CN109856706B

CN109856706B - 使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法

Info

Publication number: CN109856706B
Application number: CN201910106268.6A
Authority: CN
Inventors: 史丽娜; 李龙杰; 张凯平; 牛洁斌; 谢常青; 刘明
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: CN109856706A

Abstract

本公开提供了一种使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法，包括：步骤S100，利用包含氟基气体的混合气体反应离子刻蚀金属材料和石英基片，金属溅射到石英表面形成非挥发金属氟化物；步骤S200，刻蚀产物碳氟聚合物聚集在金属氟化物周围，形成微掩模；步骤S300，同时刻蚀微掩模和石英基片，形成亚波长结构抗反层。本公开通过金属溅射到石英表面形成非挥发金属氟化物，提高了微掩模的抗刻蚀能力，在石英表面可以得到更深的亚波长结构，能够满足抗反层的需求，与此同时本公开制造工艺简单，成本低，能够快速大面积的制作，有利于广泛应用。

Description

使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法

技术领域

本公开涉及微电子技术中的纳米加工领域，尤其涉及一种使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法。

背景技术

熔融石英广泛应用于许多光学系统中，例如光栅，透镜和光学窗口等通常都是由熔融石英制造的。然而，由于空气-熔融石英界面的菲涅耳反射，超过7％的入射光从石英表面反射。尤其是对于193nm波长的紫外光，熔融石英的折射率是1.5603，透过率只有90.42％。所以，为了抑制菲涅耳反射造成的入射光损失，人们开发了各种抗反射层，其中石英表面蛾眼结构抗反层由于其机械性能好，环境耐久性，抗激光损伤等优点而引起了人们的重点关注。亚波长蛾眼结构抗反层通过空气和石英之间的渐变折射率分布(有效折射率从空气到石英表面逐渐增加)抑制了光的反射。

蛾眼结构抗反层制作一般需要两个步骤：掩模制造和刻蚀。周期蛾眼结构一般采用电子束光刻或者干涉光刻的方法制作掩模，成本高，制作工艺复杂。随机蛾眼结构一般采用退火生成的金属纳米颗粒作为掩模。蛾眼结构的尺度由掩模尺度决定，对于193nm波长的深紫外光，需要小于80nm的特征尺寸。对于周期小于80nm的蛾眼结构，电子束光刻的方法难于快速制作大面积的掩模，而且成本很高；退火生成的金属纳米颗粒较大，难以形成特征尺寸小于80nm的掩模，并且金属颗粒容易残留在石英表面，影响透过率。所以，人们提出了快速、低成本、大面积的自掩模方法。

自掩模的基本原理是基于反应离子刻蚀(RIE：Reactive ion etching)过程中形成的草状结构(grass-like structure)。草状结构来源于刻蚀过程中的微污染，主要由刻蚀产物聚合形成。为了刻蚀石英，通常使用含有氟和碳的气体(例如CHF₃、SF₆、C₃F₈和CF₄)，刻蚀过程中，在样品表面发生复杂的过程，碳氟聚合物累积，形成小团簇。但是这些小团簇作为掩模抗刻蚀能力较差，不能得到能够用于抗反层的蛾眼结构。

基于此，目前亟需一种能够提高刻蚀深度的自掩模刻蚀方法，以解决上述技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法，包括：步骤S100：利用包含氟基气体的混合气体，反应离子刻蚀金属材料和石英基片，金属材料的金属原子和/或离子溅射到石英基片表面形成非挥发金属氟化物；步骤S200：反应离子刻蚀产生的刻蚀产物聚集在非挥发金属氟化物的周围，形成微掩模；步骤S300：同时刻蚀微掩模和石英，形成亚波长结构抗反层。

在本公开的一些实施例中，所述氟基气体为三氟甲烷CHF₃、六氟化硫SF₆、八氟丙烷C₃F₈和四氟化碳CF₄中的一种或多种。

在本公开的一些实施例中，所述金属材料为铝Al、铁Fe、银Ag、镍Ni和铜Cu中的一种或多种。

在本公开的一些实施例中，所述刻蚀产生的非挥发金属氟化物为氟化铝AlF₃、氟化铁FeF₂、氟化银AgF、氟化镍NiF₂、和氟化铜CuF₂中的一种或多种。

在本公开的一些实施例中，在同时刻蚀微掩模和石英基片时，氟化物作为微掩模的核，刻蚀产物不断的聚集在非挥发金属氟化物的周围，微掩模在被刻蚀的同时，又自我恢复，在整个刻蚀过程中能够形成掩蔽。

在本公开的一些实施例中，同时刻蚀微掩模和石英基片后，在石英基片表面微掩模覆盖的地方形成尖峰结构。

在本公开的一些实施例中，所述混合气体中氧气O₂占含氟气体三氟甲烷CHF₃、六氟化硫SF₆、八氟丙烷C₃F₈和四氟化碳CF₄的15％到40％。

在本公开的一些实施例中，所述石英用于193纳米光刻投影物镜。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本公开通过金属溅射到石英表面形成非挥发金属氟化物，提高了微掩模的抗刻蚀能力，在石英表面可以得到更深的亚波长结构，能够满足抗反层的需求。

(2)本公开制造工艺简单，成本低，能够快速大面积的制作，有利于广泛应用。

附图说明

图1为本公开实施例使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法的示意图。

图2为本公开实施例中非挥发的金属氟化物形成示意图。

图3为本公开实施例中微掩模形成示意图。

图4为本公开实施例中亚波长结构形成示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-金属材料；

2-石英基片；

3-金属氟化物；

4-微掩模。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法。图1为本公开实施例使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法的示意图。如图1所示，本公开使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法包括：

步骤S100：利用包含氟基气体的混合气体，反应离子刻蚀铝金属材料1和石英基片2，在刻蚀过程中，石英2表面和金属材料1受到强烈的离子轰击，金属材料的金属原子和/或离子溅射到石英2表面形成非挥发的金属氟化物3，如图2所示。

具体的，金属材料1可以为铝、铁、银、镍和铜中的一种或多种，但并不以此为限。本实施例中选用的为铝，在石英基片2表面形成非挥发的金属氟化物3为AlF₃。

具体的，氟基气体为CHF₃，但并不以此为限。进一步，由CHF₃和O₂形成的混合气体中CHF₃∶O₂＝4∶1。本领域技术人员应该理解的是，混合气体的比例在一定范围内均可，上述比值仅为优选值，并不应以此为限。

这里需要说明的是本公开中的石英2主要为应用于193纳米光刻投影物镜上的石英。

步骤S200：刻蚀产生的碳氟聚合物聚集在非挥发的金属氟化物周围，形成微掩模4，如图3所示。

具体的，本实施例中的金属氟化物为氟化铝AlF₃。

步骤S300：同时刻蚀石英2和微掩模4，形成亚波长结构抗反层。微掩模的刻蚀速度比石英基片的刻蚀速度慢得多，在石英2表面形成尖峰结构，如图4所示。

这里需要说明的是，在整个刻蚀过程中由于非挥发的金属氟化物作为微掩模的核，在刻蚀过程中碳氟聚合物不断的聚集在金属氟化物的周围，大大提高了微掩模的抗刻蚀能力。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种本公开使用金属诱导自掩模刻蚀工艺通过金属溅射到石英表面形成非挥发金属氟化物，提高了微掩模的抗刻蚀能力，在石英表面可以得到更深的亚波长结构，能够满足抗反层需求的制作石英表面抗反层的方法，本公开制造工艺简单，成本低，能够快速大面积的制作，有利于广泛应用。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种使用金属诱导自掩模刻蚀工艺制作石英表面抗反层的方法，包括：

步骤S100：利用包含氟基气体的混合气体，反应离子刻蚀金属材料和石英基片，金属材料的金属原子和/或离子溅射到石英基片表面形成非挥发金属氟化物；

其中，所述氟基气体为六氟化硫SF₆、八氟丙烷C₃F₈和四氟化碳CF₄中的一种或多种；

其中，所述混合气体中O₂占所述氟基气体的15%到40%；

其中，所述石英基片用于193纳米光刻投影物镜；

步骤S200：反应离子刻蚀产生的刻蚀产物聚集在非挥发金属氟化物的周围，形成微掩模；

步骤S300：同时刻蚀微掩模和石英，形成周期小于80nm的亚波长结构抗反层。

2.根据权利要求1所述的制作石英表面抗反层的方法，其中，所述金属材料为铝Al、铁Fe、银Ag、镍Ni和铜Cu中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制作石英表面抗反层的方法，其中，所述刻蚀产生的非挥发金属氟化物为氟化铝AlF₃、氟化铁FeF₂、氟化银AgF、氟化镍NiF₂、和氟化铜CuF₂中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制作石英表面抗反层的方法，其中，在同时刻蚀微掩模和石英基片时，氟化物作为微掩模的核，刻蚀产物不断的聚集在非挥发金属氟化物的周围，微掩模在被刻蚀的同时，又自我恢复，在整个刻蚀过程中能够形成掩蔽。

5.根据权利要求1所述的制作石英表面抗反层的方法，其中，同时刻蚀微掩模和石英基片后，在石英基片表面微掩模覆盖的地方形成尖峰结构。