下一代光刻技术——压印光刻

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第43卷第3期机械工程学报vo1．43No．32007年3月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGMar．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一一光刻技术，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6nnl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

2、，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100am级特征尺寸图形的复制。最后，以SIL．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0前言束投影、无掩模、电子束投影和电子

3、束直写等已被提出和研究[3-6]。这些技术的共同特点是：寻求波l958年美国德克萨斯仪器公司发明了集成电长更短的光源；依旧采用光学光刻机理；阻挠光刻路(Integratedcircuit，IC)之后，随着20世纪60年代分辨率的半波长效应仍然存在；使用这些光源不仅双极型和MOS型集成电路的发明，标志着由电子本身还具有相当大的技术难度和基础理论问题，在管和晶体管制造电子整机的时代发生了质和量的飞光学透镜系统的研制上、掩模制造工艺、光刻工艺跃，并且创造了一个前所未有的具有极强渗透力和及资金投入等方面都在难度和数量上呈指数上升。旺盛生命力的新兴产业——IC产业。以全球电

4、子产这些因素对我国IC业赶超西方先进水平是非品和半导体产业的强劲发展趋势及在全球经济中的常不利的，不符合我国现有国情。只有采用较低资主要地位，IC产业已经成为现代国民经济乃至地区金投入，绕开光刻中光学难题的全新光刻工艺思路，安全和全球经济的晴雨表，是整个社会总体产业增才会给我国IC业的大发展带来机会，尽快掌握IC长的动力和活力源泉【JJ。制造核心技术，赶超西方先进水平已经成为国家政IC制造具有复杂的工艺链：晶圆制备、电路制治、经济、军事等发展的关键因素。下一代光刻技造、封装等，其中电路制造过程最为复杂，包括气术——压印光~lJ(Imprintlithography

5、,IL)就符合以上相沉积、光刻、刻蚀、离子注入、扩散和引线等。要求。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1压印技术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；为追求更小特征尺寸，避免光学光刻瓶颈，压光源从436nm、365nm、248nm到193nm；数值印工艺最先被美国明尼苏达大学提出I，-，属于下一孔径从0-35、0．45、0．55、0．60到0．70。当特征尺寸代光刻技术，是一种低成本、高效率的IC光刻技术。小于l00nm时，现有的工艺和光源都必须再次更目前，

6、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PaulScherrer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德国的Aachen大学、中国的西安交通大学等都在致和应用，但也仅仅是对光刻分辨率的有限提高。为力于压印的研究。研究结果表明压印的最小特征尺了更进一步提高光刻分辨率，延长光学光刻寿命，寸可以达到10nlll，如图l所示【，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·国家重点基础研究发展计划f2003CB716203、2006

7、AA04Z322、2006AA05Z411)、国家自然科学基金(50505037)和中国博士后基金层加热压印、常温压印、硬模压印、软模压印、牺f2005037242)资助项目。20060407收到初稿，20061118收到修改稿维普资讯http://www.cqvip.com机械1．程学报第43卷第3期牲层匪印、微观结构层叠压印、基体快速熔化压印成为实现压印技术的前提条件同时，对S

8、L设备等【10-131．其中基体快速熔化压印为最新的压印技术，的研制也是为我国在Ic制造中能掌握核心技术实如图2所示，其基本原理是通过超快激光．如准分现跨越式发展的关键子激光透过石英模

9、板将硅表面