干涉光刻

干涉光刻是一种不太常用的图案化方法。基本原理与干涉或全息技术相同。两个或多个相干光波的叠加产生由一系列干涉相消和干涉相长(叠加或消光)组成的周期性干涉图案,然后可以将其转移到感光薄膜(光刻胶)中。在双光束干涉的情况下,条纹到条纹的间距或周期 为 (λ/2)/sin(θ/ 2),其中 θ 是相互 叠加 的波之间的角度,λ 是波长th使用的光。可能的最小周期由波长决定,并给出为 λ/2。如果将激光用于干涉光刻,则可以产生最小尺寸低至约 100 nm 的周期性结构。由于可以一次曝光整个晶圆,因此产量很高,因此该工艺非常具有成本效益。然而不利的是,该方法仅限于一维或二维周期性网格。尽管如此,干涉光刻仍然是制造亚微米光栅的首选方法,因为没有其他工艺能够在大表面上实现如此高质量的晶格。 [参考:论文“Interferenzlithographisch strukturierte Oberflächen für lichtemittierende Bauelemente”;Dipl.-物理。乌尔夫·盖尔;卡尔斯鲁厄大学 (TH),电气工程与信息技术系;2009]

在中国科学院 (CAS),AR-P 3840 可以实现分辨率高达 70 nm(线宽)的亚微米光栅。摘自戴龙贵、丁鹏和陈教授的报告(IOP 物理研究所可再生能源实验室):“使用激光干涉光刻技术,我们在硅上制作了亚微米光刻胶光栅。我们很容易获得  200 到 800 nm 的各种亚微米周期。通过改变干涉角、曝光剂量和显影条件可以获得不同的光栅。下表列出了工艺参数的详细信息:”

表 1:AR-P 3840 正胶的激光干涉光刻工艺参数

图 1:激光干涉光刻实验装置

下图展示了可以得到的高度规则阵列结构的选择。在111nm的膜厚下,周期为181nm,线宽约为100nm,或者周期为323nm,线宽仅为72nm!

图 2:180nm 周期的光刻胶光栅

图 3:323 nm 周期与 72 nm 线宽

紫外负胶也适用于干涉光刻。在这种情况下,通过化学放大 (CAR) 机制交联的光刻胶会产生特别光滑的边缘,并且在已显影的结构中没有显示出明显的第一干涉最小值。通过使用我们的标准光刻胶 AR-N 4340 (SX AR-N 4340/8) 的特殊版本,干涉光刻也可以在白光条件下成功进行(MLU Halle;材料科学中心,Fuhrmann 博士):

图 4:SX AR-N 4340/8 线结构,线径 57 nm,膜厚 191 nm;其他参数:232 nm 周期,角度:35°,在 266 nm 下曝光 750 秒,输出功率约为 0.01 mW/cm 2,PEB 在 100 °C 下 10 分钟;发展: 90 s 与 AR 300-47 (稀释 1:1)。

在这种情况下,产生了具有垂直墙壁的美丽而均匀的线条结构。在 232 nm 的周期内,实现了仅 57 nm 的出色分辨率!

不通过 CAR 机制交联的紫外负胶也可用于激光干涉光刻。例如,我们的紫外负胶 AR-N 4240 在标准基础上用于剥离工艺。在这种情况下,需要由驻波产生的底切,但仍然限制了分辨率。

图 5:AR-N 4240 的典型边缘轮廓(MLU Halle,稀释度 1:2,AR 300-12,4000 rpm,SB 85 °C,曝光:160 秒,266 nm 下约 16-20 mJ,PEB 30 85 °C 下的分钟;显影:30 秒,使用 AR 300-475)。

可以通过改变 PEB 温度来选择性地调整边缘形状。

图 6:从上到下的加工结构:PEB 分别在 90、95、100、105 和 110 °C。

为了减少处理时间,PEB 时间缩短至每次 5 分钟,同时温度以 5 °C 的步长同时升高。在 90 °C 的 PEB 下,源自第一个最小值的条纹会溶解。在 95 到 100 °C 之间,光刻胶轮廓与在标准条件下获得的轮廓相当。在 105 °C 时,第一个最小值处的变窄消失,而在 110 °C 时,结构不再能显影。最佳结果是 105 °C 的 PEB 温度。底切在此温度下完全消失,从而允许更短的周期并使 AR-N 4240 适用于反应离子刻蚀 (RIE) 工艺。

更多参考资料 (MLU):Johannes de Boor、Nadine Geyer、Jörg V. Witteman、Ulrich Gösele 和 Volker Schmidt:“激光干涉光刻和金属辅助蚀刻的亚 100 nm 硅纳米线”纳米技术 21 (2010) 095302 (5pp) ; doi: 10.1088 / 0957-4484 / 21/9/095302

工艺步骤概述:

点击数:37