【正文】 經(jīng)曝光后，被光照射過的部分難于被顯影液溶解，故顯影圖形中未被光照射過的部分形成窗口。負性膠則相反2)曝光由光源發(fā)出的光束(或光化射線，如電子束、X射線等)經(jīng)掩膜在光刻膠上成像，使聚焦成細小的束斑直接照射在光刻膠上的過程。曝光光源發(fā)展了電子束、離子束、 X射線?！?。 3)顯影與烘片顯影利用曝光區(qū)與未曝光區(qū)光刻膠溶解度不同，在特定溶劑中把曝光圖呈現(xiàn)出來的處理過程。烘干為提高抗蝕劑的強度,對顯影后的片子的清洗過程。4)腐(刻)蝕獲得氧化膜(Si02膜等，又稱保護膜)圖形的最終工序是圖形刻蝕。它是利用化學或物理的刻蝕方法，將沒有抗蝕劑(感光膠)保護部分的氧化膜(SiO2)去除的一種微細加工方法?？涛g方法分為 濕刻(或稱腐蝕)法(化學) 把硅片浸泡在一定的化學試劑或試劑溶液中，使沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜表面與試劑發(fā)生化學反應而被除去,是傳統(tǒng)的刻蝕方法。 干刻蝕法(物理) 如等離子刻蝕：利用氣壓為10～1000帕的特定氣體（或混合氣體）的輝光放電，產(chǎn)生能與薄膜發(fā)生離子化學反應的分子或分子基團，生成的反應產(chǎn)物是揮發(fā)性的。它在低氣壓的真空室中被抽走，從而實現(xiàn)刻蝕。 圖形的最小特征尺寸比極限分辨率大得多時，用濕刻；圖形的最小特征尺寸接近極限分辨率時，采用干刻蝕。 5)剝膜與檢查 剝膜清除殘留腐蝕液后用剝膜液去除光刻膠的處理。 檢查剝膜后要對刻蝕圖形進行的外觀、線條尺寸和斷面形狀及物理和電子特性的檢查。六、電子束加工與光刻技術(shù)(P168)電子束的熱效應電子槍(見下圖)產(chǎn)生的電子在真空室內(nèi)經(jīng)電磁透鏡聚焦成小的束斑()，同時在高電壓正電極作用下形成高能量密度的高速電子束流。當它沖擊到工件材料上時，在幾分之一微秒的瞬間，入射電子與工件原子相互碰撞，使原子振動加快而產(chǎn)生熱，電子束傳遞給工件的能量大部分都轉(zhuǎn)換成熱能。由于電子束的能量密度高，作用時間短，所產(chǎn)生的熱量在未來得及傳導擴散前已使工件材料局部熔化、氣化，甚至蒸發(fā)。這種物理現(xiàn)象稱電子束的熱效應。鐵的溶化溫度為1536C176。，其單位表面氣化所需能量為63kW／cm2，鎢的熔化溫度高達3410℃，其單位表面氣化所需能量也只有100kW/cm2；在一定條件下電子束照射在工件表面的功率密度為氣化所需功率的50倍(為50100kW/cm2) ，足以使熔點很高的鎢瞬時氣化和蒸發(fā)。利用電子束熱效應進行電子束加工時，可通過調(diào)整功率密度實現(xiàn)不同的加工:1）在低功率密度電子束照射時，工件可達到材料熔化溫度，材料的氣化與蒸發(fā)很小，故用在電子束熔煉工藝中。見下圖：2）在中等功率密度電子束照射時，工件材料熔化、氣化、蒸發(fā)都有，因此用于電子束焊接工序。如下圖所示。制作集成電路時，電子束焊接適合于微區(qū)焊接，易于自動化，可焊接的工件材料廣泛、無污染，可達到高質(zhì)量的焊接特性。電子束焊接的缺點是要求在真空中進行。3）在高等功率密度電子束照射照射時，以氣化、蒸發(fā)為主，所以主要用于電子束打孔和刻槽加工工序。如下圖所示。在集成電路薄膜元件制作中，采用電子束蒸發(fā)法可獲得高純度的沉積薄膜。低功率密度電子束照射的工件表面時，入射的電子與高分子材料分子碰撞，使它的分子鏈切斷或重新聚合，引起高分子材料的化學性質(zhì)和分子量的變化，這種現(xiàn)象稱為電子束的化學效應。4. 電子束光刻利用電子束化學效應可進行電子束光刻。（1）電子束寫圖 什么叫寫圖？ 利用圖形發(fā)生器，用光束或電子束、離子束在抗蝕劑上繪制圖形的曝光方法稱為寫圖(Writing)，它主要用于掩膜或基片圖形制作工序。 電子束寫圖是目前最好、最通用的高分辨率圖形發(fā)生技術(shù)。它主要用于制作掩膜圖形，也可完成基片圖形的寫圖。 電子束寫圖所使用的薄層(≤100A層厚)抗蝕劑以甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膠為常用 當達到一定電壓的電子束照射到層厚0．3～lμm的PMMA(感光膠)膠上，照射劑量達到一定程度時，PMMA膠的大分子被切割成分子量為5000左右。分子量減小后使PMMA膠的溶解速度發(fā)生變化。結(jié)果掩膜或基片上的PMMA膠層由未照射區(qū)和照射區(qū)組成分子量不同的“潛象”。選用合適的顯影液，利用不同分子量溶解速度不同的原理把寫出的圖象顯示出來，即完成掩膜或基片圖形的寫圖。由于電子束寫圖系統(tǒng)工作柔性大(對圖形變化有很好的適應性)，又能連續(xù)掃描寫圖,因此它成為精密微細圖形寫圖的主要設(shè)備。（2）電子束復印什么叫復印技術(shù)?光刻膠曝光獲取基片(或掩膜)圖形的光刻工藝，稱為復印(Printing)。利用電子束作光源也可進行圖形復印。如電子陰極投影系統(tǒng)，利用石英掩膜可以復印出基片或工作掩膜。電子束復印可以達到0．5μm的圖形分辨率，有較高的生產(chǎn)率。電子束加工與光刻的工藝特點1)電子束加工的材料廣泛，可以加工金屬材料、非金屬材料和工程塑料。它能完成如淬火硬化、熔煉、塑料聚合、焊接、打孔、銑槽和蝕刻等眾多加工工序。如對0．1—1μm厚的薄板打孔只需30微秒至數(shù)秒即可完成，即使是5mm厚的板材也只需數(shù)十秒即可完成打孔。由于電子束加工時間短、無污染，對加工表面熱效應影響小，故表面層物理化學性質(zhì)改變少。 2)電子束光刻可以實現(xiàn)精細圖形的寫圖或復印。電子束光刻目前仍是大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路的掩膜或基片圖形光刻的重要手段。電子束曝光裝置通過電場或磁場能方便地完成電子束聚焦和移動電子束的照射點位置，它對控制信號的響應速度快，便于實現(xiàn)自動化控制，且生產(chǎn)率高。七、離子束加工（P171）定義：利用惰性氣體或其他元素的離子在電場中加速成高速離子束流，以實現(xiàn)各種微細加工的方法稱為離子束加工。是加工分辨率很高的一種新興微細加工技術(shù)。應用：在亞微米甚至毫微米級（109m）精度的加工中能力廣泛、大有發(fā)展前途。已用于金剛石刀具的最終刃磨，集成電路的寫圖、復印，離子注入與各種處理，離子濺射、離子銑等加工中。能加工的工件材料有玻璃與陶瓷等各種金屬與晶體材料等。什么叫離子？由原子核及圍繞著核運動的各層軌道電子組成的原子，失去外層電子后，就變成帶正電荷的正(陽)離子，獲得多余電子的原子帶負電荷，稱為負(陰)離子。為什么離子的質(zhì)量遠遠大于電子的質(zhì)量？它的動能如何？舉例：一個氬離子(Ar+)的質(zhì)量是電子質(zhì)量的7．2萬倍，故離子在電場中加速過程雖比電子慢，但一旦把它加速后，其動能就遠遠高于電子。注：物體因平動而具有的動能是它質(zhì)量m和它的速度v的二次方的乘積的一半，即mv2/2。離子束是如何產(chǎn)生的？離子束由離子槍產(chǎn)生，其方法是將中性原子經(jīng)高溫、強光或放射線照射、高速電子的撞擊或放電作用而電離成離子?？挤蚵x子槍的工作原理是什么？考夫曼離子槍是典型的離子簇射型離子源，其工作原理見下圖 左圖為考夫曼型離子源示意圖，灼熱的燈絲2發(fā)射電子，在陽極9的作用下電子向下方移動，同時受線圈4磁場的偏轉(zhuǎn)作用，作螺旋運動前進。惰性氣體氬從注入口3注入電離室10，在電子的撞擊下被電離成等離子體，陽極9和引出電極(吸極)8上各有300個直徑為0．3mm的小孔，上下位置對齊。在引出電極8的作用下，將離子吸出，形成300條準直的離子束，再向下則均勻分布在直徑為50mm的圓面積上。和電子束加工基本類似，離子束加工也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速聚焦，使之打到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬倍。由于離子束比電子束具有更大的撞擊動能，它靠微觀的機械撞擊能量，而不是靠動能轉(zhuǎn)化為熱能來加工的。它的物理基礎(chǔ)是離子束射到材料表面時所發(fā)生的撞擊效應、濺射效應和注入效應。 撞擊效應、濺射效應 具有一定動能的離子斜射到工件材料(靶材)表面時，可以將表面的原子撞擊出來，這就是離子的撞擊效應和濺射效應。 見下圖:離子的注入效應將工件直接作為離子轟擊的靶材，如果離子能量足夠大并垂直工件表面撞擊時，離子就會鉆進工件表面，這就是離子的注入效應。 見右圖:離子束加工的應用范圍正在日益擴大、不斷創(chuàng)新。目前用于改變零件尺寸和表面物理力學性能的離子束加工有：用于從工件上作去除加工的離子刻蝕加工；用于給工件表面添加的離子鍍膜加工；用于表面改性的離子注入加工另外還有離子束寫圖與圖形復印等。 (1)刻蝕加工原理:離子刻蝕是從工件上去除材料，是一個撞擊濺射過程。當離子束轟擊工件，入射離子的動量傳遞到工件表面的原子，傳遞能量超過原子間的鍵合力時，原子就從工件表面撞擊濺射出來，達到刻蝕的目的。見下圖 問: 為什么必須用惰性元素的離子 ? 答: 為了避免入射離子與工件材料發(fā)生化學反應。問: 為什么用氬氣？ 答: 因為氬氣原子序數(shù)高，而且價格便宜，所以通常用氬離子進行轟擊刻蝕。 刻蝕精度與速度：由于離子直徑很小(約十分之幾個納米：109m)，所以離子刻蝕的過程是逐個原子剝離的，刻蝕的分辨率可達微米甚至亞微米級。 但離子刻蝕速度很低，剝離速度大約每秒一層到幾十層原子。離子刻蝕應用○ 用于加工陀螺儀空氣軸承和動壓馬達上的溝槽，分辨率高，精度和加工一致性好?！? 加工非球面透鏡能達到其它方法不能達到的精度?！? 刻蝕高精度的圖形，如集成電路、光電器件和光集成器件等微電子學器件的亞微米圖形。○ 用于致薄樣品，進行表面分析，如用離子束刻蝕可以致薄月球巖石樣品，從10μm致薄到10nm。 (2)離子附著加工○1）原理： 當離子束能量低到一定程度時，人射的離子與工件表面原子發(fā)生“非彈性碰撞”而附著在工件表面上。利用低能量的入射離子附著在工件表面的微細加工方法稱為離子附著加工?！鹣旅娼榻B一種用于鋼表殼鍍金的離子鍍膜技術(shù) ○離子鍍也稱離子濺射輔助沉積，是用0．5～5 kev（ev——電子伏特）的氬離子同時轟擊靶材和工件表面， ○如下圖所示，目的是為了增強膜材與工件基材之間的結(jié)合力，也可將靶材高溫蒸發(fā)，同時進行離子鍍。 2）離子鍍膜特點：離子鍍膜附著力強、膜層不易脫落，其原因是：首先是鍍膜前離子以足夠高的動能沖擊基體表面，清洗掉表面的油污和氧化物，提高了工件表面的附著力。其次是鍍膜剛開始時，由工件表面濺射出來的基材原子，有一部分會與工件周圍氣氛中的原子和離子發(fā)生碰撞而返回工件。這些返回工件的原子與鍍膜的膜材原子同時到達工件表面，形成了膜材原子和基材原子的共混膜層。混合過渡層的存在，可以減少由于膜材與基材兩者膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的熱應力，增強了兩者的結(jié)合力，使膜層不易脫落，鍍層組織致密，針孔氣泡少。3）離子鍍技術(shù)應用○ 離子鍍用于鍍制潤滑膜、耐蝕膜、耐磨膜、裝飾膜等。如在鋼表殼或表帶上鍍呈金黃色氮化鈦膜，它的反射率與18開金鍍膜相近，其耐磨性和耐腐蝕性大大優(yōu)于鍍金膜和不銹鋼，其價格僅為黃金的1／60?！? 離子鍍裝飾膜還用于工藝美術(shù)品的首飾、金筆套、餐具等的修飾上，其膜厚僅1．5～2μm?！? 用離子鍍方法在切削工具表面鍍氮化鈦、碳化鈦等超硬層，可以提高刀具的耐用度。也用于處理齒輪滾刀、銑刀等復雜刀具。 （3） 離子注入加工1）原理 離子注入是采用5～500kev能量的離子束，直接轟擊被加工材料。由于離子能量相當大，離子就鉆進被加工材料的表面層，如下圖所示。工件表面層含有注入離子后，改變化學成分，從而改變工件表面層的力學、物理性能。根據(jù)不同的目的選用不同的注入離子，如磷、硼、碳、氮等。2）特點及應用①特點：離子注入是向工件表面直接注入離子，它不受熱力學限制，可以注入任何離子，且注入量可以精確控制，注入的離子是固溶在工件材料中，含量可達10％～40％，注入深度可達1 μm甚至更深。②離子注入在半導體方面的應用在國內(nèi)外都很普遍。它是用硼、磷等“雜質(zhì)”離子注入半導體，用以改變導電型式(P型或N型)和制造P—N結(jié)，制造一些通常用熱擴散難以獲得的各種特殊要求的半導體器件。③改善金屬表面性能離子注入改善金屬表面性能方面的應用正在形成一個新興的領(lǐng)域。利用離子注入可以改變金屬表面的物理化學性能，制得新的合金，從而改善金屬表面的抗蝕性能、抗疲勞性能、潤滑性能和耐磨性能等。④離子注入在光學方面可以制造光波導例如對石英玻璃進行離子注入，可增加折射率而形成光波導。⑤還用于改善磁泡材料性能、制造超導性材料等等,離子注入的應用范圍在不斷擴大，今后將會發(fā)現(xiàn)更多的應用。(4)離子束寫圖與圖形復印1)離子束曝光的優(yōu)點可以提高曝光圖形的分辨率和靈敏度。因為離子質(zhì)量遠大于電子，在固體中散射小并在基片上產(chǎn)生背散射作用弱，引起的鄰近效應(參見下圖)很小。能夠描畫線寬小于0．1μm的精密微細圖形?！鹩捎陔x子質(zhì)量大，顆粒大，射人抗蝕劑后受到的阻力也大，所以離子在抗蝕劑層內(nèi)的射程比電子束內(nèi)電子的射程要短，因此離子能量被抗蝕劑充分吸收，提高了抗蝕劑的靈敏度。○使用相同的抗蝕劑，離子束曝光的靈敏度比電子束曝光的靈敏度高一個數(shù)量級以上?！痨`敏度提高，使曝光時間大為縮短，因此可把聚焦的離子束作為圖形發(fā)生器的光源進行離子束寫圖。2)離子束曝光的不足(與電子束比較)電子束曝光是一項成熟的技術(shù)，離子束曝光尚在研究之中，由離子源引出的離子束不易實現(xiàn)微細聚焦，目前還不可能像電子束那樣獲得數(shù)埃A(A,1018m)的束徑，離實用階段還有一定的距離.（5）離子束加工其他特點1)加工材料廣泛，加工精度和表面質(zhì)量高 可以實現(xiàn)韌性和脆性材料的高精度加工，(dμ)至1018m(nm)級，被加工面的表面粗糙度值小。 由于加工時幾乎無熱的影響，故可得到高質(zhì)量的表面。 用離子濺射加工出的光學零件，其光學性能比其他方法加工的好。2)可完成多種微細加工工序3)對易于氧化的材料可實現(xiàn)保護加工，加工后污染少。 4)易于實現(xiàn)自動控制八、超聲波加工(P174)○什么叫超聲波?○人耳能感受的聲波頻率在16—16 000Hz范圍內(nèi)，