[发明专利]一种利用飞秒激光进行芯片光刻的方法

说明书

本发明提供一种利用飞秒激光进行芯片光刻的方法，首先，设计飞秒激光光路并搭建飞秒激光微加工系统，然后，根据飞秒激光能量输入的计算模型求出飞秒激光加工区域的能量及加工尺寸，最后根据几何关系和光刻尺寸(即烧蚀尺寸)求出材料的烧蚀阈值。本发明的有益效果是采用飞秒激光来代替传统的光刻的方法对集成电路中的芯片进行光刻，得到高精度，高分辨率的光刻芯片，并且该方法具有高效、步骤简单、易于实现等优点。

技术领域

本发明涉及集成电路中芯片的光刻技术领域，更具体地说涉及一种利用飞秒激光进行芯片光刻的方法。

背景技术

从第一个晶体管问世算起，半导体技术的发展已有多半个世纪了，现在它仍保持着强劲的发展态势，继续遵循Moore定律即芯片集成度18个月翻一番，每三年器件尺寸缩小0.7倍的速度发展。大尺寸、细线宽、高精度、高效率、低成本的IC生产，正在对半导体设备带来前所未有的挑战。

集成电路在制造过程中经历了材料制备、掩膜、光刻、清洗、刻蚀、渗杂、化学机械抛光等多个工序，其中尤以光刻工艺最为关键，决定着制造工艺的先进程度。随着集成电路由微米级向钠米级发展，光刻采用的光波波长也从近紫外(NUV)区间的436nm、365nm 波长进入到深紫外(DUV)区间的248nm、193nm波长。目前大部分芯片制造工艺采用了 248nm和193nm光刻技术。目前对于13.5nm波长的EUV极端远紫外光刻技术研究也在提速前进。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，传统光学光刻受限于投影透镜的传递质量和品质，无法收集光束的较高频率部分，导致图形失真，并且传统光刻技术操作过程复杂，光刻后尺寸较大，提供了一种利用飞秒激光进行芯片光刻的方法，采用飞秒激光来代替传统的光刻的方法对集成电路中的芯片进行光刻，得到高精度，高分辨率的光刻芯片，并且该方法具有高效、步骤简单、易于实现等优点。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种利用飞秒激光进行芯片光刻的方法，按照下述步骤进行：

步骤1，设计飞秒激光光路并搭建飞秒激光微加工系统，其中，飞秒激光微加工系统包括飞秒激光光源系统，成像观测系统和飞秒激光加工定位系统，其中，

飞秒激光经激光器输出后先经过半波片和偏振吸收镜然后是电子快门和倒置远望镜，最后由显微物镜聚焦在基板上，飞秒激光微加工系统的功率由半波片和偏振吸收镜调节，电子快门的作用是控制飞秒激光的曝光时间，

成像观测系统由四部分组成分别是CCD探测器、显微物镜、LED白光和Zoom透镜组，LED发出的白光首先会通过显微物镜照射在样品表面，然后样品反射的光能再次通过显微物镜，然后被Zoom物镜组放大成像，最后在CCD探测器上聚焦，

飞秒激光加工定位系统还包括由计算机控制的三维微位移移动平台，该平台在XYZ 三个方向上都能进行高精度的定位和移动，定位系统通过在Z轴方向上的前后移动进行对焦，在X、Y方向上可以移动的最大距离为150mm，极限移动速度为15cm/s，飞秒激光微加工系统包括飞秒激光光源系统，成像观测系统和飞秒激光加工定位系统。

步骤2，根据飞秒激光能量输入的计算模型求出飞秒激光加工区域的能量及加工尺寸，其中，飞秒激光加工能量计算模型如下：

式中，I_ab表示的是垂直于飞秒激光光轴方向的平面上(x，y，z)处吸收的能量，ω(z) 是光轴上z处的光斑半径，K为常数。

式中，I_i是垂直于飞秒激光扫描方向上第i个点的吸收的总能量。