CN113458609A - 再生掩模透光基板的处理方法及掩模基版的制造方法 - Google Patents

再生掩模透光基板的处理方法及掩模基版的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种再生掩模透光基板的处理方法及掩模基版的制造方法，处理方法包括：1)提供一掩模基版，掩模基版包括透光基板以及位于透光基板上的掩模材料层；2)采用激光照射掩模材料层，使掩模材料层发生升华反应，以将掩模材料层自透光基板上去除，以形成再生掩模透光基板。本发明采用激光去除的方法，利用激光同时去除掩模基版上的光刻胶、金属膜、金属化合物膜等掩模材料，本发明在去除的过程中不需要使用湿法腐蚀溶液，解决了湿法腐蚀费用较高、工艺时间较长及环境污染等问题。本发明通过加工后获得的再生掩模透光基板，具有与原透光基板相同性能，有效实现了透光基板的可循环再利用。

Description

再生掩模透光基板的处理方法及掩模基版的制造方法
技术领域
本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种再生掩模透光基板的处理方法及掩模基版的制造方法。
背景技术
半导体元件要求在半导体基版上进行微细电路图案(Pattern)的工艺。对于微细电路图案工艺来说，光罩是必不可少的组成部分。在制造半导体和平板显示器时，掩模基版作为光罩形成图案之前的基版，承载电路母版信息的材料，是光刻工艺(Lithography)的核心部件。
不仅在半导体领域，LCD与OLED等多种技术领域上，光罩和掩模基版的使用频率也在急剧增加。使用过的光罩和掩模基版一般是使用一次后进行废弃，无法继续使用的废弃基版的数量也在呈几何数级的增加。废弃基版的处理和管理会产生很多费用，高价格光罩的低利用率不仅浪费资源，其造成的损失对企业也是很大的负担。
一般情况下，光罩的原材料掩模基版可分为二元掩模基版(Binary Blankmask)和相移掩模基版(Phase Shift Blankmask)。二元掩模基版由透明基板、透明基板上的金属膜、金属膜上的光刻胶组成。二元光罩是在二元掩模基版的金属膜上形成图案，可以透过曝光光源的透光部分和遮蔽光源的遮光部分形成二元的结构。相移型掩模基版是由透明基板、透明基板上的相移膜、相移膜上的金属膜、金属膜上的光刻胶组成。相移型光罩是在相移掩模基版的金属膜与相移膜上依次通过图案形成工艺，透过曝光光源的透光部分和遮蔽光源的遮光部分，还有定量透过部分光源的半透光部分形成三元的结构。此时，使用过的光罩在更换其他图案时进行废弃或保管，使用新的掩模基版进行图案形成工艺。
现有的光罩和掩模基版的废掩模版的底板为石英(Quartz)，在石英基板上由相移膜、金属膜以及金属膜上的光刻胶组成。此时，为了获得石英基板，必须去除光刻胶和金属膜。这时为了选择性的去除光刻胶和金属膜，通常使用的方法为用剥离液(StripperSolotion)和刻蚀液(Etchant)进行浸泡。例如，当金属膜为铬或氧化铬膜时，去除铬或氧化铬金属膜是通过湿法蚀刻过程进行的，使用铬刻蚀液(Cr Etchant)可以从废弃的光罩和掩模基版中回收石英基板。回收石英基板的过程中使用的剥离液和刻蚀液等多种废液会造成环境污染和费用上升。此外，为了去除光刻胶和金属膜，需要经过各种工艺和追加过程，不仅工艺复杂，还需要长时间的作业。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种再生掩模透光基板的处理方法及掩模基版的制造方法，用于解决现有技术中为了去透光基板上的掩模材料，需要经过各种工艺和追加过程，不仅工艺复杂，还需要长时间的作业的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种再生掩模透光基板的处理方法，所述处理方法包括步骤：1)提供一掩模基版，所述掩模基版包括透光基板以及位于所述透光基板上的掩模材料层；2)采用激光照射所述掩模材料层，使所述掩模材料层发生升华反应，以将所述掩模材料层自所述透光基板上去除，因掩模材料层与透光基板性质差异，透光基板在激光照射后得以保留，以形成再生掩模透光基板。
可选地，步骤2)还包括：根据所述透光基板与掩模材料层的材料，调节所述激光的光源及能量密度，以降低所述透光基板的损伤的步骤。
可选地，所述述激光的光源包括二极管泵浦固态激光器、光纤激光器及激光二极管中的一种。
可选地，步骤2)还包括：根据所述掩模材料层的形貌，调整所述激光光束的形态，以缩短所述掩模材料层的去除时间的步骤。
可选地，所述激光的波长介于200nm～1200nm之间，所述激光的激光束功率介于10～500W之间，激光的扫描次数为1～3次，激光的频率为150KHZ～250KHZ之间，激光的相位时间介于0ns～500ns之间。
可选地，步骤2)中，所述激光照射的方式包括扫描所述掩模基版的整面或扫描所述掩模基版的部分区域，所述激光的扫描速度介于500mm/s～2500mm/s之间。
可选地，还包括步骤3)，将所述掩模材料层自所述透光基板上去除后，通过研磨或氢氟酸对所述透光基板进行表面处理，以改善所述透光基板的表面粗糙度，经过所述表面处理后的透光基板的平坦度介于0.05.mm～2mm之间，粗糙度介于0.01nmRa～0.5nmRa之间。
可选地，所述掩模材料层的材料包括Mo、MoSi、MoSiON、MoSiCON、MoSiN、MoSiCN、MoSiCO、CrN、CrC、CrCN、CrO、CrON及CrCON中的一种或多种组成的叠层。
可选地，所述掩模材料层的材料还包括Zr、W、Al、Ti、Ta、Co及Ni中的一种或其中任意一种的金属化合物或上述金属或金属化合物的多种组成的叠层。
可选地，所述透明基板包括石英基板、碱石灰基板、硼硅酸盐基板、硅酸铝基板、硅基板、碳化硅基板中的一种，所述透光基板的径向尺寸介于1英寸～100英寸之间，厚度介于0.1mm～200mm之间。
本发明还提供一种掩模基版的制造方法，所述制造方法包括步骤：1)提供如权利要求1～10任意一项所述再生掩模透光基板的处理方法所制造的再生掩模透光基板；2)在所述再生掩模透光基板上沉积遮光膜；3)在所述遮光膜上沉积防反射膜。
可选地，所述制造方法还包括在防反射膜上涂覆光刻胶的步骤。
可选地，在所述再生掩模透光基板上沉积遮光膜之前还包括在所述再生掩模透光基板上沉积相移膜的步骤。
可选地，所述相移膜包括Mo、MoSi、MoSiON、MoSiCON、MoSiN、MoSiCN及MoSiCO中的一种。
可选地，所述遮光膜包括CrN、CrC及CrCN中的一种，所述防反射膜包括CrO、CrON及CrCON中的一种。
如上所述，本发明的再生掩模透光基板的处理方法及掩模基版的制造方法，具有以下有益效果：
本发明采用激光去除的方法，利用激光同时去除掩模基版上的光刻胶、金属膜、金属化合物膜等掩模材料，本发明在去除的过程中不需要使用湿法腐蚀溶液，解决了湿法腐蚀费用较高、工艺时间较长及环境污染等问题。
本发明通过加工后获得的再生掩模透光基板，具有与原透光基板相同性能，有效实现了透光基板的可循环再利用。
本发明可以在上述获得的再生掩模透光基板上进行多种金属膜、金属化合物膜和光刻胶工艺制作，从而获得再生的掩模基版，可有效降低掩模基版的制造成本。
附图说明
图1～图4显示为本发明实施例1的再生掩模透光基板的处理方法各步骤所呈现的结构示意图。
图5～图9显示为本发明实施例2的掩模基版的制造方法各步骤所呈现的结构示意图。
图10显示为本发明实施例3的掩模基版的制造方法最终所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 透光基板
102 掩模材料层
201 再生掩模透光基板
202 遮光膜
203 防反射膜
204 光刻胶
205 透光区域
206 相移膜
207 移相区域
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
如图1～图4所示，本实施例提供一种再生掩模透光基板的处理方法，所述处理方法包括步骤：
如图1所示，首先进行步骤1)，提供一掩模基版，所述掩模基版包括透光基板101以及位于所述透光基板101上的掩模材料层102。
作为示例，所述透明基板包括石英基板、碱石灰基板、硼硅酸盐基板、硅酸铝基板、硅基板、碳化硅基板中的一种，所述透光基板101的径向尺寸介于1英寸～100英寸之间，厚度介于0.1mm～200mm之间。例如，在本实施例中，所述透明基板可以为石英基板，其径向尺寸可以为4英寸、6英寸、8英寸、12英寸等。
所述掩模材料层102的材料包括Mo、MoSi、MoSiON、MoSiCON、MoSiN、MoSiCN、MoSiCO、CrN、CrC、CrCN、CrO、CrON及CrCON中的一种或多种组成的叠层。进一步地，在本实施例中，所述掩模材料层102的材料还包括Zr、W、Al、Ti、Ta、Co及Ni中的一种或其中任意一种的金属化合物或上述金属或金属化合物的多种组成的叠层。
在本实施例中，所述掩模基版为废弃的掩模基版。具体地，本实施例中的废弃的掩模基版可分为以下6种类型：1)掩模基版包括透光基板、金属膜及光刻胶；2)掩模基版包括透光基板、有图案的金属膜及有图案的光刻胶膜层；3)掩模基版包括透光基板及有图案的金属膜；4)掩模基版包括透光基板、相移膜、金属膜及光刻胶；5)掩模基版包括透光基板、有图案的相移膜、有图案的金属膜及有图案的光刻胶；6)掩模基版包括透光基板、有图案的相移膜及有图案的金属膜。其中，上述的金属膜可以包括遮光膜及防反射膜等叠层，所述遮光膜可以包括CrN、CrC及CrCN中的一种，所述防反射膜可以包括CrO、CrON及CrCON中的一种；所述相移膜包括Mo、MoSi、MoSiON、MoSiCON、MoSiN、MoSiCN及MoSiCO中的一种，也可以在所述相移膜中增加HF或HF化合物、Zr、W、Al、Ti、Ta、Co、Ni等物质形成有其他功能的相移膜。
本实施例可以对上述多种废弃的掩模基版进行处理，以从废弃的掩模基版中获得洁净的再生掩模透光基板。
如图2～图4所示，然后进行步骤2)，采用激光照射所述掩模材料层102，使所述掩模材料层102发生升华反应，以将所述掩模材料层102自所述透光基板101上去除，因掩模材料层102与透光基板101性质差异，透光基板101在激光照射后得以保留，以形成再生掩模透光基板。具体地，利用激光同时去除金属膜和光刻胶的去除方法包括：基于激光光源生成激光束、线性激光束聚集及激光束扫描。优选地，上述激光照射所述掩模材料层102，使所述掩模材料层102发生升华反应在低压气氛中进行，以大大提高所述掩模材料层102的升华效率。当然，也可以边采用激光照射边对所述激光腔体进行抽气，同样大大提高所述掩模材料层102的升华效率。
在上述采用激光照射所述掩模材料层102的过程中，可以根据所述透光基板101与掩模材料层102的材料，调节所述激光的光源及能量密度，以降低所述透光基板101的损伤的步骤，例如，所述述激光的光源包括二极管泵浦固态激光器、光纤激光器及激光二极管中的一种。
例如，在本实施例中，由于光刻胶相比金属膜距透光基板101的距离大，且在去除光刻胶时，透光基板101上有金属膜保护，激光去除光刻胶时的能量密度可以较高，以提高光刻胶的去除效率，而激光去除金属膜时的能量密度则可以调低，以保护所述透光基板101不受损伤。
在本实施例中，采用激光照射所述掩模材料层102的过程中，可以根据所述掩模材料层102的形貌，调整所述激光光束的形态，以缩短所述掩模材料层102的去除时间的步骤。例如，所述激光照射的方式包括扫描所述掩模基版的整面或扫描所述掩模基版的部分区域，所述激光的扫描速度介于500mm/s～2500mm/s之间。采用激光扫描所述掩模基版的整面，可以减少激光控制的复杂程度，且能保证透光基板101上所有区域的掩模材料层102均被去除干净。采用激光扫描所述掩模基版的部分区域，可以依据掩模基版上的掩模材料层102的分布情况设定激光的扫描区域，从而降低激光扫描的时间，提高去除效率，并且不会对图案显露的透光基板101造成影响。
在本实施例中，所述激光的波长介于200nm～1200nm之间，所述激光的激光束功率介于10～500W之间，激光的扫描次数为1～3次，激光的频率为150KHZ～250KHZ之间，激光的相位时间介于0ns～500ns之间。
最后，还包括步骤3)，将所述掩模材料层102自所述透光基板101上去除后，通过研磨或氢氟酸对所述透光基板101进行表面处理，以改善所述透光基板101的表面粗糙度，经过所述表面处理后的透光基板101的平坦度介于0.05.mm～2mm之间，粗糙度介于0.01nmRa～0.5nmRa之间。
在一个具体的实施例中，从激光光源生成激光束并在机台生成扫描区域后，将废弃的掩模基版放置在激光束扫描区域内，该废弃的掩模基版的结构是6英寸的石英基板，石英基板上的碳氮化铬(CrCON)遮光膜的厚度是400～800A，碳氮铬膜上的碳氮氧化铬(CrCON)防反射膜的厚度为150～300A。然后使用的激光为了选择性地升华去除金属膜，此处使用的激光为具有一定热量以上的激光，激光的波长为365～1064nm，功率为40～300W，激光束扫描次数为1～3次，扫描速度为500～2500mm/s。利用激光束扫描的过程包括开始阶段(如图1所示)、扫描阶段(如图2～图3所示)、完成阶段(如图4所示)，最终去除金属膜获得再生掩模透光基板。另外，为了改善回收的再生掩模透光基板的表面粗糙度，激光扫描完成后，采用研磨工艺对透明基板进行表面处理，使透光基板的表面粗糙度为0.01～0.5nmRa值的优良再生掩模透光基板。
本发明采用激光去除的方法，利用激光同时去除掩模基版上的光刻胶、金属膜、金属化合物膜等掩模材料，本发明在去除的过程中不需要使用湿法腐蚀溶液，解决了湿法腐蚀费用较高、工艺时间较长及环境污染等问题。本发明通过加工后获得的再生掩模透光基板，具有与原透光基板相同性能，有效实现了透光基板的可循环再利用。
实施例2
如图5～图9所示，本实施例提供一种掩模基版的制造方法，所述制造方法包括步骤：
如图5所示，首先进行步骤1)，提供如实施例1所述再生掩模透光基板的处理方法所制造的再生掩模透光基板。
如图6所示，然后进行步骤2)，在所述再生掩模透光基板上沉积遮光膜202。
例如，所述遮光膜202包括CrN、CrC及CrCN中的一种。
具体地，本实施例通过磁控溅射工艺在所述再生掩模透光基板上沉积遮光膜202，其中，溅射设备的惰性气体导入部注入氩气(Ar)20～80SCCM和氦气(He)20～80SCCM，活性气体导入部注入氮气(N2)5～20SCCM后，采用等离子体高压轰击靶材溅射在再生掩模透光基板上形成400～800A厚度的氮化铬(CrN)膜。
在上述的溅射工艺中，溅射腔体在工艺压力为0.1～0.5Pa，功率为0.5～2W的条件下工作。
如图7所示，接着进行步骤3)，在所述遮光膜202上沉积防反射膜203。
例如，所述防反射膜203包括CrO、CrON及CrCON中的一种。
具体地，本实施例通过磁控溅射工艺在所述遮光膜202上沉积防反射膜203，其中，溅射设备的惰性气体导入部注入氩气(Ar)5～50SCCM和氦气(He)5～50SCCM，活性气体导入部注入氮气(N2)50～80SCCM，氧气(O2)1～5SCCM后，采用等离子体高压轰击靶材溅射在所述遮光膜202上形成150～300A厚度的氮氧化铬(CrON)膜。
在上述的溅射工艺中，溅射腔体在工艺压力为0.1～0.5Pa，功率为0.5～2W的条件下工作。
如图8所示，接着进行步骤4)，所述制造方法还包括在防反射膜203上涂覆光刻胶204的步骤。
如图9所示，最后进行步骤5)，基于所述光刻胶204形成光刻图形，然后通过刻蚀工艺去除部分的防反射膜203及遮光膜202，形成透光区域205，最后去除所述光刻胶204，以形成图形化的掩模基版。
本发明可以在上述获得的再生掩模透光基板上进行多种金属膜、金属化合物膜和光刻胶工艺制作，从而获得再生的掩模基版，可有效降低掩模基版的制造成本。
实施例3
如图10所示，本实施例提供一种掩模基版的制造方法，所述制造方法的基本步骤如实施例2，其中，与实施例2的不同之处在于：在所述再生掩模透光基板上沉积遮光膜202之前还包括在所述再生掩模透光基板上沉积相移膜206的步骤，具体地，通过刻蚀工艺去除部分的防反射膜203、遮光膜202及相移膜后，所述相移膜206凸出于所述遮光膜202的侧面形成移相区域207，通过改变该移相区域的曝光光线的相位，可以有效避免如“底部站脚”等缺陷的发生，提高掩模基版的分辨率。在本实施例中，所述相移膜包括Mo、MoSi、MoSiON、MoSiCON、MoSiN、MoSiCN及MoSiCO中的一种。
如上所述，本发明的再生掩模透光基板的处理方法及掩模基版的制造方法，具有以下有益效果：
本发明采用激光去除的方法，利用激光同时去除掩模基版上的光刻胶、金属膜、金属化合物膜等掩模材料，本发明在去除的过程中不需要使用湿法腐蚀溶液，解决了湿法腐蚀费用较高、工艺时间较长及环境污染等问题。
本发明通过加工后获得的再生掩模透光基板，具有与原透光基板相同性能，有效实现了透光基板的可循环再利用。
本发明可以在上述获得的再生掩模透光基板上进行多种金属膜、金属化合物膜和光刻胶工艺制作，从而获得再生的掩模基版，可有效降低掩模基版的制造成本。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种再生掩模透光基板的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括步骤：
1)提供一掩模基版，所述掩模基版包括透光基板以及位于所述透光基板上的掩模材料层；
2)采用激光照射所述掩模材料层，使所述掩模材料层发生升华反应，以将所述掩模材料层自所述透光基板上去除，以形成再生掩模透光基板。
2.根据权利要求1所述的再生掩模透光基板的处理方法，其特征在于：步骤2)还包括：根据所述透光基板与掩模材料层的材料，调节所述激光的光源及能量密度，以降低所述透光基板的损伤的步骤。
3.根据权利要求2所述的再生掩模透光基板的处理方法，其特征在于：所述述激光的光源包括二极管泵浦固态激光器、光纤激光器及激光二极管中的一种。
4.根据权利要求1所述的再生掩模透光基板的处理方法，其特征在于：步骤2)还包括：根据所述掩模材料层的形貌，调整所述激光光束的形态，以缩短所述掩模材料层的去除时间的步骤。
5.根据权利要求1所述的再生掩模透光基板的处理方法，其特征在于：所述激光的波长介于200nm～1200nm之间，所述激光的激光束功率介于10～500W之间，激光的扫描次数为1～3次，激光的频率为150KHZ～250KHZ之间，激光的相位时间介于0ns～500ns之间。
6.根据权利要求1所述的再生掩模透光基板的处理方法，其特征在于：步骤2)中，所述激光照射的方式包括扫描所述掩模基版的整面或扫描所述掩模基版的部分区域，所述激光的扫描速度介于500mm/s～2500mm/s之间。
7.根据权利要求1所述的再生掩模透光基板的处理方法，其特征在于：还包括步骤3)，将所述掩模材料层自所述透光基板上去除后，通过研磨或氢氟酸对所述透光基板进行表面处理，以改善所述透光基板的表面粗糙度，经过所述表面处理后的透光基板的平坦度介于0.05.mm～2mm之间，粗糙度介于0.01nmRa～0.5nmRa之间。
8.根据权利要求1所述的再生掩模透光基板的处理方法，其特征在于：所述掩模材料层的材料包括Mo、MoSi、MoSiON、MoSiCON、MoSiN、MoSiCN、MoSiCO、CrN、CrC、CrCN、CrO、CrON及CrCON中的一种或多种组成的叠层。
9.根据权利要求8所述的再生掩模透光基板的处理方法，其特征在于：所述掩模材料层的材料还包括Zr、W、Al、Ti、Ta、Co及Ni中的一种或其中任意一种的金属化合物或上述金属或金属化合物的多种组成的叠层。
10.根据权利要求1所述的再生掩模透光基板的处理方法，其特征在于：所述透明基板包括石英基板、碱石灰基板、硼硅酸盐基板、硅酸铝基板、硅基板、碳化硅基板中的一种，所述透光基板的径向尺寸介于1英寸～100英寸之间，厚度介于0.1mm～200mm之间。
11.一种掩模基版的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括步骤：
提供如权利要求1～10任意一项所述再生掩模透光基板的处理方法所制造的再生掩模透光基板；
在所述再生掩模透光基板上沉积遮光膜；
在所述遮光膜上沉积防反射膜。
12.根据权利要求11所述的掩模基版的制造方法，其特征在于：还包括在防反射膜上涂覆光刻胶的步骤。
13.根据权利要求11所述的掩模基版的制造方法，其特征在于：在所述再生掩模透光基板上沉积遮光膜之前还包括在所述再生掩模透光基板上沉积相移膜的步骤。
14.根据权利要求11所述的掩模基版的制造方法，其特征在于：所述相移膜包括Mo、MoSi、MoSiON、MoSiCON、MoSiN、MoSiCN及MoSiCO中的一种。
15.根据权利要求11所述的掩模基版的制造方法，其特征在于：所述遮光膜包括CrN、CrC及CrCN中的一种，所述防反射膜包括CrO、CrON及CrCON中的一种。
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