CN104345548B - 亚微米级掩模版的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种亚微米级掩模版的制造方法，包括：提供第一基底；在所述第一基底上形成牺牲层；在所述牺牲层上形成金属层；通过聚焦离子束扫描在金属层上形成掩膜图形；通过粘合层将第二基底固定在形成有掩膜图形的金属层的上面；除去所述牺牲层和所述第一基底；通过聚焦离子束对所述掩膜图形进行修正。在本发明提供的亚微米级掩模版的制造方法中，聚焦离子束分别从金属层的相对两侧加工掩膜图形，从而改善了亚微米级掩模版的掩膜质量。

Description

亚微米级掩模版的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种亚微米级掩模版的制造方法。

背景技术

半导体集成电路制作过程通常需要经过多次光刻工艺，而掩模版是光刻工艺中必不可少的材料，掩模质量的优劣直接影响到光刻工艺的质量，进而影响半导体器件或集成电路的电学性能、可靠性和芯片成品率。因此，掩模质量应当作为光刻工艺分析和生产质量控制的重要影响因素之一，加以特别的关注和研究。

随着集成电路工艺技术的迅速发展，图形线宽越来越细，从80年代的1微米线宽已经进入亚微米线宽，相应的，光刻及掩模技术越来越复杂，对掩模的制造工艺的要求也越来越高。目前，主要大规模生产中广泛使用的是缩小投影光刻技术，即将放大n倍的图形缩小投影到光刻胶上，之后通过曝光转印图形，可见，掩模版上图形尺度为目标图形尺度的n倍。缩小投影光刻技术能够提高分辨率，而且掩膜板的制作更加容易，同时降低掩膜板上的缺陷对光刻的影响。

目前生产中常用的光掩模版图形的特征尺度为几百纳米量级，但是，随着集成度的提高，亚微米级（一百纳米及以下的）掩模版的需求也在不断增多，特别是在纳米压印、分子自组装等前沿领域，亚微米级（一百纳米及以下）掩模版具有不可替代的作用。由于纳米压印的特殊性，比如压紧和脱模过程需接触掩模版，压印材料自身有一定形变等，在图形结构深度、线条陡直度、线条光滑度和结构均匀性等掩模质量提出了更为严苛的要求。

一百纳米及以下尺度的图形结构一般采用聚焦离子束直写方式进行制备，其基本的工作原理是：带电粒子加速后经磁透镜聚焦汇聚为一束，作用在有一定厚度的金属层上，利用高速粒子的物理轰击作用直接在金属层上形成图形。该方式具有加工方便、过程直观、精度高、便于监控等特点。

然而，采用聚焦离子束直写方式由于采用高速粒子直接物理轰击去除金属，工艺过程中不但对所采用的离子种类、着陆速度等都有严格要求，而且还存在离子束聚焦点的最小焦斑尺寸变大的问题。由于聚焦离子束（FIB）轰击致密结构（如金属）时，需要非常大的能量，因此需要调大加速电压或者提高束流以形成高速粒子，这使得聚焦离子束（FIB）的最小焦斑尺寸变大。同时，由于聚焦离子束（FIB）经磁透镜汇聚形成的束腰是具有一定几何形态的，在空间上造成了聚焦离子束（FIB）无法深入细小结构的底部。因此，在掩膜加工过程中聚焦离子束聚焦无法扫描到一些细小结构的底部的，造成金属残留，金属线条不连续、金属线条的边缘光滑度低、陡直度差等缺点。

比如，采用聚焦离子束直写方式制成密集光栅，可以发现金属线条存在线条不连续、边缘光滑度低、陡直度差等缺点，同时，由于金属掩蔽层相对较厚，离子束无法深入金属掩蔽层的底部，金属掩蔽层无法被刻除干净，影响了光场的对比度。请参考图1，其为现有技术中采用聚焦离子束直写方式制成的亚微米级掩模版的截面图。如图1所示，采用聚焦离子束直写方式制成光栅周期为100nm，特征尺度为50nm的密集光栅时，玻璃衬底10上形成有50nm厚的金属掩蔽层11，所述金属掩蔽层11采用的材料为金属Cr，聚焦离子束（FIB）轰击金属掩蔽层11形成金属线条12，在此过程中由于金属掩蔽层11比较厚，离子束无法深入金属掩蔽层11的底部，造成了金属13残留。由于残留的金属会阻挡一部分光，因此会降低了光场的对比度，影响光刻效果。

可见，采用聚焦离子束直写方式所制成的亚微米级掩模版存在图形结构深度不够、线条光滑度和陡直度差等问题，影响了亚微米级掩模版的掩膜质量，掩膜质量不好必然导致光刻效果差。因此，如何提高现有技术中亚微米级掩模版的掩膜质量已经成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种亚微米级掩模版的制造方法，以提高现有的亚微米级掩模版的掩膜质量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种亚微米级掩模版的制造方法，所述亚微米级掩模版的制造方法包括以下步骤：

提供第一基底；

在所述第一基底上形成牺牲层；

在所述牺牲层上形成金属层；

通过聚焦离子束扫描在金属层上形成掩膜图形；

通过粘合层将第二基底固定在形成有掩膜图形的金属层的上面；

除去所述牺牲层和所述第一基底；

通过聚焦离子束扫描对所述掩膜图形进行修正。

优选的，在所述的亚微米级掩模版的制造方法中，所述牺牲层采用光刻胶或者热熔胶。

优选的，在所述的亚微米级掩模版的制造方法中，所述牺牲层的厚度在100埃至1000埃之间。

优选的，在所述的亚微米级掩模版的制造方法中，所述牺牲层的表面经过热处理。

优选的，在所述的亚微米级掩模版的制造方法中，所述金属层的厚度在500埃以上。

优选的，在所述的亚微米级掩模版的制造方法中，所述金属层的厚度在500埃至800埃之间。

优选的，在所述的亚微米级掩模版的制造方法中，所述粘合层采用紫外固化光刻胶。

优选的，在所述的亚微米级掩模版的制造方法中，所述粘合层的厚度在100埃至1000埃之间。

优选的，在所述的亚微米级掩模版的制造方法中，所述第一基底为硅基底。

优选的，在所述的亚微米级掩模版的制造方法中，所述第二基底为石英基底。

在本发明提供的亚微米级掩模版的制造方法中，聚焦离子束分别从金属层的相对两侧加工掩膜图形，从而改善了亚微米级掩模版的掩膜质量。

附图说明

图1是现有技术中采用聚焦离子束直写方式加工制成的亚微米级掩模版的截面图；

图2是本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法的流程图；

图3为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S11的器件的结构示意图；

图4为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S12的器件的结构示意图；

图5为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S13的器件的结构示意图；

图6为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S14的器件的结构示意图；

图7为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S15的器件的结构示意图；

图8为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S16的器件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的亚微米级掩模版的制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图2，其为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法的流程图。如图2所示，所述亚微米级掩模版的制造方法包括以下步骤：

S10：提供第一基底；

S11：在所述第一基底上形成牺牲层；

S12：在所述牺牲层上形成金属层；

S13：通过聚焦离子束扫描在金属层上形成掩膜图形；

S14：通过粘合层将第二基底固定在形成有掩膜图形的金属层的上面；

S15：除去所述牺牲层和所述第一基底；

S16：通过聚焦离子束扫描对所述掩膜图形进行修正。

具体的，首先，提供第一基底20。第一基底20的材料可以是硅、二氧化硅或者石英，在本实施例中第一基底20选用硅基底，所述硅基底的厚度为500～800埃。优选的，所述硅基底的厚度为600埃或700埃。

接着，在所述第一基底20的表面形成牺牲层21，牺牲层21的厚度在100埃至1000埃之间。优选的，所述牺牲层21的厚度为200埃、300埃、400埃、500埃、600埃、700埃、800埃或900埃。牺牲层21要求具有一定的硬度，不变形且易于剥离，可以采用光刻胶或者热熔胶，比如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或者紫外固化光刻胶。光刻胶或者热熔胶通过旋涂，喷涂，滚刷或自流平等方式形成于第一基底20的表面。请参考图3，其为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S11的器件的结构示意图。如图3所示，牺牲层21形成于第一基底20的表面。为了避免制备在牺牲层21上的掩膜图形发生变形，在形成金属层之前需要对牺牲层21进行热处理使其表面具有一定硬度。热处理的方法可以将形成有牺牲层21的第一基底20放入烘箱或者置于热板上烘烤，待牺牲层21的表面变硬后取出。

然后，在牺牲层21的上面制备用于刻写掩模图形结构的金属层22，金属层22的材料可以采用金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、铝（Al）、铬（Cr）、钛（Ti）或者钨（W）等，制备方法可以采用蒸镀、溅射等物理沉积法或者化学沉积法。形成的金属层22的平整度一般要求在3nm以下，同时金属层22的厚度要求大于500埃，即金属层22的厚度应至少应满足不允许透过曝光照明光。优选的，所述金属膜层22的厚度为500～800埃，例如所述金属膜层22的厚度为600埃或700埃。请参考图4，其为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S12的器件的结构示意图。如图4所示，金属层22形成于牺牲层21的上面，其中一侧与牺牲层21接触，金属层22中接触牺牲层21的一侧为金属层22的背面。

之后，使用聚焦离子束在金属膜层22上加工形成目标图形结构。比如，线宽为50nm，周期为100nm的光栅或者其他掩膜图形。请参考图5，其为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S13的器件的结构示意图。如图5所示，与金属层22的背面相对的一侧为金属层22的正面，金属层22的正面不与牺牲层21接触，聚焦离子束从金属层22的正面对金属层22进行扫描，高速粒子轰击在金属层22上形成目标图形，从而暴露出部分牺牲层21。

形成目标图形结构之后，在金属层22和暴露出的牺牲层21的表面形成一粘合层23，粘合层23的厚度为100埃到1000埃之间。优选的，所述粘合层23的厚度为200埃、300埃、400埃、500埃、600埃、700埃、800埃或900埃。粘合层23可以采用光刻胶或者热熔胶，光刻胶或者热熔胶通过旋涂，喷涂，滚刷或自流平等方式形成于金属层22和暴露出的牺牲层21的表面。本实施例中粘合层23采用紫外固化光刻胶。在形成图形的金属层的上面涂敷一层用于粘接的紫外固化光刻胶之后，将第二基底24置于紫外固化光刻胶的上面并通过气压、真空吸附或机械等方式压紧，然后将其置于汞灯下照射使其固化。本实施例中第二基底24采用石英材料。请参考图6，其为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S14的器件的结构示意图。如图6所示，第二基底24通过紫外固化光刻胶固定在金属层22中远离第一基底20的一侧。

在本发明的其他实施例中，粘合层23也可以采用热熔胶，将第二基底24置于热熔胶的上面并通过气压、真空吸附或机械等方式压紧，然后对其加热使其高温固化。

接着，将步骤S14所获的结构置于与牺牲层相对应的去除溶液中，牺牲层21与去除溶液接触并发生反应，从而去除了牺牲层21以及依附在牺牲层上的第一基底20。一般而言，粘合层23和牺牲层21所采用的材料是不同的。若粘合层23和牺牲层21都采用紫外固化光刻胶，则要求两者采用溶解性不同的紫外固化光刻胶，如此，通过去除溶液去除牺牲层21时粘合层23不会受到损伤。若牺牲层21采用热熔胶，则对步骤S14所获的结构进行加热从而剥离牺牲层21以及依附在牺牲层上的第一基底20。请参考图7，其为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S15的器件的结构示意图。如图7所示，牺牲层21及第一基底20剥离后，金属层22中原本与牺牲层21接触的一侧，即金属层22的背面暴露出来，而金属层22的正面通过粘合层23与第二基底24连接在一起。

最后，再次使用聚焦离子束从金属层22的背面进行扫描以对掩模图形结构中存在缺陷的地方加以修复，比如金属残留等。请参考图8，其为本发明实施例的亚微米级掩模版的制造方法中步骤S16的器件的结构示意图。如图8所示，聚焦离子束面对的是翻转后的掩模图形，聚焦离子束可以从掩模图形的另一侧将残留的金属刻除干净。

可见，第一次聚焦离子束从是金属层的正面进行加工，第二次聚焦离子束是从金属层的背面对加工的缺陷进行修正，如此能够提高掩膜图形的质量，避免金属残留。

按照本发明实施例提供的亚微米级掩模版的制造方法，加工形成的掩膜图形较聚焦离子束直写方式加工制成的亚微米级掩模版的掩膜图形大大改善，形成线条的陡直度更高、光滑度更好、连续性更好。

综上，在本发明实施例提供的亚微米级掩模版的制造方法中，聚焦离子束先从金属层的正面扫描以在金属层上形成目标图形结构，之后通过粘合层将第二基底固定在金属层的正面，并剥离与金属层的背面连接的牺牲层和基底露出金属层的背面，接着聚焦离子束从金属层的背面扫描以对目标图形结构进行修正，即聚焦离子束从金属层的相对两侧加工掩膜图形结构，从而改善了亚微米级掩模版的掩膜质量。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种亚微米级掩模版的制造方法，其特征在于，包括：

提供第一基底；

在所述第一基底上形成牺牲层；

在所述牺牲层上形成金属层；

通过聚焦离子束扫描在金属层上形成掩膜图形；

通过粘合层将第二基底固定在形成有掩膜图形的金属层的上面；

除去所述牺牲层和所述第一基底；

采用聚焦离子束从所述掩模图形的另一侧将残留的金属刻除干净。

2.如权利要求1所述的亚微米级掩模版的制造方法，其特征在于，所述牺牲层采用光刻胶或者热熔胶。

3.如权利要求2所述的亚微米级掩模版的制造方法，其特征在于，所述牺牲层的厚度在100埃至1000埃之间。

4.如权利要求2所述的亚微米级掩模版的制造方法，其特征在于，所述牺牲层的表面经过热处理。

5.如权利要求1所述的亚微米级掩模版的制造方法，其特征在于，所述金属层的厚度在500埃以上。

6.如权利要求5所述的亚微米级掩模版的制造方法，其特征在于，所述金属层的厚度在500埃至800埃之间。

7.如权利要求1所述的亚微米级掩模版的制造方法，其特征在于，所述粘合层采用紫外固化光刻胶。

8.如权利要求7所述的亚微米级掩模版的制造方法，其特征在于，所述粘合层的厚度在100埃至1000埃之间。

9.如权利要求1所述的亚微米级掩模版的制造方法，其特征在于，所述第一基底为硅基底。

10.如权利要求1所述的亚微米级掩模版的制造方法，其特征在于，所述第二基底为石英基底。