最新(10)光刻技术

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光刻技术

光刻技术

光刻机总体结构
照明系统 掩模台系统 环境控制系统 掩模传输系统 投影物镜系 统
自动对准系 统
调平调焦测 量系统 框架减振系 统
硅片传输系 统
工件台系统
整机控制系统
整机软件系统
图为CPU内部SEM图像
图为硅芯片集成电路放大图像
图为在硅片上进行的光刻图样
图为Intel 45nm高K金属栅晶体 管结构
SU-8交联示意图
正胶与负胶性能对比
正胶 缺点 (DQN) 特征 优点 优点 分辨率高、对比度好 粘附性差、抗刻蚀能力差、高成本 近紫外,365、405、435nm的波长曝 光可采用 良好的粘附能力、抗蚀能力、感光能 力以及较好的热稳定性。可得到垂直 侧壁外形和高深宽比的厚膜图形 显影时发生溶胀现象,分辨率差 对电子束、近紫外线及350-400nm紫 外线敏感
投影式印刷:在投影式印刷中,
用镜头和反光镜使得像聚焦到硅平 面上,其硅片和掩模版分得很开。
三种方法的比较
接触曝光:光的衍射效应较小,因而分辨率高;但易损
坏掩模图形,同时由于尘埃和基片表面不平等,常常存 在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。
接近式曝光:延长了掩模版的使用寿命,但光的衍射效
应更为严重,因而分辨率只能达到2—4um 左右。
坚膜也是一个热处
理步骤。 除去显影时胶膜 吸收的显影液和水分, 改善粘附性,增强胶 膜抗腐蚀能力。 时间和温度要适 当。 时间短,抗蚀性 差,容易掉胶;时间 过长,容易开裂。
刻蚀就是将涂胶前所
沉积的薄膜中没有被 光刻胶覆盖和保护的 那部分去除掉,达到 将光刻胶上的图形转 移到其下层材料上的 目的。
等离子体去胶,氧气在强电场作用下电离产生的活性氧, 使光刻胶氧化而成为可挥发的CO2、H2O 及其他气体而被 带走。

光刻的四条技术路线

光刻的四条技术路线

光刻的四条技术路线
1. 接触式光刻(Contact Lithography):此技术路线将掩模直接与光刻胶接触,通过紫外光照射来传导图案。

接触式光刻具有高分辨率和高精度的特点,但会产生掩模和光刻胶之间的化学反应。

2. 脱接触式光刻(Proximity Lithography):在脱接触式光刻中,光刻胶和掩模之间仅存在微小的距离,而不接触彼此。

当紫外光照射时,通过距离短暂拉近并拉开来传递图案。

脱接触式光刻比接触式光刻更容易控制化学反应,但相对于接触式光刻的分辨率和精度较低。

3. 投影式光刻(Projection Lithography):这是最常用的光刻技术路线之一。

先通过光学方式将掩模上的图案投射到光刻胶的表面上。

投影式光刻的特点是具有高分辨率和高通量,但需要复杂的光学系统。

4. 电子束光刻(Electron Beam Lithography,EBL):电子束光刻是一种高分辨率光刻技术,利用聚焦的电子束直接写入图案。

电子束光刻具有非常高的分辨率,但速度较慢,适用于制造高级芯片和小批量生产。

这些光刻技术路线在微电子器件制造中起着重要的作用,根据不同的需求和应用领域选择合适的技术路线。

光刻机的最新进展与前景展望

光刻机的最新进展与前景展望

光刻机的最新进展与前景展望光刻机作为微电子制造中不可或缺的关键设备之一,在半导体产业领域发挥着重要作用。

随着科技的不断进步和半导体行业的飞速发展,光刻机也在不断演变和突破,为微电子制造提供更高的分辨率、更高的生产效率和更低的制造成本。

本文将对光刻机的最新进展进行探讨,并展望其未来的发展前景。

近年来,光刻机在技术上取得了许多突破,使得半导体行业得以向更高水平迈进。

首先,分辨率方面的提升使得微电子制造能够实现更小尺寸的芯片制造。

传统的光刻技术已经能够实现7纳米级别的分辨率,而最新的极紫外光刻技术(EUV)已经能够实现3纳米级别的分辨率,为下一代芯片制造提供了可能。

其次,光刻机在生产效率方面也有了显著的提升。

传统的光刻机在制造过程中需要多次曝光和对位,而新一代的多光束光刻机(MBL)可以同时曝光多个图案,大大提高了生产效率。

此外,一些企业正在开发基于可见光的光刻技术,相比于传统紫外光刻技术,可见光光刻技术具有更高的透射率,能够进一步提高生产效率。

另外,光刻机在制造成本方面也取得了重要的突破。

首先,由于分辨率的提高,芯片的制造成本得到了降低。

其次,新一代光刻机采用了更先进的光刻光源和镜头材料,能够在制造过程中节约能源和材料,降低生产成本。

此外,一些企业还在研究和开发新的曝光技术,例如非接触曝光和局部曝光技术,这些技术有望进一步减少制造成本。

对于光刻机未来的发展前景,可以预见的是光刻机将继续发挥关键作用,并不断迎接新的挑战。

首先,光刻机在下一代芯片制造中的应用具有重要意义。

目前,半导体行业正推动着超深紫外光刻(DUV)技术的研究和开发,该技术有望实现1纳米级别的分辨率,为未来更小尺寸芯片的生产提供可能。

同时,EUV技术也在不断发展和完善,有望实现更高分辨率和更高生产效率。

其次,光刻机在其他领域的应用也将得到拓展。

例如,光刻技术已经开始在生物医学领域得到应用,用于制造微小的生物芯片和生物传感器,用于快速检测和诊断疾病。

光刻机技术革新向更高精度更高速度迈进的创新突破

光刻机技术革新向更高精度更高速度迈进的创新突破

光刻机技术革新向更高精度更高速度迈进的创新突破在光子学领域中,光刻机技术一直是制造高精度、高速度芯片的关键工艺之一。

随着电子产品需求不断增长,尤其是物联网、人工智能等新兴领域的兴起,对于高性能芯片的需求也越来越迫切。

为了满足这种需求,光刻机技术不断进行革新,以实现更高精度和更高速度的创新突破。

一、多光束平行曝光技术传统的光刻机技术采用单光束照射方式,这对于细微的芯片图案来说存在一定的限制。

为了解决这个问题,多光束平行曝光技术应运而生。

该技术通过将一个光束分成多个子光束,同时进行曝光,从而大大提高了曝光速度。

这种平行曝光技术能够在不损失分辨率的情况下大幅提高生产效率,为制造更高精度芯片提供了可能。

二、透射式光刻机透射式光刻机是一种新型的光刻机技术,它采用了全新的曝光方式。

与传统的反射式光刻机不同,透射式光刻机将光线从上方照射到芯片上,实现了更加平坦的曝光面,并大幅减少了光刻误差。

这种技术不仅能够提高曝光质量,还能够适应更高速度的生产要求,对于高精度芯片的制造具有重要意义。

三、多层式光刻技术在传统的光刻机技术中,每一次曝光只能形成一个芯片的一层结构。

为了提高生产效率,多层式光刻技术应运而生。

该技术可以一次性曝光多层芯片结构,大幅提高制造速度。

同时,多层式光刻技术还能够实现更高的精度,使得芯片的不同层次之间更加精准对位,从而提高了整体性能。

四、高分辨率光刻技术除了提高速度,光刻机技术的另一个重要挑战是如何实现更高的分辨率。

高分辨率光刻技术通过采用更短的波长、更高的数值孔径等手段,成功地将芯片图案的分辨率提高到亚纳米级别。

这种技术的发展为制造更小、更密集的元器件打开了大门,满足了现代电子产品对于高集成度的要求。

五、自适应光刻技术传统的光刻机技术对于芯片表面的不均匀性或者边缘效应会产生负面影响。

为了解决这个问题,自适应光刻技术应运而生。

该技术利用先进的光刻机系统和实时控制算法,能够根据实际情况自动调整光斑形状、曝光剂的用量等参数,从而提高曝光质量并降低制造过程中的偏差。

简述光刻技术

简述光刻技术

简述光刻技术光刻技术是一种半导体加工技术,它被广泛应用于集成电路制造、平板显示器制造、MEMS(微机电系统)制造以及其他微纳米器件的制造中。

通过光刻技术,可以将图案投影到半导体材料表面上,然后使用化学刻蚀等工艺将图案转移到半导体材料上,从而制作出微小而精密的结构。

光刻技术的发展对现代电子工业的发展起到了关键作用,其不断提升的分辨率和精度,为微电子领域的发展提供了强大的支持。

光刻技术的基本原理是利用光学投影系统将图案投射到半导体材料的表面上。

该图案通常由一个硅片上的光刻透镜形成,这个硅片被称为掩膜,通过掩膜和投影光源的组合来形成所需的图案。

投影光源照射到掩模上的图案,然后通过光学投影系统将图案投影到待加工的半导体材料表面上,形成微小的结构。

在现代的光刻技术中,使用的光源通常是紫外线光源,其波长为193nm或者更短的EUV(极紫外光)光源。

这样的光源具有较短的波长,可以实现更高的分辨率,从而可以制作出更小尺寸的微结构。

光刻机的光学镜头和控制系统也在不断地提升,以满足对分辨率和精度的需求。

光刻技术在半导体制造中的应用主要包括两个方面,一是用于制作集成电路中的各种微小结构,例如晶体管的栅极、金属线路、电容等;二是用于制作各种传感器、MEMS等微纳米器件。

在集成电路制造中,光刻技术通常是在硅片上进行的,硅片经过多道工艺,将图案逐渐转移到硅片上,并最终形成完整的芯片。

在平板显示器制造中,光刻技术则是用于制作液晶显示器的像素结构;而在MEMS器件的制造中,光刻技术则是用于制作微机械结构和微流体结构。

光刻技术的发展受到了许多因素的影响,包括光学技术、光源技术、掩膜制备技术、光刻胶技术等。

在光学技术方面,光学投影系统的分辨率和变像畸变都会直接影响到光刻的精度;在光源技术方面,光刻机所使用的光源的波长和功率都会对分辨率和加工速度有直接影响;掩膜制备技术则影响到了掩模的制备精度和稳定性;光刻胶技术则直接影响到了图案的传输和转移过程。

光刻机技术革新突破分辨率极限

光刻机技术革新突破分辨率极限

光刻机技术革新突破分辨率极限随着科技的进步,光刻机技术在半导体行业扮演着重要的角色。

然而,随着分辨率的不断提高,光刻机技术面临着分辨率极限的挑战。

本文将探讨光刻机技术的革新以突破分辨率极限。

一、背景光刻技术是制造芯片的核心工艺之一。

在半导体工艺中,通过光刻机将芯片图案投射到光刻胶上,然后将该图案转移到芯片基片上。

然而,随着芯片尺寸的不断减小,分辨率要求也越来越高。

在光刻机技术中,分辨率指的是光刻胶上可以显示的最小特征尺寸。

二、传统光刻机技术的限制传统的光刻机技术受到物理学原理的限制,无法继续提高分辨率。

由于光的衍射效应,当光通过投射透镜时,会产生衍射的现象,使得图案的细节模糊不清。

因此,光刻机技术在提高分辨率上遇到了瓶颈。

三、光刻机技术革新为了突破分辨率极限,科学家和工程师们进行了大量的研究与实验,尝试寻找新的技术和方法来提高分辨率。

以下是一些光刻机技术的革新方向:1.极紫外光刻技术(EUV)极紫外光刻技术是当前用于突破分辨率极限的主要方法之一。

EUV利用极端紫外光波长(约为13.5纳米)来进行曝光,这比传统的紫外光波长(193纳米)短得多。

极紫外光刻技术可以更好地克服光的衍射效应,提高分辨率,使得更小尺寸的芯片图案得以制造。

2.多重光刻技术多重光刻技术是一种结合不同波长的光来进行曝光的方法。

通过将不同波长的光依次投射到光刻胶上,可以将图案的细节分成不同的层次进行曝光,从而提高分辨率。

多重光刻技术在一定程度上缓解了分辨率的限制。

3.干涉光刻技术干涉光刻技术是一种基于干涉原理的光刻方法。

通过利用干涉光的波前差,可以实现更高的分辨率。

干涉光刻技术可以对光刻胶上的图案进行更加精确的形成,从而提高分辨率。

四、光刻机技术的应用前景随着光刻机技术革新的不断推进,其应用前景非常广阔。

首先,光刻机技术的突破将推动半导体行业向更小、更快、更高性能的芯片迈进。

其次,光刻机技术的提升还将对其他领域产生重要影响,比如显示技术、光纤通信等。

光刻机技术进展及未来发展方向

光刻机技术进展及未来发展方向
光刻机技术进展及未来发展方向
随着信息技术的迅猛发展和半导体产业的不断壮大,光刻机技术作为半导体制造工艺中极为重要的一环,也在不断进行创新与突破,实现了长足的发展。本文将对光刻机技术的进展进行探究,并展望其未来的发展方向。
一、光刻机技术的进展
1.微影技术的应用
光刻机技术作为微影技术的核心,能够在光敏胶片或光刻胶层上进行光照、显影、蚀刻等工序,使图案投射到硅片上,实现了微小化的电子元件和线路的制造。随着相干光刻技术、准直光刻技术等的应用,半导体芯片的制作精度和复杂度得以提升。
二、光刻机技术的未来发展方向
1.极紫外光刻技术(EUV技术)
极紫外光刻技术采用13.5nm波长的极紫外光进行曝光,制程尺寸进一步缩小,是当前光刻技术的研究热点。然而,由于光源、光刻胶和掩膜等相关技术仍处于发展阶段,EUV技术在商业化应用方面仍面临一定的挑战。未来,随着技术突破和商业化成本的降低,EUV技术有望成为下一代光刻技术的主流。
2.光刻机设备的集成与智能化
随着芯片制程的不断革新,光刻机设备将继续向着集成化和智能化方向发展。光刻机设备将逐渐实现多工艺模块集成,提高生产效率和设备利用率。同时,光刻机设备还将加强机器学习和人工智能技术的应用,通过数据分析和优化算法,提高设备的自动化程度和制程控制精度。
3.新材料与新工艺的应用
随着新材料的不断涌现,比如二维材料、有机半导体材料等,光刻机技术也需要与之相适应,探索新的制备工艺和工艺参数。未来,光刻机技术将与新材料和新工艺相结合,为电子器件带来更多的创新和突破。
2.紫外光刻技术的突破
紫外光刻技术采用了更短波长的光线,使得线宽更加精细,解决了传统光刻机技术面临的线宽限制难题。采用193nm波长的氟化氖激光器,使得制程尺寸进一步缩小,为微电子产业的发展提供了重要的支撑。

光刻技术原理全解

光刻技术原理全解
光刻技术原理
1光刻技术总概 2光刻技术的发展 3一般的光刻工艺工序 4展望
1光刻技术总概

光刻技术是指集成电路制造中利用光学- 化学反应原理和化学、物理刻 蚀方法,将电路图形传递到单晶表面或介质层上,形成有效图形窗口或 功能图形的工艺技术。随着半导体技术的发展,光刻技术传递图形的尺 寸限度缩小了2~3个数量级(从毫米级到亚微米级),已从常规光学技 术发展到应用电子束、 X射线、微离子束、激光等新技术;使用波长已 从4000埃扩展到 0.1埃数量级范围。光刻技术成为一种精密的微细加工 技术。常规光刻技术是采用波长为2000~4500埃的紫外光作为图像信息 载体,以光致抗蚀剂为中间(图像记录)媒介实现图形的变换、转移和 处理,最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺 (图1)。在广义上,它包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面。 ①光复 印工艺:经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位 置,精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。 ②刻 蚀工艺:利用化学或物理方法,将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质 层除去,从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的 图形。集成电路各功能层是立体重叠的,因而光刻工艺总是多次反复进 行。例如,大规模集成电路要经过约10次光刻才能完成各层图形的全部 传递 在狭义上,光刻工艺仅指光复印工艺,即图1中从④到⑤或从③到⑤ 的工艺过程。光复印工艺的主要流程如图2。 曝光方式 常用的曝光方 式
3.1、硅片清洗烘干
方法:湿法清洗+去离子水冲洗+脱水烘焙
(热板150~2500C,1~2分钟,氮气保护) 目的:a、除去表面的污染物(颗粒、有机 物、工艺残余、可动离子);b、除去水蒸气, 是基底表面由亲水性变为憎水性,增强表面 的黏 附性(对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基 二硅胺烷)。
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②图形失真小,分辨率极高。 ③铬膜的光学密度大,搭配透明衬底,反差极好。 ④金属铬在空气中十分稳定。 • 铬膜版制备有两个部分的内容:蒸发蒸镀与光刻技术
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10.1.3 铬版的制备技术
空白铬版制作工艺流程
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1、玻璃基板的选择与制备
(1)基板玻璃的选择 为保证版的质量,玻璃衬底必须满足如下要求:
到的称为模板。
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10.1.1 制版工艺简介
复印:在集成电路生产的光刻过程中,掩膜版会受磨 损产生伤痕。使用一定次数后需要换用新掩膜版。因 此得到目版后要采用复印技术复制多块工作掩膜版工 光刻用。
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10.1.2 掩模板的基本构造及质量要求
掩模版的基本构造
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10.1.2 掩模板的基本构造及质量要求
3
掩模版使用低膨胀系数的熔融石英上淀积金属铬 (1000埃)制成。
通过电子束直写,将设计图转化为掩模版图形。 特征尺寸减小要求保护掩模版避免掉铬、擦伤、
颗粒污染和静电放电损伤。
4
光刻版
5
6
(A)电路图;(B)版图
(A)
(B)
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10.1.1 制版工艺简介
掩模版的制作流程
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10.1.1 制版工艺简介
2、铬膜的蒸发 铬版通常采用纯度99%以上的铬粉作为蒸发
源,把其装在加热用的钼舟内进行蒸发。蒸发前 应把真空度抽至10-3mmHg以上,被蒸发的玻璃 需加热。其它如预热等步骤与蒸铝工艺相似。
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3、蒸发后对铬膜的质量检查
•从真空室中取出蒸好的铬版,用丙酮棉球擦洗表面,然后放在 白炽灯前观察。检查铬层有否针孔,厚度是否均匀,厚薄是否适 当。 •如果铬膜太厚,腐蚀时容易钻蚀,影响光刻质量。太薄则反差 不够高。铬膜的厚度可用透过铬版观察白炽灯丝亮度的方法,根 据经验判断;精确的厚度必须用测厚仪测量。铬膜质量不好的常 见毛病是针孔,产生原因主要是玻璃基片的清洁度不够好,有水 汽吸附,铬粉不纯,表面存在尘埃等。
①热膨胀系数:要求越小越好,对于白玻璃,要求 ≤9.3×10-6K-1;对于硼硅玻璃,要求≤4.5×10-6K-1;对于石 英玻璃,要求≤0.5×10-6K-1。
②透射率:在360nm以上的波长范围内,透射率在 90%以上。
③化学稳定性:掩模版在使用和储存过程中,很难绝 对避免与酸、碱、水和其它气氛接触。它们对玻璃都有不同 程度的溶解力。
玻璃基片,一般具有低热膨胀系数、低含钠含量、高 化学稳定性及高光穿透性等特质;
掩膜版之所以可以作为图形转移的模板,关键就在于 有无铬膜的存在,有铬膜的地方,光线不能穿越,反 之,则光可透过石英玻璃而照射在涂有光刻胶的晶片 上,晶片再经过显影,产生不同的图形。
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掩模版上的缺陷一般来自两个方面: 一是掩模版图形本身的缺陷,大致包括针孔、黑点、黑区
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10.1.1 制版工艺简介
初缩:对红膜图形进行第一次缩小,得到大小为最后 图形十倍的各层初缩版。
紧缩兼分布重复:一个大圆片上包含有成千上万个管
芯,所用的光刻版上当然就应当重复排列有成千上万
个相同的图形。第一是将初缩版的图形进一步缩小为
最后的实际大小,并同时进行分布重复;第二是得到
可用于光刻的正式掩膜版。直接由精缩兼分布重复得
硅平面晶体管或基层电路掩膜版的直走,一般来讲要 经过原图绘制(版图绘制和刻分层图)、初缩、精缩 兼分布重复、复印阴版和复印阳版等几部。
在实际制作中,掩膜版制作人员根据图形产生的数据, 再加上不同的应用需求及规格,会选用不同的制作流 程。
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10.1.1 制版工艺简介
一般集成电路的制版工艺流程示意图
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10.1.1 制版工艺简介
版图绘制:在版图设计完成后,一般将其放大1001000倍,在坐标纸上画出版图总图。
刻分层图:生成过程中需要几次光刻版,总图上就含 有几个层次的图形。为了分层制出各次光刻版,首先 分别在表面贴有红色膜的透明聚酯塑料胶片(红膜) 的红色薄膜层上刻出各个层次的图形,揭掉不要的部 分,形成红膜表示的各层次图形。刻红膜
④选择方法:表面光泽,无突起点、凹陷、划痕和气 泡,版面平整。厚度适中、均匀。对于接触式曝光,为能承 受接触复印压力,厚度应在3mm以上。
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(2)玻璃基板的制备 挑选好的制版玻璃,通过切割、铣边、例棱、倒角、
粗磨、精磨、厚度分类、粗抛、精抛、超声清洗、检验、平 坦度分类等工序后,制成待用的衬底玻璃。
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10.1.3 铬版的制备技术
4、铬膜质量
(1)膜厚 (2)均匀性 (3)针孔 (4)牢固度
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10.1.4 彩色版制备技术
•彩色版是一种采用新型的透明或半透明掩模,因有颜色,即俗称 彩色版,它可克服超微粒干版缺陷多,耐磨性差及铬版针孔多、易 反光、不易对准等缺点。 •彩色版的最主要特点是对曝光光源波长不透明,而对于观察光源 波长透明。 •彩色版种类很多,有氧化铁版、硅版、氧化铬版、氧化亚铜版等, 目前应用较广的是氧化铁彩色版。 •氧化铁具备作为选择透明掩模材料的所有要求的最佳的化学和物 理特性。据报道,在紫外区(300~400nm)的透射率小于1%,在 可见光区(400~800nm)透射率大于30%。
突出、白区突出、边缘不均及刮伤等,此部分皆为制作过程中 所出现的,目前是利用目检或机器原形比对等方式来筛选;
二是指附着在掩模版上的外来物,为解决此问题,通常在 掩模版上装一层保护膜。
掩模版保护膜 功能示意图
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10.1.2 掩模板的基本构造及质量要求
光刻工艺对掩模版的质量要求归纳有如下几
点:
①每一个微小图形尺寸精确无畸变。
(10)光刻技术
10.1 光刻掩模版的制造 10.2 光刻胶 10.3 光学分辨率增强技术 10.4 紫外光曝光技术 10.5 其它曝光技术 10.6 光刻设备
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10.1 光刻掩模版的制造
掩模版就是将设计好的特定几何图形通过一定的方法 以一定的间距和布局做在基版上,供光刻工艺中重复 使用。
制造商将设计工程师交付的标准制版数据传送给一个 称作图形发生器的设备,图形发生器会根据该数据完 成图形的产生和重复,并将版图数据分层转移到各层 光刻掩模版(为涂有感光材料的优质玻璃板)上,这 就是制版。
②图形边缘清晰、锐利,无毛刺,过渡区要小。
③整套掩模中的各块掩模能很好地套准。
④图形与衬底要有足够的反差,透明区无灰雾。
⑤掩模应尽可能做到无缺陷。
⑥版面平整、光洁、结实耐用。
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10.1.3 铬版的制备技术
• 铬版工艺的特点如下:
①由于金属铬膜与相应的玻璃衬底有很强的粘附 性能;质地坚硬。所以耐磨、寿命长。
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