CN113380607A - 一种晶圆曝光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆曝光方法，包括：在清洁后的目标透明衬底的正面沉积挡光金属；对挡光金属进行刻蚀处理，刻蚀处理后的挡光金属形成了目标图案；在目标透明衬底的正面涂覆负性光刻胶，负性光刻胶覆盖在刻蚀处理后的挡光金属和目标透明衬底上；从目标透明衬底的背面对目标负性光刻胶进行曝光，目标负性光刻胶包括未被挡光金属遮挡的负性光刻胶。本申请不再依赖于传统的掩膜版，而是将挡光金属自身作为掩膜进行光刻，挡光金属紧密贴合在透明衬底上，不需要被曝光的负性光刻胶处于挡光金属的顶部，当光束接触到挡光金属的底部时就已经被阻挡，挡光金属的顶部的负性光刻胶就不会被曝光，进而可以将误差限定在更小的范围内，提高光刻的精度。

Description

一种晶圆曝光方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆曝光方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，微纳米尺度表面的微加工技术或图案化技术已经引起了人们的广泛关注。许多先进科学技术的发展都来源于微观结构的成功构造或现有结构的小型化。表面图案化技术在微电子、化学和生物物质微分析、生物芯片、微体积反应器、组合合成和微机电系统等领域的应用在迅速地增长。
在相关技术中，在清洁且干燥的晶圆表面涂覆光刻胶(光刻胶是一种类似胶卷上所涂的感光物质，曝光后会导致它自身性质和结构的变化，例如光刻胶被曝光的部分由可溶性物质变成了非可溶性物质)，再将掩膜版(掩膜版是一种与晶圆分离的部件)与晶圆精确对准，在掩膜版远离晶圆的一侧向晶圆表面照射(光源与晶圆之间间隔有掩膜版，所以晶圆表面只有部分面积可以被光照射)，使光刻胶曝光，再执行后续的显影、刻蚀等步骤。然而，使用掩膜版进行光刻的误差较大。
发明内容
本申请实施例通过提供一种晶圆曝光方法，解决了现有技术中使用掩膜版进行光刻误差较大的技术问题，实现了减小光刻误差的技术效果。
本申请提供了一种晶圆曝光方法，方法包括：
在清洁后的目标透明衬底的正面沉积挡光金属；
对挡光金属进行刻蚀处理，其中，刻蚀处理后的挡光金属形成了目标图案；
在目标透明衬底的正面涂覆负性光刻胶，其中，负性光刻胶覆盖在刻蚀处理后的挡光金属和目标透明衬底上；
从目标透明衬底的背面对目标负性光刻胶进行曝光，目标负性光刻胶包括未被挡光金属遮挡的负性光刻胶。
进一步地，在从目标透明衬底的背面对目标负性光刻胶进行曝光之后，方法还包括：
去除非目标负性光刻胶，非目标负性光刻胶包括被挡光金属遮挡的负性光刻胶。
进一步地，在去除非目标负性光刻胶之后，方法还包括：
在挡光金属上沉积目标金属。
进一步地，目标金属包括至少两种金属。
进一步地，在挡光金属上沉积目标金属之后，方法还包括：
去除目标负性光刻胶。
进一步地，对挡光金属进行刻蚀处理，具体包括：
通过干法刻蚀或湿法腐蚀，对挡光金属进行刻蚀处理。
进一步地，在清洁后的目标透明衬底的正面沉积挡光金属，具体包括：
通过电子束蒸发或磁控溅射，在清洁后的目标透明衬底的正面沉积挡光金属。
进一步地，在清洁后的目标透明衬底的正面沉积挡光金属之前，方法还包括：
将原始透明衬底放入清洗液中进行清洗，再干燥，得到清洁后的透明衬底，将清洁后的透明衬底作为目标透明衬底。
进一步地，挡光金属包括铬。
进一步地，目标透明衬底包括石英。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请所提供的晶圆曝光方法不再依赖于传统的掩膜版，而是将挡光金属自身作为掩膜进行光刻，其优点在于，挡光金属紧密贴合在透明衬底上，并且不需要被曝光的负性光刻胶处于挡光金属的顶部，当光束接触到挡光金属的底部时就已经被阻挡，那么挡光金属的顶部的负性光刻胶就不会被曝光，进而可以将曝光的负性光刻胶的图案的误差限定在更小的误差范围内，进而可以提高光刻的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为相关技术中采用掩膜版进行光刻的示意图；
图2为本申请提供的一种晶圆曝光方法的流程示意图；
图3为本申请提供的一种在透明衬底上沉积的挡光金属形成目标图案的结构示意图；
图4为本申请提供的一种在目标图案上涂覆负性光刻胶之后的结构示意图；
图5为本申请提供的一种以挡光金属为掩膜进行曝光的结构示意图；
图6为本申请提供的一种去除非目标负性光刻胶之后的结构示意图；
图7为本申请提供的一种在挡光金属上沉积目标金属的结构示意图；
图8为本申请提供的一种在挡光金属上沉积了两层目标金属的结构示意图；
图9为本申请提供的一种去除目标负性光刻胶之后的结构示意图；
图10和图11为依赖于本申请提供的技术方案得到的多层金属结构的扫描电子显微镜照片。
附图标记：
1-目标透明衬底，2-挡光金属，3-目标金属(具体指图7和图8中的金)，4-目标金属(具体指图8中的钛)，5-负性光刻胶。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种晶圆曝光方法，解决了现有技术中使用掩膜版进行光刻误差较大的技术问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种晶圆曝光方法，方法包括：在清洁后的目标透明衬底1的正面沉积挡光金属2；对挡光金属2进行刻蚀处理，其中，刻蚀处理后的挡光金属2形成了目标图案；在目标透明衬底1的正面涂覆负性光刻胶5，其中，负性光刻胶5覆盖在刻蚀处理后的挡光金属2和目标透明衬底1上；从目标透明衬底1的背面对目标负性光刻胶进行曝光，目标负性光刻胶包括未被挡光金属2遮挡的负性光刻胶5。
本申请所提供的晶圆曝光方法不再依赖于传统的掩膜版，而是将挡光金属2自身作为掩膜进行光刻，其优点在于，挡光金属2紧密贴合在透明衬底1上，并且不需要被曝光的负性光刻胶5处于挡光金属2的顶部，当光束接触到挡光金属2的底部时就已经被阻挡，那么挡光金属2的顶部的负性光刻胶5就不会被曝光，进而可以将曝光的负性光刻胶5的图案的误差限定在更小的误差范围内，进而可以提高光刻的精度。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在相关技术中，使用掩膜版进行光刻时，由于掩膜版与晶圆的光刻胶之间并非稳定接触状态，在间隔掩膜版对晶圆的光刻胶进行曝光时，掩膜版透光区域的边缘所对应的光刻胶也会被曝光，导致衬底上被曝光的光刻胶所形成的图案与目标图案之间存在差异，进而导致光刻存在较大误差。如图1所示，掩膜版的下侧有挡光块，掩膜版放置在待光刻晶圆的上方，光束从掩膜版的上侧向下发送，光束会被挡光块挡住，则挡光块下方对应的光刻胶无法曝光(即图1中的非曝光区域)。反之，没有被挡光块挡住的光束则会将对应的光刻胶进行曝光(即图1中的曝光区域)。而掩膜版与待光刻晶圆之间存在缝隙(图1中所示的缝隙仅仅是参考，在实际光刻时，该缝隙是很小的)，导致光束会散发至原本应该被挡光块挡住的光刻胶的边缘，进而导致光刻胶的边缘被曝光，最终形成的图案与目标图案之间则存在差异，这个差异就是使用掩膜版光刻存在的误差。
为了解决上述问题，本实施例提供了如图2所示的一种晶圆曝光方法，方法包括：
步骤S21，在清洁后的目标透明衬底1的正面沉积挡光金属2；
步骤S22，对挡光金属2进行刻蚀处理，其中，刻蚀处理后的挡光金属2形成了目标图案；
步骤S23，在目标透明衬底1的正面涂覆负性光刻胶5，其中，负性光刻胶5覆盖在刻蚀处理后的挡光金属2和目标透明衬底1上；
步骤S24，从目标透明衬底1的背面对目标负性光刻胶进行曝光，目标负性光刻胶包括未被挡光金属2遮挡的负性光刻胶5。
如图3所示，在清洁后的目标透明衬底1(目标透明衬底1包括石英，但不限于此)的正面(即图3中的目标透明衬底1的上表面，图3中目标透明衬底1的下表面则为背面)沉积一层挡光金属2(挡光金属2包括铬，但不限于此)，并通过干法刻蚀或湿法腐蚀，对挡光金属2进行刻蚀处理，其中，刻蚀处理后的挡光金属2形成了目标图案。也就是说，在目标透明衬底1上沉积一层挡光金属2薄膜，该挡光金属2薄膜上原本并没有图案，通过干法刻蚀或湿法腐蚀，将目标透明衬底1上部分区域的金属去除，那么在目标透明衬底1上剩余的挡光金属2就能形成目标图案。目标图案可以根据具体的制作需求进行设定。在清洁后的目标透明衬底1的正面沉积挡光金属2，可以通过电子束蒸发或磁控溅射实现，但不限于此。
如图4所示，在目标透明衬底1的正面涂覆负性光刻胶5，其中，负性光刻胶5覆盖在刻蚀处理后的挡光金属2和目标透明衬底1上(负性光刻胶5可以是NR1500，但不限于此)，负性光刻胶5的厚度可以根据具体的制作需求进行确定，不过，负性光刻胶5的厚度至少需要满足一个条件，即其厚度要高于挡光金属2的厚度。
如图5所示，光束从目标透明衬底1的下侧向上发射，目标透明衬底1是不会对光束进行遮挡，光束可以顺利地到达目标透明衬底1的上表面。目标透明衬底1的上表面有挡光金属2，光束在到达有挡光金属2区域的目标透明衬底1的上表面时，无法再继续向上穿透，就可以避免挡光金属2上表面的负性光刻胶5被曝光。光束在到达目标透明衬底1的上表面没有挡光金属2的区域时，可以继续向上穿透，进而可以将该区域对应的负性光刻胶5进行曝光。
本实施例所提供的晶圆曝光方法不再依赖于传统的掩膜版，而是将挡光金属2自身作为掩膜进行光刻，其优点在于，挡光金属2紧密贴合在目标透明衬底1上，并且不需要被曝光的负性光刻胶5处于挡光金属2的顶部，当光束接触到挡光金属2的底部时就已经被阻挡，那么挡光金属2的顶部的负性光刻胶5就不会被曝光，进而可以将曝光的负性光刻胶5的图案的误差限定在更小的误差范围内，进而可以提高光刻的精度。
在从目标透明衬底1的背面对目标负性光刻胶进行曝光之后，方法还包括：
步骤S25，去除非目标负性光刻胶，非目标负性光刻胶包括被挡光金属2遮挡的负性光刻胶5。
被曝光的负性光刻胶5改变了性质，由可溶性变成不可溶性；未被曝光的负性光刻胶5仍然为可溶性，进而可以依赖于两种特性，对其中的可溶性的负性光刻胶5进行去除。如图6所示，在光刻过程中，需要去除的是非目标负性光刻胶(即未被曝光、处于挡光金属2顶部的负性光刻胶5)。
在相关技术中，采用掩膜版进行光刻时，大多是先在衬底上旋涂光刻胶，经过光刻工艺后，再通过电子束蒸发或者磁控溅射的方式在光刻胶形成的图案上沉积金属，之后通过光刻胶剥离形成特定的金属结构。但这个方案局限性很大，其原因在于：当沉积金属厚度过大时(例如，金属厚度>1/3光刻胶厚度)，剥离工艺将很难进行。如果通过增大光刻胶的厚度来提高沉积金属的厚度上限，在实际操作中也有很大的限制，其原因在于：当需要获得很厚的金属薄膜时，蒸发溅射成本极高，并且由于应力等原因，薄膜质量很差。
采用本实施例的曝光方法就能解决上述问题，即可以沉积多层金属，具体如下：
在去除非目标负性光刻胶之后，方法还包括：
步骤S26，在挡光金属2上沉积目标金属3，4。目标金属3，4包括至少两种金属。
如图7所示，在将未被曝光的负性光刻胶5去除之后，被曝光的负性光刻胶5(即目标负性光刻胶)的厚度高于挡光金属2的厚度。而目标负性光刻胶的性能较为稳定，在向挡光金属2上沉积其他目标金属3，4时，目标负性光刻胶可以作为沉积其他金属的挡板，使得目标金属3，4可以在挡光金属2的上表面沉积，形成与挡光金属2的图案相似或相同的图案。目标金属3，4的种类可以是多种，多种目标金属3，4的厚度可以根据具体的制作需求确定，如图8所示，是在图7的基础上增加了一层目标金属3，4。具体地，可以通过电子束蒸发、磁控溅射或电镀，在挡光金属2上沉积目标金属3，4，但不限于此。
本实施例将挡光金属2作为掩膜形成目标负性光刻胶的模板，可以极大的提高目标负性光刻胶的厚度，进而可以提高可沉积的金属的厚度和种类。并且，由于挡光金属2本身就能构成金属薄膜，在一定程度上奠定了金属薄膜的厚度基础，进而可以在降低蒸发溅射成本，提高金属薄膜质量的前提下，制作厚度较大的多层金属结构。例如，在相关技术中，是在衬底的上表面开始逐渐沉积金属，其厚度基础为0。而应用本实施例所提供的技术时，是在挡光金属2的上表面开始逐渐沉积金属，其厚度基础为挡光金属2的厚度。
在挡光金属2上沉积目标金属3，4之后，方法还包括：
步骤S27，去除目标负性光刻胶。
在将目标金属3，4按预设要求沉积在挡光金属2上表面之后，其金属图案绘制完成，便可以通过剥离工艺去除目标负性光刻胶，以形成目标晶圆，如图9所示。
在执行步骤S21之前，即在清洁后的目标透明衬底1的正面沉积挡光金属2之前，方法还包括：
步骤S20，将原始透明衬底放入清洗液中进行清洗，再干燥，得到清洁后的透明衬底，将清洁后的透明衬底作为目标透明衬底1。
具体地，将原始透明衬底1依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中进行清洗，并用氮气吹干，得到清洁的透明衬底1。
综上，本实施例提供的技术与传统的半导体工艺兼容，易于沉积金属，得到性能更优的多层金属结构；并且在目标透明衬底1上制作可以应用于更多的场景。
为了能够更好地理解上述所提供的技术方案，现提供以下实例：
(1)将目标透明衬底1(石英片衬底)依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中清洗，并用氮气吹干。
(2)在清洁的目标透明衬底1(石英片衬底)上沉积一层挡光金属2铬，厚度为200nm。
(3)通过干法刻蚀或湿法腐蚀使挡光金属2层形成特定的目标图案。
(4)在挡光金属2层上涂敷负性光刻胶5，并在150℃下前烘7分钟。以挡光金属2铬作为掩膜，从目标透明衬底1(石英片衬底)背面进行曝光，曝光时间为45秒，曝光完成后在120℃下后烘7分钟。
(5)显影除去挡光金属2铬上方的负性光刻胶5。
(6)在挡光金属2铬上通过电镀工艺沉积300nm的目标金属3(例如，金)，电镀电流为10mA，电镀时间为7分钟。
(7)再通过电子束蒸发工艺沉积200nm的目标金属4(例如，钛)。
(8)最后将样品放入丙酮溶液中，剥离掉在显影过程中保留下来的负性光刻胶5，用氮气吹干。
如图10和图11所示，为制备的微纳米尺度多层金属结构的扫描电子显微镜图案照片，可以看出多层金属的结构清晰。图中下方的参数分别是加速电压(EHT＝5.00kV)、探头型号(Signal A＝InLens)、亮度(Brightness＝51.1％)、对比度(Contrast＝25.9％)，工作距离(指样品成像表面到物镜之间的距离，WD＝5.2mm)。
综上，本实施例提供的技术方案具有光刻精度高、普适性好、实用价值高等有益效果。
为了能够更好地理解上述所提供的技术方案，现提供另一实例：
(1)将目标透明衬底1(石英片衬底)依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中清洗，并用氮气吹干。
(2)在清洁的目标透明衬底1(石英片衬底)上沉积一层挡光金属2铬，厚度为150nm。
(3)通过干法刻蚀或湿法腐蚀使挡光金属2层形成特定的目标图案。
(4)在挡光金属2层上涂敷负性光刻胶5，并在150℃下前烘7分钟。以挡光金属2铬作为掩膜，从目标透明衬底1(石英片衬底)背面进行曝光，曝光时间为45秒，曝光完成后在120℃下后烘7分钟。
(5)显影除去挡光金属2铬上方的负性光刻胶5。
(6)在挡光金属2铬上通过电镀工艺沉积200nm-400nm范围内任意厚度的目标金属3(例如，金)，电镀电流为9mA，电镀时间为8分钟。
(7)再通过电子束蒸发工艺沉积200nm-300nm范围内任意厚度的目标金属4(例如，钛)。
(8)最后将样品放入丙酮溶液中，剥离掉在显影过程中保留下来的负性光刻胶5，用氮气吹干。
由于本实施例所介绍的电子设备为实施本申请实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，故而基于本申请实施例中所介绍的信息处理的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，都属于本申请所欲保护的范围。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种晶圆曝光方法，其特征在于，所述方法包括：
在清洁后的目标透明衬底的正面沉积挡光金属；
对所述挡光金属进行刻蚀处理，其中，刻蚀处理后的所述挡光金属形成了目标图案；
在所述目标透明衬底的正面涂覆负性光刻胶，其中，所述负性光刻胶覆盖在刻蚀处理后的所述挡光金属和所述目标透明衬底上；
从所述目标透明衬底的背面对目标负性光刻胶进行曝光，所述目标负性光刻胶包括未被所述挡光金属遮挡的负性光刻胶。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在从所述目标透明衬底的背面对目标负性光刻胶进行曝光之后，所述方法还包括：
去除非目标负性光刻胶，所述非目标负性光刻胶包括被所述挡光金属遮挡的负性光刻胶。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在去除所述非目标负性光刻胶之后，所述方法还包括：
在所述挡光金属上沉积目标金属。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标金属包括至少两种金属。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述挡光金属上沉积所述目标金属之后，所述方法还包括：
去除所述目标负性光刻胶。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述挡光金属进行刻蚀处理，具体包括：
通过干法刻蚀或湿法腐蚀，对所述挡光金属进行刻蚀处理。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在清洁后的目标透明衬底的正面沉积挡光金属，具体包括：
通过电子束蒸发或磁控溅射，在清洁后的所述目标透明衬底的正面沉积所述挡光金属。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在清洁后的所述目标透明衬底的正面沉积所述挡光金属之前，所述方法还包括：
将原始透明衬底放入清洗液中进行清洗，再干燥，得到清洁后的透明衬底，将清洁后的透明衬底作为所述目标透明衬底。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挡光金属包括铬。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标透明衬底包括石英。
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