基于EVG SmartNIL技术的8英寸基板亚50纳米特征结构集成（一）

摘要

采用软印章的纳米压印光刻（NIL）技术，在EVG提出的整体解决方案推动下，目前已具备投入高容量量产（HVM）的条件。这种基于紫外光（UV）的压印技术使用透明印章，如今已成为一项标准工艺，也是整片晶圆压印最常用的方法，即印章的尺寸与待压印晶圆的尺寸相对应。此前的研究已显示出令人满意的结果，在关键尺寸（CD）方面表现出优异的重复性和均匀性。早在2017年，大于500 nm周期的大尺寸结构以及浅宽高比特征已完成工艺验证。随后进一步实现了在单次运行中对25片晶圆进行压印，并完成了在硅/二氧化硅（Si/SiO?）叠层中的光刻与刻蚀工艺验证：

• 针对不同直径的接触孔（从100 nm到50 nm）以及不同的接触孔密度（从1:3到1:15）。

• 针对线和空间阵列，其密度为1:4，且空间宽度可变（从100 nm到50 nm）。

在本文中，我们证明了借助EVG SmartNIL技术、优化的EVG NIL-UV/AS2软印章材料与之匹配的光刻胶，以及通过干法刻蚀对图形转移工艺的改进，纳米压印光刻所能实现的图形尺寸极限可推进至亚50纳米。基于CD-SEM（关键尺寸扫描电镜）测量和SEM截面分析，展示了高保真度和良好的重复性——使用同一软印章在单次运行中完成了25次压印复制。压印材料的图形转移兼容性已验证至线宽45 nm、密度1:4的结构。此外，本文还讨论了该纳米压印技术的工艺窗口及其在光子学器件和三维图形化等应用中的兼容性。同时，重点介绍了在基板脱模（剥离）方面的专项工艺开发，以及实现低缺陷率工艺的未来发展方向。

1.  介绍

自1995年S.Y. Chou 和 J. Haisma 提出纳米压印光刻（NIL）技术以来，该技术已朝着多个方向不断发展。其中，较为成熟的技术之一是软紫外压印光刻（soft-UV NIL），它凭借软模具的特性，能够同时实现高分辨率图形复制和低缺陷率。多家企业已将该技术集成到符合微电子工艺要求的设备中。基于此，通过研究关键尺寸（CD）均匀性、开发适用于高宽高比图形的完整材料体系，以及近期对亚100 nm图形的集成，已在晶圆级上验证了该技术具备高容量量产（HVM）的能力。

为满足微电子领域的新需求，本文证明：通过采用EV集团开发的新材料并结合其相关技术，能够在满足基本集成要求的前提下，实现亚50 nm的图形化。为此，此前针对亚100 nm尺度所研究的各项参数均被重新评估并适配至这一新的尺寸范围。本文第一部分重点回顾了相关技术原理、工艺流程及所研究的结构；第二部分展示了所获得的实验结果，详细阐述并讨论了面向高容量量产的关键参数，即集成能力、均匀性和重复性。最后，文章对当前已实现的技术能力进行了总结，并提出了该技术未来发展的下一步目标。

2. 技术与工艺

2.1 全晶圆压印 EVG 解决方案

EVG 的解决方案采用软印章实现全晶圆压印。该工艺的各个步骤如图1所示。首先，将工作印章材料旋涂在硅模板上，该模板事先已涂覆一层防粘连层（步骤1）。在此阶段，工作印章材料填充模板上的所有结构。第二步，将一个柔性背板与该叠层接触（步骤2）。第三步，通过紫外光照射使工作印章材料固化（步骤3）。随后将其剥离，最终得到一个软印章（步骤4）。利用该软印章，可进行多次压印，如图1所示。接下来，将已旋涂特定光刻胶的基板与工作印章接触（步骤5）。最后，经过紫外光固化阶段，使光刻胶交联并稳定（步骤6），再进行脱模操作，获得最终的压印基板（步骤7）。

需要指出的是，在纳米压印工艺结束时，初始结构下方仍会残留一层薄膜，如图1-7所示。该残余层的厚度主要取决于压印图形的密度以及光刻胶的流动特性。该残留层可在后续工艺中被刻蚀，可单独刻蚀，也可与基板同时刻蚀，以最终在硅材料中形成目标图形。

图1：全晶圆尺度纳米压印主要步骤示意图

未完待续……