CN104407499A

CN104407499A - 使用氢氧化钾溶液显影uviii的电子束光刻高分辨率图形的方法

Info

Publication number: CN104407499A
Application number: CN201410722266.7A
Authority: CN
Inventors: 陈宜方; 邵金海; 陆冰睿
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2015-03-11

Abstract

本发明属于电子束光刻微纳加工领域，公开了一种使用氢氧化钾溶液显影电子束光刻用化学放大光刻胶UVIII的方法。其步骤包括：清洗基片，烘干；在基片上旋涂六甲基二硅胺（HMDS）作为粘附层增加光刻胶和基片的粘接力；在基片上旋涂化学放大UVIII电子束光刻胶，前烘；电子束光刻，对UVIII进行曝光；对曝光后的光刻胶进行后烘；用配置的氢氧化钾溶液进行显影、用去离子水进行定影，用氮气枪吹干，得到光刻图形。利用本发明，解决了电子束用化学放大胶的显影问题，相对于传统的ShipleyCD26显影液具有成本低，制备简单，环境友好，可靠性高，得到的图形分辨率高，重复性好等优点，在微纳加工光学器件中有着广泛的应用背景。

Description

使用氢氧化钾溶液显影UVIII的电子束光刻高分辨率图形的方法

技术领域

本发明属于纳米尺度的微细加工技术领域，具体涉及一种电子束光刻高分辨率图形的方法。

背景技术

随着大规模集成电路的特征尺寸进入纳米级，目前微电子工艺向着纳米尺度发展，如何制作出好的纳米结构成为纳米阶段的一个主要问题。这就对微纳加工工艺提出了更高的要求。

电子束光刻如今成为纳米电子器件制作的一个主要工艺手段，是目前国际上公认的高分辨率图像制作技术，已经广泛的在实验室应用。电子束光刻机使用电子束作为束源，对电子束光刻胶进行曝光，使之发生交聚或者降解反应，再经过显影，在光刻胶上制作纳米结构。光刻胶通常是一种可以在溶液中溶解的有机聚合物。工艺中对光刻胶的指标一般有：分辨率、灵敏度、对比度、与衬底的粘附性。最传统的电子束光刻胶是PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。PMMA为正性光刻胶，分辨率高，但是最大的缺点是灵敏度很低因此曝光时间长，因此开发纳米工艺成本高。美国Shipley公司的UVIII光刻胶是一种化学放大胶，具有较高的热稳定性，与传统的PMMA光刻胶相比，灵敏度很高，分辨率也很高。由于电子束曝光是效率比较低的技术，曝光同样的图形，灵敏度高的光刻胶所用的时间会远远低于灵敏度低的光刻胶，所以减少曝光时间来降低工艺成本尤为重要。一般采用美国Shipley 公司生产的Shipley CD26显影液显影UVIII光刻胶，但是该显影液价格昂贵，运输时间长，保存周期短，不适合大规模生产。本发明提出的氢氧化钾溶液作为UVIII光刻胶的显影液，具有制作方便，价格极其便宜，使用周期长，无需购买，并且显影特性与CD26无差别。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单、方便、便宜的电子束光刻高分辨率图形的方法。

本发明提出的电子束光刻高分辨率图形的方法，采用用氢氧化钾溶液显影电子束光刻用的化学放大UVIII胶，具体步骤为：

步骤1、清洗基片，烘干；

步骤2、在基片上旋涂液态HMDS作为粘附层，用于粘结UVIII和基片；

步骤3、旋涂UVIII光刻胶，前烘；

步骤4、电子束光刻，对UVIII光刻胶进行曝光；

步骤5、对曝光后的基片进行热板后烘，对曝光后的UVIII光刻胶用0.5%~1.5%浓度的氢氧化钾溶液作为显影液显影，定影，吹干，得到UVIII曝光后的图形。

上述方案中，所述基片清洗采用微电子标准清洗工艺，即RCA清洗工艺。

上述方案中，所述前烘、后烘使用的是热板，热板的温度为110~130℃，前烘时间50~70s，后烘时间为80~100s。

上述方案中，所述0.5%~1.5%浓度的氢氧化钾溶液，由氢氧化钾粉末和一定体积的去离子水混合而成的。氢氧化钾粉末为分析纯的氢氧化钾粉末。所述定影用的定影液为去离子水，定影时间30~40s；所述吹干使用高纯氮气吹干。

有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明提供的这种显影电子束光刻的化学放大UVIII胶的方法，采用氢氧化钾溶液显影，与之前的用Shipley CD26显影液相比，主要有以下四方面的优点：

1、采用0.5%~1.5%浓度的KOH溶液作为电子束光刻胶UVIII的显影液能够得到很好的显影效果，得到的图形的粗糙度较低；

2、由于UVIII是一种灵敏度很高的电子束光刻抗蚀剂，所以利用本发明具有很高的效率以及产率；

3、采用0.5%~1.5%浓度的KOH溶液作为电子束光刻胶UVIII的显影液，得到的图形的分辨率很好，单根线的最小分辨率达到了40nm。等间距光栅的最小尺寸做到了100nm。与CD26 相比基本无差别，并且可靠性高，重复性好，在纳米光学结构制备中有着广泛的应用前景；

4、与传统的Shipley CD26显影液相比，本发明能够显著降低成本，本发明的成本大

约是前者成本的1/150。

附图说明

图1为本发明提供的用于电子束光刻胶UVIII的显影液的配置方法流程图。

图2为本发明提供的用于氢氧化钾溶液显影UVIII电子束光刻胶的方法流程图。

图3为本发明提供的用于氢氧化钾溶液显影UVIII电子束光刻胶制作100纳米等间距光栅的工艺流程图。

图4为本发明提供的用于氢氧化钾溶液显影UVIII电子束光刻胶制作100纳米单根线工艺流程图。

图5为本发明提供的用于氢氧化钾溶液显影UVIII电子束光刻胶制作40nm单根线SEM图(光刻胶厚100nm)和制作的100nm单根线SEM图(光刻胶厚300nm)。

图6为本发明提供的用于氢氧化钾溶液显影UVIII电子束光刻胶制作200nm等间距光栅的SEM图（光刻胶厚600nm）。

图7为本发明提供的用于氢氧化钾溶液显影UVIII电子束光刻胶制作150nm等间距光栅的SEM图（光刻胶厚600nm）。

图8为本发明提供的用于氢氧化钾溶液显影UVIII电子束光刻胶制作100nm等间距光栅的SEM图（光刻胶厚300nm）。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加的清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明是在Si衬底上制作纳米结构的时候曝光UVIII电子束光刻化学放大胶，使用氢氧化钾溶液显影后得到图形，之后通过RIE刻蚀可以转移到Si衬底上，本发明显影液相比目前使用的Shipley CD26显影液有相同的效果，而且能够大幅度降低成本，缩短工艺周期。

本发明提供的这种用于电子束光刻胶UVIII的显影液，是氢氧化钾粉末和去离子水的混合液。

如图1所示，图1 为本发明提供的用于电子束光刻胶UVIII的显影液的配置方法流程图，该方法包括：

步骤1：将氢氧化钾粉末用分析天平称量5~15g放入容器中；

步骤2：用量筒称量980~995mL去离子水（质量1g/cm³）放入相同的容器中；

步骤3：将氢氧化钾粉末和去离子水充分混合，使得溶液混合均匀。

配置大量溶液的目的就是为了使得配置的浓度准确，由于氢氧化钾粉末遇水会放热，并且氢氧化钾属于强碱，所以配置的时候注意在密封容器中进行。

图2是本发明提供的氢氧化钾溶液显影UVIII光刻胶的方法流程图，该方法包括：

步骤1、清洗基片，烘干；所述基片采用微电子标准清洗工艺；

步骤2、在基片上旋涂液态HMDS作为粘附层；

步骤3、在HMDS上旋涂UVIII电子束光刻胶，前烘；

步骤4、电子束光刻，对UVIII光刻胶进行曝光；

步骤5、曝光后对UVIII光刻胶进行后烘，用本发明的显影液进行显影，定影，吹干，得到光刻胶光刻图形。

对于上述方法本发明给出制作等间距光栅和单根线的具体实例。

实例1.制作100nm，150nm和200nm等间距光栅

图3给出了依照本发明实施例提供的氢氧化钾溶液显影UVIII电子束光刻胶制作100nm ，150nm 和200nm光栅的工艺流程图，该方法包括：

步骤1、如图3-1所示，清洗基片，烘干；在基片上旋涂4krmp的液态HMDS作为粘附层；

步骤2、如图3-2所示，在HMDS上旋涂300nm到600nm 厚的UVIII电子束光刻胶，热板130度前烘60s烘干；放入电子束光刻机中；用JEOL6300FS电子束光刻，对UVIII光刻胶进行曝光；

步骤3、如图3-3所示，用热板130度对已曝光基片后烘90s,采用本发明的氢氧化钾溶液对基片进行显影60s,用去离子水定影30s，氮气吹干，得到等间距光栅。具体实例分别做了200nm,150nm和100nm等间距光栅，见图6、7和8。

实例2.制作40nm和100nm单根线

图4给出了依照本发明实施例提供的氢氧化钾溶液显影UVIII电子束光刻胶制作单根线的工艺流程图，该方法包括：

步骤1、如图4-1所示，清洗基片，烘干；在基片上旋涂4krmp的液态HMDS作为粘附层；

步骤2、如图4-2所示，在HMDS上旋涂100nm和300nm 厚的UVIII电子束光刻胶，热板130度前烘60s烘干；放入电子束光刻机中；用JEOL6300FS电子束光刻，对UVIII光刻胶进行曝光；

步骤3、如图4-3所示，用热板130度对已曝光基片后烘90s,采用本发明的氢氧化钾溶液对基片进行显影60s,用去离子水定影30s，氮气吹干，得到40nm 和100nm 单根线。见图5。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种电子束光刻高分辨率图形的方法，其特征在于采用用氢氧化钾溶液显影电子束光刻用的化学放大UVIII胶，具体步骤为：

步骤1. 清洗基片，烘干；

步骤2. 在基片上旋涂液态HMDS作为粘附层，用于粘结UVIII和基片；

步骤3. 旋涂UVIII光刻胶，前烘；

步骤4. 电子束光刻，对UVIII光刻胶进行曝光；

步骤5. 对曝光后的基片进行热板后烘，对曝光后的UVIII光刻胶用0.5%~1.5%浓度的氢氧化钾溶液作为显影液显影，定影，吹干，得到UVIII曝光后的图形。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述基片清洗采用微电子标准清洗工艺，即RCA清洗工艺。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述前烘、后烘使用的是热板，热板的温度为110~130℃，前烘时间50~70s，后烘时间为80~100s。

4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（5）中所述0.5%~1.5%浓度的氢氧化钾溶液，由氢氧化钾粉末和一定体积的去离子水混合而成的；氢氧化钾粉末为分析纯的氢氧化钾粉末；所述定影用的定影液为去离子水，定影时间30~40s；所述吹干使用高纯氮气吹干。