引言

直接蝕刻和剝離是兩種比較流行的圖案轉移工藝。在直接蝕刻工藝中，首先使用光刻技術對聚合物抗蝕劑進行構圖，然后通過干法蝕刻技術用抗蝕劑作為掩模將圖案轉移到襯底或子層上。

剝離過程中，膜(通常是金屬)被涂覆在抗蝕劑結構上，并且當下面的抗蝕劑溶解時，抗蝕劑結構頂部的膜被剝離，留下之前未被抗蝕劑覆蓋的區域上的膜結構。與直接蝕刻相比，剝離更加通用，因為它可以用于大多數金屬，而許多金屬包括大多數貴金屬不能通過干法蝕刻來蝕刻。

使用(單層)負性抗蝕劑的剝離是非常具有挑戰性的，原因有兩個:(1)由于電子前向散射，抗蝕劑輪廓逐漸變細，具有較寬的開口，這導致側壁上的膜涂層，因此難以完全剝離；(2)常見的負性抗蝕劑，在暴露時變得交聯且不可溶，因此，必須使用諸如NH4OH:H2O2:H2O的熱混合物(RCA清潔)的強化學品來溶解它。

在本文中，英思特將報告一種簡單的剝離工藝，該工藝使用單層負性抗蝕劑，通過低能曝光，產生底切輪廓，具有未交聯的或僅部分交聯的底層可溶于普通溶劑。

實驗與討論

我們將重均分子量為283千克/摩爾的聚苯乙烯溶解在氯苯中，在旋涂后得到220和500納米的兩個膜厚，如圖1所示，這種寬分布不會顯著影響抗蝕劑曝光性能。

圖1：正常高能量暴露后得到的抗蝕劑曲線示意圖

首先，我們在120℃下烘烤10分鐘以除去溶劑。接下來，使用配備有納米圖案生成系統的Leo 1530 SEM在1–5 keV下曝光抗蝕劑，并且對于220和500nm的膜，用二甲苯分別顯影45和90秒。隨后，10nm的Cr被電子束蒸發，并通過將樣品浸泡在二甲苯中10分鐘而剝離。

眾所周知，二次電子不是光刻膠曝光的主要原因，因為它們的能量更接近引發化學反應所需的能量，并且沿著初級電子的路徑產生次級電子。圖2描述了在1–20 keV能量下，涂在大塊硅襯底上的500nm厚聚苯乙烯中的電子軌跡。在高達4 keV的能量下，前向散射是顯著的，并且大多數電子在到達襯底之前被阻止。

在5keV時，很大比例的電子到達薄膜-基底界面；在20千電子伏時，大多數電子穿透到襯底深處。這與所開發的抗蝕劑結構非常一致，該抗蝕劑結構對于500nm厚的膜在4keV處顯示出底切輪廓，但在5keV處顯示出錐形輪廓。

圖2：500nm厚聚苯乙烯涂在硅上的10 000個電子軌跡的蒙特卡羅模擬

因為在低能量曝光下，抗蝕劑底部沒有交聯或僅部分交聯，所以使用溶劑剝離是可能的。當電子穿透深度小于抗蝕劑厚度時，剝離是成功的。但是在5 keV曝光下，兩種厚度的聚苯乙烯柱都沒有溶解，因為它們在整個膜厚度上都是交聯的。

此外，對于低能量曝光，抗蝕劑靈敏度更高，這導致更快的寫入。由于大多數電子在低能量曝光下被阻擋在抗蝕劑層中，所以對襯底/子層的電子束輻射損傷被大大降低。因此，在低能量下曝光抗蝕劑的剝離可以用于在有機導電層的頂部制造金屬納米結構。

然而，在低能量暴露下，我們不能獲得規則排列的聚苯乙烯柱結構直徑遠小于500 nm，因為發現抗蝕劑結構從襯底上脫離或變形并在襯底上四處移動。顯然，這是由于清洗液干燥過程中的毛細作用力導致的。

結論

英思特使用負性聚苯乙烯抗蝕劑通過低能量曝光演示了金屬剝離。顯示出低能量暴露導致底切輪廓，這對于干凈的剝離是至關重要的。此外，由于底部的抗蝕劑在低能量曝光下沒有交聯，所以使用普通溶劑實現了剝離。然而，由于毛細管力使暴露在低能量下的精細聚苯乙烯結構分離，使用當前的方法難以獲得低于500nm的分辨率。

對于低能量曝光，毛細管力的影響更嚴重，因為顯影劑可以通過頂部交聯層擴散，溶解膜-基底界面處的未交聯抗蝕劑。由于低能量電子大部分被阻擋在抗蝕劑層內部，所以對子層的輻射損傷大大降低。因此，當用負性水溶性抗蝕劑代替聚苯乙烯時，當前的方法可用于在對水不敏感的有機導電層上制造金屬納米結構。

江蘇英思特半導體科技有限公司主要從事濕法制程設備，晶圓清潔設備，RCA清洗機，KOH腐殖清洗機等設備的設計、生產和維護。

審核編輯：湯梓紅