專利名稱：一種采用紫外線固膠的電子束曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納電子器件加工及微納電子機(jī)械系統(tǒng)加工工藝領(lǐng)域，具體涉及一種采用紫外線固膠的電子束曝光工藝方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子工藝向納米量級的拓展，電子束直寫曝光工藝成為納電子器件及納機(jī)電系統(tǒng)加工工藝的重要組成部分。電子束曝光工藝以其可控性好、精度高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于新器件研發(fā)，新結(jié)構(gòu)制造等科研領(lǐng)域，并逐步應(yīng)用于成規(guī)模的工業(yè)化批量生產(chǎn)。但是，由于鄰近效應(yīng)的存在，以及電子的高斯分布狀態(tài)，決定了在電子束曝光工藝中，獲得切底的光刻膠結(jié)構(gòu)是非常困難的。能否得到垂直的切底結(jié)構(gòu)，直接影響了后續(xù)工藝的進(jìn)行，并最終影響圖形轉(zhuǎn)移以后的線寬精度。針對這一問題，目前在報道中通常采用正性電子束光刻膠雙層膠工藝(如PMMA/L0L)，大致流程為:基片清洗，旋涂剝離層光刻膠(L0L)，旋涂電子束光刻膠，電子束曝光，顯影電子束光刻膠，顯影LOL剝離層。通過這一工藝，可以降低鄰近效應(yīng)對線寬精度的影響，并得到完美的切底圖形，大大提高干法刻蝕、金屬剝離或其它相關(guān)工藝的成品率。但這一方法的主要問題在于:LOL可以在一般的堿性顯影液中溶解，如TMAH (四甲基氫氧化銨)，所以此工藝僅適用于PMMA (polymethyl methacrylate)、ZEP520等能夠兼容這一顯影工藝的電子束光刻膠。有些電子束光刻膠同樣使用堿性顯影液顯影，為完全溶解LOL并形成一定的鉆蝕，必須延長顯影時間，這勢必使得光刻圖形多度顯影。圖形線寬越小，過度顯影造成的影響越大。因此，二者的顯影工藝并不能在所有電子束加工流程中兼容，限制了 LOL的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提出一種采用紫外線固膠的電子束曝光方法，利用電子束光刻膠本身的紫外敏感特性，通過紫外線固膠的方式提高LOL剝離層和電子束光刻膠顯影速度之比，解決雙層膠的工藝兼容性問題，得到陡直的光刻膠側(cè)壁。該方法可以應(yīng)用到AR-N7520/L0L 等工藝中。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:—種采用紫外線固膠的電子束曝光方法，包括如下步驟:I)清洗基片，并在基片上涂敷黏附層；2)在黏附層上旋涂剝離層光刻膠(LOL)；3)對基片進(jìn)行烘烤；4)在剝離層光刻膠上旋涂具有紫外敏感特性的電子束光刻膠；5)對基片進(jìn)行烘烤；6)對電子束光刻膠進(jìn)行電子束曝光；7)顯影電子束光刻膠；
8)采用紫外線照射顯影后的電子束光刻膠圖形，使其交聯(lián)固化；9)顯影剝離層光刻膠。進(jìn)一步地，步驟I)所述黏附層為HMDS (六甲基二硅胺)黏附層，利用真空烘箱實現(xiàn)HMDS的氣態(tài)吸附或利用勻膠機(jī)進(jìn)行液態(tài)旋涂。進(jìn)一步地，步驟3)根據(jù)LOL的推薦條件進(jìn)行烘烤，具體是:溫度為150-170°C，采用熱板烘烤5 8min或采用烘箱烘烤30 40min。進(jìn)一步地，步驟4)所述電子束光刻膠是AR-N7520，或其它具有紫外敏感特性的電子束光刻膠。更進(jìn)一步地，步驟5)根據(jù)AR-N7520的推薦條件進(jìn)行烘烤，具體是:溫度為75 85°C，采用熱板烘烤I 1.5min或采用烘箱烘烤30 35min。AR-N7520推薦烘烤溫度低于 L0L。進(jìn)一步地，步驟7)使用TMAH (四甲基氫氧化銨)、AR300-47等常規(guī)堿性顯影液進(jìn)行顯影。控制顯影時間，在AR-N7520顯影結(jié)束或稍過顯影時結(jié)束，并采用DI水(去離子水)沖洗。進(jìn)一步地，步驟8)所述紫外線的波長為310_360nm，紫外線照射的時間為3 5s。進(jìn)一步地，步驟9)使用TMAH、AR300_47等常規(guī)堿性顯影液進(jìn)行顯影?？刂骑@影時間，使LOL充分溶解并形成一定的鉆蝕。本發(fā)明選用紫外線照射固膠的方法，使已經(jīng)圖形化的電子束光刻膠進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而提高對比度，減小在LOL顯影工藝中受到的顯影液腐蝕，改善最終光刻圖形的截面形貌。本發(fā)明使LOL雙層膠工藝克服了顯影工藝不兼容的問題，使其在電子束光刻領(lǐng)域中的應(yīng)用得到擴(kuò)展。


圖1為實施例中旋涂雙層光刻膠AR-N7520/L0L后的示意圖。圖2為實施例中進(jìn)行電子束曝光的示意圖。圖3為實施例中進(jìn)行AR-N7520顯影的示意圖。圖4為實施例中進(jìn)行紫外線照射固膠的示意圖。圖5為實施例中進(jìn)行LOL顯影的示意圖。圖6為實施例中未經(jīng)過紫外線照射固膠的樣品照片(SEM)。圖7為實施例一中經(jīng)過紫外線照射固膠的樣品照片(SEM)。圖8為實施例二中經(jīng)過紫外線照射固膠的樣品照片(SEM)。
具體實施例方式下面通過具體實施例，并配合附圖，對本發(fā)明做詳細(xì)的說明。本發(fā)明利用電子束光刻膠本身的紫外敏感特性，通過紫外線固膠的方式提高LOL剝離層和光刻膠顯影速度之比，解決雙層膠的工藝兼容性問題，得到陡直的光刻膠側(cè)壁。下面以AR-N7520/L0L工藝為例，具體說明該電子束曝光方法的實施步驟。實施例一:1.基片清洗，涂HMDS黏附層。
本實施例中基片的材質(zhì)為Si。利用真空烘箱，在基片上氣態(tài)吸附HMDS黏附層。真空烘箱的溫度是180°C，時間是40s。2.旋涂剝離層光刻膠L0L，厚度為40nm。LOL的厚度會影響鉆蝕和圖形精度，厚度的確定同線寬要求有關(guān)，線寬越小LOL越薄。3.基片烘烤(剝離層前烘)。烘烤的作用是去除膠膜中殘留的溶劑，是光刻膠廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)工藝，根據(jù)LOL的推薦條件進(jìn)行。本實施例中LOL的推薦條件是指170°C，采用熱板烘烤5min。4.旋涂負(fù)性電子束光刻膠AR-N7520，厚度為150nm。圖1為旋涂雙層光刻膠AR-N7520/L0L后的示意圖。5.基片烘烤(電子束光刻膠前烘)。根據(jù)AR-N7520的推薦條件進(jìn)行，AR-N7520推薦烘烤溫度低于L0L。這里AR-N7520的推薦條件是指85°C，采用熱板烘烤lmin。6.電子束曝光(圖形曝光)，如圖2所示。根據(jù)設(shè)計要求，進(jìn)行電子束直寫曝光。根據(jù)版圖的不同，所需的曝光時間也會不同。7.顯影電子束光刻膠AR-N7520，如圖3所示。使用TMAH進(jìn)行顯影，控制顯影時間為45s，在AR-N7520顯影結(jié)束時或稍過顯影時結(jié)束，然后采用DI水沖洗。8.紫外線照射固膠，如圖4所示。AR-N7520對310-360nm的紫外線敏感，表現(xiàn)為負(fù)性。本實施例將顯影后的圖形在360nm光學(xué)光刻機(jī)上曝光一定時間,使光刻圖形進(jìn)一步交聯(lián)固化。感光波長同光刻膠化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同膠感光波段不一定相同。曝光時間同電子束光刻膠厚度有關(guān)，膠越厚，曝光時間越長，由于電子束光刻膠都很薄，因此通常曝光時間選擇3 5s，本實施例采用5s。9.顯影剝離層L0L，如圖5所示。使用TMAH顯影?？刂骑@影時間為50s,使LOL充分溶解并形成一定的鉆蝕。圖6為本實施例中未經(jīng)過紫外線照射固膠的樣品照片，圖7為本實施例中經(jīng)過紫外線照射固膠的樣品照片。由該兩圖對比可以看出，經(jīng)過同樣的顯影條件，紫外線照射固膠后，T型結(jié)構(gòu)上部的ARN7520保持了良好的形貌，邊角銳利完整；而未經(jīng)固膠工藝的情況下直接顯影，ARN7520光刻膠出現(xiàn)嚴(yán)重過顯影的情況，邊角被腐蝕成圓形，同時出現(xiàn)明顯的線寬和厚度損失。實施例二:1.基片清洗，涂布HMDS黏附層。本實施例中基片的材質(zhì)為Si。利用勻膠機(jī)旋涂液態(tài)的HMDS，轉(zhuǎn)速3000rpm維持時間10s，隨后用熱板烘烤，條件為:溫度98°C，時間5min2.旋涂剝離層光刻膠L0L，厚度為40nm。3.基片烘烤(剝離層前烘)。本實施例中LOL的推薦條件是指150°C，采用烘箱烘烤40min。4.旋涂負(fù)性電子束光刻膠AR-N7520，厚度為150nm。
圖1為旋涂雙層光刻膠AR-N7520/L0L后的示意圖。5.基片烘烤(電子束光刻膠前烘)。根據(jù)AR-N7520的推薦條件進(jìn)行。這里AR-N7520的推薦條件是指75 °C，采用烘箱供烤35min。6.電子束曝光(圖形曝光)，如圖2所示。根據(jù)設(shè)計要求，進(jìn)行電子束直寫曝光。7.顯影電子束光刻膠AR-N7520，如圖3所示。使用德國Allresist公司生產(chǎn)的成品顯影液AR300-47，經(jīng)DI水4:1稀釋后進(jìn)行顯影，根據(jù)光刻膠厚度控制顯影時間為45s，在AR-N7520顯影結(jié)束時或稍過顯影時結(jié)束，然后采用DI水沖洗。8.紫外線照射固膠，如圖4所示。本實施例將顯影后的圖形在310nm光學(xué)光刻機(jī)上曝光一定時間，本實施例采用
3s09.顯影剝離層L0L，如圖5所示。使用AR300-47，經(jīng)DI水4:1稀釋后進(jìn)行顯影，并形成一定鉆蝕。圖8為本實施例中經(jīng)過紫外照射固膠的樣品照片。可以看出，T型結(jié)構(gòu)上部的AR-N7520保持了良好的形貌，邊角銳利完整。以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所述為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種采用紫外線固膠的電子束曝光方法，其步驟包括: 1)清洗基片，并在基片上涂敷黏附層； 2)在黏附層上旋涂剝離層光刻膠； 3)對基片進(jìn)行烘烤； 4)在剝離層光刻膠上旋涂電子束光刻膠； 5)對基片進(jìn)行烘烤； 6)對電子束光刻膠進(jìn)行電子束曝光； 7)顯影電子束光刻膠； 8)采用紫外線照射顯影后的電子束光刻膠圖形，使其交聯(lián)固化； 9)顯影剝離層光刻膠。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟I)所述黏附層為六甲基二硅胺，并利用真空烘箱實現(xiàn)六甲基二硅胺的氣態(tài)吸附或利用勻膠機(jī)進(jìn)行液態(tài)旋涂。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)所述烘烤的條件是:溫度為150-170°C，采用熱板烘烤5 8min或采用烘箱烘烤30 40min。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟4)所述電子束光刻膠是AR-N7520。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:步驟5)所述烘烤的條件是:溫度為85°C，采用熱板烘烤I 1.5min或采用烘箱烘烤30 35min。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:步驟8)所述紫外線的波長為310-360nm。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟8)進(jìn)行紫外線照射的時間為3 5s。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟7)使用堿性顯影液進(jìn)行顯影，在顯影結(jié)束后采用DI水沖洗。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟9)使用堿性顯影液進(jìn)行顯影，控制顯影時間使剝離層光刻膠充分溶解并形成一定的鉆蝕。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于:所述堿性顯影液是四甲基氫氧化銨或者 AR300-47。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用紫外線固膠的電子束曝光方法，其步驟包括1)清洗基片，并在基片上涂敷黏附層；2)在黏附層上旋涂剝離層光刻膠；3)對基片進(jìn)行烘烤；4)在剝離層光刻膠上旋涂具有紫外敏感特性的電子束光刻膠；5)對基片進(jìn)行烘烤；6)對電子束光刻膠進(jìn)行電子束曝光；7)顯影電子束光刻膠；8)采用紫外線照射顯影后的電子束光刻膠圖形，使其交聯(lián)固化；9)顯影剝離層光刻膠。本發(fā)明利用電子束光刻膠本身的紫外敏感特性，通過紫外線固膠的方式提高LOL剝離層和電子束光刻膠顯影速度之比，解決雙層膠的工藝兼容性問題，得到陡直的光刻膠側(cè)壁。
文檔編號G03F7/36GK103207545SQ20131009760
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者劉鵬, 王瑋, 田大宇, 姜博巖, 楊芳, 戴小濤, 張大成 申請人:北京大學(xué)