CN100478784C - 全透明无铬移相掩模实现100纳米图形加工的方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用全透明无铬移相掩模实现100纳米图形加工的方法，具有优化处理的掩模图形数据；合适的掩模图形曝光工艺；合适的显影条件；严格控制铬模腐蚀条件；曝光后的掩模处理工艺；选择干法刻蚀的移相器制作工艺，合适的移相层厚度的确定等特点，且采用g线436nm波长的光源制备出分辨率高的100nm图形。本发明方法，大大提高了g线436nm波长光源的曝光分辨率，使得我们在没有昂贵的193nm波长光源的光学光刻设备(在1100万美元)的情况下，也能曝光出分辨率非常高的图形。本发明是一种经济实用的制造100nm图形的新方法，可以满足纳米电子器件研究迫切需要廉价的纳米加工手段的需求。
Description
技术领域
本发明涉及光学光刻技术领域，是一种采用全透明无铬移相掩模实现100纳米图形加工的新方法。
背景技术
在微电子技术中，光学光刻技术一直是主流技术被工业界广泛采用，但光学光刻技术的分辨率受衍射效应的影响一般不能突破光学光源波长的限制，即如果光学光源采用436nm，则其光刻分辨率在0.8微米。尽管目前光学光刻技术的光源波长已经缩短到193nm，但采用193nm波长光源的光学光刻设备非常昂贵(在1100万美元)，一般的研究机构很难负担如此昂贵的设备，同时微电子技术的研究已经进入纳米技术时代，对纳米电子器件的研究迫切需要廉价的纳米加工手段，全透明无铬移相掩模可以满足这一需求。
发明内容
本发明针对研究机构很难负担昂贵的193nm波长光源的光学光刻设备，提出一种新方法，不用193nm波长光源的光学光刻设备，而采用全透明无铬移相掩模曝光出100nm的图形，该方法具有优化处理的掩模图形数据；合适的掩模图形曝光工艺；合适的显影条件；严格控制铬模腐蚀条件；曝光后的掩模处理工艺；选择干法刻蚀的移相器制作工艺；合适的移相层厚度的确定等特点，且采用g线436nm波长的光源制备出分辨率高的100nm图形。
本发明一种采用全透明无铬移相掩模实现100纳米图形加工的方法，包括下列步骤：
第一步，处理掩模图形的数据：
d.根据用户提供的图纸、数据、磁带或磁盘，分析原始版图图形层的数据特征，确定移相层数据；
e.将移相层数据单独取出；
f.将用户提供的数据转换成移相掩模制造设备识别的数据格式，具体的：如果采用GCA3600图形发生器制造掩模图形则转换成GCA3600格式，如果采用JBX-6AII电子束曝光设备制造掩模图形则转换成JEOL51格式；
第二步，准备制备移相层掩模图形的衬底，选择石英衬底的铬版装入GCA3600图形发生器工件台或JBX-6AII电子束曝光机腔体；
第三步，将第二步所得基片进行移相层掩模图形曝光；可以分别采用GCA3600图形发生器和JBX-6AII电子束曝光系统制造移相层掩模图形；
当采用GCA3600图形发生器制造移相层掩模图形时：
c.设定曝光条件；
d.在专用显影液中显影；
采用JBX-6AII电子束曝光系统制造移相层掩模图形时：
c.采用合适的曝光剂量和曝光电流进行曝光；
d.将曝光后移相层掩模进行显影；
第四步，对第三步得到的移相层掩模进行强紫外光工艺处理；
第五步，对第四步处理后的移相层掩模用掩模清洗机清洗；
第六步，采用铬模腐蚀液湿法腐蚀去除移相层掩模的铬；
第七步，将已经去除铬的移相层掩模在AZ光致抗蚀剂去胶液中浸泡去胶，最后采用高压纯净水冲洗移相层掩模，以保证移相层掩模表面光洁度；再用氮气吹干；
第八步，将第七步得到的移相层掩模装入反应离子刻蚀机的反应室里，在刻蚀开始之前先通氧气打底胶；
第九步，对打完底胶的移相层掩模进行移相层刻蚀工艺；刻蚀过程必须严格控制膜厚，通常根据膜厚监测结果及相应条件下的刻蚀速率计算补刻刻蚀时间精确调整台阶深度，同时检测时注意扣除未清除的铬膜厚度；
第十步，对刻蚀完的移相层掩模用掩模清洗机清洗，再烘干，完成了移相层掩模的制备；
第十一步，以第十步得到的移相层掩模作为曝光用的掩模图形，以硅片为衬底曝光、显影，得到分辨率非常高的100nm图形；
第十二步，将第十一步得到的硅片基底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，得成品。
所述的方法，其所述第一步a中，为制备出移相层掩模，移相层数据的特征尺寸选择200nm。
所述的方法，其所述第一步b中，移相层数据要和原始数据选取中心点一致。
所述的方法，其所述第三步a中，采用GCA3600图形发生器时，要将第一步c中的转换成GCA3600的数据放大10倍，不做镜像处理，曝光1分钟，在显影液中显影1分钟。
所述的方法，其所述第三步a中，采用JBX-6AII电子束曝光系统时，将第一步c中转换成JEOL51的数据进行Y镜像和旋转180度处理，采用15uc/cm2的曝光剂量和2nA曝光电流进行曝光。
所述的方法，其所述第三步b中，显影的环境温度为21℃，所用显影液为0.7％的氢氧化钠水溶液，显影时间控制在1分钟。
所述的方法，其所述第六步中，铬模腐蚀液的具体配方为：硝酸铈铵∶高氯酸∶水＝25g∶30ml∶100ml，湿法腐蚀时间为30秒，同时摇动腐蚀液，腐蚀温度维持在21℃。
所述的方法，其所述第八步中，打底胶的条件为：气体选择为氧气，流量为2SCCM，打底胶的时间为1分钟。
所述的方法，其所述第八步中，反应离子刻蚀机，刻蚀的工艺条件选择：灯丝电压6V，板极电压550V，功率200W，反应离子刻蚀气体为CHF3，流量为20SCCM，气压3～5pa，刻蚀时间13分钟。
所述的方法，其所述第九步中，刻蚀过程必须严格控制膜厚，相对g线436nm波长的光源，石英移相器台阶为.436±.036微米，通常根据膜厚监测结果及相应条件下的刻蚀速率计算补刻刻蚀时间精确调整台阶深度，同时检测时注意扣除未清除的铬膜厚度。
所述的方法，其所述第十一步中，曝光时选择的曝光机光源为436nm。
所述的方法，其所述第八步中，反应离子刻蚀机，其具体型号为ME-3型多功能磁增强反应离子刻蚀机。
所述的方法，其所述第十步中，掩模清洗机，为ATP914。
所述的方法，其所述显影液型号为：TD-A∶TD-B＝3∶1。
本发明方法成功地研制出100nm的图形，大大提高了436nm光源光学光刻技术的分辨率，使我们在无法购买到非常昂贵的193nm光源光学光刻设备的情况下也能曝光出分辨率很高的图形。本发明是一种经济实用的制造纳米图形的方法，为研制纳米器件提供了有力手段。
附图说明
图1为本发明直接由436nm光源光学光刻设备采用全透明无铬移相掩模曝光出的100纳米图形的SEM照片。
具体实施方式
本发明方法的关键技术在以下几方面：优化处理的掩模图形数据；合适的掩模图形曝光工艺；选择合适的显影条件；严格控制铬模腐蚀条件；曝光后的掩模处理工艺；选择干法刻蚀的移相器制作工艺，合适的移相层厚度的确定。
以下是对本发明的具体描述：
1.优化处理掩模图形的数据：为制备无铬全透明移相掩模，必须根据用户提供的图纸、数据、磁带或磁盘，分析原始版图图形层的数据特征，确定移相层数据；同时做以下优化处理：
a.将移相层数据的特征尺寸选择为200nm，将移相层数据单独取出；
b.将用户提供的数据转换成移相掩模制造设备识别的数据格式，具体的：如果采用GCA3600图形发生器制造掩模图形则转换成GCA3600格式，如果采用JBX-6AII电子束曝光设备制造掩模图形则转换成JEOL51格式；
2.优化的掩模图形曝光工艺：如果采用GCA3600图形发生器制造掩模图形，将转换成GCA3600的数据放大10倍，不做镜像处理，曝光1分钟，在显影液(具体型号为：TD-A∶TD-B＝3∶1)中显影1分钟。如果采用JBX-6AII电子束曝光设备制造掩模图形，转换成JEOL51的数据进行Y镜像和旋转180度处理，采用15uc/cm2的曝光剂量和2nA曝光电流进行曝光。
3.选择合适的显影条件：显影的环境温度为21℃，所用显影液为0.7％的氢氧化钠水溶液，显影时间控制在1分钟。
4.严格控制铬模腐蚀条件，铬模腐蚀液的具体配方为：硝酸铈铵∶高氯酸∶水＝25g∶30ml∶100ml，湿法腐蚀时间为30秒，同时摇动腐蚀液，腐蚀温度维持在21度。
5.对曝光后的掩模进行工艺处理：对移相层掩模进行强紫外光工艺处理；再用掩模清洗机(具体型号ATP914)清洗2分钟；
6.选择干法刻蚀的移相器制作工艺：为保证刻蚀的图形的质量，在开始刻蚀工艺前要先进行打底胶，打底胶的条件为：气体选择为氧气，流量为2SCCM，打底胶的时间为1分钟。正式刻蚀的条件是：选择反应离子刻蚀机，刻蚀的工艺条件选择：灯丝电压6V，板极电压550V，功率200W，反应离子刻蚀气体为CHF3，流量为20SCCM，气压4.5pa，刻蚀时间13分钟。
7.合适的移相层厚度的确定：无铬(全透明)移相掩模的特点是利用大于某宽度的透明移相器图形边缘光相位突然发生180度变化，在移相器边缘两侧衍射场的干涉效应产生一个形如″刀刃″的光强分布并在移相器所有边界线上形成光强为零的暗区，具有微细线条一分为二的分裂效果，使成像分辨率提高近一倍。只用一种透明材料即可制作移相掩模，简化了制造工艺。
在研制移相器时，移相器的刻蚀深度控制非常关键：通常刻蚀深度可以由下式表示：
这里，λ为曝光光源的波长，n为掩模材料的折射系数。刻蚀过程必须严格控制膜厚，相对g线436nm波长的光源，石英移相器台阶为.436±.036微米，通常根据膜厚监测结果及相应条件下的刻蚀速率计算补刻刻蚀时间精调台阶深度，同时检测时注意扣除未清除的铬膜厚度。
实施例
(1)根据用户提供的图纸、数据、磁带或磁盘，分析原始版图图形层的数据特征，确定移相层数据。
(2)选择200nm为移相层数据的特征尺寸，将移相层数据单独取出，为保证多层图形的套刻，移相层数据的中心点用和原始版图图形一致。
(3)将用户提供的数据转换成移相掩模制造设备识别的数据格式，具体的：如果采用GCA3600图形发生器制造掩模图形则转换成GCA3600格式，如果采用JBX-6AII电子束曝光设备制造掩模图形则转换成JEOL51格式。
(4)准备制备移相层掩模图形的衬底，选择石英衬底的铬版装入GCA3600图形发生器工件台或JBX-6AII电子束曝光机腔体。
(5)将基片进行移相层掩模图形曝光；当采用GCA3600图形发生器制造移相层掩模图形时：将转换成GCA3600的数据放大10倍，不做镜像处理，曝光1分钟。
(6)在专用显影液中显影，在显影液(具体型号为：TD-A∶TD-B＝3∶1)显影中显影1分钟。
(7)采用JBX-6AII电子束曝光系统制造移相层掩模图形时：采用合适的曝光剂量和曝光电流进行曝光，转换成JEOL51的数据进行Y镜像和旋转180度处理，采用15uc/cm2的曝光剂量和2nA曝光电流进行曝光。
(8)曝光后移相层掩模进行显影，显影的环境温度为21℃，所用显影液为0.7％的氢氧化钠水溶液，显影时间控制在1分钟。
(9)对移相层掩模进行强紫外光工艺处理。
(10)对处理后的移相层掩模用掩模清洗机(具体型号ATP914)清洗2分钟。
(11)采用铬模腐蚀液湿法腐蚀去除移相层掩模的铬；铬模腐蚀液的具体配方为：硝酸铈铵∶高氯酸∶水＝25g∶30ml∶100ml，湿法腐蚀时间为30秒，同时摇动腐蚀液，腐蚀温度维持在21度。
(12)将已经去除铬的移相层掩模在AZ光致抗蚀剂去胶液中浸泡2分钟去胶。
(13)采用高压冲洗移相层掩模，以保证移相层掩模表面光洁度；再用氮气吹干。
(14)将移相层掩模装入反应离子刻蚀机的反应室里，在刻蚀开始之前先通氧气打底胶；打底胶的条件为：气体选择为氧气，流量为2SCCM，打底胶的时间为1分钟。
(15)对打完底胶的移相层掩模进行移相层刻蚀工艺；刻蚀的工艺条件选择：灯丝电压6V，板极电压550V，功率200W，反应离子刻蚀气体为CHF3，流量为20SCCM，气压3～5pa，刻蚀时间13分钟。
(16)对刻蚀完的移相层掩模用掩模清洗机(具体型号为ATP914)清洗2分钟，再烘干，完成了移相层掩模的制备。
(17)以移相层掩模作为曝光用的掩模图形，以硅片为衬底曝光、显影，得到分辨率非常高的100nm图形。
(18)将硅片基底用去离子水冲洗干净，用电子显微镜测量曝光后的图形，如图1所示。
Claims (14)
1.一种采用全透明无铬移相掩模实现100纳米图形加工的方法，其特征在于，包括下列步骤：
第一步，处理掩模图形的数据：
a.根据用户提供的图纸、数据、磁带或磁盘，分析原始版图图形层的数据特征，确定移相层数据；
b.将移相层数据单独取出；
c.将用户提供的数据转换成移相掩模制造设备识别的数据格式，具体的：如果采用GCA3600图形发生器制造掩模图形则转换成GCA3600格式，如果采用JBX-6AII电子束曝光设备制造掩模图形则转换成JEOL51格式；
第二步，准备制备移相层掩模图形的衬底，选择石英衬底的铬版装入GCA3600图形发生器工件台或JBX-6AII电子束曝光机腔体；
第三步，将第二步所得基片进行移相层掩模图形曝光；可以分别采用GCA3600图形发生器和JBX-6AII电子束曝光系统制造移相层掩模图形；
当采用GCA3600图形发生器制造移相层掩模图形时：
a.设定曝光条件；
b.在专用显影液中显影；
采用JBX-6AII电子束曝光系统制造移相层掩模图形时：
a.采用曝光剂量和曝光电流进行曝光；
b.将曝光后移相层掩模进行显影；
第四步，对第三步得到的移相层掩模进行紫外光工艺处理；
第五步，对第四步处理后的移相层掩模用掩模清洗机清洗；
第六步，采用铬模腐蚀液湿法腐蚀去除移相层掩模的铬；
第七步，将已经去除铬的移相层掩模在AZ光致抗蚀剂去胶液中浸泡去胶，最后采用高压纯净水冲洗移相层掩模，以保证移相层掩模表面光洁度；再用氮气吹干；
第八步，将第七步得到的移相层掩模装入反应离子刻蚀机的反应室里，在刻蚀开始之前先通氧气打底胶；
第九步，对打完底胶的移相层掩模进行移相层刻蚀工艺；刻蚀过程必须严格控制膜厚，通常根据膜厚监测结果及相应条件下的刻蚀速率计算补刻刻蚀时间精确调整台阶深度，同时检测时注意扣除未清除的铬膜厚度；
第十步，对刻蚀完的移相层掩模用掩模清洗机清洗，再烘干，完成了移相层掩模的制备；
第十一步，以第十步得到的移相层掩模作为曝光用的掩模图形，以硅片为衬底曝光、显影，得到分辨率为100nm的图形；
第十二步，将第十一步得到的硅片基底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，得成品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步a中，为制备出移相层掩模，移相层数据的特征尺寸为200nm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步b中，移相层数据要和原始数据选取中心点一致。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步中，采用GCA3600图形发生器时，要将第一步c中的转换成GCA3600的数据放大10倍，不做镜像处理，曝光1分钟，在显影液中显影1分钟。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步中，采用JBX-6AII电子束曝光系统时，将第一步c中转换成JEOL51的数据进行Y镜像和旋转180度处理，采用15uc/cm2的曝光剂量和2nA曝光电流进行曝光。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三步中，显影的环境温度为21℃，所用显影液为0.7％的氢氧化钠水溶液，显影时间控制在1分钟。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第六步中，铬模腐蚀液的具体配方为：硝酸铈铵∶高氯酸∶水＝25g∶30ml∶100ml，湿法腐蚀时间为30秒，同时摇动腐蚀液，腐蚀温度维持在21℃。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第八步中，打底胶的条件为：气体选择为氧气，流量为2SCCM，打底胶的时间为1分钟。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第八步中，反应离子刻蚀机，刻蚀的工艺条件选择：灯丝电压6V，板极电压550V，功率200W，反应离子刻蚀气体为CHF3，流量为20SCCM，气压3～5pa，刻蚀时间13分钟。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第九步中，刻蚀过程必须严格控制膜厚，相对g线436nm波长的光源，石英移相器台阶为436±36微米。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第十一步中，曝光时选择的曝光机光源为436nm。
12.如权利要求1或9所述的方法，其特征在于，所述第八步中，反应离子刻蚀机，其具体型号为ME-3型多功能磁增强反应离子刻蚀机。
13.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述第十步中，掩模清洗机，为ATP914。
14.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述显影液型号为：TD-A∶TD-B＝3∶1。
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2005
- 2005-04-04 CN CNB2005100562809A patent/CN100478784C/zh active Active
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