激光微纳加工技术详解

激光微纳加工技术利用激光脉冲与材料的非线性作用，可以<100nm精度实现传统方法难以实现的复杂功能结构和器件的增材制造。而激光直写（DLW）光刻是一项具有空间三维加工能力的微纳加工技术，在微纳集成器件制造中发挥着重要作用。

在半导体产业发展史上，光刻技术的发展经历了多个阶段，接触/接近式光刻、光学投影光刻、分步（重复）投影光刻等出现时间较早。集成电路生产主要采用扫描式光刻、浸没式扫描光刻、深紫外光刻（DUV）和极紫光（EUV）工艺。此外，X射线/电子束光刻、纳米压印、激光直写等技术也在不断发展当中，有望在不久的将来实现更多技术和应用突破。

直写光刻技术，它使用激光直接轰击对象表面，在目标基片上一次形成纳米图案构造，无需制备价格昂贵的掩膜版，生产准备周期较短。目前，该工艺技术已经被广泛应用于PCB、先进封装、FPD（显示面板）和掩膜版制造。

在整个半导体领域，主流光刻技术为掩膜光刻，其中最先进的是投影式光刻。它可以通过投影的原理在使用相同尺寸掩膜版的前提下获得更小比例的图像，在最小线宽、对位精度等指标上领先直写光刻。但是，数字直写无掩膜光刻（LDI）在先进封装领域的应用越来越广泛，主要原因在于LDI技术可以通过激光在印刷板上写入图案，不需要使用传统的光阻膜，从而提高了生产效率和印刷精度，并降低了成本。而掩膜光刻中的掩膜需要更新且制作时间较长，在对准灵活性、大尺寸封装及自动编码等方面存在一定的局限。因此，近年来，激光直写光刻技术在晶圆级封装等先进封装领域的应用如鱼得水。

目前，光刻精度在5μm以下的，多采用掩膜光刻技术，而5μm以上，精度要求没那么高的，多采用迭代更快、成本更低的直写光刻技术。当然，这些并不是绝对的，还要根据具体应用情况而定。

激光直写是利用强度可变的激光束对基片表面的抗蚀材料实施变剂量曝光，显影后在抗蚀层表面形成所要求的浮雕轮廓。激光直写系统的基本工作原理是由计算机控制高精度激光束扫描，在光刻胶上直接曝光写出所设计的任意图形，从而把设计图形直接转移到掩模上。激光直写系统的基本结构，主要由He-Cd激光器、声光调制器、投影光刻物镜、CCD摄像机、显示器、照明光源、工作台、调焦装置、He-Ne激光干涉仪和控制计算机等部分构成。激光直写的基本工作流程是：用计算机产生设计的微光学元件或待制作的VLSI掩摸结构数据；将数据转换成直写系统控制数据，由计算机控制高精度激光束在光刻胶上直接扫描曝光；经显影和刻蚀将设计图形传递到基片上。

来源：微纳研究院

审核编辑：汤梓红