同步辐射激发直接干化学刻蚀-物理学进展.PDF

第 20 卷 　第 1 期 物 　理 　学 　进 　展 Vol . 20 ,No . 1 　2000 年 3 月 PRO GR ESS IN PH YSICS Mar ,2000 文章编号 (2000) 0 1002213 同步辐射激发直接干化学刻蚀 韩正甫 　张新夷 ( 中国科学技术大学 　国家同步辐射实验室 　安徽 　合肥 　230026) 摘 　要 :同步辐射激发直接光化学刻蚀是近年来发展的一项新技术 ,它不需要常规光刻中 的光刻胶工艺 ,用表面光化学反应直接将图形写到半导体材料的表面上 。由于所用的同步辐 ( ) 射在真空紫外 VUV 波段 ,理论上的分辨率可以达到电子学的量子极限 ,且没有常规工艺中 的表面损伤和化学污染 ,是一种非常具有应用潜力的技术 。本文的最后部份重点讨论了与上 述技术密切相关的VUV 和软 X 射线激发的表面光化学反应机理 。 光刻 ; 同步辐射 ;直接刻蚀 ;光化学反应 关键词 : 　 中图分类号 : 　O472 　　　　文献标识码 : 　A 0 　引　言 随着科学技术的发展 ,集成电路产品已深入到 日常生活的每一个角落 。集成电路工 艺的核心技术之一是光刻技术 。近十年来兴起的集成光学 、微光学和微 电子机械系统 (MicroElect ronic Machine SystemM EM S) 的技术核心也是光刻技术 。常规光刻技术的 基本方法是 :在待刻的基片上涂上光刻胶 ,紫外光透过掩模对光刻胶曝光 ,显影后在基片 上形成浮雕型光刻胶图案 ,然后用湿化学或离子束刻蚀将光刻胶图案转移到基片上 ,清除 光刻胶后就能得到要求的图形[ 1 ] 。今天大规模集成电路无一例外地 由这种技术生产 。 应用 365 纳米紫外光和特殊的掩模技术 , 已能够达到 0 . 25 微米的横向分辨率 。这一技术 正向大规模集成电路工业界迅速普及 。用 248 纳米和 193 纳米的准分子激光 , 已能达到 0 . 18 微米的横向分辨 ,可望在 2003 年左右进入实用阶段[2 ] 。按照美国半导体制造技术 ( ) 协作机构 SEMA TECH 发表的技术预测 ,与光刻密切相关的 DRAM 发展趋势可用图 1 来描述 ;从中不难看出 ,大规模集成电路发展之迅速和对光刻技术分辨率要求之迫切 。 光学衍射极限决定了光刻可能达到的横向分辨率极限。目前的困难是还没有适用的 ( 波长短于 193 纳米的激光 ,常规的光刻方法无法直接外延下去 。X 射线光刻技术 包括几 ) 到几十纳米范围内的同步辐射光刻 已经研究了许多年 ,原则性问题几乎都已经解决 ,相 关的设备研究也已进行了相当长时间; 电子束曝光技术也在积极开发之中 ,不过曝光效率 还是太低 。虽然上述技术都已趋于成熟 ,但相关问题仍然很多 ,尤其是这些工艺及设备与 收稿 日期 1999 06 30 修改日期 1999 11 25 　1 期 韩正甫等 : 同步辐射激发直接干化学刻蚀 23 常规紫外光刻不兼容且成本过高 。目前尚难预料它们可否成为下一世纪的主流技术以及 谁将成为下一代光刻的主流技术[3 ] 。 在上述这些技术方案中 ,都继 续使用紫外光刻中的光刻胶技术 , 其中光刻胶的分辨率 、感光效率 、涂 胶 、显影及去胶工艺等都决定着刻 蚀精度和质量 。光刻形成的光刻胶 浮雕图案 ,必需用图形转移工序才 能转移到基片上 。现在可用的手段 有两种 , 即湿化学法和离子束刻蚀 法 。湿化学刻蚀在溶液中进行 ,刻 蚀过程难以控制 ,侧向刻蚀严重 ,而 且会留下表面污染 ,不适合高精度 图 1 　三十年内DRAM 的发展趋势