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常见的光刻设备

2023-11-22

光刻在MEMS加工中,是图形转移的关键步骤,决定了线宽、集成度、平面转移精度,是MEMS工艺中较为重要的一环。常用的光刻设备有步进光刻机和接触光刻机等,如图3-6所示。其中,接触式光刻机受到衍射极限的制约,分辨率在1~2微米之间,步进式光刻采用投影技术,将极限尺寸降低至0.2~0.5微米,提高了芯片的集成度。


接触式光刻

接触式光刻是较为基础的曝光系统,它使光掩模与晶片直接接触,并将其曝光在均匀的光线下。接近打印机会在光掩模和晶圆之间留一个小间隙。在这两种情况下,掩模都覆盖整个晶片,并同时对每个管芯进行构图。接触印刷容易损坏掩模和晶圆,这是其被大量用于批量生产的主要原因。接触光刻和近距离光刻都要求整个晶片上的光强度要均匀,并且掩模要与晶片上已经存在的特征精确对准。随着现代工艺使用越来越大的晶片,这些条件变得越来越困难。研究和原型制作过程经常使用接触式光刻或接近式光刻,因为它使用较为便宜的硬件并且可以实现高光学分辨率。接近光刻的分辨率约为波长与间隙距离乘积的平方根。因此,除了投影光刻之外,接触印刷可提供最佳分辨率,因为其间隙距离约为零(忽略了光刻胶本身的厚度)。


步进式光刻

步进式光刻首先是在超大规模集成(VLSI)光刻使用投影系统。步进光刻机是把投影掩模版上的图形与涂胶硅片进行对准,而后从一点到另一点逐场曝光。当硅片表面涂过光刻胶并前烘以后,步进光刻机就开始进行对准和曝光操作。带胶硅片被自动传送到光刻机的承片台上。在这个台子上,硅片根据需要被提升或降低来把它置于光刻机光学系统的聚焦范围内。硅片与投影掩模版对准以保证图形能够传送到硅片表面的合适位置。一旦最佳聚焦和对准获得后,快门就被打开,使紫外光通过照明系统到投影掩模版,再通过投影透镜最后到带胶的硅片上。所有聚焦硅片对准和曝光操作都由步进光刻机来完成。当一个图形曝光完后,步进光刻机会步进到硅片的下一个位置并重复对准和曝光过程(这就解释了名字中的步进-重复)。步进光刻机通常与一台自动轨道机相连,轨道机执行了其他所有基本的光刻操作。


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