uv压印光刻刻蚀工艺研究

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1、http://www.paper.edu.cnUV压印光刻刻蚀工艺研究史永胜,丁玉成,卢秉恒,刘红忠（西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710049,西安）摘要：针对UV压印光刻和传统光学光刻不同的技术特点，提出压印光刻刻蚀工艺路线。本文对反应离子刻蚀和感应耦合等离子体刻蚀技术对阻蚀胶残留膜刻蚀进行了比较实验，确定了在第一步刻蚀中的刻蚀方式选择，并分析了压印光刻阻蚀膜残膜的反应离子刻蚀原理，通过对刻蚀诸参数如反应压力、气体流量、射频功率的调节获得了稳定的刻蚀速率及优异的各向异性。并对第二

2、步刻蚀进行了深入的理论分析和大量的实验研究，保证了刻蚀图形的质量。关键词：UV压印二步刻蚀反应离子刻蚀阻蚀胶残留膜感应耦合等离子体刻蚀1.引言[1,2]随着技术的不断发展与进步，集成电路制造工艺已经进入100nm以下的技术节点，各大光刻机制造商曝光出几十纳米特征线宽的新闻时见报端。在特征尺寸进入100nm以下时，由于衍射现象的存在和光学透镜系统值数孔径的物理极限的限制，传统光学曝光技术的缺陷十分明显，光刻机制造商运用各种新技术来克服这些困难，并取得了一定的成绩，但是昂贵的光学系统却使得这些新技术缺

3、乏吸引力。于是各种下一代光刻技术NGL(NextGenerationLithography）应运而生。NGL主要包括极紫外光刻EUVL、X射线光刻XRL、电子束投影光刻IBPL和压印光刻。压印光刻将传统的模具复型原理应用到微观制造领域，通过阻蚀胶的受力变形来实现图形化，因此分辨率不受光的衍射，阻蚀胶表面光反射、阻蚀胶内部光散射、衬底材料反射和显影剂等制约传统光学曝光的因素的影响，可以突破光学曝光的分辨率极限。因此压印光刻技术一出现就因分辨率高，成本低，产能大的优[3,4,5]势成为NGL技术中最为

4、潜力的竞争者之一。ITRS明确把压印光刻（imprintlithography）列入最有竞争力的集成电路制造技术路线图，而且压印光刻技术是作为32nm和22nm节点技术的候选。目前普林斯顿大学已经利用LADI（激光辅助压印）技术复制出6nm[6]尺寸的结构。在针对压印光刻技术的研究中，各研究者大多针对压印过程的实现展开研究，以期获得更小的线宽，更适用于压印技术的各种材料和设备平台，而把后续的刻蚀工艺作为传统的集成电路制造中的简单兼容技术而少去研究。但事实上，由于压印光刻技术在原理上与光学光刻的不同

5、，所采用材料要求上的差别，导致刻蚀工艺与光学光刻相比，有很大的独立性。本文针对压印光刻刻蚀工艺做了深入的理论分析与实验研究，揭示了压印光刻刻蚀工艺与传统光学曝光刻蚀工艺原理上的区别，比较了各种刻蚀方式的优缺点，确定了刻蚀工艺路线，并得出了满意的实验结果。2.压印光刻刻蚀原理压印光刻由于原理上的不同使得整个工艺路线与光学光刻相比有很大的独立性，如下图１所示作者简介：史永胜(1981~)，男.博士生.基金项目：国家自然科学基金(50505037),国家973重点基础研究发展计划(2003CB71620

6、3)，国家自然科学基金资助项目（50275118）资助http://www.paper.edu.cna(1)通过掩膜光照曝光光刻胶b(1)模具下压形成图形a(2)显影b(2)刻蚀阻蚀胶残膜a(3)刻蚀基底材料层b(3)刻蚀基底材料层a光学光刻工艺路线图b压印光刻工艺路线图图1光学光刻与压印光刻刻蚀工艺比较图从上图可以看出，压印的特点在于无需掩膜，无需显影就可以在阻蚀胶上形成图形。在压印完成后，与光学光刻的最大不同之处在于在基底材料层上会形成一层约几十到上百纳米厚的阻蚀胶残留膜，如图1中b(1)所示

7、，如此就形成了对基底材料层的完全掩蔽。要将图形转移到基底材料上，要先去除这层阻蚀胶残留膜才能形成对基底材料层的有选择掩蔽。针对压印光刻刻蚀工艺的特点，要进行“二步刻蚀法”。即：一，去除阻蚀膜残留膜；二、刻蚀基底材料层。在这两步刻蚀工艺中，虽然有与光学光刻刻蚀工艺相通之处，但绝非如想象中的简单兼容。在UV压印光刻中，图形是靠压印模具下压，阻蚀胶受力变形，紫外光固化而形成的，所以在阻蚀膜的材料的选取上与光学光刻所使用的光刻膜有很大的区别。在UV压印光刻中，对阻蚀膜的要求是：低粘度，非挥发性，受紫外光照

8、射时能快速固化成形，且变形要非常小。西安交通大学先进制造技术研究所基于多年来在紫外快速成形方面所积累的技术，自行开发了适用于UV压印光刻的阻蚀胶—光引发阳离子聚合光固化胶，其组分主要为环氧树脂(CH2)nOm，所以在整个刻蚀工艺有着自己的鲜明特点。集成电路制造行业常用的干法刻蚀方式主要有ICP（感应耦合等离子刻蚀），RIE（反应离子刻蚀）。通过实验研究与理论分析，在第一步刻蚀中，选用RIE刻蚀方式，在第二步刻蚀中选用ICP的刻蚀方式。3刻蚀实验研究3．1不同刻蚀方式的比较实验在第一