[发明专利]在厚负性高分辨率电子束抗蚀剂HSQ上制作密集图形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米加工技术领域，尤其涉及一种在厚负性高分辨率电子 束抗蚀剂HSQ上制作密集图形的方法。

背景技术

电子束曝光技术(包括电子束直写曝光与投影式曝光)是现代微纳加 工的重要手段，也是下一代光刻技术的有力候选者。抗蚀剂在电子束光刻 技术中充当重要的角色，对图形转移的成败以及质量都起到决定性作用。

常用的电子束光刻抗蚀剂有PMMA、ZEP520、SAL601等。虽然前两 者都具有较高的分辨率，但PMMA的抗等离子体刻蚀的掩蔽性能差； ZEP520在显影或经等离子体刻蚀等工艺处理后极难去除；而SAL601是 化学放大胶，工艺性能不稳定，分辨率也较低。

HSQ(Hydrogen silsesquioxane)是由Dow Corning公司开发的一种基 于氧化硅的无机类化合物，产品代号为Flowable oxide。对HSQ的最初研 究是将其作为低介电常数介电层材料应用于亚0.5微米超大规模集成电 路，而近几年对其研究的热点主要是作为电子束光刻、极紫外光刻中的抗 蚀剂材料以及纳米压印中模具的制作等微细加工方面应用。

作为抗蚀剂材料，HSQ具有许多优良的性能，例如较高的分辨率、较 小的边缘粗糙度。此外，HSQ经电子束或X射线曝光后将形成非晶态的 氧化硅，机械稳定性及抗刻蚀性能良好，且在扫描电镜下不像其他抗蚀剂 那样容易变形从而利于精细结构的测量。

HSQ作为电子束光刻抗蚀剂最大的限制就是其较低的灵敏度，如果入 射电子能量为100kev，对小于50nm的线宽所需要的剂量在6000至 8000uC/cm²之间，这样大的剂量需要电子束曝光设备长时间的工作，不仅 效率低，而且设备稳定性难以保证。

此外，邻近效应是电子束曝光中难以避免的，特别对于在较大厚度、 低灵敏度的负性抗蚀剂层(如HSQ)中直写纳米级密集图形而言，背散射 电子产生的邻近效应尤其严重，从衬底返回的背散射电子会在密集图形之 间的非图形区域引起曝光，致使图形侧壁陡直度下降、图形区域底部结构 发生粘连，从而也必然会阻碍后续剥离、电镀、刻蚀等工艺的进行。

国际上关于HSQ作为电子束光刻抗蚀剂所能达到的分辨率记录的刷 新报道无一都是在抗蚀剂层厚度极小的情况下获得的，例如在20nm厚的 HSQ层上的制作出线宽为6nm的孤立线及孤立点；10nm厚HSQ层上的 线宽与间距比为1∶2的密集线条(线宽7nm)。但一般而言，做完电子 束光刻的后续图形转移工艺，如刻蚀、剥离或电镀等，往往需要几百纳米 的抗蚀剂层厚度，所以像上述的薄抗蚀剂层是没有实用意义的。

此外，在实际操作中发现，如果前烘等工艺条件处理不好，在后续的 高温显影过程中，HSQ的光刻图形极易发生漂移及倒塌，这也是HSQ厚 胶工艺中急需解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，针对实际工艺应用中对具有一定厚度(400至500nm)抗 蚀剂图形层的需求，本发明的主要目的在于提供一种在厚负性高分辨率电 子束抗蚀剂HSQ上制作密集图形的方法，以抑制电子束曝光中背散射电 子造成的邻近效应在制作密集图形结构时的严重影响，并且避免由于抗蚀 剂层应力、缺陷，以及显影气泡等因素造成的光刻图形漂移或倒塌的现象， 使得利用负性高分辨率电子束抗蚀剂HSQ制作密集图形的厚胶工艺实用 化。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种在厚负性高分辨率电子束抗蚀剂HSQ上制作密集图形的方法， 该方法包括：

A、对衬底进行表面清洁及热处理；

B、在衬底上涂敷厚度为400至500纳米的负性高分辨率电子束抗蚀 剂HSQ厚胶层；

C、对涂敷了HSQ厚胶层的衬底进行前烘；

D、对HSQ厚胶层进行密集图形的电子束直写曝光；

E、显影的准备工作及实施显影；

F、定影及干燥；

G、进行后续的图形转移工艺；

其中，步骤C中所述前烘采用烘箱或热板进行，在采用烘箱或热板进 行烘烤时进一步采用梯度前烘方法，温度升高及降低过程中该衬底均保持 在烘箱内或热板上；