CN1996141A

CN1996141A - 一种零留膜的压印模板及压印光刻图形转移方法

Info

Publication number: CN1996141A
Application number: CNA2006101052672A
Authority: CN
Inventors: 段玉岗; 王权岱; 丁玉成; 卢秉恒; 刘红忠
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2007-07-11

Abstract

本发明公开了一种零留膜的压印模板及压印光刻图形转移方法，该方法包括压印模板制作、压印、曝光、脱模、显影等工艺步骤，得到基材上零压印底膜的光刻胶转移图形。本发明通过蒸镀、溅射、CVD、电镀等工艺在透明压印模板上图形的突出部位镀覆一层不透紫外光材料薄层，该不透光材料薄层在压印光刻工艺中位于压印底膜的上方，对底膜起到曝光掩模的作用，使底膜部分不发生交联固化。这样，在压印光刻脱模后底膜通过简单的显影工艺即可以得到没有底膜的光刻胶图形。采用该工艺可以避免常规压印光刻工艺中耗时的RIE去除底膜工艺步骤，使整个压印光刻工艺效率大大提高，同时降低了成本。本发明适用于图形特征尺寸为1mm以下压印光刻图形转移工艺。

Description

一种零留膜的压印模板及压印光刻图形转移方法

技术领域

本发明属于微细制造领域，涉及一种零留膜的压印模板及压印光刻图形转移方法，该方法的特点是模板上图形突出部位镀覆有遮光层，采用该模板进行压印光刻时，由于模板上遮光层的作用，压印底膜不发生交联固化，使得压印底膜的去除简单高效，得到零留膜的压印图形，适用于图形特征尺寸为1mm以下的高深宽比图形的转移，也可以直接应用于微结构的制作。

背景技术

压印光刻是一种高精度、低成本以及适用于批量生产的微/纳米结构制造工艺，已经被国际半导体蓝图纳入32nm工艺节点。压印光刻由于其模具复型的工艺机理本质，压印后总存在一定厚度的底膜，在进行后续的图形转移工艺前必须将底膜彻底去除，一般采用氧气的反应离子刻蚀(RIE)工艺，由此带来的问题是需要增加工艺步骤，而且需要在真空系统中进行，提高了成本，同时由于刻蚀是非常耗时的工艺，因而成为整个压印光刻工艺的效率瓶颈，限制了工艺产能。

除此之外，为了成功进行后续图形转移的刻蚀工艺，要求压印留膜在整个基片上薄而且均匀，如附图1(a)所示。如果压印留膜厚度不均匀，如附图1(b)形成楔形底膜，这种非均匀的底膜使得难以确定合适的底膜去除厚度，去除不足则后续基材刻蚀难以进行，去除过度则会使部分图形丢失。如果留膜太厚，如附图1(c)所示，则彻底去除底膜需要更长的刻蚀时间，图形轮廓会遭到破坏，也不能成功进行成功转移。这就对压印工艺模板与基底的调平提出了非常苛刻的要求，导致设备开发和工艺操作难度加大，成本提高。

为了提高转移图形的深宽比以及保证图形转移的可靠性，在光刻胶和基底之间增加一次平坦化工艺层是经常采用的工艺方案。所选用的平坦化工艺层材料与压印材料的刻蚀性能不同，采用不同的刻蚀气体进行刻蚀，比如首先采用卤系刻蚀气体如四氟化碳(CF4)或三氟甲烷(CHF3)对压印材料底膜进行刻蚀，之后换成氧气对平坦化工艺层材料进行刻蚀，此时由于刻蚀气体对于两种材料刻蚀的选择性，对压印材料影响很小，刻蚀过程中压印图形得到很好的保持。这种解决方案的缺点是工艺更为复杂，成本更高。

发明内容

本发明的目的是解决上述压印光刻工艺压印底膜去除过程带来的高成本、低效率、图形深宽比降低等问题。提出一种零留膜的压印光刻图形转移方法，该方法使得压印底膜的去除简单、彻底、廉价、高效，同时能为随后的工艺步骤提供有益的高深宽比图形轮廓。该方法适用于图形特征尺寸为1mm以下的图形转移和结构制作。

为了实现上述目的，本发明提供如下的技术解决方案：

一种零留膜的压印模板及压印光刻图形转移方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)模板制作：用石英玻璃、玻璃或者其它透明材料制作压印模板，并通过蒸镀、溅射、CVD、电镀工艺在透明压印模板上图形的突出部位镀覆一层不透紫外光薄层；或者

先制作透明压印模板，然后通过蒸镀、溅射、CVD、电镀或其它工艺方法在模板上图形突出部位镀覆不透紫外光材料薄层；

2)压印光刻：用步骤1)所制作的模板进行压印、曝光；

3)脱模显影：压印、曝光后脱模，然后采用显影液显影的方法去除压印底膜，即可得到没有压印底膜的光刻胶图形。

本发明通过在透明压印模板上图形特征的突出部位镀覆不透紫外光材料薄层，使得压印光刻工艺中，压印底膜由于模板上不透光层的遮挡而未发生交联固化，所以脱模后压印底膜的去除可以采用显影工艺简单去除，得到没有压印底膜的光刻胶图形。采用零留膜压印工艺后，压印中留膜带来的问题得到很好解决，该工艺的优点表现在以下几个方面：

1)显影只需15s即可彻底去除，由于避免了耗时的RIE刻蚀工艺，整个压印光刻工艺时间大大缩短；

2)RIE去除底膜一般会使图形深宽比减小，而显影去除对已固化胶层图形没有影响，所以该工艺更有利于得到高深宽比的光刻胶图形结构；

3)与接触式曝光比较：在接触式曝光中，由于衍射效应的制约，分辨率和胶层厚度受到限制；零留膜压印工艺保留了压印光刻的优点，即图形转移主要依靠模板挤压改变光刻胶几何形状实现，所以可以通过增加模板图形高度得到高深宽比图形而不受衍射效应的制约，同时由于未曝光的底膜一般可以控制在几十纳米，比初始胶层(一般在微米级)厚度要小得多，这种超薄的胶层有效减小了光学衍射效应的影响，所以底部的图形分辨率也可以得到保障。

附图说明

图1为常规的几种不同形式的典型压印留膜，是为了说明压印光刻对底膜的要求及存在的问题。其中，(a)为薄而均匀的底膜，(b)为楔形底膜，(c)为过厚的底膜；

图2为本发明的压印零留膜工艺原理图，以描述本发明的工艺过程，其中，(a)为在模板图形突出部位镀覆一层不透光材料，(b)为压印曝光，(c)为压印光刻后未交联固化的底膜，(d)为用显影液显影后的无留膜图形。

图3为本发明所的图形突出部位镀覆有遮光层的实际压印模板照片，说明了这种模板制作思想的可行性，其中，(a)为十字图形高度10μm，铬层厚100nm，(b)为梳齿，高10μm，铬层厚100nm。

图4为本发明压印图形截面与常规压印图形截面的实际效果对比图，描述了本发明方法在底膜去除及高深宽比图形制作方面的优势，其中，(a)为常规压印图形截面，(b)为零留膜压印图形截面。

以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步详细描述。

具体实施方式

图2为本发明方法的一个具体实施案例总体流程图，包括以下步骤：

压印模板的制作(图2a)：本发明中压印模板制作的具体工艺如下：首先采用微电子技术中标准的掩模版制作工艺制作出掩模版，然后利用湿法刻蚀工艺对掩模版的玻璃材料进行刻蚀，刻蚀是在超声搅拌环境下进行，刻蚀温度为25℃，刻蚀剂的成分为：HF∶NH₄F∶HCL＝0.5mol/L∶0.75mol/L∶0.5mol/L，刻蚀速率为0.5μm/min，刻蚀时间20min，得到模板上图形高度为10μm，刻蚀结束后，用蒸馏水超声清洗5min去除残余光刻胶及铬层碎片，得到压印模板，实际制作结果如图3所示。

本发明的方法的核心是图形突出部位具有遮光材料的压印模板的制作，其关键技术是不透紫外光薄层材料的镀覆方法。在此展示了一种制作方法，但不排斥采用其它工艺如蒸镀、溅射、CVD、电镀等进行不透紫外光薄层材料的镀覆。

压印曝光(图2b)：压印曝光与常规压印光刻工艺相同，采用负性光刻胶，需要根据具体使用的光刻胶的粘度、感光性等控制压印力和曝光时间。在压印光刻过程中图形突出部位的不透紫外光材料薄层与压印底膜接触，对底膜起到曝光掩模的作用，使底部的胶不发生交联固化反应。

压印曝光后脱模，然后去除底膜(图2c、图2d)：由于遮光层的作用，底膜未固化，脱模后可以用显影液一步简单去除，因为只需通过一步简单的显影工艺即可得到没有底膜的光刻胶图形，因此称该工艺为零留膜压印工艺。具体实施中采用无水乙醇在超声搅拌环境下进行显影，显影时间15s，得到没有留膜的光刻胶图形。

显影去除底膜的方法与常规耗时的压印底膜去除工艺—反应离子刻蚀(RIE)工艺相比，效率大大提高，相应地，工艺成本降低。附图4为零留膜压印工艺与常规压印工艺压印结果截面图形比较，从图4a可以明显看到常规压印的底膜，而采用新的工艺进行压印时，经过简单的显影工艺以后压印底膜完全去除，如图4b所示。此外，常规压印工艺中，压印图形的深度不会超过压印模板上图形的高度，并且经过RIE底膜去除工艺后图形深宽比会进一步减小；而零留膜压印工艺中却相反，压印图形的深度为压印模板上图形的高度加上压印底膜的厚度，并且由于底膜去除采用显影的方法，对已固化图形没有影响，所以零留膜压印工艺压印图形的深宽比更高，这一点也可以从图4b中观察到。

Claims

1.一种零留膜的压印模板及压印光刻图形转移方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)模板制作：通过蒸镀、溅射、CVD、电镀工艺在压印模板材料上镀覆一层不透紫外光材料薄层，然后采用光刻、湿法刻蚀或光刻、干法刻蚀制作压印模板，该压印模板上图形突出部位保留有不透紫外光材料薄层；或者

2)压印光刻：用步骤1)所制作的模板进行压印、曝光；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的压印模板材料为石英玻璃、玻璃或其它透明材料。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的压印模板上图形特征尺寸为1mm以下。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的压印方法是压印光刻工艺。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的湿法刻蚀工艺在超声搅拌环境下进行，刻蚀温度为25℃，刻蚀剂的成分为：HF∶NH₄F∶HCL＝0.5mol/L∶0.75mol/L∶0.5mol/L，刻蚀速率为0.5μm/min，刻蚀时间为20min。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的显影液显影的方法去除压印底膜采用无水乙醇在超声搅拌环境下进行显影，显影时间15s。