电子束光刻中的异常之光刻胶的倾倒简介

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2021-07-20  环球过滤分离技术网  nanopuretech6
          在电子束光刻工艺过程中，如何选择胶厚，是工程师经常会思考的问题。主要原因是在光刻工艺中，光刻胶厚度越薄，电子束曝光的难度相对越低，与此同时光刻胶的厚度常常又受限于光刻图形的尺寸大小。对于尺寸较小的图形，是不可以涂布较大厚度光刻胶的。但是对于后道刻蚀、蒸镀、离子注入来说，光刻胶涂布的越厚其工艺越容易实现。所以需要综合考虑所有工艺步骤来确定光刻胶的涂布厚度。接下来以具体实验案例来解释说明为什么小尺寸图形无法涂布更厚的光刻胶。



           首先我们联想一个现实中的案例模型。假设我们在不打地基的情况下，在平坦土地表面修筑一堵长为80公里，厚度为0.2m，高为4m的城墙。请问这面墙能否在大风天气下屹立不倒？结果可想而知，就算没有风吹，这面墙也很难保证不倾斜不倒坍。同理，若按比例尺缩小，把光刻胶按照上文中墙的比例（长：厚：高=400000:1:20，即光刻胶长为4mm宽为10nm，胶厚为200nm）进行涂布以及光刻加工。这面利用光刻胶制成的“墙体”，是否能屹立不倒呢？答案很明显，此“墙体”一定会坍塌。即使假设此光刻胶“墙体”可正常进行曝光，且光刻胶依然挺立，但它是否能抵抗后续高压氮气枪的吹扫？又是否能抵抗后道刻蚀和镀膜的摧残？结果，不言而喻。




实验说明
我们分别来分析两种光刻胶倾倒的情况，仅曝光显影和曝光显影后再进行镀膜。首先是仅曝光显影后的结果：

图为负胶厚度为146nm，直径为30nm的圆柱阵列光刻胶厚度与图形特征尺寸的比例较大出现倾倒的现象





图为负胶厚度为146nm，宽度为10nm的光刻胶脊。由于光刻胶厚度与图形特征尺寸的比例较大向一侧倾倒的图片接下来是曝光显影后形貌表征无异常，蒸镀后发生异常，其曝光显影后的效果如下：

图为360nm厚的正胶，光刻胶的宽度最窄处为57nm

图为经过蒸镀剥离之后的效果分析原因：胶厚：脊宽=360:57，光刻胶厚度与图形特征尺寸的比例过大导致光刻胶脊在蒸镀过程中向左右两边发生扭曲。在常规工艺中胶的厚度应小于光刻胶脊线宽的3倍。才能保证光刻胶不会倒。但是这也跟光刻胶本身的性质有着密不可分的关系。下面我们列举处于倾倒临界值的光刻胶形貌。

图为负胶厚度为146nm，线宽为18.99nm光刻胶脊的SEM图。负胶的极限比例为胶厚：胶脊宽＜7.6

图为正胶胶厚为100nm，线宽为32nm光刻胶脊的截面图，正胶极限比例为胶厚：胶脊宽＜3.3当超过以上比例（胶厚小于光刻胶脊线宽的3倍）时，对于刻蚀可选用其他材质做过渡掩膜，对于镀膜可进行增加底膜的双层胶结构来加厚光刻胶膜层。


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