CN116466539B - 掩模版的制造方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种掩模版的制造方法及系统，在同一工艺机台上利用脉冲激光进行脉冲激光沉积来制造空白掩模版并进一步利用同一激光器产生的脉冲激光对空白掩模版进行激光直写，获得具有所需图案的掩模版，能够实现掩模版的自动化制造，且工艺简单，制造成本低，生产效率高，掩模版的性能稳定，良率高，工艺机台设备成本低，且集成度高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造技术领域，特别涉及一种掩模版的制造方法及系统。
背景技术
随着人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）、第五代移动通信技术（5thGeneration Mobile Communication Technology，简称5G）、大数据、人工智能物联网（Artificial Intelligence & Internet of Things，简称AIoT）以及自动驾驶等创新型技术的发展，微处理器（CPU）和动态随机存储器（Dynamic Random Access Memory，简称DRAM）中器件特征尺寸的缩减呈现了加速和偏离摩尔定律的趋势，这无形中也加剧了半导体器件的制备难度。
目前，光刻是半导体制造过程中最复杂也是最难的工艺，其主要原理是在光照作用下，借助光致抗蚀剂（又名光刻胶）将掩模版上的图形转移到基片上。而且，随着半导体器件集成度的越来越高以及器件特征尺寸的越来越小，半导体器件制备所需的掩模版数量也越来越多，例如在10nm工艺节点下完成一个芯片的制备需要八十多块掩模版。显然，降低掩模版的制造成本可以降低半导体器件的生产成本。
然而，在现有的空白掩模版的主流制造技术是平面磁控溅射沉积技术，由于该沉积技术中的正交电磁场对溅射离子的作用关系，溅射靶材在溅射中将产生不均匀冲蚀现象，从而造成溅射靶材的利用率普遍低下，只有30%左右，同时也影响空白掩模版的制造良率。近年来，磁控溅射设备改善后靶材的利用率提高到50%左右。另外，靶材原子被氩离子撞击出来后，约有1/6的溅射原子会淀积到真空室内壁或支架上，增加清洁真空设备的费用及停机时间。基于这些原因，空白掩模版本身的制造成本居高不下，良率难以提高。
另外，空白掩模版的结构一般包括掩模基板（例如为玻璃基板）、沉积在掩模基板上的掩膜材料层（如铬膜等遮光膜）以及涂覆在掩膜材料层上的光刻胶。目前将空白掩模版进一步加工成具有所需的图案和线条的掩模版的制程通常包括：采用激光或电子束对空白掩模版的光刻胶进行曝光，并在曝光后进行显影，从而将所需的图案（例如电路图形等）转移到光刻胶中；之后再以光刻胶为掩膜，进一步蚀刻（etching）掩膜材料层，去除掉不被光刻胶覆盖的掩膜材料层，蚀刻结束后再清洗残留下来的光刻胶，最后保留下来的掩膜材料层便在空白掩模版的掩模基板上形成了所需图案和线条，由此制成具有所需图案和线条的掩模版，供下游芯片制造企业使用。
因此，如何简化掩模版的制作过程，提高制造效率和制造良率，并降低掩模版制作成本，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掩模版的制造方法及系统，能够降低简化掩模板的制造工艺，降低掩模版的制造成本并提高空白掩模版的制造良率。
为实现上述目的，本发明提供一种掩模版的制造方法，其包括以下步骤：
S1，在一工艺机台上利用脉冲激光在掩模基板上进行脉冲激光沉积，以在所述掩模基板上形成所需的掩膜材料层，得到空白掩模版；
S2，在所述工艺机台上进一步采用所述脉冲激光对所述掩膜材料层进行激光直写，以在所述掩膜材料层中形成所需图案，得到掩模版。
可选地，所述步骤S1包括循环执行以下子步骤：
S11，在所述工艺机台上采用所述脉冲激光，在所述掩模基板上进行脉冲激光沉积，以得到具有相应的掩膜材料层的空白掩模版；
S12，检测所述空白掩模版的性能是否达到目标；
S13，在检测到所述空白掩模版的性能未达标时，根据检测结果选择相应的激光表面处理方式，在所述工艺机台上对所述空白掩模版进行激光表面处理，以修整所述掩膜材料层的表面，或者去除所述掩膜材料层并修整所述掩模基板的表面。
可选地，在执行步骤S1之前，还包括步骤S0，提供待废弃的掩模版，并在所述工艺机台上对所述待废弃的掩模版进行激光表面处理，以去除所述待废弃的掩模版的掩模基板上的膜层，得到所述掩模基板。
可选地，所述激光表面处理方式包括以下三种方式之一：
第一种方式，采用第一激光进行激光去膜，以去除所述掩模基板上的相应厚度的膜层；
第二种方式，采用不同于所述第一激光的第二激光对所述掩模基板上的膜层表面进行激光抛光；
第三种方式，先采用所述第一激光进行激光去膜，后采用所述第二激光进行激光抛光；
其中，所述第一激光或所述第二激光为所述脉冲激光。
可选地，所述脉冲激光同为所述第一激光或同为所述第二激光实现。
可选地，在所述进行激光表面处理的过程中，在所述工艺机台上在线对所述掩模基板上的膜层表面进行形貌检测，并根据表面形貌检测的结果在线调整所述激光表面处理的过程中的工艺参数。
可选地，在步骤S12中，检测所述空白掩模版基本结构的性能是否达到目标包括：检测所述掩膜材料层的厚度、表面平坦度以及所述空白掩模版的透射率和反射率中的至少一种性能指标是否达到目标。
可选地，在步骤S12中检测到所述空白掩模版的性能未达标时，还调整脉冲激光沉积的工艺参数，以在步骤S13中的激光表面处理结束之后且需要再次执行步骤S11时，能在步骤S11中基于调整后的参数对激光表面处理后的空白掩模版执行相应的脉冲激光沉积工艺。
基于同一发明构思，本发明还提供一种掩模版的制造系统，其包括集成在同一工艺机台上的：
脉冲激光沉积装置，用于利用所述工艺机台上的脉冲激光，在掩模基板上进行脉冲激光沉积，以在所述掩模基板上形成所需的掩膜材料层，得到空白掩模版；
脉冲激光直写装置，用于在所述工艺机台上进一步采用所述脉冲激光，对所述掩膜材料层进行激光直写，以在所述掩膜材料层中形成所需图案，得到掩模版；
系统总控制装置，耦接所述脉冲激光沉积装置和所述脉冲激光直写装置，用于控制所述脉冲激光沉积装置和所述脉冲激光直写装置协调工作。
可选地，所述制造系统还包括集成在所述工艺机台上的：
检测装置，用于检测所述空白掩模版的性能是否达到目标；
激光表面处理装置，用于，在所述工艺机台上对所述空白掩模版进行激光表面处理，以修整所述掩膜材料层的表面，或者去除所述掩膜材料层并修整所述掩模基板的表面；
其中，所述系统总控制装置还耦接所述激光表面处理装置和所述检测装置，用于在所述检测装置检测到所述空白掩模版的性能未达标时，控制所述脉冲激光沉积装置、所述检测装置和所述激光表面处理装置协调工作，使所述掩模基板在所述脉冲激光沉积装置、所述检测装置和所述激光表面处理装置中循环，直至所述空白掩模版的性能达到目标。
可选地，所述激光表面处理装置还用于在初始时，在所述工艺机台上利用所述脉冲激光或者另一激光对待废弃的掩模版进行激光表面处理，以去除所述待废弃的掩模版的掩模基板上的膜层，得到所述脉冲激光沉积装置中所需的掩模基板。
可选地，所述激光表面处理方式包括以下三种方式之一：
第一种方式，采用第一激光进行激光去膜，以去除所述掩模基板上的相应厚度的膜层；
第二种方式，采用不同于所述第一激光的第二激光对所述掩模基板上的膜层表面进行激光抛光；
第三种方式，先采用所述第一激光进行激光去膜，后采用所述第二激光进行激光抛光；
其中，所述第一激光或所述第二激光为所述脉冲激光。
可选地，所述第一激光或所述第二激光通过沿光路依次布设的快门、四分之一波片和起偏器、第一分束器、第二分束器分别传送到所述激光表面处理装置、所述脉冲激光沉积装置和所述脉冲激光直写装置。
可选地，所述激光表面处理装置包括第一扩束机构、调焦机构和第一扫描聚焦机构；所述第一扩束机构用于将所接收的第一激光或第二激光的光束光班增大后输出；所述调焦机构用于对所述扩束机构出射的激光进行调焦；所述第一扫描聚焦机构用于控制所述调焦机构出射的激光聚焦地入射到所述去膜腔室中的掩模基板表面上或掩模基板上的膜层表面上，实现对所述掩模基板的激光扫描。
可选地，所述的制造系统还包括第一激光器、第二激光器和合束机构，所述第一激光器用于提供所述第一激光，所述第二激光器用于提供所述第二激光，所述合束机构用于分时接收所述第一激光和所述第二激光，并将所接收的激光沿同一角度出射至所述扩束机构。
可选地，所述检测装置用于检测所述掩膜材料层的厚度、表面平坦度以及所述空白掩模版的透射率和反射率中的至少一种性能指标是否达到目标。
可选地，所述的制造系统还包括第一过渡腔室、机械手传送装置和第二过渡腔室，所述第一过渡腔室设置在所述激光表面处理装置的腔室和所述沉积腔室之间，所述第二过渡腔室设置在所述沉积腔室和所述激光直写装置的腔室之间，所述机械手传送装置用于实现掩模基板在所述激光表面处理装置的腔室、所述第一过渡腔室、所述沉积腔室、所述第二过渡腔室和所述激光直写装置的腔室之间传送。
可选地，所述脉冲激光沉积装置包括第一聚光机构、沉积腔室以及设置在所述沉积腔室中的载台和靶材，所述第一聚光机构用于将相应的激光会聚地入射到所述靶材上，所述载台用于承载掩模基板。
可选地，所述脉冲激光直写装置包括沿光路依次布设的反射镜、第二扩束机构、第一合二色棱镜、第二合二色棱镜、第二扫描聚焦机构。
可选地，所述脉冲激光直写装置还包括照明光源、第二聚光机构和探测器，所述照明光源用于向所述第一合二色棱镜提供照明光，第二聚光机构用于将所述第二合二色棱镜处的一部分激光会聚到探测器中。
与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一：
1、本发明在同一工艺机台上利用脉冲激光进行脉冲激光沉积来制造空白掩模版并进一步利用同一激光器产生的脉冲激光对空白掩模版进行激光直写，获得具有所需图案的掩模版，能够实现掩模版的自动化制造，且工艺简单，制造成本低，生产效率高，掩模版的性能稳定，良率高，工艺机台设备成本低，且集成度高。
2、在制造空白掩模版的过程中，经过脉冲激光沉积（PLD）、检测、激光表面处理（激光去膜或者先激光去膜后激光抛光）这些步骤的循环执行，能够通过自动化地手段保证最终形成的空白掩模版的性能达到目标，从而提高了掩模版的制造良率。
3、通过对待废弃的掩模版进行激光表面处理，从而回收其中的掩模基板，并基于回收的掩模基板来制造空白掩模版及掩模版，能够降低掩模版的制造成本。
4、在检测到空白掩模版的性能未达标时，还调整脉冲激光沉积工艺的参数，以基于调整后的参数对激光表面处理后的空白掩模版再次执行相应的脉冲激光沉积工艺，脉冲激光沉积工艺的靶材利用率高，且可以提高空白掩模版的制造效率，进而能够提高掩模版的整体制造效率。
5、从废弃掩模版的回收再生至新的空白掩模版的制造，再到掩模版的图案生成，整个过程中均通过激光工艺来实现，不需要使用湿法工艺的介入，因此能解决了现有掩模基板的再生方法及空白掩模版的制造方法中存在的费用较高、工艺时间较长及湿法工艺带来的环境污染等问题。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是本发明第一实施例的掩模版的制造方法流程图。
图2是本发明第一实施例的掩模版的制造方法中的剖面结构示意图。
图3是本发明第二实施例的掩模版的制造方法中制造的另一种掩模版的剖面结构示意图。
图4是本发明第一实施例的掩模版的制造系统的架构示意图。
图5是本发明第一实施例的掩模版的制造系统的具体结构示意图。
图6是本发明第二实施例的掩模版的制造方法流程图。
图7是本发明第二实施例的掩模版的制造系统的架构示意图。
图8至图10是本发明第二实施例的掩模版的制造系统的具体结构示意图。
图11是本发明第三实施例的掩模版的制造方法流程图。
图12是本发明第三实施例的掩模版的制造方法在步骤S0和步骤S13采用基本相同的工艺时的简化流程图。
其中各附图中的附图标记具体如下：
101-掩模基板；102-相移膜；103-背减反膜；104-遮光膜；05-减反膜；106-掩膜材料层；107-所需图案；
200-脉冲激光沉积装置；201-激光表面处理装置；202-系统总控制装置；203-检测装置；204-脉冲激光直写装置；
1、41-激光器；2-快门；3-四分之一波片；4-起偏器；5-第一分束器；6-第一扩束机构； 7a-调焦机构；7b-第一扫描聚焦机构；8-激光控制机构；9、18-透光窗口；10-样品；11-激光表面处理腔室；12-第一过渡腔室；12a、50a-机械手传送装置；14-载台；15-靶材；16-第二分束器；17-第一聚光机构；19-沉积腔室；
20-反射镜；21-第二扩束机构；22-照明光源；23-第一合二色棱镜；24-第二合二色棱镜；25-第二扫描聚焦机构； 26-第二聚光机构；27-探测器；28-承载台；29-激光直写腔室；
30-表面形貌检测单元；31-信号处理器；32-信号接收器；33-扫描光源；34-扫描驱动悬臂；35-探针； 40-合束机构；42、43-反射镜；50-第二过渡腔室。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件被称为"连接到"、“耦接”其它元件时，其可以直接地连接其它元件，或者可以存在居间的元件。相反，当元件被称为"直接连接到"其它元件时，则不存在居间的元件。在此使用时，单数形式的"一"、"一个"和"所述/该"也意图包括复数形式，除非上下文清楚的指出另外的方式。还应明白术语“包括”用于确定可以特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语"和/或"包括相关所列项目的任何及所有组合。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
第一实施例
请参考图1，本发明一实施例提供一种掩模版的制造方法，其包括以下步骤：
S1，在一工艺机台上利用脉冲激光在掩模基板上进行脉冲激光沉积，以在所述掩模基板上形成所需的掩膜材料层，得到空白掩模版；
S2，在所述工艺机台上进一步采用所述脉冲激光对所述掩膜材料层进行激光直写，以在所述掩膜材料层中形成所需图案，得到掩模版。
请结合图2中的(A)，在步骤S1中，首先，提供相应的掩模基板101到工艺机台上，该掩模基板101可以是任意合适的表面洁净、平坦的基板，例如石英基板、碱石灰基板和硼硅酸盐基板中的任意一种。接着，请结合图2中的（B）和（C）以及图5，在该工艺机台上利用一激光器产生脉冲激光，进而在掩模基板101上进行相应材料的脉冲激光沉积(Pulsed LaserDeposition，PLD），形成所需厚度和材质的掩膜材料层106。由此得到所需的空白掩模版。
其中，请结合图2中的（B）和（C）以及图5，脉冲激光沉积的具体原理是：脉冲激光经过凸透镜等第一聚光机构17传输和聚焦后打到沉积腔室19的靶材15上，然后在脉冲激光作用下靶材15表面产生等离子体，等离子体定向局域膨胀发射并在样品10（即图2中的掩模基板101或者掩模基板101及其上方的掩膜材料层106组成的空白掩模版）上沉积形成薄膜（即新沉积的掩膜材料层）106。本步骤中，根据靶材15和工艺参数的设置，沉积的掩膜材料层106可以是金属等单层膜结构，也可以是多层不同材料膜堆叠而成的结构。该脉冲激光可以根据需要沉积的掩膜材料层的吸光特性来选择，例如红宝石光激光、CO2激光、紫外激光、Nd玻璃激光或准分子激光等等任意合适的激光。另外，该脉冲激光的脉冲宽度可以飞秒级或皮秒级或纳秒级或微秒级等任意合适级别，相应地，该脉冲激光可以称为飞秒激光或皮秒激光或纳秒激光或微秒激光等。
由于本步骤中采用脉冲激光沉积工艺沉积掩膜材料层106，会具有以下优点：a.易获得期望化学计量比的多组分薄膜，即具有良好的保成分性； b. 沉积速率高，工艺周期短，对掩模基板101的温度要求低，制备的薄膜均匀； c. 工艺参数任意调节，对靶材的种类没有限制；d. 便于清洁处理，可以制备多种薄膜材料；e.反应迅速，生长快，通常情况下一小时可获 1μm左右的薄膜，能够提高靶材的利用率。
作为一种示例，请进一步结合图2中的（B），本步骤中采用脉冲激光沉积工艺沉积形成的掩膜材料层106包括自下而上依次层叠在掩模基板101上的背减反膜103、遮光膜104和减反膜105，其中背减反膜103、遮光膜104和减反膜105均是基于同一靶材形成的，区别在于沉积背减反膜103、遮光膜104和减反膜105的过程中通入的反应气体不同，例如背减反膜103、遮光膜104和减反膜105均是基于Cr靶材形成的，在沉积遮光膜104的过程中通入N2，形成CrN作为遮光膜104，在沉积背减反膜103和减反膜105的过程中通入N2、O2、CO或CO2等中的至少一种，从而形成包括CrO、CrON及CrCON中的至少一种作为背减反膜103和减反膜105。
作为另一种示例，请进一步结合图3，步骤中采用脉冲激光沉积工艺沉积形成的掩膜材料层106包括自下而上依次层叠在掩模基板101上的相移膜102、背减反膜103、遮光膜104和减反膜105。其中，相移膜102的材料可以包括Cr（铬）的化合物（例如铬氧化物、铬氮化物或铬氧氮化物等）、MoSi、MoSi化合物（例如MoSiON、MoSiCON、MoSiN、MoSiCN或MoSiCO等）中的至少一种。
请结合图2中的(C)，在步骤S2中，在同一工艺机台上并采用步骤S1中所使用的同一激光器产生的脉冲激光对掩膜材料层106进行激光直写。
其中，本步骤中激光直写的具体原理是：相应的脉冲激光经过反射镜、凸透镜等光学元件传输和聚焦后打到腔室29的样品10上，通过控制该脉冲激光在掩膜材料层106上沿着特定路径行进和停留，就可以让该脉冲激光直接烧蚀特定位置的掩膜材料层106，从而在掩膜材料层106中形成所需图案107，由此得到掩模版。
本步骤中，通过激光直写在掩膜材料层106中形成所需图案107，可以省略现有技术中从空白掩模版到掩模版所需的涂胶、曝光、显影、刻蚀和去胶等工序，能够简化工艺，提高效率，降低成本。
应当理解的是，本实施例中选用的脉冲激光的脉冲宽度、波长、功率等参数可以是固定的，能够同时满足脉冲激光沉积和激光直写两种工艺的需求，也可以是可调的，随着脉冲激光沉积和激光直写两种工艺的先后进行而进行适应性调整。
例如，当掩膜材料层106是多层不同材质的膜层堆叠而成时，可以根据该膜层与掩模基板101 表面的距离及该膜层的材料特性，设置脉冲激光沉积过程中的脉冲激光的参数，不同膜层沉积时的脉冲激光的至少一个参数不同。进一步可以根据该膜层与掩模基板101 表面的距离及该膜层的材料特性，设置激光直写过程中的脉冲激光的参数，不同膜层的激光直写时的脉冲激光的至少一个参数不同。作为一种示例，随着激光直写的深度增大，脉冲激光的功率越来越低，扫描步长越来越小，由此可以在激光直写前期快速加深烧蚀深度，以提高激光直写效率，在激光直写后期缓慢加深烧蚀深度，以保护掩模基板101不受损伤。
其中，在激光直写过程中，该脉冲激光需要满足以下需求：（1）脉冲宽度能够足够小，在当脉冲激光与掩膜材料层106发生烧蚀作用时，可以忽略流体动力过程带来的影响，脉冲激光的加工能量更集中，使得达到掩膜材料层106的烧蚀阈值所需的能量更低，进而大大降低激光直写的能量损耗；（2）脉冲激光作用于掩膜材料层106上的时间极短，激光直写过程中的热传导效应和热扩散效应不明显，改善和消除因热传导效应和热扩散效应而引起周边材料的不必要损伤和破坏的现象，进而保证激光直写的加工精度；（3）激光脉冲的作用时间极短，脉冲激光的峰值强度极高，且掩膜材料层106中多层堆叠的膜层对该脉冲激光的能量是非线性吸收的，在对掩膜材料层106进行激光直写时，可以突破衍射极限，达到掩膜材料层106中的底层或者次底层膜层的烧蚀阈值，从而深入到掩膜材料层106中的底层或者次底层膜层中进行烧蚀，实现精细加工；（4）激光直写的过程中，该脉冲激光对掩膜材料层106中各膜层的去除主要以直接的汽化方式进行，且该脉冲激光带来的材料融化、流动和再次凝固成型等影响尽可能少，从而保证激光直写的图案精度。
可选地，所述脉冲激光为飞秒激光，其脉冲宽度只有几千万亿分之一秒，能量高。
应当理解的是，本实施例的掩模版的制造方法，可以采用本领域中任意合适的工艺机台系统来实现，但是优选地采用本发明的掩模版的制造系统来实现。
请参考图4，本实施例提供的掩模版的制造系统，其包括集成在同一工艺机台上的脉冲激光沉积装置200、脉冲激光直写装置204及系统总控制装置202。
其中，请结合图2，脉冲激光沉积装置200用于利用所述工艺机台上的脉冲激光，在掩模基板101上进行脉冲激光沉积，以在所述掩模基板101上形成所需的掩膜材料层106，得到空白掩模版。脉冲激光直写装置204用于在所述工艺机台上进一步采用所述脉冲激光，对所述掩膜材料层106进行激光直写，以在所述掩膜材料层106中形成所需图案107，得到掩模版。系统总控制装置202耦接脉冲激光沉积装置200和脉冲激光直写装置204，用于控制脉冲激光沉积装置200和脉冲激光直写装置204协调工作。
值得注意的是，系统总控制装置202、脉冲激光沉积装置200和脉冲激光直写装置204中的任意一个装置可以被拆分成多个模块，或者，这些装置中的一个或多个装置的至少部分功能可以与其他装置的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。另外，系统总控制装置202、脉冲激光沉积装置200和脉冲激光直写装置204中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以以对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。或者，系统总控制装置202、脉冲激光沉积装置200和脉冲激光直写装置204中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该程序被计算机运行时，可以执行相应模块的功能。
作为一种示例，请参考图5，脉冲激光沉积装置200包括第一聚光机构17、具有透光窗口18的沉积腔室19以及设置在所述沉积腔室19中的载台14和靶材15。脉冲激光直写装置204包括激光直写腔室29及设置沿光路依次布设在激光直写腔室29中的反射镜20、第二扩束机构21、第一合二色棱镜23、第二合二色棱镜24、第二扫描聚焦机构25。
本示例的制造系统除了包括系统总控制装置202、脉冲激光沉积装置200和脉冲激光直写装置204之外，还包括集成在该工艺机台上且沿光路依次布设的激光器1、快门2、四分之一波片3、起偏器4、第二分束器16。另外还包括集成在该工艺机台上的第二过渡腔室50和机械手传送装置50a。
进一步可选地，脉冲激光直写装置204还包括布设在激光直写腔室29中的照明光源22、第二聚光机构26和探测器27。
应当理解的是，在一些示例中，脉冲激光沉积装置200和脉冲激光直写装置204可以先后工作，从而可以对同一样品10先进行脉冲激光沉积，后进行激光直写，这种情况下，脉冲激光沉积装置200和脉冲激光直写装置204中可以设置相应的快门等电控部件，从而控制其各自腔室内的脉冲激光的开启和关闭。在另一些示例中，脉冲激光沉积装置200和脉冲激光直写装置204也可以同时工作，从而脉冲激光沉积装置200对一样品10进行脉冲激光沉积，脉冲激光直写装置204对另一样品10（该样品完成了脉冲激光沉积）进行激光直写。
其中，激光器1用于产生脉冲激光，该激光器1可以是红宝石光激光器、CO2激光器、紫外激光器、Nd玻璃激光器或准分子激光器等等任意合适的激光器，其产生的脉冲激光的脉冲宽度（简称脉宽）可以是飞秒级或皮秒级或微秒级或纳秒级等等任意合适级别。激光器1可以是电控部件，耦接系统总控制装置202，从而在激光器1可以根据系统总控制装置202的控制指令或调节指令来控制和调节所产生的脉冲激光的波长、脉宽和功率。
激光器1产生的脉冲激光依次通过快门2、四分之一波片3和起偏器4、第二分束器16中。快门2可由系统总控制装置202通过控制高低电平信号实现通断，从而控制脉冲激光的开启和关闭。第二分束器16将接收的激光分成两路，一路经第一聚光机构17、透光窗口18照射到沉积腔室19中的靶材15上，另一路经反射镜20、第二扩束机构21、第一合二色棱镜23、第二合二色棱镜24、第二扫描聚焦机构25照射到激光直写装置204的激光直写腔室29中的承载台28所承载的样品10上。
照明光源22产生的照明光经第一合二色棱镜23、第二合二色棱镜24、第二扫描聚焦机构25照射到承载台28所承载的样品10上，且承载台28所承载的样品10表面反射的照明光经第二扫描聚焦机构25、第二合二色棱镜24、第二聚光机构26汇聚到探测器27中，由此探测器27可以实时获取激光直写的图像效果，并将相应的数据反馈至系统总控制装置202，从而可以让系统总控制装置202调整和优化激光直写装置204的工艺参数和扫描路径等，保证激光直写的最终效果。
第二扩束机构21主要用于对反射镜20所反射的脉冲激光的光束直径进行扩展，并减小该脉冲激光的光束的发射角。
与省略第二扩束机构21的情况相比，有第二扩束机构21的情况下，反射镜20所反射的脉冲激光的光束可使得被第二扫描聚焦机构25聚焦到样品10上的光班能量在光班范围内分布更均匀。
本实施例中，激光器1输出的脉冲激光的光束直径和发散角的乘积是光学不变量，近似为一定值。当第二扩束机构21将反射镜26反射的脉冲激光的光束直径扩大x倍时，其发散角相应压缩为原来的1/x。总结而言，在该光路上设置第二扩束机构21，可以降低对该光路上的其他光学元件的要求，且使得聚焦到样品10上的光班能量在光班范围内分布更均匀，进而提高脉冲激光能量利用效果的目的。可选地，第二扩束机构21可以是电控部件，其可以根据系统总控制装置202的控制指令或调节指令来调节和控制其扩束比。
可选地，第二扩束机构21可以是激光扩束准直镜。
第二扫描聚焦机构25用于控制脉冲激光的焦距和焦面等激光参数及实现扫描路径等扫描参数。第二扫描聚焦机构25可以包括场镜，其又称平场聚焦镜、F-theta 透镜，区别于普通球面镜只能在弧面上聚焦，该场镜经过特别设计，使得入射的激光束聚焦出射后，能在激光直写腔室29中的样品10表面上聚焦，其入射激光的入射角与其出射激光的位置成线性关系，且能精确地控制脉冲激光在激光直写腔室29中的样品10表面上的聚焦位置。第二扫描聚焦机构25还可以包括振镜，该振镜由两个分别连接摆动电机的反射镜组成。在电脑端设置特定的路径并将运动信号发送到系统总控制装置202，系统总控制装置202通过控制电机来控制反射镜的转动，使脉冲激光在激光直写腔室29中的样品10的表面按照特定的路径摆动，配合激光直写腔室29中用于承载样品10的承载台28的运动，从而对激光直写腔室29中的样品10的表面进行扫描，实现超快串行的激光直写。
可选地，第二扫描聚焦机构25可以包括电控部件，其可以根据系统总控制装置202的控制指令或调节指令，来调节入射到激光直写腔室29中的样品10表面上的脉冲激光的焦距、焦面等聚焦参数以及扫描步长、扫描速度、扫描路径等扫描参数。
第一聚光机构17用于将第二分束器16出射的一路脉冲激光汇聚地入射到靶材15上，载台14用于承载用于制造空白掩模版的样品10。
过渡腔室50设置在沉积腔室19和激光直写腔室29之间，用于实现样品10在沉积腔室19前和激光直写腔室29前的排队等待。机械手传送装置50a用于实现样品在沉积腔室19、过渡腔室50和激光直写腔室29之间传送。
此外，还应当理解的是，图5所示的具体结构仅仅只作为一种举例说明，并不表明本实施例的制造系统仅仅具有图中所示的结构，其可以进一步包括相应所需的任意合适的光学或电子元件。例如，请参考图5，在第二分束器16和第一聚光机构17之间设置反射镜，从而将第二分束器16出射的一路脉冲激光以最佳角度输送至第一聚光机构17中。
总结而言，本实施例的掩模版的制造方法及制造系统，能够在同一工艺机台上利用同一激光器产生的脉冲激光自动化地制造空白掩模版并对空白掩模版进行激光直写，形成具有所需图案的掩模版，工艺简单，制造成本低，生产效率高且掩模版的性能稳定，良率高，工艺机台设备成本低，且集成度高。
第二实施例
请参考图6，本实施例提供一种掩模版的制造方法，其也包括以下步骤：
S1，在一工艺机台上利用脉冲激光在掩模基板上进行脉冲激光沉积，以在所述掩模基板上形成所需的掩膜材料层，得到空白掩模版；
S2，在所述工艺机台上进一步采用所述脉冲激光对所述掩膜材料层进行激光直写，以在所述掩膜材料层中形成所需图案，得到掩模版。
该实施例与第一实施例的制造方法的区别在于，步骤S1包括循环执行以下子步骤:
S11，在工艺机台上采用所述脉冲激光，在掩模基板上进行脉冲激光沉积，以得到具有相应的掩膜材料层的空白掩模版；
S12，检测所述空白掩模版的性能是否达到目标；
S13，在检测到所述空白掩模版的性能未达标时，根据检测结果选择相应的激光表面处理方式，在所述工艺机台上对所述空白掩模版进行激光表面处理，以修整所述掩膜材料层的表面，或者去除所述掩膜材料层并修整所述掩模基板的表面。
在子步骤S11沉积掩膜材料层106之后，执行子步骤S12。在子步骤S12中，可以通过任意所需的检测手段来检测沉积的掩膜材料层106或者检测由掩膜材料层106和掩模基板101形成的空白掩模版的性能是否达到目标。例如通过扫描探针显微镜（Scanning ProbeMicroscope，SPM）等装置，在线实时检测空白掩模版的表面形貌，表面形貌的检测结果中可以包括当前的表面粗糙度或者表面平整度等信息及各个位置的高度、膜层厚度等信息。还可以通过相应的光学检测装置检测空白掩模版的透光率、反射率等光学性能指标。进一步将检测结果与对应的目标值或目标范围进行比较，判断空白掩模版当前的性能是否达到目标。
一旦判定空白掩模版当前的性能未达到目标，则将空白掩模版送至子步骤S13，进行激光表面处理，修整掩膜材料层的表面，或者去除掩膜材料层并修整掩模基板的表面。在本步骤中，可以根据子步骤S12的检测结果选择合适的激光表面处理方式来对空白掩模版进行激光表面处理。其中可选地的激光表面处理方式包括以下三种方式之一：
第一种方式，采用第一激光进行激光去膜，以去除所述掩模基板上的相应厚度的膜层；
第二种方式，采用不同于所述第一激光的第二激光对所述掩模基板上的膜层表面进行激光抛光；
第三种方式，先采用所述第一激光进行激光去膜，后采用所述第二激光进行激光抛光。
其中，上述的第一激光或第二激光是脉冲激光沉积时所使用的激光器所产生的脉冲激光。即激光去膜或者激光抛光的工艺与脉冲激光沉积工艺使用同一激光器产生的脉冲激光。
实际应用时，如果子步骤S12中检测到空白掩模版的当前的性能中主要是表面粗糙度太大，其他性能相对非常接近目标时，则在子步骤S13中可以选择采用第二激光对空白掩模版的表面进行激光抛光，使其掩膜材料层106的表面粗糙度达到目标。如果子步骤S12中检测到空白掩模版的当前的性能各方面均与目标相差太多时，则在子步骤S13中可以选择先采用第一激光对空白掩模版的表面进行激光去膜，去除掩模基板101上所有的掩膜材料层106，之后再采用第二激光对掩模基板的表面进行激光抛光，使其掩模基板的表面清洁、平坦且达到要求的程度，为接下来再次执行子步骤S11打下基础。如果子步骤S12中结合前次检测结果和本次结果分析发现，本次子步骤S11沉积的掩膜材料层导致空白掩模版的当前的性能未达到目标，则在子步骤S13中可以选择第一激光对空白掩模版的表面进行激光去膜，去除本次子步骤S11在掩模基板101上沉积的掩膜材料层106，为接下来再次执行子步骤S11打下基础。
进一步地，为了提高子步骤S13的激光表面处理的效率和效果，可以在激光表面处理的过程中，在线实时检测空白掩模版的表面形貌，并根据表面形貌的检测结果在线实时调整子步骤S13中的激光表面处理的工艺参数，例如调整第一激光或第二激光的波长、功率、聚焦参数（包括焦面大小、焦面与掩模基板表面的夹角大小等）等激光参数和扫描参数（例如扫描路径、扫描步长、扫描速度等）。
下面以在子步骤S13中先进行激光去膜后进行激光抛光为例，来详细说明子步骤S13的具体过程。
首先，请结合图6和图2，可以使用脉冲宽度在飞秒级或皮秒级或微秒级或纳秒级等任意合适级别的脉冲激光作为第一激光，该第一激光以扫描的方式且被聚焦地照射掩膜材料层106上。因掩膜材料层106的材料性质及其与掩模基板101的材料性质差异，当第一激光聚焦于掩膜材料层106的表面上时，会在很短的时间内在近表面区域积累大量的热，使掩膜材料层106的表面温度迅速升高。当温度达到掩膜材料层106的近表面层物质（即表面材料）的熔点时，近表面层物质开始熔化，当温度进而达到材料的表面层物质的沸点时，近表面层物质开始蒸发，而掩模基板101的温度基本保持在室温，从而掩膜材料层106很快能自所述掩模基板101 上被去除，由此获得掩模基板101，且掩模基板101表面在激光去膜过程中受到损伤较小。其中，掩膜材料层106的去除速度取决于掩膜材料层的性质、厚度以及所用的激光功率等参数。
可选地，在通过第一激光去除掩膜材料层106的过程中，可以通过扫描探针显微镜（SPM）等装置，在线实时检测空白掩模版（即剩余的掩膜材料层及其暴露出的掩模基板）的表面形貌，表面形貌的检测结果中可以包括当前的表面粗糙度或者表面平整度等信息，也可以包括剩余的掩膜材料层的位置、高度和厚度等信息。从而基于表面形貌的检测结果，调整激光去膜的工艺参数，包括调节照射到掩膜材料层106的表面上的第一激光的波长、功率、聚焦参数（包括焦面大小、焦面与掩模基板表面的夹角大小等）等激光参数，以及调节基于第一激光对空白掩模版表面进行激光扫描的扫描参数（包括扫描路径、扫描速度、扫描步长等），进而基于在线调整的激光去膜工艺参数去除剩余的掩膜材料层106。由此边去膜边调整激光去膜的工艺参数，直至掩模基板101上的掩膜材料层106的去除效果达到目标，由此可以保证掩模基板101上的去膜效果，避免对掩模基板101造成不必要的损伤，同时提高激光去膜效率，也能减轻后续步骤的激光抛光工作，提高后续的激光抛光效率。
应当理解的是，在本实施例中，当掩膜材料层106是多层不同性质的膜层叠而成时，可以根据该膜与掩模基板101 表面的距离及该层膜的材料特性，设置第一激光的参数，不同膜去除时第一激光的至少一个参数不同。例如，随着去膜深度的增大，第一激光的功率越来越低，扫描步长越来越小，由此可以在去膜前期大块去膜，在去膜后期精细化去膜，以提供去膜效率并保护掩模基板101不受损伤。
在子步骤S13中完成激光去膜之后，可以采用二氧化碳激光器等任意合适的激光器产生第二激光，该第二激光以扫描的方式且被聚焦地照射掩模基板101上，从而对掩模基板101的表面进行激光抛光。其中，第二激光被聚焦到掩模基板101的相应位置上时，可以打断该位置的掩模基板101的表层材料中的化学键，或者破坏该位置的掩模基板101的表层材料中的晶格结构，使该位置的掩模基板101的表层材料被去除。也就是说，该激光抛光实际上是对掩模基板101表面的冷抛光，相比于利用激光的热效应而实现的热抛光（即利用激光的热效应对基板上的表层材料进行熔融流动或蒸发等，来实现基板的表面平坦，热抛光过程中温度梯度大，导致基板表面热应力大，易产生裂纹等问题），其给掩模基板101表面带来的热应力很小，可以忽略不计，因此不会造成掩模基板的表面产生裂纹、划痕、微缺陷、残留“鬼影”（ghost image）等缺陷，也不影响周围材料，且容易控制材料的去除量（例如去除厚度），从而最终能够获得表面粗糙度能够达到后续直接制造新的空白掩模版要求的掩模基板101。
可选地，在通过第二激光对掩模基板101进行激光抛光时，可以通过扫描探针显微镜（SPM）等装置，在线实时检测掩模基板101的表面形貌，表面形貌的检测结果中可以包括当前的表面粗糙度或者表面平整度等信息，也可以包括掩模基板101各位置的高度等信息。从而基于表面形貌的检测结果，调整激光抛光的工艺参数，例如调整照射到掩模基板101的表面上的第二激光的波长、功率、聚焦参数（包括焦面大小、焦面与掩模基板表面的夹角大小等）等激光参数，以及调节基于第二激光的扫描参数（包括扫描速度、扫描步长等），由此基于在线调整后的激光抛光工艺参数进一步抛光掩模基板101的表面，消除掩模基板101表面上的凸起和凹陷等。由此边抛光边调整激光抛光工艺参数，直至掩模基板101的表面粗糙度达到要求，由此可以保证掩模基板101的抛光效果，避免对掩模基板101造成不必要的损伤，同时提高激光抛光效率。
在子步骤S13之后，可以再次返回子步骤S11，以再次在掩模基板上沉积新的掩膜材料层，由此循环子步骤S11~S13，直至得到的空白掩模版达到目标。其中，可选地，在检测到空白掩模版的性能未达到目标时，还根据检测结果调整脉冲激光沉积工艺的参数，以在步骤S13中的激光表面处理结束之后且需要再次执行（即返回）步骤S11时，能在步骤S11中基于调整后的参数对激光表面处理后的空白掩模版来执行相应的脉冲激光沉积工艺，由此提高再次执行脉冲激光沉积工艺的效果，使得步骤S11至S13的循环次数尽可能地减少，从而提高制造能够达标的空白掩模版的效率。
进一步地，在所述空白掩模版的性能达到目标后，还可以进一步执行步骤S2，即对空白掩模版的掩膜材料层106进行激光直写。
其中，激光表面处理中使用的第一激光和第二激光可以均来自产生脉冲激光沉积工艺所需的脉冲激光的激光器。在其他实施例中，激光表面处理中使用的第一激光和第二激光两者中的一者与脉冲激光沉积工艺中使用的脉冲激光来自同一激光器，而另一者可以是与脉冲激光沉积工艺中使用的脉冲激光来自不同的激光器，该另一者可以是脉冲激光，其脉冲宽度在微秒级、纳秒级、飞秒级或皮秒级等任意合适级别，该另一者也可以是连续波（CW）激光或准连续波（QCW）激光等。
应当理解的是，本实施例的掩模版的制造方法，可以采用本领域中任意合适的设备机台系统来实现，但是优选地采用本实施例的空掩模版的制造系统来实现。
请参考图7，本实施例提供的掩模版的制造系统，其包括集成在同一工艺机台上的脉冲激光沉积装置200、激光表面处理装置201、检测装置203、系统总控制装置202以及脉冲激光直写装置204。
本实施例的掩模版的制造系统与第一实施例的掩模版的制造系统的区别在于，增设了激光表面处理装置201和检测装置203。
其中，检测装置203用于检测脉冲激光沉积装置200提供的空白掩模版的性能是否达到目标。例如检测装置203可以检测掩膜材料层106或者掩模基板101的厚度、表面平坦度以及空白掩模版的透射率和反射率中的至少一种性能指标是否达到目标。
激光表面处理装置201用于在检测装置203检测到该空白掩模版的性能未达标时，根据检测结果选择相应的激光表面处理方式，对掩模基板101上的膜层表面进行激光表面处理，以修整空白掩模版的掩膜材料层106的表面，或者去除掩模基板101上的掩膜材料层106并修整掩模基板101的表面。其中当掩模基板101上没有掩膜材料层106覆盖时，该激光表面处理是对掩模基板101的表层进行表面处理，当掩模基板101上有掩膜材料层106覆盖时，该激光表面处理是对掩模基板101上的部分厚度或全部厚度的掩膜材料层106进行表面处理。可选地，激光表面处理装置201能够提供的激光表面处理方式包括以下三种方式之一：
第一种方式，采用第一激光进行激光去膜，以去除所述掩模基板上的相应厚度的膜层；
第二种方式，采用不同于所述第一激光的第二激光对所述掩模基板上的膜层表面进行激光抛光；
第三种方式，先采用所述第一激光进行激光去膜，后采用所述第二激光进行激光抛光。
系统总控制装置202用于控制激光表面处理装置201、脉冲激光沉积装置200、脉冲激光直写装置204和检测装置203协调工作，且在检测装置203检测到脉冲激光沉积装置200输出的空白掩模版的性能未达标时，进一步控制掩模基板101（即样品10）在脉冲激光沉积装置200、检测装置203和激光表面处理装置201三处被循环传输和处理，直至空白掩模版的性能达到目标。
可选地，所述系统总控制装置202还用于在所述检测装置203检测到所述空白掩模版的性能未达标时，还调整所述脉冲激光沉积装置200的工艺参数，以使得所述脉冲激光沉积装置200基于调整后的工艺参数执行接下来的所述脉冲激光沉积工艺。
值得注意的是，激光表面处理装置201实施激光去膜工艺或者实施激光抛光工艺所需要的脉冲激光与脉冲激光沉积装置200实施脉冲激光沉积工艺所使用的脉冲激光来自同一激光器。
另外，系统总控制装置202、激光表面处理装置201、脉冲激光沉积装置200、检测装置203和脉冲激光直写装置204中的任意一个装置可以被拆分成多个模块，或者，这些装置中的一个或多个装置的至少部分功能可以与其他装置的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。另外，系统总控制装置202、激光表面处理装置201、脉冲激光沉积装置200、检测装置203和脉冲激光直写装置204中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以以对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。或者，系统总控制装置202、激光表面处理装置201、脉冲激光沉积装置200、检测装置203和脉冲激光直写装置204中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该程序被计算机运行时，可以执行相应模块的功能。
作为一种示例，请参考图8，本实施例的脉冲激光沉积装置200和脉冲激光直写装置204的结构与第一实施例相同，具体地，脉冲激光沉积装置200包括第一聚光机构17、具有透光窗口18的沉积腔室19以及设置在所述沉积腔室19中的载台14和靶材15。脉冲激光直写装置204包括激光直写腔室29及设置沿光路依次布设在激光直写腔室29中的反射镜20、第二扩束机构21、第一合二色棱镜23、第二合二色棱镜24、第二扫描聚焦机构25。脉冲激光直写装置204还包括布设在激光直写腔室29中的照明光源22、第二聚光机构26和探测器27。
本实施例的激光表面处理装置201包括第一扩束机构6、调焦机构7a、第一扫描聚焦机构7b、具有透光窗口9的激光表面处理腔室11。本示例的制造系统除了包括系统总控制装置202、脉冲激光沉积装置200、检测装置203、激光表面处理装置201和脉冲激光直写装置204之外，还包括集成在该工艺机台上且沿光路依次布设的激光器1、快门2、四分之一波片3、起偏器4、第一分束器5、第二分束器16，另外还包括集成在该工艺机台上的第一过渡腔室12、第二过渡腔室50和机械手传送装置12a、50a。
其中，第一分束器5将起偏器4出射的脉冲激光（即来自激光器1）分成两路，一路经第一扩束机构6、调焦机构7a、第一扫描聚焦机构7b、透光窗口9照射到激光表面处理腔室11中的样品10上，另一路经第二分束器16再次分成两路，一路经第一聚光机构17、透光窗口18照射到沉积腔室19中的靶材15上，另一路经反射镜20、第二扩束机构21、第一合二色棱镜23、第二合二色棱镜24、第二扫描聚焦机构25照射到激光直写装置204的腔室29中的承载台28所承载的样品10上。
第一扩束机构6用于主要用于对第一分束器5出射的脉冲激光的光束直径进行扩展，并减小其出射的脉冲激光的光束发射角。与省略第一扩束机构6的情况相比，有第一扩束机构6的情况下，第一分束器5出射的脉冲激光的光束经第一扩束机构6扩束后并照射的样品10上后的光班能量在光班范围内分布更均匀。
本实施例中，激光器1输出的脉冲激光的光束直径和发散角的乘积是光学不变量，近似为一定值。当第一扩束机构6将第一分束器5出射的脉冲激光的光束直径扩大x倍时，第一扩束机构6出射的脉冲激光的发散角相应压缩为原来的1/x。总结而言，在该光路上设置第一扩束机构6，可以降低对该光路上的其他光学元件的要求，且使得聚焦到样品10上的光班能量分布更均匀，进而提高脉冲激光能量利用效果的目的。
可选地，第一扩束机构6可以是电控部件，其可以根据系统总控制装置202的控制指令或调节指令来调节和控制第一扩束机构6的扩束比。
可选地，第一扩束机构6可以是激光扩束准直镜。
调焦机构7a和第一扫描聚焦机构7b可以组成用于控制焦距和焦面等激光参数及实现扫描路径等扫描参数的激光控制机构8。调焦机构7a用于调节入射到激光表面处理腔室11中的样品10表面上的激光的焦距及该激光的焦面与激光表面处理腔室11中的样品10表面之间的夹角。调焦机构7a可以包括场镜，其又称平场聚焦镜、F-theta 透镜，区别于普通球面镜只能在弧面上聚焦，该场镜经过特别设计，使得入射的激光束聚焦出射后，能在激光表面处理腔室11中的样品10表面上聚焦，其入射激光的入射角与其出射激光的位置成线性关系，与第一扫描聚焦机构7b配合使用，可以精确的控制激光在激光表面处理腔室11中的样品10表面上的聚焦位置。调焦机构7a可以包括电控部件，其可以根据系统总控制装置202的控制指令或调节指令，来调节入射到激光表面处理腔室11中的样品10表面上的激光的焦距、焦面等聚焦参数。
第一扫描聚焦机构7b用于利用调焦机构7a出射的激光对激光表面处理腔室11中的样品10进行激光扫描，且扫描速度和扫描步长等扫描参数根据系统总控制装置202的指令设置和调节。可选地，第一扫描聚焦机构7包括振镜，该振镜由两个分别连接摆动电机的反射镜组成。在电脑端设置特定的路径并将运动信号发送到系统总控制装置202，系统总控制装置202通过控制电机来控制反射镜的转动，使激光在激光表面处理腔室11中的样品10的表面按照特定的路径摆动，配合激光表面处理腔室11中用于承载样品10的承载台（未图示）的运动，从而对激光表面处理腔室11中的样品10的表面进行扫描，实现超快激光的串行加工，快速去除激光表面处理腔室11中的样品10上的掩膜材料层或者对去膜后的掩模基板进行抛光。
过渡腔室12设置在激光表面处理腔室11和沉积腔室19之间，用于实现样品10在激光表面处理腔室11前和在沉积腔室19前的排队等待。机械手传送装置12a用于实现掩模基板（即样品10）在激光表面处理腔室11、过渡腔室12和沉积腔室19之间传送。
图8所示的示例可以使得激光表面处理装置201实现激光去膜或激光抛光的一种激光表面处理功能，并利用同一种脉冲激光实现脉冲激光沉积的功能。激光表面处理装置201和脉冲激光沉积装置200集成在同一工艺机台上，且复用激光器1、快门2、四分之一波片3和起偏器4、第一分束器5这些光学元件，能够简化机台结构，有利于缩小机台体积并降低设备成本。且在制造空白掩模版的过程中可以根据检测装置203的检测结果让样品10在激光表面处理腔室11和沉积腔室19之间往复，保证了产品的良率。
作为另一种示例，请参考图9，本示例的制造系统与图8所示的制造系统的区别在于，还进一步包括表面形貌检测单元30，该表面形貌检测单元30安装在激光表面处理腔室11之内，其看做是激光表面处理装置201的一部分，也可以看做是检测装置203中与激光表面处理装置201集成在一起的相应部分。
具体地，该表面形貌检测单元30可以包括扫描探针显微镜(Scanning ProbeMicroscope，SPM)。扫描探针显微镜（SPM）是一类仪器的统称，其主要是扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope, 缩写为STM)和以原子力显微镜（Atomic ForceMicroscope，AFM）为代表的扫描力显微镜(Scanning Force Microscope，SFM)。请参考图9所示，SPM的两个关键部件是探针(Probe)35和扫描管(Scanner),扫描管包括扫描光源33和扫描驱动悬臂34，探针35安装在扫描驱动悬臂34的前端，通过扫描管的移动来控制探针35和激光表面处理腔室11中的样品10间的距离，当探针35和激光表面处理腔室11中的样品10接近到一定程度时，如果有一个足够灵敏且随探针35和激光表面处理腔室11中的样品10之间的距离单调变化的物理量P=P(z),（例如是范德华尔斯力）那么该物理量可以被信号接收器32和信号处理器31组成的反馈系统 (Feedback System，FS)检测到，进而得到激光表面处理腔室11中的样品10的表面位置与对应高度的信息（即得到激光表面处理腔室11中的样品10的表面粗糙度信息），从而描绘出激光表面处理腔室11中的样品10的表面形貌。信号处理器31还将其所得到的表面形貌检测结果反馈给系统总控制装置202，由此系统总控制装置202可以向激光器1、第一扩束机构6、调焦机构7a和第一扫描聚焦机构7b等机构发出相应的指令，以调整激光表面处理的工艺参数。
图9所示的示例在实现图8所示的示例的功能基础上，还进一步实现了根据表面形貌检测单元30的在线检测结果，在线实时调整激光表面处理的工艺参数的功能。
作为又一种示例，请参考图10，本示例的制造系统与图9所示的制造系统的区别在于，还进一步包括激光器41、反射系统和合束机构40。
其中，激光器1和激光器41产生的激光不同。且当激光器41产生的激光作为第一激光并用于激光去膜时，激光器1产生的激光作为第二激光并用于激光抛光。当激光器1产生的激光作为第一激光并用于激光去膜时，激光器41产生的激光作为第二激光并用于激光抛光。且第一激光和第二激光两者中的一者还用于脉冲激光沉积和脉冲激光直写，此时该激光为脉冲激光，其脉冲宽度在微秒级、纳秒级、飞秒级或皮秒级等任意合适级别。第一激光和第二激光两者中的另一者与脉冲激光沉积工艺中使用的脉冲激光来自不同的激光器，该另一者可以是脉冲激光，其脉冲宽度在微秒级、纳秒级、飞秒级或皮秒级等任意合适级别，该另一者也可以是连续波（CW）激光或准连续波（QCW）激光。
可选地，激光器1为飞秒脉冲激光器且产生的脉冲激光作为第二激光用于激光抛光，且激光器1产生的激光还用于脉冲激光沉积。
反射系统可以根据激光器41出射的激光角度以及合束机构40所允许的激光入射角度来合理设置或者被省略。本示例中，反射系统包括反射镜42和43，用于将激光器41出射的激光反射到合束机构40中。
合束机构40分时接收第一分束器5产生的脉冲激光和激光器41产生的脉冲激光，并将所接收的脉冲激光（即第一激光或第二激光）沿同一角度入射至第一扩束机构6中。可选地，合束机构40可以具有电控部件，该电控部件能够根据系统总控制装置202的控制指令或调节指令来控制和调节激光的出射角度。
图10所示的示例在实现图9所示的示例的功能基础上，还进一步实现了激光去膜和激光抛光两种激光表面处理方式的兼容。
此外，还应当理解的是，图8至图10所示的具体结构仅仅只作为一种举例说明，并不表明本实施例的制造系统仅仅具有图中所示的结构，其可以进一步包括相应所需的任意合适的光学或电子元件。例如，请参考图8，在第一扩束机构6和调焦机构7a之间设置反射镜，从而将第一扩束机构6出射的激光以最佳角度输送至调焦机构7a中。还例如，对于图8中的调焦机构7a和第一扫描聚焦机构7b的设置，也可以设置调焦机构7a在后，第一扫描聚焦机构7b在前。而对于图10中的第一扩束机构6和合束机构40的设置，也可以设置第一扩束机构6在前，合束机构40在后。
总结而言，本实施例的掩模版的制造方法及制造系统，能够在脉冲激光沉积之后对空白掩模版进行在线的性能检测，在空白掩模版的性能未达标时，及时对空白掩模版进行激光表面处理，甚至再次的脉冲激光沉积，由此经过脉冲激光沉积（PLD）、检测、激光表面处理（激光去膜或者先激光去膜后激光抛光）这些步骤的循环执行，可以保证最终形成的空白掩模版的性能达到目标，进而对性能达到目标的空白掩模版进行激光直写，可以得到具有图案的掩模版，由此提高了掩模版的制造良率（即降低了掩模版的废品率），从而能够相对降低掩模版的制造成本。
进一步地，在检测到空白掩模版的性能未达标时，还调整脉冲激光沉积工艺的参数，以基于调整后的参数执行后续的脉冲激光沉积，脉冲激光沉积工艺的靶材利用率高，且可以提高掩模版的制造效率。
第三实施例
正如背景技术所述，随着半导体器件集成度的越来越高以及器件特征尺寸的越来越小，半导体器件制备所需的掩模版数量也越来越多，而且随着工艺节点的尺寸减小，掩模版本身的制造成本以及不合格掩模版废弃的成本也在不断增加，从而导致半导体器件的生产成本居高不下。同时，无法继续使用的废弃掩模版的数量也在呈几何数级的增加，废弃掩模版的处理和管理会产生很多费用，高价格掩模版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。
基于此，请参考图11，本实施例提供一种掩模版的制造方法，其可以对待废弃的掩模版进行回收和再利用，从而降低新的掩模版的制造成本。该制造方法包括以下步骤：
S0，提供待废弃的掩模版，并在所述工艺机台上对所述待废弃的掩模版进行激光表面处理，以去除所述待废弃的掩模版的掩模基板上的膜层，得到所述掩模基板；
S1，在所述工艺机台上利用脉冲激光在掩模基板上进行脉冲激光沉积，以在所述掩模基板上形成所需的掩膜材料层，得到空白掩模版；
S2，在所述工艺机台上进一步采用所述脉冲激光对所述掩膜材料层进行激光直写，以在所述掩膜材料层中形成所需图案，得到掩模版。
其中，步骤S1可以进一步包括循环执行以下子步骤：
S11，在所述工艺机台上采用所述脉冲激光，在所述掩模基板上进行脉冲激光沉积，以得到具有相应的掩膜材料层的空白掩模版；
S12，检测所述空白掩模版的性能是否达到目标；
S13，在检测到所述空白掩模版的性能未达标时，根据检测结果选择相应的激光表面处理方式，在所述工艺机台上对所述空白掩模版进行激光表面处理，以修整所述掩膜材料层的表面，或者去除所述掩膜材料层并修整所述掩模基板的表面。
上述的步骤S1和步骤S2与第二实施例相同，在此不再赘述。
在步骤S0中提供的待废弃的掩模版可以是任意需要被废弃的掩模版。这些掩模板废弃的原因可以有以下几种情况：（1）因掩模版被使用多次后性能降低（例如特征尺寸CD值降低等）而无法继续使用，需要进行废弃；（2）对空白掩模版进行图案化以制造具有图案的掩模版时，因各种原因使得制出的具有图案的掩模版不合格而需要废弃；（3）制造的空白掩模版本身因其表面有缺陷需要被废弃；（4）在制造或修复掩模版制作过程中发现制造的光掩模版上有难以修复的图案缺陷，需要将其作为不合格品废弃。
基于此，本实施例中，在步骤S0中提供的待废弃的掩模版可分为以下6种类型：（1）待废弃的掩模版包括掩模基板、位于掩模基板上的无图案的掩膜材料层（包括无图案的至少一层金属膜等）及位于掩膜材料层上的无图案的光刻胶; （2）待废弃的掩模版包括掩模基板、位于掩模基板上的有图案的掩膜材料层（包括有图案的至少一层金属膜等）及位于掩膜材料层上的有图案的光刻胶; （3）待废弃的掩模版包括掩模基板、位于掩模基板上的有图案的掩膜材料层（包括有图案的至少一层金属膜等）;（4）待废弃的掩模版包括掩模基板及位于掩模基板上的无图案的掩膜材料层（包括无图案的相移膜和无图案的至少一层金属膜）及位于掩膜材料层上的无图案的光刻胶;（5）待废弃的掩模版包括掩模基板、位于掩模基板上的有图案的掩膜材料层（包括有图案或无图案的相移膜和有图案的至少一层金属膜）及位于掩膜材料层上的有图案的光刻胶;（6）待废弃的掩模版包括掩模基板、位于掩模基板上的掩膜材料层（包括有图案或无图案的相移膜和有图案的至少一层金属膜）。其中，上述的金属膜可以包括遮光膜及减反射膜等叠层。
作为一种示例，请参考图2所示，在步骤S0中提供的待废弃的掩模版是需要废弃的二元掩模版(Binary Blankmask)，其具体包括自下而上依次层叠的掩模基板101（可以是透明基板）、背减反膜103、遮光膜104和减反膜105。其中，背减反膜103、遮光膜104和减反膜105三层膜为位于掩模基板100上的掩膜材料层，且有背减反膜103、遮光膜104和减反膜105堆叠的区域不透光，无背减反膜103、遮光膜104和减反膜105堆叠的区域透光，从而形成图案。遮光膜104可以包括CrN、CrC及CrCN中的一种，背减反膜103和减反膜105可以包括CrO、CrON及CrCON中的一种。
作为另一种示例，请参考图3所示，在步骤S0中提供的待废弃的掩模版是需要废弃的相移掩模版(Phase Shift Blankmask)，其具体包括自下而上依次层叠的掩模基板101（可以是透明基板）、相移膜102、背减反膜103、遮光膜104和减反膜105。其中，相移膜102、背减反膜103、遮光膜104和减反膜105组成掩膜材料层，且有背减反膜103、遮光膜104和减反膜105堆叠的区域不透光，无背减反膜103、遮光层104和减反膜105堆叠的区域透光，从而形成图案。相移膜102的材料可以包括Cr的化合物（例如铬氧化物、铬氮化物或铬氧氮化物等）、MoSi、MoSi化合物（例如MoSiON、MoSiCON、MoSiN、MoSiCN或MoSiCO等）中的至少一种。
总结而言，无论步骤S0中提供何种掩模版作为待废弃的掩模版，其整体上的结构均包括掩模基板和位于掩模基板上的掩膜材料层，该掩模基板包括石英基板、碱石灰基板和硼硅酸盐基板中的任意一种。步骤S0需要将位于掩模基板上的掩膜材料层去除，并保证回收得到的掩模基板的顶面平坦度（或者说表面粗糙度）能够达到用于制造新的空白掩模版的要求。
应当理解的是，在步骤S0中可以采用任意合适的激光表面处理方式来将待废弃的掩模版的掩模基板上的所有膜层去除，并使得回收的掩模基板的顶面性能达到用于制造新的空白掩模版的要求。
作为一种示例，在步骤S0中所使用的激光表面处理方式选自子步骤S13中能够使用的激光表面处理方式。
具体地，请结合图11和图12所示，在步骤S0中，先采用第一激光对待废弃的掩模版进行激光去膜，以去除其掩模基板上的掩膜材料层，之后采用第二激光对掩模基板的表面进行激光抛光，使掩模基板的表面粗糙度达到制造新的空白掩模版的要求。可选地，在步骤S0中，采用子步骤S12的方式，在对待废弃的掩模版进行激光去膜的过程，在线实时对待废弃的掩模版进行表面形貌检测，从而根据该检测结果在线实时调整对掩模基板的表面进行激光去膜的工艺参数（例如调整第一激光的波长、功率、扫描路径、焦距、焦面等等）。进一步可选地，在步骤S0中，在对掩模基板进行激光抛光的过程，在线实时对掩模基板进行表面形貌检测，从而根据该检测结果在线实时调整对掩模基板的表面进行激光抛光的工艺参数（例如调整第一激光的波长、功率、扫描路径、焦距、焦面等等）。
由此，在步骤S0中根据需要依次执行激光去膜、表面形貌检测和激光抛光等过程并循环这些过程后，可以保证回收的掩模基板可以直接应用于新的空白掩模版的制造，缩短制造周期，降低空白掩模版的制造成本。
在步骤S0提供达到要求的掩模基板后，先执行步骤S1（即循环执行步骤S11~S13），进而基于回收得到的掩模基板制造出性能符合要求的新的空白掩模版，继而再执行步骤S2，对空白掩模版进行激光直写。
进一步地，步骤S0中对待废弃的掩模版进行激光表面处理的方式，与子步骤S13中对未达标的新的空白掩模版进行激光表面处理的方式相同。但是步骤S0和子步骤S13中的激光表面处理的膜层深度可以不同。
还应当理解的是，步骤S0和子步骤S13中的激光去膜和激光抛光工艺与第二实施例中的激光去膜和激光抛光工艺均基本相同，因此在此不再详述。
同样地，在子步骤S12中一旦检测到新的空白掩模版的性能未达标，该未达标的新的空白掩模版就可以被视作是待废弃的掩模版，进而可以从步骤S0中的激光表面处理选择全部的流程或者部分流程来作为子步骤S13，以按照所选的流程（即循环执行步骤S11~步骤S13）对未达标的新的空白掩模版进行返工或修复，直至新的空白掩模版的性能达标。
也可以说，本实施例的制造方法相比第二实施例，由于开始时提供的是待废弃的掩模版，因此从子步骤S13开始整个工艺过程，即在首次脉冲激光沉积之前先执行一次子步骤S13（即步骤S0），将待废弃的掩模版处理为能够用于新的空白掩模版制造的掩模基板，之后就可以循环执行子步骤S11~S13直至制造的空白掩模版的性能达到目标，由此降低新的空白掩模版的制造成本，且保证其制造良率，进而降低了具有所需图案的掩模版的制造成本，保证了具有所需图案的掩模版的制造良率。
此外，用于实现本实施例的掩模版的制造方法的制造系统可以与第二实施例中的掩模版的制造系统相同，在此不再赘述。
总结而言，本实施例的掩模版的制造方法，由于是对待废弃的掩模版的回收再利用，因此相比第二实施例的方案，能够进一步降低空白掩模版的制造成本。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (17)
1.一种掩模版的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在一工艺机台上利用脉冲激光在掩模基板上进行脉冲激光沉积，以在所述掩模基板上形成所需的掩膜材料层，得到空白掩模版；
S2，在所述工艺机台上进一步采用所述脉冲激光对所述掩膜材料层进行激光直写，且所述脉冲激光在激光直写工艺中的脉冲宽度为微秒级、纳秒级、飞秒级或皮秒级，以在所述掩膜材料层中形成所需图案，得到掩模版；
其中，所述步骤S1包括循环执行以下子步骤：
S11，在所述工艺机台上采用所述脉冲激光，在所述掩模基板上进行脉冲激光沉积，以得到具有相应的掩膜材料层的空白掩模版；
S12，检测所述空白掩模版的性能是否达到目标；
S13，在检测到所述空白掩模版的性能未达标时，根据检测结果选择相应的激光表面处理方式，在所述工艺机台上对所述空白掩模版进行激光表面处理，以修整所述掩膜材料层的表面，或者去除所述掩膜材料层并修整所述掩模基板的表面；
其中，对所述空白掩模版进行激光表面处理包括以下三种方式之一：
第一种方式，采用第一激光进行激光去膜，以去除所述掩模基板上的相应厚度的膜层；
第二种方式，采用不同于所述第一激光的第二激光对所述掩模基板上的膜层表面进行激光抛光；
第三种方式，先采用所述第一激光进行激光去膜，后采用所述第二激光进行激光抛光；
且所述第一激光或所述第二激光为所述脉冲激光。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在执行步骤S1之前，还包括步骤S0，提供待废弃的掩模版，并在所述工艺机台上对所述待废弃的掩模版进行激光表面处理，以去除所述待废弃的掩模版的掩模基板上的膜层，得到所述掩模基板。
3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，对所述待废弃的掩模版进行激光表面处理的方式包括以下三种方式之一：
第一种方式，采用所述第一激光进行激光去膜，以去除所述掩模基板上的相应厚度的膜层；
第二种方式，采用所述第二激光对所述掩模基板上的膜层表面进行激光抛光；
第三种方式，先采用所述第一激光进行激光去膜，后采用所述第二激光进行激光抛光。
4.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，在所述进行激光表面处理的过程中，在所述工艺机台上在线对所述掩模基板上的膜层表面进行形貌检测，并根据表面形貌检测的结果在线调整所述激光表面处理的过程中的工艺参数。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤S12中，检测所述空白掩模版基本结构的性能是否达到目标包括：检测所述掩膜材料层的厚度、表面平坦度以及所述空白掩模版的透射率和反射率中的至少一种性能指标是否达到目标。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤S12中检测到所述空白掩模版的性能未达标时，还调整脉冲激光沉积的工艺参数，以在步骤S13中的激光表面处理结束之后且需要再次执行步骤S11时，能在步骤S11中基于调整后的参数对激光表面处理后的空白掩模版执行相应的脉冲激光沉积工艺。
7.一种掩模版的制造系统，其特征在于，包括集成在同一工艺机台上的：
脉冲激光沉积装置，用于利用所述工艺机台上的脉冲激光，在掩模基板上进行脉冲激光沉积，以在所述掩模基板上形成所需的掩膜材料层，得到空白掩模版；
脉冲激光直写装置，用于在所述工艺机台上进一步采用所述脉冲激光，对所述掩膜材料层进行激光直写，且所述脉冲激光在激光直写工艺中的脉冲宽度为微秒级、纳秒级、飞秒级或皮秒级，以在所述掩膜材料层中形成所需图案，得到掩模版；
检测装置，用于检测所述空白掩模版的性能是否达到目标；
激光表面处理装置，用于在所述工艺机台上对所述空白掩模版进行激光表面处理，以修整所述掩膜材料层的表面，或者去除所述掩膜材料层并修整所述掩模基板的表面；
系统总控制装置，耦接所述脉冲激光沉积装置、所述脉冲激光直写装置、所述激光表面处理装置和所述检测装置，用于控制所述脉冲激光沉积装置和所述脉冲激光直写装置协调工作，还用于在所述检测装置检测到所述空白掩模版的性能未达标时，控制所述脉冲激光沉积装置、所述检测装置和所述激光表面处理装置协调工作，使所述掩模基板在所述脉冲激光沉积装置、所述检测装置和所述激光表面处理装置中循环，直至所述空白掩模版的性能达到目标；
其中，所述激光表面处理装置对所述空白掩模版进行激光表面处理包括以下三种方式之一：
第一种方式，采用第一激光进行激光去膜，以去除所述掩模基板上的相应厚度的膜层；
第二种方式，采用不同于所述第一激光的第二激光对所述掩模基板上的膜层表面进行激光抛光；
第三种方式，先采用所述第一激光进行激光去膜，后采用所述第二激光进行激光抛光；
且所述第一激光或所述第二激光为所述脉冲激光。
8.如权利要求7所述的制造系统，其特征在于，所述激光表面处理装置还用于在初始时，在所述工艺机台上利用所述脉冲激光或者另一激光对待废弃的掩模版进行激光表面处理，以去除所述待废弃的掩模版的掩模基板上的膜层，得到所述脉冲激光沉积装置中所需的掩模基板。
9.如权利要求8所述的制造系统，其特征在于，所述激光表面处理装置对待废弃的掩模版进行激光表面处理包括以下三种方式之一：
第一种方式，采用所述第一激光进行激光去膜，以去除所述掩模基板上的相应厚度的膜层；
第二种方式，采用所述第二激光对所述掩模基板上的膜层表面进行激光抛光；
第三种方式，先采用所述第一激光进行激光去膜，后采用所述第二激光进行激光抛光。
10.如权利要求9所述的制造系统，其特征在于，所述第一激光或所述第二激光通过沿光路依次布设的快门、四分之一波片和起偏器、第一分束器、第二分束器分别传送到所述激光表面处理装置、所述脉冲激光沉积装置和所述脉冲激光直写装置。
11.如权利要求9所述的制造系统，其特征在于，所述激光表面处理装置包括第一扩束机构、调焦机构和第一扫描聚焦机构；所述第一扩束机构用于将所接收的第一激光或第二激光的光束光班增大后输出；所述调焦机构用于对所述第一扩束机构出射的激光进行调焦；所述第一扫描聚焦机构用于控制所述调焦机构出射的激光聚焦地入射到去膜腔室中的掩模基板表面上或掩模基板上的膜层表面上，实现对所述掩模基板的激光扫描。
12.如权利要求11所述的制造系统，其特征在于，还包括第一激光器、第二激光器和合束机构，所述第一激光器用于提供所述第一激光，所述第二激光器用于提供所述第二激光，所述合束机构用于分时接收所述第一激光和所述第二激光，并将所接收的激光沿同一角度出射至所述第一扩束机构。
13.如权利要求7所述的制造系统，其特征在于，所述检测装置用于检测所述掩膜材料层的厚度、表面平坦度以及所述空白掩模版的透射率和反射率中的至少一种性能指标是否达到目标。
14.如权利要求7所述的制造系统，其特征在于，还包括第一过渡腔室、机械手传送装置和第二过渡腔室，所述第一过渡腔室设置在所述激光表面处理装置的腔室和所述脉冲激光沉积装置的沉积腔室之间，所述第二过渡腔室设置在所述沉积腔室和所述激光直写装置的腔室之间，所述机械手传送装置用于实现掩模基板在所述激光表面处理装置的腔室、所述第一过渡腔室、所述沉积腔室、所述第二过渡腔室和所述激光直写装置的腔室之间传送。
15.如权利要求7所述的制造系统，其特征在于，所述脉冲激光沉积装置包括第一聚光机构、沉积腔室以及设置在所述沉积腔室中的载台和靶材，所述第一聚光机构用于将相应的激光会聚地入射到所述靶材上，所述载台用于承载掩模基板。
16.如权利要求7所述的制造系统，其特征在于，所述脉冲激光直写装置包括沿光路依次布设的反射镜、第二扩束机构、第一合二色棱镜、第二合二色棱镜、第二扫描聚焦机构。
17.如权利要求16所述的制造系统，其特征在于，所述脉冲激光直写装置还包括照明光源、第二聚光机构和探测器，所述照明光源用于向所述第一合二色棱镜提供照明光，第二聚光机构用于将所述第二合二色棱镜处的一部分激光会聚到探测器中。
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