厚胶光刻蚀刻中的图形展宽分析与改善研究

第２９卷第６期　２００７年ｌ２月　光学仪器　Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．６　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２００７　ＯＰＴＩＣＡＬ　ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ　文章编号：１００５—５６３０（２００７）０６—００７４—０７　厚胶光刻蚀刻中的图形展宽分析与改善研究　冀翔，杨国光，侯西云，刘晓曼，陈滟，田丰　（浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，浙江杭州３１００２７）　摘要：为了刻蚀出低损耗波导沟道，对光刻和反应离子束蚀刻（ＲＩＥ）中影响展宽的工艺　条件进行理论分析和实验实践，提出采用多次旋涂、消除芽孢、低温后烘和刻蚀、光学稳定　等措施减小展宽，并对不能完全消除的展宽分析给出原因。实验结果表明展宽得到有效的　改善。　关键词：光刻；芽孢；反应离子束刻蚀；温度效应；二次效应　中图分类号：０４８５　文献标识码：Ａ　Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｆｉｇｕｒｅ　Ｓ　ｗｉｄｅｎ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｍｉｎｉｓｈｅｄ　ｉｎ　ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ａｎｄ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｈｉｃｋ　ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ　ｏｒ／Ｘｉａｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｇｕｏ—ｇｕａｎｇ，ＨＯＵ　Ｘｉ—ｙｕｎ，Ｌ１Ｕ　Ｘｉａｏ－ｍｉｎ，ＣＨＥＮ　Ｙａｈ，ＴＩＡＮ　Ｆｅｎｇ　（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍｏｒｄｅｒｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００２７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｌｏｗ　ｌｏｓｓ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，ｔｈｅ　ｆｉｇｕｒｅ　Ｓ　ｗｉｄｅｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓ　ｉｎｔｅｒｒｅｌａｔｅｄ　ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｉｏｎ　ｅｔｃｈｉｎｇ（ＲＩＥ）ａｒｅ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｚｅｄ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．　Ｔｏ　ｍｉｎｉｓｈ　ｆｉｇｕｒｅ　Ｓ　ｗｉｄｅｎ，ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｍｏｒｅ　ｔｉｍｅｓ，ｍｉｎｉｓｈｉｎｇ　ｂｕｄｓ，　ｂａｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ａｔ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ　ｆｏｒ　ｎｏｔ　ｍｉｎｉｓｈｉｎｇ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ａｒｅ　ｑｕｅｓｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｏｏ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｉｎｉｓｈｉｎｇ　ｉｓ　ｓｈｏｗｎ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；ｂｕｄｓ；ＲＩＥ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｅｆｆｅ￣￣；ｑｕａｄｒａｔｉｃ　ｅｆｆｅｃｔ　１引言　集成光学陀螺仪研制中涉及到的一项关键技术是制备低损耗波导，在具备中用ＡＺ４６２０厚胶做　抗蚀剂，用反应离子束蚀刻制作深宽比ｌ：ｌ的螺线环沟道，但是在实验蚀刻后测试发现，多数线条都有较　大的展宽，造成刻蚀侧壁坡度很小。在未经过工艺改善之前，用超过１０ｔｔｍ的厚胶刻蚀出的坡度大多在　ｏ～３０。之间，而且展宽造成面形与要求相差很大；对于１００ｔｔｍ以下的线条光刻展宽都在２倍以上　［见图ｌ（ａ）］，蚀刻展宽由于二次效应的各向异性沉积，故要小很多，但同时也使底部变窄，粗糙度变大　［图ｌ（ｃ）］。用Ｄｅｋｔａｋ一３型表面轮廓仪测试，发现实验光刻出的条纹越窄展宽倍率越大，光刻显影后的沟　槽几乎都有较大的沟沿突起，壮如牙齿边沿，甚至高达数微米，这里暂且成为芽孢现象［见图ｌ（ｂ）］。　利用光刻和反应离子束蚀刻技术用ＡＺ４６２０厚胶光刻和蚀刻来制作的螺线环沟道，对线条展宽的影　响因素包括芽孢现象的形成原因和工艺改善进行讨论，并指出相关缺陷和提出克服措施。　收稿日期：２００７一Ｏ１—０８　作者简介：冀翔（１９７４一），男，河南南阳人，工程师，硕士研究生，主要从事光波导器件，微光学设计及工艺方面的研究　维普资讯 http://www.cqvip.com

第６期　冀翔等：厚胶光刻蚀刻中的图形展宽分析与改善研究　・７５・　５　２ｏｏ　２６ｏｏ　Ｉ）（）１）（｝　（ａ１　图１光刻展宽示意图、芽孢图和蚀刻展宽３Ｄ图　（ａ）展宽示意图；（ｂ）ＡＺ４６２０坚膜烘焙后芽孢测试结果；（ｃ）蚀刻展宽３Ｄ形貌。　２光刻、蚀￣ｌＪ－ｒ艺中影响展宽的因素　波导沟道展宽除与所用掩模材料、光刻胶的特性、曝光设备精度、显影液性质、具体刻蚀设备的参数等　客观因素有关外，还与光刻的前后烘温度时间、涂胶条件及胶层厚度、具体刻蚀参数等操作因素有关，其中　曝光、显影、蚀刻是影响展宽的主要因素。下面按照工艺流程顺序分别进行讨论。　２．１光刻工艺中对图形展宽和图形面形的影响因素　一般光刻的工艺流程分为基片处理、旋转涂胶、前烘、对准曝光、曝光后烘、显影定影、坚膜烘焙、图形　检查８个步骤，除了图形检查外每个步骤都会不同程度的对展宽产生影响。　２．１．１掩模材料、光刻胶和基片处理对展宽和面形的影响　实验中采用接触式曝光，基片必须与掩模压紧，掩模版会因压力变形或长时间曝光发热变形，引起较　大的曝光衍射展宽。所以掩模材料要用有较大的硬度、良好的背底平整性、温度性能和强迫形变性能好的　材料。在曝光过程中要求光刻胶具有稳定且较低的吸收系数，使曝光光线穿透时损耗较少，保证光生化反　应均匀。基片处理是除去硅片表面的沾污物和增加胶粘附性。没有进行前烘的光刻胶是粘性的，容易粘附　微粒，在高温环境中或存放过久也容易有颗粒出现。同时滴涂的光刻胶溶液中容易含有空气，在前后烘时　溶剂挥发过快会引起气泡和针孔，尤其对厚胶。沾污物、灰尘和光刻胶中的颗粒都可能有数十微米大小，不　仅会造成光刻胶涂布不平坦而在显影和刻蚀中引起漂移问题，还会造成接近式曝光展宽。　２．１．２旋转涂胶对展宽的影响　旋涂的影响主要是边沿卷边和边圈现象Ⅲ（或称边珠见图２）所造成非接触曝光，边沿卷边引起的展　宽尤为严重。通过ＡＺ４６２０原胶在转速１５００ｒ／ｒａｉｎ产生的卷边后烘后测量，（ｂ）图比（ｃ）图卷边严重。　边缘卷边　基片　真空　（ａ）　（ｂ）　（ｃ）　图２边沿卷边示意图和卷边、边珠正面光照图　（ａ）边沿卷边示意图；（ｂ）卷边正面光照度；（ｃ）边珠正面光照度。　边圈现象和边沿卷边在实际操作中比较常见，尤其是对厚胶。在旋涂过程中，光刻胶中溶剂不断挥发，　粘度增加，如不提高转速或提速太慢，都会有较严重的卷边。这些卷边比中心厚度大得多，甚至是中　６－厚度　数倍，一般先慢后快可使胶厚均匀；同时旋涂中光刻胶会流出边缘并溢出流到硅片的背面，在硅片边缘积　聚，干燥时会剥落并产生颗粒，形成边珠，这会带来曝光展宽和对后续步骤污染而引起展宽和缺陷。　２．１．３前烘的对展宽的影响　前烘的对展宽的影响，主要是与显影速度变化和出现芽孢现象有关。前烘的温度太低，时间太短，曝光　时产生羧酸较多，扩散严重，显影后图形会有较大的展宽。从芽孢实验结果看，厚胶在８０℃～１２０℃范围　内，前烘温度越高芽孢越不明显［　。但温度过高，时间过长，光刻胶表面产生抑制效应，曝光和显影后看不　到转移图形。　２．１．４对准曝光对展宽的影响　维普资讯 http://www.cqvip.com ・７６・　光学仪器　第２９卷　曝光时间过长、掩模与胶面间隙大都会引起较大的展宽。由于打到光刻胶的光并不都是垂直入射的，　厚胶中产生的像不可能是处处聚焦良好，ＤＮＱ胶对光的吸收在曝光过程中也是变化的，导致胶中的光强　度随厚度和时间变化，以及驻波效应等使光刻胶层中的光强图形，不同于空间图像。实际曝光时是以基片　表面作为焦面，本身就会引起一定的展宽。曝光时间过长，光酸扩散较大也会引起较大展宽。　２．１．５显影对展宽的影响　在显影过程中，无论抗蚀剂层是否曝光，都或多或少会与显影液发生反应溶解，然而光化学反应程度　不同（近似地可以认为对应于不同的曝光程度）。显影时要先做显影实验确定最佳显影时间，到时间如不能　及时定影会造成光刻胶过腐蚀，导致不能接受的过度展宽和线条边沿畸变，甚至大片掉胶。一般认为正胶　不会发生膨胀，但在实验中均出现不同程度的溶胀，造成芽孢现象［图ｌ（（ｂ）］。　２．１．６坚膜后烘对展宽的影响　坚膜又称硬烘烤，是通过加温烘烤蒸发掉剩余的溶剂，使胶膜更牢固地粘附在硅片表面，同时也除去　了剩余的显影液和水。后烘温度过高，光刻胶变软并发生流动，结果光刻图形变形，展宽增加。再有和芽孢　展宽有关，后烘温度低芽孢相对要小。　２．２蚀刻工艺中的对展宽的影响因素　在反应离子束刻蚀过程中，离子轰击的部分能量转化为热，使样品表面升温，从而导致了光刻胶表面　形态发生变化。离子束刻蚀时的二次效应，也造成侧壁倾斜和刻区变窄（图３）。刻蚀中温度效应、二次效应　对展宽的影响很大（如图３，由于展宽，凹槽内壁相对与深度方向上存在角度　，且线宽大深宽比ＪＪ，Ｂ＃０小，　线宽小深宽比大时由于展宽严重　较大）。反应离子束刻蚀工艺示意图见图４。　生生　　璧　誉一一　图３侧壁聚合物淀积　　图４反应离子束刻蚀工艺示意图　一篓耋　　２．２．１蚀刻温度对展宽的影响　反应离子束蚀刻过程中掩膜的温度效应对展宽影响很大，刻蚀时如果基底接触不良，温度会很高（可　达２００℃甚至更高），引起光刻胶的软化流动使原有的陡峭边缘圆化引起展宽。刻蚀材料表面温度的主要　影响因素是离子束的功率密度和入射角度。入射角度小且功率密度高的刻蚀过程所引发的温度效应就强。　适当地调整入射离子能量、束流密度、离子入射方向，可以对展宽进行控制。　２．２．２二次效应对展宽的影响　二次效应是指再沉积、再溅射效应。如果刻蚀沟槽的深宽比较大时，射粒子不能全部飞出槽外，一部分　大角度溅射飞出的粒子重新打到己刻出的槽壁上，从而形成再沉积过程。再沉积的材料还会再次受到离子　的溅射形成再溅射。再沉积效应带来的直观效果是侧壁倾斜和刻区变窄，使展宽变小，但粗糙度增加。如　图３侧壁聚合物淀积使展宽改善。　３实验结果分析和改善措施　实验技术条件：实验中用熔石英镀铬做成掩模板，用电子束技术制作套刻图形。实验在超净室中进行。　所用光刻胶为Ｃ｜ａｒｉａｎｔ公司提供的ＡＺ４６２０正型光刻胶，显影液为ＡＺ４３０显影液。匀胶机为中科院微电子　中心研究部生产的Ｋｗ一４Ａ型台式匀胶机，转速从５００￣５０００ｒ／ｍｉｎ连续可调。实验所用的曝光机为电子　第５４研究所开发的ＢＧ一４０１曝光机。汞紫外４３６ｎｍ（ｇ线）曝光，光学分辨力２　ｍ，光强≥ｌＯｍＷ／ｃｍ。。　实验用蚀刻机为ＦＬＳＫＪ２０８Ａ型反应离子束刻蚀机，刻蚀气体为　气和ＣＦ　，实验真空度为　２×ｌ０　Ｐａ，屏栅电流ｌＯＯｍＡ，电压５００Ｖ，耦合电流１２０ｍＡ。沟槽深度测试设备用美国Ｖｅｅｃｏ公司生产的　Ｄｅｋｔａｋ一３型表面轮廓仪，探针直径２５／ｘｍ，测试沟道深度精度ｉｎｔｏ。图像是用ＳＵＮ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ有限公司生产　的ＭＶＣ－ＩＯ００型显微测试系统处理，精度０．０１／￣ｍ。３Ｄ面形、线面粗糙度由上海元中检测新技术应用实验　室用Ｏｌｙｍｐｕｓ公司生产的激光扫描共焦显微镜（ＬＥＸＴ）进行测试，水平轴分辨力０．１２　ｍ，垂直Ｚ轴分辨　维普资讯 http://www.cqvip.com

第６期　冀翔等：厚胶光刻蚀刻中的图形展宽分析与改善研究　・７７・　力０．０１ｔＬｍ）。　３．１展宽结果及改善措施　集成光学陀螺仪刻蚀波导深度为６￣９ｔＬｍ，由于对ＡＺ４６２０光刻胶ＣＦ　／　反应离子束刻蚀的选择比　接近于１：１，故必须涂超过９／Ｌｍ胶厚，用ＡＺ４６２０原胶旋涂速度不能大于１　５００ｒ／ｍｉｎ，实际所得旋涂胶厚　９￣１４ｔＬｍ，但有严重的卷边效应，边沿是中心胶厚的２～３倍。曝光１８０ｍｉｎ，显影５ｍｉｎ，Ａｒ气和ＣＦ　比例为　４．０：４．０。光刻和蚀刻展宽结果见表１。　表１工艺改进前光刻和蚀刻展宽倍率　（对线宽低于６／Ｌｍ的线条只有极粗糙刻痕）　表２消除卷边后光刻和蚀刻展宽倍率　（对掩模版ｌＯ／ｍ￣的线条所对应展宽测试）　胶层厚度（／Ｌｍ）　１２．８７　１２．６　４．２８　８．１９　９．Ｏ３　３．８７　光刻展宽倍率　蚀刻展宽倍率　由测试结果表１可以看出，线条越细展宽越大。而且蚀刻前平均展宽比蚀刻后平均展宽大的多，说明　二次效应溅射在侧壁的堆积对展宽起到主要补偿作用，但也使粗糙度增加［见图１（ｃ）］。　针对光刻和蚀刻的展宽影响因素采取以下措施。　３．１．１用多次旋涂法改善卷边效应　实验中对卷边进行处理，多次逐层薄胶旋涂以减少边沿卷边，用１：ｌ稀释的ＡＺ４６２０原胶，并用　Ｋｗ一４Ａ型台式匀胶机旋涂，在转速２０００ｒ／ｍｉｎ单次旋涂得到平均３．１２ｔＬｍ的胶厚，接着前烘半小时然后　再次旋涂，共涂３次。用汞紫外４３６ｎｍ（ｇ线）曝光１６０ｍｉｎ，显影８ｍｉｎ，在１０５　Ｃ坚膜烘焙１ｈ左右。测试得　到旋涂三次平均１０．５９ｔＬｍ的胶厚，边沿有平均１２．３３ｔＬｍ的卷边，基本上克服了卷边效应。用此方法进行　实验，对应掩模版１０ｔＬｍ线条的沟道测试结果如表２所示。　由表２可以看出大部分消除卷边效应使展宽有一定幅度减小，但变化幅度并没有预计的大，说明光刻　展宽还有曝光等其他因素引起。另外胶厚也是展宽的一个因素，胶层越厚展宽越大，这是由于曝光机的焦　深有限造成的。　３．１．２芽孢现象及其改善　光刻显影后的沟槽几乎都有图１（ｂ）所提到的芽孢现象，这是光刻胶溶胀和受热收缩共同作用的结　果。显影过程中，如果光刻胶中渗透进显影液，体积会膨胀从而导致图形尺寸发生变化。这种膨胀现象主　要发生在负胶中，经过曝光的正胶是逐层溶解的，受显影液的影响相对较小，但认为正胶不会膨胀［３］实验　证明也是不合适的，只不过溶胀的是表层和边墙，正因为沟槽边墙垂直于基片向上溶胀，表面水平溶胀，才　导致芽孢现象出现。光刻胶在较高温度下的收缩行为也促进了芽孢的形成。在前后烘和离子束轰击中，光　刻胶都会发热收缩，光刻胶的收缩不仅与其发热程度有关，而且与刻蚀线条的宽度也有关。光刻胶发热越　厉害，收缩量越大，在同一发热状态下，线条宽度越大收缩量就越大［４］。芽孢造成展宽很大，达数微米甚至　十多微米，尤其对细线条影响更大。　离子束刻蚀也使光刻胶受热收缩，但其效应为离子在侧壁的钻蚀所抵偿。当芽孢效应大于钻蚀效应　时，刻蚀结果仍有小芽孢存在；而当芽孢效应小于钻蚀效应时，将造成沟槽边沿棱角钝化，只显现出一定的　线条展宽。影响光刻芽孢高低的主要是前烘和坚膜后烘温度。　ｘ／￣ｔｍ　（ｂ）　图５不同坚膜温度的芽孢图　（ａ）坚膜温度１００Ｃ、时间５０ａｒｉｎ；（ｂ）坚膜温度１１０：Ｃ、时间２５ｍｉｎ；（ｃ）坚膜温度１２０＇Ｃ、时间１０ｒａｉｎ。　维普资讯 http://www.cqvip.com

・７８・　光学仪器　第２９卷　用厚层ＡＺ４６２ｏ光刻胶进行光刻实验，研究在前烘和坚膜阶段不同的工艺参数条件下的芽孢的变化。　在采用１１５￣Ｃ、１０ｍｉｎ的前烘条件下，看不同坚膜温度对芽孢的影响（图５分别为１００。Ｃ，ｌｌ０￣Ｃ，ｌ２Ｏ℃的芽　孢图），表明前烘条件相同时，坚膜温度越高，芽孢越大，面形也越差。　再采用相同坚膜温度１００　Ｃ、４０ｍｉｎ条件下，看不同的前烘温度（１００＂Ｃ、ｌｌ０￣Ｃ、１２０℃）对芽孢的影Ⅱ向　（图６）。可以看出在相同坚膜温度和时间下，前烘温度越低芽孢越大，面形越差。　工／　ｍ　（ｂ）　图６不ｌ司的前烘温度的芽孢图　（ａ）前烘温度１００＇Ｃ，时间５０ｒｎｉｎ；（ｂ）前烘温度ｌｌ０＂Ｃ，时间２５ｒａｉｎ；（ｃ）前烘温度１２０Ｃ，时间１０ｍｉｎ。　从以上讨论可得到结论：要减小芽孢对面形的影响，可采用前烘阶段温度稍高（不能高于１２ｏ￣ｃ）短时　烘焙。坚膜温度阶段采用低温长时烘焙，从而得出较理想面形。改善后的芽孢如图７（ｂ）所示［图７（ｂ）中的　线条比图７（ａ）线条宽，但芽孢小，说明改善效果明显］，但并不能完全消除。同种胶厚一般线宽越窄芽孢越　低，越宽则越高。实验中由于厚胶蚀刻钻蚀效应比较大，故芽孢现象已经基本上不存在［见图７（ｃ）－Ｉ。　图７光刻工艺改善前后芽孢高低图和蚀刻后的比较　（ａ）改进前；（ｂ）光刻改进后；（ｃ）蚀刻后。　３．１．３取消曝光后烘步骤、用低温坚膜后烘和低温蚀刻来克服温度效应引起的展宽　曝光后烘烤可以减小驻波效应，但感光剂向曝光区的扩散引起了进一步的展宽。对于厚胶，驻波效应　较薄胶相对要小一些，相比其他展宽因素其影响也比较小，实验中考虑到曝光后烘会引起更大展宽，且总　体前烘时间过长容易造成表面抑制效应，显影不出曝光条纹，就不进行后烘而直接显影。　用低温坚膜后烘和低温蚀刻来克服温度效应展宽。反应蚀刻过程中由于温度较高，基片表面的光刻胶　在高温下软化并产生流动，再加上工件台的旋转，故对刻蚀线条产生很大展宽（见图８），对大线宽也刻出　不到３Ｏ。的坡度，甚至出现只有一条残留物和聚合物沉积带，或者根本没有蚀刻出条纹。对只有几个微米　的细线条尤其如此。因为刻蚀过程中光刻胶的变化难以测试，故只进行坚膜后烘实验。图８显示不同温度　下坚膜后烘２ｈ的结果。通过冷却基底采用低温蚀刻，化学反应速度比正常温度下蚀刻的速度有所降低，有　利于提高深宽比，但也会使蚀刻材料在窄缝内再沉积增加，实验中只开大循环水流速，用高温硅脂涂待刻　蚀基片与夹具以及夹具与工作台接触面，保证导热良好。　图８高温下光刻胶流动使展宽增加（左右两图中分别为９５　Ｃ和１３０　Ｃ坚膜后烘结果ＳＥＭ图）　３．１．４对光刻胶进行光学稳定处理　维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期　冀翔等：　厚胶光刻蚀刻中的图形展宽分析与改善研究　・７９・　对高温下容易流动甚至炭化的光刻胶进行光学稳定处理。这是通过在深紫外光（ＤＵＶ）下辐照和加热　（１ＩＯ￣Ｃ）来完成。处理后酚醛树脂发生交链形成一层薄的硬壳，增加了热稳定性，光刻胶能承受２１ｏ￣ｃ的热　处理而不会发生明显流动［１］。这样就能承受反应离子束刻蚀时的ｌ２５℃到２００￣Ｃ的温度。而且经过光学稳　定处理后的光刻胶抗刻蚀能力可以增强４Ｏ　［３］，降低了离子轰击的炭化几率，增加了选择比。实验中先将　显影后的基片后烘一段时间，然后在烘的同时用ＨＯＹＡ—ＳＣＨＯＴＴ公司生产的ＥＸＥＣＵＲＥ３０００型紫外灯　进行照射５￣１０ｍｉｎ。再进一步刻蚀时发现展宽和面形粗糙度明显改善（图９）。　３．２对展宽改善的实验结果　实验中采用ＡＺ４２６０光刻原胶，经过多种改进措施进行实验，测试结果如表３所示，相比工艺改善前，　展宽得到有效减小，尤其对细条纹。同时刻蚀面形和粗糙度也得到有效改善（见图９）。　表３工艺改进后光刻和蚀刻展宽倍率　煎　童！　１００　１．３５　１．Ｏ１　２Ｏ　３．０７　１．３２　６　１Ｏ．１２　３．４９　光刻展宽倍率　蚀刻曼宽倍率　１６．Ｏｏ０　Ｓ、００（）　Ｏ．Ｏ１）ｏ　图９未经工艺优化和优化后的蚀刻展宽３Ｄ图（左右图分别为８　ｍ线条优化前后的结果）　在实验中发现，展宽并不能完全消除，经过工艺条件优化也做不到侧壁垂直，限于实验条件和设备精　度，所能达到最大垂直度也只有７５。左右。这主要是因为曝光展宽引起。首先，实际曝光时是以基片表面作　为焦面，本身就会引起一定的展宽。虽然接触式曝光通过施加压力来实现掩模版和硅片的接触，但由于卷　边效应难以完全消除，旋涂不均匀，以及硅片或玻璃基底通常都有几微米到几十微米的不平整度，再有硅　片翘曲、灰尘和颗粒等因素，使硅片各点与掩模的间隙并不均匀，因而照射到胶表面的光强分布也不均匀，　掩模与胶表面间隙对胶表面的光强分布影响很大ｒ５　［见图１Ｏ（ａ）］，这是造成曝光展宽的主要原因。其次是　曝光时间的影响。曝光是个光化学反应过程，光子引起的反应产物光酸作为催化剂参与抗蚀剂的热化学反　应。不同位置的光酸有浓度差，光酸在曝光和后烘过程中都有扩散发生引起展宽［见图ｌＯ（ｂ）］。控制曝光　强度和时间只能减小而并不能消除曝光展宽，当然曝光强度过大时间过长会引起较大展宽。　１・２　格Ｏ－８　要ｏ．４　｝　２　ｍ　ｇ　０　一‘　／　，　光致酸的产生　　：：　√，。　一　据　蔡　图ｌｏ掩模与胶表面间隙对胶表面的光强分布的影响和曝光光化学反应引起的扩散展宽图　（ａ）间隙ｇ的大小对光强分布的影响；（ｂ）曝光光化学反应引起的扩散展宽。　维普资讯 http://www.cqvip.com

・８０・　光学仪器　第２９卷　４结论　曝光、显影、蚀刻和温度是展宽的主要影响因素。实验中采用ＡＺ４２６０原胶，用Ｇ线曝光机曝光，用　作为工作气体，用ＣＦ　作为反应气体对影响展宽的工艺条件进行理论分析和实验，提出多次旋涂、消除芽　孢、低温后烘和刻蚀、进行光学稳定等措施，使展宽得到有效改善，并对不能完全消除的展宽分析给出原　因。更多改进还需要进一步实验，或者提高设备精度和改善实验条件，比如换光学性能更好的光刻胶，用更　先进的曝光技术等。实验结果很大程度上依赖于所使用的设备，这些结果并不适用所有的光刻和蚀刻系　统。　参考文献　［１］Ｑｕｉｒｋ　Ｍ．Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［ＭＪ．北京：电子工业出版社，２００６．３６０－－４２２．　［２］唐雄贵，等．烘焙工艺条件对厚胶光刻面形的影响［Ｊ］．微细加工技术，２００５，９（３）：１—４．　［３］关旭东．硅集成电路工艺基础［Ｍ］．北京：北京大学出版社，２００３，２１５－－２２３；　［４］曾祥林，等．离子束刻蚀过程中光刻胶收缩行为研究口］．微细加工技术，１９９４，（３）：１—５．　［５］崔铮．微纳米加工技术极其应用［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００５，１４—１５．　二维ＣＣＤ阵列探测器光谱仪　复旦大学信息科学与工程学院研制成功一种可使光谱图的绘制速度比以前提高约１００倍的二维　ＣＣＤ阵列探测器光谱仪。目前，该研究成果已获国家发明专利。　该仪器能够对光波的能量、波长、带宽、线型等重要特征进行精细分析，在遥感、生物医学、国防和光电　子功能材料等科研领域和产业界有着广泛和重要的用途，但此前我国在这一高端科学仪器领域主要依赖　进口。　这种二维ＣＣＤ阵列探测器光谱仪由复旦大学信息科学与工程学院院长陈良尧负责研制。此光谱仪将　１０个光栅平行“捆绑”起来，使其成为“集成光栅”，犹如ｌ０面“镜子”各司其职，将不同波长的光子各自分　拣出来，同时反射到探测器上。这个光的“捕手”从根本上摆脱了机械转动，能在２００￣１０００ｎｍ的全光谱区　获得高分辨力的光谱图，绘制效率从原来的１０ｍｉｎ提高到了０．ｉｓ。　目前，红外至紫外光谱区的主流光谱分析仪器一般为光栅扫描型光谱仪，其中光栅是灵魂部件，其外　表类似镜面，作用好似“筛子”，能够将不同波长的光子分拣出来，反射到探测器上，再经过数据处理，从而　实现光谱的测量和分析。而传统的光谱仪通常是用机械转动装置连续旋转光栅的，光栅每转动一次，就“放　行”一个波长的光。由于一束光包括多个波长，故光栅需要转动多次才能让光全部通过，比较费时。　此外，一维ＣＣＤ阵列探测器光谱仪，虽然无需转动光栅便可对光谱进行测量，但是每次测量所能覆盖　的光谱区范围有限。二维ＣＣＤ阵列探测器光谱仪的研制成功，将可以实现更精确的光谱测量和分析，并可　以大大提高光谱图的绘制效率。　（摘自《红外》）