CN115079506A - 一种材料填充保护光刻掩模及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种材料填充保护光刻掩模的制备方法，包括：S1，在掩模基底上沉积光刻掩模材料，制备掩模图形结构；S2，向掩模图形结构中填充透明介质材料；S3，对S2中所得掩模进行退火处理；S4，对S3中所得掩模的表面进行化学机械抛光，以显露出掩模图形结构，得到材料填充保护的光刻掩模。本公开通过在接触式光刻掩模图形加工过程中对掩模图形结构进行材料填充，增大掩模图形结构与感光材料之间的接触面积与强度，从而有效提升接触式光刻掩模版的使用寿命，同时降低了掩模加工成本，拓展了接触式光刻技术的应用范围。
Description
技术领域
本公开涉及超分辨成像技术领域，具体涉及一种材料填充保护光刻掩模及其制备方法。
背景技术
传统成像系统分辨力受限于瑞利分辨极限，最高分辨力为半个波长左右。以操控倏逝波参与成像为基本原理的表面等离激元(Surface Plasmon，SP)超分辨成像技术，打破了传统光学系统半个波长左右的成像分辨力衍射极限限制，实现了亚波长尺度分辨力图形成像。但是，依然面临近场衍射极限问题，即可分辨的物体细节尺寸受限于照明波长以及与物像之间的距离。在该物理限制下，分辨力与工作距、焦深等存在着限制性关系，成为提高超分辨成像性能的原理性障碍。
由于近场衍射极限问题，在光刻技术中，掩模图形与成像记录结构之间的距离范围极其有限，导致在SP光刻实验中，不得不采取接触式光刻或一体化SP透镜结构。例如，超透镜验证实验中，为实现60nm半周期分辨力，掩模图形距离超透镜的等效空气工作距只有20nm左右。而传统的光刻掩模图形往往都是利用聚焦离子束或电子束直写技术加工的金属结构，相邻周期金属结构之间都是空气填充，金属结构一般只占掩模图形区域一半的面积甚至更小，这在接触模式的光刻方法中将由于掩模图形与感光材料之间的挤压带来掩模图形损伤甚至破坏等问题，严重影响了接触式光刻掩模版的使用寿命以及在集成电路加工中的应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述问题，本公开提供了一种材料填充保护光刻掩模及其制备方法，用于解决传统接触式光刻掩模容易被挤压损伤等技术问题。
(二)技术方案
本公开一方面提供了一种材料填充保护光刻掩模的制备方法，包括：S1，在掩模基底上沉积光刻掩模材料，制备掩模图形结构；S2，向掩模图形结构中填充透明介质材料；S3，对S2中所得掩模进行退火处理；S4，对S3中所得掩模的表面进行化学机械抛光，以显露出掩模图形结构，得到材料填充保护的光刻掩模。
进一步地，S1中沉积光刻掩模材料的方法包括溅射沉积、蒸发沉积、原子层沉积和化学气相沉积中的一种。
进一步地，S1中光刻掩模材料为硬质金属，光刻掩模材料的厚度为20～300nm。
进一步地，S1中制备掩模图形结构的方法包括电子束直写光刻、激光直写光刻、聚焦离子束直写光刻、表面等离子体光刻、投影式光刻、离子束刻蚀、反应离子刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀和湿法腐蚀中的一种。
进一步地，S2中填充透明介质材料的方法包括溅射沉积、蒸发沉积、原子层沉积、化学气相沉积和旋涂中的一种。
进一步地，S2中透明介质材料包括二氧化硅、氮化硅、金刚石、氧化铝、有机碳和氟化镁中的一种。
进一步地，S3中退火处理的温度为100℃～1000℃，升温速度为10℃～100℃/分钟，降温速度为10℃～50℃/分钟，保温时间为0.5～10小时。
进一步地，S3中退火处理包括对掩模整体进行退火处理或对掩模具有透明介质材料的上表面部分进行退火处理。
进一步地，S4包括：对S3中所得掩模的表面进行化学机械抛光，直至将透明介质材料高于掩模图形结构的部分全部除去。
本公开另一方面提供了一种材料填充保护的光刻掩模，光刻掩模采用前述的材料填充保护光刻掩模的制备方法制备得到。
(三)有益效果
本公开的材料填充保护光刻掩模及其制备方法，通过向掩模图形结构中填充透明介质材料并进行化学机械抛光，得到了透明介质填充的平坦化光刻掩模，使得掩模图形结构的强度得到有效提升；在进行接触式光刻时，有利于增大掩模图形结构与感光材料之间的接触面积，降低了与感光材料之间的挤压带来图形损伤的风险，从而有效提升接触式光刻掩模的使用寿命，同时降低了掩模加工成本。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例中材料填充保护光刻掩模的制备方法的流程图；
图2示意性示出了根据本公开实施例中材料填充保护光刻掩模的制备方法的结构变化图；
附图标号说明：
1，掩模基底；2，光刻掩模材料；3，空腔；4，透明介质材料。
具体实施方式
为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
需要说明，若本公开实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
本公开的实施例提供了一种材料填充保护光刻掩模的制备方法，请参见图1，包括：S1，在掩模基底上沉积光刻掩模材料，制备掩模图形结构；S2，向掩模图形结构中填充透明介质材料；S3，对S2中所得掩模进行退火处理；S4，对S3中所得掩模的表面进行化学机械抛光，以显露出掩模图形结构，得到材料填充保护的光刻掩模。
本公开在掩模图形结构制备好的基础上，利用材料填充技术与平坦化技术，向掩模图形结构中填充透明介质材料并进行化学机械抛光，得到了透明介质填充的平坦化光刻掩模，在不影响掩模图形的情况下使得掩模图形结构的强度得到有效提升；在进行接触式光刻时，有利于增大掩模图形结构与感光材料之间的接触面积，降低了与感光材料之间的挤压带来图形损伤的风险，大幅提升了现有接触式光刻掩模的使用寿命。
在上述实施例的基础上，S1中沉积光刻掩模材料的方法包括溅射沉积、蒸发沉积、原子层沉积和化学气相沉积中的一种。光刻掩模材料为硬质金属，光刻掩模材料的厚度为20～300nm。
S1中掩模基底可以为石英基底、玻璃基底、蓝宝石基底或有机薄膜基底；沉积光刻掩模材料的方法可以为溅射沉积、蒸发沉积、原子层沉积、化学气相沉积等方式，光刻掩模材料可以是Cr、Mo或其他硬质金属。
在上述实施例的基础上，S1中制备掩模图形结构的方法包括电子束直写光刻、激光直写光刻、聚焦离子束直写光刻、表面等离子体光刻、投影式光刻、离子束刻蚀、反应离子刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀和湿法腐蚀中的一种。
光刻掩模材料沉积完成后，可以使用各种光刻或刻蚀的方法进行掩模图形结构的制备，掩模图形结构可以为周期图形也可以为非周期图形，可以为一维图形也可以为二维图形。本公开对光刻掩模材料和掩模图形结构的制备方法没有特殊要求，后续的制备方法均可在现有的掩模图形结构制备工艺结束后继续进行。
在上述实施例的基础上，S2中填充透明介质材料的方法包括溅射沉积、蒸发沉积、原子层沉积、化学气相沉积和旋涂中的一种；S2中透明介质材料包括二氧化硅、氮化硅、金刚石、氧化铝、有机碳和氟化镁中的一种。其中，填充的透明介质材料厚度应高于掩模图形结构的高度，以实现对掩模图形结构的完全覆盖。
填充的透明介质材料应具有强度高、紫外波段透过率高以及纯度高等特点。二氧化硅、氮化硅、金刚石、氧化铝、氟化镁等可以采用沉积的方法进行填充，有机碳可以在涂胶机上采用旋涂的方法进行填充。
在上述实施例的基础上，S3中退火处理的温度为100℃～1000℃，升温速度为10℃～100℃/分钟，降温速度为10℃～50℃/分钟，保温时间为0.5～10小时。
在上述实施例的基础上，S3中退火处理包括对掩模整体进行退火处理或对掩模具有透明介质材料的上表面部分进行退火处理。
对掩模进行退火处理，可以对掩模整体进行退火，对掩模整体进行退火指将整个掩模基底包括透明介质材料放入退火装置进行退火；也可以仅对掩模具有透明介质材料的上表面部分进行退火，对表面进行退火指只加热掩模基底与透明介质材料的表面，而掩模基底背面不加热退火。
对掩模进行退火处理可以减少透明介质材料中的空腔、增加透明介质材料的硬度、提高透明介质材料与掩模基底的附着力。
对掩模整体进行整体退火与仅对掩模具有透明介质材料的上表面部分进行表面退火的区别在于掩模整体退火是将掩模整体放入退火装置中进行退火，而表面退火是只让掩模具有透明介质材料的上表面部分接触热源，而底部不接触热源。整体退火主要适用于需要在较高温度(>300℃)下的退火过程，表面退火主要适用于在较低温度(＜300℃)下的退火过程。
在上述实施例的基础上，S4包括：对S3中所得掩模的表面进行化学机械抛光，直至将透明介质材料高于掩模图形结构的部分全部除去。
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术是一种实现全局平面化的工艺技术。CMP是将被抛光件在一定压力下压在浸满有亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液的抛光垫上，借助于抛光件和抛光垫的相对运动，通过磨粒的机械摩擦完成对抛光件表面形成的化学反应物的去除，实现超精密表面加工并获得光洁表面的技术。CMP将高于光刻掩模材料的透明介质材料去除，可以刚好抛光至掩模图形结构的上表面，也可以少量过刻蚀，以获得平坦化的光刻掩模结构。
本公开还提供了一种材料填充保护的光刻掩模，光刻掩模采用前述的材料填充保护光刻掩模的制备方法制备得到。
通过本公开的制备方法，只需要常规的镀膜和平坦化技术，就可以得到材料填充保护的光刻掩模，克服了当前接触式光刻方法中由于掩模图形结构与感光材料之间的挤压带来掩模图形结构损伤甚至破坏等问题，有效提升了光刻掩模的使用寿命。
下面通过具体实施方式对本公开作进一步说明。在以下实施例中对上述材料填充保护光刻掩模及其制备方法进行具体说明。但是，下述实施例仅用于对本公开进行例示，本公开的范围不限于此。
以下实施例的材料填充保护光刻掩模的制备方法包括下列步骤：
步骤(1)：在掩模基底上沉积光刻掩模材料，制备掩模图形结构；相当于上述S1。
步骤(2)：在掩模图形结构上填充透明介质材料；相当于上述S2。
步骤(3)：对步骤(2)所得掩模进行退火处理；相当于上述S3。
步骤(4)：对步骤(3)所得掩模的表面进行化学机械抛光(CMP)，去除透明介质材料高于光刻掩模材料的部分，被保留的透明介质材料和掩模图形结构一起组成了平坦化光刻掩模结构，即材料填充保护的光刻掩模；相当于上述S4。
具体地，提供了以下4个实施例：
实施例1：
如图2所示，1为掩模基底、2为光刻掩模材料、3为空腔、4为透明介质材料。本公开的一种材料填充保护光刻掩模及其制备方法，其具体实施步骤如下：
步骤(11)：如图2(a)所示，在石英掩模基底上沉积光刻掩模材料Cr，制备掩模图形结构；掩模图形结构为周期64nm的Cr光栅，Cr厚度为50nm；
步骤(12)：如图2(b)所示，以LPCVD方法，在掩模图形结构上填充透明介质材料氮化硅；透明介质材料氮化硅的厚度为200nm；
步骤(13)：如图2(c)所示，对包括透明介质材料的掩模整体进行退火处理，退火温度为500℃，退火时间为3小时，升温速度为20℃/分钟，降温速度为20℃/分钟；以减少透明介质材料氮化硅中的孔洞等缺陷，提高透明介质材料氮化硅的致密度和硬度；
步骤(14)：如图2(d)所示，对掩模的表面进行化学机械抛光，将高于光刻掩模材料的氮化硅去除掉，被保留的氮化硅和Cr掩模图形结构一起组成了平坦化光刻掩模结构。
实施例2：
如图2所示，1为掩模基底、2为光刻掩模材料、3为空腔、4为透明介质材料。本公开的一种材料填充保护光刻掩模及其制备方法，其具体实施步骤如下：
步骤(21)：如图2(a)所示，在玻璃掩模基底上采用电子束蒸发方法沉积光刻掩模材料Mo，制备掩模图形结构；掩模图形结构的周期为2000nm的Mo光栅，Mo厚度为100nm；
步骤(22)：如图2(b)所示，以ALD方法，在掩模图形结构上填充透明介质材料SiO2；透明介质材料SiO2的厚度为300nm；
步骤(23)：如图2(c)所示，对包括透明介质材料的掩模整体进行退火处理，退火温度为600℃，退火时间为3小时，升温速度为30℃/分钟，降温速度为40℃/分钟；以减少透明介质材料氮化硅中的孔洞等缺陷，提高透明介质材料SiO2的致密度和硬度；
步骤(24)：如图2(d)所示，对掩模的表面进行化学机械抛光，将高于光刻掩模材料的SiO2去除掉，被保留的SiO2和Cr掩模图形结构一起组成了平坦化光刻掩模结构。
实施例3：
如图2所示，1为掩模基底、2为光刻掩模材料、3为空腔、4为透明介质材料。本公开的一种材料填充保护光刻掩模及其制备方法，其具体实施步骤如下：
步骤(31)：如图2(a)所示，在蓝宝石掩模基底上采用离子束溅射方法沉积光刻掩模材料Cr，制备掩模图形结构；掩模图形结构为最小线宽22nm的Cr非周期二维图形，Cr厚度为60nm；
步骤(32)：如图2(b)所示，以磁控溅射方法，在掩模图形结构上填充透明介质材料氧化铝；透明介质材料氧化铝的厚度为150nm；
步骤(33)：如图2(c)所示，对包括透明介质材料的蓝宝石掩模整体进行退火处理，退火温度为500℃，退火时间为5小时，升温速度为50℃/分钟，降温速度为20℃/分钟；以减少透明介质材料氧化铝中的孔洞等缺陷，提高透明介质材料氧化铝的致密度和硬度；
步骤(34)：如图2(d)所示，对蓝宝石掩模的表面进行化学机械抛光，将高于光刻掩模材料的氧化铝去除掉，被保留的氧化铝和Cr掩模图形结构一起组成了平坦化光刻掩模结构。
实施例4：
如图2所示，1为掩模基底、2为光刻掩模材料、3为空腔、4为透明介质材料。本公开的一种材料填充保护光刻掩模及其制备方法，其具体实施步骤如下：
步骤(41)：如图2(a)所示，在石英掩模基底上沉积光刻掩模材料Cr，制备掩模图形结构；掩模图形结构为周期88nm的Cr光栅，Cr厚度为40nm；
步骤(42)：如图2(b)所示，以CVD方法，在掩模图形结构上填充透明介质材料金刚石；透明介质材料金刚石的厚度为300nm；
步骤(43)：如图2(c)所示，对包括透明介质材料的石英掩模上表面部分进行退火处理，退火温度为200℃，退火时间为1小时，升温速度为10℃/分钟，降温速度为20℃/分钟；以减少透明介质材料氮化硅中的孔洞等缺陷，提高透明介质材料金刚石的致密度和硬度；
步骤(44)：如图2(d)所示，对掩模的表面进行化学机械抛光，将高于光刻掩模材料的金刚石去除掉，被保留的金刚石和Cr掩模图形结构一起组成了平坦化光刻掩模结构。
本公开在接触式光刻掩模图形加工技术中引入高强度材料，以填充保护光刻掩模并改进掩模的制备方法，使得掩模图形结构的强度得到有效提升；在进行接触式光刻时，增大了掩模图形结构与感光材料之间的接触面积，从而有效提升了接触式光刻掩模的使用寿命，同时降低了掩模加工成本，拓展了接触式光刻技术的应用范围。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种材料填充保护光刻掩模的制备方法，其特征在于，包括：
S1，在掩模基底上沉积光刻掩模材料，制备掩模图形结构；
S2，向所述掩模图形结构中填充透明介质材料；
S3，对S2中所得掩模进行退火处理；
S4，对S3中所得掩模的表面进行化学机械抛光，以显露出所述掩模图形结构，得到材料填充保护的光刻掩模。
2.根据权利要求1所述的材料填充保护光刻掩模的制备方法，其特征在于，所述S1中沉积光刻掩模材料的方法包括溅射沉积、蒸发沉积、原子层沉积和化学气相沉积中的一种。
3.根据权利要求2所述的材料填充保护光刻掩模的制备方法，其特征在于，所述S1中光刻掩模材料为硬质金属，所述光刻掩模材料的厚度为20～300nm。
4.根据权利要求1所述的材料填充保护光刻掩模的制备方法，其特征在于，所述S1中制备掩模图形结构的方法包括电子束直写光刻、激光直写光刻、聚焦离子束直写光刻、表面等离子体光刻、投影式光刻、离子束刻蚀、反应离子刻蚀、感应耦合等离子体刻蚀和湿法腐蚀中的一种。
5.根据权利要求1所述的材料填充保护光刻掩模的制备方法，其特征在于，所述S2中填充透明介质材料的方法包括溅射沉积、蒸发沉积、原子层沉积、化学气相沉积和旋涂中的一种。
6.根据权利要求5所述的材料填充保护光刻掩模的制备方法，其特征在于，所述S2中透明介质材料包括二氧化硅、氮化硅、金刚石、氧化铝、有机碳和氟化镁中的一种。
7.根据权利要求1所述的材料填充保护光刻掩模的制备方法，其特征在于，所述S3中退火处理的温度为100℃～1000℃，升温速度为10℃～100℃/分钟，降温速度为10℃～50℃/分钟，保温时间为0.5～10小时。
8.根据权利要求7所述的材料填充保护光刻掩模的制备方法，其特征在于，所述S3中退火处理包括对所述掩模整体进行退火处理或对所述掩模具有透明介质材料的上表面部分进行退火处理。
9.根据权利要求1所述的材料填充保护光刻掩模的制备方法，其特征在于，所述S4包括：
对S3中所得掩模的表面进行化学机械抛光，直至将所述透明介质材料高于所述掩模图形结构的部分全部除去。
10.一种材料填充保护的光刻掩模，其特征在于，所述光刻掩模采用权利要求1～9中任意一项所述的材料填充保护光刻掩模的制备方法制备得到。
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