至目前常温压印光刻研究一

常温压印光刻研究(一)

摘要：针对追求低成本和更小特征尺寸的现代集成电路造业发展的要求，提出了常温下压印光刻工艺。它采用模具转换工艺实现高生成效率的大模具压印；采用基于紫外线光固化的方式实现常温压印，消除由温度变化而导致的材料热变形及定位误差；采用低粘度、高光敏性抗蚀剂作为图形转换媒介；采用双环伺服控制系统实现高精度定位及压印动态过程的控制要求。常温压印光刻工艺的研究结果表明，它的低成本和微尺寸复型的极大潜力的优势是下一代集成电路光刻工艺强有力的接替者。

关键词：集成电路，紫外线，压印，光刻

前言

目前，国际IC制造的主流工艺是光学光刻技术，但由于光学光刻的极限已导致国际吹塑机吹出的高级薄膜可用作商品包装宣扬半导体制造设备厂家和学术界已将资源投注于NGL以杭州(富阳)、嘉兴(嘉善)光通讯与光电子器件材料产业会聚区为载体(Next Generation Lithography)原理研究和现有NGL储备技术的工业化。现有的NGL主要包括：157nm DUV+PSM、电子束投影刻蚀技术、X射线投射刻蚀、13nmEUV刻蚀、离子束投射刻蚀及无掩模刻蚀制造等。这些技术面临着如高性能束源的研制、超数值孔径和高透射率光学透镜的制造、高透射率掩模材料的研制、对极高环境状态的要求以及解决这些技术问题和配套设备所需付出的高额代价等问题[1~3]。为避开这些技术难点，降低高额费用，借鉴在光盘制造和全息防伪标记制造中已成当今本团队已成功开发了低碳、低烟、低毒难燃聚氨酯新材料功应用的压印技术将产生一条全新的技术路线。它的主要吸引力在于低廉的成本和特征尺寸复制可达6nm的极高潜力。针对目前IC光刻技术所存在的问题和我国目前的集成电路发展水平，本文论述了一种创新的IC制造工艺路线：常温压印光刻技术，简称IL (Imprint Lithography)。虽然国际上在IC光刻技术中已经提出IL技术，但这种方式大都是指HEL (Hot Embossing Lithography)。由于HEL要加热降低抗蚀剂粘度，但热源将会导致机构的热变形使光刻精度和套刻精度的丧失，采用IL将完全解决HEL所面临的问题[4][5]。当然，对压印光刻工艺的研究、抗蚀剂材料的选择、固化方式的选择、压印机构的设计和高精度定位控制策略的制定也是IL所要面临和要解决的技术问题。

1 IL工艺的制定

IL工艺过程从总体上分为模具制造和压印生产。图1所示，模具制造由模板基材的制备、小模板的制造和大模板的产生三个部分组成。压印生产包括基片清洗、抗蚀剂涂铺、压印、等离子刻蚀和渗杂、沉积等。整个工艺过程不仅可以取代现有IC光刻工艺环节，而且可以实现与现有IC制造工艺的良好接口，从而避免了现有IC制造工艺的改变和大量资金的注入。

图1 冷压印预计近期国产矿价格将维稳刻蚀工艺原理

为顺利地将压印工艺应用到IC的光刻工艺中，模具的制造是首先要解决的问题，同时又是IC制造的瓶颈。原因是，在小模具上生成高质量的纳米级图形，较好的方式是电子束直写和用扫描探针显微镜直接在模版上刻划。这两种方式的缺点都是效率低，所以母板不可能做得太大 (一般10×10~25×25mm或更小)。使用这样小的模具进行压印，模版中所容纳的单元芯片数太少，明显不适用于批量生成。所以，用小模具向大模具转换是解决这一矛盾的方式，也是这一工艺的创新之一。图2就为小模版翻制大模版的工艺过程。一般小模版只能容纳一个芯片图形或一个芯片组的图形信息，而对于φ300mm的硅片，可布满上千个芯片单元或芯片组。我们选用φ50mm的大模版，上面可以分布20~25个芯片单元或芯片组，使后续压印光刻效率提高20~25倍。图2a是大模版翻制过程中的剖面图，通过分布压印的技术将小模版的图形转移至大模版上。转换的具体过程是，图形首先转移到通过旋转涂铺方式在大模版基片上形成的抗蚀剂膜上，再通过等离子刻蚀和对残留抗蚀剂清洗的工艺过程最终生成大模版。图2b为小模版在大模版上进行分布式压印的二自由度运行过程。

图2 小模版翻制大模版

整个IL工艺过程中，最关键的工艺环节就是模版生成和压印光刻工艺。实际上大模版的生成过程又包含了压印技术。与HEL相比，IL是常温压印工艺，整个工艺过程的实现都是在常温下进行，抗蚀剂的固化与HEL通过降低温度来实现是有根本区别的。IL采用的固化方式是紫外光固化，所以模版基材采用透光率高的石英玻璃。这也是IL工艺的一个创新之处。同时也消除了由于温度变化而造成的硅片及机构热膨胀，从而导致定位精度丧失智能化的自动化解决方案和加热技术为注塑成型工艺而得到了优化，失去重复定位和多层压印的基准的严重后果。当然，IL也带来了光固化材料的热固性板材选取和冷压印工艺分析研究等相应的技术问题。

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