CN103207545A

CN103207545A - 一种采用紫外线固胶的电子束曝光方法

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Publication number: CN103207545A
Application number: CN2013100976048A
Authority: CN
Inventors: 刘鹏; 王玮; 田大宇; 姜博岩; 杨芳; 戴小涛; 张大成
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: CN103207545B

Abstract

本发明涉及一种采用紫外线固胶的电子束曝光方法，其步骤包括：1）清洗基片，并在基片上涂敷黏附层；2）在黏附层上旋涂剥离层光刻胶；3）对基片进行烘烤；4）在剥离层光刻胶上旋涂具有紫外敏感特性的电子束光刻胶；5）对基片进行烘烤；6）对电子束光刻胶进行电子束曝光；7）显影电子束光刻胶；8）采用紫外线照射显影后的电子束光刻胶图形，使其交联固化；9）显影剥离层光刻胶。本发明利用电子束光刻胶本身的紫外敏感特性，通过紫外线固胶的方式提高LOL剥离层和电子束光刻胶显影速度之比，解决双层胶的工艺兼容性问题，得到陡直的光刻胶侧壁。

Description

一种采用紫外线固胶的电子束曝光方法

技术领域

本发明属于微纳电子器件加工及微纳电子机械系统加工工艺领域，具体涉及一种采用紫外线固胶的电子束曝光工艺方法。

背景技术

随着微电子工艺向纳米量级的拓展，电子束直写曝光工艺成为纳电子器件及纳机电系统加工工艺的重要组成部分。电子束曝光工艺以其可控性好、精度高、灵活性强等优点，广泛应用于新器件研发，新结构制造等科研领域，并逐步应用于成规模的工业化批量生产。但是，由于邻近效应的存在，以及电子的高斯分布状态，决定了在电子束曝光工艺中，获得切底的光刻胶结构是非常困难的。能否得到垂直的切底结构，直接影响了后续工艺的进行，并最终影响图形转移以后的线宽精度。

针对这一问题，目前在报道中通常采用正性电子束光刻胶双层胶工艺（如PMMA/LOL），大致流程为：基片清洗，旋涂剥离层光刻胶（LOL），旋涂电子束光刻胶，电子束曝光，显影电子束光刻胶，显影LOL剥离层。通过这一工艺，可以降低邻近效应对线宽精度的影响，并得到完美的切底图形，大大提高干法刻蚀、金属剥离或其它相关工艺的成品率。但这一方法的主要问题在于：

LOL可以在一般的碱性显影液中溶解，如TMAH（四甲基氢氧化铵），所以此工艺仅适用于PMMA(polymethyl methacrylate)、ZEP520等能够兼容这一显影工艺的电子束光刻胶。有些电子束光刻胶同样使用碱性显影液显影，为完全溶解LOL并形成一定的钻蚀，必须延长显影时间，这势必使得光刻图形多度显影。图形线宽越小，过度显影造成的影响越大。因此，二者的显影工艺并不能在所有电子束加工流程中兼容，限制了LOL的应用范围。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种采用紫外线固胶的电子束曝光方法，利用电子束光刻胶本身的紫外敏感特性，通过紫外线固胶的方式提高LOL剥离层和电子束光刻胶显影速度之比，解决双层胶的工艺兼容性问题，得到陡直的光刻胶侧壁。该方法可以应用到AR-N7520/LOL等工艺中。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用紫外线固胶的电子束曝光方法，包括如下步骤：

1）清洗基片，并在基片上涂敷黏附层；

2）在黏附层上旋涂剥离层光刻胶（LOL）；

3）对基片进行烘烤；

4）在剥离层光刻胶上旋涂具有紫外敏感特性的电子束光刻胶；

5）对基片进行烘烤；

6）对电子束光刻胶进行电子束曝光；

7）显影电子束光刻胶；

8）采用紫外线照射显影后的电子束光刻胶图形，使其交联固化；

9）显影剥离层光刻胶。

进一步地，步骤1）所述黏附层为HMDS（六甲基二硅胺）黏附层，利用真空烘箱实现HMDS的气态吸附或利用匀胶机进行液态旋涂。

进一步地，步骤3）根据LOL的推荐条件进行烘烤，具体是：温度为150-170℃，采用热板烘烤5～8min或采用烘箱烘烤30～40min。

进一步地，步骤4）所述电子束光刻胶是AR-N7520，或其它具有紫外敏感特性的电子束光刻胶。

更进一步地，步骤5）根据AR-N7520的推荐条件进行烘烤，具体是：温度为75～85℃，采用热板烘烤1～1.5min或采用烘箱烘烤30～35min。AR-N7520推荐烘烤温度低于LOL。

进一步地，步骤7）使用TMAH（四甲基氢氧化铵）、AR300-47等常规碱性显影液进行显影。控制显影时间，在AR-N7520显影结束或稍过显影时结束，并采用DI水（去离子水）冲洗。

进一步地，步骤8）所述紫外线的波长为310-360nm，紫外线照射的时间为3～5s。

进一步地，步骤9）使用TMAH、AR300-47等常规碱性显影液进行显影。控制显影时间，使LOL充分溶解并形成一定的钻蚀。

本发明选用紫外线照射固胶的方法，使已经图形化的电子束光刻胶进一步发生交联反应，从而提高对比度，减小在LOL显影工艺中受到的显影液腐蚀，改善最终光刻图形的截面形貌。本发明使LOL双层胶工艺克服了显影工艺不兼容的问题，使其在电子束光刻领域中的应用得到扩展。

附图说明

图1为实施例中旋涂双层光刻胶AR-N7520/LOL后的示意图。

图2为实施例中进行电子束曝光的示意图。

图3为实施例中进行AR-N7520显影的示意图。

图4为实施例中进行紫外线照射固胶的示意图。

图5为实施例中进行LOL显影的示意图。

图6为实施例中未经过紫外线照射固胶的样品照片（SEM）。

图7为实施例一中经过紫外线照射固胶的样品照片（SEM）。

图8为实施例二中经过紫外线照射固胶的样品照片（SEM）。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并配合附图，对本发明做详细的说明。

本发明利用电子束光刻胶本身的紫外敏感特性，通过紫外线固胶的方式提高LOL剥离层和光刻胶显影速度之比，解决双层胶的工艺兼容性问题，得到陡直的光刻胶侧壁。下面以AR-N7520/LOL工艺为例，具体说明该电子束曝光方法的实施步骤。

实施例一：

1.基片清洗，涂HMDS黏附层。

本实施例中基片的材质为Si。利用真空烘箱，在基片上气态吸附HMDS黏附层。真空烘箱的温度是180℃，时间是40s。

2.旋涂剥离层光刻胶LOL，厚度为40nm。

LOL的厚度会影响钻蚀和图形精度，厚度的确定同线宽要求有关，线宽越小LOL越薄。

3.基片烘烤（剥离层前烘）。

烘烤的作用是去除胶膜中残留的溶剂，是光刻胶厂家提供的标准工艺，根据LOL的推荐条件进行。本实施例中LOL的推荐条件是指170℃，采用热板烘烤5min。

4.旋涂负性电子束光刻胶AR-N7520，厚度为150nm。

图1为旋涂双层光刻胶AR-N7520/LOL后的示意图。

5.基片烘烤（电子束光刻胶前烘）。

根据AR-N7520的推荐条件进行，AR-N7520推荐烘烤温度低于LOL。这里AR-N7520的推荐条件是指85℃，采用热板烘烤1min。

6.电子束曝光（图形曝光），如图2所示。

根据设计要求，进行电子束直写曝光。根据版图的不同，所需的曝光时间也会不同。

7.显影电子束光刻胶AR-N7520，如图3所示。

使用TMAH进行显影，控制显影时间为45s，在AR-N7520显影结束时或稍过显影时结束，然后采用DI水冲洗。

8.紫外线照射固胶，如图4所示。

AR-N7520对310-360nm的紫外线敏感，表现为负性。本实施例将显影后的图形在360nm光学光刻机上曝光一定时间，使光刻图形进一步交联固化。感光波长同光刻胶化学结构有关，不同胶感光波段不一定相同。曝光时间同电子束光刻胶厚度有关，胶越厚，曝光时间越长，由于电子束光刻胶都很薄，因此通常曝光时间选择3～5s，本实施例采用5s。

9.显影剥离层LOL，如图5所示。

使用TMAH显影。控制显影时间为50s，使LOL充分溶解并形成一定的钻蚀。

图6为本实施例中未经过紫外线照射固胶的样品照片，图7为本实施例中经过紫外线照射固胶的样品照片。由该两图对比可以看出，经过同样的显影条件，紫外线照射固胶后，T型结构上部的ARN7520保持了良好的形貌，边角锐利完整；而未经固胶工艺的情况下直接显影，ARN7520光刻胶出现严重过显影的情况，边角被腐蚀成圆形，同时出现明显的线宽和厚度损失。

实施例二：

1.基片清洗，涂布HMDS黏附层。

本实施例中基片的材质为Si。利用匀胶机旋涂液态的HMDS，转速3000rpm维持时间10s，随后用热板烘烤，条件为：温度98℃，时间5min

2.旋涂剥离层光刻胶LOL，厚度为40nm。

3.基片烘烤（剥离层前烘）。

本实施例中LOL的推荐条件是指150℃，采用烘箱烘烤40min。

4.旋涂负性电子束光刻胶AR-N7520，厚度为150nm。

图1为旋涂双层光刻胶AR-N7520/LOL后的示意图。

5.基片烘烤（电子束光刻胶前烘）。

根据AR-N7520的推荐条件进行。这里AR-N7520的推荐条件是指75℃，采用烘箱烘烤35min。

6.电子束曝光（图形曝光），如图2所示。

根据设计要求，进行电子束直写曝光。

7.显影电子束光刻胶AR-N7520，如图3所示。

使用德国Allresist公司生产的成品显影液AR300-47，经DI水4:1稀释后进行显影，根据光刻胶厚度控制显影时间为45s，在AR-N7520显影结束时或稍过显影时结束，然后采用DI水冲洗。

8.紫外线照射固胶，如图4所示。

本实施例将显影后的图形在310nm光学光刻机上曝光一定时间，本实施例采用3s。

9.显影剥离层LOL，如图5所示。

使用AR300-47，经DI水4:1稀释后进行显影，并形成一定钻蚀。

图8为本实施例中经过紫外照射固胶的样品照片。可以看出，T型结构上部的AR-N7520保持了良好的形貌，边角锐利完整。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims

1.一种采用紫外线固胶的电子束曝光方法，其步骤包括：

1）清洗基片，并在基片上涂敷黏附层；

2）在黏附层上旋涂剥离层光刻胶；

3）对基片进行烘烤；

4）在剥离层光刻胶上旋涂电子束光刻胶；

5）对基片进行烘烤；

6）对电子束光刻胶进行电子束曝光；

7）显影电子束光刻胶；

9）显影剥离层光刻胶。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）所述黏附层为六甲基二硅胺，并利用真空烘箱实现六甲基二硅胺的气态吸附或利用匀胶机进行液态旋涂。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3）所述烘烤的条件是：温度为150-170℃，采用热板烘烤5～8min或采用烘箱烘烤30～40min。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4）所述电子束光刻胶是AR-N7520。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤5）所述烘烤的条件是：温度为85℃，采用热板烘烤1～1.5min或采用烘箱烘烤30～35min。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤8）所述紫外线的波长为310-360nm。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤8）进行紫外线照射的时间为3～5s。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤7）使用碱性显影液进行显影，在显影结束后采用DI水冲洗。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤9）使用碱性显影液进行显影，控制显影时间使剥离层光刻胶充分溶解并形成一定的钻蚀。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于：所述碱性显影液是四甲基氢氧化铵或者AR300-47。