下一代光刻技术压印光刻..docx

第４３卷第３期机械工程学报Ｖ０１．４３Ｎｏ．３２００７年３月ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ０ＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＭ虢２００７下一代光刻技术——压印光刻丁玉成刘红忠卢秉恒李涤尘（西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安７１００４９）摘要：通过分析集成电路制造工艺中的核心环节——光刻技术，采用机械微复形原理的压印光刻技术可避免传统光学光刻的光学衍射限制，能够对最小到６ ｎｍ特征尺寸的图形进行复制。通过研究压印光刻原理，详细分析对比热压印及常温压印的工艺特点、复形面积、模具结构和阻蚀胶固化过程等，揭示出常温压印更适用于多层套刻的图形制作。针对基于紫外光固化的常温压印光刻工艺在压印过程中的关键技术：阻蚀胶成膜控制、对准、套刻、精确加载、留膜厚度控制、阻蚀胶固化控制等进行深入研究，提出释放保形软压印工艺，能够实现基于常温软模具压印的大面积亚１００姗级特征尺寸图形的复制。最后，以Ｓ几．Ｉ型分步式常温紫外光固化压印光刻机的研究为例，对其结构特性做出深入分析，估算出系统的精度等级；通过试验，对系统的压印复形精度做出评估。关键词：集成电路下一代光刻技术压印光刻中图分类号：ＴＰ２４２一系列下一代的光学光刻技术，包括ｘ射线、离子Ｏ前言１９５８年美国德克萨斯仪器公司发明了集成电路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｈｕｉｔ，ＩＣ）之后，随着２０世纪６０年代双极型和ＭＯＳ型集成电路的发明，标志着由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了质和量的飞跃，并且创造了一个前所未有的具有极强渗透力和旺盛生命力的新兴产业——ＩＣ产业。以全球电子产品和半导体产业的强劲发展趋势及在全球经济中的主要地位，ＩＣ产业已经成为现代国民经济乃至地区安全和全球经济的晴雨表，是整个社会总体产业增长的动力和活力源泉¨Ｊ。ＩＣ制造具有复杂的工艺链：晶圆制备、电路制造、封装等，其中电路制造过程最为复杂，包括气相沉积、光刻、刻蚀、离子注入、扩散和引线等。决定Ｉｃ特征尺寸大小的关键和瓶颈技术就是其中的光刻环节。ＩＣ特征尺寸的变化与光刻技术的发展关系遵从着著名的摩尔定理。随着ＩＣ特征尺寸的减小，采用的曝光方式从接触式、接近式到投影式；束投影、无掩模、电子束投影和电子柬直写等已被提出和研究【Ｍ】。这些技术的共同特点是：寻求波长更短的光源；依旧采用光学光刻机理；阻挠光刻分辨率的半波长效应仍然存在；使用这些光源不仅本身还具有相当大的技术难度和基础理论问题，在光学透镜系统的研制上、掩模制造工艺、光刻工艺及资金投入等方面都在难度和数量上呈指数上升。这些因素对我国ＩＣ业赶超西方先进水平是非常不利的，不符合我国现有国情。只有采用较低资金投入，绕开光刻中光学难题的全新光刻工艺思路，才会给我国ＩＣ业的大发展带来机会，尽快掌握ＩＣ制造核心技术，赶超西方先进水平已经成为国家政治、经济、军事等发展的关键因素。下一代光刻技术——压印光刻（Ｉｍｐｒｍ ｌｉｔｈｏｇｒ印ｈｙ，ＩＬ）就符合以上要求。１压印技术为追求更小特征尺寸，避免光学光刻瓶颈，压光源从４３６ｎｍ、３６５衄、２４８ｎｍ到１９３ ｎｍ：数值印工艺最先被美国明尼苏达大学提出【７】，属于下一孔径从０．３５、０．４５、Ｏ．５５、Ｏ．６０到０．７０。当特征尺寸小于１００衄时，现有的工艺和光源都必须再次更代光刻技术，是一种低成本、高效率的ＩＣ光刻技术。目前，美国普林斯顿大学、德克萨斯大学、林肯实新，如离轴照明技术、相移掩模技术、浸没透镜技验室、摩托罗拉公司及瑞士的ＰａｕｌＳｃｈｅ嗍研究所、术【２】等作为目前提高光刻分辨率的新技术正被研究和应用，但也仅仅是对光刻分辨率的有限提高。为了更进一步提高光刻分辨率，延长光学光刻寿命，?国家重点基础研究发展计划（２００３ｃＢ７１６２０３、２００６从０４２３２２、２００６从０５２４１１）、国家自然科学基金和中国博士后基金（２００５０３７２４２）资助项目到初稿到修改稿　万方数据德国的Ａａｃｈｅｎ大学、中国的西安交通大学等都在致．力于压印的研究。研究结果表明压印的最小特征尺寸可以达到１０衄，如图１所示【８驯，远远高于光学光刻。根据具体工艺条件的不同，压印也属于一个光刻技术门类。现有的压印技术路线有：抗蚀剂涂层加热压印、常温压印、硬模压印、软模压印、牺２机械工程学报第４３卷第３期牲层压印、微观结构层叠压印、基体快速熔化压印等［１０。１３】，其中基体快速熔化压印为必威体育精装版的压印技术，如图２所示，其基本原理是通过超快激光，如准分子激光，透过石英模板将硅表面熔化，再施加一定的压力后将模板上的图形结构快速转印到硅基底上，成形时间可缩短到２２０ ｎｓ左右。这种工艺在实现上还存在较大的困难，此路线做为压印光刻技术的下一代技术路线，还不属于下一代光刻技术路线的主流技术。成为实现压