X射线光刻技术原理

X射线光刻技术原理 新疆农业大学机械交通学院 先进制造技术 X射线光刻技术原理、工艺方法、应用实例分析 题 目 机械交通学院 学 院 机械设计制造及其 自动化 机制102班 专 业 班级 冯玉柱 103731207 姓 名 学号 刘小勇 教授 指导教师 职称 2013年 6 月 10 日 目 录 摘要 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 前言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1 X射线光刻技术原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.1 X射线的特性 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.2 X射线光刻原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.2.1SR光源„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.2.2校准器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 1. 2 . 3 X射线掩模„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 1. 2 . 4抗蚀剂„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 1.3 X射线光刻的特征„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2 X射线光刻技术工艺方法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.1 X射线掩模„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.2掩模版的制造„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 2.3掩模版的检查和修改„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 2. 4 成本 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2. 5 光源技术 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2. 6 抗蚀剂情况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 2. 7 对位套刻裕度„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 3 X射线光刻技术应用实例分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 3. 1 掩模制备 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 3. 2 对准技术 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3. 3 T型栅工艺 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 4 结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 X射线光刻技术原理、工艺方法、应用实例 分析 冯玉柱 摘要:首先介绍了X射线光刻技术的工作原理及,射线光刻技术的特征,其次介绍了X射线光刻技术的工艺方法,最后介绍了X射线光刻技术在GaAs器件制作中的应用。与其它光刻技术 (尤其是超大规模多兆位存贮器光刻) 相比,X射线光刻可给用户提供许多有利的条件。 关键词:X射线,光刻技术; 工作原理; 工艺方法 3 前言 在LSI日益加快向高集成化、高速化发展的同时,推动LSI发展的16M比特动态随机存取存储器(DRAM)已达到批量生产的水平。目前高集成化速度每三年提高四倍,预计今后仍将按这个速度持续下去。在光刻技术中作为重要指标的最小图形尺寸每代缩小30%。现在,由于对抗蚀剂、透镜和照明系统的不断改进,使之更加适合移相曝光等,K1系数也随着抗蚀剂等的高功能化,在采用i线曝光时达0.5、采用KrF或ArF时可达0.6。然而,上述改进仍以0.2微米(256M bit)为极限。在这种情况下,不但要求在以ArF为光源的实用化方面必须有若干突破,而且要求尽快开发出可供选择的其它方式的光刻技术。在诸多的光刻技术中，X射线光刻所具有的分辨率高、焦深大、衬底无反射等特点使其在GaAs器件所需的T型栅剥离工艺中独具优势。同时，X射线光刻效率高、工艺宽容度大，能够很好地兼容从 0.1~0.5微米的GaAs器件制造工艺。并且它是目前唯一可以满足这一需要的生产技术。近年来，随着 X射线光刻技术的成熟，以GaAs电路生产应用为目标的实用化技术研发成为一个引人注目的趋势。 1 X射线光刻技术原理 1.1X射线的特性 (1)抗粒子缺陷性能好; (2)景深达到极限; (3)分辨率与视场尺寸无关; (4)图象保真度特别好; (5)金属面的反射效应 可以忽略不计。 (6)这些特性可以转换成: (7)分辩率可达到0.2微米; (8)在分辨率范围内临界尺寸控制可达10%; (9)适合于大面积光刻可变图形和尺寸变化芯片,因而容易用于光刻超大规模CCD器件至多兆位存贮器的电路图形; (10)分步重复套刻精度极好; (11)利用单层抗蚀剂; (12)硅片上芯片间 电路性能一致性很好控制; (13)制作亚微米尺寸电路成品率高。 1.2X射线光刻原理 加速到接近光速的电子在通过磁场时轨道发生扭曲,产生辐射光(软辐射)。这种软辐射光(SR)是由X射线到可见光的连续光组成。它可使最适于光刻的X射线(0.5~1.2纳米)产生高强度,在方向性方面也非常好,很适于用作光刻的光源。图1-1是以SR为光源的X射线光刻系统的示意图。 电子轨迹被扭曲后产生了SR,一般一个存储环可设置16~20条光束线,从每条光束线中都可得到SR。通过光束线和反射镜扩大了SR的纵向曝光范围。另外,利用反射镜和铍窗对长波的截止作用,可以调整曝光波段。在每条光束线的末端都配有曝光用校准器。为使SR能水 平入射,校准器成纵向设置。掩模与晶片间有10~15微米的贴近间距,掩模的图形以分步重复方式复制到晶片上。曝光系 4 统由光源、光束线、校准器、掩模及抗蚀剂等主要部分构成。下面,分别对这些主要部分的进展状况进行分析。 图1-1 以SR为光源的X射线光刻系统 1.2.1 SR光源 目前,正广泛地开展着对光刻光源—SR环的开发。采用普通传导型的有SORTEC、NAR(NTT)和LUNA,采用超导磁铁的加速、存储环(包括单纯存储环)有HELIOS(OXFORD)、AURORA(住友重机)、Super-ALIS(NTT)、三菱等型号。作为光刻光源必须满足以下要求:存储电流大、寿命长、设备的可靠性高及运转率接近100%等。几种主要SR环的型号及指标参数如表1-1所示。 存储电流的大小受曝光量的影响。考虑到抗蚀剂的灵敏度和所使用光束线的功率等,为实现每次1秒以下的短促投射曝光,存储电流必须达到30OmA以上。soRTEC公司已制成存储电流500mA、光束寿命(存储电流以1/e衰减的时间)达25小时的光刻光源。其存储环的运转率已达98%以上,被认为是一种完备度很高的光刻光源。在采用超导磁铁的加速、存储实现小型化后,有利于被工厂广泛应用。如目前AURORA的整体设置面积仅为3φm2。AURORA和supe-ALIS的存储电流都达到了5O0mA的水平。在HELIOS上引进了IBM公司的高级光刻装置(ALF),通过了200mA一20H的存储电流设计,运转率也几乎达到10%。可以说,目前小型超导存储环的各种性能都已达到了实用的水平。 5 表1-1 主要SR环的型号及指标 SR环型号 SORTEC HELLOS Oxford AURORA SHI Super-ALIS NTT 磁铁 普通传导 超导 超导 超导 电子能 Gev 1.0 0.7 0.65 0.6 临界波长 nm 1.55 0.84 1.02 1.73 床面积 ? 15φ 6×2.5 3φ 8.8×2.5 存储设计值 mA 500 200 300 500 电流 实测值 mA 500 300 500 500 光束寿命 hr 25 20 13 5 1.2.2 校准器 在进行LSI的光刻时，要求校准器必须具备最小线宽的分辨率和最小线宽的1/4以下的重合精度。在对晶体管和电容器等元件进行配线和制作Lsl时,大约需要20道以上的光刻工序。生产率的提高等于产品成本的降低,芯片尺寸向微细化发展对于降低成本是非常有利的。为此,要求图形微细化和各层间的重合高精密化。另外,曝光工序的高速化对于提高生产率也是非常重要的。曝光工序对校准器的析像度、调整精度及高速处理能力等都有相当高的要求。X射线曝光采用的掩模与晶片间距10-50微米的等倍近贴曝光方式不同于普通光曝光的小投影曝光方式。X射线的折射率无论对任何物体都极为接近,不易发生变化。等倍曝光对掩模精度的要求比缩小曝光更加严格。由于采用X射线曝光方式不需透镜,所以不会产生由透镜引起的复制变形现象。 SORTEC公司研制的校准器,析像度为0.1微米、校准精度达25nm以下(3δ )。目前,X射线校准器的析像度和校准精度等基本性能普遍达到了IG bitDRAM水平(0.18微米)。今后,在实用化方面的主要课题是向高速化发展。 1.2.3 X射线掩模 X射线掩模的结构如图1-2所示。它是由作为框架的硅片、透射x射线的厚1~2微米的支撑膜片和刻有图形的厚0.5微米左右的吸收体构成的。 图1-2 X射线掩模的结构 6 膜片和吸收体的特性及可供选择的材料如表1-2所列 表1-2 膜片和吸收体的特性及可供选择的材料 特性 材料 X射线透过率 膜 SiN、SiC 高杨氏模量 金刚石 可见光透过率 片 抗SR辐射性 应力控制性 X射线吸收率 吸 腐蚀加工性 收 Ta、W、Au 低应力 体 抗SR辐射性 耐冲洗性 在膜片材料方面,由于这层薄膜是作为掩模的支撑基板使用的,所以应具有较高 的杨氏模量和适度的拉伸应力。为保证较高的可见光透过率,准直光通过掩模时衰减不能太大。另外,由于掩模在曝光过程中一直受到SR的辐射,所以要求膜片材料即使是在大剂量辐射的情况下也不会产生机械性或光学性的损伤。较适合的材料有SiN、SiC和金刚石等。它们各自的特点是:SiN具有较高的可见光透过率(在633nm时达98%)、SiC具有较高的抗SR 辐射性、金刚石具有较高的杨氏 )。目前,正在对提高SiN 的抗SR辐射性和提高SiC模量(是SiN 和SiC的4倍 的可见光透过性进行深入的研究,有关以金刚石作为X射线掩模材料的报道不多。 在吸收体材料方面,较适用的主要有Ta、W和Au。Ta和W是适用于干腐蚀方式的材料、Au是适用于电镀的材料。在腐蚀吸收体时,会因局部应力缓解而造成图形位置的偏差,所以如何制成低应力(< 3MPa)膜是在吸收体方面存在的最大问题。 X射线掩模的制作工艺主要有两种:NTT公司采用的工艺是,先以晶片加工工艺形成吸收体的图案,再进行背面腐蚀,最后将其附在框架上。IBM和富士通公司采用的工艺是,先进行背面腐蚀,之后在形成膜片的状态下对吸收体进行加工。采用第一种工艺比较容易制作,但在进行背面腐蚀后会因膜片应力的变化使图形产生位置偏差。由于第二种工艺是在最后对吸收体进行加工,所以图形的位置偏差相对小得多,但是仍存在着在膜片状态下不易进行图形的曝光和腐蚀加工等问题。 在X射线掩模的基本构造定型后,掩模缺陷的检查和修正技术在快速地发展着IBM公司制作了无缺陷掩模,达到了制作LSI所需的理想性能。NTT公司也利用自己的掩模缺陷评估技术实现了低缺陷化。 1.2.4 抗蚀剂 X射线的光子功率达数千电子伏特。而实际上,有助于抗蚀剂反应的只是X射线在抗蚀剂中产生的数十电子伏特以下的二次电子。因此,可将远紫外线用抗蚀剂用于X射线光刻,并可得到与使用远紫外线相同的反应。对X射线的吸收,在抗蚀剂中仅占百分之几。为达到较高的灵敏度,应选用曝光时可产生酸性催化反应的化学增感类抗蚀剂。 7 理想的X射线抗蚀剂灵敏度应达到50mJ/cm2、析像度应达到 0.1微米。负型抗蚀剂有由碱性可溶苯酚树脂、交联剂和酸发生剂等制成的SAL系列和PN-100型。它们具有良好的分辨率和稳定性,今后将向高灵敏度的方向发展。在正型抗蚀剂方面,IBM公司和NTT公司已分别研制出10OmJ/cm2以下的高灵敏度抗蚀剂。 )碱性杂质的影化学增感类正型抗蚀剂在受到空气中或衬底上极微量(ppb级响后,可产生表面不易溶解及在衬底表面生成残留物等负作用。另外,从开始曝光到曝光后的烘干这一段延迟时间里还会对图形的大小产生影响。这些是X射线曝光和其它方式曝光共同存在的间题。需从抗蚀剂材料和抗蚀剂加工工艺两个方面考虑解决的办法。 1.3 X射线光刻的特征 采用X射线进行光刻解决了一些普通光刻中存在的问题。从已被解决的下述问题中,可明显地看出X射线光刻的特征。 问题1 焦深(DOF)不足的问题,伴随着光源的短波化、高NA化越来越明显了。采用X射线曝光,容易制成0.15微米以下水平的图形,具有较大的复制容限。由于不需投影透镜,不存在焦深的问题,只需相应调整掩模与晶片的间隙即可进行曝光。X射线曝光可形成0.15微米的线距,可在20微米以上的狭窄范围里进行复制。 问题2 与线距相比,针孔图形的分辨率差。采用x射线在10-30微米的贴近间距进行曝光时,在0.15微米针孔图形的光强度上显示出非常陡的曲线。曝光容限 差(在0.15微米士10%的曝光量范围中)达20%以上。采用X射线曝光提高了针孔 图形的分辨率。 问题3 伴随着微细化的发展,由图形的疏密度和拐角处易弯成圆角等邻近效应产生的不利影响,越来越突出。有必要对复杂的邻近效应进行修正。通过以0.15微米水平的X射线曝光进行的图形疏密依赖性实验,证明孤立图形与线距图形的光强度分布是一致的,也证实了在图形的线宽方面不存在疏密依赖性。X射线曝光即使对较强的邻近效应,也不必要进行复杂的修正。 问题4 在向短波段化发展的同时,由衬底反射产生的影响(由多 重 干涉引起图形尺寸的变化和由衬底台阶高差造成的反射使图形缺损等)和对抗蚀剂吸收的影响(由台阶高差引起图形尺寸的变化等)也增大了。采用X射线时,抗蚀剂 的吸收仅为百分之几,不存在图形曲线的膜厚依赖性。在抗蚀剂厚度为4微米 和8微米时的复制图形上,图形侧面是垂直的。由衬底产生的影响主要是由二次电子产生的,在采用 硅系列或铝制衬底后,其影响可以忽略不计。 2 X射线光刻技术工艺方法 2.1 X 射线掩模 掩模质量必须是极好的,在硅片一图形化工艺过程中,掩模比别的任何东西都重要,它具体表现出最好的电路特性质量。最好特性质量,就图形尺寸控制、布局、缺陷密度、批次间和片间方面而论是可以达到的。因此,掩模材料和掩模制造工艺的选择必须明确确定,而且必须小心谨慎地控制。 8 2.2 掩模版的制造 一块典型的X射线掩模版 由在薄膜上X射线吸附材料密集的图形和低密度薄膜构成。这些材料和制造工艺都决定着掩模版的稳定性、反差度、分辨率、均匀性和缺陷密度。有效孔径(视场尺寸)为100毫米的掩模版已成功地制造出来。X射线掩模版最常使用的材料包括氮化硼和作为低密度薄膜的氮化硅。用金或祖 作为吸收剂。 一般来说,随明区(无吸收剂区),的减少,掩模版性能提高。世界上有许多厂家正在制作适用于全视场或分步重度曝光的掩模,而且发表了许多技术论文。这些掩模版是适用于下列参数范围:分辩率0.3~0.5微米,缺陷密度0.2~1/cm2,畸变低于0.1微米,均匀性0.3~0.9微米,套刻精度士0.1微米(2δ)。对于诸如氮化硼、氮化硅及单晶硅材料、杨氏模数 (机械强度的量度) 的值是1~2x1012达因/厘米2(100~200G Pa)。 当用于低强度(0.3~1.0mw /cm2)X射线照射时,这些掩模版显示出良好的长期稳定性。在5~10mW /cm2和50~150mW/cm2 X射线照射的稳定性,现在正在研究之中。初期结果指出阁,当非晶体材料 (如氮化硼或氮化硅) 被非常高强度的X射线照射时,发生引起机械性能变化的化学变化,即这些掩模材料在高强度的X射线通量密度下不可能提供长期稳定性。 其它材料 (如单晶硅或碳化硅) 也是在研究之中。其中碳化硅特别有意义,因为这种材料的杨氏模数为4xl00达因/厘米的平方(4OGPa),为目前所用材料的两倍。因此,其机械强度好,稳定性也可能比较好。 与薄膜热性能和机械性能相关的有X射线吸收剂的热性能和机械性能,影响稳定性及应力的控制以及随之而来的畸变。吸收剂的特征性质,加上图形化技术,决定着反差度、分辩率和能够获得的边沿质量。金被广泛地用作吸收剂,其特性已作了很好的说明。但和钨都己用作吸收剂t41,其特性正被人们鉴定,可以预料它们将代替金作为主要的吸收剂材料。 2.3 掩模版的检查和修改 尺寸比最小几何图形尺寸的10%大的掩模版缺陷,归为致命性缺陷。目前使用的所有检查技术都采用照相光学元件,因而亚0.5微米缺陷为检测极限值。采用1微米或更小的最小条宽的1:1掩模的检查是困难的。为了对X射线掩模版进行特性分析,将玻璃片子用X射线光源曝光,这样只是可印晒出的缺陷重复 产 生 出 来。目前,0.75微米最小儿何尺寸能用0.35微米缺陷灵敏度扫描,用双倍扫描技术,缺陷灵敏度能被改进到0.3微米。 到今年底,新的软件将把可扫描的最小几何尺寸扩展到0.5微米,同时保持相同的灵敏度。我们预计有可能到1988年底,缺陷灵敏度可达0.2~0.25微米范围。因此,目前商品化的检测技术尚不适应于0.5微米设计原则以及1:1版缺陷鉴定和分析。然而,这些检测技术正在改进和继续研究,必将发展成为亚0.5微米条宽掩模的实际检测工具,这时采用扫描电镜(SEM),而不是采用照相一光学技术。 X射线掩模版的缺陷可能通过离子铣蚀技术 (不透明的缺隋) 或滚积方式 (清楚的缺陷) 修补掉,己经研制出的适用修正掩模版的聚焦离子束系统,同样也适合修正X射线掩模。至今,小达0.2微米的不透明缺陷能成功地从图形化的氮化硼薄膜移除。采用透明缺陷修正淀积方式的设备样机已正由许多设备制造厂家的实验室做出来,因此,我们可以预计,到1986年底,透明缺陷修正技术将进入掩模版缺陷修正领域。 9 2.4 成本 X 射线掩模版的成本,主要与必须的电子束成像、检测和修正成本有关。电子束成本是图形面积尺寸和地址结构的函数。今天,100mm全尺寸。0.1微米地址结构掩模版成本在检测和修正之前为4000~12000美元。步进掩模(30x30mm2面积)的成本,在检测和修正之前为3000 ~ 4000美元。目前,不修正的步进掩模正在制造出来,其缺陷密度为<1个缺陷/厘米2。不同于5X或10X中间掩模以及1:1光掩模版,电子束产生的X射线掩模版可以用作产生“工作掩模”的“母版”。因此,曝光和缺陷修正成本之间的差别使总成本得 以下降,即从10000~12000美元下降到2500~4000美元。 2.5 光源技术 X射线光源可分为常规光源和非常规光源。常规光源(固定和旋转的电子轰击阳极)在抗蚀剂平面上和在大直径(>1.5mm)上产生低亮度(<=lmW/cm2)。成本为100000~200000美元。非常规的光源包括激光[91]和气体发生等离子体[10]。以及同步加强器辐射[11.12] 所有非常规的光源还在实验研制阶段。 等离子体光源产生高的亮度(< i~10mw/cm2),激光发生等离子体有效直径为50~100微米,气体发生等离子体的有效直径为50~100mm。哪种等离子体源将占主要地位,尚不能确定。成本为350000~450000美元。 ,看作最终目标的同步幅射源是大量而昂贵的。在欧洲(已经进行了两年)目前 和日本(刚开始)正在做大量的研究工作,以开发出一种采用超导磁铁的小型存贮环。到1989年这种同步幅射源在市场上有售。采用普通导体磁铁做实验表明,光刻胶平面上强度为60~100mw/cm2，,有效源直径<100微米。 存贮环能同时为几个步进式曝光机提供光源。每束线光源成本为50万~100万美元,如果把步进式曝光机加进去,则每束线光源的成本为75万~140万美元。据报道目前的存贮环提供的可使用时间>85%。图2-1是目前对于光源使用的预期时间曲线。 常规光源将用到大约198~1989年为止。在目前实验室应用中,等离子体光源可能最早在1988年用于生产步进式曝光机之中。紧凑小型的同步辐射光源将在九十年代初期用于生产X射线步进式曝光机。等离子体和同步加速光源将同时提供专用、定制和批发市场。完全有可能的是,存贮环的有效使用可以彻底改组半导体工业,包括它的原材料供应和部件制造后勤、空间布局和利用,以及每位成本和总成本等。 图2-1细微光刻用X射线光源使用的预期情况 10 2.6 抗蚀剂情况 .正胶和负胶现在都在使用，他们的灵敏度范围宽为:4200~15mJ/cm2，而最小使用分辨率为0.3~2微米。一般来说，在灵敏度和分辨率之间必须折中考虑，因为他们多少以相反方式相关。适用的抗蚀剂的基本性能包括:但层加工性能;良好的灵敏度(8mJ/cm2);良好的分辨率(<0.5微米);良好的耐干法腐蚀性能及高的反差(>1.0)。抗蚀剂必须适合特殊的X射线光源的波长，最大适用范围为440pm~1nm左右。较短波长可排除对非常薄的薄膜(1微米)和窗口(<25微米)的需求。 系统的最终性能取决于抗蚀剂灵敏度、光源波长、光源强度之间的匹配。常规的使用对近期等离子体光源使用性能的预计，刺激了人们对高灵敏度(35~45mW/cm2)、良好的分辨率(0.3~0.5微米)、良好的反差(>=1.0)和耐干法腐蚀损伤性能等于或优于现有光刻胶的抗蚀剂的开发。最近十八个月以来，在美国、日本一直在进行这些研究工作。其典型结果示于图2-2。 上述适用的分辨率、灵敏度、反差和单层加工能力，可在成本和工作性能方面提供很明显优于其他光刻技术的优点。此外，当光源亮度增大时，如果抗蚀剂灵敏度不太重要，那么具有良好反差的高分辨率就容易达到。 图2-2 2微米台阶上显影出的0.8和0.6微米抗蚀剂 2.7 对位套刻裕度 X射线光刻和光学光刻能够而且确实使用相同的对准技术。目前，一次与一次套准光误差为?0.51微米(3δ)对准精度，而0.25微米分辨率需要0.05微米的精度。虽然这能用目前能办到的技术完成，但还没有进行统计研究。其他因素也导致误差，例如:X射线掩模版的畸变和稳定性在套刻公差方面是重要的因素。目前报道的掩模本身的对准精度为?0.1微米的结果表明，假定掩模与掩模间没有变化，则稳定性和畸变是合理的。以亚微米为特色的多兆位存贮器所要求的精确地每次套刻公差，要达到满意是困难的。 11 3 0.1-0.3微米X射线光刻技术在GaAs器件制作中的应用 3.1 掩模制备 图3-1不同合金结构制作的对准标记的表面形貌 掩模技术一向被公认为是X射线光刻技术的一个最关键技术和主要的技术难题。X射线光刻掩模是由一片支撑薄膜和附着在薄膜上的X射线吸收体的图形组成。在选用薄膜材料时，需要综合考虑材料的抗辐射性、强度、可见光透过率及薄膜应力等因素。本研究中使用的x射线光刻掩模采用MECCAS制作的Au/Cr/SiN多层低应力薄膜结构掩模体系，其中作为掩模支撑薄膜的SiNX薄膜厚度2微米，由SiH2Cl2和NH3气体在900摄氏度的LPCVD中淀积在100晶向的 直径50mm硅片上。经背面光刻、刻蚀开窗口后，在33%KOH溶液中80摄氏度下腐蚀6-8h;。在开出曝光窗口区的掩模基片上进行电子束光刻制作吸收体图形，电子束光刻在MECCAS的JBX5000L型电子束直写光刻机上进行，采用SAL605化学放大胶。吸收体金属制作采用电镀和离子束刻蚀两种方式。 X射线光刻的优点之一是可以自复制光刻掩模，复制采用UV3化学放大胶，用电子束光刻制作的“母版”在SiNX薄膜基片上进行X射线曝光，然后采用电镀制作吸收体图形。整个掩模的图形加工均在薄膜基片上进行，作者为此开发了一整套薄膜基片加工工艺规范。 3.2对准技术 器件光刻采用混合光刻，栅光刻采用X射线光刻，而其他图形如源漏光刻则采用光学光刻。X射线光刻套准采用MECCAS与中科院光电所研制的XRL-1型光刻系统，套准精度为0.1微米。这套系统的精细对准是由微机通过CCD成像反馈控制自动完成的。在这样的混合光刻中，对准标记的制作对套准精度具有至关重要的影响，标记需要有足够的反差和良好的图形边缘。标记一般采用Au制作，对于GaAs器件而言，要在制作源漏合金的同时制作出对准标记，因此控制合金的表面形貌防止严重的合金点形成尤为关键。在研究中我们采用了一种新的合金结构Au/Ag/AuGeNi/In，取得了良好的标记形貌。图1为这种新结构合金与常规合金制作的标记的比较。 3.3 T型栅工艺 X射线光刻的一大优点是焦深大、波长短，可以制作大高宽比的图形结构，且图形边缘极为陡直，这对于GaAa器件制作中的剥离工艺来说是极为有利的。 12 在缩短器件栅长的同时，降低栅电阻的途径是制作T型栅。由于要将不同线宽的图形重叠在一起，T型栅一般需要采用多层胶工艺制作，在本研究中，作者采用了PMMA(MAA)/PMMA双层胶。PMMA胶是目前分辨率最高的光刻胶之一，但灵敏度很低，使其在低强度光源如电子束光刻中的应用受到了很大的限制。而同步辐射光源的高亮度使这一问题得以克服，因此PMMA胶被广泛地应用于深亚微米和纳米尺寸的X射线光刻研究中。作者利用PMMA(MAA)/PMMA双层胶进行了T型栅工艺研究，开发出一种单次曝光自对准T型栅工艺，在曝光后采用分步显影工艺， 异丙醇溶液对顶层的PMMA(MAA)胶显影，再用甲基异丁基酮/异丙醇对先用乙醇/ 底层PMMA胶显影。图3-2是用该工艺制作的T型栅(栅长0.25微米)和T型栅胶图形(栅长0.1微米)的SEM照片。 为了使光刻工艺具有更好的通用性和兼容性，作者分别利用MECCAS自己的器件工艺和信息产业部电子13所的器件工艺进行了PHEMT晶体管和电路的制作研究。已采用X射线栅光刻制作出了栅长0.15微米的AlGaAs/InGaAs/GaAS PHEMT 晶体管，图3-3为PHEMT晶体管栅极的SEM照片。 图3-2 T型栅和T型栅胶的扫描电镜照片 图3-3 X射线光刻制的PHEMT晶体管栅极的扫描电镜照片 13 4 结论 通过对采用SR的X射线光刻技术及其主要相关技术的发展状况进行了介绍。SR环的稳定性与SR校准器的精度都达到了实用化的水平。在存在着主要间题的X射线掩模方面,也取得了进展。目前在普通光刻技术中存在的许多问题,在引入X射线光刻后都迎刃而解。由于X射线光刻技术具有0.1微米以下的分辨率,预计可在256M bit以上的许多代产品的光刻中发挥作用。 使用X射线，以及由X射线与普通光步进式曝光机相组合制作出了电路。到1989年，低产量系统将有售，并进入电路制作领域。在1988~1989年期间，气体和激光等离子体光源都将大量上市。同步加速光源到1989年适用于研究与开发，到1992年将用于生产领域。X射线光刻作为一种半导体加工方法，正被用于研究和开发，以便对这种技术本身进行特性分析和改善，也用于电路工艺研究和某些小批量生产领域，到1990年用于生产领域。 X射线光刻技术在微波毫米波MMIC电路制造中具有很好的应用前景。作者对同步辐射X射线光刻及在GaAs PHEMT器件制作中的应用进行了研究，并制作出栅长0.15微米的AlGaAs/InGaAs/GaAS PHEMT晶体管。研究结果表明，X射线光刻在剥离图形及T型栅结构制作工艺中具有极好的光刻图形质量，在混合光刻工艺中，抑止GaAs合金点的形成是取得良好对准标记的关键。 14 参考文献: [1] New progress in X -ray Lithography[R]. 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