CN112558437B - 一种双面少层超构表面器件的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面少层超构表面器件的加工方法,该方法适用于微纳加工技术领域。分别设计具有对准标记的1#标记掩模版、和具有套刻对准标记和图形的2#、3#掩模版。为保证在进行双面对准时标记能起到对准的作用,该对准标记为中心对称图形。利用标记掩模版通过光刻工艺和湿法刻蚀工艺在晶圆的第一表面上制作出对准标记。然后分别利用2#、3#掩模版对晶圆第一表面进行两次套刻和曝光,通过刻蚀工艺传递图形到晶圆表面。再分别利用2#、3#掩模版对晶圆的第二表面进行两次套刻和曝光,然后进行图形刻蚀传递,从而在晶圆表面制作出双面对准的图形。
Description
技术领域
本发明属于光电技术和微纳加工技术领域,涉及一种双面少层超构表面器件的双面对准光刻工艺。
背景技术
随着微光机电技术的发展,半导体器件、光学器件等微纳加工领域对双面光刻技术的需求不断增大。特别是光学超构表面,被誉为“最有望用于第一代实用纳光子功能器件的技术”。但是传统超构表面以平面单层结构为主,器件的光学功能相对有限。而双层超构表面有望拓展器件的光场调控能力,实现多功能的平面光学器件。但这样将涉及高精度的双面对准,增加了器件的加工制造难度。目前的双面对准光刻工艺大多数都是采用双面曝光机来实现的,根据其对准原理的不同可大致分为以下几种。一是采用红外对准原理的双面对准曝光机,利用红外光源和红外对准显微镜实现双面对准曝光。该方法不足之处在于红外对准显微镜成像分辨力差,对准精度较低,对准速度较慢;且红外光穿透能力有限,不能应用于厚基片,且不能应用于不透红外光的基片;曝光分辨力低。其次是四物镜对准原理的双面对准曝光机。该系统选用四个高分辨率物镜,上下左右成对设计组成两套结构完全相同的对准对准显微镜,这两套对准对准显微镜分别将各自的像成像在同一目镜中,在目镜视场中如果对准标记未对准,则移动对准台使基片对准标记与掩模对准标记套准,达到双面对准的目的。该方法存在光学系统和机械系统复杂,对准效率低,曝光分辨力低的问题。最后是采用双掩模对准原理的双面对准曝光机。该系列曝光机采用了双掩模对准,双光源同时或分别曝光。其对准观察系统采用卧式分离视场对准显微镜,可分别观察上下掩模对准效果及基片与掩模的对准效果。利用该原理的双面对准曝光机存在曝光分辨率低的问题。因此,目前还缺乏高光刻分辨力、高对准精度的双面对准及套刻方法和技术,不能适应双面少层超构表面器件的加工需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提出一种双面少层超构表面器件的加工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种将双面对准和单面光刻工艺相结合的双面的少层超构表面器件加工方法,该方法的步骤如下:
步骤(1)、提供一个晶圆并将其清洗干净,去除晶圆表面水分。
步骤(2)、通过磁控溅射工艺在晶圆第一表面上镀上一层铬膜,用于制作对准标记。
步骤(3)、然后在镀有铬膜的表面均匀旋涂光刻胶,前烘去除光刻胶中溶剂。利用标记超分辨掩模版在曝光机紫外光源下曝光,将掩模版上的十字对准标记复制到光刻胶层上,再经过湿法刻蚀工艺传递到铬层上。
步骤(4)、重新清洗晶圆,去除晶圆表面水分。在晶圆的第一表面均匀旋涂光刻胶,经过前烘去除光刻胶中的溶剂。
步骤(5)、通过对准显微镜将第一层套刻超分辨掩模版的对准标记和晶圆的对准标记对准,在紫外光源下进行第一次套刻曝光,将掩模版上的图形复制到晶圆表面的光刻胶上,通过刻蚀工艺将光刻胶表面的图形传递到晶圆第一表面。
步骤(6)、清洗晶圆,去除晶圆表面水分。再次在晶圆第一表面均匀旋涂光刻胶,经过前烘去除光刻胶中的溶剂。
步骤(7)、通过对准显微镜将第二层套刻超分辨掩模版的对准标记和晶圆的对准标记对准,在紫外光源下进行第二次套刻曝光,将掩模版上的图形复制到晶圆表面的光刻胶上,通过刻蚀工艺将光刻胶表面的图形传递到晶圆第一表面上。
步骤(8)、重新清洗晶圆,去除晶圆表面水分。在晶圆的第二表面均匀旋涂光刻胶,经过前烘去除光刻胶中的溶剂。
步骤(9)、通过对准显微镜将晶圆第一表面的对准标记与第一层套刻超分辨掩模版对准标记对准,在紫外光源下进行晶圆第二表面的第一次套刻曝光,将掩模版上的图形复制到晶圆表面的光刻胶层上,再通过刻蚀工艺将图形传递到晶圆第二表面。
步骤(10)、重新清洗晶圆,去除晶圆表面水分。再次在晶圆的第二表面均匀旋涂光刻胶,经过前烘去除光刻胶中的溶剂。
步骤(11)、通过对准显微镜将晶圆第一表面的对准标记与第二层套刻超分辨掩模版对准标记对准,在紫外光源下进行晶圆第二表面的第二次套刻曝光,将掩模版上的图形复制到晶圆表面的光刻胶层上,再通过刻蚀工艺将图形传递到晶圆第二表面。
进一步地,所述步骤(2)中,制作晶圆上对准标记所需的铬膜可以通过磁控溅射沉积工艺实现,沉积过程中需要将晶圆表面温度加热到300℃-400℃之间,且铬膜厚度为10-20nm之间。
进一步地,所述曝光机采用紫外超分辨曝光机。
进一步地,对准显微镜为可见光对准显微镜和红外显微镜,可根据晶圆光学透过率的不同进行选择,且对准显微镜的工作距≥8mm。
进一步地,对准方法为基于Suan算法图像滤波和Canny算子边沿检测的自动标记识别和对准技术。
进一步地,对于双面对准光刻,晶圆两面的图形为镜面对称,为保证在双面对准过程中标记能起到对准作用,掩模版上的十字标记为中心对称图形。
进一步地,利用晶圆的红外透光性,借助单面曝光机实现晶圆的双面对准光刻。
本发明与现有的技术相比具有以下优点:
(1)克服传统双面对准方法的不足,利用单面对准显微镜的长工作距特性通过纵向聚焦点位的调节实现双面对准,其工艺操作简单,降低了设备复杂程度。
(2)克服传统双面对准方法在曝光分辨力上的不足,采用紫外超分辨光刻技术,仅利用紫外长波长光源便可实现纳米量级的光刻分辨力。
附图说明
图1为晶圆示意图;
图2为在晶圆第一表面镀铬、旋涂光刻胶示意图;
图3为利用标记超分辨掩模版4在晶圆第一表面制作标记的光刻示意图;
图4为在晶圆第一表面制作的对准标记示意图;
图5为利用第一层套刻超分辨掩模版6在晶圆第一表面进行对准光刻示意图;
图6为在晶圆第一表面经过第一次套刻制作的图形示意图;
图7为利用第二层套刻超分辨掩模版7在晶圆第一表面进行对准光刻示意图;
图8为在晶圆第一表面经过第二次套刻制作的图形示意图;
图9为利用第一层套刻超分辨掩模版6在晶圆第二表面进行对准光刻示意图;
图10为在晶圆第二表面经过第一次套刻制作的图形示意图;
图11为利用第二层套刻超分辨掩模版7在晶圆第二表面进行对准光刻示意图;
图12为在晶圆第二表面经过第二次套刻制作的图形示意图;
图13为基于Suan算法图像滤波和Canny算子边沿检测的自动标记识别和对准技术的流程框图。
其中:硅晶圆1,硅晶圆第一表面1-1,硅晶圆第二表面1-2,镀铬膜2,光刻胶3,标记超分辨掩模版4,对准标记5,第一层套刻超分辨掩模版6,第二层套刻超分辨掩模版7。
具体实施方式
下面结合附图对本方法做进一步的详细描述:
设计三块不同的超分辨掩模版,一块是具有十字对准标记的标记超分辨掩模版4、其余两块是具有不同图形尺寸的第一层套刻超分辨掩模版6和第二层套刻超分辨掩模版7。准备厚度为1mm、口径50mm的硅晶圆1将其进行表面清洗,并去除晶圆表面的水分。在硅晶圆的第一表面1-1上镀铬膜2,磁控溅射功率为300W,硅晶圆表面加热温度为300℃,铬膜沉积厚度为20mm。然后均匀旋涂光刻胶3,转速为4000rpm,胶厚为100nm,前烘温度为100℃,前烘时间为5min,前烘后通过光刻工艺和湿法刻蚀工艺在铬层上制作对准标记5。标记5制作完成,对晶圆重新进行清洗工艺,然后在晶圆第一表面1-1均匀旋涂光刻胶,转速为4000rpm,光刻胶厚度为30nm,前烘去除光刻胶中的溶剂。在红外对准显微镜下将硅晶圆上的对准标记5和第一层套刻超分辨掩模版6上的对准标记对准,对准精度≤500nm,然后在曝光机的紫外光源下进行第一次套刻曝光,曝光剂量为22mJ。将超分辨掩模版6上的图形复制到硅晶圆表面的光刻胶上,再通过深硅刻蚀工艺将图形传递到晶圆第一表面1-1,刻蚀深度600nm。清洗硅晶圆,再次在硅晶圆第一表面均匀旋涂光刻胶,转速为4000rpm,光刻胶厚度为30nm,经过前烘工艺去除光刻胶中溶剂。在红外对准显微镜下将硅晶圆上的对准标记5和第二层套刻超分辨掩模版7的对准标记对准,对准精度≤500nm,在紫外光源下进行第二次套刻曝光,曝光剂量为22mJ,将第二层套刻超分辨掩模版7上的图形复制到硅晶圆表面的光刻胶上,再通过深硅刻蚀工艺将图形传递到硅晶圆第一表面1-1,刻蚀深度300nm。
经过两次套刻工艺将第一层套刻超分辨掩模版6和第二层套刻超分辨掩模版7上的图形转移到硅晶圆第一表面1-1。再次清洗硅晶圆,去除硅晶圆表面的水分。翻转硅晶圆,在硅晶圆第二表面1-2均匀旋涂光刻胶,转速为4000rpm,光刻胶厚度为30nm,通过前烘去除光刻胶中的溶剂。利用硅晶圆1的红外透光性,在红外对准显微镜下将第一层套刻超分辨掩模版6的对准标记和硅晶圆第一表面1-1的标记5对准,对准精度≤500nm,然后在曝光机的紫外光源下进行第一次套刻曝光,曝光剂量为22mJ。将第一层套刻超分辨掩模版6上的图形复制到硅晶圆第二表面1-2的光刻胶上,通过深硅刻蚀工艺将该图形传递到硅晶圆第二表面1-2,刻蚀深度600nm。清洗硅晶圆,去除硅晶圆1表面的水分,再次在硅晶圆第二表面1-2均匀旋涂光刻胶,转速为4000rpm,光刻胶厚度为30nm,经过前烘去除光刻胶中溶剂。在对准显微镜下将第二层套刻超分辨掩模版7上的标记和硅晶圆第一表面1-1的标记5对准,对准精度≤500nm,然后在紫外光源下进行第二次套刻曝光,曝光剂量为22mJ。将第二层套刻超分辨掩模版7上的图形复制到硅晶圆第二表面1-2的光刻胶上,通过深硅刻蚀工艺将图形传递到硅晶圆第二表面1-2上,刻蚀深度300nm。经过四次套刻工艺在硅晶圆1上制作出少层的双面对准图形。
Claims (7)
1.一种双面少层超构表面器件的加工方法,其特征在于:该方法的步骤如下:
步骤(1)、提供一个晶圆并将其清洗干净,去除晶圆表面水分;
步骤(2)、通过磁控溅射工艺在晶圆第一表面上镀上一层铬,用于制作对准标记;
步骤(3)、然后在镀有铬膜的表面均匀旋涂光刻胶,前烘去除光刻胶中的溶剂,利用标记超分辨掩模版在曝光机紫外光源下曝光,将掩模版上的十字对准标记复制到光刻胶层上,再经过湿法刻蚀工艺传递到晶圆铬层上,形成晶圆的对准标记;
步骤(4)、重新清洗晶圆,去除晶圆表面水分,在晶圆的第一表面均匀旋涂光刻胶,经过前烘去除光刻胶中的溶剂;
步骤(5)、通过对准显微镜将第一层套刻超分辨掩模版的对准标记和晶圆的对准标记对准,在紫外光源下进行第一次套刻曝光,将掩模版上的图形复制到晶圆表面的光刻胶上,通过刻蚀工艺将光刻胶表面的图形传递到晶圆第一表面上;
步骤(6)、清洗晶圆,去除晶圆表面水分,在晶圆第一表面均匀旋涂光刻胶,经过前烘去除光刻胶中的溶剂;
步骤(7)、通过对准显微镜将第二层套刻超分辨掩模版的对准标记和晶圆的对准标记对准,在紫外光源下进行第二次套刻曝光,将掩模版上的图形复制到晶圆表面的光刻胶上,通过刻蚀工艺将光刻胶表面的图形传递到晶圆第一表面;
步骤(8)、重新清洗晶圆,去除晶圆表面水分,在晶圆的第二表面均匀旋涂光刻胶,经过前烘去除光刻胶中的溶剂;
步骤(9)、通过对准显微镜将晶圆第一表面的对准标记与第一层套刻超分辨掩模版对准标记对准,在紫外光源下进行晶圆第二表面的第一次套刻曝光,将掩模版上的图形复制到晶圆表面的光刻胶层上,再经过刻蚀工艺将图形传递到晶圆第二表面;
步骤(10)、重新清洗晶圆,去除晶圆表面水分,再次在晶圆的第二表面均匀旋涂光刻胶,经过前烘去除光刻胶中的溶剂;
步骤(11)、通过对准显微镜将晶圆第一表面的对准标记与第二层超分辨套刻掩模版对准标记对准,在紫外光源下进行晶圆第二表面的第二次套刻曝光,将掩模版上的图形复制到晶圆表面的光刻胶层上,再经过刻蚀工艺将图形传递到晶圆第二表面。
2.根据权利要求1中所述的一种双面少层超构表面器件的加工方法,其特征在于:步骤(2)中,制作晶圆上对准标记所需的铬膜可以通过磁控溅射沉积工艺实现,沉积过程中需要将晶圆表面温度加热到300℃-400℃之间,且铬膜厚度为10-20nm之间。
3.根据权利要求1中所述的一种双面少层超构表面器件的加工方法,其特征在于:所述曝光机采用紫外超分辨曝光机。
4.根据权利要求1中所述的一种双面少层超构表面器件的加工方法,其特征在于:对准显微镜为可见光对准显微镜和红外显微镜,可根据晶圆光学透过率的不同进行选择,且对准显微镜的工作距≥8mm。
5.根据权利要求1中所述的一种双面少层超构表面器件的加工方法,其特征在于:对准方法为基于Suan算法图像滤波和Canny算子边沿检测的自动标记识别和对准技术。
6.根据权利要求1中所述的一种双面少层超构表面器件的加工方法,其特征在于:对于双面对准光刻,晶圆两面的图形为镜面对称,为保证在双面对准过程中标记能起到对准作用,掩模版上的十字标记为中心对称图形。
7.根据权利要求1中所述的一种双面少层超构表面器件的加工方法,其特征在于:利用晶圆的红外透光性,借助单面曝光机实现晶圆的双面对准光刻。
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CN112558437A (zh) | 2021-03-26 |
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