《炬丰科技-半导体工艺》MEMS制造中微结构的UV固化压印光刻
书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：MEMS制造中微结构的UV固化压印光刻
编号：JFKJ-21-403
作者：炬丰科技
摘要
压印光刻作为一种制造微机电系统的新方法越来越受欢迎。IL 的主要优点是其极低的设置成本、高复制精度和扩展的制造关键尺寸。与传统的光刻相比，IL具有能够制作高深宽比的复杂图案结构的优势。然而，热和负载误差会降低图案传输保真度。本文在IL工艺中采用UV固化方法，可以避免工具的热变形。此外，还开发了将模板压入抗蚀剂膜的六步加载过程。该工艺的性能包括：加载轨迹连续且精度非常高（10nm），压力释放控制（精度高达1 psi）可以减少和避免模板结构和舞台支架的变形。该工艺可以实现厚度为20nm的残留层，并避免弹性印章变形（20nm以下）同时。压力可达 300 psi 6 cm2 模型尺寸，但脱模过程中的摩擦力可以降低到 30 psi。实验结果表明，这是一种新颖且稳健的工艺，在微/纳米结构制造中具有高保真度。
介绍
由于微机电系统 (MEMS) 的最新进展，已经对制造工艺和工具（例如 UV、X 射线、离子、电子束光刻和相应工具）进行了许多研究。在过去的十年中，如何制造具有高深宽比的 MEMS 三维结构备受关注，因为该制造方法一直采用集成电路（IC）制造中流行的光学光刻技术。昂贵的制造设备成本和100nm临界尺寸（CD）以下的光学衍射限制一直限制了MEMS的普及发展（例如MEMS电路中一直包含亚100nm晶体管结构）。近年来已经探索了压印光刻 (IL) 技术，其低设置成本和扩展的制造 CD。
加载和失真误差控制
与光刻一样，IL具有相同的后续工艺，蚀刻。IL与光刻的不同之处在于，IL引起的残留抗蚀剂层必须先清除，残留抗蚀剂的厚度过大会给从抗蚀剂到晶圆的图形转移带来很大的麻烦。因此，使用适应性强的加载工艺来保持高保真图案复制和薄残留抗蚀剂层是非常必要的。图1是弹性印章和图案转移在不同加载条件下的AFM图像。模具结构的特征尺寸为宽 0.1μm 和高 0.1μm。如图1b所示，图案可以准确地转移到抗蚀剂膜中。由于加载力不足，抗蚀剂膜的厚度几乎没有减少。该结果将使得在随后的蚀刻过程中图案不可能从抗蚀剂转移到晶片。为了减小残余光刻胶厚度，当增加足够的加载力时，如图1c所示，残余光刻胶膜厚度可以减小到0.01μm，但宽度上的特征尺寸扩大到1μm，深度上的特征尺寸为减小到0.04。
复制具有粗长宽比的图案
结果
图 6 是原子力显微镜的图像。图6a~c的CD约为5微米，可用于光学器件、生物传感器和面板显示。由于对称结构，其制造工艺与IL技术非常匹配。但是，如果IL控制是盲目的，从模具转移的图案保真度会很低，如图6a和6b。很明显，压力（10 psi）没有满足光刻胶填充的要求，固化时间（20 ms）也不够。因而结构顶部不平整，侧壁存在塌陷。图6b中的结构，顶面凹陷。原因是固化时间过长（1.5s），所以在脱模过程中模具和抗蚀剂之间的摩擦很大，抗蚀剂结构的顶部边缘被拉起。通过对实验结果的分析和计算模拟，当压力加到35 psi，固化时间减少到50 ms时，复制图案非常好，如图6c所示。顶面和底面非常平坦，也避免了侧壁的塌陷。因此，使用上述图形复制参数，如图6d所示，可以制作出CD为250nm的微电极，并且电极的一致性好。
