基于电射流打印的光刻工艺研究及实验分析
发布时间：2020-12-19 02:39
本文主要研究内容是基于电射流打印的光刻工艺研究及实验分析,通过将光刻技术与电射流打印技术结合,解决了光刻技术目前存在的成本高,制作工艺复杂,需制备多个掩模板等问题。本文的主要工作与创新点如下所示:本文首先结合当前光刻技术与电射流打印技术的研究现状提出了光刻技术存在的问题,从电射流打印技术的机理出发,对于射流进行受力分析了解各个分力之间的平衡关系,定性分析各个参数对于打印效果的影响。对射流的流场方程与电场方程进行分析,推导出适合本文的电流体动力方程,找到适合本文的启动电压预测公式。使用COMSOL Multiphysics建立电射流打印的二维模型,将电场与流场耦合设定参数,使电场力转变为流场中的体积力,设置边界条件,初始条件,计算步长,计算时间等。从微观角度观察了泰勒锥表面的电荷聚集情况与内部的速度场分布,与相应理论进行验证。分别研究打印高度,入口流量,加载电压与流体粘度四个不同参数对于锥射流打印模式与泰勒锥形成的影响,为实验部分提供了参考。购置并组装试验台;对于光刻胶溶液性质进行测量;设计调整打印参数;验证启动电位并对于锥射流打印模式进行捕捉等。对于34g喷针进行分组实验,探究电压与打...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
采用平面工艺制作的三维结构
吉林大学硕士学位论文2探针工艺则是利用微纳米尺寸的探针代替了传统加工工具，例如火花放电微探针，原子力显微镜探针等[5]。其与平面工艺最大的区别在于探针工艺直接接触加工材料，更像是传统机械加工的一种延续。高度聚焦的激光束也可以直接剥蚀形成微纳米结构，例如飞秒激光加工技术等。模型工艺则是利用制作出来的微纳米级别的模具复刻出同样的微纳米结构，例如模铸技术，纳米压印技术等。模型工艺主要特点是可以低成本大量复制需要的微纳米结构，多用于微流控，纳流控芯片，生物芯片的制造。适合大批量生产。三种技术中目前最受人广泛研究的是光刻技术，由于光刻技术精度高，制造效果良好，在微电子芯片制造得到了广泛的应用。然而其成本却占据了芯片生产制造总体成本的三分之一，并且有一定的复杂程度。所以针对光刻技术的以上优缺点，对于光刻技术的改进一直以来都是热点课题。1.2光刻技术在微纳米制造方面有着非常良好的表现，是生产制造大规模集成电路（半导体）的主要技术[6]，在微光学，生物芯片，红外器件，液晶显示器，印刷电路等科学界和制造业也引起了极大关注。光刻的工艺流程图如图1.2所示。图1.2光刻工艺流程图光刻的主要的过程是：通过光学系统使涂覆在芯片表面的光敏物质胶层曝光。再通过显影等过程，在芯片表面形成于掩模相同的微细图形的窗口。光刻的具体步骤为：制作掩模板，旋涂光刻胶，曝光，前烘，显影，后烘，腐蚀，去离子水清洗，去胶等[7,8,9]。光学曝光原理与印相片相同，只是用涂覆了光刻胶（抗蚀剂）的基片取代了相纸，掩模板取代了底片。在早期，光刻图案是通过将掩膜板与抗蚀剂表面接触而形成的。虽然该方法在理想接触条件下具有较高的分辨率，但由于实际接触不理想、易产生缺陷、掩膜寿命短等原
第1章绪论3因，该方法已退出了生产。自20世纪90年代以来，光刻技术的最小特征尺寸已经从使用365nm节点下降到使用193nmArF光源的65nm节点。2006年6月，英特尔公司演示了第一个基于45nm工艺的微处理器。根据ITRS2006,如果结合双掩模曝光[10]和浸泡技术[11]，193nm技术甚至可以扩展到32nm节点。图1.3采用Lift-off光刻技术制作的电极图形然而，尽管光刻技术取得了令人惊叹的成就，但由于光刻技术随着特征尺寸的缩小出现了许多关键的问题，对替代技术的需求仍在不断增长。例如，为了光学临近校正(OPC，opticalproximitycorrection)[12]，越来越多的亚波长特征在掩模中出现，连同相移掩模(PSM，phaseshiftmask)设计[13]，使得制造掩模极其困难。而且现代集成电路设计结构的实现通常要分成若干工艺层，通过多次光刻实现，甚至有多达二十几层的微系统。每一个工艺层对应于一个物理工序，具有一个平面图形；每一层图形的实现便需要用一次光刻工艺，需用一个掩模。因此传统光刻既是微电子工艺中非常关键的工艺，也是非常复杂，昂贵的工艺。上述问题在光刻技术中亟需解决。1.3基于光刻步骤的复杂程度与掩模板制作的多样性，本文提出了将电射流打印与传统光刻相结合的新型光刻技术，新型光刻技术使得复杂的光刻步骤缩减至：电射流打印喷胶，紫外线曝光两个步骤，并且省略了掩模板制作这一大工作，使得复杂的光刻技术变得更加简单，更易操作，节约了制作掩模板的成本并提高了工作效率。1.3.1喷墨打印是非接触式打印的代表，广泛用于打印电子设备[14,15,16]。喷墨打印中，电射流打印技术（Electrohydrodynamics，简称EHD）已经证明能够产生具有微米级特征尺寸的图案[17]。近年来，由于具有设备简单，成本低廉，操作简便等优点，电射流打印技术已
本文编号：2925092
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
采用平面工艺制作的三维结构
吉林大学硕士学位论文2探针工艺则是利用微纳米尺寸的探针代替了传统加工工具，例如火花放电微探针，原子力显微镜探针等[5]。其与平面工艺最大的区别在于探针工艺直接接触加工材料，更像是传统机械加工的一种延续。高度聚焦的激光束也可以直接剥蚀形成微纳米结构，例如飞秒激光加工技术等。模型工艺则是利用制作出来的微纳米级别的模具复刻出同样的微纳米结构，例如模铸技术，纳米压印技术等。模型工艺主要特点是可以低成本大量复制需要的微纳米结构，多用于微流控，纳流控芯片，生物芯片的制造。适合大批量生产。三种技术中目前最受人广泛研究的是光刻技术，由于光刻技术精度高，制造效果良好，在微电子芯片制造得到了广泛的应用。然而其成本却占据了芯片生产制造总体成本的三分之一，并且有一定的复杂程度。所以针对光刻技术的以上优缺点，对于光刻技术的改进一直以来都是热点课题。1.2光刻技术在微纳米制造方面有着非常良好的表现，是生产制造大规模集成电路（半导体）的主要技术[6]，在微光学，生物芯片，红外器件，液晶显示器，印刷电路等科学界和制造业也引起了极大关注。光刻的工艺流程图如图1.2所示。图1.2光刻工艺流程图光刻的主要的过程是：通过光学系统使涂覆在芯片表面的光敏物质胶层曝光。再通过显影等过程，在芯片表面形成于掩模相同的微细图形的窗口。光刻的具体步骤为：制作掩模板，旋涂光刻胶，曝光，前烘，显影，后烘，腐蚀，去离子水清洗，去胶等[7,8,9]。光学曝光原理与印相片相同，只是用涂覆了光刻胶（抗蚀剂）的基片取代了相纸，掩模板取代了底片。在早期，光刻图案是通过将掩膜板与抗蚀剂表面接触而形成的。虽然该方法在理想接触条件下具有较高的分辨率，但由于实际接触不理想、易产生缺陷、掩膜寿命短等原
第1章绪论3因，该方法已退出了生产。自20世纪90年代以来，光刻技术的最小特征尺寸已经从使用365nm节点下降到使用193nmArF光源的65nm节点。2006年6月，英特尔公司演示了第一个基于45nm工艺的微处理器。根据ITRS2006,如果结合双掩模曝光[10]和浸泡技术[11]，193nm技术甚至可以扩展到32nm节点。图1.3采用Lift-off光刻技术制作的电极图形然而，尽管光刻技术取得了令人惊叹的成就，但由于光刻技术随着特征尺寸的缩小出现了许多关键的问题，对替代技术的需求仍在不断增长。例如，为了光学临近校正(OPC，opticalproximitycorrection)[12]，越来越多的亚波长特征在掩模中出现，连同相移掩模(PSM，phaseshiftmask)设计[13]，使得制造掩模极其困难。而且现代集成电路设计结构的实现通常要分成若干工艺层，通过多次光刻实现，甚至有多达二十几层的微系统。每一个工艺层对应于一个物理工序，具有一个平面图形；每一层图形的实现便需要用一次光刻工艺，需用一个掩模。因此传统光刻既是微电子工艺中非常关键的工艺，也是非常复杂，昂贵的工艺。上述问题在光刻技术中亟需解决。1.3基于光刻步骤的复杂程度与掩模板制作的多样性，本文提出了将电射流打印与传统光刻相结合的新型光刻技术，新型光刻技术使得复杂的光刻步骤缩减至：电射流打印喷胶，紫外线曝光两个步骤，并且省略了掩模板制作这一大工作，使得复杂的光刻技术变得更加简单，更易操作，节约了制作掩模板的成本并提高了工作效率。1.3.1喷墨打印是非接触式打印的代表，广泛用于打印电子设备[14,15,16]。喷墨打印中，电射流打印技术（Electrohydrodynamics，简称EHD）已经证明能够产生具有微米级特征尺寸的图案[17]。近年来，由于具有设备简单，成本低廉，操作简便等优点，电射流打印技术已
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