1.3　光刻技术

光刻也称照相平版印刷术,源于微电子的集成电路制造。光刻是加工制作半导体结构或器件和集成电路微图形结构的关键工艺技术,其原理为：在硅等基体材料上涂覆光刻胶,然后利用极限分辨率很高的能量束通过掩膜对光刻胶进行曝光,经显影后,在光刻胶上获得与掩膜图形相同的极微细的几何图形,再利用刻蚀等方法,在工件材料上制造出微型结构。光刻技术的工艺过程一般包括原图制作、光刻制目版、基底预处理、涂覆光刻胶层、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀和去胶等。

1.4　蚀刻技术

蚀刻通常分为等向蚀刻和异向蚀刻。等向蚀刻可以制造任意横向几何形状的微型结构,高度一般为几微米,仅限于制造平面型结构。异向蚀刻可以制造较大纵深比的三维空间结构,其深度可达几百微米。

（1 ）化学异向蚀刻

化学蚀刻具有独特的横向欠蚀刻特性,可以使材料蚀刻速度依赖于晶体取向的特点得以充分发挥。单晶硅具有结晶方向不同的结晶面,在碱性溶液中各结晶面之间存在着显著不同的蚀刻速度。通过硅的可控掺杂法引入一个非常有效的蚀刻停止层,阻止蚀刻的进行,实现有选择的蚀刻来制造微结构。

（2）离子束蚀刻

离子束蚀刻又分为聚焦离子束蚀刻和反应离子束蚀刻。聚焦离子束蚀刻在离子密度为A／cm2数量级时,能产生直径为亚微米的射束,可对工件表面直接蚀刻,且可精确控制射束的密度和能量。它是通过入射离子向工件材料表面原子传递动量而达到逐个蚀除工件表面原子的目的,因而可达到纳米级的制造精度。反应离子束蚀刻是一种物理化学反应的蚀刻方法。它将一束反应气体的离子束直接引向工件表面,发生反应后形成一种既易挥发又易靠离子动能而加工的产物,同时通过反应气体离子束溅射作用达到蚀刻的目的。是一种亚微米级的微加工技术。

（3）激光蚀刻

激光蚀刻通常采用YAG激光和准分子激光。准分子激光由于具有波长短,聚焦直径小,功率谱密度高,且属于冷光源等优点而成为最有应用前景的激光源。目前常用的有氟化氩准分子激光和氟化氙准分子激光。

氟化氩准分子激光器所产生的远紫外线激光束蚀刻塑料之类的聚合物硬材料,不仅可以蚀刻出极其微细的线条,而且不产生热量,材料受光束焦点作用处的周围没有热扩散和烧焦现象。材料被蚀刻并不是激光束辐射强度的直接作用,而是材料受激光辐射后,破坏了聚合物原子之间的化学键,在相当低的温度下气化产生细小分子的结果。

而这些细小分子又带走了来自激光脉冲的多余热量。这种准分子激光器所产生的远紫外线,其波长为193nm,重复频率为1 Hz或大于1 Hz,脉冲宽度为12ns。一个脉冲即可蚀刻出几微米的沟槽。利用这种激光脉冲,能够把材料逐层剥下来,蚀刻出微细的线条。

氟化氙准分子激光器产生的近紫外线的波长为300nm,其蚀刻过程是：放在氯气中的硅片受到激光辐射后,氯分子分解为氯原子,与此同时,硅片上受激光辐射的电子附在氯原子上,形成带负电荷的氯离子,又与带正电荷的硅原子发生化学反应,形成一种四氯化硅的挥发性气体,通过反应器除掉四氯化硅,提供新鲜氯气,于是硅片受到腐蚀,不需要感光胶就能得到所需要的图形。