干涉光刻

干涉光刻又叫全息光刻,是一种特殊的光刻手段,其特点是可以通过简单的设备即可获得百纳米周期性结构。下面我们简单介绍什么是干涉光刻、干涉光刻的一些特点和实例应用。

概念

干涉光刻基本原理与干涉测量法或全息法的原理相似。两个及以上的相干光波形成一个干涉图样利用干涉图形对光刻胶进行曝光,从而形成图形的加工方式。这种光刻利用了光场干涉相长及干涉相消形成光照区域和非光照区域从而实现对光刻胶的曝光。在两束干涉的情况下,条纹间距或周期为(λ/ 2)/ sin(θ/ 2),其中θ是彼此叠加的波之间的角度,而λ是激光波长。最小可能的周期由波长决定,并以λ表示/ 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,曝光后对光刻胶的处理方式与普通紫外光刻一致。

特点

  1. 周期性结构:干涉光刻非常适合用于形成周期性结构,如光栅、点阵等,对于非周期性结构,需要通过特殊工艺手段辅助实现;
  2. 高分辨率、大面积:利用干涉光刻可以很容易实现百纳米级结构,且有制作大面积结构的能力,可获得几平方厘米甚至是平米级结构,如下图1所示;
  3. 可通过工艺手段获得正弦形态光刻胶结构,但比较难实现垂直断面结构;
  4. 是实现周期性结构无缝R2R模具的手段之一,如下图2所示。
图1 temicon公司大面积干涉光刻技术
图2 temicon公司无缝压印模具

干涉光刻实例

1.正胶干涉光刻:下图是中科院物理所戴龙贵老师使用AR-P 3840光刻胶在He-Cd激光器搭建的干涉光刻示意图、所使用的光刻胶方案以及曝光结果:

表1:使用AR-P 3840正胶在激光干涉光刻下的工艺参数
图3:激光干涉光刻的实验装置
图4:180 nm周期的光刻胶栅
图5:线宽为72 nm的323 nm周期

2. 负胶干涉光刻:通过化学放大(CAR)机理交联的光刻胶会产生特别光滑的边缘,并且在显影的结构中没有明显的第一干涉最小值。通过使用我们标准光刻胶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6:在膜厚为191nm时具有57nm线径的SX AR-N 4340/8线结构。其他参数:232nm周期,角度:35°,在266nm下暴露750s,输出功率为约0.01mW / cm 2,在100℃下PEB 10分钟;发展:90 s与AR 300-47(1:1稀释)。

在这种情况下,产生了带有垂直壁的美丽均匀的线条结构。在232 nm的周期内,仅实现了57 nm的出色分辨率!

不能通过CAR机制交联的负胶也可以用于激光干涉光刻。例如,我们的负胶AR-N 4240通常用于剥离工艺。在这种情况下,需要由驻波产生的底切,但仍会限制分辨率。

图7:AR-N 4240(MLU Halle,AR 300-12,4000 rpm,SB 85°C,稀释1:2)的典型边缘轮廓,曝光:160 s,在266 nm下约16-20 mJ,PEB 30在85°C的条件下进行分钟;在AR 300-475中显影:30秒)。

可以通过改变PEB温度来选择性地调整边缘形状。

图8:从上到下的加工结构:PEB分别在90、95、100、105和110°C下。

为了减少处理时间,将PEB时间分别缩短至5分钟,同时以5°C为步长同时提高温度。在90°C的PEB下,源自第一个最小值的条纹会溶解。在95至100°C之间,光刻胶轮廓可与标准条件下获得的轮廓相媲美。在105°C,第一个最小值的变窄消失,在110°C,结构不再发育。最佳结果是PEB温度为105°C。底切在此温度下完全消失,这允许使用更短的时间,并使AR-N 4240适用于反应性铁蚀刻(RIE)工艺。

进一步的参考文献(MLU):Johannes de BoorNadine GeyerJörgV.WittemanUlrichGöseleVolker Schmidt通过激光干涉光刻和金属辅助蚀刻的亚100纳米硅纳米线” Nanotechnology 2120100953025pp ; doi10.1088 / 0957-4484 / 21/9/095302

点击数:526

Was this article helpful?

Related Articles

Leave A Comment?