关键技术详解：光刻技术加工

光刻加工中的关键技术主要包括掩膜制作、曝光技术和刻蚀技术等。

7.7.2.1 光刻掩膜制作

图7.7-2 掩膜制作流程

掩膜的基本功能是当光束照在掩膜上时，使图形区和非图形区对光有不同的吸收和透过能力。理想的情况是图形区可让光完全透射过去，非图形区则将光完全吸收，或与此完全相反。掩膜有两种结构，而基底上涂布的抗蚀剂也有正负之分，故掩膜和硅片结构共有四种组合方式。通过它们的不同组合，可以将掩膜图形转印到硅片抗蚀剂上再经过显影、刻蚀和沉积金属等工艺，即可获得诸如集成电路等图形结构。掩膜制造技术发源于光刻，而后在其发展中逐渐独立于光刻技术。其制造工艺可分为版图设计、掩膜原版制造、主掩膜制造和工作掩膜制造四个主要阶段。制作掩膜的工艺流程如图7.7-2所示。

7.7.2.2 曝光技术

从能量束角度看，目前微细加工光刻采用的主要技术有远紫外曝光技术、离子束曝光技术和X射线曝光技术。其中，离子束曝光技术具有最高的分辨率；电子束曝光技术则代表了最成熟的亚微米级曝光技术；紫外准分子激光曝光技术则具有最佳的经济性，是近年来发展极快且实用性较强的曝光技术，已在大批量生产中处于主导地位。几种曝光技术的比较见表7.7-3。

表7.7-3 几种曝光方式比较

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7.7.2.3 刻蚀技术

刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀，它是独立于光刻的一种重要的微细加工技术，但刻蚀技术经常需要曝光技术形成的抗蚀剂膜，而光刻之后一般也要靠刻蚀得到基本上的微细图形或结构，所以刻蚀技术经常与光刻技术配对出现。经常采用的化学异向刻蚀方法又称为湿法刻蚀，它具有独特的横向刻蚀特性，可以使材料刻蚀速度依赖于晶体取向的特点得以充分发挥。干法刻蚀是指利用一些高能束进行刻蚀，以往硅微细加工多采用湿法刻蚀。

微机械加工常用的刻蚀剂主要有三种：EDP（乙胺、邻苯二酚和水的混合液）、KOH溶液和HNA（HF、HNO₃和醋酸的混合液）。EDP是最适合于微机械加工的刻蚀剂，它有以下几个特点：

1）可进行各向异性刻蚀。

2）选择刻蚀性强，适用于SiO₂、Si₃N₄、Cr、Au等多种材料作掩膜的掩蔽腐蚀。

3）刻蚀速度与掺杂剂密切相关，硅中掺硼时的刻蚀速度接近于零。KOH和水制成的刻蚀液，其刻蚀速度与硅片的晶向关系密切。HNA是一种复杂的刻蚀剂，其刻蚀特性取决于硅中掺杂剂的种类和浓度、刻蚀剂的组分比例和对抗蚀剂的搅拌速度，其选择刻蚀性差，不能用SiO₂作掩蔽；Si₃N₄和Au可以勉强作掩蔽，但对较深图形的掩蔽特性不及EDP。

根据光刻原理，可以制造一些精密产品的零部件。例如，刻线尺、刻度盘、光栅、细孔金属网板、电路布线板以及晶闸管元件等，在电子、光学和精密机械等领域中均有应用。