TWI803344B - 一種基於雙層光阻的微影方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種基於雙層光阻的微影方法，該方法包括以下步驟：（1）在基底上塗抹一層正型光阻，並烘乾，再在正型光阻上塗抹一層負型光阻，並烘乾；（2）在曝光源下，使用載有模板圖案的微影遮罩版或者通過聚焦直寫，對兩層光阻進行曝光，然後進行烘乾；（3）用負光阻顯影液對負型光阻進行顯影；（4）用正光阻顯影液對正型光阻進行可控顯影；（5）通過材料沉積技術或者蝕刻技術，在基底材料上形成圖案；（6）去除光阻。與現有單次曝光的微影技術相比，本發明方法簡單，通過圖案輪廓化，實現比傳統技術更高小的線寬，該方法可廣泛應用於半導體製程，並具有廣泛研究和應用價值。

Description

一種基於雙層光阻的微影方法
本發明涉及半導體微結構加工技術領域，具體涉及一種基於雙層光阻的微影方法。
積體電路的飛速發展有賴於相關的製造製程—微影技術的發展，微影技術是迄今所能達到的最高精度的加工技術。微影技術是一種精密的微細加工技術。常規微影技術是採用波長為135-4500 Å的紫外光作為圖像資訊載體，以光阻為中間或圖像記錄媒介，實現圖形的變換、轉移和處理，最終把圖像資訊傳遞到晶圓，主要指矽片，或介質層上的一種製程。
從原理上，微影技術是指在光照作用下，借助光阻將遮罩版上的圖形轉移到基片上的技術。其主要過程為：首先，紫外光通過遮罩版照射到附有一層光阻薄膜的基片表面，引起曝光區域的光阻發生化學反應；再通過顯影技術溶解去除曝光區域或未曝光區域的光阻，使遮罩版上的圖形被複製到光阻薄膜上；最後，利用蝕刻技術將圖形轉移到基片上。其中，光阻主要可以分為正型光阻和負型光阻。正型光阻具有如下特性：其曝光部分會發生光化學反應而溶於顯影液，而未曝光部分不溶於顯影液。負型光阻具有如下特性：其曝光部分會因交聯固化或光化學反應而不溶於顯影液，而未曝光部分溶於顯影液。
微影是積體電路最重要的加工製程，它的作用，如同金工車間中車床的作用。在整個晶片製造製程中，幾乎每個製程的實施，都離不開微影的技術。微影也是製造晶片的最關鍵技術，它占晶片製造成本的35%以上。
微影技術按曝光源主要分為光學微影，常見的光源包括紫外光源(UV)、深紫外光源(DUV)、極紫外光源(EUV)，以及粒子束微影，常見的粒子束微影主要有X光、電子束和離子束微影等。
通常，在光學微影中，UV能只能實現一微米左右的圖案解析度。而DUV、EUV等雖然能實現更高的解析度，但需要使用到只有業界巨頭才有能力入手的昂貴機器。此外，在粒子束微影中，電子束微影、聚焦離子束微影雖然也能一定程度上提高解析度，但需要耗時長、多次循環的書寫製程，大大降低了工作效率。
本發明的目的就是為了克服上述先前技術存在的缺陷而提供一種方法簡單、比傳統技術具有更小的線寬、可廣泛應用於半導體製程，並具有廣泛研究和應用價值的基於雙層光阻的微影方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現： 利用正負型光阻，即正光阻和負光阻對光源反應的不同和曝光中得到曝光能量的不同，利用相互匹配的正負型光阻實際顯影後圖案大小的差異，得到基於原圖案的特徵的輪廓線型圖案，實現輪廓線寬小於原圖案特徵線寬和線條密度倍增，之後可以通過結合針對基底材料或者沉積材料的蝕刻製程，可將圖案進一步轉移至目標材料，具體方案如下：
一種基於雙層光阻的微影方法，該方法包括以下步驟： （1）在基底材料進行清洗，然後在基底上塗抹一層正型光阻，並烘乾；再在正型光阻上塗抹一層負型光阻，並烘乾； （2）在曝光源下，使用載有模板圖案的微影遮罩版或者通過聚焦直寫，對兩層光阻進行曝光，曝光後，在負型光阻和正型光阻上分別形成大小不同的曝光圖案，然後進行烘乾； （3）用負光阻顯影液對負型光阻進行顯影； （4）用正光阻顯影液對正型光阻進行可控顯影，僅洗去正型光阻上曝光圖案的邊緣部分，並暴露基底材料； （5）通過材料沉積技術或者蝕刻技術，在基底材料上形成圖案； （6）去除光阻。
進一步地，通過執行上述步驟(4)，從而將模板圖案轉換成輪廓線型圖案，通過執行上述步驟(5)，從而將輪廓線型圖案轉移到基底材料上。
進一步地，所述的基底材料包括半導體、金屬、絕緣體、聚合物或複合材料。比如矽片或者表面附著一層氧化矽薄膜的矽片。
進一步地，對於在矽片基底上進行將雙層微影後的輪廓線圖案轉移至沉積材料的方法，具體包括以下步驟：
（1）旋塗正型光阻：將清洗過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定；噴塗或者滴塗正型光阻，進行光阻的旋塗，然後烘乾；
（2）旋塗負型光阻：將冷卻過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定；噴塗或者滴塗負型光阻，進行負型光阻的旋塗，然後烘乾；
（3）曝光：將經過以上步驟的矽片基底緊密固定在曝光臺上，正置於曝光源下，打開光源，通過遮罩版或者曝光源聚焦裝置，進行曝光操作，根據光阻配對組的種類和光阻層的厚度調整曝光時間或者曝光劑量；曝光結束後，將曝光過的矽片移到加熱臺上進行烘乾；
（4）顯影： 後烘結束，待矽片冷卻到室溫後，進行分別顯影，過程為：將微影後的矽片置於負型光阻顯影液中，使矽片上未被曝光的負型光阻被清洗掉；之後將矽片取出並用去離子水清洗，用氮氣吹乾；（註：如果正負光阻顯影液相同，去離子水清洗步驟可省略)
再將矽片置於正型光阻顯影液中，同時不完全去除曝光過的負型光阻下面的未被曝光過的正型光阻；之後將矽片取出並用去離子水清洗，用氮氣吹乾，製備出基於模板圖案的輪廓線型圖案；
(5)材料沉積(以金屬材料為例)：將顯影之後的矽片置於蒸發鍍膜儀內，分別熱蒸發5奈米的鈦薄膜和50奈米的金薄膜，5奈米的鈦薄膜用作金薄膜的黏附層。
(6)去除光阻：待腔體冷卻後，解除真空，將鍍膜之後的矽片取出。把矽片浸沒在丙酮中，超音波清洗直到光阻被全部除去，留下金屬輪廓線圖案。
進一步地，對於在表面生長有厚氧化矽薄膜的矽片表面製備氧化矽輪廓線圖案，具體包括以下步驟：
(1)旋塗正型光阻：將氧化矽矽片，進行正型光阻的旋塗，然後烘烤；
(2)旋塗負型光阻：將冷卻過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定，進行負型光阻的旋塗，然後烘烤；
(3)曝光：將經過以上步驟的矽片基底緊密固定在曝光臺上，正置於曝光源下，打開光源，通過遮罩版或者曝光源聚焦裝置，進行曝光操作，根據光阻配對組的種類和光阻層的厚度調整曝光時間或者曝光劑量；曝光結束後，將曝光過的矽片移到加熱臺上進行烘乾；
(4)顯影：
後烘結束，待矽片冷卻到室溫後，進行分別顯影，過程為：將微影後的矽片置於負型光阻顯影液中，使矽片上未被曝光的負型光阻被清洗掉；之後將矽片取出並用去離子水清洗，用氮氣吹乾；(註：如果正負光阻顯影液相同，去離子水清洗和氮氣吹乾步驟可省略） 再將矽片置於正型光阻顯影液中，同時不完全去除曝光過的負型光阻下面的未被曝光過的正型光阻；之後將矽片取出並用去離子水清洗，用氮氣吹乾，製備出基於模板圖案的輪廓線型圖案；
（5）乾式蝕刻：將矽片置於離子蝕刻機內，通過電漿氣體蝕刻二氧化矽遮罩層，即可在正方形輪廓線型圖案處，除掉提前沉積的二氧化矽層，使下面的矽基暴露出來。
（6）去除光阻：將矽片浸沒在丙酮中，超音波清洗直到光阻被全部除去，從而製備出二氧化矽正方形輪廓線。
進一步地，所述的旋塗過程包括在500-8000 rpm的轉速下旋塗；旋塗後烘乾的溫度為30℃-300℃。
更進一步地，所述的旋塗過程包括在2000-8000 rpm的轉速下旋塗30-40 s；旋塗後烘乾的溫度為90-100℃，時間為30-90 s。
進一步地，所述曝光採用單次曝光的方式。
進一步地，所述曝光還可採用多次曝光的方式。即，也可以分解為多次更短時間或者更小劑量的多次曝光疊加實現。進一步地，所述的曝光源可以是紫外光源、深紫外光源、極紫外光源、離子束、電子束或X光。
進一步地，所述曝光源的波長為1-500nm，曝光後烘乾的溫度為30-300℃。
更進一步地，所述曝光源的波長為350-400 nm，曝光後烘乾的溫度為95-105℃。
進一步地，所述的正型光阻包括正型紫外光阻、正型深紫外光阻、正型極紫外光阻、正型電子束光阻、正型離子束光阻或正型X光光阻，包括MICROPOSIT S1800 系列光阻, BCI-3511光阻，AZ 系列光阻（例如AZ111, AZ 1500,AZ 3300,AZ 4999,AZ 6600,AZ 8112,AZ 3000,AZ 1075,AZ 700,AZ 900),HNR 500系列光阻，OiR系列光阻，TDMR-AR80 HP 6CP，PR1系列光阻，ma-P 1200系列光阻，SPR系列光阻(例如SPR 220,SPR 660,SPR3000等)，PMMA系列光阻等。
所述的負型光阻，包括負型紫外光阻、負型深紫外光阻、負顯影深紫外光阻、負型極紫外光阻、負型電子束光阻、負型離子束光阻或負型X光光阻，包括但是不限於NANOTM SU-8 Series系列，HSQ，AZ系列光阻(例如AZ N4000，AZ N6000)，HNR系列光阻，SC系列光阻，ma-N系列光阻(例如ma-N 400,ma-N 1400)，AZ® nLOF® 2000 Series，AZ® nLOF® 5500 Photoresis，NR7-PY Series，NR9-PY Series，JSR WPR Series，NR71 Series NR9 Series等。
進一步地，光阻顯影液一般為所用光阻所對應的顯影液。比如，正型光阻顯影液可以是TMAH 2.38%,MF-26A，負型光阻顯影液可以是TMAH 2.38%,SU-8 developer等。
進一步地，所述模板圖案的特徵線寬或者特徵尺寸為2nm-1000μm。
更進一步地，所述模板圖案的特徵線寬或者特徵尺寸為2nm-1μm。
進一步地，所述的材料沉積技術包括且不限於電化學沉積、電鍍、CVD沉積、雷射濺射、磁控濺射、熱蒸發、電子束蒸發或原子沉積；所述的蝕刻技術，包括濕式蝕刻或乾式蝕刻；所述的濕式蝕刻包括電化學蝕刻或選擇性蝕刻液體蝕刻，所述的乾式蝕刻包括離子蝕刻或化學反應離子蝕刻。
進一步地，在曝光的步驟中，利用投影式曝光的方式，在曝光源下，透過載有模板圖案的微影遮罩版，對兩層光阻進行曝光。
進一步地，在曝光的步驟中，利用遮蔽式曝光的方式，在曝光源下，透過載有模板圖案的微影遮罩版，對兩層光阻進行曝光。
進一步地，在曝光的步驟中，利用反射式曝光的方式，在曝光源下，通過在載有模板圖案的微影遮罩版上進行反射，對兩層光阻進行曝光。
進一步地，所述的聚焦直寫包括且不限於紫外光直寫、深紫外光直寫、極紫外光直寫、離子束直寫、電子束直寫或X光直寫。
進一步地，所述的基底材料包括半導體、金屬、絕緣體、聚合物或複合材料。
本發明還提供一種微影系統，包括旋塗部、烘乾部、曝光部、顯影部、沉積蝕刻部、以及光阻去除部，所述微影系統用於執行以下步驟：
（1）利用旋塗部在基底上旋塗一層正型光阻，並利用烘乾部進行烘乾；再利用旋塗部在正型光阻上旋塗一層與正型光阻相匹配的負型光阻，並利用烘乾部進行烘乾；
（2）利用曝光部在曝光源下，使用載有模板圖案的微影遮罩版或者通過聚焦直寫，對兩層光阻進行曝光，從而在負型光阻和正型光阻上分別形成大小不同的曝光圖案，然後利用烘乾部進行烘乾；
（3）利用顯影部用負光阻顯影液對負型光阻進行顯影；
（4）利用顯影部用正光阻顯影液對正型光阻進行可控顯影，僅洗去正型光阻上曝光圖案的邊緣部分，並暴露基底材料；
（5）利用沉積蝕刻部通過材料沉積技術或者蝕刻技術，在基底材料上形成圖案；
（6）利用光阻去除部去除光阻。
本發明還提供一種微影系統控制方法，用於控制上述的微影系統執行各個步驟。
本發明還提供一種電腦設備，包括：記憶體、處理器及儲存在所述記憶體上並可在所述處理器上運行的電腦程式，其特徵在於，所述處理器執行所述電腦程式時實現上述的微影系統控制方法。
本發明還提供一種電腦可讀取介質，其上儲存有電腦程式，該電腦程式被處理器執行時實現上述的微影系統控制方法。
與先前技術相比，本發明具有以下優點： （1）本發明延續了傳統微影效率高，成本低，操作簡單的特點，彌補了傳統微影在亞微米解析度圖案製備方面的局限性； （2）本發明實現了針對原始遮罩圖案的尺寸微縮。
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。 ＜基於雙層光阻的微影方法＞
本發明提供一種基於雙層光阻的微影方法，該方法包括以下步驟：
（1）在基底上塗抹一層正型光阻，並烘乾； 再在正型光阻上塗抹一層負型光阻，並烘乾；正型光阻包括正型紫外光阻、正型深紫外光阻、正型極紫外光阻、正型電子束光阻、正型離子束光阻或正型X光光阻。負型光阻包括負型紫外光阻、負型深紫外光阻、負型極紫外光阻、負型電子束光阻、負型離子束光阻或負型X光光阻。
其實，不同型號的正負光阻需要預先確認匹配度，下面給出兩個正負光阻配對組：第一組，正型光阻型號為SPR 660，負型光阻型號為SU-8 2；第二組，正型光阻型號為AZ 1500，負型光阻型號為AZ nlof 2020；旋塗正型光阻(以SPR 660，AZ 1500為例)過程為：先在800-1000轉/分的轉速下旋塗5-10秒(此步驟可以省去)，再在2000-5000轉/分的轉速下旋塗30-40秒，以90-100℃烘烤30-50秒。
旋塗負型光阻(以SU-8 2，AZ nlof 2020為例)過程為：先在800-1000轉/分的轉速下旋塗5-10秒(此步驟可以省去)，再在4000-8000轉/分的轉速下旋塗30-40秒，以95-100℃烘烤60-90秒。不同的轉速決定光阻膜厚程度。根據不同的膜厚，調整前烘的溫度和時間、以及之後的曝光量、曝光時間、顯影時間等。
其中，基底材料包括半導體、金屬、絕緣體、聚合物或複合材料。
(2)在曝光源下，使用載有模板圖案的微影遮罩版或者通過聚焦直寫，對兩層光阻進行單次曝光，曝光後，在負型光阻和正型光阻上分別形成大小不同的曝光圖案，然後進行烘乾；其中，曝光源包括紫外光源、深紫外光源、極紫外光源、離子束、電子束或X光。聚焦直寫包括紫外光直寫、深紫外光直寫、極紫外光直寫、離子束直寫、電子束直寫或X光直寫。模板圖案的特徵線寬或者特徵尺寸為2nm-1000μm。
將前烘過的矽片固定在遮罩版下，之後置於紫外光光源之下，打開紫外光光源進行微影，曝光時間根據使用的正負光阻配對組調整。以上面提到的配對為例，350-400 nm波長下100-200 mJ/cm 2的曝光通量適用於SPR 660與SU-8 2，AZ 1500與AZ nlof 2020的光阻配對組。UV波長的使用和曝光通量應考慮不同厚度的負型光阻（例如SU-8 2，AZ nlof 2020）對紫外光的吸收作用，以確保在下層的正型光阻（例如SPR 660，AZ 1500）能獲得足夠的曝光通量。因為SPR 660與SU-8 2，AZ 1500與AZ nlof 2020的光阻配對組對特定波長下的曝光通量反應不同，可以得到基於遮罩版圖案的不同尺寸的圖案。
（3）用負光阻顯影液對負型光阻進行顯影；
（4）用正光阻顯影液對正型光阻進行可控顯影，僅洗去正型光阻上曝光圖案的邊緣部分，並暴露基底材料，從而將模板圖案轉換成輪廓線型圖案； 以上面提到的配對為例，曝光結束後，取下遮罩版，將曝光過的矽片移到加熱臺上，以95-105℃烘烤40-90秒。後烘結束，進行分別顯影，過程為：將微影後的矽片置於對應的負型光阻顯影液(例如SU-8 developer，TMAH-2.38%)中，使矽片上未被曝光的負型光阻被清洗掉。之後將矽片取出並用水清洗，氮氣流吹乾；再將矽片置於對應的正型光阻顯影液(例如MF-26A，TMAH-2.38%)中，使矽片上暴露出來的未被曝光的正型光阻被清洗掉，同時不完全去除曝光過的負型光阻下面的未被曝光過的負型光阻；之後將矽片取出並用水清洗，氮氣流吹乾。製備出基於模板圖案的空心線型圖案。 在選擇顯影液時，當選取的顯影液主要成分不同時，負光阻顯影液不會作用於正光阻上，保證顯影的分步進行，以獲得最高品質的圖案。同時，經研究發現，當使用的負光阻顯影液會同時對正光阻顯影時，可以把兩步的顯影時間疊加在一起，從而在去除未曝光的負光阻後，實現對正光阻的部分顯影，經過掃描式電子顯微鏡的證實，並不會對外輪廓的圖案化造成明顯影響。綜上所述，在實驗前，應當對正光阻和負光阻以及對應的顯影液進行交叉實驗，從而制定最合適的顯影工序。
（5）通過材料沉積技術或者蝕刻技術，將輪廓線型圖案轉移到基底材料上；其中，材料沉積技術包括電化學沉積、電鍍、CVD沉積、雷射濺射、磁控濺射、熱蒸發、電子束蒸發或原子沉積。蝕刻技術包括濕式蝕刻或乾式蝕刻；所述的濕式蝕刻包括電化學蝕刻或選擇性蝕刻液體蝕刻，所述的乾式蝕刻包括離子蝕刻或化學反應離子蝕刻。
（6）去除光阻。 ＜微影系統＞
本發明還提供一種微影系統，包括旋塗部、烘乾部、曝光部、顯影部、沉積蝕刻部、以及光阻去除部，所述微影系統用於實施上述基於雙層光阻的微影方法。具體而言，可用於執行以下步驟：
（1）利用旋塗部在基底上旋塗一層正型光阻，並利用烘乾部進行烘乾；再利用旋塗部在正型光阻上旋塗一層與正型光阻相匹配的負型光阻，並利用烘乾部進行烘乾；
（2）利用曝光部在曝光源下，使用載有模板圖案的微影遮罩版或者通過聚焦直寫，對兩層光阻進行曝光，從而在負型光阻和正型光阻上分別形成大小不同的曝光圖案，然後利用烘乾部進行烘乾；
（3）利用顯影部用負光阻顯影液對負型光阻進行顯影；
（4）利用顯影部用正光阻顯影液對正型光阻進行可控顯影，僅洗去正型光阻上曝光圖案的邊緣部分，並暴露基底材料；
（5）利用沉積蝕刻部通過材料沉積技術或者蝕刻技術，在基底材料上形成圖案；
（6）利用光阻去除部去除光阻。
本發明還提供一種微影系統控制方法，用於控制上述的微影系統執行各個步驟。
本發明還提供一種電腦設備，包括：記憶體、處理器及儲存在所述記憶體上並可在所述處理器上運行的電腦程式，其特徵在於，所述處理器執行所述電腦程式時實現上述的微影系統控制方法。
本發明還提供一種電腦可讀取介質，其上儲存有電腦程式，該電腦程式被處理器執行時實現上述的微影系統控制方法。 ＜實施例＞
下面，對本發明的基於雙層光阻的微影方法的具體實施例進行詳細說明。
實施例1
在本實施例1中，基於正負雙層光阻微影技術的金奈米線陣列製備過程如圖1所示，具體包括以下步驟： （1）清洗矽片： 用濃硫酸超音波清洗20-30分鐘； 用去離子水超音波清洗20-30分鐘； 用乙醇超音波清洗20-30分鐘； 矽片基底用氮氣吹乾，放置於乾式蝕刻儀中，用氧電漿蝕刻清洗1-2分鐘。
（2）旋塗正型光阻 將清洗過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定。用滴管滴塗2-4滴正型光阻SPR 660或AZ 1500，在800 rpm×5 s+2500 rpm×30 s的條件下，進行光阻的旋塗，以95 - 100℃烘烤40秒。
（3）旋塗負型光阻 將冷卻過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定。用滴管滴塗2-4滴負型光阻SU-8 2 或AZ nlof 2020，在1000 rpm×5 s+4000 rpm×40 s的條件下，進行光阻的旋塗，以100 - 110℃烘烤60秒。
（4）紫外曝光 將經過以上步驟的矽片基底緊密固定在5微米線陣列的遮罩版下，抽真空並正置於紫外光光源之下，打開光源進行微影操作。根據光阻配對組的種類和光阻層的厚度調整曝光時間。曝光結束後，取下遮罩版，將曝光過的矽片移到加熱臺上，以100℃烘烤45秒。其中，曝光通量例如為100 mJ/cm 2，其可以根據需求進行改變。
（5）顯影 後烘結束，待矽片冷卻到室溫後，進行分別顯影，過程為：將微影後的矽片置於對應的負型光阻顯影液SU-8 developer或TMAH-2.38%中，使矽片上未被曝光的負型光阻被清洗掉；之後將矽片取出並用去離子水清洗，氮氣流吹乾；（註：如果正負光阻顯影液相同，去離子水清洗和氮氣吹乾步驟可省略） 再將矽片置於對應的正型光阻顯影液MF-26A或TMAH-2.38%中，不完全去除曝光過的負型光阻下面的未被曝光過的正型光阻；之後將矽片取出並用水清洗，氮氣流吹乾。製備出基於模板圖案的輪廓線型圖案。
（6）材料沉積 將顯影之後的矽片置於蒸發鍍膜儀內，分子泵抽真空到10 -6Pa，用1 Å/s和0.5 Å/s的速率分別熱蒸發5奈米的鈦薄膜和50奈米的金薄膜。5奈米的鈦薄膜用作金薄膜的黏附層。
（7）去除光阻 待腔體冷卻後，解除真空，將鍍膜之後的矽片取出。把矽片浸沒在丙酮中，超音波清洗直到光阻被全部除去，留下線寬~200 nm的金奈米線圖案。如圖3所示，利用該方法得到的金屬奈米線的掃描式電子顯微鏡照片，其特徵線寬小於200 nm。
實施例2
在本實施例2中，基於正負雙層光阻微影技術，在表面生長有100 nm厚氧化矽薄膜的矽片表面製備氧化矽輪廓化圖案的過程如圖2所示，具體包括以下步驟：
（1）旋塗正型光阻 將氧化矽矽片，在2500 rpm的條件下，進行正型光阻SPR 660或AZ 1500的旋塗30-40秒，以95-100℃烘烤40秒。
（2）旋塗負型光阻 將冷卻過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定。在4000 rpm的條件下，進行負型光阻SU-8 2或AZ nlof 2020的旋塗30-40秒，以100-110℃烘烤60秒。
（3）紫外曝光 將經過以上步驟的矽片基底緊密固定在5微米正方形圖案遮罩版下，抽真空並正置於紫外光光源之下，打開光源進行微影操作。根據光阻配對組的種類和光阻層的厚度調整曝光時間。曝光結束後，取下遮罩版，將曝光過的矽片移到加熱臺上，以100℃烘烤45秒。其中，曝光通量例如為100 mJ/cm 2，曝光通量可以根據需求進行改變。
（4）顯影 後烘結束，待矽片冷卻到室溫後，進行分別顯影，過程為：將微影後的矽片置於負型光阻顯影液SU-8 developer或TMAH-2.38%中，使矽片上未被曝光的負型光阻被清洗掉；之後將矽片取出並用去離子水清洗，氮氣流吹乾；（註：如果正負光阻顯影液相同，去離子水清洗和氮氣吹乾步驟可省略） 再將矽片置於正型光阻顯影液MF-26A或TMAH-2.38%中，不完全去除曝光過的負型光阻下面的未被曝光過的正型光阻；之後將矽片取出並用水清洗，氮氣流吹乾。製備出基於模板圖案的正方形輪廓線型圖案。
（5）乾式蝕刻 將矽片置於離子蝕刻機內，通過電漿氣體蝕刻二氧化矽掩模層，即可在正方形輪廓線型圖案處，除掉提前沉積的二氧化矽層，使下面的矽基暴露出來。
（6）去除光阻 將矽片浸沒在丙酮中，超音波清洗直到光阻被全部除去，從而製備出二氧化矽正方形輪廓線。 實施例3
關於曝光，在實施例1、2中，使用了將矽片基底緊密固定在遮罩版下抽真空並正置於紫外光光源之下的曝光方式，但本發明並不局限於此。例如，本發明的正負雙層光阻微影技術也可使用投影式曝光的方式。以下，在本實施例3中，以紫外光波長小於400 nm的投影式紫外微影系統為例，對本發明的正負雙層光阻微影技術的主要步驟進行說明。
（1）旋塗正型光阻 將清洗過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定。用滴管滴塗正型光阻，在500 rpm×5 s+4000 rpm×40 s的條件下，進行光阻的旋塗，以130℃烘烤10秒。
（2）旋塗負型光阻 將冷卻過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定。用滴管滴塗負型光阻，在500 rpm×5 s+4000 rpm×40 s的條件下，進行光阻的旋塗，以90℃烘烤60秒。
（3）投影式紫外曝光 將經過以上步驟的矽片基底緊密固定在投影式微影機的樣品臺上，透過微影遮罩版，進行投影式紫外曝光操作。根據光阻配對組的種類和光阻層的厚度調整曝光時間。曝光結束後，將曝光過的矽片移到加熱臺上，以110℃烘烤90秒。其中，曝光通量例如為100 mJ/cm 2，其可以根據需求進行改變。
（4）顯影 後烘結束，待矽片冷卻到室溫後，進行分別顯影，過程為：將微影後的矽片置於負光阻顯影液（TMAH-2.38%）中，使矽片上未被曝光的負型光阻被清洗掉； 利用正光阻顯影液（TMAH-2.38%），部分顯影去除曝光過的負型光阻下面的未被曝光過的正型光阻；之後將矽片取出並用水清洗，用氮氣流吹乾。製備出基於模板圖案的輪廓線型圖案。
（5）後續可進一步結合材料沉積或者乾式/濕式蝕刻等步驟去實現凸起或者下凹的結構，由於與實施例1中的步驟（6）（7）、實施例2中的步驟（5）（6）相似，這裡不再進行重複說明。 實施例4
關於曝光，在實施例1、2中，使用了將矽片基底緊密固定在遮罩版下抽真空並正置於紫外光光源之下的曝光方式，在實施例3中，使用了投影式曝光的方式。但本發明並不局限於此。例如，本發明的正負雙層光阻微影技術也可使用電子束直寫曝光的方式。以下，在本實施例4中，對使用電子束直寫曝光的本發明的正負雙層光阻微影技術的主要步驟進行說明。
（1）旋塗正型光阻 將清洗過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定。滴塗正型電子束光阻PMMA，進行光阻的旋塗，進行前烘。
（2）旋塗負型光阻 將冷卻過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定。滴塗負型電子束光阻HSQ，進行光阻的旋塗，進行前烘。
（3）電子束直寫曝光 將經過以上步驟的矽片基底放置於電子束直寫系統內，進行電子束直寫操作。根據光阻配對組的種類和光阻層的厚度調整電子束曝光劑量。電子束直寫曝光結束後，將曝光過的矽片移到加熱臺上，進行後烘。其中，曝光通量例如為500 μC/cm 2，其可以根據需求進行改變。
（4）顯影 後烘結束，待矽片冷卻到室溫後，進行分別顯影，過程為：將微影後的矽片置於電子束負光阻顯影液（TMAH顯影液）中，使矽片上未被曝光的負型光阻被清洗掉；之後將矽片取出並用水清洗，用氮氣流吹乾； 再將矽片置於正型電子束光阻顯影液（MIBK:IPA顯影液）中，部分去除曝光過的負型光阻下面的未被曝光過的正型光阻PMMA；之後將矽片取出並用水清洗，用氮氣流吹乾。製備出基於模板圖案的輪廓線型圖案。
（5）後續可進一步結合材料沉積或者乾式/濕式蝕刻等步驟去實現凸起或者下凹的結構，由於與實施例1中的步驟（6）（7）、實施例2中的步驟（5）（6）相似，這裡不再進行重複說明。 實施例5
關於曝光，在實施例1、2中，使用了將矽片基底緊密固定在遮罩版下抽真空並正置於紫外光光源之下的曝光方式，在實施例3中，使用了投影式曝光的方式，在實施例4中，使用了電子束直寫曝光的方式。但本發明並不局限於此。例如，本發明的正負雙層光阻微影技術也可使用紫外直寫曝光的方式。以下，在本實施例5中，對使用紫外直寫曝光的本發明的正負雙層光阻微影技術的主要步驟進行說明。
（1）旋塗正型光阻 將清洗過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定。用滴管滴塗正型光阻（例如AZ 1500），在500 rpm×5 s+4000 rpm×40 s的條件下，進行光阻的旋塗，以100℃烘烤10秒。
（2）旋塗負型光阻 將冷卻過後的矽片放置於旋塗儀，真空固定。用滴管滴塗負型光阻（例如AZ nlof 2020），在500 rpm×5 s+4000 rpm×40 s的條件下，進行光阻的旋塗，以110℃烘烤60秒。
（3）紫外直寫曝光 將經過以上步驟的矽片基底緊密固定在曝光源下，打開紫外直寫系統進行直寫曝光操作。根據光阻配對組的種類和光阻層的厚度調整曝光時間。曝光結束後，取下遮罩版，將曝光過的矽片移到加熱臺上，以110℃烘烤60秒。其中，曝光通量例如為100 mJ/cm 2，其可以根據需求進行改變。
（4）顯影 後烘結束，待矽片冷卻到室溫後，進行分別顯影，過程為：將微影後的矽片置於負光阻顯影液（TMAH-2.38%）中，使矽片上未被曝光的負型光阻被清洗掉； 利用正光阻顯影液（TMAH-2.38%），部分顯影去除曝光過的負型光阻下面的未被曝光過的正型光阻；之後將矽片取出並用水清洗，用氮氣流吹乾。製備出基於模板圖案的輪廓線型圖案。
（5）後續可進一步結合材料沉積或者乾式/濕式蝕刻等步驟去實現凸起或者下凹的結構，由於與實施例1中的步驟（6）（7）、實施例2中的步驟（5）（6）相似，這裡不再進行重複說明。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非是對本發明作其它形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保護範圍。 工業上的實用性
本發明的基於雙層光阻的微影方法可廣泛應用於半導體製程、晶片製造等領域，其具有廣泛的研究和應用價值。
無
圖1為實施例1中的流程示意圖； 圖2為實施例2中的流程示意圖； 圖3為實施例1中製備的金奈米線圖案。

Claims (20)

  1. 一種基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟：(1)在一基底上旋塗一層正型光阻，並烘乾；再在該正型光阻上旋塗一層與該正型光阻相匹配的負型光阻，並烘乾；(2)在一曝光源下，使用載有一模板圖案的微影遮罩版或者通過聚焦直寫，對該正型光阻與該負型光阻進行曝光，從而在該負型光阻和該正型光阻上分別形成大小不同的曝光圖案，然後進行烘乾；(3)用一負光阻顯影液對該負型光阻進行顯影；(4)用一正光阻顯影液對該正型光阻進行可控顯影，僅洗去該正型光阻上曝光圖案的邊緣部分，並暴露該基底的材料；(5)通過材料沉積技術或者蝕刻技術，在該基底的材料上形成圖案；(6)去除該正型光阻。
  2. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，通過執行步驟(4)，從而將該模板圖案轉換成一輪廓線型圖案，通過執行步驟(5)，從而將該輪廓線型圖案轉移到該基底的材料上。
  3. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，旋塗該正型光阻與該負型光阻的過程包括在500~8000rpm的轉速下旋塗，旋塗後烘乾的溫度為30~300℃。
  4. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，曝光該正型光阻與該負型光阻採用單次曝光的方式。
  5. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，曝光該正型光阻與該負型光阻採用多次曝光的方式。
  6. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，該曝光源包括紫外光源、深紫外光源、極紫外光源、離子束、電子束或X光。
  7. 根據請求項1或6所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，該曝光源的波長為1~500nm，曝光後烘乾的溫度為30~300℃。
  8. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，該正型光阻包括正型紫外光阻、正型深紫外光阻、正型極紫外光阻、正型電子束光阻、正型離子束光阻或正型X光光阻；該負型光阻包括負型紫外光阻、負型深紫外光阻、負顯影深紫外光阻、負型極紫外光阻、負型電子束光阻、負型離子束光阻或負型X光光阻。
  9. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，該負光阻顯影液對應該負型光阻，該正光阻顯影液對應該正型光阻。
  10. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，該模板圖案的特徵線寬或者特徵尺寸為2nm~1000μm。
  11. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於， 該材料沉積技術包括且不限於電化學沉積、電鍍、CVD沉積、雷射濺射、磁控濺射、熱蒸發、電子束蒸發或原子沉積；該蝕刻技術包括濕式蝕刻或乾式蝕刻，該濕式蝕刻包括電化學蝕刻或選擇性蝕刻液體蝕刻，該乾式蝕刻包括離子蝕刻或化學反應離子蝕刻。
  12. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，在步驟(2)中，利用投影式曝光的方式，在該曝光源下，透過載有該模板圖案的微影遮罩版，對該正型光阻與該負型光阻進行曝光。
  13. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，在步驟(2)中，利用遮蔽式曝光的方式，在該曝光源下，透過載有該模板圖案的微影遮罩版，對該正型光阻與該負型光阻進行曝光。
  14. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，在步驟(2)中，利用反射式曝光的方式，在該曝光源下，通過在載有該模板圖案的微影遮罩版上進行反射，對該正型光阻與該負型光阻進行曝光。
  15. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，該聚焦直寫包括且不限於紫外光直寫、深紫外光直寫、極紫外光直寫、離子束直寫、電子束直寫或X光直寫。
  16. 根據請求項1所述的基於雙層光阻的微影方法，其特徵在於，該基底的材料包括半導體、金屬、絕緣體、聚合物或複合材料。
  17. 一種微影系統，包括一旋塗部、一烘乾部、一曝光部、一顯 影部、一沉積蝕刻部、以及一光阻去除部，該微影系統用於執行以下步驟：(1)利用該旋塗部在一基底上旋塗一層正型光阻，並利用該烘乾部進行烘乾；再利用該旋塗部在該正型光阻上旋塗一層與該正型光阻相匹配的負型光阻，並利用該烘乾部進行烘乾；(2)利用該曝光部在一曝光源下，使用載有一模板圖案的微影遮罩版或者通過聚焦直寫，對該正型光阻與該負型光阻進行曝光，從而在該負型光阻和該正型光阻上分別形成大小不同的曝光圖案，然後利用該烘乾部進行烘乾；(3)利用該顯影部用一負光阻顯影液對該負型光阻進行顯影；(4)利用該顯影部用一正光阻顯影液對該正型光阻進行可控顯影，僅洗去該正型光阻上曝光圖案的邊緣部分，並暴露該基底的材料；(5)利用該沉積蝕刻部通過材料沉積技術或者蝕刻技術，在該基底的材料上形成圖案；(6)利用該光阻去除部去除該正型光阻。
  18. 一種微影系統控制方法，用於控制請求項17所述的微影系統執行各個步驟。
  19. 一種電腦設備，包括：一記憶體、一處理器及儲存在該記憶體上並可在該處理器上運行的一電腦程式，其特徵在於，該處理器執行該電腦程式時實現請求項18所述的微影系統控制方法。
  20. 一種電腦可讀取介質，其上儲存有一電腦程式，該電腦程式被處理器執行時實現請求項18所述的微影系統控制方法。
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