CN104914663B

CN104914663B - 一种光掩模制作方法

Info

Publication number: CN104914663B
Application number: CN201410086407.0A
Authority: CN
Inventors: 巫轶骏; 马莹
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2020-01-07
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: CN104914663A

Abstract

本发明提供一种光掩模制作方法，所述方法包括步骤：提供透明基板，所述透明基板上形成有具有掩模图案的相移层及Cr层；旋涂覆盖所述Cr层的光刻胶，并利用曝光和显影技术去除主图区Cr层上的光刻胶；进行烘烤；采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第一次刻蚀；采用清洗液进行冲洗；采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第二次刻蚀，最后去除所述光刻胶。本发明提供的光掩模的制作方法，显影后进行烘烤，可以提高光刻胶的强度，使后续进行清洗液冲洗时光刻胶不容易被冲坏；两次刻蚀间添加清洗液冲洗步骤，可以去除因蚀刻产生的副产物或蚀刻前带来的颗粒；把Cr刻蚀改为两次分步的干法刻蚀，提高主图区Cr层的去除率，避免Cr残留。

Description

一种光掩模制作方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种光掩模的制作方法。

背景技术

在半导体器件工艺中，光刻是特别重要的步骤。光刻的本质就是将电路结构复制到以后要进行刻蚀步骤的晶圆上。电路结构首先以一定的比例将图形形式制作在被称为光掩模的透明基板上，光源通过该光掩模将图形转移到晶圆的光刻胶，进行显影后，用后续的刻蚀步骤将图形成像在晶圆底层薄膜上。

由此可见，在光刻步骤中，光源通过光掩模将图形复制到晶圆衬底的光刻胶层。因此，就需要在光掩模上制作图形。目前主要的光掩模类型有二元式光掩模和衰减式相位偏移光掩模两种类型。

然而，随着光刻技术的发展，光刻图形的特征尺寸（CD）变得越来越小，对图形的辩解区域的分辨率的要求也越来越高。由于光衍射现象，光掩模曝光到晶圆衬底时边界区域的清晰程度达不到要求，导致后续刻蚀不走出现偏差。

1982年IBM研究实验室的Mar Levenson，等人发表了有关相移掩膜（Phase ShiftMask，PSM）技术理论的论文，1990年以来，相移掩膜研究成为热门课题，与其他光刻技术的发展一道，人们正把光刻技术极限推进到0.1微米，预料PSM技术有可能用于超大，特大和巨大规模集成电路时代。

现有技术的相移掩膜的制作步骤中包括两次去Cr工艺，如图1所示，第一步S11是通过刻蚀工艺在透明基板上形成具有掩模图案的相移层和Cr层；第二步是通过湿法或干法刻蚀工艺去除中间主图区上的Cr层。该第二步去Cr的具体过程为：S12，在透明基板上旋涂覆盖所述Cr层的光刻胶，并利用进行曝光和显影技术去除主图区Cr层上的光刻胶以暴露出主图区Cr层；S13，采用干法或湿法刻蚀工艺去除所述主图区的Cr层，最后去除所述光刻胶完成光掩模的制作。

现有技术的第二步去Cr过程中，大多数采用的是湿法刻蚀工艺，但是湿法刻蚀工艺存在严重的侧蚀，使外围区用于遮光的Cr也被刻蚀掉，造成光掩模制造精度降低；而如果仅仅采用一次干法刻蚀进行第二步去Cr，由于蚀刻前或刻蚀过程中存在由颗粒物（particle）等原因，会造成干刻不完全，发生Cr残留在相移层表面，导致需要重新启动机台进行第二步去Cr工艺，这样，不仅浪费机台资源，而且延长产品制作周期，影响产品的交期，进而影响企业的信誉。

因此，提供一种优化的光掩模制作方法是本领域技术人员需要解决的课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光掩模制作方法，用于解决现有技术去Cr工艺中出现Cr残留的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光掩模制作方法，所述光掩模制作方法至少包括步骤：

1）提供具有主图区和外围区的透明基板，所述透明基板上依次形成有具有掩模图案的相移层及Cr层；

2）在所述透明基板上旋涂覆盖至所述Cr层表面的光刻胶，并利用曝光和显影技术去除主图区Cr层上的光刻胶以暴露出主图区Cr层；

3）对步骤2）获得的结构进行烘烤；

4）采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第一次刻蚀；

5）采用清洗液冲洗步骤4）获得的结构；

6）采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第二次刻蚀，最后去除所述光刻胶，完成光掩模的制作。

作为本发明光掩模制作方法的一种优化的方案，所述步骤3）中的烘烤工艺在烘烤箱中进行，所述烘烤温度范围设置为80～120℃，烘烤时间范围为8～12分钟。

作为本发明光掩模制作方法的一种优化的方案，所述步骤4）中的干法刻蚀采用Cl₂作为刻蚀气体，所述刻蚀气体的流量范围为80～110毫升/分钟，刻蚀时的射频功率为25～30兆赫兹，反应腔压力为3～10毫托，刻蚀时间为150～250秒。

作为本发明光掩模制作方法的一种优化的方案，所述清洗液为去离子水。

作为本发明光掩模制作方法的一种优化的方案，所述清洗液以200～500毫升/分钟的流量冲洗所述步骤4）中的结构，冲洗时间为60～80秒。

作为本发明光掩模制作方法的一种优化的方案，所述步骤6）中的干法刻蚀采用Cl₂作为刻蚀气体，所述刻蚀气体的流量范围为80～110毫升/分钟，刻蚀时的射频功率为25～30兆赫兹，反应腔压力为3～10毫托，刻蚀时间为150～250秒。

作为本发明光掩模制作方法的一种优化的方案，所述透明基板为玻璃基板。

作为本发明光掩模制作方法的一种优化的方案，所述相移层为MoSi。

作为本发明光掩模制作方法的一种优化的方案，所述步骤2）中旋涂光刻胶之前还包括对所述透明基板、相移层及Cr层进行清洗的步骤。

如上所述，本发明的光掩模制作方法，包括步骤：提供具有主图区和外围区的透明基板，所述透明基板上依次形成有具有掩模图案的相移层及Cr层；在所述透明基板上旋涂覆盖所述Cr层的光刻胶，并利用曝光和显影技术去除主图区Cr层上的光刻胶以暴露出主图区Cr层；对上述获得的结构进行烘烤；采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第一次刻蚀；采用清洗液对上述获得的结构进行冲洗；采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第二次刻蚀，最后去除所述光刻胶。本发明提供的光掩模的制作方法，显影后先烘烤，并把刻蚀改为两次分步的干法刻蚀，两次刻蚀中间添加一步清洗液冲洗步骤。显影后的烘烤可以提高光刻胶的强度，使后续进行清洗液冲洗时光刻胶不容易被冲坏；而清洗液冲洗步骤可以去除因蚀刻产生的副产物或蚀刻前带来的颗粒；进行两次干法蚀刻可以提高主图区Cr层的去除率，避免Cr残留。

附图说明

图1为现有技术的光掩模制作方法流程示意图。

图2为本发明的光掩模制作方法的流程示意图。

图3a～3f为本发明的光掩模制作方法制作的结构流程图。

元件标号说明

S11～S13,S21～S26 步骤

1 透明基板

2 相移层

3 Cr层

4 光刻胶

5 颗粒

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种光掩模的在制作方法，如图2所示，所述光掩模制作方法至少包括以下步骤：

S21，提供具有主图区和外围区的透明基板，所述透明基板上依次形成有具有掩模图案的相移层及Cr层；

S22，在所述透明基板上旋涂覆盖至所述Cr层表面的光刻胶，并利用曝光和显影技术去除主图区Cr层上的光刻胶以暴露出主图区Cr层；

S23，对步骤S22获得的结构进行烘烤；

S24，采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第一次刻蚀；

S25，采用清洗液冲洗步骤S24获得的结构；

S26，采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第二次刻蚀，最后去除所述光刻胶，完成光掩模的制作。

下面结合附图对本发明的光掩模制作方法进行具体的描述。

首先执行步骤S21，如图3a所示，提供具有主图区和外围区的透明基板1，所述透明基板1上依次形成有具有掩模图案的相移层2及Cr层3。

所述提供的透明基板1优选为玻璃基板，当然，也可以是其他合适的透明基板1，所述透明基板1用作光掩模的透光层。

所述相移层2形成在所述透明基板1表面。所述相移层2可采用透光率在5%～18%的材料，比如，硅化钼（MoSi）、氮化硅钼（MoSiN）或氮氧化硅钼（MoSiON）等。本实施例中，采用透光率为6%的MoSi作为相移层2。

所述Cr层3是作为遮光层形成在所述相移层2上。

所述相移层2的覆盖厚度在500～1000埃左右，所述Cr层3的厚度范围在400～1000埃范围内。本实施例中，所述相移层2厚度为900埃，所述Cr层3厚度为480埃。

需要说明的是，所述掩模图案的形成过程具体是：在所述透明基板1上自下而上依次淀积相移层2、Cr层3以及光刻胶层（未予以图示）；然后图案化所述光刻胶层，再以所述光刻胶层为掩膜刻蚀所述Cr层3和相移层2，从而形成图案化的Cr层3和相移层2。

然后执行步骤S22，如图3b和3c所示，在所述透明基板上1旋涂覆盖至所述Cr层3表面的光刻胶4，并利用曝光和显影技术去除主图区Cr层3上的光刻胶4以暴露出主图区Cr层3。

光刻胶4旋涂之前可以先进行对所述透明基板1、相移层2以及Cr层3的清洗工艺，去除所述透明基板1、相移层2以及Cr层3上的残留物，之后旋涂的光刻胶4覆盖Cr层3上以及透明基板1上的沟槽中。所述光刻胶4可包括负性光刻胶或正性光刻胶。

通过曝光设备的选择性曝光在光刻胶4表面形成图案，曝光能量可为20-25毫焦/平方厘米。具体地，经过光源曝光，主图区的光刻胶4被曝光，该区光刻胶4发生化学变化，可以被显影液软化和溶解，从而去除主图区Cr层3上的光刻胶4，暴露出主图区的Cr层3，为后续刻蚀主图区的Cr层3做准备。

接着执行步骤S23，步骤S22获得的结构进行烘烤。

所述烘烤工艺在烘烤装置中进行，可以采用恒定温度进行烘烤或者阶梯式的烘烤温度进行烘烤，或者温度线性上升的烘烤方式进行烘烤，在此不限。

在一实施例中，将步骤S22获得的结构在恒定温度11℃下烘烤9分钟。

在另一实施例中，也可以采用阶梯式烘烤方式对所述光刻胶4进行烘烤，具体地，进行三次不同温度的烘烤，第一次烘烤温度为95℃，烘烤时间450秒；第二次烘烤温度为106℃，烘烤时间600秒；第三次烘烤温度为120℃，烘烤时间360秒。

烘烤完毕，关闭所述光刻胶烘烤装置，让透明基板1自然降温约360秒，排出旋涂的光刻胶4中的应力，使所述光刻胶4粘附性增强，保证在后续冲洗工艺中光刻胶不至于被清洗液冲掉，在进行第二次干法刻蚀工艺时不需要重新旋涂光刻胶，缩短工艺时间。

接着执行步骤S24，如图3d所示，采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层3进行第一次刻蚀。

所述干法刻蚀采用Cl₂作为刻蚀气体，所述刻蚀气体的流量范围为80～110毫升/分钟，刻蚀时的射频功率为25～30兆赫兹，反应腔压力为3～10毫托，刻蚀时间为150～250秒。

本实施例中，所述刻蚀气体的流量为90毫升/分钟，刻蚀时的射频功率为30兆赫兹，反应腔压力为7毫托，刻蚀时间为150秒。

由于步骤S21中刻蚀形成掩模图案时带来的副产物及蚀刻前的残留颗粒5的存在，覆盖在所述颗粒5下的Cr层无法通过第一次干法刻蚀去除，如图3d所示。

接着执行步骤S25，如图3e所示，采用清洗液冲洗步骤S24获得的结构。

所述清洗液可以采用去离子水，当然，也可以采用其他合适的清洗液，在此不限。

冲洗玻璃基板的清洗液的流量可以在200～500毫升/分钟范围内。本实施例中，清洗液的流量优选为250毫升/分钟，可以冲洗大约80秒。

通过清洗液冲洗，第一次蚀刻带来的副产物以及蚀刻前带来的颗粒5被冲洗掉，暴露出未被第一次干法刻蚀去除的Cr层。

接着执行步骤S26，如图3f所示，采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层3进行第二次刻蚀，最后去除所述光刻胶，完成光掩模的制作。

所述干法刻蚀采用Cl₂作为刻蚀气体，所述刻蚀气体的流量范围为80～110毫升/分钟，刻蚀时的射频功率为25～30兆赫兹，反应腔压力为3～10毫托，刻蚀时间为80～110毫升/分钟。

本实施例中，所述刻蚀气体的流量为90毫升/分钟，刻蚀时的射频功率为30兆赫兹，反应腔压力为8毫托，刻蚀时间为150秒。

通过第二次干法刻蚀，将剩余的主图区的Cr层3完全去除，降低光掩模制造过程中发生Cr残留的风险。

表1

流程	总共片数	发生Cr残留片数	发生率
				现有流程	500	35	7.0%
本发明优化的流程	400	19	4.8%

由上表可以看出，本发明优化后的工艺流程制造的光掩模与现有技术中制造的光掩模相比，本发明工艺流程制造的光掩模发生Cr残留的几率为4.8%，发生率降低了2.2%。

综上所述，本发明提供一种光掩模制作方法，包括步骤：提供具有主图区和外围区的透明基板，所述透明基板上依次形成有具有掩模图案的相移层及Cr层；在所述透明基板上旋涂覆盖至所述Cr层表面的光刻胶，并利用曝光和显影技术去除主图区Cr层上的光刻胶以暴露出主图区Cr层；对上述获得的结构进行烘烤；采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第一次刻蚀；采用清洗液对上述获得的结构进行冲洗；采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第二次刻蚀，最后去除所述光刻胶。本发明提供的光掩模的制作方法，显影后先烘烤，并把刻蚀改为两次分步的干法刻蚀，两次刻蚀中间添加一步清洗液冲洗步骤。显影后的烘烤可以提高光刻胶的强度，使后续进行清洗液冲洗时光刻胶不容易被冲坏；而清洗液冲洗步骤可以去除因蚀刻产生的副产物或蚀刻前带来的颗粒；进行两次蚀刻可以提高主图区Cr层的去除率，避免Cr残留。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种光掩模制作方法，其特征在于，所述光掩模制作方法至少包括步骤：

1)提供具有主图区和外围区的透明基板，所述透明基板上依次形成有具有掩模图案的相移层及具有掩模图案的Cr层；

2)在所述透明基板上旋涂覆盖至所述Cr层表面的光刻胶，并利用曝光和显影技术去除主图区Cr层上的光刻胶以暴露出主图区Cr层，同时保留主图区所述透明基板上的沟槽中的光刻胶；

3)对步骤2)获得的结构进行烘烤，烘烤完毕后让所述透明基板自然降温，以增强所述光刻胶的粘附性，避免所述光刻胶在后续步骤5)中被冲掉，所述烘烤温度范围设置为80～120℃，烘烤时间范围为8～12分钟；

4)采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第一次刻蚀；

5)采用清洗液冲洗步骤4)获得的结构；

6)采用干法刻蚀工艺对所述主图区的Cr层进行第二次刻蚀，最后去除所述光刻胶，完成光掩模的制作。

2.根据权利要求1所述的光掩模制作方法，其特征在于：所述步骤3)中的烘烤工艺在烘烤箱中进行。

3.根据权利要求1所述的光掩模制作方法，其特征在于：所述步骤4)中的干法刻蚀采用Cl₂作为刻蚀气体，所述刻蚀气体的流量范围为80～110毫升/分钟，刻蚀时的射频功率为25～30兆赫兹，反应腔压力为3～10毫托，刻蚀时间为150～250秒。

4.根据权利要求1所述的光掩模制作方法，其特征在于：所述清洗液为去离子水。

5.根据权利要求4所述的光掩模制作方法，其特征在于：所述清洗液以200～500毫升/分钟的流量冲洗所述步骤4)中的结构，冲洗时间为60～80秒。

6.根据权利要求1所述的光掩模制作方法，其特征在于：所述步骤6)中的干法刻蚀采用Cl₂作为刻蚀气体，所述刻蚀气体的流量范围为80～110毫升/分钟，刻蚀时的射频功率为25～30兆赫兹，反应腔压力为3～10毫托，刻蚀时间为150～250秒。

7.根据权利要求1所述的光掩模制作方法，其特征在于：所述透明基板为玻璃基板。

8.根据权利要求1所述的光掩模制作方法，其特征在于：所述相移层为MoSi。

9.根据权利要求1所述的光掩模制作方法，其特征在于：所述步骤2)中旋涂光刻胶之前还包括对所述透明基板、相移层及Cr层进行清洗的步骤。