書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：MEMS制造中微結(jié)構(gòu)的UV固化壓印光刻

編號(hào)：JFKJ-21-403

作者：炬豐科技

摘要

? ?壓印光刻作為一種制造微機(jī)電系統(tǒng)的新方法越來(lái)越受歡迎。IL 的主要優(yōu)點(diǎn)是其極低的設(shè)置成本、高復(fù)制精度和擴(kuò)展的制造關(guān)鍵尺寸。與傳統(tǒng)的光刻相比，IL具有能夠制作高深寬比的復(fù)雜圖案結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。然而，熱和負(fù)載誤差會(huì)降低圖案?jìng)鬏敱Ｕ娑?。本文在IL工藝中采用UV固化方法，可以避免工具的熱變形。此外，還開發(fā)了將模板壓入抗蝕劑膜的六步加載過(guò)程。該工藝的性能包括：加載軌跡連續(xù)且精度非常高（10nm），壓力釋放控制（精度高達(dá)1 psi）可以減少和避免模板結(jié)構(gòu)和舞臺(tái)支架的變形。該工藝可以實(shí)現(xiàn)厚度為20nm的殘留層，并避免彈性印章變形（20nm以下）同時(shí)。壓力可達(dá) 300 psi 6 cm2 模型尺寸，但脫模過(guò)程中的摩擦力可以降低到 30 psi。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這是一種新穎且穩(wěn)健的工藝，在微/納米結(jié)構(gòu)制造中具有高保真度。

介紹

? 由于微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 的最新進(jìn)展，已經(jīng)對(duì)制造工藝和工具（例如 UV、X 射線、離子、電子束光刻和相應(yīng)工具）進(jìn)行了許多研究。在過(guò)去的十年中，如何制造具有高深寬比的 MEMS 三維結(jié)構(gòu)備受關(guān)注，因?yàn)樵撝圃旆椒ㄒ恢辈捎眉呻娐罚↖C）制造中流行的光學(xué)光刻技術(shù)。昂貴的制造設(shè)備成本和100nm臨界尺寸（CD）以下的光學(xué)衍射限制一直限制了MEMS的普及發(fā)展（例如MEMS電路中一直包含亞100nm晶體管結(jié)構(gòu)）。近年來(lái)已經(jīng)探索了壓印光刻 (IL) 技術(shù)，其低設(shè)置成本和擴(kuò)展的制造 CD。

加載和失真誤差控制

? 與光刻一樣，IL具有相同的后續(xù)工藝，蝕刻。IL與光刻的不同之處在于，IL引起的殘留抗蝕劑層必須先清除，殘留抗蝕劑的厚度過(guò)大會(huì)給從抗蝕劑到晶圓的圖形轉(zhuǎn)移帶來(lái)很大的麻煩。因此，使用適應(yīng)性強(qiáng)的加載工藝來(lái)保持高保真圖案復(fù)制和薄殘留抗蝕劑層是非常必要的。圖1是彈性印章和圖案轉(zhuǎn)移在不同加載條件下的AFM圖像。模具結(jié)構(gòu)的特征尺寸為寬 0.1μm 和高 0.1μm。如圖1b所示，圖案可以準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到抗蝕劑膜中。由于加載力不足，抗蝕劑膜的厚度幾乎沒(méi)有減少。該結(jié)果將使得在隨后的蝕刻過(guò)程中圖案不可能從抗蝕劑轉(zhuǎn)移到晶片。為了減小殘余光刻膠厚度，當(dāng)增加足夠的加載力時(shí)，如圖1c所示，殘余光刻膠膜厚度可以減小到0.01μm，但寬度上的特征尺寸擴(kuò)大到1μm，深度上的特征尺寸為減小到0.04。

復(fù)制具有粗長(zhǎng)寬比的圖案

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?結(jié)果

? 圖 6 是原子力顯微鏡的圖像。圖6a~c的CD約為5微米，可用于光學(xué)器件、生物傳感器和面板顯示。由于對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其制造工藝與IL技術(shù)非常匹配。但是，如果IL控制是盲目的，從模具轉(zhuǎn)移的圖案保真度會(huì)很低，如圖6a和6b。很明顯，壓力（10 psi）沒(méi)有滿足光刻膠填充的要求，固化時(shí)間（20 ms）也不夠。因而結(jié)構(gòu)頂部不平整，側(cè)壁存在塌陷。圖6b中的結(jié)構(gòu)，頂面凹陷。原因是固化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（1.5s），所以在脫模過(guò)程中模具和抗蝕劑之間的摩擦很大，抗蝕劑結(jié)構(gòu)的頂部邊緣被拉起。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和計(jì)算模擬，當(dāng)壓力加到35 psi，固化時(shí)間減少到50 ms時(shí)，復(fù)制圖案非常好，如圖6c所示。頂面和底面非常平坦，也避免了側(cè)壁的塌陷。因此，使用上述圖形復(fù)制參數(shù)，如圖6d所示，可以制作出CD為250nm的微電極，并且電極的一致性好。