CN113707541A - 一种图形转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图形转移方法，包括：提供一衬底；在衬底上涂覆光刻胶；通过激光照射在光刻胶上形成欠曝光区域，其中，欠曝光区域呈上宽下窄的梯形槽状；通过对欠曝光区域的光刻胶显影、坚膜、减薄、刻蚀后，得到目标图形。
Description
技术领域
本发明涉及半导体微纳加工技术领域，尤其涉及一种图形转移方法。
背景技术
激光直写技术是半导体微纳加工技术中图形转移的重要技术手段之一。该技术采用由步进电机精确控制的激光束，按照设计路径照射衬底，过程中激光能量参与的物理化学反应导致目标衬底性质改变，从而实现图形转移目的。在激光直写技术中，极限线宽是一个重要的技术参数，决定了激光直写的工作范围。在标准工艺条件下，激光直写极限线宽受写头限制。常规写头有0.6μm、1μm、2μm，即激光通过写头内的光路聚焦到衬底时的光斑尺寸为0.6μm、1μm、2μm。然而，图形转移的最终线宽由设备和工艺流程共同决定。在写头等设备条件确定的情况下，可以将激光曝光的非线性效应和工艺流程结合，以突破线宽上限，提高激光直写技术的工作性能。
激光直写常规的工艺流程主要包括：衬底前处理、匀胶、直写曝光、显影四个部分。前两步工艺稳定的前提下，光刻线宽与直写和显影步骤相关。直写过程是用聚焦激光束照射光刻胶使之感光变性，从而在显影液中的溶解度出现大的差异。这个过程中，曝光剂量主要与激光聚焦面、激光能量和写头移动速度有关。显影过程是利用溶解度差异去除掉感光部分，实现图形转移。这个过程中主要受显影工艺参数影响，在显影液浓度一定时，显影时间不够变性光刻胶溶解不充分，时间过长则非曝光光刻胶部分产生溶解。
激光直写技术能够在计算机控制下根据构图信息对材料进行选区处理，主要应用在光刻版制备和特殊材料的微纳加工领域。由于受到激光光路和设备的限制，输出线宽存在相对的极限，限制了直写技术的应用。
发明内容
本发明提供了一种图形转移方法，以期至少部分解决以上所提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种图形转移方法，包括：提供一衬底；在上述衬底上涂覆光刻胶；通过激光照射在上述光刻胶上形成欠曝光区域，其中，上述欠曝光区域呈上宽下窄的梯形槽状；通过对上述欠曝光区域的光刻胶显影、坚膜、减薄、刻蚀后，得到目标图形。
根据本发明实施例，上述通过激光照射在上述光刻胶上形成欠曝光区域，包括：通过控制上述激光照射的聚焦深度小于上述光刻胶完全曝光所需的聚焦深度，在上述光刻胶上形成欠曝光区域。
根据本发明实施例，上述欠曝光区域的底部宽度为上述欠曝光区域顶部宽度的1/5～1/3。
根据本发明实施例，上述欠曝光区域的底部光刻胶厚度包括30～50nm。
根据本发明实施例，上述欠曝光区域的两侧斜面呈阶梯状。
根据本发明实施例，上述通过激光照射在上述光刻胶上形成欠曝光区域，包括通过功率为3mW～5mW的激光照射在上述光刻胶上形成上述欠曝光区域。
根据本发明实施例，还包括：在上述衬底上涂覆上述光刻胶之前，对上述衬底进行清洗，包括：将上述衬底在纯净水中浸泡、超声清洗，然后将上述衬底在无水乙醇中浸泡、超声清洗，最后用高压氮气吹干。
根据本发明实施例，上述衬底包括硅衬底。
根据本发明实施例，上述通过对上述欠曝光区域的光刻胶显影、坚膜、减薄、刻蚀后，得到目标图形，包括采用显影液处理上述欠曝光区域的光刻胶12～15s。
根据本发明实施例，上述通过对上述欠曝光区域的光刻胶显影、坚膜、减薄、刻蚀后，得到目标图形，包括在对上述欠曝光区域的光刻胶进行显影、坚膜、减薄处理之后，采用反应耦合等离子刻蚀法进行刻蚀，得到目标图形。
本发明实施例通过控制激光直写的曝光过程处于欠曝光状态的技术手段，在衬底上形成上宽下窄的欠曝光区域，再通过显影，达到了能够得到小于写头极限宽度的线条图形的技术效果，从而解决了激光直写过程，采用完全曝光时写头的极限线宽限制了能得到的线宽的宽度技术问题。
附图说明
图1为非线性曝光图形效果示意图；
图2为选择显影线宽示意图；
图3为本发明实施例中形成的欠曝光区域的截面扫描电子显微镜图；
图4为本发明实施例中光刻胶经过第一次等离子体减薄后的扫描电子显微镜界面形貌；
图5为本发明实施例中光刻胶经过第二次等离子体减薄后的扫描电子显微镜界面形貌；
图6为本发明实施例中小线宽叉指电极实物图；
图7为本发明实施例中小线宽叉指电极局部扫描电子显微镜图；
图8为本发明实施例中小线宽叉指金属刻蚀前局部线宽扫描电子显微镜图；
图9为本发明实施例中小线宽叉指金属刻蚀后局部线宽扫描电子显微镜图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
激光直写过程一般通过调节激光输出能量，聚焦深度和写头移动速度三个参数来对激光能量进行控制。如图1所示，直写激光束的传播过程可以分为两个阶段。第一阶段是激光在空气中传播，空气的折射率接近“1”，理论与实际焦点位置几乎重合。第二个阶段是激光在光刻胶中传播，由于光刻胶折射率与空气中的不同，焦点会发生偏移。另外，激光束在光刻胶内传播会引入很强的热效应，经过光刻胶强热敏感性的放大，造成激光直写图形带有明显的光路特征。
在以光刻胶感光变性形成溶解度差异为基础的光刻过程中，光刻胶中光场能量的实际分布是溶解度分布的决定因素。与平面光源曝光不同，激光直写是采用聚焦激光束照射到光刻胶表面，局部极高的功率密度产生包括热效应在内的多种非线性效应，造成光刻胶感光范围内产生大量的边缘效应。本发明针对带有明显边缘效应的曝光图形，进行选择性显影，提取出图形中的部分信息，用来突破常规工艺的线宽限制。
本发明提供的一种图形转移方法，包括：提供一衬底；在衬底上涂覆光刻胶；通过激光照射在光刻胶上形成欠曝光区域，其中，欠曝光区域呈上宽下窄的梯形槽状；通过对欠曝光区域的光刻胶显影、坚膜、减薄、刻蚀后，得到目标图形。
图2示意性示出了本发明实施例中欠曝光区域的显影效果示意图。
如图2所示，I表示激光聚焦深度，H表示激光写头的宽度，由于激光照射光刻胶时产生热效应，形成的欠曝光区域为底部宽度为W的上宽下窄的梯形。经过显影之后，在衬底上就可以得到宽度为W的线条。因此，可以突破激光直写过程中写头宽度的限制，得到小于写头宽度的线条。
本发明实施例利用激光束高功率密度曝光产生的欠曝光状态，在衬底上形成上宽下窄的欠曝光区域，再通过显影，达到能够得到小于写头极限宽度的线条图形的技术效果，解决了激光直写过程，采用完全曝光，写头的极限线宽限制了能得到的线宽的宽度技术问题。
根据本发明实施例，通过激光照射在光刻胶上形成欠曝光区域，包括：通过控制激光照射的聚焦深度小于光刻胶完全曝光所需的聚焦深度，在光刻胶上形成欠曝光区域。
激光直写过程中当聚焦激光束照射到光刻胶表面时，若区域处于完全曝光的状态，则在光刻胶上得到的近似矩形的凹槽，此时显影之后，得到的线条宽度接近写头的宽度。若区域处于欠曝光的状态，则在光刻胶上得到的是上宽下窄的梯形槽状，此时显影之后，可以得到梯形底部宽度的线条，该线条的宽度小于写头的宽度。
本发明实施例中，通过控制激光直写曝光过程中激光照射的聚焦深度小于光刻胶完全曝光所需的聚焦深度得到欠曝光状态，从而在衬底上形成上宽下窄的欠曝光区域。
根据本发明实施例，欠曝光区域的底部宽度为欠曝光区域顶部宽度的1/5～1/3。
根据本发明实施例，欠曝光区域的底部光刻胶厚度包括30～50nm。光刻胶具有30～50nm的厚度能够保证经过两次等离子体减薄之后光刻胶仍然能够保持15～25nm的厚度。
根据本发明实施例，欠曝光区域的两侧斜面呈阶梯状。
根据本发明实施例，通过激光照射在光刻胶上形成欠曝光区域，包括通过功率为3mW～5mW的激光照射在光刻胶上形成欠曝光区域
根据本发明实施例，还包括：在衬底上涂覆光刻胶之前，对衬底进行清洗，包括：将衬底在纯净水中浸泡、超声清洗，然后将衬底在无水乙醇中浸泡、超声清洗，最后用高压氮气吹干。
根据本发明实施例，衬底包括硅衬底。
根据本发明实施例，通过对欠曝光区域的光刻胶显影、坚膜、减薄、刻蚀后，得到目标图形，包括采用显影液处理欠曝光区域的光刻胶12～15s。
根据本发明实施例，通过对欠曝光区域的光刻胶显影、坚膜、减薄、刻蚀后，得到目标图形，包括在对欠曝光区域的光刻胶进行显影、坚膜、减薄处理之后，采用反应耦合等离子刻蚀法进行刻蚀，得到目标图形。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
步骤一、首先，将衬底依次在纯净水、无水乙醇中进行浸泡、超声清洗后使用高压氮气吹干；其次，将衬底在热板上于150～200℃条件下加热2～3min以除去衬底表面的水汽；接着，对衬底的表面使用等离子体进行清洁；然后，在衬底上使用增附剂AR300-80进行涂覆，使得增附剂AR300-80完整覆盖整个衬底。
步骤二、将步骤一所得的衬底冷却至室温后，使用AZ6112光刻胶溶液喷洒在由步骤一所得的衬底表面；加速旋转衬底，直到匀胶机的转速达到2000转/min；达到2000转/min的旋转速度之后，以这个以速度旋转30s；
步骤三、将由步骤二所得的基片置于热板上，按照如下的程序进行程序升温处理：将热板的温度首先由20℃缓慢升温65℃，保持65℃恒定10min，继续缓慢升温95℃，维持95℃下恒定15min；
步骤四、将烘烤后的基片置于激光直写机样品台上，对基片进行多次曝光，并设定曝光条件。本实施例中采用的是M6光刻机进行直写曝光，其曝光条件相关参数的设置如下：波长405nm，焦距(focus)-28％，能量(Intensity)80，滤镜(transmission)50％，使用电子显微镜观察基片的形貌。
图3示意性示出了本发明实施例中形成的欠曝光区域的截面扫描电子显微镜图。
如图3所示，光刻胶为边沿展宽的上宽下窄的梯形槽，胶厚600nm左右，底部宽度357nm，底部剩余胶厚约120nm。
步骤五、将步骤四所得的基片置于旋转台上，匀速转动工作台由喷嘴喷洒APD-200显影液；APD-200显影液在基片上混搅停留12s；用去离子水进行清洗；
步骤六、将由步骤五得到的基片在120℃的条件下保持30min；
步骤七、对由步骤六得到的基片进行等离子体减薄处理，刻蚀条件为：工作气体O2；气体流量：150sccm；射频功率：950W；工作压强：550uHg。
室温下，将步骤六得到的基片经过第一次等离子体减薄处理之后，浸泡在去膜液中，时间为5min，取出基片用去离子水冲洗干净并吹干，所得基片进行电子显微镜检测观察形貌。
图4示意性示出了本发明实施例中光刻胶经过第一次等离子体减薄后的扫描电子显微镜界面形貌。
如图4所示，光刻胶的胶厚减薄到480nm左右，上宽下窄的梯形槽底部宽度扩展到接近400nm，剩余胶厚度降低到40nm左右。其中，可以明显观察到上宽下窄的梯形的边缘出现阶梯状变化，这与完全曝光有显著区别。
室温下，将经过第一次等离子体减薄处理的基片进行第二次等离子体减薄后，浸泡在去膜液中，时间为5min，取出基片用去离子水冲洗干净并吹干，所得基片使用扫描电镜(SEM)进行检测。
图5示意性示出了本发明实施例中光刻胶经过第二次等离子体减薄后的扫描电子显微镜界面形貌。
如图5所示，光刻胶的胶厚减薄到420nm左右，上宽下窄的梯形槽底部宽度达到420nm左右。
实施例2
步骤一、首先，将衬底依次在纯净水、无水乙醇中进行浸泡、超声清洗后使用高压氮气吹干；其次，将衬底在热板上于150～200℃条件下加热2～3min以除去衬底表面的水汽；接着，对衬底的表面使用等离子体进行清洁；然后，在衬底上使用增附剂AR300-80进行涂覆，使得增附剂AR300-80完整覆盖整个衬底。
步骤二、将步骤一所得的衬底冷却至室温后，使用AZ6112光刻胶溶液喷洒在由步骤一所得的衬底表面；加速旋转衬底，直到匀胶机的转速达到2000转/min；达到2000转/min的旋转速度之后，以这个以速度旋转30s；
步骤三、将由步骤二所得的基片置于热板上，按照如下的程序进行程序升温处理：将热板的温度首先由20℃缓慢升温65℃，保持65℃恒定10min，继续缓慢升温95℃，维持95℃下恒定15min；
步骤四、将烘烤后的基片置于激光直写机样品台上，对基片进行多次曝光，并设定曝光条件。本实施例中采用的是M6光刻机进行直写曝光，其曝光条件相关参数的设置如下：波长405nm，焦距(focus)-28％，能量(Intensity)80，滤镜(transmission)50％。
步骤五、将步骤四所得的基片置于旋转台上，匀速转动工作台由喷嘴喷洒APD-200显影液；APD-200显影液在基片上混搅停留12s；用去离子水进行清洗；
步骤六、将由步骤五得到的基片在120℃的条件下保持30min；
步骤七、对由步骤六得到的基片进行两次等离子体减薄处理，刻蚀条件为：工作气体O2；气体流量：150sccm；射频功率：950W；工作压强：550uHg。
室温下，将步骤六得到的基片经过第一次等离子体减薄处理之后，浸泡在去膜液中，时间为5min，取出基片用去离子水冲洗干净并吹干；
室温下，将经过第一次等离子体减薄处理的基片进行第二次等离子体减薄后，浸泡在去膜液中，时间为5min，取出基片用去离子水冲洗干净并吹干，所得基片使用扫描电镜(SEM)进行检测；
图8示意性示出了本发明实施例中小线宽叉指金属刻蚀前局部线宽扫描电子显微镜图。
如图8所示，小线宽叉指电极的线宽小于500nm。
步骤八、对步骤七所得到的基片进行ICP刻蚀，并对刻蚀后的基片进行电学检测刻蚀结果，所得样品使用扫描电镜(SEM)进行检测；
图9示意性示出了本发明实施例中小线宽叉指金属刻蚀后局部线宽扫描电子显微镜图。
如图9所示，小线宽叉指电极的线宽小于500nm。
步骤九、对步骤八所得的基片采用等离子体方法减薄表面变性层，刻蚀条件为：工作气体O2；气体流量：150sccm；射频功率：950W；工作压强：550uHg。然后，使用热丙酮溶液进行超声处理，将所得的基片进行实物拍照，并进行电子显微镜检测观察形貌。
图6示意性示出了本发明实施例中小线宽叉指电极实物图。
图7示意性示出了本发明实施例中小线宽叉指电极局部扫描电子显微镜形貌。
如图6和图7所示，小线宽叉指电极的分布均匀。
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，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 (10)
1.一种图形转移方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上涂覆光刻胶；
通过激光照射在所述光刻胶上形成欠曝光区域，其中，所述欠曝光区域呈上宽下窄的梯形槽状；
通过对所述欠曝光区域的光刻胶显影、坚膜、减薄、刻蚀后，得到目标图形。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通过激光照射在所述光刻胶上形成欠曝光区域，包括：通过控制所述激光照射的聚焦深度小于所述光刻胶完全曝光所需的聚焦深度，在所述光刻胶上形成欠曝光区域。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述欠曝光区域的底部宽度为所述欠曝光区域顶部宽度的1/5～1/3。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述欠曝光区域的底部光刻胶厚度包括30～50nm。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述欠曝光区域的两侧斜面呈阶梯状。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述通过激光照射在所述光刻胶上形成欠曝光区域，包括通过功率为3mW～5mW的激光照射在所述光刻胶上形成所述欠曝光区域。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述衬底上涂覆所述光刻胶之前，对所述衬底进行清洗，包括：
将所述衬底在纯净水中浸泡、超声清洗，然后将所述衬底在无水乙醇中浸泡、超声清洗，最后用高压氮气吹干。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其中，所述衬底包括硅衬底。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通过对所述欠曝光区域的光刻胶显影、坚膜、减薄、刻蚀后，得到目标图形，包括采用显影液处理所述欠曝光区域的光刻胶12～15s。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通过对所述欠曝光区域的光刻胶显影、坚膜、减薄、刻蚀后，得到目标图形，包括在对所述欠曝光区域的光刻胶进行显影、坚膜、减薄处理之后，采用反应耦合等离子刻蚀法进行刻蚀，得到目标图形。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5043236A (en) * | 1988-12-30 | 1991-08-27 | Etat Francais Represente Par Le Ministre Des Postes, Telecommunications Et De L'espace | Process for determining the focussing of a photolithographic apparatus |
| US5407785A (en) * | 1992-12-18 | 1995-04-18 | Vlsi Technology, Inc. | Method for generating dense lines on a semiconductor wafer using phase-shifting and multiple exposures |
| CN101863447A (zh) * | 2009-04-15 | 2010-10-20 | 中国科学院半导体研究所 | 采用光刻和干法刻蚀制作倾斜侧壁二氧化硅结构的方法 |
| CN103107252A (zh) * | 2013-02-27 | 2013-05-15 | 中国科学院物理研究所 | 在AlGaInP基LED的GaP表面制备类球形结构的方法 |
| CN103840038A (zh) * | 2012-11-21 | 2014-06-04 | 中国科学院物理研究所 | 实现增强led样品光提取效率的三维类球形结构及制备方法 |
-
2021
- 2021-09-28 CN CN202111147580.3A patent/CN113707541A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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