CN101515110A - 用于x射线曝光的光刻掩模结构及其制备方法 - Google Patents

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朱效立
谢常青
叶甜春
刘明
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本发明公开了一种用于X射线曝光的光刻掩模结构，该结构由低原子序数金属薄膜、聚酰亚胺薄膜和高原子序数金属吸收体图形自下而上依次构成。本发明同时公开了一种制备光刻掩模结构的方法。利用本发明，因为采用了低原子序数金属铝、聚酰亚胺和高原子序数金属吸收体的多层膜结构，完全可以用于微米、深亚微米和纳米尺度下的X射线光刻。与基于无机薄膜的掩模相比，具有成本低、工艺流程简单、不容易破裂等优点；与有机薄膜的掩模相比，还具有机械强度大、不容易变形、导热性能好等优点。

Description

用于X射线曝光的光刻掩模结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及微电子、纳米加工和X射线光刻领域，尤其涉及一种用于X射线曝光的光刻掩模结构及其制备方法。
背景技术
X射线光刻在微电子、纳米加工和X射线光学中起着重要的作用。利用深亚微米、甚至纳米X射线光刻技术，制造出了形形色色的实用化器件，如高频T型栅化合物半导体器件、声表面波传感器和大高宽比X射线衍射光学元件等。
在X射线光刻发展中，X射线掩模的研制一直是X射线光刻技术的重要环节。X射线光刻掩模是由低原子序数的轻元素材料形成的镂空薄膜(聚酰亚胺、SiNx，SiC和金刚石等)与薄膜上的高原子序数金属吸收体(如金、钨和钽)构成的。
无机镂空薄膜的制备过程比较复杂，而且成本比较高。以前使用比较多的是氮化硅镂空薄膜，一般采用低压化学气相沉积在(100)硅片双面生长低应力氮化硅，通过光刻、反应离子刻蚀在背面形成氮化硅图形窗口，利用各项异性腐蚀将硅腐蚀透，最后得到镂空氮化硅薄膜。
其中，低压化学气相沉积生长氮化硅的过程比较复杂，较难控制；在各项异性腐蚀硅的过程一中形成的气泡容易使镂空的氮化硅薄膜破裂而导致整个制作过程功亏一篑。
聚酰亚胺有机薄膜具有成本低、制作过程简单等突出的优点。但是，聚酰亚胺薄膜也有机械强度差、容易变形等突出的缺点。在X射线对掩模和衬底辐照的过程中，有大量的热沉积在掩模和衬底上，造成聚酰亚胺薄膜变形。这种变形在曝光微米、甚至深亚微米图形时，对曝光结果影响不大。但对于小于100纳米的图形，细微的变形都会产生严重的图形畸变。
因此，增加聚酰亚胺薄膜的机械强度和热传导是一个急需解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制作成本低、机械强度高和导热性能好的X射线光刻掩模结构及其制作方法。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供了一种基于金属/聚酰亚胺多层膜的X射线光刻掩模结构，以及制备这种光刻掩模结构的方法。
本发明提供了一种用于X射线曝光的光刻掩模结构，由低原子序数金属薄膜、聚酰亚胺薄膜和高原子序数金属吸收体图形自下而上依次构成。
上述方案中，所述聚酰亚胺薄膜为镂空薄膜，所述低原子序数金属薄膜形成于该镂空聚酰亚胺薄膜的背面，所述高原子序数金属吸收体图形形成于该镂空聚酰亚胺薄膜的正面。
上述方案中，所述低原子序数金属薄膜为铝膜，厚度为100至200纳米。
上述方案中，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为1至7微米。
上述方案中，所述高原子序数金属吸收体图形为重金属吸收体的周期、准周期和非周期复杂图形，其中重金属为金、钨或钽，该高原子序数金属吸收体图形的厚度为300至500纳米。
本发明提供了还一种制备光刻掩模结构的方法，该方法包括：
制备镂空的聚酰亚胺薄膜；
在该镂空聚酰亚胺薄膜的正面制备高原子序数金属吸收体图形；
在该镂空聚酰亚胺薄膜的背面淀积低原子序数金属薄膜。
上述方案中，所述制备镂空的聚酰亚胺薄膜的步骤包括：在硅衬底或石英玻璃衬底上淀积一层聚酰亚胺薄膜，然后采用氢氟酸、硝酸和醋酸混合液腐蚀硅衬底，或者采用氢氟酸腐蚀石英玻璃衬底，形成厚度为1至7微米的镂空聚酰亚胺薄膜。
上述方案中，所述制备高原子序数金属吸收体图形的步骤包括：采用电子束光刻、光学光刻、X射线光刻、电镀或蒸发剥离的方法在镂空聚酰亚胺薄膜的正面，制备厚度为300至500纳米的金属金、钨或钽的吸收体图形。
上述方案中，所述淀积低原子序数金属薄膜的步骤包括：采用电子束蒸发或溅射的方法在镂空聚酰亚胺薄膜的背面，制备厚度为100至200纳米的金属铝膜。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
1、利用本发明提供的用于X射线曝光的光刻掩模结构，因为采用了低原子序数金属铝、聚酰亚胺和高原子序数金属吸收体的多层膜结构，完全可以用于微米、深亚微米和纳米尺度下的X射线光刻。与基于无机薄膜的掩模相比，具有成本低、工艺流程简单、不容易破裂等优点；与有机薄膜的掩模相比，还具有机械强度大、不容易变形、导热性能好等优点。
2、实验证明，采用金属/聚酰亚胺多层膜结构的X射线掩模，使得曝光过程中掩模和衬底的装卡可操作性增加，大幅提高掩模的使用寿命；低原子序数金属铝薄膜的存在，对X射线在掩模和衬底之间的传输没有影响，而且大幅提高了镂空薄膜的机械强度。
3、铝薄膜将曝光过程中积累在掩模上的热量快速传导出去，降低了包过程中镂空薄膜的温度，减少了镂空薄膜的热变形。
附图说明
图1为本发明提供的用于X射线曝光的光刻掩模结构的剖面示意图；
图2为本发明提供的制备光刻掩模结构的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1为本发明提供的用于X射线曝光的光刻掩模结构的剖面示意图。该光刻掩模结构由低原子序数金属薄膜、聚酰亚胺薄膜和高原子序数金属吸收体图形自下而上依次构成。
所述聚酰亚胺薄膜为镂空薄膜，厚度为1至7微米。所述低原子序数金属薄膜形成于该镂空聚酰亚胺薄膜的背面，一般为铝膜，厚度为100至200纳米。所述高原子序数金属吸收体图形形成于该镂空聚酰亚胺薄膜的正面，为重金属吸收体的周期、准周期和非周期复杂图形，其中重金属为金、钨或钽，厚度为300至500纳米。
该光刻掩模结构是在聚酰亚胺镂空衬底的一面淀积一层100至200纳米的铝膜，并在另一面采用光刻和电镀的方法形成300至500纳米厚的重金属的吸收体图形而形成的。
基于图1所示的用于X射线曝光的光刻掩模结构的剖面示意图，图2示出了制备光刻掩模结构的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤201：制备镂空的聚酰亚胺薄膜；
步骤202：在该镂空聚酰亚胺薄膜的正面制备高原子序数金属吸收体图形；
步骤203：在该镂空聚酰亚胺薄膜的背面淀积低原子序数金属薄膜。
上述步骤201中所述制备镂空的聚酰亚胺薄膜的步骤包括：在硅衬底或石英玻璃衬底上淀积一层聚酰亚胺薄膜，然后采用氢氟酸、硝酸和醋酸混合液腐蚀硅衬底，或者采用氢氟酸腐蚀石英玻璃衬底，形成厚度为1至7微米的镂空聚酰亚胺薄膜。
上述步骤202中所述制备高原子序数金属吸收体图形的步骤包括：采用电子束光刻、光学光刻、X射线光刻、电镀或蒸发剥离的方法在镂空聚酰亚胺薄膜的正面，制备厚度为300至500纳米的金属金、钨或钽的吸收体图形。
上述步骤203中所述淀积低原子序数金属薄膜的步骤包括：采用电子束蒸发或溅射的方法在镂空聚酰亚胺薄膜的背面，制备厚度为100至200纳米的金属铝膜。
X射线光刻掩模是X射线光刻中至关重要的光学元件，与常规的光学光刻掩模有显著的区别，主要由高原子序数金属吸收体和低原子序数的薄膜组成。低原子序数的镂空薄膜一般有聚酰亚胺、氮化硅、碳化硅和金刚石等几种。由聚酰亚胺镂空薄膜制作的X射线光刻掩模具有成本低、不易碎、制作简单等突出的优点。但是，聚酰亚胺薄膜机械强度比较差，容易使图形发生形变，也容易造成曝光间隙不均匀，从而严重影响曝光精度。本发明提供的这种金属/聚酰亚胺多层膜X射线光刻掩模结构，继承了基于聚酰亚胺的X射线掩模的优点，同时克服了其固有的机械强度差、易变形的缺点。
尽管本发明是结合具体实施例来表述的，本领域的技术人员在以上说明的基础上显然还能看出许多选择，修改和变更。因此，所有这些选择，修改和变更都应该被纳入附带的权利要求书的含义和范围之内。

Claims (9)

1、一种用于X射线曝光的光刻掩模结构，其特征在于，该结构由低原子序数金属薄膜、聚酰亚胺薄膜和高原子序数金属吸收体图形自下而上依次构成。
2、根据权利要求1所述的用于X射线曝光的光刻掩模结构，其特征在于，所述聚酰亚胺薄膜为镂空薄膜，所述低原子序数金属薄膜形成于该镂空聚酰亚胺薄膜的背面，所述高原子序数金属吸收体图形形成于该镂空聚酰亚胺薄膜的正面。
3、根据权利要求1所述的用于X射线曝光的光刻掩模结构，其特征在于，所述低原子序数金属薄膜为铝膜，厚度为100至200纳米。
4、根据权利要求1所述的用于X射线曝光的光刻掩模结构，其特征在于，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为1至7微米。
5、根据权利要求1所述的用于X射线曝光的光刻掩模结构，其特征在于，所述高原子序数金属吸收体图形为重金属吸收体的周期、准周期和非周期复杂图形，其中重金属为金、钨或钽，该高原子序数金属吸收体图形的厚度为300至500纳米。
6、一种制备光刻掩模结构的方法，其特征在于，该方法包括：
制备镂空的聚酰亚胺薄膜；
在该镂空聚酰亚胺薄膜的正面制备高原子序数金属吸收体图形；
在该镂空聚酰亚胺薄膜的背面淀积低原子序数金属薄膜。
7、根据权利要求6所述的制备光刻掩模结构的方法，其特征在于，所述制备镂空的聚酰亚胺薄膜的步骤包括：
在硅衬底或石英玻璃衬底上淀积一层聚酰亚胺薄膜，然后采用氢氟酸、硝酸和醋酸混合液腐蚀硅衬底，或者采用氢氟酸腐蚀石英玻璃衬底，形成厚度为1至7微米的镂空聚酰亚胺薄膜。
8、根据权利要求6所述的制备光刻掩模结构的方法，其特征在于，所述制备高原子序数金属吸收体图形的步骤包括：
采用电子束光刻、光学光刻、X射线光刻、电镀或蒸发剥离的方法在镂空聚酰亚胺薄膜的正面，制备厚度为300至500纳米的金属金、钨或钽的吸收体图形。
9、根据权利要求6所述的制备光刻掩模结构的方法，其特征在于，所述淀积低原子序数金属薄膜的步骤包括：
采用电子束蒸发或溅射的方法在镂空聚酰亚胺薄膜的背面，制备厚度为100至200纳米的金属铝膜。
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