CN113031392A - 一种应用于小尺寸样品光刻工艺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于小尺寸样品光刻工艺的方法。该方法包括：将待光刻的小尺寸样品放置在冷压法所用设备的压片模具上；将压片用粉末材料填充到放置有小尺寸样品的压片模具中；对压片模具施加压力，将小尺寸样品嵌入到压制所述压片用粉末材料得到的压片中，以得到压片产品。利用本发明，解决了小尺寸样品在匀胶过程中的“边缘”效应问题，提高了样品的表面利用率；解决了在小尺寸样品光刻工艺中，匀胶机和光刻机的真空吸嘴尺寸与待光刻小尺寸样品尺寸不匹配的问题；并且该方法适用于形状规则和不规则的小尺寸样品。

Description

一种应用于小尺寸样品光刻工艺的方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种应用于小尺寸样品光刻工艺的方法。
背景技术
在半导体工艺中，光刻工艺是必不可少的一个工艺步骤，无论是图形化的材料沉积，还是选择性的刻蚀，都离不开光刻工艺的支持。传统的光刻工艺包括匀胶、曝光和显影三个主要步骤。对于小尺寸样品(边长或直径小于10mm)，在匀胶过程中，光刻胶被甩到样品边缘处时，会因为外部没有相连的区域而受到阻力，导致样品边缘处的光刻胶厚度较大。一方面样品的表面利用率会降低，另一方面，对于接触式曝光来说，较厚的边缘光刻胶也导致光刻版与样品之间存在缝隙，在曝光时发生衍射，影响光刻工艺的精度。
另外，由于光刻机和匀胶机的适用对象一般是几英寸大小的样品，对于小尺寸样品，就会存在光刻机和匀胶机的真空吸嘴尺寸大于样品尺寸，导致小尺寸样品吸不住的现象，即使能吸住，在光刻版位置不能大幅度调整时，小尺寸样品又基本固定在真空吸嘴的位置，导致光刻版上的图形利用率变得很小。
针对小尺寸样品匀胶时的“边缘”效应问题，有学者提出稀释光刻胶和提高旋涂速度的方法，这可在一定程度上减弱“边缘”效应，需要多次实验和尝试，但很难完全解决，并且对设备有一定的要求，同时，对光刻胶的厚度有一定的限制。还有在小尺寸样品周围紧密放置相同厚度的陪片的方法，但是对于不同尺寸和形状的样品，厚度相同和紧密相连都很难保证。有学者利用金相热安装法，将小尺寸样品固定在酚醛树脂片中，光刻后，用热枪加热酚醛树脂，用镊子夹住取出样品，这种方法有折断样品的可能，并且酚醛树脂有毒，同时，大多数光刻胶不耐高温，用热枪加热的过程可能会使光刻胶炭化变性。
针对真空吸嘴尺寸大于小尺寸样品尺寸的问题，有学者提出过一些解决办法，例如，在真空吸嘴上贴膜，并且扎孔，类似于减小真空吸嘴尺寸；又或者，将小尺寸样品粘在大的基片上；再者，定制样品夹具以类似于扩大样品尺寸。这些方法均存在一定的局限性和缺点，真空吸嘴上贴膜扎孔的方法就很难保证膜的平整性和样品的吸附牢固性，匀胶过程可能会将样品甩飞；将小尺寸样品粘在大的基片上，需要选择合适的粘贴方法，既要保证粘贴的牢固性，又要考虑是否容易损伤样品和对样品的污染情况，同时，与真空吸嘴上贴膜扎孔的方法一样，这两种方法均无法解决匀胶时的“边缘”效应。而定制样品夹具的方法，不同尺寸和形状的样品需要制作不同的夹具，特殊形状的样品的夹具制作难度更大，这都会导致夹具的利用率很低，工艺成本和复杂性大大提高；同时，机械硬性夹持方法，存在损伤样品的可能，对于较薄和易碎的样品，这种方法的可行性较低。
发明内容
有鉴于此，为了解决小尺寸样品在匀胶过程中的“边缘”效应问题，以及在光刻工艺中，小尺寸样品尺寸与匀胶机和光刻机的真空吸嘴尺寸不匹配的问题，本发明提供了一种应用于小尺寸样品光刻工艺的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种应用于小尺寸样品光刻工艺的方法，其中，该方法包括：将准备光刻的小尺寸样品放置在冷压法所用设备的压片模具上；将压片用粉末材料填充到放置有小尺寸样品的压片模具中；对压片模具施加压力，将小尺寸样品嵌入到压制压片用粉末材料得到的压片中，以得到压片产品。
可选地，压片产品中的小尺寸样品的其中一个表面与压制压片用粉末材料得到的压片表面平齐。
可选地，一种应用于小尺寸样品光刻工艺的方法，还包括：在将准备光刻的小尺寸样品放置在冷压法所用设备的压片模具上之前，对小尺寸样品进行清洗，并分别用丙酮和无水乙醇对压片模具超声清洗预设时长，再用去离子水冲洗干净压片模具，利用氮气吹干压片模具。
可选地，在压片模具与小尺寸样品之间放置用于保护样品表面的膜层，其中，小尺寸样品的光刻面与保护样品表面的膜层相接触。
可选地，保护样品表面的膜层包括晶圆保护蓝膜。
可选地，压片用粉末材料包括聚四氟乙烯。
可选地，对压片模具施加的压力范围在2-10MPa之间，对压片模具施加压力的时长范围在2-10min之间。
可选地，冷压法所用设备包括粉末压片机。
可选地，一种应用于小尺寸样品光刻工艺的方法，还包括：对压片产品进行匀胶操作。
可选地，一种应用于小尺寸样品光刻工艺的方法，还包括：在对压片产品进行匀胶操作之前，对压片产品进行等离子体清洗和喷涂增粘剂。
根据本发明提供的应用于小尺寸样品光刻工艺的方法，将待光刻的小尺寸样品嵌入压片用粉末材料制成的压片中，得到压片产品，使得压片产品的尺寸与匀胶机和光刻机的真空吸嘴尺寸更加匹配，解决了在光刻工艺中，小尺寸样品尺寸与匀胶机和光刻机的真空吸嘴尺寸不匹配的问题。
另外，对得到的压片产品进行匀胶操作，使得匀胶过程的边缘胶厚的部分不会在待光刻小尺寸样品的表面产生，解决了小尺寸样品在匀胶过程中的“边缘”效应问题，提高了样品的表面利用率，减少接触式曝光时因边缘胶厚，光刻版与样品间存在缝隙而导致的曝光衍射。
并且，本发明操作简单，安全无毒，成本低廉，对小尺寸样品损伤小，光刻结束后容易取下小尺寸样品。
附图说明
图1为本发明实施例提供的应用于小尺寸样品光刻工艺的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的保护样品表面的膜层的示意图；
图3为本发明实施例的压片过程示意图；
图4为本发明实施例的脱模过程示意图；
图5为本发明实施例提供的带有保护样品表面的膜层的压片产品的截面示意图；
图6为本发明实施例提供的压片产品的俯视示意图；
图7为压片过程中压力为4MPa，时间为3min时，聚四氟乙烯质量与压片厚度的关系图；
图8为本发明实施例的光刻工艺结果的示意图。
【附图符号说明】
1-待光刻小尺寸样品；1a-沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石；2-模芯；3-保护样品表面的膜层；3a-晶圆保护蓝膜；4a-聚四氟乙烯粉末；4b-聚四氟乙烯压片；5-模套；6-模具垫板；7-脱模套；8-光刻图形
具体实施方式
为使本发明的目的、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，对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明一实施例提供的应用于小尺寸样品光刻工艺的方法的流程图。
结合图1所示，该方法包括操作S101～S105。
在操作S101，提供待光刻的小尺寸样品1，提供冷压法所用设备。
根据本发明的实施例，例如，待光刻小尺寸样品1可以是沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石1a，冷压法所用设备可以是粉末压片机。
根据本发明的实施例，分别用丙酮和无水乙醇对冷压法所用设备的压片模具超声清洗10-30min，例如，超声清洗20min；再用去离子水冲洗干净压片模具，利用氮气吹干压片模具。
根据本发明的实例，沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石1a可以通过磁控溅射法制备。具体地，通过磁控溅射在金刚石表面沉积厚度为100-200nm的Ti/Au复合薄膜，其中，Ti和Au的直流溅射功率分别为30-200W和30-200W，氩气流量均为20-80sccm，溅射气压均为0.2-2Pa，溅射时间分别为20-120s和30-180s。
在操作S102，将待光刻的小尺寸样品1放置在冷压法所用设备的压片模具上。
根据本发明的实施例，在将沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石1a放置在粉末压片机的模芯2上之前，在模芯2与沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石1a之间放置用于保护样品表面的膜层3。
图2为本发明一实施例提供的保护样品表面的膜层3的示意图。如图2所示，将保护样品表面的膜层3放置在待光刻的小尺寸样品1与模芯2之间，其中，待光刻小尺寸样品1的待光刻面与保护样品表面的膜层3相接触。
根据本发明的实施例，保护样品表面的膜层3可以是晶圆保护蓝膜3a。
根据本发明的实施例，将晶圆保护蓝膜3a放置在沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石1a与模芯2之间，其中，沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石1a的金属层与晶圆保护蓝膜3a相接触。
在操作S103，将压片用粉末材料填充到放置有待光刻的小尺寸样品1的压片模具中。
根据本发明的实施例，压片用粉末材料包括聚四氟乙烯粉末4a。具体地，例如，填充1.3-2.5g聚四氟乙烯粉末4a到压片模具中。
在操作S104，对压片模具施加压力，将待光刻的小尺寸样品1嵌入到压制压片用粉末材料得到的压片中。
根据本发明的实施例，将填充有聚四氟乙烯粉末4a的压片模具放入粉末压片机中，对填充有聚四氟乙烯粉末4a的压片模具施加压力。
图3为本发明一实施例的压片过程示意图。如图3所示，对填充有聚四氟乙烯粉末4a的压片模具施加压力，其中，对填充有聚四氟乙烯粉末4a的压片模具施加的压力范围在2-10MPa之间，可选为2MPa、4MPa、6MPa、8MPa、10MPa。对填充有聚四氟乙烯粉末4a的压片模具施加压力的时长范围在2-10min之间，可选为3min、5min、7min、9min。
在操作S105，取出压片产品。
根据本发明的实施例，对样品模具施加压力结束后，取出压制得到的压片产品。
图4为本发明一实施例的脱模过程示意图。如图4所示，将压制得到的压片产品从压片模具中取出。具体地，取出嵌入有沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石1a的聚四氟乙烯压片4b。
图5为本发明一实施例提供的带有保护样品表面的膜层的压片产品的截面示意图。如图5所示，沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石1a表面与聚四氟乙烯压片4b高度一致。
图6为本发明一实施例提供的压片产品的俯视示意图。如图6所示，沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石1a嵌入到聚四氟乙烯压制的压片4b中。
图7为压片过程中压力为4MPa，时间为3min时，聚四氟乙烯粉末质量与压片厚度的关系图。
如图7所示，在实际工艺中，可以根据实际工艺需要的压片厚度选择填充到压片模具中的聚四氟乙烯粉末4a的质量。
根据本发明的实施例，取出产品压片后，对压片产品进行匀胶操作。具体地，采用正性光刻胶，进行旋转涂胶，其中，转速为2000-4000r/min，时间为30-60s。
根据本发明的实施例，本发明提供的应用于小尺寸样品光刻工艺的方法，将待光刻的小尺寸样品嵌入压片用粉末材料制成的压片中，得到压片产品，使得压片产品与匀胶机和光刻机的真空吸嘴尺寸更加匹配，解决了在光刻工艺中，小尺寸样品尺寸与匀胶机和光刻机的真空吸嘴尺寸不匹配的问题。
另外，对得到的压片产品进行匀胶操作，使得匀胶过程的边缘胶厚的部分不会在待光刻小尺寸样品的表面产生，解决了小尺寸样品在匀胶过程中的“边缘”效应问题，提高了样品的表面利用率，减少接触式曝光时因边缘胶厚，光刻版与样品间存在缝隙而导致的曝光衍射。
下面结合具体实施例对图1中的方法进行进一步说明。
在本发明实施例中，待光刻小尺寸样品是沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石，冷压法所用设备是粉末压片机。
通过磁控溅射在清洗干净的金刚石表面沉积厚度为150nm的Ti/Au复合薄膜，其中，Ti和Au的直流溅射功率分别为100W和150W，氩气流量均为40sccm，溅射气压均为1Pa，溅射时间分别为100s和120s，得到沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石样品1a。
取沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石1a作为待光刻的小尺寸样品，取粉末压片机作为冷压法所用设备；取用粉末压片机的一英寸压片模具，包括模芯2、模套5、模具垫板6和脱模套7，分别用丙酮和无水乙醇对压片模具超声清洗20min，再用去离子水冲洗干净压片模具，氮气吹干压片模具。
结合如图3所示，将下模芯2放在模具垫板6上，放置模套5，在压片模具的下模芯2上放置晶圆保护蓝膜3a，再将沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石样品1a放在晶圆保护蓝膜3a上，其中，Ti/Au复合薄膜与晶圆保护蓝膜3a相接触；在模套5中填充2g聚四氟乙烯粉末4a，安装上模芯2和模具垫板6，最后将整个模具放入粉末压力机中；将粉末压力机压力增加到4MPa，计时3min，计时结束后，卸去压力。
结合如图4所示，增大粉末压力机底座与压力杆之间的距离，在模套5下装入脱模套7，降低压力杆高度，以对上模芯2施加压力，使得下模芯2和聚四氟乙烯压片4b脱离模套5，此时即可取下如图5所示带有晶圆保护蓝膜3a的嵌入有沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石样品1a的聚四氟乙烯压片4b；在除去晶圆保护蓝膜3a后，得到如图6所示的嵌入有沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石样品1a的聚四氟乙烯压片4b。显微镜观察到沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石样品1的表面与聚四氟乙烯压片4b表面平齐。
对得到的压片产品进行光刻，光刻面为与沉积了Ti/Au复合薄膜的金刚石样品1a表面，其中光刻工艺按以下步骤执行：
S1、等离子体清洗，使用微波等离子体去胶机进一步清洗压片产品表面，其中，氮气流量为100-300sccm，氧气流量为100-300sccm，微波功率为100-300W，清洗时间为2-5min；
S2、喷涂增粘剂，利用烘箱对压片产品喷涂增粘剂，其中，增粘剂成分为六甲基二硅氮烷(HMDS)，喷涂温度为100-150℃，喷涂时间为30-60min；
S3、匀胶，采用正性光刻胶，进行旋转涂胶，其中，转速为2000-4000r/min，时间为30-60s；然后使用烘箱对涂覆好光刻胶的压片产品前烘，其中，前烘的温度为95℃，前烘的时间为30min；
S4、曝光和显影，用光刻掩膜版在光刻机上对压片产品进行图案曝光，图形对准后，曝光时间为30-60s，显影时间为20-40s；
S5、坚膜，使用烘箱对压片产品进行坚膜处理，其中，烘箱温度为120℃，处理时间为30min；
S6、打底膜，利用微波等离子体去胶机在压片产品上打底膜，其中，氮气流量为0sccm，氧气流量为100-300sccm，微波功率为100-300W，时间为1-3min；
S7、湿法腐蚀，配置腐蚀液，通过腐蚀溶液按照湿法腐蚀工艺对Ti膜层和Au膜层进行图形化腐蚀；分别除去无掩膜部分的Ti膜层和Au膜层；
S8、去胶，使用丙酮溶液浸泡压片产品，并放入超声波清洗机中去除光刻胶，超声功率为30-100W，超声时间为10-30s，得到表面利用率很大的光刻图形8，如图8所示。
以上，本发明设计将待光刻小尺寸样品嵌入压片用粉末材料压制得到的压片中，得到压片产品，对压片产品进行光刻，能有效解决小尺寸样品在匀胶过程中的“边缘”效应问题，提高样品的表面利用率。
另外，本发明将待光刻小尺寸样品嵌入压片用粉末材料压制得到的压片中，解决了在小尺寸样品光刻工艺中，匀胶机和光刻机的真空吸嘴尺寸与待光刻小尺寸样品尺寸不匹配的问题，适用于形状规则和不规则的小尺寸样品，同时不限于应用在光刻机和匀胶机，还适用于原子力显微镜、台阶仪、X射线衍射仪等同样采用真空吸附固定小尺寸样品的设备。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于小尺寸样品光刻工艺的方法，其特征在于，包括：
将待光刻的小尺寸样品放置在冷压法所用设备的压片模具上；
将压片用粉末材料填充到放置有所述小尺寸样品的所述压片模具中；
对所述压片模具施加压力，将所述小尺寸样品嵌入到压制所述压片用粉末材料得到的压片中，以得到压片产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压片产品中的所述小尺寸样品的其中一个表面与所述压制所述压片用粉末材料得到的压片表面平齐。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在将待光刻的小尺寸样品放置在冷压法所用设备的压片模具上之前，对所述小尺寸样品进行清洗，并分别用丙酮和无水乙醇对所述压片模具超声清洗预设时长，再用去离子水冲洗干净所述压片模具，利用氮气吹干所述压片模具。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述压片模具与所述小尺寸样品之间放置用于保护样品表面的膜层，其中，所述小尺寸样品的光刻面与所述膜层相接触。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜层包括晶圆保护蓝膜。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压片用粉末材料包括聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述压片模具施加的压力范围在2-10MPa之间，对所述压片模具施加压力的时长范围在2-10min之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷压法所用设备包括粉末压片机。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述压片产品进行匀胶操作。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
在对所述压片产品进行匀胶操作之前，对所述压片产品进行等离子体清洗和喷涂增粘剂。
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