X射線光刻(X-ray lithography)技術(shù)是電子工業(yè)中用于選擇性去除一部分薄膜的工藝。使用X射線將幾何圖形轉(zhuǎn)移光敏光刻膠上。然后進(jìn)行一系列化學(xué)處理,將產(chǎn)生的圖案雕刻到光刻膠下方的材料中。
X射線光刻技術(shù)最初是半導(dǎo)體工業(yè)的新一代光刻技術(shù)的候選者,并成功生產(chǎn)了許多微處理器。X射線具有短波長(zhǎng)(低于1 nm),克服了光刻的衍射極限,從而可以實(shí)現(xiàn)較小的特征尺寸。如果未對(duì)X射線源進(jìn)行準(zhǔn)直(collimated),例如使用同步加速器輻射(synchrotron radiation),則使用基本準(zhǔn)直鏡(elementarycollimating mirrors)或衍射透鏡(diffractive lenses)代替光學(xué)中使用的折射透鏡。
X射線是寬帶的(broadband),通常來(lái)自緊湊的同步加速器輻射源(compact synchrotron radiation source),可以快速曝光。深X射線光刻(DXRL)使用的波長(zhǎng)更短,僅為0.1 nm,并且使用改進(jìn)的程序(如LIGA工藝)來(lái)制造深而均勻的三維結(jié)構(gòu)。 掩膜板通常由金(gold)、鉭或鎢的化合物(compounds of tantalum or tungsten)構(gòu)成的X射線吸收劑在對(duì)X射線透明的膜上構(gòu)成,該膜通常由碳化硅或金剛石制成。
通過(guò)直接寫(xiě)入電子束光刻(direct-write electron beam lithography,鏈接:MEMS制造技術(shù) - 電子束刻蝕(e-beam))將掩模上的圖案寫(xiě)入到通過(guò)常規(guī)半導(dǎo)體工藝顯影的抗蝕劑上。可以拉伸薄膜以提高覆蓋精度(overlay accuracy)。
大多數(shù)X射線光刻是通過(guò)在模糊對(duì)比度線(the line of fuzzy contrast)上以圖像保真度(不需要放大)進(jìn)行復(fù)制。然而,隨著對(duì)高分辨率的日益增長(zhǎng)的需求,現(xiàn)在使用局部的“偏置放大率”(demagnification by bias)在所謂的“最佳點(diǎn)”( "sweet spot")上進(jìn)行X射線光刻。通過(guò)多次曝光來(lái)開(kāi)發(fā)高密集結(jié)構(gòu)。使用3倍放大倍數(shù)具備一些優(yōu)勢(shì):更易于制造研磨板,掩模與晶圓的間隙增加,對(duì)比度更高。該技術(shù)可擴(kuò)展到15nm打印。
與極端紫外線光刻(extreme ultraviolet lithography)和電子束光刻(鏈接:MEMS制造技術(shù) - 電子束刻蝕(e-beam))一樣,X射線會(huì)產(chǎn)生二次電子(secondary electrons)。定義精細(xì)的圖案主要是具有短路徑長(zhǎng)度(short pathlength)的俄歇電子(Auger electrons,一種表面科學(xué)和材料科學(xué)的分析技術(shù))產(chǎn)生的;而與X射線曝光相比,一次電子在更大的區(qū)域范圍實(shí)現(xiàn)抗蝕劑的敏感。
雖然這不影響由波長(zhǎng)和間隙確定的圖案間距分辨率,但是由于間距處于初級(jí)光電子范圍的量級(jí),因此降低了圖像曝光對(duì)比度(max-min)/(max + min)。側(cè)壁粗糙度(sidewall roughness)和斜率(slopes)受二次電子的影響,因?yàn)樗鼈兛梢栽谖掌鳎╝bsorber)下方的區(qū)域中傳播幾微米,具體取決于曝光的X射線能量。
光電子效應(yīng)的另一種表現(xiàn)是暴露于用于制作子掩模(daughter masks)的厚金膜的X射線產(chǎn)生的電子。模擬表明從金基底產(chǎn)生光電子可能影響溶解速率(dissolution rates)。
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:MEMS制造工藝 - X射線光刻技術(shù)(X-ray lithography)
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