面向极紫外：光刻胶的发展回顾与展望

半导体行业中的大规模集成电路均采用光刻技术进行加工,光刻的线宽极限和精度直接决定了集成电路的集成度、可靠性和成本。光刻技术是指利用光刻胶在紫外光或电子束下发生溶解性变化,将设计在掩膜版上的图形转移到曝光衬底上的微加工技术。随着半导体加工的光源不断进步,从g线、i线到KrF(248 nm)再到ArF(193 nm),与之匹配的光刻胶也在不断变化,以满足灵敏度、透光性以及抗刻蚀等需求。如今,极紫外(EUV)光刻已经成为公认的下一代光刻技术,然而与之对应的光刻胶还面临着不少挑战。本文简要回顾了光刻光源的发展以及对应光刻胶的变化历史,而后从极紫外光刻的原理与设备性能指标角度,结合高能光子辐射条件下的反应机理,分析了极紫外光刻胶研究中面临的灵敏度、分辨率和抗刻蚀性等方面前所未有的挑战,同时提出了对极紫外光刻胶关键性能指标与未来研究方向的展望。     

软刻蚀及其应用

软刻蚀是一类基于自组装和复制模塑等原理的非光刻微米和纳米加工方法。它为形成和制作微米、纳米图案提供了简便、有效、价廉的途径。在软刻蚀中，用一个表面带图案的弹性模板来实现图案的转移，其加工的分辨率可达30nm－100μm。软刻蚀是微接触印刷、复制模塑、转移微模塑、毛细微模塑、溶剂辅助微模塑等的总称。本文将简介软刻蚀的原理、方法以及它们在微米和纳米加工、微电子学、材料科学、光学、微电子机械系统、表面化学等方面的应用。     

约束刻蚀剂层技术对金属铝的微结构加工研究

采用约束刻蚀剂层技术, 以亚硝酸钠为先驱物, 通过电化学氧化产生刻蚀剂(硝酸)刻蚀铝, 并以NaOH为捕捉剂, 在电极模板上形成约束刻蚀剂层. 在金属铝表面加工出梯型槽微结构, 加工分辨率约为500 nm. 通过测量表面氢离子浓度, 对捕捉剂的约束效果进行了分析.     

玻璃微-纳流控芯片的制备及在蛋白质电动富集中的应用

发展了一种以"二次刻蚀"技术制备玻璃微-纳流控芯片的新方法. 首先, 采用紫外光刻和化学湿法刻蚀技术在玻璃基片上加工微米深度的微通道; 去除剩余的光胶后, 在刻有微通道的基片上旋涂一层新的光胶; 再通过二次紫外光刻和湿法刻蚀在该基片上加工深度小于100 nm的纳通道; 最后, 采用室温键合技术, 将带有微纳结构的基片与盖片封合制成玻璃微-纳流控复合芯片. 利用本方法可以在普通化学实验室以简易的设备制得具有微-纳米复合结构的玻璃芯片. 将此玻璃微-纳流控复合芯片成功地应用于以电动离子捕集技术富集荧光素钠异硫氰酸酯(FITC)标记的人血清蛋白(HSA). 结果表明, 对于0.5 mg/mL的FITC-HSA, 30 s内富集倍率可达到200倍以上.     

金属的电化学微区刻蚀方法

本文概述了现行的金属微区刻蚀方法并详细地介绍几种电化学刻蚀方法 ,比较了掩膜法、扫描电化学显微镜法、约束刻蚀剂层法、电化学扫描隧道显微镜法和超短电位脉冲法各自的特点 .从加工精度 (能否进行微米和纳米级加工 )、加工效率 (工序复杂程度 ,能否批量制造或复制 )、可用范围 (主要是能否加工复杂三维立体结构 )等各项因素进行了综合分析 ,结果表明 ,各种加工方法各有其优缺点 ,从总的效果来看 ,约束刻蚀剂层技术在微加工方面具有较大优势     

电化学微/纳米加工技术

介绍电化学微／纳米加工技术，特别是厦门大学电化学微／纳米加工课题组建立起来的约束刻蚀剂层技术，旨在让广大师生了解这一特种加工技术，共同促进我国电化学微／纳米加工技术的研究及产业化进程。     

镍表面三维微图形的复制加工

运用约束刻蚀剂层技术(CELT)在金属镍(Ni)表面实现三维微图形加工,以规整的三维齿状微结构作模板,获得可有效CELT加工的化学刻蚀和捕捉体系,在Ni表面得到了与齿状结构互补的三维微结构并应用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征刻蚀图案,证实CELT可用于金属表面Ni的三维微图形刻蚀加工．     

《光刻胶材料》专辑序言——光刻胶材料助力“中国芯”

<正>光刻是指通过紫外光曝光将掩膜图形转移到基底表面光刻胶上的工艺,是微纳加工制造中最关键的技术之一。1952年,光刻被首次用于集成电路的制造,自此信息技术得到了飞速发展。光刻工艺是芯片制造中难度最大、耗时最久的工艺,成本约占整个芯片生产成本的1/3。在整个光刻工艺中,光刻机是核心要素,光刻胶则是实现精细图形加工制备集成电路的关键材料。光刻工艺的发展主要依靠光源波长的不断缩小,从g线(436 nm)、i线(365 nm)、KrF (248 nm)、ArF (193 nm)再到如今的极紫外(EUV,13.5 nm),集成电路的制程工艺在不断进步,光刻胶也随之不断更新换代。     

PDMS微流体系统的加工制作

目前,微流体装置越来越多地应用到分析系统、生物医学、化学等基础研究领域。传统的微流体系统制作方法是对玻璃和硅片进行刻蚀。用软刻法制作PDMS(Poly(dimethylsiloxane)：聚二甲基硅氧烷)微流体装置比传统的制作方法更快速,成本更低廉,并且对于通道的密封也不需要玻璃或硅芯片键合密封等复杂工艺。这类软刻法的核心技术是快速原样制作法和复制压模技术。相对于微电子加工工艺,软刻法制作过程不需要超静环境,化学家和生物学家可在普通的实验室实现加工制作。本文介绍了PDMS微装置在分离和生物材料模式化等方面的应用。     

基于约束刻蚀原理的电化学微纳加工研究进展

与机械加工相比,电化学加工技术具有无刀具磨损、无热效应、无机械损伤、加工效率高等优点,而且适用于柔性、脆性及超硬材料,具备传统方法难以实现的复杂结构加工能力,因而在航空航天、汽车、微电子等领域有着重要应用,日益成为一种重要的工业制造技术.随着超大规模集成电路(ULSI)、微机电系统(MEMS)、微全分析系统(μ-TAS)、现代精密光学系统等高技术产业的迅速发展,功能性结构/器件的微型化和集成化的要求越来越高.由于传统电化学只适用于金属材料,为了应对微纳制造的时代要求,拓展电化学加工的材料普适性,1992年田昭武院士提出了具有我国自主知识产权的约束刻蚀剂层技术(CELT).一般的,约束刻蚀包括3个步骤:(1)通过电化学、光化学或光电化学的方法在模板电极表面生成刻蚀剂;(2)通过后续的均相化学反应或自由基衰变反应将刻蚀剂约束在微/纳米厚度的液层内;(3)将模板电极逼近加工基底,当约束刻蚀剂层接触被加工基底时,通过刻蚀反应实现微纳加工.最近,联合课题组通过仪器、原理和方法3个方面的努力,引入外部物理场调制技术,实现一维铣削、二维抛光、三维微/纳结构加工,大幅提升了CELT的技术水平.     

制造玻璃微流控芯片的简易加工技术

报道了在普通化学实验室中设计和加工玻璃微流控芯片的方法。用Adobe Illustrator 8.0软件微流控片图形，通过高分辨率激光照排机在照相底片上制得光刻掩模。用商品匀胶铬板表面的145nm Cr/570nm Az-1805光胶层作为保护层，在50℃刻蚀液（1mol/L HF 1mol/L NaF)中，刻蚀速度为2μm/min。通过彻底洗净加工好的玻璃基片，提高了芯片热键合的质量和成品率。制得的芯片已成功地用于氨基酸分离和PCR扩增。     

先进光刻技术：导向自组装

导向自组装(Directed Self-Assembly, DSA)光刻技术是一种极具发展潜力的新型图形化工艺,已被国际器件与系统路线图(International Roadmap for Devices and Systems, IRDS)列为下一代光刻技术的主要候选方案。DSA光刻技术是基于嵌段共聚物(Block Copolymer, BCP)自组装构建高分辨图案,能够突破传统光学光刻的衍射极限,具有高通量、低成本和延续性好等显著优势,已成为半导体工艺技术中的研发热点。将DSA与其它光刻技术如极紫外(Extreme Ultraviolet, EUV)光刻、深紫外(Deep Ultraviolet, DUV)光刻、紫外光刻和纳米压印光刻(Nanoimprint Lithography, NIL)等相结合,能极大地提高加工结构的分辨率以及器件的密度。目前,DSA光刻技术已被应用于鳍式场效应晶体管(Fin Field-Effect Transistor, FinFET)、存储器和光电子器件等领域,以期实现高密度集成和高效率低成本制造。本文对DSA光刻技术的原理、材料、工艺、应用以及在工业化进程中所面临的机遇和挑战进行全面的综述。     

微圆盘电极技术测定表面化学微加工时的约束刻蚀剂浓度分布

利用微圆盘电极技术, 测定了KBr、L-胱氨酸和硫酸组成的刻蚀溶液体系中Pt电极表面电化学氧化产生的刻蚀剂Br2浓度分布, 为约束刻蚀剂层技术(CELT)中刻蚀体系的选择和优化提供更直观的依据. GaAs表面CELT微加工实验证明了用微圆盘电极测得的表面刻蚀剂的浓度分布趋势与微加工实验所得到的结果一致     

微流控纸芯片的加工技术及其应用

微流控纸芯片是一种新兴的微流控分析技术平台,具有成本低、加工简易、使用和携带方便等优点,在临床诊断、食品质量控制和环境监测等应用领域具有很大的应用前景,近年来,引起广大科学工作者极大的兴趣。本文着重介绍目前文献相继报道的各种纸芯片加工技术,包括紫外光刻、蜡印、等离子体处理、喷墨打印、喷墨溶剂刻蚀、绘图、柔印和激光光刻等技术。此外,还介绍了微流控纸芯片分析中的检测方法及其应用。     

一种微型FAIMS传感器芯片的研制

基于微机电系统(MEMS)技术,研制了一种微型高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)传感器芯片.芯片尺寸为18.8mm×12.4mm×1.2mm,由离子化区、迁移区、离子检测区组成.采用真空紫外灯离子源在大气压环境下对样品进行离子化,经过离子化区中聚焦电极的电场作用,实现离子在进入迁移区之前的聚焦,提高离子信号的强度.通过在上下玻璃上溅射Au/Cr(300nm/30nm)金属,并与厚度为200μm、采用感应耦合等离子体(ICP)工艺刻蚀的硅片键合,形成迁移区的矩形通道,尺寸为10mm×5mm×0.2mm.离子检测区为三排直径200μm、间距100μm交错排列的圆柱阵列式微法拉第筒,能同时检测正负离子.采用频率为2MHz,最大电压为364V,占空比为30%的高场非对称方波电压进行FAIMS芯片实验.以丙酮和甲苯为实验样品,载气流速80L·h-1,补偿电压从-10V到3V以0.1V的步长进行扫描,得到了丙酮和甲苯的FAIMS谱图,验证了FAIMS芯片的性能.丙酮和甲苯的FAIMS-MS实验进一步表明FAIMS系统实现了离子分离和过滤功能.     

二氧化碳基聚碳酸环己撑酯电子束光刻胶显影工艺优化

电子束光刻是下一代光刻技术中的有力竞争者,在微纳加工尤其是光刻掩膜制造上具有显著的竞争优势。 开发高性能的光刻胶并优化出最佳的显影条件和工艺是提升电子束光刻效率的基础。 本文在前期开发出的二氧化碳基聚碳酸酯电子束光刻胶的基础上,进一步探究了正性聚碳酸环己撑酯(PCHC)胶的显影条件对电子束光刻性能的影响,具体研究了显影剂以及显影温度和时间等工艺条件,筛选出了最优显影剂正己烷,最佳显影温度0 ℃,最佳显影时间30 s。 在该条件下,PCHC的灵敏度和对比度分别为208 μC/cm²和3.06,并实现了53 nm的分辨率,超过了当下广泛使用的PMMA-950k电子束光刻胶,有望为科研院所和半导体加工车间提供一种性能优异、成本低廉的新型电子束光刻胶。     

热微接触印刷制备酚醛树脂微纳米图案

以酚醛树脂(PF)为热交联物质,添加交联剂2,4,6-三[双(甲氧基甲基)氨基]-1,3,5-三嗪和产酸剂二苯基碘鎓六氟磷酸盐,表面带有精细微纳米图案的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为印章,采用热微接触印刷(hotμCP)技术制备热交联聚合物的微纳米图案.通过扫描电子显微镜(SEM)和接触角测量仪对精细结构图案进行表征.结果表明,这种简单、快速、低成本的hotμCP法能够成功地实现热交联聚合物的图案化,且最小尺度可接近100nm.     

基于聚丙烯酰胺凝胶软印章的电化学纳米加工(英文)

电化学刻蚀使用腐蚀性小的电解质溶液,且溶液可使用周期长,是一种环境友好的加工工艺.本文采用聚丙烯酰胺水凝胶(PAG)作为软印章,辅以优化工艺,将电化学湿印章技术(E-WETS)的加工精度从几十微米提高到了200纳米.将新配制的聚丙烯酰胺水凝胶浇注在具有纳米结构的软模板表面,固化后脱模并保存于0.2mol·L-1KCl溶液中,在合适电位和压力下,对硅片表面金膜进行电化学湿法刻蚀,分别研究了聚丙烯酰胺水凝胶的聚合条件、电化学加工电位以及水凝胶表面压力对加工结果的影响.实验表明,在最优条件下可加工出直径为200纳米的特征点阵结构,且该方法具有较好的可靠性和稳定性。     

溶剂热合成Cu2O微球及其对高氯酸铵热分解的催化作用

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,利用溶剂热法合成了Cu2O微球.考察了PVP用量以及反应温度对产物形貌的影响,并在反应时间为2.5与4.5h时分别合成了直径为100-200nm和1μm的Cu2O微球.同时,利用差热分析(DTA)技术考察了不同直径的Cu2O微球对高氯酸铵(AP)热分解的催化效果,结果表明:添加2%(w)的直径为100-200nm和1μm的Cu2O微球使得AP的高温分解温度分别降低了116和118°C,AP在低温阶段的分解量也明显提高.     

反相微乳液合成30～100nm磁性聚合物纳米微球

利用反相微乳液一步法成功地制备了磁性聚合物纳米微球,微球粒径在30～100nm左右,均一性较好,研究表明,Fe(Ⅱ)浓度对微乳液和微胶乳的稳定性有很大影响,碱的种类、AOT和单体的含量能控制微球粒径,用振动探针式磁强仪(VSM)测定了不同比例的[Fe(Ⅱ)]/[Fe(Ⅲ)]所合成的聚合物微球的磁性,发现温度对合成高磁饱和强度和超顺磁性起关键作用,合成的磁性聚合物微胶乳透明且稳定性较好.