微细加工技术 2008年 的黏附性直接影响UV-1L加工精度和后续工艺界面质量,必 须严格控制。实验用粘合剂层预处理样片表面的方法来增加 a样晶 光刻胶 亲水性,同时筛选流动性以及刻蚀选择性好的紫外压印胶 ↓4↓紫外光J!J ( AMONIL)来提高涂敷质量和加工性能。为避免粘合剂和压 印胶涂层中残留气体影响压印效果,采用热烘的方法将涂覆 后的样片分置于电热板上热烘,以促使溶剂充分挥发 由于压印过程中模版结构与压印胶深度接触、挤压成型,致 e UV-Il 非等离子体非 d脱農 使模版与压印胶分离脱模)时黏附力很大,极易发生粘连,因此 压印前降低精密石英模版的表面能,以减小黏附力非常重要。 采用气相法处理后的孔阵列石英模版(见图3)压印脱模 ←去除残留层 时模版与压印胶完全分离,且无剥离脱胶现象,获得了结构清 图1UVLL制作PCM阵列流程示意图 晰完整、单元尺寸均匀、边缘整洁平滑、残留层均匀的压印胶 复型阵列,如图4所示,它是与模版凹凸对应的点阵列。结果 3结果与讨论 表明,气相法处理后形成的自组装单分子膜显著降低了石英 模版表面能;预处理工艺有效提高了光刻胶成膜均匀性及膜与 3.1 PCM SST的相变性能 基底的黏附性;烘烤工艺解决了复型结构表面残留气孔问题 通过XRD检测 PCM SST的相变过程和结构变化规律 压印胶残留是压印光刻与传统光学光刻的一个显著区 考证材料相变特性,图2的材料结构变化结果说明,在原位 别,能否完全去除残留胶对保证后续器件工艺和电学性能稳 XRD加热过程中,非晶的SsT材料在200℃以下没有太大改定尤为重要,因此,有效去除压印胶残留层是压印加工的一个 变,随着温度的上升,材料出现明显的向多晶结构变化的趋关键问题。实验用含O2的混合等离子体完全去除了 势,到了300℃时,XRD显示,材料中逐渐出现多晶的品粒, AMONIL残留层;用含CF4的混合气体与功率的优化组合保 说明材料在此时已经开始结晶,并且随着温度的升商,结品状证了后续刻蚀转移精度,最终在TTN电极层上获得了单 况继续改善。结果表明,SST材料的相变发生在200℃-元结构均匀完整的S点阵如图5所示。 300℃之间。 由于蚀刻过程中的薄膜损伤会严重影响器件性能及单元 致性,因此蚀刻转移对薄膜低损伤要求很高,通过优化刻蚀 工艺,既保证了图形转移精度,又避免了薄膜损伤。图6a和 6b分别是O2流量和射频功率对 AMONIL、CF4流量对SsT 和 AMONIL蚀刻速率的影响。 根据AFM(图2)和SEM(图3和图4)观察,模版 A MONIL和ST的阵列单元特征尺寸均值(25个采样点)分 别为10.2pm(S)、96m(R)和94pm(E),阵列密度 38M/lm2并且,UV复型精度J(=(1-IR-S/S) 100%)为94%,误差源于模版处理和压印胶变形的影响;刻 扫描范围20(° 蚀转移精度J(J=(1-1E-R/R)×100%)为97%,误差 图2 PCM SST相变特性 源于刻蚀因子和高温形变等因素影响。这表明在考虑仪器和 3.2阵列加工 操作等误差因素的最不利影响情况下,SST阵列单元的加工 因为压印胶膜厚、成分均匀性和抗刻蚀性以及膜与基底度(J=J×J)超过92%。若考虑误差叠加性则精度会更 (AFM) 照片 (SEM)) 图3模版阵列照片和AFM 图4 AMONIL阵列照片和SEM 图5SsT阵列SEM6 微 细 加 工 技 术 2008年 曼菡 豳翌鲤强 蕊罂圈亲 | |¨¨ TiN 熏零 tl脱 黩 去除 残 留 层 l刻 蚀 图 1 uv—IL制作 PCM阵列流程示 意图 阵列 堕元 3 结果与讨论 3．1 PCM SST的相变性能 通过 XRD检测 PCM SST的相 变过程 和结构变化规 律 ， 考证材料相变特性 ，图 2的材料结构变化结果说明 ，在原位 的 XRD加热过程 中，非 品的 SST材料在 200℃以下没有太大改 变 ，随着温度 的 }升 ，材料 出现 明显 的 向多晶结构 变化 的趋 势 ，剑 r300℃时 ，XRD显示 ，材料 【f1逐渐 出现多品 的品粒 ， 说 明材料在此时t2经开始结晶 ，并且 随着温度 的升高 ，结 晶状 况继续 改善 。结 果 表 明 ，SST材 料 的相 变 发生 在 200oC～ 300oC之 间 。 号 、 骥 ∞ ￡ l() 30 5f) 扫 描 范 ~Ite／I。) 图 2 PCM SST十甘变特性 3．2 阵列加工 因为 印胶 膜厚 、成分均匀性和抗刻蚀性 以及膜 与基底 的黏 附性直接影响 uv IL加工精度 和后 续 ：艺界面质量 ，必 须严格控制 。实验用粘合剂层 预处理样片表面 的方法来增 加 亲水性 ，同时 筛选 流 动性 以及 刻 蚀选 择性 好 的 紫外压 印 胶 (AMONIL)来提高涂敷质鼍 和加工性能 。为避免粘合 剂和压 印胶涂层 中残 留气体影 响压 印效果 ，采用热 烘的方法将涂 覆 后的样片分置于 电热板上热烘 ，以促使溶剂充分挥发。 由于压印过程中模版结构与压印胶深度接触 、挤压成型，致 使模版与压印胶分离(脱模)时黏附力很大 ，极易发生粘连 ，因此 压印前降低精 密石英模版 的表而能 ，以减小黏 附力非常重要 。 采用气相 法处理后 的孔 阵列石英模 版(见 图 3)压印脱模 时模 版与压印胶完全分离 ，且无剥离脱胶现象 ，获得 了结构清 晰完 整 、单元尺寸均匀 、边缘整洁平 滑 、残 留层均匀 的压 印胶 复型阵列 ，如图 4所示 ，它是与模 版凹凸对应 的点阵列。结果 表明 ，气相法处理后形成 的 自组装单分 子膜 著 降低了 英 模版表面能 ；预处理工艺有效提高 r光刻胶成膜均匀性及膜与 基底 的黏附性 ；烘烤工艺解决 了复型结构表面残 留气孔问题 。 压印胶残 留是压 印光 刻与传 统光 学光 刻的一 个显 著 区 别 ，能否完全去除残 留胶对保 证后续器 件工艺 和电学性能稳 定尤为重要 ，因此 ，有效去除压 印胶残 留层是压 印加工 的一个 关键 问 题 。实 验 用 含 O，的 混 合 等 离 子 体 完 全 l去 除 了 AMONIL残 留层 ；用 含 CF 的混合气体与功率 的优化组合保 证 了后续刻蚀 转移精 度 ，最终在 Ti／TiN电极层 上获得 了单 元结构均匀 、完整 的 SST点阵如图 5所示 。 由于蚀刻过程巾的薄膜损伤会严重影响器件性 能及单元 一 致性 ，因此蚀刻转移对薄膜低损伤要求很 高，通过 优化刻蚀 T艺 ，既保证 了图形转移 精度 ，又避 免 薄膜 损伤 。图 6a和 6b分别是 O2流量 和射 频功率 对 AMONIL、CF 流量对 SST 和 AMONIL蚀刻速率的影响 。 根 据 AFM(图 2)和 SEM(图 3和 图 4)观 察 ，模 版 、 AMONIL和 SST的阵列单元特征 尺寸均值 (25个采样 点)分 别为 10．2p-m(S)、9．6fm(R)和 9．4,urn(E)，阵 列 密 度 3．8M／In2。并 且，uV—IL复型精度 (Jn=(1一lR—SI／s)X 100％)为 94％，误差源 于模版 处理 和压 印胶变形 的影 响 ；刻 蚀转移精度 (．，=(1一lE—Rl／R)X100％)为 97％，误差 源于刻蚀 因子 和高温形变等闪素影响。这表 明在考虑仪器和 操作 等误差 因素 的最不 利影响情况 下 ，SST阵列 单元 的加 工 精度 (J=J XJ)超 过92％。若考虑 误差 叠加性则精 度会 更 网 3 模版 阵列照片和 AFM 图 4 AMONIL阵列照片和 SEM 图 5 SST阵列 SEM