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1、中国科学E辑:技术科学2009年第39卷第6期:1047~1053《中国科学》杂志社www.scichina.comtech.scichina.comSCIENCEINCHINAPRESS纳米级电子束光刻技术及ICP深刻蚀工艺技术的研究*李群庆,张立辉,陈墨,范守善清华大学物理系清华-富士康纳米科技研究中心,北京100084*E-mail:qunqli@mail.tsinghua.edu.cn收稿日期:2008-10-16;接受日期:2009-03-02国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(批准号:2007CB935301
2、)资助项目摘要对100kV高压电子束光刻系统的曝光工艺进行了系统研究,针对正性电子束关键词抗蚀剂ZEP520A进行了工艺参数的优化,在具有合理厚度、可供后续加工的光刻胶上获电子束光刻得了占空比为1:1,线宽为50nm的光栅图形.针对ICP刻蚀工艺进行了深入研究,探讨ZEP520电子抗蚀剂反应离子刻蚀了刻蚀腔体气压、电极功率、气体流量等工艺参数对刻蚀效果的影响,最终在硅基底上纳米加工获得了线宽为100nm,占空比为1:1,深度为900nm的光栅图形,光栅的边壁波纹起伏小于5nm.100nm以下深硅刻蚀技术的发展,有利于工作区域在可
3、见光范围的纳米光学器件的制备.随着微电子集成度的不断提高,带动了微纳加亚波长光栅在纳米光学领域有着极为重要的作工能力的不断进步,同时也使得多个学科与纳米科用,其结构由超长密集纳米线条组成,通常需要长度技交叉,进入到纳米时代,其中以光学领域的变化尤达几个毫米以上,且线条宽度小于200nm,占空比达为引人注目.传统的光学光刻技术和光学成像技术到1:1.电子束直写曝光系统具有易于控制、精度高、已经突破光学衍射极限,与光相互作用的结构和器灵活性大的特点,成为当今纳米结构研究的重要制件的特征尺寸已经从波长量级进一步减小到纳米(nm)[2]
4、备工具.目前一般实验室条件下使用的纳米级电子量级,使得微光学的发展过渡到纳米光学和亚光波束光刻系统由于受到加工稳定性(电子束漂移)和电子[1]长光学阶段.而先进的光刻技术、刻蚀技术和薄膜束曝光效率低等因素的影响,主要用于小范围的图技术则占据纳米光学的核心位置,是实现理论设计形加工,比较难应用于大面积、长而直的结构图形的思想和器件集成应用的前提.纳米光学元件主要是曝光.国际上加工亚波长光栅等复杂结构的元器件周期性结构、半周期性结构,如光栅(密集线条结构)、主要通过X射线曝光手段实现.但由于X射线目前还波带片(环状结构)、光子晶体(
5、周期性孔状结构).这些难实现扫描图形曝光,通常只能用于复制曝光,而电纳米结构通常要求在较大的区域内有相当好的均匀子束曝光用的掩模(通常是在硅片上制造出薄膜衬底性及误差控制,同时纳米光学器件还具有高深宽比的金属吸收体掩模图形)依然需要电子束曝光系统技的特性,因此对光刻技术和后续工艺都提出了相当术来制备.因此,在实验室条件下对电子束直写曝光高的要求.工艺技术在纳米结构加工领域的应用研究仍然十1047李群庆等:纳米级电子束光刻技术及ICP深刻蚀工艺技术的研究分重要.2电子束光刻工艺研究硅深刻蚀工艺在尺寸为微米量级的MEMS器件2.1电
6、子束光刻系统的制备中得到广泛的应用.但当沟槽宽度为几百纳电子束曝光过程中,通过增加加速电压,可以有米时,利用反应离子刻蚀工艺制备高深宽比的硅基效的减小电子束的前散射和背散射电子对抗蚀剂成结构在工艺中存在相当的困难.采用电感耦合等离像的影响,从而有效抑制由于电子散射造成的临近子体源(ICP)设备及BOSCH工艺可以帮助制备陡直性效应,有利于高深宽比超微细结构图形的加工.很好的沟槽结构,已经有多个研究组报道利用最高电子加速电压为100kV的JBX-6300FS电BOSCH工艺制备沟槽宽度在200nm到微米量级的结[3~7]子束曝光系
7、统是一部典型的矢量扫描圆形电子束曝构.但是这种工艺的缺点则在于刻蚀后容易产生光系统,采用高亮度ZrO/W肖特基热场发射电子枪,沟槽尺寸大于掩模图形的尺寸,同时侧壁的平滑度以及四级电子束聚焦系统.该系统表现为工作效率较差.目前报道的用BOSCH工艺实现的侧壁表面波[8]较高,具有极高的稳定性,可以长时间连续工作并保纹起伏在20nm左右.证加工样品的均匀性.它的工作方式有两种:快速模本文重点针对100kV电子束光刻系统的曝光工式(4th透镜)和纳米光刻模式(5th透镜).两种模式下艺进行深入的研究,特别是针对密集图形这一难度扫描主频
8、均可达12MHz,但扫描场大小不同.如在较高的纳米结构在正性电子束抗蚀剂情况下的曝光100kV,4th透镜的扫描场最大为500μm×500μm,而参数进行了优化,在刻蚀工艺需要的抗蚀剂厚度上5th透镜的扫描场只有62.5μm×62.5μm,相应最小获得了高精度纳
