电子束光刻胶基础

众所周知,用于电子束光刻的光刻胶就是我们接下来需要介绍的电子束光刻胶,我们通常也称之为电子束抗蚀剂。我们在前面的紫外光刻技术中也了解到限制紫外光刻分辨率的重要因素是光源的波长,进一步缩小开发更小波长的光源面对的挑战是非常巨大的。其中电子束使我们当前能够掌握的可通过电磁透镜等技术进行控制的短波长光源之一。也因此被应用于光刻技术上,电子束与光刻胶的作用原理与紫外光刻过程类似,但却有着更为复杂的过程。如,电子散射和邻近效应,电子束光刻胶中的化学现象还包括电子与光刻胶的碰撞、光刻胶的显影,以及某些情况下的曝光后烘烤(PEB)和光酸扩散等。

与紫外光刻胶类似,我们通常也是通过以下四个参数来选择或者评价一款光刻胶在工艺中的应用:正负特性灵敏度分辨率对比度抗蚀刻性

正负特性:决定了在显影过程中将被移除的区域。对于正胶,曝光区域在显影液中被去除,而对于负胶来说,其结果与曝光的图形相反,在辐照处光刻胶不会溶解,从而被留下来(如下图1所示)。当然一款胶并不是非正即负的,比如典型的电子束正胶PMMA,当我们使用十倍以上的正常曝光剂量去曝光PMMA,其曝光区域的胶就会被碳化,从而在显影过程中被留下来,我们就可以当成负胶来使用,当然实际使用过程中很少利用这一特性;

图1 电子束光刻胶正/负胶与曝光区域的关系

灵敏度:是指达到选择性显影所需的最小剂量,其中剂量是每单位面积的电子数。与紫外光刻胶特性一致,灵敏度越高,其分辨率往往越差,对于一种光刻胶,我们通常可以通过显影液的选择获得不同的灵敏度。而显影液的选择则可以在分辨率和效率上综合考量;

分辨率:定义了可以获得的最小特征的大小或两个结构之间的最小距离。需要注意的是,一款光刻胶的分辨率与其光刻胶的厚度是相关的,光刻胶厚度越厚,其可获得的分辨率往往越低,但是过薄的光刻胶厚度对后续的剥离或者刻蚀工艺是不利的,因此我们在满足工艺分辨率的前提下需要综合考虑光刻胶厚度的选择;

对比度:描述了光刻胶显影的深度与剂量的依赖依赖程度,这也对分辨率有影响。对比度是根据灵敏度曲线的线性斜率来确定(如下公式所示)。

其中D是整个光刻胶层曝光或完全显影的剂量,D0是显影液上没有曝透所剩余厚度或没有显影透所需要的剂量。

抗刻蚀性:在化学(湿)和物理(干)蚀刻过程下的光刻胶保持完整的特性。当后续工艺为刻蚀应用的时候,我们需要重点关注抗刻蚀性,因为他决定了我们刻蚀特定深度的材料所需要的光刻胶厚度。当光刻胶的厚度大到无法获得分辨率时,我们有时候需要考虑跟换更高抗刻蚀性的光刻胶或者采用硬掩膜的方式来实现。

当然,评价光刻胶的参数在工艺中的可行性我们往往还需要结合其他一些参数。如,光刻胶与一些衬底的粘附性,与后续工艺的兼容性,光刻胶的宽容度以及光刻胶的寿命等。

从电子束光刻胶的组成来看,电子束光刻胶基本上可以分为无机光刻胶有机光刻胶两类。无机电子束光刻胶只受入射电子束高能电子的影响,而有机电阻则受次级电子即低能电子的化学修饰影响。
无机电子束光刻胶具有高分辨率的性能,但灵敏度较低,且难以与后续的制造工艺相结合,限制了其实际使用。有机电子束光刻胶无疑提供了更多的优点。

后续,我们将介绍常见的电子束光刻胶, 欢迎您在文章下方留言给我们!了解更多光刻及光刻胶知识库,欢迎关注Litho+wiki,获取更多信息……

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