电子束光刻胶增厚

我们在使用电子束光刻胶时,往往会发现大部分电子束光刻胶厚度都不是很大。这是因为,电子束光刻的优势是分辨率,而光刻胶的厚度会导致光刻分辨率降低。并不是电子束光刻胶没有厚胶,而是应用很少,因而比较少见,绝大多数实验室都不会常备这种厚度较大的电子束光刻胶,因为使用频次比较低,电子束胶保存时间太久会导致品质下降。那么问题来了,如果我们偶尔需要使用较厚的电子束光刻胶,用量不大,而手头上仅有较薄的较该怎么办呢?以下时小编总结的几种常见的思路仅供参考:

  1. 如果厚度需求与标称厚度差异不是很大,可以通过降低转速,旋涂厚度就会提高;
  2. 多次旋涂也可达到增加胶层厚度的目的,但是需要注意,最后获得的较厚并是不单次旋涂厚度的倍率,最终膜厚度一般要小一些,比如单次200nm@4000rpm,两次旋涂后,实际膜厚约为310nm左右,这是因为,第二次旋涂后,胶中大量的溶剂会侵蚀下一层胶膜,在离心力的作用下再次成膜,因而厚度会略低于单次厚度之和;
  3. 可通过向光刻胶溶液中持续通入氮气(比如6-8个小时)的方式,氮气的通入会带走溶剂,因而导致固含量增加,当然这个过程一定要注意,不要加热光刻胶至室温以上,避免污染的引入,这个方法适应于大部分的电子束正胶,比如PMMA和CSAR等,也适用于HSQ胶;
  4. 我们还可以通过延长涂胶时候低俗旋转的时间来实现增厚,比如通常我们旋涂时低速仅仅维持几秒钟便转入高速匀胶阶段,例,标称1.4um的胶,当我们将低速涂胶时间由几秒提高到十几秒甚至二十秒时,即使高速仍然维持4000rpm的转速,厚度将会达到2.2um,这是因为低速阶段大部分光刻胶还是在片子上,但是这个过程光刻胶溶剂在快速挥发,也会导致高速阶段胶的厚度变大;

上面我们介绍了一些光刻胶增厚的一些思路和方法,但是我们需要注意以下几点:

  1. 由于散射角的存在,胶厚度越大,分辨率越差;
  2. 较厚的较,在电子束光刻中往往需要兼顾小尺寸,那么高深宽比在显影时容易导致结构倒伏,或者相邻结构粘连;
  3. 对于HSQ胶,1um已经是胶厚的极限了,因为HSQ胶具有极大的收缩率,从而导致裂纹,如果厚度超过1um,裂纹将会是灾难性的,甚至极高的内应力导致样品碎裂。另外,曝光也会导致6%的收缩,这意味着曝光后开裂更为严重,因而需要注意;
  4. 对于PMMA胶,厚胶的液态表面张力,胶膜的内应力也往往会导致胶结构坍塌,裂纹等缺陷,为了避免这种应力,可以使用IPA-水(3:1或10:1)来显影,可选择在较低的温度下显影;
  5. CSAR胶也会在胶厚超过1.5um后导致结构尖角处出现裂纹,使用增附剂有可能能改善这种裂纹。

最后,我们在采购胶光刻胶时需要根据需求来采购,尽可能不要去买厚胶,之后需要人为稀释的方式来实现自己的大部分应用场景,因为光刻胶的价格是跟厚度有关系的,通常胶厚越厚,固含量越高,单价也会越高,厚胶的稀释也有导致光刻胶的污染的风险。

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