CN111564363B - 基于hsq的电子束光刻制备套刻标记的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法，属于光电子技术领域，其特征在于，至少包括如下步骤：S1、对晶圆进行脱水烘焙；S2、在晶圆上旋涂HSQ光刻胶后进行前烘；S3、电子束曝光；利用HSQ为负性光刻胶的特性，绘制mark曝光版图，用较少的时间曝光，完成对绘制版图的直写后显影；S4、高温坚膜烘焙；S5、根据需求旋涂后续工艺所需的光刻胶，将后续工艺版图按照步骤S3mark曝光版图建立的坐标系进行版图套刻；对顶层光刻胶进行显影；进行后续蒸镀或刻蚀工艺，并去除顶层光刻胶；S6、使用HF加去离子水或氨水：过氧化氢：去离子水溶液去除HSQ mark。

Description

基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法
技术领域
本发明属于光电子技术领域，特别是涉及一种基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法。
背景技术
众所周知，HSQ(商品名)为无机光刻胶，主要成分为氢倍半硅氧烷(类SiO2成份)在常温下呈液态。经过旋涂且烘焙后聚合物将会分解，有机成分将会挥发，余下的就是Si02成份。再经电子束的辐照可使HSQ呈现SiO2的物理性质。
经过二十多年的快速发展，半导体工艺中光刻占着举足轻重的地位。光刻工艺的研发与拓新就变得尤为重要。前沿的100nm紫外光刻机售价及其昂贵，并且受限于掩膜板制备的限制。对于新器件的研发与制备成本难以估量。而无掩膜版限制使用电子束直写的方式进行光刻成为了小批量生产与研究最佳的选择。
与紫外光刻不同，高能电子束打到衬底表面使晶圆表面的光刻胶发生变形，显影后使得光刻胶形成后续工艺所需的掩膜，其中电子束光刻中的套刻恰恰也需要搜集高能电子束在晶圆表面成像的信号进行标记的识别，进行精准的套刻，成像的效果将直接影响电子束套刻的精度。
在制备套刻标记时，传统上有两种方法：一种是在样品表面蒸镀金属做套刻所需的标记，但是为了提高精度往往使用贵金属Au来制作套刻标记。成本较高，同时剥离时残余金属可能会污染晶圆表面。另一种是在样品表面刻蚀标记，刻蚀深度应大于200nm，此工艺不仅受限于晶圆结构的影响，同时也增加了刻蚀时所带来副产物污染晶圆表面的风险；因而为了提高套刻精度，减少工艺步骤可采用使用负性光刻胶HSQ来制备套刻标记。此方法不仅减少了成本，并且在减少工艺步骤的同时也减少了脏污引入的概率。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法，目的是为了提高套刻，节约成本，减少污染物的引入概率。
本发明的目的是提供一种基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法，包括如下步骤：
S1、对晶圆进行脱水烘焙；
S2、在晶圆上旋涂HSQ光刻胶后进行前烘；
S3、电子束曝光；利用HSQ为负性光刻胶的特性，绘制mark曝光版图，用JEOL JBX-9500FS设备10na束流所用的曝光时间小于5min方便快捷，完成对绘制版图的直写后显影；
S4、高温坚膜烘焙；
S5、根据需求涂布后续工艺所需的光刻胶，将后续工艺版图按照步骤S3mark曝光版图建立的坐标系进行版图套刻；对顶层光刻胶进行显影；
进行后续蒸镀或刻蚀工艺，并去除顶层光刻胶；
S6、使用HF、BOE、氨水：过氧化氢：去离子水溶液去除HSQ mark。
进一步，S1中：进行脱水烘焙的衬底包含Si、第三、五族化合物、LiNbO3、LiTaO3、非铝的单质金属、金属氧化物、多种外延的多层结构，但不含衬底结构底层和顶层含氧化硅成份的晶圆结构。
进一步，S2中：HSQ的厚度同后期掩膜所用光刻胶的厚度具有大于300nm的差值。
更进一步，S3中：电子束曝光时，电子束的加速电压为100KV下，使用L-edit绘制不同线宽的mark。
更进一步，S5中：光刻胶包括AR7520、ZEP520、PMMA、MMA、EB200，将后续工艺版图按照步骤S3mark曝光版图建立的坐标系进行版图套刻，在电子显微镜成像时需使用被散射电子成像，然后对顶层光刻胶进行显影，进行后续蒸镀或刻蚀工艺，并去除顶层光刻胶。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明的应用有利于节约成本、提高套刻精度、提高成品率；此方法适用于绝大部分晶圆结构(除晶圆结构顶部和底部为氧化硅成份外)；
本发明利用HSQ曝光后转化为SiO2(具有较好的的稳定性，后期易去除)的特性，同时对后期工艺的影响可以忽略不计。其节约的成本在于减少了金属蒸镀、lift-out工艺步骤，同时也减少lift-out对晶圆的污染。
附图说明
图1是本发明优选实施例的工艺流程示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
一种基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法，包括：
S1.为了使HSQ能在衬底上具有较强的粘附性，可对片源进行脱水烘焙，来增加衬底的粘附性。
S2.旋涂光刻胶后为了增强光刻胶的稳定性和强度；应进行前烘处理，
实验发现因HSQ光刻胶对温度比较敏感，烘烤设备温度的精度应在±1℃之内。
S3.利用HSQ为负性光刻胶的高灵敏度，受电子束照射之后转换为类氧化硅的特性。
为了便于电子束成像使用L-deit根据胶厚绘制相应的版图。在电子束的加速电压为100KV的情况下，HSQ胶厚应大于800nm，标记版图的线宽应在3um-10um。在背散射电子的成像下能得出清晰的像
S4.增加HSQ的稳定性进行高温坚膜烘焙，烘烤温度应大于180℃，使HSQ标记在套刻电子束照射时不易变形，且在后期剥离、去胶、刻蚀、工艺中不受影响
S5.涂布后续工艺所需的光刻胶(非HSQ)，将后续工艺版图按照mark曝光版图建立的坐标系进行版图套刻；对应光刻胶的显影以及去胶(非HSQ)；标记曝光版图建立的坐标系进行版图套刻时，由于HSQ与衬底的材料衬度不同，在100KV加速电压下电子成像的信号以背散射电子为主，应使用收集背散射电子的探头。
S6.对于HSQ标记的去除。可选用40％HF：去离子水＝1：1，氨水：过氧化氢：去离子水＝2：2：1加热去除。
请参阅图1，一种基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法，包括：
1、为了使HSQ能在衬底上具有较强的粘附性，可对片源进行脱水烘焙，使用180℃热板烘烤，后使用等离子去胶机，500w运行4min进一步去除水分子。
2.旋涂厚度为810nmHSQ光刻胶。为了增强光刻胶的稳定性和强度，使用90℃热板烘烤2min。
3.利用HSQ为负性光刻胶的高灵敏度，受电子束照射之后转换为类氧化硅的特性。
为了便于电子束成像使用L-deit根据胶厚绘制相应的版图，再同一坐标系下设计两套；
十字套刻标记线宽分别为10um、3um。在电子束的加速电压为100KV的情况下，使用10na束流，曝光剂量为1000uc/cm2曝光。
4.使用2.38％的TMAH在水浴50℃进行120s的显影，在50℃的水浴坩埚中用去离子水定影30s；
5.增加HSQ的稳定性进行高温坚膜烘焙，使用180℃热板烘烤10min，增加标记的稳定性。
6.旋涂360nm的zep520A光刻胶后，在180℃的热板上烘烤120s。
7.进行版图套刻时，在100KV的电子加是速度电压下，使用背散射成像模式，SEM使用最大视场寻找线宽为10um套刻标记更换200000nm的小视场进行自动套刻，或用
30000nm视场用3um的线宽进行手动套刻，进行电子束曝光。
8.使用ZEDN50在常温下进行90S的显影，使用IPA定影30S。
9.在光刻胶图形化后进行蒸镀10nmTi+90nmAu，其中Ti为了增加金在晶圆衬底的粘附性。
10.使用湿法剥离工艺，剥离溶液选用ZMAC，使用声波强度0.4W/cm270℃超声5min，换用去离子水进行超声5min，去除ZEP520A；
11.去除HSQ标记，使用40％HF：去离子水＝1：1浸泡5min，大量去离子水冲洗。SEM检测未发现HSQ的残留物。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (4)

1.一种基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法；其特征在于，至少包括如下步骤：
S1、对晶圆进行脱水烘焙；
S2、在晶圆上旋涂HSQ光刻胶后进行前烘；
S3、电子束曝光；利用HSQ为负性光刻胶的特性，绘制mark曝光版图，利用JEOL JBX-9500FS设备10na束流曝光的时间小于5min，完成对绘制版图的直写后显影；
S4、高温坚膜烘焙；
S5、根据需求旋涂后续工艺所需的光刻胶，所述光刻胶包括AR-N 7520、ZEP520A、PMMA、MMA、EB200，将后续工艺版图按照步骤S3mark曝光版图建立的坐标系进行版图套刻；在电子显微镜成像时需使用背散射电子成像，然后对顶层光刻胶进行显影；进行后续蒸镀或刻蚀工艺，并去除顶层光刻胶；
S6、使用HF或氨水：过氧化氢：去离子水溶液去除HSQ mark。
2.根据权利要求1所述的基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法，其特征在于，S1中：进行脱水烘焙的衬底包含Si、第三、五族化合物、LiNbO3、LiTaO3、非铝的单质金属、多种外延的多层结构，但不含衬底结构底层和顶层含氧化硅成份的晶圆结构。
3.根据权利要求2所述的基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法，其特征在于，S2中：HSQ的厚度同后期掩膜所用光刻胶的厚度具有大于300nm的差值。
4.根据权利要求2所述的基于HSQ的电子束光刻制备套刻标记的方法，其特征在于，S3中：电子束曝光时，电子束的加速电压为100KV下，使用L-edit绘制不同线宽的mark。
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