微纳加工作业及答案.doc

作业一 1. 在形成微机械结构的空腔或可活动的微结构过程中，先在下层薄膜上用结构材料淀积所需的各种特殊结构件，再用化学刻蚀剂将此层薄膜腐蚀掉，但不损伤微结构件，然后得到上层薄膜结构（空腔或微结构件）。由于被去掉的下层薄膜只起分离层作用，故称其为牺牲层。a) 淀积一层牺牲层；b) 淀积一层结构层；c) 匀胶、光刻、蚀刻，将结构层图形化；d) 淀积一层牺牲层；e) 匀胶、光刻、蚀刻，将中心部分的牺牲层图形化；f) 淀积一层结构层；g) 经过匀胶、光刻、蚀刻等流程，将结构层图形化；h) 利用腐蚀的方法去掉牺牲层，保留了结构层，得到微马达。2. 或非门T1、T2为PMOS，当输入电平为低电平时导通。T3、T4为NMOS，当输入电平为高电平时导通。导通状态用表示，非导通状态用表示。IN1IN2T1T2T3T4OUTPUT001010100110作业二1. 对于一个NA为0.6的投影曝光系统，计算其在不同曝光波长下的理论分辨率和焦深，并作图。设k1=0.6，k2=0.5（均为典型值）。图中的波长范围为100nm到1000nm（DUV和可见光）。在你画的图中，标示出曝光波长g线 436nm，i线 365nm，KrF 248nm，ArF 193nm。根据这些简单计算，考虑ArF源是否可以达到0.13m和0.1m级的分辨率？答： 根据这些计算可知ArF (193 nm)的分辨率不能达到0.13 m和0.1m级。可以采用其他先进技术,如相移掩膜、离轴照明等, ArF将有可能达到0.13m或者0.1m级别。2. 一个X射线曝光系统，使用的光子能量为1keV，如果掩膜板和硅片的间隔是20m，估算该系统所能达到的衍射限制分辨率。答： 1 keV 光子能量对应的波长为X射线系统是接近式的曝光系统，所以分辨率为3. 对于157nm F2准分子激光的光学投影系统：a. 假定数值孔径是0.8，k1=0.75，使用分辨率的一级近似，估算这样的系统能达到的分辨率。b. 这样的系统的实际投影结果表明，它们有能力分辨 0.07m尺寸的特征。请建议3种使此类系统可以实现上述分辨率的方案。答：a）简单的分辨率公式：b）计算得到的分辨率几乎是要求值的两倍，因此需要采用一些方法使分辨率达到要求。1. 采用相移掩模技术2. 光学邻近效应纠正 3.离轴照明技术4. 光学投射式光刻系统产生的空间图像受衍射影响。下图为模拟得到的这类系统在光刻胶上产生的典型曝光光强的空间分布图像。黑线外框代表了光刻版实际图形，计算的空间曝光光强分布图是黑线框内的彩色区。光强分布图的主要特点是图形为圆角，而想要的实际图形是规则的直角。使用衍射理论，结合现代光学投影光刻工具的物理特点，从物理上解释为什么这些特征看上去是这样的。衍射效应限制了投射式光刻系统的分辨率。透镜尺寸有限，意味着高能级的衍射条纹在传输中会被丢失，所以无法完全重现掩模板图像。丢失的信息正是边缘细节的信息，例如矩形的尖锐的直角就是一个细节信息，这些丢失了，所以直角变成了圆角。作业三1. 对于一个薄膜CVD淀积，发现质量传输系数hG=10 cm/s和表面反应速率系数ks=107 exp( -1.9 eV/kT)cm/s。淀积温度为900，哪一种淀积系统你将推荐使用：(a)冷壁，石墨支座型；或(b)热壁，堆放硅片型？解释你的回答。注意公式中的T要以K为单位，温度需转换成K。k为玻尔兹曼常数答：1eV=1.60210-19J，玻尔兹曼常数k=1.3810-23J/K=8.6210-5 eV/K900时，相当于1173K=0.069 cm/s由于ks hG, 所以属于反应控制区域，在这个区域薄膜的生长率与温度相关，而对堆放的要求较低。在热壁情况下，温度可以较为精确的控制，所以选择热壁。采用堆放硅片的形式可以获得更高的生产率，所以选择这种形式。2. a.对于一个有下面参数值的CVD系统，画出淀积速率（对数坐标）与1/T(K)的函数关系，图中温度的范围为6001200。hG=0.5 cm/sks =4106 exp (-1.45 eV/kT)cm/s组成粒子的分压力=1torr，总的压力为760torrCT/N=1/10000根据图形指出反应和质量传输限制范围。答： a. 生长率的方程为：b. 当总压力减小到1torr时，hG增加到100倍。假设组成粒子分压力保持一样，CT以和总压力Ptotal同样的因子减小，重做此题。答：在低压情况下，仅仅hG变化（增加100倍）。CT / N乘以Pg/Ptotal仍为常数，这是因为N（薄膜密度）和Pg保持不变，CT/Ptotal比率不变。 对于1atm气压情况下，温度大于800的区域为传输控制区域，小于该温度的区域为表面反应控制区。而对于低压情况，这个分隔位置超过了1200。3. 一位新的淀积工程师安装了公司新蒸发设备，希望装在球形硅片支座内壁上所有硅片得到均匀的淀积。他安装蒸发源坩埚在球形中心。如果蒸发源像一个理想小面积平面源，按照下面的定义，淀积速率与的函数关系是什么？（令蒸发速率=310-3 mg/s ，半径r0 =10cm ，被淀积材料密度=10 mg/cm3 。）画出从-90到90范围内，生长速率v(nm/s)与的关系曲线。比较直接面对平面源（=0）和在=90点处的淀积速率大小。不同位置的硅片能得到均匀的淀积吗？答：根据公式9.20，假设一个余弦发射行为（cosk = 1得到同样的结果）V和是余弦函数关系。= 0时，V等于9.55