CN103257523B - 曝光电子束正性抗蚀剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种曝光电子束正性抗蚀剂的方法，包括：清洁衬底表面；脱水烘培；旋涂电子束正性抗蚀剂；前烘工艺，消除电子束正性抗蚀剂的应力；电子束曝光；显影得到纳米级掩膜图形。依照本发明的电子束正性抗蚀剂曝光方法，采用简单可靠的物理方法降低了工艺成本，无需采用增粘剂从而避免了其对人体及环境的破坏和污染，此外还避免了抗蚀剂产生裂纹，因此提高了纳米尺度结构及器件的可靠性。

Description

曝光电子束正性抗蚀剂的方法
技术领域
本发明涉及一种曝光方法，特别是涉及一种曝光电子束正性抗蚀剂的方法以及借此制备纳米图形的方法。
背景技术
随着集成电路的产业的发展，集成电路的器件尺寸缩小至纳米尺度。为了制备纳米尺度结构及器件需要采用高分辨率的抗蚀剂以制备出纳米级的掩膜图形。在电子束直写工艺中采用电子束抗蚀剂制备纳米级掩膜图形是制备纳米尺度结构及器件的重要手段。电子束曝光就是利用高能电子与抗蚀剂分子之间发生碰撞，抗蚀剂分子发生裂解等物理反应，导致抗蚀剂性质发生变化，使得抗蚀剂可以(正胶)或不能(负胶)被显影液所溶解，从而获得所需的纳米级掩膜图形。
电子束正性抗蚀剂ZEP520A是一种常被用来制备纳米尺度凹槽图形的电子束抗蚀剂，是一种分辨率很高的非化学放大正性电子抗蚀剂，由α-甲基苯乙烯的共聚物组成。与常用的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)相比，ZEP520A的灵敏度更高，1keV下的灵敏度约为1uc/cm2，其曝光速度比PMMA快3倍左右，且性能良好。但是该抗蚀剂存在的一个重要的问题是显影后抗蚀剂图形易产生裂纹，如图1所示，其中附图标记11表示ZEP520A抗蚀剂，12表示ZEP520A凹槽图形，13表示ZEP520A的裂纹。这些裂纹导致凹槽图形在后续刻蚀工艺中变形使得器件结构失效，因此严重影响制备的纳米尺度图形的完整性和器件的可靠性，对电子束正性抗蚀剂ZEP520A的应用造成了一定的影响。
发明内容
本发明目的在于提供一种简单实用，方便可靠的避免电子束正性抗蚀剂ZEP520A产生裂纹的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种曝光电子束正性抗蚀剂的方法，包括：清洁衬底表面；脱水烘培；旋涂电子束正性抗蚀剂；前烘工艺，消除电子束正性抗蚀剂的应力；电子束曝光；显影得到纳米级掩膜图形。
其中，所述脱水烘培的步骤中，烘培温度为180～800℃，时间为30～120min。
其特征在于，旋涂电子束正性抗蚀剂之前不使用增粘剂处理衬底表面。
其中，所述前烘工艺的步骤进一步包括：以第一速率从室温升温至前烘温度；以前烘维持时间维持前烘温度，烘烤电子束正性抗蚀剂；再以第二速率从前烘温度降温至室温。
其中，所述第一速率为0.1～2℃/min。
其中，前烘温度为160～200℃，前烘维持时间为10～50min。
其中，所述第二速率为0.05～1℃/min。
其中，所述显影步骤包括采用乙酸丁脂显影30s。
其中，所述衬底包括体硅、SOI、体锗、GeOI、化合物半导体。
本发明还提供了一种制备纳米图形的方法，包括：采用上述的方法曝光电子束正性抗蚀剂，得到纳米级掩膜图形；曝光后烘培；刻蚀将图形转移至衬底；去除电子束正性抗蚀剂，得到所需纳米尺度结构。
从上述技术方案可以看出，本发明有以下有益效果：
1、本发明提供的这种电子束正性抗蚀剂曝光方法，是一种物理方法，简单可靠，成本低，不需要使用特殊设备，降低了制备纳米结构及器件的成本；
2、本发明提供的这种电子束正性抗蚀剂曝光方法，不需要采用增粘剂(HMDS)对衬底进行处理，避免了其对人体及环境的破坏和污染；
3、本发明提供的这种电子束正性抗蚀剂曝光方法，避免了电子束正性抗蚀剂ZEP520A产生裂纹，提高了纳米尺度结构及器件的可靠性。
附图说明
以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：
图1为现有技术中，电子束曝光并显影后产生裂纹的ZEP520A凹槽图形SEM图；
图2为现有技术中，采用刻蚀工艺将凹槽图形转移至衬底后的SEM图，裂纹也一起转移至衬底；
图3为依照本发明实施例的工艺方法流程图；以及
图4为采用新的方法制备的凹槽图形SEM图，所制备的图形未产生裂纹。
附图标记
图1中：11-ZEP520A抗蚀剂；12-ZEP520A凹槽图形；13-ZEP520A裂纹；
图2中：21-介质凹槽图形；22-介质裂纹；23-介质；
图4中：21-介质凹槽图形；22-介质。
具体实施方式
以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果，公开了简单实用，方便可靠的避免电子束正性抗蚀剂ZEP520A产生裂纹的制备方法。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种器件结构或制造工序。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰器件结构或制造工序的空间、次序或层级关系。
本发明提供一种曝光电子束正性抗蚀剂的方法，参照图3，其具体工艺步骤如下：
步骤S1、清洁衬底表面。衬底例如为体硅、SOI、体锗、GeOI、化合物半导体等等，化合物半导体例如包括GaN、GaAs、GeSi、InSb等等。例如采用标准硅片清洗过程：采用常规的清洗工艺清洗处理衬底，例如先用稀释的HF酸去除表面原生的氧化物，然后用去离子水和/或施加超声波去除残留物；随后将衬底放置在旋转支座上甩干，通过物理方法去除残余的清洁液，获得干净的衬底表面。
步骤S2、脱水烘培。也即热处理去湿，去除衬底表面水汽。将衬底送入烘炉，烘炉可以在Ar、He等惰性气体和/或不与衬底反应的保护气体例如N2构成的氛围(压力例如为标准大气压)中，在180～800℃高温下脱水烘培30～120min。优选地，脱水烘培温度为800℃，时间为30min。
步骤S3、旋涂电子束正性抗蚀剂。电子束正性抗蚀剂例如为电子束直写工艺采用的ZEP520A，抗蚀剂厚200-600nm。由于ZEP520A等正性抗蚀剂为非化学放大正性电子抗蚀剂，电子束通过物理方式改变抗蚀剂图案，因此后续曝光/光刻过程中无需采用化学溶剂移除抗蚀剂，抗蚀剂与衬底表面的接合强度可低于普通化学性抗蚀剂的需求。故在本发明的优选实施例中，旋涂电子束正性抗蚀剂之前不使用例如六甲基乙烷氮烷(HMDS)的增粘剂处理衬底表面。
步骤S4、前烘工艺，消除电子束正性抗蚀剂的应力。与普通的涂胶后前烘去除抗蚀剂中液体成分的目的不同，本发明的前烘工艺目的在于消除抗蚀剂中的应力，因而能避免后续显影处理后抗蚀剂产生裂纹。具体地，前烘工艺可包括：以第一速率从室温升温至前烘温度；以前烘维持时间维持前烘温度，烘烤电子束正性抗蚀剂；再以第二速率从前烘温度降温至室温。在本发明优选实施例中，第一速率也即升温速率为0.1～2℃/min并优选0.5℃/min，第二速率也即降温速率为0.05～1℃/min并优选0.1℃/min，前烘温度为160～200℃并优选180℃，前烘维持时间为10～50min并优选30min。优选地，第一速率高于第二速率，以使得升温较快速节省时间而降温较慢速以进一步减缓热应力释放，防止裂纹。通过上述缓慢的升温和降温过程，使得电子束正性抗蚀剂的应力缓慢释放，从而避免了裂纹产生。值得注意的是，虽然本发明实施例举例了前烘工艺的一种方式，但是也可以根据材料和衬底的结构、应力特性合理选择工艺的温度升降温方式，只要能够消除抗蚀剂的应力。例如可以分阶段升降温，也即升温至中间温度并保持、再升温至前烘温度并保持，降温过程也类似。还可以升温至前烘温度并保持，然后降温至中间温度并保持，随后升温/降温至另一不同的中间温度，最后再降温至室温，反之亦然。因此，本发明的前烘工艺不限于上述具体的升降温过程，而只要能实现消除应力的功能。
步骤S5、电子束曝光。例如采用改进SEM、高斯扫描系统和成型束系统来进行电子束曝光，并优选采用有限散射角投影式电子束曝光(SCALPEL)技术。电子束轰击抗蚀剂，使得抗蚀剂分子发生裂解等物理反应，导致抗蚀剂性质发生变化。
步骤S6、显影得到纳米级掩膜图形。例如采用乙酸丁脂显影30s得到高分辨率的ZEP520A凹槽图形。
之后，可以进一步采用上述曝光电子束正性抗蚀剂的方法来制备纳米尺寸图形。具体地，在步骤S6之后可依次包括(以下步骤图3中未示出)：
步骤S7、烘胶坚膜。对衬底进行烘烤，温度130～150℃，时间30～50min。
步骤S8、将图形转移至衬底。例如采用反应离子刻蚀(RIE)，以纳米级掩膜图形为掩膜刻蚀衬底，使得图形转移至衬底中。
步骤S9、去除电子束正性抗蚀剂，得到所需纳米尺度结构。可以采用有机和无机溶剂的湿法去胶，也可以采用等离子体反应剥除的干法去胶。
参照图4，为采用依照本发明实施例的方法制备的凹槽图形SEM图，可见所制备的图形未产生裂纹。
依照本发明的电子束正性抗蚀剂曝光方法，采用简单可靠的物理方法降低了工艺成本，无需采用增粘剂从而避免了其对人体及环境的破坏和污染，此外还避免了抗蚀剂产生裂纹，因此提高了纳米尺度结构及器件的可靠性。
尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本发明，本领域技术人员可以知晓无需脱离本发明范围而对器件结构做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的器件结构及其制造方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。

Claims (8)

1.一种曝光电子束正性抗蚀剂的方法，包括：
清洁衬底表面；
脱水烘培；
旋涂电子束正性抗蚀剂；
前烘工艺，消除电子束正性抗蚀剂的应力；
电子束曝光；
显影得到纳米级掩膜图形；
其中，所述前烘工艺的步骤进一步包括：
以0.1～2℃/min的第一速率从室温升温至前烘温度；
以前烘维持时间维持前烘温度，烘烤电子束正性抗蚀剂；
再以0.05～1℃/min的第二速率从前烘温度降温至室温。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脱水烘培的步骤中，烘培温度为180～800℃，时间为30～120min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，旋涂电子束正性抗蚀剂之前不使用增粘剂处理衬底表面。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，前烘温度为160～200℃，前烘维持时间为10～50min。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述显影步骤包括采用乙酸丁脂显影30s。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述衬底包括体硅、SOI、体锗、GeOI。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述衬底包括化合物半导体。
8.一种制备纳米图形的方法，包括：
采用如权利要求1所述的方法曝光电子束正性抗蚀剂，得到纳米级掩膜图形；
曝光后烘培；
刻蚀将图形转移至衬底；
去除电子束正性抗蚀剂，得到所需纳米尺度结构。
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