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光学曝光

2023-12-02

光学曝光,有三种不同模式:接触(Contact)、接近(Proximity)或投影(Projection)。在接触模式的光刻中,掩膜版接触晶圆。这通常会缩短掩膜版的寿命,并在晶圆和掩膜版上留下不需要的光刻胶残留物。在接近模式的光刻中,掩膜版距离光刻胶表面25至50µm以内。在投影模式的光刻中,通过复杂的光学器件将掩膜版的图像投影到晶圆上。


分辨率(Resolution)定义为光学系统可以解析的最小特征,很少成为微加工应用的限制。这里通常会提到一个菲涅耳衍射(Fresnel diffraction)的概念,主要是指掩膜版上的图形非常小,光波在这种情况下透过孔径会发生衍射。


所以,对于接近模式的光刻系统,分辨率被菲涅耳衍射限制为最小值约5µm。在接触系统中,分辨率约为1至2µm。而对于投影系统,分辨率由 0.5×λ/NA给出,其中λ是波长(~400nm或更高),NA是光学器件的数值孔径(对于 MEMS 中使用的步进器,数值孔径约为0.25),投影系统光刻的分辨率通常优于1µm。


在接近模式下,掩膜版与光刻胶的距离在25至50µm范围内。菲涅耳衍射将分辨率和最小特征尺寸限制为~5µm。在投影模式下,复杂的光学器件将掩模成像到光刻胶上。分辨率通常优于1µm。


焦深(Depth of focus)是对光刻更严格的限制,特别是考虑到需要曝光较厚的光刻胶或适应晶圆上的几何高度变化。接触式和接近式系统的焦深很差,也受到菲涅尔衍射的限制。在投影系统中,可以通过调整焦点设置来移动图像平面,但一旦固定,该平面的焦深就会限制为 ±0.5 × λ/NA^2,也就是说,焦深通常限制在几微米。投影模式的光刻系统显然是一种优越的方法,但系统的成本可能比接近模式或接触模式的系统高得多。


虽然对于MEMS加工来说,大多数光刻系统的分辨率并不是关键限制因素,但根据应用的性质,光刻可能具有挑战性,比如涉及有挑战的光刻工艺包括:较厚光刻胶的曝光、景园地形高度变化、正面到背面图案对准等。


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