CN107193184A - 一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法 - Google Patents

一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微波毫米波电路制备技术领域，具体涉及一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，通过引入紫外反转光刻胶，作为正性光刻胶使用，具有较高的分辨率，保证光刻胶的图形精度；反转烘烤后作为负性光刻胶，具有较强的抗刻蚀能力，形成倒梯形台面,有利于剥离光刻胶与掩膜金属层，从而可以制作出更高图形精度和更小特征尺寸且侧壁陡直度为90度的铬版掩膜版电路图形。本发明在微米、亚微米范围内可实现精确的掩膜图形转移和优良的线宽控制，避免了掩膜版电路图形在尺寸较小时，掩膜金属层被剥离掉而发生电路图形间断路的问题，提高了掩膜版的合格率和图形质量，提高了微波毫米波电路器件的可靠性。

Description

一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法
技术领域
本发明涉及微波毫米波电路制备技术领域，具体涉及一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法。
背景技术
近年来，微波毫米波电路系统的发展极其迅速，其功能越来越复杂、电性能指标要求越来越高，同时要求其体积越来越小、重量越来越轻，集成度越来越高。而微波毫米波电路的集成度与其特征尺寸具有很大的相关性，特征尺寸是指微波毫米波器件加工的最小线条宽度。当微波毫米波电路的面积一定时，集成度越高，功能就越强，性能就越好，但是特征尺寸就会越小，制造的难度也就越大。所以说标志微波毫米波电路的制造工艺高低的特征尺寸决定了它们的功能与性能。
光刻技术的支持对微波毫米波电路系统的飞速发展起到了极为关键的作用，它直接决定了单个器件的物理尺寸。每次新一代微波毫米波电路系统的出现，总是以光刻所获得的线宽(特征尺寸)为主要技术指标。随着微波毫米波电路器件的尺寸越来越小，光刻工艺也越来越具有挑战性，限制光刻工艺极限性非常重要的一方面就是掩膜版电路特征尺寸的极限性。
只有掩膜版的特征尺寸越来越小，掩膜版图形保证很高的尺寸精度和分辨率，才有可能保证光刻后越来越小的特征尺寸和图形精度。在电路制造过程中都需要经过十几乃至几十次的光刻，每次光刻都需要一块掩膜版，每块掩膜版都会影响光刻质量，光刻次数越多，图形尺寸精度就越低。因此，要提高掩膜版制备的工艺能力，就必须制作具有更高图形精度和更小特征尺寸的掩膜版。
现有掩膜版制备的简化示意图如图1a-图1g所示，主要工艺过程为：(1)准备一清洗干净的透明基底201；(2)在透明基底201上利用真空加热蒸发或者溅射淀积形成掩膜金属层202；(3)在掩膜金属层202上表面涂覆光刻胶203；(4)根据设计的版图，利用曝光光束204对光刻胶203进行曝光；(5)显影，去除曝光的光刻胶203，形成光刻胶203图案，并且进行后烘处理；(6)利用湿法或者干法刻蚀工艺刻蚀去除未被光刻胶203覆盖的掩膜金属层202；(7)剥离光刻胶203，得到带有图案的铬版掩膜版。其中，透明基底201材料为石英玻璃，掩膜金属层202为铬/氧化铬层，曝光光束204为紫外激光或电子束。
在现有技术中，掩膜版电路图形线条尺寸是由金属刻蚀工艺决定的，现有技术造成的特征尺寸不合格品的简化示意图分别如图2(a)和图2(b)所示。因为光刻胶底部吸收的曝光能量小于在顶部吸收的能量，所以使得光刻胶图形侧壁发生倾斜，显影后光刻胶图形截面会呈现正梯形的掩膜保护层，如图2(a)所示。在湿法刻蚀工艺中，当所需的线条规格值缩小到特征尺寸时，梯形的顶部为特征尺寸值，但是底部保护区域大于特征尺寸，导致特征尺寸增加，尺寸误差增加，图形精度降低。同时也存在由于湿法刻蚀工艺具有各向同性，导致掩膜金属层在光刻胶下面产生钻蚀，，在刻蚀更小的特征尺寸时，会造成过刻蚀，使得金属层剥离底部基板，如图2(b)所示，造成局部掩膜金属层图形缺失，降低了掩膜版制造的良率并且降低了微波毫米波电路器件的可靠性；而干法刻蚀工艺虽然可以保持侧壁很高的陡直度，获得更小的特征尺寸，但是设备价格昂贵，工艺复杂。
公开号为CN102043323的中国专利还公开了另外一种制造掩膜版的方法，该方法包括如下步骤：提供基底；在基底上形成导电层；在导电层上涂覆单层、正性光刻胶；先采用电子束光源对所述单层、正性光刻胶曝光，再通过显影将所述单层、正性光刻胶图形化，形成露出所述导电层的光刻胶图形，所述光刻胶图形包括多个光刻胶亚层；通过电镀技术在导电层未被光刻胶图形覆盖的表面、并且位于所述光刻胶亚层之间的空间填充金属层；去除光刻胶图形；去除未被金属层覆盖的导电层。
该专利方法主要有两个缺陷：(1)导电层的去除需要刻蚀工艺，当刻蚀较小的特征尺寸时，仍然存在由于化学溶液浓度及刻蚀时间的原因或者等离子体入射角度的原因导致金属断线的问题；(2)因为光刻胶曝光时光刻胶底部吸收的曝光能量小于在顶部吸收的能量，使得形成的光刻胶图形侧壁发生倾斜，侧壁不可能平滑垂直呈现90°，而是小于90°，在电镀铬金属层后形成的金属线条截面呈现倒梯形，使得掩膜金属线条上下表面宽度不一致，在作为掩膜版光刻图形时导致图形尺寸误差增加，图形精度降低。
因此，为了能够在控制生产成本的情况下制备出具有更高图形精度和更小特征尺寸的掩膜版电路，急需开发一种适用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明提供了一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，主要解决现有技术制备铬版掩膜版电路图形中因刻蚀工艺缺陷无法制备微米乃至亚微米量级更高图形精度和更小特征尺寸掩膜版图形的问题。
本发明的用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，可通过依次执行如下步骤实现：
步骤301：准备透明基底，并对其进行清洗干净；
步骤302：在透明基底上表面涂覆形成紫外反转光刻胶；
步骤303：根据设计的版图，使用曝光设备对光刻胶进行曝光；
步骤304：将带有光刻胶的基底进行烘烤，使得光刻胶发生反转；
步骤305：对反转后的光刻胶进行泛曝光；
步骤306：对光刻胶进行显影，形成光刻胶图案；
步骤307：在带有光刻胶的透明基底上淀积形成掩膜金属层；
步骤308：剥离光刻胶，使得光刻胶以及光刻胶上面的金属层均被去除，得到带有设计图案的掩膜版。
可选地，步骤301所述的透明基底材料为石英或石英玻璃或硼硅玻璃或白玻璃或钠钙玻璃，透明基底厚度为1mm～1.5mm；
可选地，步骤302所述的光刻胶的涂覆方式为旋转涂布法或喷雾式涂布法，涂覆厚度为300nm～700nm；
可选地，步骤303所述的曝光设备产生的曝光光束为紫外激光或深紫外激光或电子束；
可选地，步骤304所述的烘烤方式为热板或烘箱，烘烤温度为85℃～90℃，烘烤时间为5min～10min；
可选地，步骤305所述的泛曝光光源为高压汞灯；
可选地，步骤305所述的泛曝光为没有图形限制的整面曝光；
可选地，步骤307所述的掩膜金属层结构包括遮光层和吸光层，其中遮光层为厚度60～80nm的Cr薄膜，吸光层为厚度20～30nm的CrO薄膜；
可选地，步骤307所述的金属层淀积方式为蒸发或溅射；
可选地，步骤308所述的光刻胶剥离液为丙酮。
本发明的用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，主要优点如下：
(1)引入反转光刻胶，当其作为正性光刻胶使用，具有较高的分辨率，光刻后的图形失真小，保证光刻胶的图形精度；反转烘烤后作为负性光刻胶，具有较强的抗刻蚀能力，可形成倒梯形台面,即光刻胶侧壁图形上宽下窄,使淀积的掩膜金属层在光刻胶掩膜区域断开，有利于剥离光刻胶与掩膜金属层，从而可以制作出更高图形精度和更小特征尺寸且侧壁陡直度为90度的铬版掩膜版电路图形，在微米、亚微米范围内可实现精确的掩膜图形转移和优良的线宽控制。
(2)克服了现有铬版掩膜版制程中刻蚀工艺的不足，掩膜版电路线条尺寸完全由光刻胶曝光后的窗口区域决定，避免了掩膜版电路图形在尺寸较小时，掩膜版金属层被剥离掉，提高了掩膜版的合格率和图形质量，提高了微波毫米波电路器件的可靠性。
(3)各层掩膜金属线条可以实现误差一致，提高了制版工艺能力，拓宽了制版工艺窗口。
附图说明
图1a-图1g为现有掩膜版制备工艺过程简化示意图；
图2a和图2b为现有技术的金属刻蚀工艺造成的两种特征尺寸不合格品的截面示意图；
图3为本发明提供的一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法的流程图；
图4a-图4h为本发明提供的一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法的一个具体实施示例的工艺步骤图。
其中，201：透明基底；202：掩膜金属层；203：光刻胶；204：曝光光束；511：透明基底；512：紫外反转光刻胶；513：曝光光束；514：反转烘烤热源；515：泛曝光光束；516：掩膜金属层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示，本实施例的用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，依次执行如下步骤：
步骤301，提供一透明基底511，透明基底511材料为石英玻璃，厚度为1.2mm。将透明基底511放置于铬酸中浸泡48小时，去除透明基底511表面的有机杂质，然后用清洗剂把透明基底511表面其他污染物去除干净，如图4a所示。
步骤302，采用旋转涂布法，使用匀胶机在透明基底511上表面涂覆一层均匀的紫外反转光刻胶512，如图4b所示。紫外反转光刻胶512为AZ5214E型光刻胶，匀胶机转速6000rpm/s，匀胶时间为30s，然后在110℃恒温热板上前烘3min。
步骤303，将涂覆紫外反转光刻胶512的透明基底511固定在曝光设备平台的中心位置，采用曝光光束513按照设计的版图对紫外反转光刻胶512进行曝光，激光曝光功率为120mJ/cm2，焦距为-2，如图4c所示。
步骤304，采用反转烘烤热源514对曝光完成的紫外反转光刻胶512进行烘烤，使得光刻胶发生反转，曝光区域的光刻胶512由正性光刻胶变为负性光刻胶，如图4d所示。反转烘烤热源514为热板，热板温度为90℃，反转烘烤时间为5min。
步骤305，将经过反转烘烤的光刻胶512置于泛曝光光束515下进行泛曝光，如图4e所示。泛曝光的曝光光源为高压汞灯，能够产生紫外光源，光强为90mW/cm2，曝光时间为6s。
步骤306，在碱性显影液中用沉浸法去除被泛曝光的紫外反转光刻胶512，浸泡时间约为20s；然后采用热板进行后烘坚膜处理，热板温度为120℃，坚膜时间为3min，如图4f所示。
步骤307，将带有紫外反转光刻胶512图案的透明基底511载入到磁控溅射镀膜机中，然后淀积掩膜金属层516，如图4g所示。磁控溅射镀膜机的功率为500W，真空度为5×10- 7Pa以下，溅射温度为50℃，氩气体积流量为30sccm～40sccm，氧气体积流量为70sccm～100sccm。淀积的掩膜金属层516包括遮光层和吸光层，其中遮光层为Cr薄膜，厚度为80nm，吸光层为CrO薄膜，厚度为20nm。
步骤308，将淀积掩膜金属层516的透明基底511浸入光刻胶剥离液丙酮中，浸泡30min，去除非图形区域的光刻胶512和其上表面的掩膜金属层516，从而得到带有设计图案的掩膜版，如图4h所示。
本实施例的用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，掩膜版电路线条尺寸完全由光刻胶曝光后的窗口区域决定，避免了掩膜版电路图形在尺寸较小时，掩膜金属层516被剥离掉，提高了掩膜版的合格率和图形质量，提高了微波毫米波电路器件的可靠性；通过引入紫外反转光刻胶512，当其作为正性光刻胶使用，具有较高的分辨率，光刻后的图形失真小，保证光刻胶的图形精度；反转烘烤后作为负性光刻胶，具有较强的抗刻蚀能力，可形成倒梯形台面,即光刻胶侧壁图形上宽下窄,使淀积的掩膜金属层516在光刻胶掩膜区域断开，有利于剥离光刻胶与掩膜金属层516，从而可以制作出更高图形精度和更小特征尺寸且侧壁陡直度为90度的铬版掩膜版电路图形，在微米、亚微米范围内可实现精确的掩膜图形转移和优良的线宽控制。而且，各层掩膜金属线条可以实现误差一致，提高了制版工艺能力，拓宽了制版工艺窗口。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应视为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，其特征在于，依次执行如下步骤：
步骤(301)：准备透明基底，并对其进行清洗干净；
步骤(302)：在透明基底上表面涂覆形成紫外反转光刻胶；
步骤(303)：根据设计的版图，使用曝光设备对光刻胶进行曝光；
步骤(304)：将带有光刻胶的基底进行烘烤，使得光刻胶发生反转；
步骤(305)：对反转后的光刻胶进行泛曝光；
步骤(306)：对光刻胶进行显影，形成光刻胶图案；
步骤(307)：在带有光刻胶的透明基底上淀积形成掩膜金属层；
步骤(308)：剥离光刻胶，使得光刻胶以及光刻胶上面的金属层均被去除，得到带有设计图案的掩膜版。
2.如权利要求1所述的一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，其特征在于：所述步骤(301)所述的透明基底材料为石英或石英玻璃或硼硅玻璃或白玻璃或钠钙玻璃，透明基底厚度为1mm～1.5mm。
3.如权利要求1所述的一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，其特征在于：所述步骤(302)所述的光刻胶的涂覆方式为旋转涂布法或喷雾式涂布法，涂覆厚度为300nm～700nm。
4.如权利要求1所述的一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，其特征在于：所述步骤(303)所述的曝光设备产生的曝光光束为紫外激光或深紫外激光或电子束。
5.如权利要求1所述的一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，其特征在于：所述步骤(304)所述的烘烤方式为热板或烘箱，烘烤温度为85℃～90℃，烘烤时间为5min～10min。
6.如权利要求1所述的一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，其特征在于：所述步骤(305)所述的泛曝光光源为高压汞灯，所述的泛曝光为没有图形限制的整面曝光。
7.如权利要求1所述的一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，其特征在于：所述步骤(307)所述的掩膜金属层结构包括遮光层和吸光层，其中遮光层为厚度60～80nm的Cr薄膜，吸光层为厚度20～30nm的CrO薄膜。
8.如权利要求1或7所述的一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，其特征在于：所述步骤(307)所述的金属层淀积方式为蒸发或溅射。
9.如权利要求1所述的一种用于制备高精度铬版掩膜版电路图形的方法，其特征在于：所述步骤(308)所述的光刻胶剥离液为丙酮。
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