模版相类似，所不同的是曝光光源被一簇平行的电子束代替。它的掩模图形由许多能使电子束透射的微小圆孔组成，其精缩镜头是一组电磁透镜，使通过掩模版的电子束在基片上形成1／10的掩模版图形的缩小像。liuzhidong58X 射线曝光工艺过程liuzhidong6010实现X 射线曝光的基本要点(1)用对x射线有吸收作用的材料在薄的透明胶上制造掩模图形；(2)具有足够强度的x射线源，在其波长范围内可经掩模对光刻胶曝光；(3)具有对x射线敏感的光刻胶材料。liuzhidong612．X 射线源X射线光刻工艺的理想光源是点光源。用电子产生高强度的电子束轰击靶以发射x射线。靶用水冷并高速旋转，以防止靶的过热。可选用的X射线波长范围较宽，钯发射的波长为4.6×10-4um，波长大于4.36×10—4um的X射线均可使用。如10—20keV的电子束轰击铝靶时可以发射波长为8.34×10-4um以上的X射线，滤去杂散辐射后，穿过一铍窗口进入充氦气(He)的真空室，如图3—31所示。对于波长小于9×10-4um的x射线，基片的光刻过程可以在真空室外进行。这与电子束相比，是一个突出的优点。为防止空气吸收x射线，通常用氦气封闭x射线，且x射线光刻对空气尘埃不敏感，因此容易满足洁净要求。liuzhidong63x射线掩模的制造技术，至今还未达到充分开发的程度。目前还有一些问题有待解决，如改进掩模尺寸长时间的稳定性，清除有坡度的图形边缘的分辨率退化效应，以及降低掩模的缺陷密度等。而亚微米x射线刻蚀的可行性，有赖于这些问题的解决。总之，从原则上讲，x射线刻蚀为获得亚微米的分辨率提供了最佳条件。用现有的光刻胶和x射线源，对整个硅基片曝光只需要1min，其分辨率优于0.5 µm。用来自集蓄环中的高强度准直x射线进行分步重复曝光是可行的，但是必须完善自动对准技术，而且要使X射线光刻工艺的质量得到保证，必须改进掩模的制造工艺。liuzhidong651．X 射线曝光的优点X射线的波长短，减少了衍射效应，用接近式曝光系统进行亚微米级工作时，其成本与光学投影曝光不相上下。接近式X射线光刻系统会使图形略有放大。但是，若掩模与基片之间的间隙的大小不发生变化，则图形就不会发生畸变。一般间隙为25～40 µm时，接近式X射线光刻系统仍能满意地进行亚微米级的工作。用X射线曝光可同时获得高的分辨率和大的吞吐量。低能的软X射线减少了在光刻胶和衬底中的散射效应，故不需要纠正邻近效应。由于X射线没有明显地被低原子序数的污物所吸收，故掩模上污物不在光刻胶上复印出有缺陷的图形。另外，由于X射线在光刻胶中的吸收作用小，即使是厚的光刻胶也可以在整个厚度中均匀曝光，结果使边缘整齐的光刻胶影像精确地再现了掩模图形。作为电子束曝光技术的一种补充的x射线曝光技术，能较有效地利用电子束制版分辨率高的性能。因此，目前它被认为是解决亚微米复印技术的最重要途径，并用于高效率、高清晰度的半导体器件的制造中。liuzhidong623. X射线曝光用掩模在x射线光刻系统中最难加工的部件是X射线掩模。X射线掩模是由在x射线能透射的薄膜上做成含有X射线吸收剂的金属图形构成的。吸收材料的厚度，由X射线的波长、材料的吸收系数以及光刻胶所需要形成图形的对比度等因素所决定。金是当前使用最广泛的吸收材料。掩模图形通常用电子束光刻并结合干法刻蚀技术来制作。要保持高分辨率和良好的图形尺寸控制，则金吸收图形的壁需要陡直。这种要求，用薄金膜极易达到，同时也可使用较长的曝光波长。形成掩模基底的膜，对X射线必须是高度透明的，目的是便于缩短曝光时间。掩模应该尺寸稳定、足够耐磨，以适应生产使用中的频繁操作，而且当采用光学对准技术时，对可见光要透明。有许多薄膜材料,如聚酰亚胺、硅、SiC、Si3N4、A1203以及Si3N4／Si03／Si被采用。3N4多层结构，均已liuzhidong第五节离子束曝光在光刻工艺中，以离子束代替电子束具有如下两大优点：(1)离子质量比电子大，离子束穿过光刻胶的散射比电子束弱，而且由于离子轰击所产生的次级电子的能量非常低，因此所引起的散射也有限，使邻近效应得到，且离子束光刻的分辨率比电子束更高。但是，最小元件尺寸的最终仍由这些散射过程所决定。(2)光刻胶的离子灵敏度取决于离子的能量及质量，它比电子灵敏度高几个数量级。因此，离子束光刻比电子束光刻的速度快得多。liuzhidong6611图3—35为一种利用<110>硅的沟道效应的接近式光刻系统。将金属掩模图形放置在适当取向的单晶硅片上，再与涂有光刻胶的需要传递图形的基片相距约20µm。只要沟道离子能通过掩模版，并形成准直离子束射到衬底，就可进行高分辨率的曝光。该光刻系统采用180keV的H+离子束。liuzhidong67几种曝光方式的比较liuzhidong69对于离子束曝光，传统的光刻胶均能使用。与电子束一样，离子束既可用高效投影曝光的方法，也可用聚焦束在基片上直接书写的方法。离子束曝光还处于发展阶段。只要有关问题得到解决，这种技术将适用于0.1 µm尺度的电路制作工艺。liuzhidong68曝光对准精度liuzhidong7012
