CN106169416A - 一种极紫外掩模的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微纳加工技术领域，具体为一种极紫外掩模的制造方法。本发明首先将极紫外掩模的总版图拆分并且添加电子束光刻对准标记，在基板衬底上旋涂光刻胶后使用激光直写技术制作大面积微米尺度胶掩蔽图形和电子束光刻对准标记胶掩蔽图形，然后刻蚀铬金属膜吸收层，之后去除光刻胶并清洗基板，再旋涂电子束光刻胶，利用对准标记进行精确定位的电子束直写得到纳米尺度图形的胶掩蔽图形，然后用反应离子各向异性刻蚀吸收体材料铬，之后去除电子束光刻胶，最后清洗并检测掩模板。本方法能制造出同时拥有高分辨率的纳米尺度图形和低分辨率的大面积微米尺度图形的极紫外掩模，弥补了单纯依靠激光直写低分辨率的缺点，解决了单纯依靠电子束直写低效率的问题。
Description
技术领域
本发明属于微纳加工技术领域,具体涉及一种极紫外掩模的制造方法。
背景技术
自从1958年第一块集成电路问世以来，半导体技术的发展已有多半个世纪了，它一直遵循着“摩尔定律”的预见性理论，即芯片集成度18个月翻一番，每三年器件特征尺寸缩小0.7倍的速度发展。已经从每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约几十亿个器件。
集成电路在制造过程中经历了材料制备、掩模、光刻、清洗、刻蚀、渗杂、化学机械抛光等多个工序，其中尤以光刻工艺最为关键，决定着制造工艺的先进程度。随着集成电路由微米级向纳米级发展，光刻采用的光波波长也从近紫外（NUV）区间的436nm、365nm波长进入到深紫外（DUV）区间的248nm、193nm波长。32nm和22nm工艺大部分采用193nm浸末式光刻技术（Immersion Lithography）来实现，尽管193nm浸末式光刻技术的延伸性非常强，但是半导体工艺继续向往下刻，使用极紫外光刻（EUV）技术是必须的，而且EUV技术也能通过液相折射来降低波长，因为所有折射都可以降低波长，也就是说EUV技术可以有效拓展工艺深度。至于其他的下一代光刻技术（Next Generation Lithography，NGL，主要有无掩模光刻、X射线光刻、纳米压印光刻）现在看起来并不比EUV更有发展前途。
极紫外光刻（Extreme Ultraviolet Lithography，EUVL），常称作EUV光刻，它以波长为10~14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术。具体为采用波长为13.4nm 的软x射线。EUV与光学光刻最大的区别在于几乎所有物质在EUV波段表现出性质与在可见光和紫外线波段截然不同，EUV辐射被所有物质，甚至使气体强烈吸收。EUVL的关键技术主要有极紫外光源、掩模、反射投影像系统、多层膜反射涂层、EUVL光刻胶。与光学掩模相比，EUV光刻技术的掩模制备技术所面临的难度和复杂性要高得多，不仅有很多基础性的科学问题还需要解决，而且还需要建立整套的新加工技术规范。对于EUV光刻而言，EUV掩模制备技术的解决对于EUV光刻技术的应用前景具有举足轻重的影响。由于采用透射曝光时掩模版会吸收EUV光线，其光强将被大幅削弱。因此，相对于目前的投影式光学系统而言，EUV掩模版将采用反射技术，而非透射技术。EUV掩模版的制作一般是采用80层堆叠的Mo/Si薄膜作为反射层，每一个Mo（钼）层与Si（硅）层的厚度分别为2.8nm及4.0nm，层上制作图形化的吸收层。根据EUV光刻反射式掩模图形生成方法的不同，其现有的制造方法主要有：离子束直接刻蚀、电子束光刻加剥离技术、吸收层上电子束光刻加干法刻蚀技术等。离子束直接刻蚀方法不能制造纳米尺度的图形，速度也很慢。电子束光刻技术虽然分辨率很高但是直写速度非常慢，不能写大面积图形。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种极紫外掩模的制造方法，此方法能制造出同时拥有高分辨率的纳米尺度图形和低分辨率的大面积微米尺度图形的极紫外掩模。
本发明提供的极紫外掩模的制造方法，具体步骤包括：
（1）将极紫外掩模的总版图拆分成微米以上尺度的图形版图和微米以下尺度的图形版图，并且添加电子束光刻对准标记版图；
（2）在已经做好钼硅多层膜反射层、二氧化硅膜缓冲层和铬金属膜吸收层的石英基板衬底上旋涂光刻胶；
（3）在光刻胶上用激光直写工艺制作大面积微米尺度图形版图和电子束光刻对准标记图形版图；
（4）显影定影后得到微米尺度的胶掩蔽图形和对准标记胶掩蔽图形；
（5）用已经图形化的光刻胶作为掩蔽层来刻蚀铬金属膜吸收层得到微米尺度的铬金属图形和铬金属对准标记图形；
（6）去除光刻胶并清洗基板；
（7）旋涂电子束光刻胶并烘烤；
（8）利用前面做好的对准标记进行精确定位的电子束直写曝光纳米尺度图形；
（9）显影定影后得到纳米尺度图形的胶掩蔽图形；
（10）用已经图形化的电子束光刻胶作为掩蔽层反应离子各向异性刻蚀吸收体材料铬；
（11）去除电子束光刻胶；
（12）清洗并检测掩模板，即完成极紫外掩模的制造。
本发明步骤（1）中，所述的对准标记为十字形，线宽为1微米～10微米。
本发明步骤（2）中，所述的石英基板衬底上的钼硅多层膜反射层、二氧化硅膜缓冲层和铬金属膜吸收层，是用磁控溅射制作的，铬金属膜吸收层在50纳米至90纳米之间。
本发明步骤（3）中，所述的形成大面积微米尺度图形的方法是采用激光直写技术，光刻胶是AZ1500。
本发明步骤（7）中，所述的旋涂电子束光刻胶是ZEP520A电子束光刻胶。
本发明步骤（9）中，所述的电子束光刻后显影定影后得到纳米尺度图形的胶掩蔽图形，图形尺寸在10纳米至1000纳米之间。
本发明步骤（10）中，所述的用已经图形化的电子束光刻胶作为掩蔽层反应离子各向异性刻蚀吸收体材料铬，是使用等离子体刻蚀设备的RIE模式，使用气体是氯气和氧气。
本发明与现有制造方法相比，解决了高效率和高分辨率不能兼得的问题，本发明能制造出同时拥有高分辨率的纳米尺度图形和低分辨率的大面积微米尺度图形的极紫外掩模，既提高了制造效率，又得到了纳米尺度的高分辨率图形。
附图说明
为了清楚地说明本发明或现有技术的技术方案，下面对描述本发明实施例或现有技术的技术方案时需要用到的附图进行简要说明。显而易见地，这些附图所示的实施例仅是本发明的部分实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它的附图。
图1是本发明制造极紫外掩模的方法流程图。
图2是本发明制造的极紫外掩模。
图3是本发明制造的极紫外掩模的微米级尺度的图形的照片。
图4是本发明制造的极紫外掩模的纳米级尺度的图形的照片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明的核心内容是：将极紫外掩模的总版图拆分成微米以上尺度的图形版图和微米以下尺度的图形版图，并且添加微米尺度的电子束光刻对准标记版图；在已经做好钼硅多层膜反射层和铬金属膜吸收层的石英基板衬底上旋涂光刻胶并烘烤；在光刻胶上激光直写大面积微米尺度图形版图和电子束光刻对准标记图形版图；显影定影后得到大面积微米尺度的胶掩蔽图形和对准标记胶掩蔽图形；用已经图形化的光刻胶作为掩蔽层来刻蚀铬金属膜吸收层得到大面积微米尺度的铬金属图形和铬金属对准标记图形；去除光刻胶并清洗基板；旋涂电子束光刻胶并烘烤；利用前面做好的对准标记进行精确位置的电子束直写曝光纳米尺度图形；显影定影后得到纳米尺度图形的胶掩蔽图形；用已经图形化的电子束光刻胶作为掩蔽层反应离子各向异性刻蚀吸收体材料铬；去除电子束光刻胶；清洗并检测掩模板后完成极紫外掩模的制造。
图1是依照本发明制造极紫外掩模的方法流程图，具体包括以下步骤：
步骤101，将极紫外掩模的总版图拆分成微米以上尺度的图形版图和微米以下尺度的图形版图，并且添加微米尺度的电子束光刻对准标记版图。在该步骤中，使用版图编辑软件对总版图进行编辑，将一个混合有微米尺度图形和纳米尺度图形的总版图拆分成微米以上尺度的图形版图和微米以下尺度的图形版图，并且添加微米尺度的电子束光刻对准标记版图，优选的，使用最小线宽10微米十字形电子束光刻对准标记版图。
步骤102，在已经做好钼硅多层膜反射层、二氧化硅膜缓冲层和铬金属膜吸收层的石英基板衬底上旋涂光刻胶并烘烤。在该步骤中，优选的，做为极紫外掩模反射层的钼硅多层膜是用磁控溅射工艺制作的，做为极紫外掩模吸收层的铬金属膜也是用磁控溅射工艺制作的，铬金属吸收层厚度为50纳米至90纳米之间，优选的使用70纳米，使用旋转匀胶法旋涂AZ1500光刻胶，优选的，匀胶转速使用3000转/分钟，胶厚度540纳米～560纳米，烘箱90摄氏度烘烤45分钟。
步骤103，在步骤102旋涂的光刻胶上用激光直写工艺制作大面积微米尺度胶掩蔽图形和电子束光刻对准标记胶掩蔽图形。在该步骤中，优选的，激光直写工艺使用的能量是50毫瓦；版图是总版图的微米尺度以上的图形部分和电子束光刻对准标记图形。
步骤104，显影定影后得到大面积微米尺度的胶掩蔽图形和对准标记胶掩蔽图形。在该步骤中，使用碱性溶液做为显影液，显影30秒～1分钟，优选的使用45秒，水定影。
步骤105，用已经图形化的光刻胶作为掩蔽层，刻蚀铬金属膜吸收层得到大面积微米尺度的铬金属图形和铬金属对准标记图形。在该步骤中，由于是微米级图形，所以可以使用湿法腐蚀工艺也可以使用干法刻蚀工艺，优选的，利用等离子体各向异性反应刻蚀设备图形化吸收体材料铬，使用刻蚀设备的RIE模式，反应气体是氯气和氧气，氯气100sccm，氧气35sccm，功率是65瓦，刻蚀时间是6分40秒。
步骤106，去除光刻胶并清洗基板。在该步骤中，使用丙酮去除光刻胶，之后用乙醇和去离子水清洗基板，然后用氮气枪吹干基板。
步骤107，旋涂电子束光刻胶并烘烤。在该步骤中，优选的，使用旋转匀胶法旋涂ZEP520A电子束光刻胶，匀胶转速3000转/分钟，胶厚度约400纳米～420纳米，然后用烘箱在180摄氏度烘烤30分钟，然后关闭烘箱使温度缓慢降至室温。
步骤108，利用前面已经做好的对准标记进行精确位置的电子束直写曝光纳米尺度图形。在该步骤中，使用电子束光刻系统，优选的，100kV，5透镜模式，200pA束流，1纳米扫描步距，430uc/cm2，版图是总版图的微米尺度以下的图形部分，利用对准标记将基板的旋转和偏移值纠正补偿后精确的与激光直写的微米尺度以上图形匹配，误差在30纳米以内。
步骤109，显影定影后得到纳米尺度图形的胶掩蔽图形。在该步骤中，优选的，使用ZED-N50显影液（主要成分是乙酸戊酯）显影75秒，使用异丙醇定影30秒，然后用氮气枪吹干基板。
步骤110，用已经图形化的电子束光刻胶作为掩蔽层，反应离子各向异性刻蚀铬吸收层。在该步骤中，利用等离子体各向异性反应刻蚀设备图形化吸收体材料铬，使用刻蚀设备的RIE模式，反应气体是氯气和氧气，优选的，氯气100sccm，氧气35sccm，功率是65瓦，刻蚀11分钟。
步骤111，去除电子束光刻胶。在该步骤中，使用ZMDC溶液（主要成分是氮氮二甲基乙酰胺）去除ZEP520A胶掩蔽图形，可以用超声辅助去胶。
步骤112，清洗并检测掩模板后完成极紫外掩模的制造。在该步骤中，使用丙酮、乙醇、去离子水清洗掩模板，然后用光学显微镜和电子显微镜检查掩模板没有问题后就完成了极紫外掩模的制造。
综上所述，本发明提供了一种极紫外掩模的制造方法，此方法能解决在极紫外掩模制造中高效率和高分辨率不能兼得的问题，本发明既提高了极紫外掩模的制造效率又得到了纳米尺度的高分辨率图形。
上述只是本发明的一个具体实施例，仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明的限制，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 (7)
1.一种极紫外掩模的制造方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）将极紫外掩模的总版图拆分成微米以上尺度的图形版图和微米以下尺度的图形版图，并且添加电子束光刻对准标记版图；
（2）在已经做好钼硅多层膜反射层、二氧化硅膜缓冲层和铬金属膜吸收层的石英基板衬底上旋涂光刻胶；
（3）在光刻胶上用激光直写工艺制作大面积微米尺度图形版图和电子束光刻对准标记图形版图；
（4）显影定影后得到微米尺度的胶掩蔽图形和对准标记胶掩蔽图形；
（5）用已经图形化的光刻胶作为掩蔽层来刻蚀铬金属膜吸收层得到微米尺度的铬金属图形和铬金属对准标记图形；
（6）去除光刻胶并清洗基板；
（7）旋涂电子束光刻胶并烘烤；
（8）利用前面做好的对准标记进行精确定位的电子束直写曝光纳米尺度图形；
（9）显影定影后得到纳米尺度图形的胶掩蔽图形；
（10）用已经图形化的电子束光刻胶作为掩蔽层反应离子各向异性刻蚀吸收体材料铬；
（11）去除电子束光刻胶；
（12）清洗并检测掩模板。
2.根据权利要求1所述的极紫外掩模的制造方法，其特征在于，步骤（1）中所述的对准标记为十字形，线宽为1微米～10微米。
3.根据权利要求1或2所述的极紫外掩模的制造方法，其特征在于，步骤（2）中所述的石英基板衬底上的钼硅多层膜反射层、二氧化硅膜缓冲层和铬金属膜吸收层，是用磁控溅射制作的，铬金属膜吸收层在50纳米至90纳米之间。
4.根据权利要求3所述的极紫外掩模的制造方法，其特征在于，步骤（3）中所述的形成大面积微米尺度图形的方法是采用激光直写技术，光刻胶是AZ1500。
5.根据权利要求1所述的极紫外掩模的制造方法，其特征在于，步骤（7）中所述的旋涂电子束光刻胶是ZEP520A电子束光刻胶。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的极紫外掩模的制造方法，其特征在于，步骤（9）中所述的电子束光刻后显影定影后得到纳米尺度图形的胶掩蔽图形，图形尺寸在10纳米至1000纳米之间。
7.根据权利要求6所述的极紫外掩模的制造方法，其特征在于，步骤（10）中所述的用已经图形化的电子束光刻胶作为掩蔽层反应离子各向异性刻蚀吸收体材料铬，是使用等离子体刻蚀设备的RIE模式，使用气体是氯气和氧气。
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