電子束膠

電子束膠對電子束可感光，聚甲基丙烯酸甲酯是目前使用得最多的電子束膠，但是聚甲基丙烯酸甲酯在套用時存在缺點，例如抗刻蝕能力差，粘合性差，耐酸鹼性和耐溫性差。

電子束膠及電子束曝光在先進微納結構的前沿開發中廣泛套用，目前國內電子束光刻膠主要供應商來自國外，國內也有企業已經成功開發出多系列電子束光刻膠。

基本介紹

• 中文名：電子束膠
• 外文名：Ebeam Resist
• 拼音：diàn zǐ shù jiāo
• 作用：刻蝕複雜的微納米級圖形電路
• 分類：正膠和負膠2種
• 常用材料：聚甲基丙烯酸酯類，聚苯乙烯共聚體系，聚矽氧烷體系

定義

在光的作用下能迅速發生光化學反應，產生物理或化學變化的高聚物稱為感光性功能高分子，這類高分子已廣泛地套用於印刷、電子、塗料等工業。例如在印刷工業中，感光樹脂印刷版可代替傳統的鉛字印刷版。印刷工業上套用的聚乙烯醇酸酯，在光照時成為不溶解的產物，在溶劑沖洗時將保留下來，即得到印刷用的凸版。在大規模積體電路晶片中使用光刻膠可以在幾平方厘米的面積上刻蝕成複雜的微納米結構電路。

電子束膠要求有很高的解析度和靈敏度，雖然普通的光刻膠對電子也很敏感，但其解析度和靈敏度遠遠達不到電子束膠的要求。電子束膠及電子束曝光在先進的微納結構的前沿開發中廣泛套用，目前國內電子束光刻膠主要供應商來自國外，國內也有企業已經成功開發出多系列電子束光刻膠。

電子束膠對電子束可感光，聚甲基丙烯酸甲酯是目前使用得最多的電子束膠，但是聚甲基丙烯酸甲酯在套用時存在缺點，例如抗刻蝕能力差，粘合性差，耐酸鹼性和耐溫性差。為了解決這些問題，聚苯乙烯共聚體系（ZEP）和聚矽氧烷體系（HSQ）的電子束膠體系受到國內科研體系越來越多的關注和套用。

電子束膠分類

電子束膠可以分為正性電子束光刻膠和負性電子束光刻膠，從材料種類來說可以分為：

1）PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)

PMMA系列電子束膠是套用於電子束圖形化工藝的經典通用材料之一。PMMA系列一般進一步按照分子量和濃度區分，以滿足不同的靈敏度和膜厚需求，形成不同的納米級結構。目前市場上開發的主要基於兩種分子量的PMMA樹脂（495K和950K）。IFT-OFF工藝中套用到雙層結構，因此可能搭配使用高低分子量的PMMA。江蘇漢拓目前已經開發出70K-950K的PMMA樹脂系列電子束膠樣，可以滿足不同需求。

不同分子量的PMMA的對比度差異

PMMA在雙層結構中的套用

2) EBR-9(聚alfa-氯代丙烯酸三氟乙酯)

3) PBS（聚丁碸）

4）ZEP

ZEP520主要是Nippon Zeon公司研發，是alfa-氯代丙烯酸甲酯和alfa-甲基苯乙烯的交替共聚物，靈敏度比PMMA系列高一數量級，但是解析度相當。和PMMA相比，ZEP電子束膠由於其中的苯環結構提供了更高的耐刻蝕性。國內目前已有企業推出此類電子束膠RE650，性能與ZEP520相當。

ZEP的耐刻蝕性對比

5）光刻膠的電子束套用

基於化學增幅原理的化學放大膠不僅具有很高的靈敏度，有利於提高電子束曝光的效率，而且具有強的耐乾法刻蝕性，有利於半導體後續加工工藝的進行。化學放大膠主要包括：基質樹脂、有機溶劑和酸性發生劑（photoacid generator，PAG）。

6）HSQ

聚氫倍半矽氧烷是一類含矽的負性電子束光刻膠，其解析度可以達到5nm。

HSQ電子束曝光後圖形

電子束膠光掩模板的去膠裝置

如右圖所示為電子束膠光掩模板的去膠裝置，安裝在機座下部的驅動件其活動桿通過聯板與驅動連桿連線，驅動連桿與支座連線安裝在機座上部的外槽體其槽壁四周安裝有上噴嘴、底板有排液流道內槽體通過支承架安裝在外槽體內，托架的托盤設定在內槽體內，托盤底面具有環形凸筋，托盤下部的托座穿出內槽體與支座密封連線，托盤上設有支承座、與藥液流道相通的藥液下出口和周邊的藥液側出口，托架的水道出口安裝有下噴嘴支座的藥液混合腔與托架上的藥液流道相通，支座與藥液混合腔相通的兩個獨立進藥孔其出口設有單向閥、進口與藥液管道連線，套在支座外側的柔性密封套密封連線在外槽體和托架的托座上。具有去膠成本低、生產效率高的特點。

電子束膠光掩模板的去膠裝置

其特徵在於包括包括外槽體（2）、內槽體（3）、托架（5）以及支座（9）、驅動件（15）和機座（11），安裝在機座（11）下部的驅動件（15）其活動桿通過聯板（14）與驅動連桿（12）連線，驅動連桿（12）與支座（9）固定連線；安裝在機座（11）上部的外槽體（2）沿槽壁四周的上部安裝有噴口向下傾斜的上噴嘴（1）、底板具有排液流道；所述的內槽體（3）通過支承架（20）安裝在外槽體（2）內，托架（5）的托盤（5-1）設定在內槽體（3）內，托盤（5-1）底面具有與內槽體（3）密封的環形凸筋（5-6），托盤（5-1）下部的托座（5-5）穿出內槽體（3）的開口與支座（9）密封連線，托盤（5-1）上設有用於支承光掩模板的兩個以上的支承座（5-2），托盤（5-1）底部的藥液下出口（5-8）和周邊兩個以上的藥液側出口（5-7）與托架（5）內的藥液流道（5-4）相通，托架（5）的水道（5-3）出口處安裝有下噴嘴（21），托架（5）內的水道（5-3）和上噴嘴（1）分別與水管連線；所述支座（9）的藥液混合腔（9-3）與托架（5）上的藥液流道（5-4）相通，支座（9）上兩個獨立的進藥孔（9-2）與藥液混合腔（9-3）相通，且各進藥孔（9-2）的出口處設有單向閥（17）、進口處與藥液管道（16）連線套在支座（9）外側的柔性密封套（7）兩側分別密封連線在外槽體（2）和托架（5）的托座（5-5）上。

電子束光刻方法

電子束光刻方法，包括：在結構材料層上形成硬掩模層；在硬掩模層上形成電子束光刻膠；採用電子束曝光系統，對電子束光刻膠進行曝光，其中通過增加曝光劑量來提高電子束光刻膠的抗刻蝕性；採用顯影液對曝光後的電子束光刻膠顯影，形成電子束光刻膠圖形；以電子束光刻膠圖形為掩模，各向異性刻蝕硬掩模層和結構材料層，形成所需的精細線條。

依照上文所說的電子束光刻方法，在保證高寬比不變的情況下通過改變工藝條件來提高電子束膠的抗刻蝕性能，防止電子束膠被完全損失，由此提高了線條的精度、改進了最終器件的性能。