專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于200nm以下線(xiàn)寬超衍射光刻的硅掩模及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于200nm以下線(xiàn)寬超衍射光刻的硅掩 模及其制作方法。
背景技術(shù)：
為滿(mǎn)足集成電路對(duì)更小線(xiàn)寬的不斷追求，各種新型的納米加工技術(shù)被不斷的探索 與研究。相比商業(yè)光刻設(shè)備(如193nm浸沒(méi)光刻設(shè)備)，以近場(chǎng)光刻、表面等離子體超分辨 成像光刻為代表的超衍射光刻技術(shù)具有低成本、高效率和高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，因而受到人們 的廣泛關(guān)注。 超衍射光刻技術(shù)中存在的技術(shù)困難之一為掩模圖形加工問(wèn)題。這是由于超衍射光
刻掩模圖形與光刻膠圖形大多是i : i的成像關(guān)系，而傳統(tǒng)投影光刻掩模一般為4 : i成
像關(guān)系。因此加工同樣線(xiàn)寬(如100nm)的光刻圖形，超衍射光刻掩模線(xiàn)寬比投影光刻掩模 小4倍。因此，超衍射光刻掩模圖形的加工難度大、成本高。對(duì)于200nm以下線(xiàn)寬的掩模圖 形，現(xiàn)有的掩模加工手段電子束直寫(xiě)技術(shù)的工藝步驟多(涉及到感光膠涂膠、烘配、顯影、 后烘、鍍膜、去膠等多個(gè)工藝)，工藝復(fù)雜，成品率低，成本高。現(xiàn)有掩模普遍采用鉻膜作為掩 模圖形層。聚焦離子束是一種靈活、高效的金屬膜層納米圖形加工手段，其分辨力能夠滿(mǎn)足 20nm以上線(xiàn)寬的圖形加工。但由于采用聚焦離子束物理轟擊金屬膜層的辦法，其加工深度 隨著線(xiàn)寬減小而迅速降低。對(duì)于200nm以下線(xiàn)寬，其加工金屬層的圖形深度普遍在50nm以 下。而對(duì)于50nm以下線(xiàn)寬，其加工深度一般只有30nm以下。如此薄的金屬層難以保證對(duì) 紫外光有效阻擋，無(wú)法制備滿(mǎn)足實(shí)際需求的掩模圖形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有200nm以下線(xiàn)寬的超衍射光刻掩模加工技 術(shù)中難以解決的圖形層深度問(wèn)題，提供一種用于200nm以下線(xiàn)寬超衍射光刻的硅掩模及其 制作方法，該掩模和加工方法具有高分辨率和圖形層深度大的優(yōu)點(diǎn)，可以滿(mǎn)足200nm以下 線(xiàn)寬的超衍射光刻應(yīng)用需求。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種用于200nm以下線(xiàn)寬超衍射光
刻的硅掩模，其特點(diǎn)在于包括紫外光透明基片和其上加工有圖形的硅膜，所述硅膜的厚度
為50nm 100nm，所述硅膜對(duì)波長(zhǎng)在200nm-450nm范圍內(nèi)的深紫外和紫外光波段透過(guò)率在
5%以?xún)?nèi)。所述紫外光透明基片為石英或氟化鈣紫外透明材料。 制作上述的用于200nm以下線(xiàn)寬超衍射光刻的硅掩模，步驟如下 (1)選擇石英或氟化鈣等材料制作紫外光透明基片； (2)利用濺射或蒸鍍方法在紫外光透明基片一面上加工厚度50nm 100nm的硅 膜，使硅膜對(duì)波長(zhǎng)在200nm-450nm范圍內(nèi)的深紫外或紫外光波段透過(guò)率在5%以?xún)?nèi)；
(3)利用濺射或蒸鍍方法在所述硅膜表面加工一層厚度為10nm 30nm的鉻膜；
3
(4)利用聚焦離子束在所述鉻膜上加工所需的線(xiàn)寬200nm以下的納米掩模圖形；
(5)以刻有納米掩模圖形的鉻膜為遮蔽層，通過(guò)反應(yīng)離子束刻蝕硅膜，使鉻膜上的 掩模圖形轉(zhuǎn)移至硅膜上； (6)用去鉻液腐蝕掉硅膜上殘留的鉻膜，得到圖形層深度在50nm lOOnm的實(shí)用
硅掩模。 所述步驟(4)中聚焦離子束加工的圖形深度應(yīng)當(dāng)大于等于鉻膜的厚度。 所述步驟(5)中反應(yīng)離子束刻蝕中的刻蝕氣體包括六氟化硫或三氟甲烷。 所述步驟(5)中刻蝕后的圖形層深度應(yīng)當(dāng)?shù)扔诠枘づc鉻膜厚度之和，其誤差不大
于5%。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的鉻掩模相比，本發(fā)明中聚焦離子 束無(wú)需加工厚度大的鉻膜或者其它金屬膜層，而只需對(duì)鉻/硅雙層膜結(jié)構(gòu)中的薄鉻層進(jìn)行 加工，降低了聚焦離子束的加工難度，保證了掩模圖形的加工線(xiàn)寬質(zhì)量；采用后續(xù)刻蝕工 藝，可將鉻膜圖形傳遞至厚度大的硅膜上，這樣的硅掩模具有線(xiàn)寬小、圖形層深度大、對(duì)紫 外光阻擋好的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)加工方法步驟簡(jiǎn)單，鍍膜、聚焦離子束加工、刻蝕等工藝穩(wěn)定性和 可靠性好，不涉及電子束直寫(xiě)技術(shù)中需要光刻膠涂膠、烘焙、曝光、顯影、后烘等多個(gè)工藝步 驟。該硅掩模不僅可用于紫外曝光，還可用于深紫外曝光，為200nm以下線(xiàn)寬圖形的超衍射 光刻應(yīng)用提供了一種有效、方便的掩模和制作方法。


圖1為本發(fā)明硅掩模制作方法的流程圖； 圖2為本發(fā)明的步驟2在石英基片加工一定厚度硅膜后的掩模結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的步驟3在硅膜的表面加工一層鉻膜的掩模結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的步驟4利用聚焦離子束加工鉻膜圖形后的掩模結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明的步驟5經(jīng)反應(yīng)離子束刻蝕硅，圖形轉(zhuǎn)移至硅膜上的掩模結(jié)構(gòu)示意 圖； 圖6為本發(fā)明的步驟6去鉻液腐蝕后制成硅掩模的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1為掩?；祝?為硅膜，3為鉻膜。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā) 明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容，而且通過(guò)以下實(shí)施例本領(lǐng)域技術(shù)人員 即可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容。
實(shí)施例1 本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例，是制作周期為100nm、線(xiàn)寬為50nm的周期線(xiàn)條的硅掩模，
曝光波長(zhǎng)為365nm，該掩膜包括透明石英基底和其上的硅膜圖形。 該掩模的制作步驟如圖1所示 (1)選擇石英材料制作紫外光透明基片； (2)利用磁控濺射鍍膜機(jī)在透明石英基底上鍍上一層厚約70nm的硅膜； (3)再利用磁控濺射鍍膜機(jī)在硅膜的上表面鍍上一層厚度為20nm的鉻膜，作為后
4期刻蝕過(guò)程中的圖形遮蔽層； (4)利用聚焦離子束直接對(duì)厚度為20nm的鉻膜進(jìn)行加工，使鉻膜上獲得周期為 100nm、線(xiàn)寬為50nm的周期納米線(xiàn)條圖形，圖形深度大于或者等于20nm ;
(5)選擇六氟化硫?yàn)榭涛g氣體，以鉻膜層為遮蔽層，通過(guò)反應(yīng)離子束刻蝕硅膜，使 鉻膜上的圖形轉(zhuǎn)移至硅膜上，圖形總深度為90nm士4nm ; (6)用去鉻液腐蝕掉硅膜上殘留的鉻膜，即可制成周期為100nm、線(xiàn)寬為50nm，線(xiàn) 條深度為70nm士4nm的實(shí)用硅掩模。
實(shí)施例2本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例，是制作周期為200nm、線(xiàn)寬為80nm的周期線(xiàn)條的硅掩模，
曝光波長(zhǎng)為365nm，該掩膜包括透明石英基底和其上的硅膜圖形。 該掩模的制作步驟如圖1所示 (1)選擇石英材料制作紫外光透明基片； (2)利用磁控濺射鍍膜機(jī)在透明石英基底上鍍上一層厚約lOOnm的硅膜； (3)再利用磁控濺射鍍膜機(jī)在硅膜的上表面鍍上一層厚度為30nm的鉻膜，作為后
期刻蝕過(guò)程中的圖形遮蔽層； (4)利用聚焦離子束直接對(duì)厚度為30nm的鉻膜進(jìn)行加工，使鉻膜上獲得周期為 200nm、線(xiàn)寬為lOOnm的周期納米線(xiàn)條圖形，圖形深度大于或者等于30nm ;
(5)選擇六氟化硫?yàn)榭涛g氣體，以鉻膜層為遮蔽層，通過(guò)反應(yīng)離子束刻蝕硅膜，使 鉻膜上的圖形轉(zhuǎn)移至硅膜上，圖形總深度為130nm士6nm ; (6)用去鉻液腐蝕掉硅膜上殘留的鉻膜，即可制成周期為200nm、線(xiàn)寬為80nm，線(xiàn) 條深度為100nm士6nm的實(shí)用硅掩模。
實(shí)施例3 本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例，是制作周期為64nm、線(xiàn)寬為32nm的周期線(xiàn)條的硅掩模，
曝光波長(zhǎng)為365nm，該掩膜包括透明石英基底和其上的硅膜圖形。 該掩模的制作步驟如圖1所示 (1)選擇氟化鈣材料制作紫外光透明基片； (2)利用磁控濺射鍍膜機(jī)在透明氟化鈣基底上鍍上一層厚約50nm的硅膜；
(3)再利用磁控濺射鍍膜機(jī)在硅膜的上表面鍍上一層厚度為lOnm的鉻膜，作為后 期刻蝕過(guò)程中的圖形遮蔽層； (4)利用聚焦離子束直接對(duì)厚度為lOnm的鉻膜進(jìn)行加工，使鉻膜上獲得周期為 64nm、線(xiàn)寬為32nm的周期納米線(xiàn)條圖形，圖形深度大于或者等于lOnm ;
(5)選擇三氟甲烷為刻蝕氣體，以鉻膜層為遮蔽層，通過(guò)反應(yīng)離子束刻蝕硅膜，使 鉻膜上的圖形轉(zhuǎn)移至硅膜上，圖形總深度為60nm士3nm ; (6)用去鉻液腐蝕掉硅膜上殘留的鉻膜，即可制成周期為64nm、線(xiàn)寬為32nm，線(xiàn)條 深度為50nm士3nm的實(shí)用硅掩模。
權(quán)利要求
一種用于200nm以下線(xiàn)寬超衍射光刻的硅掩模，其特征在于包括紫外光透明基片和其上加工有圖形的硅膜，所述硅膜的厚度為50nm～100nm，所述硅膜對(duì)波長(zhǎng)在200nm-450nm范圍內(nèi)的深紫外和紫外光波段透過(guò)率在5％以?xún)?nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于200nm以下線(xiàn)寬超衍射光刻的硅掩模，其特征在于所 述紫外光透明基片為石英或氟化鈣紫外透明材料。
3. 制作如權(quán)利要求1所述的用于200nm以下線(xiàn)寬超衍射光刻的硅掩模，其特征在于步 驟如下(1) 選擇石英或氟化鈣等材料制作紫外光透明基片；(2) 利用濺射或蒸鍍方法在紫外光透明基片一面上加工厚度50nm 100nm的硅膜，使 硅膜對(duì)波長(zhǎng)在200nm-450nm范圍內(nèi)的深紫外或紫外光波段透過(guò)率在5%以?xún)?nèi)；(3) 利用濺射或蒸鍍方法在所述硅膜層表面加工一層厚度為10nm 30nm的鉻膜；(4) 利用聚焦離子束在所述鉻膜上加工所需的線(xiàn)寬200nm以下的納米掩模圖形；(5) 以刻有納米掩模圖形的鉻膜為遮蔽層，通過(guò)反應(yīng)離子束刻蝕硅膜，使鉻膜上的掩模 圖形轉(zhuǎn)移至硅膜上；(6) 用去鉻液腐蝕掉硅膜上殘留的鉻膜，得到圖形層深度在50nm 100nm的實(shí)用硅掩模。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3中的制作硅掩模的方法，其特征在于所述步驟(4)中聚焦離子束 加工的圖形深度應(yīng)當(dāng)大于等于鉻膜的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3中的制作硅掩模的方法，其特征在于所述步驟(5)中反應(yīng)離子束 刻蝕中的刻蝕氣體包括六氟化硫或三氟甲烷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3中的制作硅掩模的方法，其特征在于所述步驟(5)中刻蝕后的圖 形層深度應(yīng)當(dāng)?shù)扔诠枘づc鉻膜厚度之和，其誤差不大于5%。
全文摘要
一種用于200nm以下線(xiàn)寬超衍射光刻的硅掩模及其制作方法，該掩模由紫外透明材料基片上的硅膜作為圖形層。其制作方法是首先在基片上加工一定厚度的硅膜，使其對(duì)紫外光的透過(guò)率在5％以?xún)?nèi)；然后在硅膜表面加工一層薄的鉻膜；利用聚焦離子束在鉻膜上制備線(xiàn)寬小于200nm的圖形；以鉻膜層為遮蔽層，通過(guò)反應(yīng)離子束刻蝕硅膜，使鉻膜上的圖形轉(zhuǎn)移至硅膜上；最后用去鉻液腐蝕掉殘留的鉻膜，制成分辨率高、圖形層深度大的實(shí)用硅掩模。該硅掩模和加工方法解決了聚焦離子束難以制作圖形層深度大、線(xiàn)寬小于200nm的鉻掩模的技術(shù)困難，在納米光刻技術(shù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G03F1/08GK101726990SQ200910241920
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者劉凱鵬, 劉堯, 劉玲, 方亮, 潘麗, 王長(zhǎng)濤, 羅先剛, 邢卉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所