CN100394306C - 电子束和光学混合和匹配曝光套准标记的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种电子束和光学混合和匹配曝光套准标记的制备方法，包括：电子束和光学混合和匹配曝光的套准标记的设计；用电子束曝光系统制备套准标记掩模版；采用光学投影系统将掩模版上的套准标记曝光在硅片上；采用干法刻蚀将套准标记转移到硅片上；在电子束曝光系统中采用合适的修正方法查找标记等。该方法实现了电子束曝光系统和光学曝光系统的混合和匹配曝光，其套准精度优于100nm，使我们在缺乏昂贵的193nm投影光刻机的情况下，利用电子束曝光纳米尺寸的图形，而用普通的365nm光学投影光刻机曝光其它大尺寸的图形。本发明方法结合了电子束系统曝光的高分辨率和光学投影光刻机的高效率，大大提高了纳米器件和电路的研制效率。
Description
技术领域
本发明涉及纳米加工领域，是制备电子束和光学混合和匹配曝光套准标记的方法，是保证电子束和光学混合和匹配曝光套准精度的基础。
背景技术
电子束曝光系统有很高的分辨率，JBX-5000LS电子束曝光系统的最高分辨率可以达到30nm，但由于圆形束电子束曝光系统采用较细的束斑进行超精细图形扫描曝光，图形精度要求越高，选择用于描绘图形的束斑要求越细，相应的束流密度越小，在同样感光灵敏度条件下就需要越长的曝光时间。采用电子束和光学系统的混合和匹配曝光是解决电子束光刻精度和扫描效率的矛盾的有效方法，而高精度电子束和光学混合和匹配曝光套准标记的制备是混合和匹配曝光技术实现的重要保证。
发明内容
本发明针对电子束光刻精度和扫描效率的矛盾，提出了高精度电子束和光学混合和匹配曝光套准标记的制备方法，利用该方法制备的标记，电子束和光学系统的套准精度可以优于100nm。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种电子束和光学混合和匹配曝光套准标记的制备方法，是用光学曝光方法制备可以被电子束系统识别的用于电子束和光学混合和匹配曝光的套准标记，具有电子束和光学混合和匹配曝光的套准标记；用电子束曝光系统制备套准标记掩模版；采用光学投影系统将掩模版上的套准标记曝光在硅片上；采用干法刻蚀将套准标记转移到硅片上；在电子束曝光系统中采用修正方法查找标记的特点；其包括下列步骤：
第一步，设计电子束和光学混合和匹配曝光的套准标记，包括：
a.根据电子束曝光系统的要求，设计整片标记；
b.根据电子束曝光系统的要求，设计每个子场的标记；
c.将标记图形转换成电子束系统可以识别的图形文件格式；
d.编辑电子束曝光文件；
第二步，将掩模版装入电子束曝光系统的电子腔体；
第三步，曝光电子束和光学混合与匹配曝光的套准的整片和子场标记；
第四步，对第三步得到的掩模版进行显影、腐蚀铬和去胶处理，再用去离子水清洗干净，得到了含有整片标记和子场标记的掩模版；
第五步，用显微镜观察掩模版的完整性；
第六步，用线宽测量仪测量整片标记和子场标记的特征尺寸并和设计图形的特征尺寸进行比较；
第七步，准备电子束和光学系统混合与匹配曝光的基片，包括：
a.将硅基片进行常规清洗处理；
b.采用光学投影系统曝光检测电子束和光学系统混合与匹配曝光的套准精度的第一层图形；
c.进行显影、腐蚀和去胶处理，再用去离子水清洗干净，得到电子束和光学系统曝光混合与匹配曝光的基片；
d.涂覆光学抗蚀剂，装入光学投影曝光系统的片架上；
e.将第四步得到的掩模版放入光学投影曝光系统的掩模版版架上，
将整片标记和子场标记曝光转移到基片上；
f.显影并清洗干净基片；
第八步，用抗蚀剂作为阻挡层，采用干法刻蚀将套准标记转移到硅片上；
第九步，将第八步得到的硅片进行去胶和清洗，涂覆电子束抗蚀剂；
第十步，用严格控制温度的热板进行前烘后，自然冷却，再装入电子束腔体；
第十一步，对整片标记和子场标记分别进行修正，确保电子束系统可以查找到光学投影曝光系统制备的标记后，采用电子束系统曝光检测电子束和光学系统混合与匹配曝光的套准精度的第二层图形，包括：
a.根据光学投影曝光系统和电子束曝光系统的物理中心点的不同，对整片标记的中心点位置进行修正；
b.将修正值输入到电子束曝光的作业文件中；
c.设置只有检测并修正了子场标记位置的情况下进行曝光；
d.选择剂量和电流进行第二层图形的曝光；
第十二步，将曝光后的基片用热板进行后烘，再自然冷却；
第十三步，对第十二步所得基片进行显影后，得到检察电子束曝光系统和光学曝光系统的混合和匹配曝光的套准精度的图形；
第十四步，将第十三步所得基片用去离子水冲洗干净，用电子显微镜测量曝光后的图形，合格后，完成制品。
所述的方法，其所述第一步a，整片标记的形状为十字，其长度为1500微米，宽度为10微米。
所述的方法，其所述第一步b，每个子场的标记由三个形状为「的图形组成，「图形的长为70微米，宽度为10微米，图形之间的间距为750微米。
所述的方法，其所述第一步c，电子束系统可以识别的图形文件格式是JEOL51。
所述的方法，其所述第六步，整片标记和子场标记的特征尺寸和设计图形的特征尺寸的误差小于100nm。
所述的方法，其所述第八步，刻蚀的深度为1微米，陡直度89度。
所述的方法，其所述第十步，烘的温度为105度，时间2分钟。
所述的方法，其所述第十一步a，中心点位置的修正值为(-889，45)。
所述的方法，其所述第十一步d，曝光的剂量和电流分布为24uc/cm2和2nA。
所述的方法，其所述电子束曝光系统为JBX-5000LS，光学曝光系统为ASML-PAS5000/55分步重复式光刻机。
本发明方法实现了电子束曝光系统和光学曝光系统的混合和匹配曝光套准精度优于100nm，使我们在缺乏昂贵的193nm投影光刻机的情况下，利用电子束曝光纳米尺寸的图形，而用普通的365nm光学投影光刻机曝光其它大尺寸的图形。本发明方法结合了电子束系统曝光的高分辨率和光学投影光刻机的高效率，大大提高了纳米器件和电路的研制效率。
附图说明
图1：为本发明JBX-5000LS电子束曝光系统套准用的整片标记；
图2：为本发明JBX-5000LS电子束曝光系统套准用的子场标记；
图3：为本发明方法制作的套准标记，用于JBX-5000LS电子束曝光系统和ASML-PAS5000/55分步重复式光刻机的混合和匹配曝光的套准精度优于100nm。
具体实施方法
本发明方法的关键技术在以下几方面：电子束和光学混合和匹配曝光的套准标记的设计；用电子束曝光系统制备套准标记掩模版；采用光学投影系统将掩模版上的套准标记曝光在硅片上；采用干法刻蚀将套准标记转移到硅片上；在电子束曝光系统中采用合适的修正方法查找标记。
以下是对本发明的具体描述：
1.设计电子束和光学混合和匹配曝光的套准标记：
a.根据电子束曝光系统的要求，设计整片标记见图1，整片标记的形状为十字，其长度为1500微米，宽度为10微米；
b.根据电子束曝光系统的要求，设计见图2示，每个子场的标记由三个形状为「的图形组成，具体尺寸为「的长为70微米，宽度为10微米，图形之间的间距为750微米；
c.将标记图形转换成电子束系统可以识别的图形文件格式，即JEOL51；
d.编辑电子束曝光文件。
2.采用光学投影系统将掩模版上的套准标记曝光在硅片上；
a.将硅基片进行常规清洗处理；
b.采用光学投影系统曝光检测电子束和光学系统曝光混合与匹配曝光的套准精度的第一层图形；
c.进行显影、腐蚀和去胶处理，再用去离子水清洗干净，得到电子束和光学系统曝光混合与匹配曝光的基片；
d.涂覆光学抗蚀剂，装入光学投影曝光系统的片架上；
e.将第四步得到的掩模版放入光学投影曝光系统的掩模版版架上，将整片标记和子场标记曝光转移到基片上；
f.显影并清洗干净。
3.采用干法刻蚀将套准标记转移到硅片上，用抗蚀剂作为阻挡层，采用干法刻蚀将套准标记转移到硅片上，刻蚀的深度为1微米，陡直度89度；
4.在电子束曝光系统中采用合适的修正方法查找标记，对整片标记和子场标记分别进行修正，确保电子束系统可以查找到光学投影曝光系统制备的标记后，采用电子束系统曝光检测电子束和光学系统混合与匹配曝光的套准精度的第二层图形；
a.根据光学投影曝光系统和电子束曝光系统的物理中心点的不同，对整片标记的中心点位置进行修正，中心点位置的修正值为(-889，45)；
b.将修正值输入到电子束曝光的作业文件中；
c.设置只有检测并修正了子场标记位置的情况下进行曝光；
d选择合适的剂量和电流进行曝光，曝光的剂量和电流分布为24uc/cm2和2nA。
实施例
(1)根据电子束曝光系统的要求，设计整片标记，整片标记的形状为十字，其长度为1500微米，宽度为10微米，见图1示。
(2)根据电子束曝光系统的要求，设计每个子场的标记，每个子场的标记由三个形状为「的图形组成，见图2示，具体尺寸为「的长为70微米，宽度为10微米，图形之间的间距为750微米。
(3)将标记图形转换成电子束系统可以识别的图形文件格式，即JEOL51格式。
(4)编辑电子束曝光文件。
(5)将掩模版装入电子束曝光系统的电子腔体。
(6)曝光电子束和光学混合与匹配曝光的套准的整片和子场标记。
(7)掩模版进行显影、腐蚀铬和去胶处理，再用去离子水清洗干净，得到了含有整片标记和子场标记的掩模版。
(8)用显微镜观察掩模版的完整性。
(9)用线宽测量仪测量整片标记和子场标记的特征尺寸并和设计图形的特征尺寸比较。
(10)将硅基片进行常规清洗处理。
(11)采用光学投影系统曝光检测电子束和光学系统曝光混合与匹配曝光的套准精度的第一层图形。
(12)进行显影、腐蚀和去胶处理，再用去离子水清洗干净，得到电子束和光学系统曝光混合与匹配曝光的基片。
(13)涂覆光学抗蚀剂，装入光学投影曝光系统的片架上。
(14)将第四步得到的掩模版放入光学投影曝光系统的掩模版版架上，将整片标记和子场标记曝光转移到基片上。
(15)显影并清洗干净。
(16)用抗蚀剂作为阻挡层，采用干法刻蚀将套准标记转移到硅片上。
(17)将硅片进行去胶和清洗，涂覆电子束抗蚀剂。
(18)用严格控制温度的热板进行前烘后，自然冷却，再装入电子束腔体。
(19)根据光学投影曝光系统和电子束曝光系统的物理中心点的不同，对整片标记的中心点位置进行修正。
(20)将修正值输入到电子束曝光的作业文件中。
(21)设置只有检测并修正了子场标记位置的情况下进行曝光。
(22)选择合适的剂量和电流进行曝光。
(23)将曝光后的基片用热板进行后烘，再自然冷却。
(24)所得基片进行显影后，得到检察电子束曝光系统和光学曝光系统的混合和匹配曝光的套准精度的图形。
(25)所得基片用去离子水冲洗干净，用电子显微镜测量曝光后的图形，电子束曝光系统和光学曝光系统的混合和匹配曝光的套准精度优于100nm，见图3。
Claims (10)
1.一种电子束和光学混合和匹配曝光套准标记的制备方法，是用光学曝光方法制备可以被电子束系统识别的用于电子束和光学混合和匹配曝光的套准标记，具有电子束和光学混合和匹配曝光的套准标记；用电子束曝光系统制备套准标记掩模版；采用光学投影系统将掩模版上的套准标记曝光在硅片上；采用干法刻蚀将套准标记转移到硅片上；在电子束曝光系统中采用修正方法查找标记的特点；其特征在于，包括下列步骤：
第一步，设计电子束和光学混合和匹配曝光的套准标记，包括：
a.根据电子束曝光系统的要求，设计整片标记；
b.根据电子束曝光系统的要求，设计每个子场的标记；
c.将标记图形转换成电子束系统可以识别的图形文件格式；
d.编辑电子束曝光文件；
第二步，将掩模版装入电子束曝光系统的电子腔体；
第三步，曝光电子束和光学混合与匹配曝光的套准的整片和子场标记；
第四步，对第三步得到的掩模版进行显影、腐蚀铬和去胶处理，再用去离子水清洗干净，得到了含有整片标记和子场标记的掩模版；
第五步，用显微镜观察掩模版的完整性；
第六步，用线宽测量仪测量整片标记和子场标记的特征尺寸并和设计图形的特征尺寸进行比较；
第七步，准备电子束和光学系统混合与匹配曝光的基片，包括：
a.将硅基片进行常规清洗处理；
b.采用光学投影系统曝光检测电子束和光学系统混合与匹配曝光的套准精度的第一层图形；
c.进行显影、腐蚀和去胶处理，再用去离子水清洗干净，得到电子束和光学系统曝光混合与匹配曝光的基片；
d.涂覆光学抗蚀剂，装入光学投影曝光系统的片架上；
e.将第四步得到的掩模版放入光学投影曝光系统的掩模版版架上，
将整片标记和子场标记曝光转移到基片上；
f.显影并清洗干净基片；
第八步，用抗蚀剂作为阻挡层，采用干法刻蚀将套准标记转移到硅片上；
第九步，将第八步得到的硅片进行去胶和清洗，涂覆电子束抗蚀剂；
第十步，用控制温度的热板进行前烘后，自然冷却，再装入电子束腔体；
第十一步，对整片标记和子场标记分别进行修正，确保电子束系统可以查找到光学投影曝光系统制备的标记后，采用电子束系统曝光检测电子束和光学系统混合与匹配曝光的套准精度的第二层图形，包括：
a.根据光学投影曝光系统和电子束曝光系统的物理中心点的不同，对整片标记的中心点位置进行修正；
b.将修正值输入到电子束曝光的作业文件中；
c.设置只有检测并修正了子场标记位置的情况下进行曝光；
d.选择剂量和电流进行第二层图形的曝光；
第十二步，将曝光后的基片用热板进行后烘，再自然冷却；
第十三步，对第十二步所得基片进行显影后，得到检察电子束曝光系统和光学曝光系统的混合和匹配曝光的套准精度的图形；
第十四步，将第十三步所得基片用去离子水冲洗干净，用电子显微镜测量曝光后的图形，合格后，完成制品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步a，整片标记的形状为十字，其长度为1500±10微米，宽度为10±1微米。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步b，每个子场的标记由三个形状为「的图形组成，「图形的长为70±2微米，宽度为10±1微米，图形之间的间距为750±5微米。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步c，电子束系统可以识别的图形文件格式是JEOL51。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第六步，整片标记和子场标记的特征尺寸和设计图形的特征尺寸的误差小于100nm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第八步，刻蚀的深度为1±0.1微米，陡直度89±1度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第十步，烘的温度为105度，时间2分钟。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第十一步a，中心点位置的修正值为(-889，45)。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第十一步d，曝光的剂量和电流分布为24uc/cm2和2nA。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子束曝光系统为JBX-5000LS，光学曝光系统为ASML-PAS5000/55分步重复式光刻机。
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