低能量電子束曝光技術(shù)

引言

直接蝕刻和剝離是兩種比較流行的圖案轉(zhuǎn)移工藝。在直接蝕刻工藝中，首先使用光刻技術(shù)對聚合物抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖，然后通過干法蝕刻技術(shù)用抗蝕劑作為掩模將圖案轉(zhuǎn)移到襯底或子層上。

剝離過程中，膜(通常是金屬)被涂覆在抗蝕劑結(jié)構(gòu)上，并且當(dāng)下面的抗蝕劑溶解時(shí)，抗蝕劑結(jié)構(gòu)頂部的膜被剝離，留下之前未被抗蝕劑覆蓋的區(qū)域上的膜結(jié)構(gòu)。與直接蝕刻相比，剝離更加通用，因?yàn)樗梢杂糜诖蠖鄶?shù)金屬，而許多金屬包括大多數(shù)貴金屬不能通過干法蝕刻來蝕刻。

使用(單層)負(fù)性抗蝕劑的剝離是非常具有挑戰(zhàn)性的，原因有兩個(gè):(1)由于電子前向散射，抗蝕劑輪廓逐漸變細(xì)，具有較寬的開口，這導(dǎo)致側(cè)壁上的膜涂層，因此難以完全剝離；(2)常見的負(fù)性抗蝕劑，在暴露時(shí)變得交聯(lián)且不可溶，因此，必須使用諸如NH4OH:H2O2:H2O的熱混合物(RCA清潔)的強(qiáng)化學(xué)品來溶解它。

在本文中，英思特將報(bào)告一種簡單的剝離工藝，該工藝使用單層負(fù)性抗蝕劑，通過低能曝光，產(chǎn)生底切輪廓，具有未交聯(lián)的或僅部分交聯(lián)的底層可溶于普通溶劑。

實(shí)驗(yàn)與討論

我們將重均分子量為283千克/摩爾的聚苯乙烯溶解在氯苯中，在旋涂后得到220和500納米的兩個(gè)膜厚，如圖1所示，這種寬分布不會(huì)顯著影響抗蝕劑曝光性能。

圖1：正常高能量暴露后得到的抗蝕劑曲線示意圖

首先，我們在120℃下烘烤10分鐘以除去溶劑。接下來，使用配備有納米圖案生成系統(tǒng)的Leo 1530 SEM在1–5 keV下曝光抗蝕劑，并且對于220和500nm的膜，用二甲苯分別顯影45和90秒。隨后，10nm的Cr被電子束蒸發(fā)，并通過將樣品浸泡在二甲苯中10分鐘而剝離。

眾所周知，二次電子不是光刻膠曝光的主要原因，因?yàn)樗鼈兊哪芰扛咏l(fā)化學(xué)反應(yīng)所需的能量，并且沿著初級電子的路徑產(chǎn)生次級電子。圖2描述了在1–20 keV能量下，涂在大塊硅襯底上的500nm厚聚苯乙烯中的電子軌跡。在高達(dá)4 keV的能量下，前向散射是顯著的，并且大多數(shù)電子在到達(dá)襯底之前被阻止。

在5keV時(shí)，很大比例的電子到達(dá)薄膜-基底界面；在20千電子伏時(shí)，大多數(shù)電子穿透到襯底深處。這與所開發(fā)的抗蝕劑結(jié)構(gòu)非常一致，該抗蝕劑結(jié)構(gòu)對于500nm厚的膜在4keV處顯示出底切輪廓，但在5keV處顯示出錐形輪廓。

圖2：500nm厚聚苯乙烯涂在硅上的10 000個(gè)電子軌跡的蒙特卡羅模擬

因?yàn)樵诘湍芰科毓庀?，抗蝕劑底部沒有交聯(lián)或僅部分交聯(lián)，所以使用溶劑剝離是可能的。當(dāng)電子穿透深度小于抗蝕劑厚度時(shí)，剝離是成功的。但是在5 keV曝光下，兩種厚度的聚苯乙烯柱都沒有溶解，因?yàn)樗鼈冊谡麄€(gè)膜厚度上都是交聯(lián)的。

此外，對于低能量曝光，抗蝕劑靈敏度更高，這導(dǎo)致更快的寫入。由于大多數(shù)電子在低能量曝光下被阻擋在抗蝕劑層中，所以對襯底/子層的電子束輻射損傷被大大降低。因此，在低能量下曝光抗蝕劑的剝離可以用于在有機(jī)導(dǎo)電層的頂部制造金屬納米結(jié)構(gòu)。

然而，在低能量暴露下，我們不能獲得規(guī)則排列的聚苯乙烯柱結(jié)構(gòu)直徑遠(yuǎn)小于500 nm，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)抗蝕劑結(jié)構(gòu)從襯底上脫離或變形并在襯底上四處移動(dòng)。顯然，這是由于清洗液干燥過程中的毛細(xì)作用力導(dǎo)致的。

結(jié)論

英思特使用負(fù)性聚苯乙烯抗蝕劑通過低能量曝光演示了金屬剝離。顯示出低能量暴露導(dǎo)致底切輪廓，這對于干凈的剝離是至關(guān)重要的。此外，由于底部的抗蝕劑在低能量曝光下沒有交聯(lián)，所以使用普通溶劑實(shí)現(xiàn)了剝離。然而，由于毛細(xì)管力使暴露在低能量下的精細(xì)聚苯乙烯結(jié)構(gòu)分離，使用當(dāng)前的方法難以獲得低于500nm的分辨率。

對于低能量曝光，毛細(xì)管力的影響更嚴(yán)重，因?yàn)轱@影劑可以通過頂部交聯(lián)層擴(kuò)散，溶解膜-基底界面處的未交聯(lián)抗蝕劑。由于低能量電子大部分被阻擋在抗蝕劑層內(nèi)部，所以對子層的輻射損傷大大降低。因此，當(dāng)用負(fù)性水溶性抗蝕劑代替聚苯乙烯時(shí)，當(dāng)前的方法可用于在對水不敏感的有機(jī)導(dǎo)電層上制造金屬納米結(jié)構(gòu)。

江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司主要從事濕法制程設(shè)備，晶圓清潔設(shè)備，RCA清洗機(jī)，KOH腐殖清洗機(jī)等設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維護(hù)。

審核編輯：湯梓紅