CN1031900A - 制作射线平版印刷用的掩膜的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制作射线平版印刷用的掩膜的方法，该掩膜 有一个掩膜支持体和一个基底，基底上有一层按所要 的掩膜图样而制作的吸收剂层，氧含量在21-29原 子百分比之间的部分氧化的钨吸收剂层的最佳厚度 在0.2-1.2微米范围内，吸收剂层最好用阴极溅射的 方法沉积到基底上。

Description

本发明涉及一种制造射线平版印刷用的掩膜的方法，这种掩膜有一个掩膜支持体和一个基底，基底上有一层按所要的掩膜图样而制作的吸收剂层。
从《固体技术》（1972年7月，21～25页）可以知道，光刻工艺中用X射线束对光敏胶曝光，可以使半导体系统的结构尺寸达到微米级。
平版印刷术的效果可按它所得到的最小线宽来区分：光刻≈2～0.8微米，电子束、X射线束刻蚀和离子束刻蚀≈0.5微米乃至更小些。
用X射线对光敏胶曝光，可以减少光线通过掩膜投射到光敏胶的扰动衍射现象。为了用X射线束曝光，需要在光敏胶形成特殊的辐射衍膜。这也用于使用离子束曝光的情形。由于用X射线束平版印刷蚀刻的线宽一般在亚微米范围，所以吸收剂层图样位置的精确度及横向尺寸必须非常准确。
关于位置的精确度，不仅上面载有吸收剂层的基底的机械性能，特别是厚的吸收剂层（0.2～1.2微米）的应力对它都是很重要的。假如用不是很厚的单晶薄片，譬如厚度为0.5毫米量级的单晶硅片中，而且用厚度在1～4微米的薄膜做为基底时，这些应力是特别有影响的。在这样的吸收剂层中，应力应该＜107牛顿/米2，而且这些内应力在以平版印刷射线辐照期间以及在较长的掩膜保存期间应该不变。
制备低应力吸收剂层结构的试验方法很多。所谓淀积法就是其中的一种。这种方法中，所需的掩膜图样负片要在比较厚的膜层里制作，并以电解金充满窗口区。这样所得的金吸收剂层尺寸精度高，内应力小。不过，金的热膨胀率高，时效稳定性低，还有因不适当的金镀层所引起的误差率显著，这些对于超精细掩膜图样的制作是极为不利的。
另一种公知的方法是通过可反复蚀剂的吸收剂层制作吸收剂结构，例如DE-OS3119682就描述了这样一种通过反复蚀刻钼层而制作用于X射线或离子束平版印刷的带有较低应力的掩膜的方法。该方法中，钼层沉积在一个可以透过平版印刷射线的膜片上并被置于掺硼的硅的掩膜支持体上。这种掩膜的应力较小，不过仍呈现出一定的剩余应力，这种剩余应力在某些应用时是不希望的。
本发明的目的在于提供一种制作射线平版印刷用的掩膜的方法。用本发明的方法作掩膜的吸收剂层只在一个确定区域内呈现极小的剩余应力，而且用本发明的方法可以对上述应力反复进行调节。
按照本发明可以在基底上制出氧含量在21～29原子百分比的部分氧化的钨吸收剂层。
按照本发明方法的实施例，吸收剂层氧含量在23～28原子百分比，并且最好是在26～27原子百分比。吸收剂层的厚度可依平版印刷所用射线的种类来选定。
按照本发明方法的实施例，吸收剂层通过阴极溅射沉积，使吸收层厚度在0.2～1.2微米。
按照本发明方法的实施例，在吸收剂层沉积之前，先在基底上制作一个可以透过平版印刷射线的中间层，这个中间层可以是SiO2层、Si3N4层、Tio2层/和或Ti层，它们的厚度在10～100毫微米之间。
上述中间层可以作为扩散阻挡层，使吸收剂层的生长达到最佳。
在本发明方法的实施例中，可以用厚度为零点几毫米的单晶硅片或碳化硅片，也可以用厚度在1～4微米范围内的硅、碳化硅、氮化硼或氮化硅的薄膜作吸收剂层的基底。
吸收剂层里氧的含量对于获得最小应力的钨吸收剂层是一种量度。在用阴极溅射工艺制作所说的吸收剂层时把氧掺入到吸收剂层中。而且，根据本发明方法的实施例，吸收剂层中的氧可于后续的最好是在氧化性气氛中的约为200℃的退火工艺中调节到所需要的数值。通过在退火期间对带有吸收剂层的基底上的应力测量来检查吸收剂层中所需要的氧的含量。如果在沉积吸收剂层过程中已经有足够量的氧掺入吸收剂层中，则在中性氛围中完成的退火过程提供所沉积的部分氧化的吸收剂材料的稳定性。
如果用薄膜作为吸收剂层的基底，可省去退火过程，因为这些薄膜基底在阴极溅射过程中已被充分加热，随着吸收剂层的沉积，同时就完成了对它们的退火。比较厚的基底（比如硅单晶薄片）在用阴极溅射沉积吸收剂层的过程中加热的程度比较低，这种情况下，进行后续的退火过程就是有益的了。
本发明方法最主要的优点是可以制得具有极低应力的吸收剂层。
按照本发明的方法，吸收剂层中的剩余应力可调整为＜107牛顿/米2。对于所得到的氧含量约为26.5±0.5原子百分比的吸收剂层，即使吸收剂层贮存数月时间以及经过同步加速器辐照稳定之后，其应力值仍＜107牛顿/米2。
本发明方法的进一步的优点还在于可以制得一种薄膜形式，基底与玻璃支持体粘在一起，其上有一个吸收剂层，这种复合式的基底一般只需要一个有限度的热粘接温度，最高≤200℃。
用本发明方法作成的吸收剂层的优点在于，吸收剂与硅或碳化硅基底的粘接是非常好的。
用本发明方法作成的吸收剂层的另一优点在于，吸收剂层在含氟气体中有极好的重复蚀刻性，而且吸收剂层对X射线具有极好的吸收性。
用本发明方法制作的含有部分氧化的钨吸收剂材料，其又一优点是这种材料适于制作具有MoS（MoS＝金属-硅）特性的半导体元件，这中间不会造成有如金吸收剂结构所引起的污染问题。
下面参照附图来描述本发明的实施例。
图1表示按照本发明方法所制作的钨吸收剂层中氧含量对它们的应力的影响;
图2表示按照本发明方法制作的氧化的钨吸收剂层在氧化性气氛中退火过程对氧化钨层应力的影响;
图3表示用阴极溅射沉积吸收剂层的过程中，加在基底上的偏置电压对于把氧掺入吸收剂层的影响;
作为例子，下面描述用阴极溅射制作部分氧化的钨吸收剂层的过程。
在高频阴极溅射装置中，与放在水冷基座上的单晶硅片基底相矩40毫米放一个钨靶，然后把阴极溅射装置抽空到剩余气压＜6.65×10-4帕。阴极溅射过程在压力约等于4帕的惰性气体（例如氩气）中进行，并以0.8瓦/厘米2的功率密度加入约为0.6%的氧。沉积层的厚度为0.8微米。这样得到的沉积层的压应力大于5×107帕。接着的退火过程在约为200℃的温度下，在氧化性气氛中持续大约5小时，沉积层中氧含量被调整到26.5%，其结果使得吸收剂层中的应力下降到小于107牛顿/米2。关于这一点可参考图1和2，曲线Ⅰ表示未退火的吸收剂层中的应力，曲线Ⅱ表示在200℃温度下，在氧化性气氛中退火的吸收剂层中的应力。退火过程既可在用来沉积吸收剂层的高频阴极溅射装置内部进行，也可以在该设备的外面进行。
为降低吸收剂层的应力所需要的氧还可以用已有技术中所公知的各种方式掺入到吸收剂层中。
如上所述，这种过程可以使用一个WxOx靶在氩气中进行。该过程也可以使用一个WxOy靶或一个W靶来进行，不过需要在氧含量大于0.6%的气体中进行。在沉积过程之后的退火过程参数应根据退火过程中对吸收剂层中应力测量值随时调整。
这个过程也可以是这样的，即使得为沉积吸收剂层的阴极溅射过程在高于0.8瓦/厘米2的功率密度和一定数量的处理气体（如氩气）并依吸收剂层所需掺入的氧来调节的氧气氛中来进行。如果这种操作过程中使用薄的基底（即薄膜），那么，由于在阴极溅射程序中，在较高的功率密度下，薄的基底的温度能自动地被加热到足够高的程度，从而可以节省后续退火过程的能耗。
这个过程也可以是：在沉积吸收剂的阴极溅射过程中，对基底加一个直流电压或高频交变电压，以直接控制掺入吸收剂层的氧。这时，合适的过程参数是：60伏的直流电压或频率较高的交变电压，含有0.1%氧的处理气体氩，处理气体压力约4帕。在大约200℃的含氧气氛中经过约15小时的退火处理之后，吸收剂层中氧含量为26原子百分比（参看图3）。
吸收剂层需要的氧也可以利用氧离子注入技术来掺入。
经验证，位于基底和吸收剂层之间的中间层作为扩散阻挡层是有益的。在本发明的方法中，用高频阴极溅射法在0.8瓦/厘米2的功率密度下制作的厚度约为10毫微米的各层情况如下：
1.SiO2层 在氩气氛中，压力≈2.7帕使用SiO2
靶;
2.Si3N4层 在氩/氮气氛中（氩气压力≈0.8帕，氮
气压力≈0.5帕），使用Si靶;
3.TiO2层 在氩/氧气氛中（氩气压力≈0.8帕，氧
气压力≈1.6帕），用Ti靶;
4.Ti层    在氩气氛中，氩气压力≈0.8帕，用Ti
靶。
用阴极溅射方法，在厚度如0.8微米的吸收剂层上覆盖一个可以透过平版印刷射线的0.2微米厚的膜层（如氮化物层），对于调整吸收剂层中的剩余应力是有利的。当使用氮和氩（氩气压力≈0.8帕，氮气压力≈0.5帕）作处理气体，并在0.8瓦厘米2的功率密度下进行沉积时，就能达到上述结果。

Claims (16)

1、一种制作射线平版印刷用的掩膜的方法，该掩膜有一个掩膜支持体和一个基底，基底上有一层按所要的掩膜图样而制作的吸收剂层，其特征在于。基底上带有含氧量在21～29原子百分比的部分氧化的钨吸收剂层。
2、一种如权利要求1所说的方法，其特征在于：吸收剂层的氧含量在23～28原子百分比范围内。
3、一种如权利要求1所说的方法，其特征在于：吸收剂层的氧含量在26～27原子百分比范围内。
4、一种如权利要求1至3中任何一条所说的方法，其特征在于：吸收剂层的沉积厚度在0.2～1.2微米范围内。
5、一种如权利要求1至4中任何一条所说的方法，其特征在于：用阴极溅射的方法沉积吸收剂层。
6、一种如权利要求1至5中任何一条所说的方法，其特征在于：制作吸收剂层之前先在基底上制作一个可以透过平版印刷射线的中间层。
7、一种如权利要求6所说的方法，其特征在于：中间层至少由SiO2、Si3N4、TiO2或Ti中的一种材料来制作。
8、一种如权利要求1至7中任何一条所说的方法，其特征在于：基片是厚度为零点几毫米的单晶硅片或厚度在1到4微米之间的硅薄膜。
9、一种如权利要求1至7中任何一条所说的方法，其特征在于：基片是厚度为零点几毫米的碳化硅片或厚度在1到4微米之间的碳化硅薄膜。
10、一种如权利要求1至7中任何一条所说的方法，其特征在于：基片是厚度在1到4微米之间的氮化硼薄膜。
11、一种如权利要求1至7中任何一条所说的方法，其特征在于：基片是厚度在1到4微米之间的氮化硅薄膜。
12、一种如权利要求1至11中任何一条所说的方法，其特征在于：吸收剂层退火过程的条件是，在大约100到400℃温度下持续1到15小时。
13、一种如权利要求12所说的方法，其特征在于：退火过程在氧化性气氛中进行。
14、一种如权利要求1至11中任何一条所说的方法，其特征在于：沉积吸收剂层的过程中基底上加的偏置电压（直流电压或高频交变电压）在30至100伏范围内。
15、一种如权利要求1至14中任何一条所说的方法，其特征在于：吸收剂层上有厚度为0.05～0.7微米的覆盖层，以调整剩余应力。
16、一种如权利要求15所说的方法，其特征在于：覆盖层是氮层。
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