利用热显影增强电子束光刻胶对比度的制备高密度平整图形的方法
【专利摘要】本发明属于半导体及纳米加工【技术领域】，具体为一种利用热显影增强电子束光刻胶对比度的制备厚胶高密度光滑图形的方法。本发明包括：对衬底表面进行清洗和烘干处理；在衬底上旋涂光刻胶；对所述光刻胶进行前烘和电子束曝光；对所述曝光后的光刻胶进行显影处理，显影过程中实施加温和超声振荡；对显影后的光刻胶进行定影和干燥处理。本发明方法对于电子束光刻过程中的邻近效应有明显的抑制作用，有利于使用低灵敏度光刻胶制备厚胶中高密度光滑图形，能够用于高精度纳米器件结构的制备。
【专利说明】利用热显影増强电子束光刻胶对比度的制备高密度平整图形的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体及纳米加工【技术领域】，具体涉及一种制备厚胶高密度平整图形的方法。
【背景技术】
[0002]电子束光刻技术利用电子束在涂有电子束光刻胶的衬底上进行直写或投影复制，发挥电子束波长短、分辨率高、焦深长和控制灵活等特点，是一种具有及其广泛应用前景的下一代光刻技术。
[0003]电子束光刻胶是电学敏感的高分子聚合物，涂布在衬底表面用于实现图形传递。在电子束扫描过程中光刻胶发生分子链重组，使被曝光部分的光刻胶化学性质发生改变，再经过显影和定影，获得高分辨率的曝光图形。
[0004]电子束光刻的曝光精度由设备因素和工艺因素控制。当前电子束光刻设备早已具有制作小于1nm精细线条的能力，但是在实际实验室研宄和工业生产中，电子束在光刻胶中会发生前向散射和背散射，引起邻近效应，使图形边缘模糊和圆弧化。光刻图形密度越大，光刻胶灵敏度越低，光刻胶厚度越厚，邻近效应造成的影响就越强。因此，需要对光刻胶处理的工艺过程进行改进，抑制邻近效应对光刻胶的影响，从而获得边缘光滑的高密度平整清晰图形，用于纳米器件结构的制造。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种能够抑制邻近效应对光刻胶影响的制备厚胶高密度平整图形的方法，以便用于纳米器件结构的制造。
[0006]本发明提出的制备厚胶高密度平整图形的方法，利用热显影增强电子束光刻胶对比度，从而实现厚胶中高密度高精度的光滑清晰图形，具体步骤为:
(O提供衬底材料，对衬底进行表面清洗和烘干处理；
(2)在衬底表面旋涂光刻胶；
(3)对所述光刻胶进行前烘和电子束曝光；
(4)对曝光后的光刻胶进行后烘和显影处理，显影过程中实施加温或超声振荡；
(5)对显影后的光刻胶进行定影和干燥处理。
[0007]本发明中，所述衬底材料可为硅、锗、半导体材料，或金属材料及其化合物等。
[0008]本发明中，在所述旋涂光刻胶过程中，光刻胶厚度为500纳米~10微米。
[0009]本发明中，所述显影过程实施加温的方法，包括:将盛放有显影液的容器置于热板上，施加温度为25~60摄氏度；所述显影过程实施超声振荡的方法，包括:将盛放有显影液的容器置于超声振荡设备中，振荡时间为60秒~90秒。
[0010]本发明具有以下优异之处:
本发明提出热显影增强电子束光刻胶对比度制备厚胶高密度光滑图形的方法，在电子束光刻胶曝光后的显影过程中进行加温和超声振荡处理，利用加温和超声振荡促进光刻胶分子材料内部的催化化学反应，提高低灵敏度光刻胶的对比度，抑制光刻胶在低灵敏度厚胶情况下的邻近效应对光刻效果的影响，确保高密度光刻图形在显影后边缘保持光滑。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是热显影增强电子束光刻胶对比度制备厚胶高密度平整图形的工艺流程。
[0012]图2是依照本发明进行具体实施例中使用厚度为530纳米的HSQ光刻胶制备超高高宽比高密度平整图形的工艺流程。
[0013]图3是依照本发明进行具体实施例中使用厚度为5微米的SU-8光刻胶制备超高高宽比高密度平整图形的工艺流程。
[0014]图4是图2的HSQ光刻胶在光栅图形的线宽/周期分别为50纳米/100纳米和30纳米/100纳米的两种不同尺寸，在相同电子束光刻条件进行曝光后，使用不同显影温度获得的纳米光栅图形，其中:
a是光栅图形的线宽/周期为50纳米/100纳米时，使用30摄氏度温度进行显影后的光刻胶图形；
b是光栅图形的线宽/周期为50纳米/100纳米时，使用50摄氏度温度进行显影后的光刻胶图形；
c是光栅图形的线宽/周期为30纳米/100纳米时，使用30摄氏度温度进行显影后的光刻胶图形；
d是光栅图形的线宽/周期为30纳米/100纳米时，使用50摄氏度温度进行显影后的光刻胶图形。
[0015]图5是图2的HSQ光刻胶制备光栅图形的显影过程中是否施加超声振荡所形成的不同显影图形，其中:
a是未施加超声振荡所获得的HSQ显影图形； b是施加超声振荡所获得HSQ显影图形。
【具体实施方式】
[0016]说明书中的实施例旨在提供本发明的示例性说明，本发明的实质精神并不限于此。各种采用了等效或惯用技术手段的替换方案也应该落入本发明的范围内。
[0017]实施例1:
以下结合附图2对本方法进行进一步具体说明。
[0018]在该实例性实施例中:使用硅为衬底，HSQ光刻胶为电子束光刻胶，选用的纳米图形为光栅，其线宽/周期为--①50纳米/100纳米和②30纳米/100纳米，热显影过程的加热温度为:①30摄氏度和②50摄氏度。
[0019](I)对4英寸硅片衬底材料进行常规清洗，并在150摄氏度烘箱中放置10分钟烘干干燥；
(2)在硅衬底表面旋涂HSQ光刻胶，旋涂转速为4000转/秒，时间为60秒，获得厚度为530纳米的光刻胶；
(3)对旋涂的HSQ光刻胶在热板上进行前烘，其温度为150摄氏度，时间为120秒；完毕后进行电子束曝光制备光栅图形；
(4)使用TMA显影液对电子束光刻曝光后的光刻胶进行显影，显影时间为60秒，显影温度为30摄氏度和50摄氏度，对结果可以进行比较。在替换实施例中，还可以在显影过程中施加使用超声振荡的方式，振荡时间持续整个显影过程，为60秒；
(5)对显影后的光刻胶进行去离子水冲洗定影，并使用氮气枪吹干干燥。
[0020]图4显示了利用本发明方法在HSQ光刻胶中制备不同尺寸光栅图形的过程中使用加热显影的显影结果，在本实施例中，较高显影温度下获得的光刻图形光滑度优于较低显影温度下获得的光刻图形，并且由于底部残余光刻胶在加温下成功显影去除而获得更高高宽比的光栅图形。
[0021]图5显示了利用本发明方法在HSQ光刻胶中制备光栅图形的显影过程中使用超声振荡的显影结果，在本实施例中，在显影过程中使用超声振荡后获得的光刻图形较未使用超声振荡的所获图形更为光滑。
[0022]实施例2:
以下结合附图2对本方法进行进一步具体说明。
[0023]在该实例性实施例中:使用硅衬底上的氮化硅悬空薄膜为衬底，SU-8光刻胶为电子束光刻胶，厚度为5微米，选用的纳米图形为点阵，其点直径/周期为500纳米/I微米，热显影过程的加热温度为60摄氏度。
[0024](I)在4英寸硅片衬底上制作氮化硅悬空薄膜，窗口大小为I毫米，对衬底进行清洗和干燥处理；
(2)在硅衬底表面旋涂SU-82005系列光刻胶，旋涂转速为3000转/秒，时间为60秒，获得厚度为5微米的光刻胶；
(3)由于旋涂了SU-8光刻胶的氮化硅悬空薄膜无法直接接触热板，因此前烘时间将大大加长，对旋涂的SU-8光刻胶在热板上进行前烘，其温度及方法为:第一步加热至65摄氏度，时间为10分钟，第二步加热至95摄氏度，时间为120分，第三步为65摄氏度，时间为I分钟，并保证此后移除热板后的衬底进行缓慢降温；完毕后进行电子束曝光制备光栅图形；
(4)对电子束光刻后的SU-8光刻胶进行后烘，其温度及方法为:第一步加热至65摄氏度，时间为I分钟，第二步加热至95摄氏度，时间为5分钟，并保证此后移除热板后的衬底进行缓慢降温；使用SU-8显影液对曝光后的SU-8光刻胶进行显影，显影时间为10分钟，显影温度为45摄氏度；
(5)对显影后的光刻胶浸泡在异丙醇中定影一分钟，定影温度也为45摄氏度，取出后在空气中自然干燥。
【权利要求】
1.一种利用热显影增强电子束光刻胶对比度的制备厚胶高密度平整图形的方法，其特征在于具体步骤为: (1)提供衬底材料，对衬底进行表面清洗和烘干处理； (2)在衬底表面旋涂光刻胶； (3)对所述光刻胶进行前烘和电子束曝光； (4)对曝光后的光刻胶进行后烘和显影处理，显影过程中实施加温或超声振荡； (5)对显影后的光刻胶进行定影和干燥处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述衬底材料为硅、锗、半导体材料，或金属材料及其化合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述旋涂光刻胶过程中，光刻胶厚度为500纳米~10微米。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述显影过程实施加温的方法，是将盛放有显影液的容器置于热板上，施加温度为25~60摄氏度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述所述显影过程实施超声振荡的方法，是将盛放有显影液的容器置于超声振荡设备中，振荡时间为60秒~90秒。
【文档编号】G03F7/20GK104483812SQ201410702650
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月29日 优先权日:2014年11月29日
【发明者】陈宜方, 陆冰睿 申请人:复旦大学