CN111580357A - 一种激光热模光刻胶用显影液及其制备方法 - Google Patents

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王正伟
魏劲松
王阳
张奎
陈国东
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
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Abstract

一种激光热模光刻胶用显影液及其制备方法,基于激光热模光刻胶刻蚀机理，配制了新型Te基硫化物热模光刻胶显影液，其主要由氧化性离子组成，并可通过酸性溶液调节PH值达到更好的显影效果；后经对激光曝光后的热模光刻胶进行显影、检测，可实现微米到纳米尺度微纳结构制备。本发明可作为热模光刻胶的新型环保显影液，可实现高效、高对比度微纳结构的制备。

Description

一种激光热模光刻胶用显影液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导体制造光刻领域，特别是一种激光热模光刻胶用显影液及其制备方法。
背景技术
在半导体制造领域，我国面临着巨大的挑战，目前先进的光刻机及光刻材料全部依赖于进口；其中光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60％。光刻加工的主要过程有涂胶、曝光、显影与烘片、刻蚀、剥膜；显影是指正性光刻胶的曝光区或者负性光刻胶的非曝光区的光刻胶在显影液中溶解，在光刻胶上形成三维图形结构的一种光刻过程。显影后留下的光刻胶图形将在后续的刻蚀和离子注入工艺中作为掩模；严格地说，在显影时曝光区和非曝光区的光刻胶都有不同程度的溶解。曝光区与非曝光区的光刻胶溶解速度反差越大，显影后得到的图形对比度越高，因此显影是一步重要的工艺。
中国光刻胶行业也是在国外高度垄断的情况下曲折前进的。2011年至今国内光刻胶市场的总体特征是规模不断提升,但产量赶不上需求；国产化率不断提升但供给结构严重失衡；高端产品尤其是半导体光刻胶严重依赖进口,发展水平与国外存在很大差距。近年来,虽然国内光刻胶市场规模持续增长,但国内企业在光刻胶领域的竞争力与国外大厂相比相差甚远,这种差距不仅体现在公司规模和产能规模上,还体现在技术水平上。激光热模光刻胶作为一种新型的无机光刻胶材料具有良好的应用前景，其具有分辨率高、成本低、对比度高等优点，是打破国外高端光刻胶技术和市场垄断的重要突破口。所以激光热模光刻胶用显影液近年来层出不穷，但为了提高显影效率、增强显影精度、对新型环保显影液提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述现有技术的不足，提供了一种激光热模光刻胶用显影液及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种激光热模光刻胶用显影液及其制备方法，其特点在于：所述的显影液由一种或多种氧化性离子和酸性溶液组成，各物质浓度配比为氧化性离子0.1-3mol/L、酸性溶液0-3mol/L。
所述的氧化性离子和浓度是高锰酸根离子(0.1-3mol/L)、重铬酸根离子(0.1-3mol/L)、高氯酸根离子(0.1-3mol/L)、三价铁离子(0.1-3mol/L)和/或铜离子(0.1-3mol/L)。
所述的酸性溶液及浓度是硫酸(0-1.5mol/L)、硝酸(0-3mol/L)、高氯酸(0-1.5mol/L)和/或盐酸(0-3mol/L)。
所述的热模光刻胶材料是Te基硫化物相变材料。
制备述的激光热模光刻胶用显影液的方法，该方法包括如下步骤：
第一步：将含有氧化性离子固体或溶液和一元或多元酸性溶液按照计量配制；
第二步：溶解稀释含有氧化性离子的固体或溶液后，不断搅拌，用胶头滴管加入酸性溶液调节PH值为1-6，；
第三步：将第二步得到的混合物进行过滤，得到所述的激光热模光刻胶用显影液。
所述搅拌为在常温、常压下进行机械搅拌或磁力搅拌。
所述过滤次数至少2次，采用的过滤器的微滤膜孔径为0.08-0.3μm。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
1)采用新型热模光刻胶显影液，操作简单，成本低、无异味，环保安全，并提高了热模光刻胶的显影效果。
附图说明
图1本发明于激光热模光刻胶用显影液及其制备方法实施例1显影后测试图；
图2本发明于激光热模光刻胶用显影液及其制备方法实施例2显影后测试图；
图3本发明于激光热模光刻胶用显影液及其制备方法实施例3显影后测试图；
图4本发明于激光热模光刻胶用显影液及其制备方法实施例4显影后测试图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：
1、将硝酸铁固体和硝酸溶液按照计量配制，由3mol/L三价铁离子和1mol/L的硝酸溶液组成。
2、溶解稀释硝酸铁固体，在常温、常压下不断机械搅拌，用胶头滴管加入硝酸溶液；
3、将混合物通入微滤膜孔径为0.25μm过滤器中过滤3次，得到所述的激光热模光刻胶用显影液。
4、实施过程，将直径为30mm，厚度1.3mm的石英玻璃基片依次经过丙酮，酒精和去离子水清洗吹干后，采用磁控溅射技术在石英玻璃基片上沉积一层600nm厚度的Te基热模光刻胶，然后采用激光直写曝光系统在热模光刻胶上刻写结构；激光刻写部分变为晶化态Te基相变热模光刻胶，将10-30ml显影液加入烧杯中，室温条件下，将曝光后的热模光刻胶样品放入溶液中腐蚀3min后取出样品，去离子水冲洗后用高压氮气吹干放在原子力显微镜下检测显影质量和结构，如图1(a)所示为线宽0.9微米，周期2微米的光栅结构图形，高度500纳米，图1(b)为图1(a)对应的三维立体图形；如图1(c)所示为线宽0.5微米，周期1微米的光栅结构图形，高度450纳米，图1(d)为图1(c)对应的三维立体图形。
实施例2：
1、将硝酸铁固体和硝酸溶液按照计量配制，由1mol/L三价铁离子离子和0.3/L的硝酸溶液组成。
2、溶解稀释硝酸铁固体，在常温、常压下不断机械搅拌，用胶头滴管加入硝酸溶液；
3、将混合物通入微滤膜孔径为0.25μm过滤器中过滤3次，得到所述的激光热模光刻胶用显影液。
4、实施过程，将直径为30mm，厚度1.3mm的石英玻璃基片依次经过丙酮，酒精和去离子水清洗吹干后，采用磁控溅射技术在石英玻璃基片上沉积一层600nm厚度的Te基热模光刻胶，然后采用激光直写曝光系统在热模光刻胶上刻写结构；激光刻写部分变为晶化态Te基相变热模光刻胶，将10-30ml显影液加入烧杯中，室温条件下，将曝光后的热模光刻胶样品放入溶液中腐蚀3min后取出样品，去离子水冲洗后用高压氮气吹干放在原子力显微镜下检测显影质量和结构，如图2(a)所示为线宽1微米，周期2微米的光栅结构图形，高度500纳米，图2(b)为图1(a)对应的三维立体图形；如图2(c)所示为线宽0.6微米，周期1微米的光栅结构图形，高度350纳米，图1(d)为图1(c)对应的三维立体图形。
实施例3:
1、将硝酸铁固体和硝酸溶液按照计量配制，由0.1mol/L三价铁离子和0.1/L的硝酸溶液组成。
2、溶解稀释硝酸铁固体，在常温、常压下不断机械搅拌，用胶头滴管加入硝酸溶液；
3、将混合物通入微滤膜孔径为0.25μm过滤器中过滤3次，得到所述的激光热模光刻胶用显影液。
4、实施过程，将直径为30mm，厚度1.3mm的石英玻璃基片依次经过丙酮，酒精和去离子水清洗吹干后，采用磁控溅射技术在石英玻璃基片上沉积一层600nm厚度的Te基热模光刻胶，然后采用激光直写曝光系统在热模光刻胶上刻写结构；激光刻写部分变为晶化态Te基相变热模光刻胶，将10-30ml显影液加入烧杯中，室温条件下，将曝光后的热模光刻胶样品放入溶液中腐蚀3min后取出样品，去离子水冲洗后用高压氮气吹干放在原子力显微镜下检测显影质量和结构，如图2(a)所示为线宽0.8微米，周期2微米的光栅结构图形，高度150纳米，图2(b)为图1(a)对应的三维立体图形；如图2(c)所示为线宽0.5微米，周期1微米的光栅结构图形，高度390纳米，图1(d)为图1(c)对应的三维立体图形。
实施例4:
1、将高锰酸钾固体和盐酸溶液按照计量配制，由1mol/L高锰酸根离子和0.3/L的盐酸溶液组成。
2、溶解稀释高锰酸钾固体，在常温、常压下不断机械搅拌，用胶头滴管加入盐酸溶液；
3、将混合物通入微滤膜孔径为0.25μm过滤器中过滤3次，得到所述的激光热模光刻胶用显影液。
4、实施过程，将直径为30mm，厚度1.3mm的石英玻璃基片依次经过丙酮，酒精和去离子水清洗吹干后，采用磁控溅射技术在石英玻璃基片上沉积一层600nm厚度的Te基热模光刻胶，然后采用激光直写曝光系统在热模光刻胶上刻写结构；激光刻写部分变为晶化态Te基相变热模光刻胶，将10-30ml显影液加入烧杯中，室温条件下，将曝光后的热模光刻胶样品放入溶液中腐蚀3min后取出样品，去离子水冲洗后用高压氮气吹干放在原子力显微镜下检测显影质量和结构，如图2(a)所示为线宽1.9微米，周期4微米的光栅结构图形，高度500纳米，图2(b)为图1(a)对应的三维立体图形；如图2(c)所示为线宽1.2微米，周期2微米的光栅结构图形，高度150纳米，图1(d)为图1(c)对应的三维立体图形。
综上，采用新型激光热模光刻胶用显影液可实现了不同特征尺寸从微米到亚微米尺寸甚至纳米级图形的制备。

Claims (7)

1.一种激光热模光刻胶用显影液，其特征在于：所述的显影液由一种或多种氧化性离子和酸性溶液组成，各物质浓度配比为氧化性离子0.1-3mol/L、酸性溶液0-3mol/L。
2.根据权利要求1所述的激光热模光刻胶用显影液，其特征在于，所述的氧化性离子和浓度是高锰酸根离子(0.1-3mol/L)、重铬酸根离子(0.1-3mol/L)、高氯酸根离子(0.1-3mol/L)、三价铁离子(0.1-3mol/L)和/或铜离子(0.1-3mol/L)。
3.根据权利要求1所述的激光热模光刻胶用显影液，其特征在于，所述的酸性溶液及浓度是硫酸(0-1.5mol/L)、硝酸(0-3mol/L)、高氯酸(0-1.5mol/L)和/或盐酸(0-3mol/L)。
4.根据权利要求1所述的激光热模光刻胶用显影液，其特征在于，所述的热模光刻胶材料是Te基硫化物相变材料。
5.制备权利要求1-4任一所述的激光热模光刻胶用显影液的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
第一步：将含有氧化性离子固体或溶液和一元或多元酸性溶液按照计量配制；
第二步：溶解稀释含有氧化性离子的固体或溶液后，不断搅拌，用胶头滴管加入酸性溶液调节PH值为1-6，；
第三步：将第二步得到的混合物进行过滤，得到所述的激光热模光刻胶用显影液。
6.根据权利要求5所述的制备激光热模光刻胶用显影液的方法，其特征在于，所述搅拌为在常温、常压下进行机械搅拌或磁力搅拌。
7.根据权利要求5所述的制备激光热模光刻胶用显影液的方法，其特征在于，所述过滤次数至少2次，采用的过滤器的微滤膜孔径为0.08-0.3μm。
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