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? ? ? 最近的電子器件大多是由微細(xì)的電路元件構(gòu)成的，為了制造這些元件，微細(xì)加工已成為必須的技術(shù)。以前，為了這個(gè)目的使用了蝕刻技術(shù)（光刻法）。但是，半導(dǎo)體集成電路(IC)的集成度以年率約2倍的比例提高，據(jù)說(shuō)使用光的加工早晚會(huì)達(dá)到極限。為了打破這一問(wèn)題，正在研究使用更短波長(zhǎng)的紫外線、電子射線、軟X射線、離子射線等新射線源的方法。另一方面，適用于這些新輻射源的抗蝕劑材料的研究也在勢(shì)力范圍內(nèi)進(jìn)行。在此，以光刻膠為中心，對(duì)各光刻膠的現(xiàn)狀、今后的課題進(jìn)行概述。
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光刻法
? ? ? 圖1 示出了使用光刻的微加工的概略工序。首先在基板表面形成要蝕刻的物質(zhì)（例如鋁）的薄膜，在其上通過(guò)旋涂法等涂覆抗蝕劑。光刻膠是通過(guò)光照射，其溶解性發(fā)生變化的被膜材料，在蝕刻時(shí)具有保護(hù)基板的作用。通過(guò)具有所需圖案的光掩膜（類似于照相干板），用光照射涂有光刻膠的基板，使其發(fā)生化學(xué)變化后，將其浸入適當(dāng)?shù)娜軇@影液）中，僅照射部分或未照射部分有選擇性地溶出，形成光刻膠的圖案，因此，溶解性增大，該部分溶出的稱為正型抗蝕劑，相反，通過(guò)照射使其不溶解，僅未照射部分溶出的稱為負(fù)型抗蝕劑。 接著，使用適當(dāng)?shù)奈g刻劑對(duì)該基板進(jìn)行蝕刻后，被抗蝕劑圖案覆蓋的部分未被蝕刻而殘留。 最后，剝離作用結(jié)束的光刻膠后，可以得到所需的蝕刻圖案。
? ? ? 當(dāng)然，光刻光源必須產(chǎn)生波長(zhǎng)足以使光刻膠光解或光交聯(lián)的光。實(shí)際上使用的是水銀燈，在其發(fā)射光譜中，主要使用g線（435 nm）、h線（405nm）、i線（365nm）。 但是，縮小投影曝光方式使用單色光是標(biāo)準(zhǔn)的。使用該光源對(duì)涂有光刻膠的基板進(jìn)行曝光時(shí)，使用了以下4種方法： ①接觸曝光法②代理米特曝光法③等倍反射投影曝光法④縮小投影曝光法。在接觸曝光法中，顧名思義就是將基板與掩膜緊密接觸后進(jìn)行曝光。這種方法從很久以前就開(kāi)始使用，雖然可以得到較高的分辨率，但是由于掩膜與基板接觸，其缺點(diǎn)是抗蝕劑膜容易被劃傷，掩膜容易被弄臟。
? ? ? 代理曝光是為了消除上述缺點(diǎn)，將基板和掩模分開(kāi)數(shù)十微米進(jìn)行曝光的方法。這樣，雖然可以減輕上述缺點(diǎn)，但卻無(wú)法避免分辨率的降低?，F(xiàn)在大部分的曝光裝置（掩模對(duì)準(zhǔn)器）都可以通過(guò)簡(jiǎn)單的操作進(jìn)行選擇，一般是根據(jù)目的分別使用。在等倍反射投影曝光法中，使用由反射鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，將掩膜的圖案在沒(méi)有色差的情況下，以1:1的比例投影到基板上進(jìn)行曝光。在這種情況下，掩模與基板充分分離，完全不用擔(dān)心抗蝕劑膜的損傷和掩模的污染。在縮小投影曝光法中，使用具有實(shí)際芯片n倍（n一般為5、10）圖案的掩模（分劃板），使用透鏡投影縮小像進(jìn)行曝光。
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深度UV光刻
? ? ? 在光刻中，最小分辨率線寬在接近式曝光中與波長(zhǎng)的1/2次方成比例，在投影曝光中與1次方成比例，因此短波長(zhǎng)化當(dāng)然能夠有效提高分辨率，但該方法的另一個(gè)特長(zhǎng)是不使用增感劑就能夠分解乃至交聯(lián)許多有機(jī)聚合物 可以認(rèn)為，PMMA的高分辨率對(duì)上述分辨率、0.2μm、有很大的貢獻(xiàn)。以上的丙烯酸類光刻膠都具有高分辨率，但它們的通病是靈敏度低以及耐干蝕刻性不充分。
? ? ? 在通常的微細(xì)加工中，通過(guò)在抗蝕劑圖案形成后蝕刻曝光部分來(lái)形成所需的圖案（圖1）。 與此相對(duì)，作為另一種圖案形成法，剝離法廣為人知。在該方法中，如圖4所示，在基板上形成光刻膠圖案后，在其上用真空蒸鍍法等形成皮膜，然后用良溶劑進(jìn)行光刻膠溶解除去。
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圖4 使用LMR阻力的提升過(guò)程
? ? ? 此時(shí)，沉積在光刻膠上的膜也與光刻膠一起被一一除去，只殘留沉積在谷間的膜，形成圖案。 該方法對(duì)于難以蝕刻的金屬、化合物的圖案形成特別有效。 如圖4所示，為了確實(shí)進(jìn)行剝離，光刻膠的斷面為倒梯形（或蘑菇狀）是必要條件。因此，雖然提出了多層抗蝕劑法、氯苯處理法）等方法，但工藝復(fù)雜、再現(xiàn)性不充分等，不能滿足。
? ? ? 我們通過(guò)簡(jiǎn)單的顯影工序，開(kāi)發(fā)出了具有蘑菇狀斷面的圖案再現(xiàn)性良好，靈敏度高（PMMA的100倍以上）且分辨率為0.3μm（接觸法）的專用Deep UV負(fù)型光刻膠“LMR”。 LMR的主要成分是萘醌二甲酸酯的磺酸酯(IX)，是分子量為1000左右的低聚物。 利用該抗蝕劑形成鋁圖案的例子如圖4所示。
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電子束(EB)光刻
? ? ? 如圖5所示，由于入射EB在向前散射的同時(shí)通過(guò)抗蝕劑層，因此在這里產(chǎn)生了一定程度的強(qiáng)度分布。電子進(jìn)一步進(jìn)入基板，到達(dá)一定深度后，被反向散射。關(guān)于反向散射的硅基團(tuán)關(guān)于板上的PMMA抗蝕劑膜的體系，報(bào)告了利用蒙特卡羅法的模擬結(jié)果，其擴(kuò)散遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前方散射的擴(kuò)散。例如，在涂有厚度為1μm的PMMA光刻膠的硅基板上照射20keV的EB時(shí)，光刻膠/基板界面上的背散射引起的電子擴(kuò)散達(dá)到2μm左右。從該結(jié)果可以很容易地想象，反向散射是導(dǎo)致分辨率降低的重要原因。例如，用20keV的EB描繪2μm間隔的圖形時(shí)，如圖5所示，在目標(biāo)圖形的描繪中，相鄰的圖形也會(huì)在一定程度上被曝光。這就是所謂的鄰近效應(yīng)，是EB光刻分辨率降低以及描繪尺寸變動(dòng)的主要原因之一 特別是在通過(guò)EB照射進(jìn)行交聯(lián)的負(fù)型光刻膠的情況下，影響較大。為了打破這一局面，有人提出了一種以更高的高壓（~50kV）加速，通過(guò)加深電子進(jìn)入來(lái)降低鄰近效應(yīng)的方法。
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圖5 EB光刻技術(shù)中的后向散射和接近效應(yīng)
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EB抗蝕劑
? ? ? 有機(jī)聚合物對(duì)于電離放射線可以分為分解型和交聯(lián)型，與光刻膠的情況相同，分解型可以是正型光刻膠，交聯(lián)型可以是負(fù)型光刻膠。 在EB光刻中，由于使用的是能量比分子的結(jié)合能量大得多的EB，因此可以成為光刻膠（通過(guò)EB照射發(fā)生化學(xué)變化）的物質(zhì)很多。但是，實(shí)際上具備抗蝕劑條件的極少。在EB光刻膠的情況下，與光刻膠一樣，下述性質(zhì)基本是重要的。
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X射線光刻
? ? ? 由于X射線的波長(zhǎng)較短（0.5～5nm），衍射的影響較小，且與EB相比，透射能力相差懸殊，因此，以X射線為輻射源的光刻有望獲得高分辨率。 研究了使用軟X射線的光刻，證實(shí)了在大長(zhǎng)寬比下可以轉(zhuǎn)錄細(xì)微的圖案。之后，對(duì)線、源、掩模、曝光裝置等進(jìn)行了勢(shì)力性的研究。將X射線應(yīng)用于光刻時(shí)，目前僅限于使用掩膜的轉(zhuǎn)錄。
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聚焦離子束光刻
? ? ? 在EB光刻中成為大問(wèn)題的反向散射可以通過(guò)使用離子束作為輻射源來(lái)減輕。此外，通過(guò)離子照射產(chǎn)生的二次電子的平均能量低于EB照射的情況，并且由于可以消除鄰近效應(yīng)，因此提高了分辨率。另外，由于抗蝕劑對(duì)離子束的阻止能力大，表觀靈敏度提高。該方法的另一個(gè)特點(diǎn)是可以進(jìn)行直接蝕刻、離子注入、離子束輔助蝕刻等。以離子源為首，還需要大量的研究和開(kāi)發(fā)，但將來(lái)有可能實(shí)現(xiàn)完全不使用抗蝕劑的器件制造技術(shù)，這是一項(xiàng)夢(mèng)想很多的技術(shù)。
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總結(jié)
? ? ? 以上，以抗蝕劑材料為中心，敘述了光刻技術(shù)的概要。該技術(shù)是電子工業(yè)中的中樞技術(shù)，其要求越來(lái)越高。光刻是高度的復(fù)合技術(shù)，只要缺少一個(gè)構(gòu)成要素，就無(wú)法發(fā)揮作用。例如，無(wú)論曝光裝置如何進(jìn)步，如果沒(méi)有與之相適應(yīng)的光刻膠，就不可能實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。因此，今后共同使曝光系統(tǒng)、光刻膠及工藝技術(shù)以協(xié)調(diào)的形式進(jìn)步是極其重要的。
? ? ? 最近，將光刻工藝干化的研究取得了進(jìn)展。關(guān)于這一點(diǎn)，本文有很好的解說(shuō)，在此不作敘述。光刻膠僅限于有機(jī)物。