国内苏大维格公布最新 3D 直写光刻技术:实现光刻胶 3D 形貌可控制备

2020/10/12 17:44:59 来源:IT之家 作者:骑士 责编:骑士

IT之家10月12日消息 近期,国内苏大维格厂商公布了3D直写光刻技术进展,在半导体、光电子、新材料创新方面更进一步。

光刻是当前半导体、平板显示、MEMS、光电子等行业的关键工艺环节。光刻技术是指在短波长光照作用下,以光刻胶(光致抗蚀剂、photoresist)为介质,将微纳图形制备到基片上的技术。以半导体工艺为例,半导体器件由多种专用材料经过光刻、离子刻蚀、抛光等复杂微纳加工流程而完成。光刻设备是半导体工艺中最核心的装备,在掩模版制备、芯片制造和封装环节都使用了光刻技术。

▲光刻在半导体制程中的作用示意图

IT之家获悉,光刻技术类型分为直写光刻和投影光刻两个大类。其中直写光刻是器件中微纳结构源头制备的关键环节,实现将计算机设计数据制备到特定基板上,形成高精度微纳结构的图形布局。

直写光刻的概念:直写光刻系统在英文中被称为 Pattern Generator,是微纳图形生成的手段,将计算机设计的 GDSII、DXF 等图形文件制作成实物版图。

用传统打印与复印的区别来打个比方:直写光刻是打印,将计算机中的文件打印出来。投影光刻是复印,实现器件制造的批量化。不过这个 “复印”过程需要多套图形的对准复印,要求极高的对准精度、分辨率和一致性。

光刻技术分类及作用

激光直写和电子束直写是产业中两项主要的直写技术。激光直写可以满足半导体 0.25 微米及以上节点掩模版制备,以及 0.25 微米以下部分掩模版制备。当前半导体掩模版总量的约 75% 由激光直写设备制备,其余掩模版由电子束直写设备完成。平板显示领域的大幅面掩模版,100% 由激光直写设备制备。

在投影光刻领域,半导体采用微缩投影光刻技术,代表性供应商是荷兰 ASML;平板显示采用大幅面投影光刻,代表性厂商是日本尼康。在诸多研发、MEMS、LED 等领域,掩模版接触 / 接近式光刻依然广泛使用。

光刻技术类型示意图

先进激光直写光刻技术

直写光刻与投影光刻技术是当前产业中分工明确的两类光刻技术,投影光刻具有更高的线宽分辨率、精度和生产效率的特点。虽然直写光刻还不能满足器件大规模制造的需求,但在电路板行业,激光直写替代传统曝光机是明确的趋势,实现无掩模光刻一直是产业追求的理想目标,可减少昂贵掩模版的支出,提升新品开发效率,满足小批量多样化生产需求。此外,直写光刻由于其数字化的属性,具有更高的灵活性和广泛适应性。可开发创新的曝光方式,作为数字化微纳加工的基础性技术,从而有望成为半导体、光电子相关产业中工艺迭代升级、新产品创新的关键性技术。

在具有衬底翘曲、基片变形的光刻应用领域,直写光刻的自适应调整能力,使之具有成品率高、一致性好的优点。如 FanOut、COF 等先进封装模式的发展,封装光刻技术需要具有更小的线宽、更大的幅面、更好的图形对准套刻适应能力。

在微纳光电子新兴领域,ALoT 的发展需要大量光电传感器件的创新研发。3D 光刻与微纳制造是光电子产品创新的基石性技术,具有众多的产业应用价值,如 3D 感知、增强现实显示、光传感器件(如 TOF)、超薄成像、立体显示、新型光学膜等。微纳光子器件逐步在智能手机、增强现实 AR、车载领域应用。与集成电路图形不同,微纳光子传感器件要求更高的位置排列精度及纵向面型精度、结构形貌具有密集连续曲面形貌的特点。因此,新型 3D 直写光刻技术,实现曝光写入剂量与位置形貌精确匹配,是制备新型光电子传感器件级微纳结构形貌的创新技术路径。

3D 直写光刻技术进展

苏大维格通过产学研合作,一直致力于推进 3D 直写光刻技术开发与应用,解决了多项行业挑战:

  • 大面积微纳结构形貌的数字设计,海量数据处理与先进算法,可达百 Tb 量级数据量

  • 海量数据数据压缩传输、高速率光电转换技术

  • 数字光场形成三维形貌的曝光模式与机理,3D 临近效应校正技术

  • 微纳结构形貌精确光刻工艺和运行模式

  • 大型运动平台与光机系统的制造工艺、纳米精度控制技术

当前已经取得了 3D 光刻工艺突破,实现了光刻胶 3D 形貌可控制备。SEM 结果举例如下:

芯片光掩模

超薄菲涅尔成像透镜

微透镜阵列

涡旋结构

ToF 匀光器件

结构光 DOE

电子纸微杯

减阻结构

微流控

MEMS

微棱锥

立体成像结构

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关键词:光刻苏大维格

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