HSQ-超高分辨率电子束负胶

极致分辨率是我们做电子束光刻时常常追求的目标之一,但是极限分辨率的获得不经依赖于高性能的电子束光刻系统,另一个非常重要的条件就是高分辨率的电子束光刻胶,本文将给大家介绍一款非常有名的电子束负胶 – HSQ( hydrogen silsequioxane, H-SiQ )。

概述

HSQ是由甲基异丁基酮(methylisobutylketone, MIBK)带性溶剂中的含氢硅酸盐类(hydrogen silsesquioxane ,HSQ)树脂所构成,我们通常简称为HSQ。
作为一种无机材料,HSQ具有良好的等离子体耐蚀性和对硅的选择性。它也有出色的分辨率。然而,HSQ需要高剂量,导致长写入时间,还可能出现一些不一致和异常行为。它相比正胶更容易显示出写场拼接误差。下面我们将分别介绍一下这款胶的特点:

图1 HSQ分子式

特点

优点

由于HSQ胶在电子束或者X射线辐照能量作用下形成非晶态SiO2,因此展现出一系列优异的性能:

  • 较高的分辨率(<10nm),有报道显示,在20nm胶厚下可获得6nm孤立结构
  • 较好的线条边缘粗糙度
  • 机械稳定性和抗刻蚀性高
  • 在扫描电镜下不易变形,有助于精细结构的观察测量

缺点

这款胶在高电压系统下曝光也会呈现一定的缺点:

  • 灵敏度低,需要较高的曝光剂量,曝光时间长,对设备稳定性要求提高,特别是高电压系统(100kV)
  • 密集结构的临近效应更加明显,图形侧壁陡直度下降
  • 由于曝光后形成非晶态的SiO2,不能使用有机溶剂去胶,需要BHF来实现去胶,对部分衬底材料有限制
  • 质保期短,这款胶的质保期只有6个月,往往客户拿到手的产品质保期更短,保存条苛刻(5℃)

其他特性

  • HSQ在电子束曝光过程中当电子束沉积能量达到一定量时可以使箱状单元中的Si-H和Si-O键断开,从而形成三维的网状结构,这种结构可显著江都HSQ在显影液中的溶解速率。
  • 前烘的过程中也促使HSQ由箱状结构向网状结构转化,从而使得灵敏度提高。当然对比度也会随之下降。
  • 高浓度TMAH显影液对箱状HSQ产生较大的显影速度,这意味着灵敏度的降低,对比度提高,易获得侧壁陡直的高深宽比结构。

HSQ产品

1. Dow HSQ产品

HSQ最早由DoW开发出来,其产品型号主要有两个系列:XR 1541-XX系列和Fox-XX系列,其中XR-1541-XX按照固含量可分为XR-1541-02、-04和-06三个子型号,厚度分为从10-180nm。主要应用于高分辨薄胶应用,而Fox -系列主要是厚胶产品,客户可根据具体需要选择合适产品 。

图2 40nm周期的10nm点阵结构

HSQ电子束光刻胶使用工艺流程

2. Allrsist HSQ(Mesuda 82)

由于HSQ胶具有优异的性能,但是其也存在着比较敏感的缺点如,保存困难,质保期短,灵敏度低等特点,Allresist在2019年中推出了一款新型的电子束负胶Medusa 82,这款胶相比于Dow HSQ具有相同的高分辨率和电子束曝光后转变为非晶态SiO2的能力,因而同样具有优异的抗刻蚀性能。为了提高这款光刻胶的保存特性,Allresist通过配方和工艺改进大大提升其寿命(的达1年)。

不仅如此,Allresist还通过工艺改善,增加了PAG,使该胶的灵敏度大大提升,进一步拓展了该胶的应用面。另外,这款胶还可以适用于X射线和EUV波段下的光刻应用。

图3 使用SX AR-N 8200.03/1获得11nm结构
图4 Medusa 82 应用于灰度光刻

3. AQ materials H-SiOx 产品

Applied Quantum Materials Inc. 也推出了自己的HSQ产品, 与Dow HSQ 一样,H-SiOx产品是溶解于MIBK溶剂中,并提供更易于长期保存的粉末产品。相信这将更适合于客户长期使用和保存。

图5 H-SiOx产品曝光结果

其他补充信息:

1.HSQ和EBL文章列表
2. HSQ材料特性文章列表
3. HSQ其他杂项文章列表
4. 15-100nm厚HSQ剂量确定材料
5. 不同厚度的HSQ剂量优化材料
6. HSQ 灵敏度及曝光原理文章

如果,您对上述HSQ胶的使用和应用感兴趣,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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