CN117270339B - 一种绝缘衬底上高精度电子束套刻标记及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种绝缘衬底上高精度电子束套刻标记及制备方法，该制备方法包括：提供绝缘衬底，绝缘衬底上设置有抗蚀剂层和导电胶层；采用电子束曝光法图形化抗蚀剂层和导电层形成第一开口；于第一开口中形成标记金属层，并去除导电胶层和抗蚀剂层；于绝缘衬底上形成光刻胶层，采用光学曝光法图形化光刻胶层以形成第二开口，第二开口显露标记金属层；于第二开口中形成覆盖金属层，覆盖金属层覆盖标记金属层。本发明中覆盖金属层遮蔽了标记金属层图形区域下的绝缘衬底，避免电子束套刻时标记识别和定位过程中的电荷累积效应，同时标记扫描时两种金属具有明显的电子衬底，充分保证了标记图形可以进行精确的识别和定位，从而实现高精度电子束套刻工艺。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种绝缘衬底上高精度电子束套刻标记及制备方法。
背景技术
光刻在微纳加工技术中占据着举足轻重的地位，由于半导体行业所用的步进或扫描投影光刻机价格昂贵，且受限于掩模版制备的限制，对于新型器件研发和制造而言成本巨大，而无掩模激光直写的极限分辨率有限，又无法胜任纳米尺度的器件加工，因此，电子束曝光由于其分辨率高、精度高、无需掩模等优势，已成为研究和小批量制造的最佳选择，被广泛应用于微电子、光学、凝聚态物理、量子信息等领域。
当前，许多微纳器件均采用绝缘衬底，例如，基于铌酸锂衬底的集成光学波导器件、声表面波器件，基于氧化镁单晶衬底的超导器件等，因此绝缘衬底上电子束曝光工艺是当前微纳加工技术的研究热点之一。电子束曝光工艺虽然可适配绝缘衬底，但大部分是限于直写曝光应用情形，对于绝缘衬底上套刻工艺的运用仍存在诸多限制。在进行电子束套刻时，首先需要进行标记识别，然而电子束在扫描套刻标识过程中电荷累积会引起标记图形失真、标识位置偏移等问题，导致套刻精度低，甚至无法有效进行套刻，由此可见，实现绝缘衬底上高精度电子束套刻的关键，除了要制备出高精度套刻标记图形外，还需要在后续套刻工艺中保证电子束能够对套刻标记进行精确的识别和定位。当前，第一种方法是采用导电胶或导电薄层等方法来克服绝缘衬底上套刻标记扫描时的电荷积累效应，由于导电胶是利用掺入的少量金属微粒实现胶体导电，只能消除μC/pC量级的电荷累积，但套刻标识的识别则是采用大束流、长时间的电子束扫描，导电胶对于标记扫描过程中严重的电荷累积效应的消除能力有限，因此即使采用导电胶辅助，仍然存在套刻标记扫描失真问题，特别是电荷累积引起电子束扫描标记位置的漂移，最终导致套刻误差变大，甚至无法进行有效套刻；第二种方法是通过在绝缘衬底上先沉积一层导电层，例如金、铂、铜等金属或者碳、石墨烯、ITO等其他导电材料，在此导电层上面进行标记制备和后续套刻工艺，但是这种增加导电层的方法一方面会增加器件工艺复杂程度，另一方面某些器件结构不允许在其表面引入导电层，无法运用该方法。
因此，如何提供一种绝缘衬底上高精度电子束套刻标记及制备方法，以提高在绝缘衬底上进行电子束套刻工艺时套刻标记的扫描精度及定位精度，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
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绝缘衬底上高精度电子束套刻标记及制备方法，用于解决现有技术中电子束套刻时套刻标记扫描失真、位置偏移的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法，包括以下步骤：
提供一绝缘衬底，所述绝缘衬底上设置有自下而上层叠的抗蚀剂层和导电胶层；
采用电子束曝光法图形化所述抗蚀剂层和所述导电胶层以形成第一开口，所述第一开口贯穿所述导电胶层和所述抗蚀剂层显露所述绝缘衬底，所述第一开口定义出电子束套刻标记的位置；
于所述第一开口中形成标记金属层，并去除所述导电胶层和所述抗蚀剂层；
于所述绝缘衬底上形成光刻胶层，所述光刻胶层覆盖所述标记金属层，并采用光学曝光法图形化所述光刻胶层以形成第二开口，所述第二开口的横截面积大于所述第一开口的横截面积，所述第二开口显露所述标记金属层；
于所述第二开口中形成覆盖金属层，所述覆盖金属层覆盖所述标记金属层，所述覆盖金属层与所述标记金属层的材质不同。
可选地，所述标记金属层的材质为Au、Ag或Pt，所述覆盖金属层的材质为Ti、Cr、Cu或Al。
可选地，所述覆盖金属层的厚度小于所述标记金属层的厚度。
可选地，所述标记金属层呈“十”字型。
可选地，形成所述覆盖金属层后，还包括去除所述光刻胶层的步骤。
本发明还提供一种绝缘衬底上高精度电子束套刻标记，所述绝缘衬底上高精度电子束套刻标记由上述任一项所述的制备方法制备得到，包括：
绝缘衬底；
标记金属层，位于所述绝缘衬底的上表面；
覆盖金属层，位于所述绝缘衬底的上表面，所述覆盖金属层覆盖所述标记金属层，其中，所述覆盖金属层与所述标记金属层的材质不同。
可选地，所述标记金属层的材质为Au、Ag或Pt，所述覆盖金属层的材质为Ti、Cr、Cu或Al。
可选地，所述覆盖金属层的厚度小于所述标记金属层的厚度。
可选地，所述标记金属层呈“十”字型。
如上所述，本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记及制备方法中，由于覆盖金属层遮蔽了标记金属层图形区域下的绝缘衬底，有效地避免了电子束套刻时标记识别和定位过程中的电荷累积效应，同时标记金属层和覆盖金属层采用不同金属材料，标记扫描时两种金属具有明显的电子衬底，具有高的信噪比，充分保证了标记图形可以进行精确的识别和定位，从而实现高精度电子束套刻工艺；另外，仅在标记金属层的图形区域形成覆盖金属层，不影响其他区域内的工艺设计和器件结构。
附图说明
图1显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法流程图。
图2显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法中提供绝缘衬底，于绝缘衬底上设置抗蚀剂层和导电胶层的示意图。
图3显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法中形成第一开口的示意图。
图4显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法中形成标记金属层并去除导电胶层的示意图。
图5显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法中去除抗蚀剂层的示意图。
图6显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法中去除抗蚀剂层后的绝缘衬底的俯视图。
图7显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法中形成光刻胶层的示意图。
图8显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法中形成第二开口的示意图。
图9显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法中形成覆盖金属层的示意图。
图10显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法中去除光刻胶层的示意图。
图11显示为本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法中去除光刻胶层后的绝缘衬底的俯视图。
图12显示为仅设置Au金属层时电子束扫描标记的电镜图片。
图13显示为设置Ti金属层覆盖Au金属层时电子束扫描标记的电镜图片。
元件标号说明：1-绝缘衬底，2-抗蚀剂层，3-导电胶层，4-第一开口，5-标记金属层，6-光刻胶层，7-第二开口，8-覆盖金属层，S1~S5-步骤。
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。
请参阅图1至图13。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，遂图式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。
本实施例提供一种绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法，请参阅图1，显示为该方法的工艺流程图，包括以下步骤：
S1：提供一绝缘衬底，所述绝缘衬底上设置有自下而上层叠的抗蚀剂层和导电胶层；
S2：采用电子束曝光法图形化所述抗蚀剂层和所述导电胶层以形成第一开口，所述第一开口贯穿所述导电胶层和所述抗蚀剂层显露所述绝缘衬底，所述第一开口定义出电子束套刻标记的位置；
S3：于所述第一开口中形成标记金属层，并去除所述导电胶层和所述抗蚀剂层；
S4：于所述绝缘衬底上形成光刻胶层，所述光刻胶层覆盖所述标记金属层，并采用光学曝光法图形化所述光刻胶层以形成第二开口，所述第二开口的横截面积大于所述第一开口的横截面积，所述第二开口显露所述标记金属层；
S5：于所述第二开口中形成覆盖金属层，所述覆盖金属层覆盖所述标记金属层，所述覆盖金属层与所述标记金属层的材质不同。
首先，请参阅图2，执行步骤S1：提供一绝缘衬底1，所述绝缘衬底1上设置有自下而上层叠的抗蚀剂层2和导电胶层3。
作为示例，根据所要形成的器件，所述绝缘衬底1可以是任意合适的绝缘层；例如，若要形成光学波导器件或声表面波器件，所述绝缘衬底1可以采用铌酸锂衬底，若要形成超导器件，所述绝缘衬底1可以采用氧化镁单晶衬底。
作为示例，所述抗蚀剂层2的上方形成有导电胶层3，所述导电胶层3能够避免后续电子束曝光时电荷聚集。
接着，请参阅图3，执行步骤S2：采用电子束曝光法图形化所述抗蚀剂层2和所述导电胶层3以形成第一开口4，所述第一开口4贯穿所述导电胶层3和所述抗蚀剂层2显露所述绝缘衬底1，所述第一开口4定义出电子束套刻标记的位置。
作为示例，实现高精度套刻的基本条件之一是高精度的套刻标记，采用光学曝光的方法（如接触式紫外曝光、激光直写、i线步进投影曝光等）制备的套刻标记的边缘粗糙度、定位误差等无法与电子束曝光制备的标记相比，因此本发明采用电子束曝光后并显影，形成所述第一开口4，以使得后续形成的标记金属层5（见后续图4）能够保持图形和位置的高精度。
作为示例，由于所述抗蚀剂层2的上方形成有所述导电胶层3，形成所述第一开口4时不涉及对标记的大束流和长时间的电子束扫描，可利用所述导电胶层3消除电子束曝光时的电荷累积效应。
接着，请参阅图4至图5，执行步骤S3：于所述第一开口4中形成标记金属层5，并去除所述导电胶层3和所述抗蚀剂层2。
作为示例，如图4所示，采用物理气相沉积法于所述第一开口4形成所述标记金属层5，所述标记金属层5用于电子束套刻的标记，所述标记金属层5的材质包括Au、Ag或Pt。具体地，形成所述标记金属层5的方法包括但不限于热蒸发法、电子束蒸发法或磁控溅射法等。形成所述标记金属层5后，采用剥离法或其它合适的方法去除所述导电胶层3。
作为示例，如图5所示，利用去胶剂进行剥离（lift-off）去除所述抗蚀剂层2，获得带有标记金属层5的绝缘衬底1。
作为示例，请参阅图6，显示为去除抗蚀剂层2后的绝缘衬底1的俯视图，通常，套刻标记为“十”字型结构，因此设计本发明中的所述标记金属层5呈“十”字型，即电子束曝光形成“十”字型的所述第一开口4，然后于所述第一开口4中形成“十”字型的所述标记金属层5；当然，在其他示例中，也可以根据需求设计不同形状的标记金属层，不以本实施例为限制。
接着，请参阅图7至图8，执行步骤S4：于所述绝缘衬底1上形成光刻胶层6，所述光刻胶层6覆盖所述标记金属层5，并采用光学曝光法图形化所述光刻胶层6以形成第二开口7，所述第二开口7的横截面积大于所述第一开口4的横截面积，所述第二开口7显露所述标记金属层5。
作为示例，如图7所示，在涂胶机上将所述光刻胶层6均匀的涂敷在所述绝缘衬底1上，所述光刻胶层6覆盖所述标记金属层。
作为示例，如图8所示，利用光学曝光机（包括接触式紫外曝光机、激光直写机、i线步进投影曝光机等）进行套刻，对所述标记金属层5区域进行曝光并显影，以形成所述第二开口7；假若采用电子束曝光的方式套刻形成所述第二开口7，套刻时由于电子束对标记扫描采用大束流、长时间的扫描方式，扫描时的电荷累积效应很难通过导电胶消除，会导致标记位移漂移或无法识别，因此本发明采用光刻曝光的方式套刻形成所述第二开口7，避免了电子束套刻所面临的标记位置漂移或无法识别等问题，使得所述第二开口7能够较好的显露所述标记金属层5。
接着，请参阅图9，执行步骤S5：于所述第二开口7中形成覆盖金属层8，所述覆盖金属层8覆盖所述标记金属层5。
作为示例，采用物理气相沉积法于所述第二开口7中形成所述覆盖金属层8，所述覆盖金属层8的材质包括Ti、Cr、Cu或Al；具体地，形成所述覆盖金属层8的方法包括但不限于热蒸发法、电子束蒸发法或磁控溅射法等。由于光学曝光的方式套刻形成的所述第二开口7能够较好的显露所述标记金属层5，使得所述覆盖金属层8能够准确地覆盖所述标记金属层5。
作为示例，请参阅图10，形成所述覆盖金属层8后，采用去胶剂进行剥离（lift-off）去除所述光刻胶层6，获得适用于绝缘衬底上高精度电子束套刻工艺的标记；请参阅图11，显示为去除光刻胶层6后的绝缘衬底1的俯视图，所述覆盖金属层8覆盖所述标记金属层5的图形区域。由于所述覆盖金属层8遮蔽了所述标记金属层5图形区域下的所述绝缘衬底1，有效地避免了电子束套刻时标记识别和定位过程中的电荷累积效应，同时所述标记金属层5和所述覆盖金属层8采用不同金属材料，标记扫描时两种金属具有明显的电子衬底，具有高的信噪比，充分保证了标记图形可以进行精确的识别和定位，从而实现高精度电子束套刻工艺；另外，仅在所述标记金属层5的图形区域形成所述覆盖金属层8，不影响其他区域内的工艺设计和器件结构。
作为示例，所述覆盖金属层8的厚度小于所述标记金属层5的厚度，以避免所述覆盖金属层8厚度太厚使得标记识别时不能够较精准的识别出所述标记金属层5。
至此，制得一种绝缘衬底上高精度电子束套刻标记，请参阅图10和图11，所述绝缘衬底上高精度电子束套刻标记包括绝缘衬底1、标记金属层5和覆盖金属层8，所述标记金属层5位于所述绝缘衬底1的上表面，所述覆盖金属层8位于所述绝缘衬底1的上表面，所述覆盖金属层8覆盖所述标记金属层5，其中，所述覆盖金属层8与所述标记金属层5的材质不同。
作为示例，所述标记金属层5的材质包括Au、Ag或Pt，所述覆盖金属层8的材质包括Ti、Cr、Cu或Al。
作为示例，所述标记金属层5呈“十”字型。
作为示例，所述覆盖金属层8的厚度小于所述标记金属层5的厚度。
作为示例，请参阅图12，显示为仅设置Au金属层时电子束扫描标记的电镜图片，Au金属层作为标记金属层5，由于标记金属层5图形区域的绝缘衬底1直接显露，在电子束扫描时容易产生电荷积累，会导致标记偏移或失真；请参阅图13，显示为设置Ti金属层覆盖Au金属层时电子束扫描标记的电镜图片，Ti金属层作为覆盖金属层8，Au金属层作为标记金属层5，由于标记金属层5图形区域的绝缘衬底1被覆盖金属层8遮蔽，能够避免电子束扫描时的电荷积累，且标记金属层5和覆盖金属层8的材质不同，能够提高电子束扫描时的信噪比，保证标记图形可以进行精确的识别和定位。
综上所述，本发明的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记及制备方法中，由于覆盖金属层遮蔽了标记金属层图形区域下的绝缘衬底，有效地避免了电子束套刻时标记识别和定位过程中的电荷累积效应，同时标记金属层和覆盖金属层采用不同金属材料，标记扫描时两种金属具有明显的电子衬底，具有高的信噪比，充分保证了标记图形可以进行精确的识别和定位，从而实现高精度电子束套刻工艺；另外，仅在标记金属层的图形区域形成覆盖金属层，不影响其他区域内的工艺设计和器件结构。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 (6)
1.一种绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一绝缘衬底，所述绝缘衬底上设置有自下而上层叠的抗蚀剂层和导电胶层；
采用电子束曝光法图形化所述抗蚀剂层和所述导电胶层以形成第一开口，所述第一开口贯穿所述导电胶层和所述抗蚀剂层显露所述绝缘衬底，所述第一开口定义出电子束套刻标记的位置；
于所述第一开口中形成标记金属层，并去除所述导电胶层和所述抗蚀剂层；
于所述绝缘衬底上形成光刻胶层，所述光刻胶层覆盖所述标记金属层，并采用光学曝光法图形化所述光刻胶层以形成第二开口，所述第二开口的横截面积大于所述第一开口的横截面积，所述第二开口显露所述标记金属层；
于所述第二开口中形成覆盖金属层，所述覆盖金属层覆盖所述标记金属层，所述覆盖金属层与所述标记金属层的材质不同。
2.根据权利要求1所述的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法，其特征在于：所述标记金属层的材质为Au、Ag或Pt，所述覆盖金属层的材质为Ti、Cr、Cu或Al。
3.根据权利要求1所述的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法，其特征在于：所述覆盖金属层的厚度小于所述标记金属层的厚度。
4.根据权利要求1所述的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法，其特征在于：所述标记金属层呈“十”字型。
5.根据权利要求1所述的绝缘衬底上高精度电子束套刻标记的制备方法，其特征在于：形成所述覆盖金属层后，还包括去除所述光刻胶层的步骤。
6.一种绝缘衬底上高精度电子束套刻标记，所述绝缘衬底上高精度电子束套刻标记由权利要求1-5中任一项所述的制备方法制备得到，其特征在于，包括：
绝缘衬底；
标记金属层，位于所述绝缘衬底的上表面；
覆盖金属层，位于所述绝缘衬底的上表面，所述覆盖金属层覆盖所述标记金属层，其中，所述覆盖金属层与所述标记金属层的材质不同。
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