CN114724931A - 一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法 - Google Patents

一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，包括：步骤1、对待刻蚀平片进行清洗后旋涂光刻胶；步骤2、采用lift‑off工艺制作对准标记mark，将步骤1所得样品进行曝光、显影后沉积Ti/Au薄膜，剥离光刻胶后得到后道光刻工艺对准标记mark；步骤3、将步骤2所得样品清洗后再次旋涂光刻胶，使用第一掩模版对准标记mark后进行倾斜曝光，显影后形成光刻胶侧壁倾斜面，再通过其他掩模版继续对准标记mark进行多次曝光，在显影后形成多方向光刻胶侧壁倾斜面；步骤4、对步骤3所得样品进行干法刻蚀，刻蚀至深度设定值；步骤5、将步骤4所得样品放入丙酮溶液中，去除剩余光刻胶，得到被刻蚀材料侧壁斜面角度。本发明主要用于半导体技术领域。

Description

一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法
技术领域
本发明涉及半导体微纳加工和制造技术领域，具体是一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法。
背景技术
在大多数微纳器件的制备工艺过程中，侧壁刻蚀角度是非常重要的工艺参数。绝大部分器件工艺对侧壁刻蚀形貌的要求是侧壁陡直并尽可能减小侧壁钻蚀现象。与此相反，部分微纳器件对侧壁刻蚀角度又有着特殊要求，如MEMS方向利用各向异性湿法腐蚀“V”型槽和硅多晶向反射斜面、柔性触觉传感器领域利用各向异性湿法腐蚀制备倒金字塔斜面结构、多台面的金属爬坡工艺、LIGA中电镀工艺为电镀后镀件与模具分离方便而设计的侧壁倾斜拔模角度、微流控方向设计的沟道侧壁倾斜面等都需要对刻蚀基片材料进行有角度的侧壁刻蚀等，均对被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的工艺调控提出了新的要求。
现有的被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的工艺调控还存在以下几点问题:
1)采用调控ICP离子源功率、射频功率、刻蚀气体流量、腔室压力等工艺参数方法，控制刻蚀进程中横向及纵向刻蚀速率，从而达到侧壁刻蚀斜面角度的调控。此种调控侧壁刻蚀斜面角度的方法主要存在的问题包括：①工艺控制参数过多，同时各工艺参数对刻蚀过程相互影响制约，无法通过单一变量标定侧壁刻蚀斜面角度变化情况；②需要大量的工艺测试实验进行横向及纵向刻蚀速率标定；③对需进行高深宽比的侧壁刻蚀斜面角度的调控有限。
2)采用调控离子束入射角度的方式，以掠入射的方式刻蚀基片表面。此种调控侧壁刻蚀斜面角度的方法主要存在的问题包括：①难以对高深宽比侧壁刻蚀斜面角度进行调控；②刻蚀选择比不高，沉积物容易污染被刻蚀材料。
3)通过厚胶掩模接触式曝光方式形成梯形或倒梯形侧壁结构进行刻蚀。此种调控侧壁刻蚀角度的方法主要存在的问题包括：①光刻胶梯形或倒梯形侧壁斜面角度调控范围有限；②这种通过边缘衍射曝光的方式难以精确预测光刻胶侧壁斜面角度。
发明内容
本发明提供一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，以解决现有技术中所存在的一个或若干个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
提供一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，包括：
步骤1、对待刻蚀平片(wafer)进行清洗后旋涂光刻胶；
步骤2、采用lift-off工艺制作对准标记mark，将步骤1所得样品进行曝光、显影后沉积Ti/Au薄膜，剥离光刻胶后得到后道光刻工艺对准标记mark；
步骤3、将步骤2所得样品清洗后再次旋涂光刻胶，使用第一掩模版对准标记mark后进行倾斜曝光，显影后形成光刻胶侧壁倾斜面，再通过其他掩模版继续对准标记mark进行多次曝光，从而在显影后形成多方向光刻胶侧壁倾斜面；其中，所述倾斜曝光，是指一种光刻机辅助装置，通过调节反射镜偏转角度，将光刻机出射的与水平载物台呈直角的在外平行光束任意偏转，从而形成与光刻机水平载物台呈任意角度入射的平行紫外光束；
步骤4、对步骤3所得样品进行干法刻蚀，刻蚀至深度设定值；其中，刻蚀气源选择SF6气体，钝化气体为C4F8，源功率选择1500-2300W,偏置功率为20-50W,He漏2-3mtorr/min；
步骤5、将步骤4所得样品放入丙酮溶液中，去除剩余未刻蚀完的光刻胶，最终得到被刻蚀材料侧壁斜面角度。
进一步，在步骤1中，对待刻蚀平片进行清洗的方式采用丙酮-异丙醇-去离子水分别清洗，超声波功率选择30-50W，超声波清洗时间为5-15分钟，旋涂光刻胶前需对所述被刻蚀材料进行干燥或使用HMDS(六甲基二硅胺)蒸汽前处理，优选HMDS蒸汽前处理，HDMS前处理设置温度为100-200℃；光刻胶选用AZ5214正性胶，涂胶转速第一阶段转速选择450-650rpm范围,时间5-7秒范围，第二阶段转速2000-4000rpm范围，时间25-35秒范围，光刻胶厚度1.6微米；前烘条件选择热板90-100℃范围，前烘时间55-65秒。
进一步，对待刻蚀平片进行清洗的方式采用丙酮-异丙醇-去离子水分别清洗，超声波功率选择40W，超声波清洗时间为10分钟，旋涂光刻胶前需对所述被刻蚀材料进行使用HMDS(六甲基二硅胺)蒸汽前处理，其中，HDMS前处理设置温度为150℃；
光刻胶选用AZ5214正性胶，涂胶转速第一阶段转速选择500rpm范围,时间6秒范围，第二阶段转速4000rpm范围，时间30秒，光刻胶厚度为1.6微米；前烘条件选择热板95℃范围，前烘时间为60秒。
进一步，在步骤2中，光刻胶曝光剂量选择20-30mj；显影使用2.38％的四甲基氢氧化铵溶液,显影时间在30-60秒范围；Ti/Au薄膜优选磁控溅射方式成膜，Ti膜相关工艺参数选择氩气流量10sccm，工作真空2.4Pa，直流溅射功率1000W，沉积厚度Ni10nm,Au膜相关工艺参数选择氩气流量5sccm，工作真空1Pa，直流溅射功率500W，沉积厚度50nm；之后采用丙酮浸泡剥离光刻胶的方法剥离镀膜后的金属膜，接着分别使用异丙醇、去离子水超声清洗，超声波功率选择40W,超声时间5分钟；最后使用氧等离子清洗机清洗，去除wafer表面有机杂质，功率选择200W，氧气流量100sccm，腔压10pa。
进一步，光刻胶曝光剂量选择25mj；显影使用2.38％的四甲基氢氧化铵溶液(TMAH),显影时间在45秒。
进一步，在步骤3中，光刻胶选用AZ4620光刻胶，涂胶转速第一阶段转速选择450-650rpm范围,时间5-7秒范围，第二阶段转速选择2000-4000rpm范围，时间25-35秒范围进行调控；前烘条件选择热板90-100℃范围，优选95℃，前烘时间120-180秒，优选150秒；显影液配比为25％TMAH溶液：去离子水＝1：8,显影时间范围90-120秒，优选110秒。
进一步，在步骤3中，前烘条件选择热板95℃，前烘时间为150秒；显影时间范围为110秒。
本发明至少具有以下有益效果：可简单通过调控曝光光束入射角度、光刻胶厚度和刻蚀选择比等三种变量中的一种或两种变量来实现对wafer不同方向侧壁刻蚀斜面角度的调控。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明倾斜曝光光刻显影后光刻胶侧壁斜面SEM图；
图2是本发明倾斜曝光光刻胶侧壁斜面台阶仪测试图；
图3是本发明被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度SEM图；
图4是wafer1和wafer2在光刻胶厚度和刻蚀选择比一定的条件下，不同曝光光束入射角度的侧壁刻蚀斜面工艺流程示意图；
图5是wafer1和wafer2在曝光光束入射角度和刻蚀选择比下一定的条件下，不同光刻胶厚度的侧壁刻蚀斜面工艺流程示意图；
图6是wafer1和wafer2在曝光光束入射角度和光刻胶厚度一定的条件下，不同刻蚀选择比的侧壁刻蚀斜面工艺流程示意图；
图7是wafer1和wafer2在相同刻蚀速率选择比和光刻胶厚度的条件下，不同方向曝光光束入射角度不同时的侧壁刻蚀斜面工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序用于所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明提供了一种全新的刻蚀加工侧壁倾斜面的工艺制备方法。为mems等行业需要采用不同晶向体硅湿法腐蚀，制备不同角度的硅侧壁倾斜面提供了一种全新的设计思路。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下：提供一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，包括以下步骤：
(1)对单晶硅片或其它待刻蚀平片进行清洗后旋涂光刻胶；
(2)采用lift-off工艺制作对准标记mark，将步骤(1)所得样品进行曝光、显影后沉积Ti/Au薄膜，剥离光刻胶后得到后道光刻工艺对准标记mark；
(3)将步骤(2)所得样品清洗后再次旋涂光刻胶，使用第一掩模版对准标记mark后进行倾斜曝光，显影后形成光刻胶侧壁倾斜面，再通过其他掩模版继续对准标记mark进行多次曝光，从而在显影后形成多方向光刻胶侧壁倾斜面如图1和图2所示；
(4)对步骤(3)所得样品进行干法刻蚀，刻蚀至深度设定值；其中，刻蚀气源选择SF6气体，钝化气体为C4F8，源功率选择1500-2300W,偏置功率为20-50W,He漏2-3mtorr/min；
(5)将步骤(4)所得样品放入丙酮溶液中，去除剩余未刻蚀完的光刻胶，最终被刻蚀材料侧壁斜面图形如图3所示。
需要说明的是所述后道光刻工艺对准标记mark，可以通过通过镀膜方式(膜料可以自由选择)，也可以使用刻蚀方式做mark。
作为优选项，步骤(1)清洗方式采用丙酮-异丙醇-去离子水分别清洗，超声波功率选择30-50W,优选40W，超声波清洗时间为5-15分钟，优选10分钟；旋涂光刻胶前需对晶圆等被刻蚀材料进行干燥或使用HMDS(六甲基二硅胺)蒸汽前处理,优选HMDS蒸汽前处理，HDMS前处理设置温度为100-200℃，优选150℃；光刻胶选用AZ5214正性胶，涂胶转速第一阶段转速选择450-650rpm范围,时间5-7秒范围，第二阶段转速2000-4000rpm范围，时间25-35秒范围，优选旋涂转速500rpm/6s，4000rpm/30s，光刻胶厚度约1.6微米；前烘条件选择热板90-100℃范围，优选95℃，前烘时间55-65秒，优选60秒。
作为优选项，步骤(2)光刻胶曝光剂量选择20-30mj,优选25mj；显影使用2.38％的四甲基氢氧化铵溶液(TMAH),显影时间在30-60秒范围，优选45秒；Ti/Au薄膜优选磁控溅射方式成膜，Ti膜相关工艺参数选择氩气(Ar)流量10sccm，工作真空2.4Pa，直流溅射功率1000W，沉积厚度Ni10nm,Au膜相关工艺参数选择氩气(Ar)流量5sccm，工作真空1Pa，直流溅射功率500W，沉积厚度50nm；之后采用丙酮浸泡剥离光刻胶的方法剥离镀膜后的金属膜，接着分别使用异丙醇、去离子水超声清洗，超声波功率选择40W,超声时间5分钟；最后使用氧等离子清洗机清洗，去除wafer表面有机杂质，功率选择200W，氧气流量100sccm，腔压10pa。
作为优选项，步骤(3)光刻胶选用AZ4620光刻胶，涂胶前对被刻蚀材料wafer的前处理方式与前述一致，涂胶转速第一阶段转速选择450-650rpm范围,时间5-7秒范围，第二阶段转速选择2000-4000rpm范围，时间25-35秒范围进行调控；前烘条件选择热板90-100℃范围，优选95℃，前烘时间120-180秒，优选150秒；显影液配比为25％TMAH溶液：去离子水＝1：8,显影时间范围90-120秒，优选110秒；所述倾斜曝光，是指一种光刻机辅助装置，通过调节反射镜偏转角度，将光刻机出射的与水平载物台呈直角的在外平行光束任意偏转，从而形成与光刻机水平载物台呈任意角度入射的平行紫外光束，如图1、图2倾斜曝光光刻胶侧壁斜面SEM及台阶仪测试图。
不同条件下的具体实施例如下：
实施例1，本实施例1主要是说明在固定光刻胶厚度和刻蚀选择下，不同曝光入射角度，具体工艺如下：
(1)对两片wafer(分别为wafer1和wafer2)表面进行清洗后旋涂光刻胶；
(2)使用lift-off工艺线先在两片wafer(分别为wafer1和wafer2)表面制作后道光刻工艺对准标记mark；具体为：将两片wafer(分别为wafer1和wafer2)进行曝光、显影后沉积Ti/Au薄膜，剥离光刻胶后得到后道光刻工艺对准标记mark；清洗后二次旋涂光刻胶，匀胶机转速相同即所得光刻胶厚度相同为H。
(3)将步骤(2)所得样品分别使用第一掩模版对准wafer的对准标记mark后进行倾斜曝光，其中，wafer1倾斜曝光入射角度为θ1(入射光与wafer平面夹角)，wafer2倾斜曝光入射角度为θ2，紧接着使用第二掩模版分别对准wafer1及wafer2的对准标记mark后进行二次曝光，二次曝光紫外光束垂直入射，其目的是为了消除倾斜曝光所形成光刻胶侧壁斜面对角的光刻胶反斜面侧壁；具体如图4所示。其中，图4的中间虚线左侧的图A表示为wafer1在光刻胶厚度和刻蚀选择比一定的条件下，不同曝光光束入射角度的侧壁刻蚀斜面流程示意图，图4的中间虚线右侧的图B表示为wafer2在光刻胶厚度和刻蚀选择比一定的条件下，不同曝光光束入射角度的侧壁刻蚀斜面流程示意图。
按照上文所述方式显影后可得：wafer1光刻胶侧壁斜面角度β1为，β1＝θ1＝arctan(H/L1),其中θ1为曝光光束与wafer1平面夹角，H为光刻胶厚度，L1为光刻胶侧壁斜面水平方向长度；wafer2光刻胶侧壁斜面角度β2为，β2＝θ2＝arctan(H/L2),其中θ2为曝光光束与wafer2平面夹角，H为光刻胶厚度，L2为光刻胶侧壁斜面水平方向长度；同时L1、L2亦与光刻胶厚度和曝光光束入射角有关，分别为L1＝H*cot(θ1),L2＝H*cot(θ2),H为光刻胶厚度；
(4)对步骤(3)所得样品进行干法刻蚀，刻蚀条件为：刻蚀气源选择SF6气体，钝化气体为C4F8，源功率选择1500-2300W,偏置功率为20-50W,He漏2-3mtorr/min。wafer1和wafer2的刻蚀条件相同，即刻蚀速率、刻蚀选择比一致，故随着刻蚀时间的推移，两片wafer表面刻蚀形貌会按照固定刻蚀比例复制光刻胶侧壁形貌，最终形成确定的侧壁刻蚀斜面角度。由于侧壁刻蚀斜面水平方向尺寸固定等于光刻胶侧壁斜面水平方向尺寸，设光刻胶与被刻蚀wafer材料的刻蚀选择比为1：X，则最终wafer1侧壁刻蚀斜面的刻蚀角γ1为，γ1＝arctan(X*H/L1),wafer2侧壁刻蚀斜面的刻蚀角γ2为，γ2＝arctan(X*H/L2),而上一步光刻胶侧壁斜面角度β1＝θ1＝arctan(H/L1),β2＝θ2＝arctan(H/L2),从而推导出：tanγ1＝X*tan(β1)＝X*tan(θ1),tanγ2＝X*tan(β2)＝X*tan(θ2)。
由以上实施例1公式推导及图4所示，在光刻胶厚度及刻蚀选择比为一定值的情况下，wafer材料侧壁刻蚀角度与紫外曝光光束入射角度关系为：tanγ＝X*tan(θ)，其中γ为侧壁刻蚀斜面与水平方向的夹角，X为干法刻蚀方式被刻蚀材料与光刻胶的刻蚀选择比，θ为曝光光束与wafer平面夹角；而侧壁刻蚀斜面水平方向长度等于光刻胶侧壁斜面水平方向长度L，L＝H*cotθ，H为光刻胶厚度。因此，对于光刻胶厚度及刻蚀选择比一定的条件下，可以通过调节曝光光束入射角度θ，最终实现对被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的调控。
实施例2，本实施例2主要是说明在固定曝光光束入射角度和刻蚀选择比，不同光刻胶厚度，具体工艺如下：
(1)对两片wafer(分别为wafer1和wafer2)表面进行清洗后旋涂光刻胶；
(2)使用lift-off工艺线先在两片wafer(分别为wafer1和wafer2)表面制作后道光刻工艺对准标记mark；具体为：将两片wafer(分别为wafer1和wafer2)进行曝光、显影后沉积Ti/Au薄膜，剥离光刻胶后得到后道光刻工艺对准标记mark；清洗后使用不同的涂胶转速二次旋涂光刻胶，最终得到wafer1和wafer2光刻胶厚度分别为H1，H2。
(3)将步骤(2)所得样品分别使用第一掩模版对准wafer对准标记mark后进行倾斜曝光，wafer1,wafer2倾斜曝光入射角度相同为θ(为入射光与wafer平面夹角)，紧接着使用第二掩模版分别对准wafer1及wafer2的对准标记mark后进行二次曝光，二次曝光紫外曝光光束垂直入射，其目的是为了消除倾斜曝光所形成光刻胶侧壁斜面对角的光刻胶反斜面侧壁，如图5所示。图5的中间虚线左侧的图A表示为wafer1在曝光光束入射角度和刻蚀选择比一定的条件下，不同光刻胶厚度的侧壁刻蚀斜面工艺流程示意图，图5的中间虚线右侧的图B表示为wafer2在曝光光束入射角度和刻蚀选择比一定的条件下，不同光刻胶厚度的侧壁刻蚀斜面工艺流程示意图。
按照上文所述方式显影后可得：wafer1光刻胶侧壁斜面角度β1为，β1＝θ＝arctan(H1/L1),其中θ为曝光光束与wafer1平面夹角，H1为光刻胶厚度，L1为光刻胶侧壁斜面水平方向长度；wafer2光刻胶侧壁斜面角度β2为，β2＝θ＝arctan(H2/L2),其中θ为曝光光束与wafer2平面夹角，H2为光刻胶厚度，L2为光刻胶侧壁斜面水平方向长度；同时L1、L2与光刻胶厚度及入射光束角度关系为，L1＝H1*cot(θ),L2＝H2*cot(θ)；
(4)对步骤(3)所得样品进行干法刻蚀，刻蚀条件如前文所述，刻蚀条件为：刻蚀气源选择SF6气体，钝化气体为C4F8，源功率选择1500-2300W,偏置功率为20-50W,He漏2-3mtorr/min。wafer1、wafer2刻蚀条件相同，即刻蚀速率、刻蚀选择比一致，故随着刻蚀时间的推移，两片wafer表面刻蚀形貌会按照固定刻蚀比例复制光刻胶侧壁形貌，最终形成确定的侧壁刻蚀斜面角度。由于侧壁刻蚀斜面水平方向尺寸固定等于光刻胶侧壁斜面水平方向尺寸，设光刻胶与wafer材料的刻蚀选择比为1：X，则最终wafer1侧壁刻蚀斜面的刻蚀角γ1为，γ1＝arctan(X*H1/L1),wafer2侧壁刻蚀斜面的刻蚀角γ2为，γ2＝arctan(X*H2/L2),而上一步光刻胶侧壁斜面角度β1＝θ＝arctan(H1/L1),β2＝θ＝arctan(H2/L2),从而推导出tanγ1＝X*tan(β1)＝X*tan(θ),tanγ2＝X*tan(β2)＝X*tan(θ)。
由以上公式推导及图5所示，在曝光光束入射角度及刻蚀选择比为一定值的情况下，被刻蚀wafer材料侧壁刻蚀斜面角度仍为tanγ＝X*tanθ，其中γ为侧壁刻蚀斜面与水平方向夹角，X为干法刻蚀方式被刻蚀材料与光刻胶的刻蚀选择比，θ为曝光光束与wafer平面夹角，即侧壁刻蚀斜面角度为一确定值。而侧壁刻蚀斜面水平方向长度等于光刻胶侧壁斜面水平方向长度L，L＝H*cotθ，H为光刻胶厚度。因此，对于曝光光束入射角度及刻蚀选择比一定的条件下，可以通过调节光刻胶厚度，在不同刻蚀深度下实现侧壁刻蚀斜面角度相同的调控目的。
实施例3，本实施例3主要是说明在固定曝光光束入射角度和光刻胶厚度，不同刻蚀选择比，具体工艺如下：
(1)对两片wafer(分别为wafer1和wafer2)表面进行清洗后旋涂光刻胶；
(2)使用lift-off工艺线先在两片wafer表面(wafer1，wafer2)制作后道光刻工艺对准标记mark。清洗后使用相同的涂胶转速旋涂光刻胶，最终得到wafer1和wafer2光刻胶厚度为H。
(3)将步骤(2)所得样品分别使用第一掩模版对准wafer的对准标记mark后进行倾斜曝光，wafer1,wafer2倾斜曝光入射角度相同为θ(为入射光与wafer平面夹角)，紧接着使用第二掩模版分别对wafer1及wafer2的对准标记mark后进行二次曝光，二次曝光紫外光束垂直入射，同样其目的是为了消除倾斜曝光所形成光刻胶侧壁斜面对角的光刻胶反斜面侧壁，如图6所示。图6的中间虚线左侧的图A表示为wafer1在曝光光束入射角度和光刻胶厚度一定的条件下，不同刻蚀选择比的侧壁刻蚀斜面工艺流程示意图，图6的中间虚线右侧的图B表示为wafer2在曝光光束入射角度和光刻胶厚度一定的条件下，不同刻蚀选择比的侧壁刻蚀斜面工艺流程示意图。
按照上文所述方式显影后可得：wafer1、wafer2光刻胶侧壁斜面角度分别为β1、β2，β1＝β2＝θ＝arctan(H/L),其中θ为曝光光束与wafer平面夹角，H为光刻胶厚度，L为光刻胶侧壁斜面水平方向长度；同时wafer1和wafer2光刻胶侧壁斜面水平方向长度相同为，L＝H*cot(θ)；
(4)对步骤(3)所得样品进行干法刻蚀，wafer1、wafer2选择不同刻蚀参数条件，即刻蚀速率、刻蚀选择比不同。随着刻蚀时间的推移，两片wafer表面刻蚀形貌会按照不同的刻蚀比例复制光刻胶侧壁形貌，最终形成不同的侧壁刻蚀斜面角度。由于侧壁刻蚀斜面水平方向尺寸固定等于光刻胶侧壁斜面水平方向尺寸，设光刻胶与wafer1材料的刻蚀选择比为1：X1，光刻胶与wafer2材料的刻蚀选择比为1：X2，则最终wafer1侧壁刻蚀斜面的刻蚀角γ1为，γ1＝arctan(X1*H/L),wafer2侧壁刻蚀斜面的刻蚀角γ2为，γ2＝arctan(X2*H/L),而上一步光刻胶侧壁斜面角度β1＝β2＝θ＝arctan(H/L)；
从而推导出：tanγ1＝X1*tan(β1)＝X1*tan(θ),tanγ2＝X2*tan(β2)＝X2*tan(θ)。
由以上公式推导及图6所示，在曝光光束入射角度及光刻胶厚度为定值的情况下，wafer侧壁刻蚀角度与刻蚀选择比的关系为tanγ＝X*tanθ，其中γ为侧壁刻蚀斜面与水平方向夹角，X为干法刻蚀方式被刻蚀材料与光刻胶的刻蚀选择比，θ为曝光光束与wafer平面夹角，而侧壁刻蚀斜面水平方向长度等于光刻胶侧壁斜面水平方向长度L，L＝H*cotθ，H为光刻胶厚度为定值。因此，对于曝光光束入射角度及光刻胶厚度一定的条件下，所得光刻胶侧壁形貌一致的情况下，仍可以通过调节干法刻蚀过程中被刻蚀材料与光刻胶的刻蚀选择比，来实现对侧壁刻蚀斜面角度的调控。
实施例4，本实施例4主要是说明在相同刻蚀速率和胶厚，wafer不同方向曝光光束入射角度不同，具体工艺如下：
(1)对两片wafer(分别为wafer1和wafer2)表面进行清洗后旋涂光刻胶；
(2)使用lift-off工艺线先在两片wafer表面(wafer1，wafer2)制作后道光刻工艺对准标记mark。清洗后旋涂光刻胶，匀胶机转速相同即所得光刻胶厚度相同为H。
(3)将步骤(2)所得样品分别使用第一掩模版对准wafer对准标记mark后进行倾斜曝光，如图6所示，wafer1、wafer2右侧倾斜曝光入射角度为θ1(入射光与wafer平面夹角)，wafer1使用第二掩模版对准mark后进行二次曝光，二次曝光紫外光束垂直入射，其目的是为了消除倾斜曝光所形成光刻胶侧壁斜面对角的光刻胶反斜面侧壁，同时wafer1左侧光刻胶侧壁垂直。对wafer2使用第二掩模版对准wafer对准mark后进行二次曝光，二次曝光wafer2，曝光光束从wafer2左侧以入射角度为θ2入射，其目的是为了消除倾斜曝光所形成光刻胶侧壁斜面对角的光刻胶反斜面侧壁的同时在wafer2左侧形成光刻胶侧壁斜面角度，如图7所示。图7的中间虚线左侧的图A表示为wafer1在相同刻蚀速率选择比和光刻胶厚度的条件下，wafer在不同方向曝光光束入射角度不同时的侧壁刻蚀斜面工艺流程示意图，图7的中间虚线右侧的图B表示为wafer2在相同刻蚀速率选择比和光刻胶厚度的条件下，wafer在不同方向曝光光束入射角度不同时的侧壁刻蚀斜面工艺流程示意图。光刻胶相关侧壁斜面角度与其他实施例类似，在此不再推导；
(4)对步骤(3)所得样品进行干法刻蚀,wafer1、wafer2刻蚀条件相同，即刻蚀速率、刻蚀选择比一致，故随着刻蚀时间的推移，两片wafer表面不同方向上的侧壁刻蚀形貌会按照固定刻蚀比例复制光刻胶侧壁形貌，最终形成确定的刻蚀侧壁斜面角度。由于刻蚀侧壁斜面水平方向尺寸固定等于光刻胶侧壁斜面水平方向尺寸，由于wafer不同方向上刻蚀速率和选择比一致，由实施例1相关推导可知，最终在被刻蚀材料不同方向上侧壁刻蚀斜面的角度与该方向曝光光束入射角度呈正相关，从而实现了对被刻蚀材料不同方向侧壁刻蚀不同斜面角度的调控。
由以上相关推导及图7所示，对于光刻胶厚度及刻蚀选择比一定的条件下，通过控制wafer不同方向曝光光束入射角度的不同，可以独立的分别实现对被刻蚀材料对应方向上侧壁刻蚀不同斜面角度的调控。
可简单通过调控曝光光束入射角度、光刻胶厚度和刻蚀选择比等三种变量中的一种或两种变量来实现对wafer不同方向侧壁刻蚀斜面角度的调控。如实施例1所示，对于光刻胶厚度及刻蚀选择比一定的条件下，可以通过调节曝光光束入射角度θ，最终实现侧壁刻蚀斜面角度调控的目的；如实施例2所示，对于曝光光束入射角度及刻蚀选择比一定的条件下，可以通过调节光刻胶厚度，在不同刻蚀深度下实现侧壁刻蚀斜面角度相同的调控目的，从而实现对高深度比侧壁斜面角度的控制；如实施例3所示，对于曝光光束入射角度及光刻胶厚度一定的条件下，在所得光刻胶侧壁形貌一致的情况下，仍可以通过调节干法刻蚀过程中被刻蚀材料与光刻胶的刻蚀选择比，来实现对被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的调控，此时只需调控干法设备刻蚀过程的刻蚀稳定性即可，避免了现在已知的通过调控刻蚀过程复杂的控制参数来控制侧壁刻蚀斜面角度；如实施例4所示，对于刻蚀选择比及光刻胶厚度一定的条件下，通过控制wafer不同方向曝光光束入射角度的不同，可以独立的分别实现对被刻蚀材料对应方向上侧壁刻蚀不同斜面角度的调控。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，其特征在于，包括：
步骤1、对待刻蚀平片进行清洗后旋涂光刻胶；
步骤2、采用lift-off工艺制作对准标记mark，将步骤1所得样品进行曝光、显影后沉积Ti/Au薄膜，剥离光刻胶后得到后道光刻工艺对准标记mark；
步骤3、将步骤2所得样品清洗后再次旋涂光刻胶，使用第一掩模版对准标记mark后进行倾斜曝光，显影后形成光刻胶侧壁倾斜面，再通过其他掩模版继续对准标记mark进行多次曝光，从而在显影后形成多方向光刻胶侧壁倾斜面；其中，所述倾斜曝光，是指一种光刻机辅助装置，通过调节反射镜偏转角度，将光刻机出射的与水平载物台呈直角的在外平行光束任意偏转，从而形成与光刻机水平载物台呈任意角度入射的平行紫外光束；
步骤4、对步骤3所得样品进行干法刻蚀，刻蚀至深度设定值；其中，刻蚀气源选择SF6气体，钝化气体为C4F8，源功率选择1500-2300W,偏置功率为20-50W,He漏2-3mtorr/min；
步骤5、将步骤4所得样品放入丙酮溶液中，去除剩余未刻蚀完的光刻胶，最终得到被刻蚀材料侧壁斜面角度。
2.根据权利要求1所述的一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，其特征在于，在步骤1中，对待刻蚀平片进行清洗的方式采用丙酮-异丙醇-去离子水分别清洗，超声波功率选择30-50W，超声波清洗时间为5-15分钟，旋涂光刻胶前需对所述被刻蚀材料进行干燥或使用HMDS(六甲基二硅胺)蒸汽前处理，优选HMDS蒸汽前处理，HDMS前处理设置温度为100-200℃；光刻胶选用AZ5214正性胶，涂胶转速第一阶段转速选择450-650rpm范围,时间5-7秒范围，第二阶段转速2000-4000rpm范围，时间25-35秒范围，光刻胶厚度1.6微米；前烘条件选择热板90-100℃范围，前烘时间55-65秒。
3.根据权利要求2所述的一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，其特征在于，对待刻蚀平片进行清洗的方式采用丙酮-异丙醇-去离子水分别清洗，超声波功率选择40W，超声波清洗时间为10分钟，旋涂光刻胶前需对所述被刻蚀材料进行使用HMDS(六甲基二硅胺)蒸汽前处理，其中，HDMS前处理设置温度为150℃；
光刻胶选用AZ5214正性胶，涂胶转速第一阶段转速选择500rpm范围,时间6秒范围，第二阶段转速4000rpm范围，时间30秒，光刻胶厚度为1.6微米；前烘条件选择热板95℃范围，前烘时间为60秒。
4.根据权利要求1所述的一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，其特征在于，在步骤2中，光刻胶曝光剂量选择20-30mj；显影使用2.38％的四甲基氢氧化铵溶液,显影时间在30-60秒范围；Ti/Au薄膜优选磁控溅射方式成膜，Ti膜相关工艺参数选择氩气流量10sccm，工作真空2.4Pa，直流溅射功率1000W，沉积厚度Ni10nm,Au膜相关工艺参数选择氩气流量5sccm，工作真空1Pa，直流溅射功率500W，沉积厚度50nm；之后采用丙酮浸泡剥离光刻胶的方法剥离镀膜后的金属膜，接着分别使用异丙醇、去离子水超声清洗，超声波功率选择40W,超声时间5分钟；最后使用氧等离子清洗机清洗，去除wafer表面有机杂质，功率选择200W，氧气流量100sccm，腔压10pa。
5.根据权利要求4所述的一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，其特征在于，光刻胶曝光剂量选择25mj；显影使用2.38％的四甲基氢氧化铵溶液(TMAH),显影时间在45秒。
6.根据权利要求1所述的一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，其特征在于，在步骤3中，光刻胶选用AZ4620光刻胶，涂胶转速第一阶段转速选择450-650rpm范围,时间5-7秒范围，第二阶段转速选择2000-4000rpm范围，时间25-35秒范围进行调控；前烘条件选择热板90-100℃范围，优选95℃，前烘时间120-180秒，优选150秒；显影液配比为25％TMAH溶液：去离子水＝1：8,显影时间范围90-120秒，优选110秒。
7.根据权利要求6所述的一种调控被刻蚀材料侧壁刻蚀斜面角度的刻蚀工艺方法，其特征在于，在步骤3中，前烘条件选择热板95℃，前烘时间为150秒；显影时间范围为110秒。
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CN113741144A (zh) * 2021-09-26 2021-12-03 中国科学院半导体研究所 一种三维梯度渐变图形光刻方法及底托
CN116106591A (zh) * 2023-01-10 2023-05-12 佛山市蓝箭电子股份有限公司 一种微波探针的制作方法及微波探针

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113741144A (zh) * 2021-09-26 2021-12-03 中国科学院半导体研究所 一种三维梯度渐变图形光刻方法及底托
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