专利名称：提高光刻分辨率的方法
技术领域：
本发明是一种提高光刻分辨率的方法。适用于接近/接触式光刻的掩模板。
背景技术：
接近/接触式光刻是生产小批量专用集成电路最为经济的手段。通常的接近/接触式光刻如图1所示(参见在先技术美国国际商用机器公司(IBM)实验室S.Rice等人发表在Applied Physics A杂志1984年第33卷第195-198页的论文)。其中的掩模板1由基片101和附着于基片101上的铬膜102组成，铬膜102没有完全覆盖基片101表面，相邻的铬膜102之间是一个透光的空气间隙103，即铬膜102在基片101表面上形成一个图案。其工作过程是平行激光束G首先入射于掩模板1上，然后穿过掩模板1上的空气间隙103及铬膜102与光刻胶层3之间的空气层隙2，入射到硅片4上的光刻胶层3上，这部分光刻胶被曝光，而与不透光的铬膜102对应的那部分光刻胶未被曝光。光刻胶层3一般采用正性光刻胶。这样光刻胶层3中受到平行激光束G照射的部分经显影后被溶解掉，而未曝光的光刻胶层保留在硅片4表面上，从而在硅片4上得到与掩模板1上铬膜102相同的由光刻胶构成的图案。空气间隙103的厚度为a，空气层隙2的厚度为z。
上述接近/接触式光刻中存在以下不足由于掩模板1与硅片4表面光刻胶层3之间再怎么接触紧密也还是存在厚度为z的空气层隙2，平行激光束G在掩模线条边缘将产生强烈衍射，同时在掩模基片101与铬膜102上图案间也存在厚度为a的空气间隙103，衍射是从基片101透光部分的出射面AA开始的，且随着铬膜102厚度的增大而增强。图1中平行激光束G在经过掩模基板101的出射面AA即在铬膜102与空气间隙103的交界面时发生第一次衍射，在铬膜102表面BB与硅片4表面光刻胶层3间的空气层隙2中发生第二次衍射。
在光刻分辨率到达甚至低于平行激光束G波长时，即使空气间隙103的厚度a及空气层隙2的厚度z都非常小，由它们产生的衍射效应也极大地限制了光刻分辨率的提高，影响了微细图形的形成。同时，如果铬膜102表面有缺陷存在，如毛刺、瑕疵、微小变形或倾斜等，都会直接影响到硅片4上的光刻胶层3上所能形成的光刻图形的质量。
发明内容
本发明提供一种较为简单有效的提高光刻分辨率的方法。在掩模板铬膜空气间隙内，和在与掩模板接近或接触的硅片表面光刻胶层之间的空气层隙内填充折射率比掩模板基片折射率高的透明材料，削弱照明光束在掩模基片表面铬膜空气间隙内的衍射效应，从而提高光刻分辨率。
如上述，也就是在对与掩模板1接近或接触的硅片4表面上光刻胶层3进行光刻，首先在掩模板1的基片101上由铬膜102构成图案中透光部位的空气间隙103内和在掩模板1与硅片4表面上光刻胶层3之间的空气层隙2内填充折射率nt大于掩模板上1基片101的折射率nj的透明材料5。并对透明材料5层与硅片4表面上光刻胶层3接触或接近的表面进行抛光。如图2所示。
本发明提高光刻分辨率的具体的做法是1.以电子束制版技术得到的常规掩模板由基片101及其在它上面带有图案的铬膜102组成。如图1、图3.1示。
2.在上述掩模板覆有铬膜的那个面上镀透明材料层，如图3.2所示，即在上述掩模板1基片101上铬膜102的空气间隙103内填满透明材料5，并使透明材料5覆盖在表面上，透明材料5如SiO2、或光刻胶或其他透明材料，其折射率nt大于掩模板1基片101的折射率nj，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶在157nm波长处折射率nt＝1.7226。由于透明材料5的折射率nt是未填充透明材料5的空气间隙103中的空气的射率为1的nt倍，由光的折射定律可知，光束由折射率小的物质进入折射率大的物质内折射角是减小的。因而平行激光束G在透明材料5中的衍射距离减小为原来的1/nt，从而可有效地削弱照明光束在掩模板基片101表面上铬膜102空气间隙103内的衍射效应。
3.抛光去除铬膜102表面的多余或不需要的透明材料5，得到如图3.3所示的掩模板1。通过抛光工艺，可消除原铬膜102表面存在的缺陷，如毛刺、瑕疵、微小变形或倾斜等，改善由于掩模板质量问题对光刻分辨率造成的不良影响。其次，在进行接近或接触光刻时，若铬膜102表面存在一层的透明材料5层，可以避免由于掩模板1与硅片3上光刻胶层4直接接触或摩擦引起的对掩模板1的损伤。
上述步骤完成后，下面就可以进行正常的曝光、显影等光刻工序。
如上述方法，若平行激光束G波长λ为157nm(F2准分子激光器)，使用聚甲基丙烯酸甲酯光刻胶作为透明材料5，铬膜102与填充的透明材料5光刻胶厚度均为a，铬膜102与硅片4表面光刻胶层3间空气层隙2厚度为z，填充透明材料5后得到的光刻分辨率比在先技术有较大提高。
与在先技术相比，本发明有如下优点1.用高折射率透明材料5有效缩短平行激光束G的衍射距离，降低掩模板1基片101上铬膜102空气间隙103内的衍射效应，提高了光刻分辨率。本发明方法亦可作为一种辅助措施应用在其他光刻技术中。
2.制作工艺简单，容易操作，不需通过复杂的定位装置进行调整，允许填充透明材料5的厚度范围较大。一般说来，铬膜102厚度a越小，产生的衍射效应也越小，但其厚度总是存在的，因此由此产生的衍射效应是无法消除的。经填充透明材料5后，不同铬膜厚度a(0.2λ～1λ之间)对最终结果影响不大，由此对铬膜的制作精度要求可以适当放低，一般取0.3λ到0.5λ。填充的透明材料5可用简便方法去除，掩模板1可进行反复填充，进行多次光刻。
3.利用抛光工艺去除铬膜102表面的多余或不需要的透明材料5，可消除原铬膜102表面存在的缺陷，如毛刺、瑕疵、微小变形或倾斜等，改善由于掩模质量问题对光刻分辨率造成的影响。其次，在进行接近/接触光刻时，若铬膜102表面存在一定的透明材料5层，则可以避免由于掩模板1与硅片4上光刻胶层3直接接触或摩擦引起的对掩模板1的损伤。
4.增大掩模板1上铬膜102表面BB与硅片4表面光刻胶层3之间的距离z时，由于填有透明材料层，其不影响光刻分辨率，这同样避免由于掩模板1与硅片4表面光刻胶层3直接接触或摩擦引起的对掩模板1的损伤。
5.可达到亚半微米光刻分辨率，即优于0.25μm的光刻分辨率，并能在此基础上对光刻线条宽度进一步改善和提高，同时，可选取的曝光阈值范围较大，对控制曝光设备和光刻条件的要求可适当放宽。
图1是在先技术接近/接触进行光刻的示意图。
图2是采用本发明的填充透明材料后的掩模板进行接近/接触光刻的示意图。
图3是本发明中提高光刻分辨率具体的做法示意图。其中图3.1为掩模板1的结构示意图。101为基片，102为含有三缝的铬膜，103为空气间隙。图3.2为在图3.1的掩模板1铬膜102的空气间隙103内填满及铬膜102的表面上覆盖一层透明材料5后的示意图。
图3.3为图3.2的掩模板1铬膜102表面的透明材料5层经过抛光后的示意图。
图3.4为进行光刻时上述图3.3的掩模板1与硅片4上光刻胶层3接触的示意图。
图4是图3中所示的掩模板1中铬膜102上的图案是三缝情况下，缝宽为0.2μm，空气间隙103的厚度a为0.3λ，掩模板1上线条占空比为1∶1时，在空气层隙2的厚度z为1λ处得到的光强分布曲线图，图中实线7所示为填充透明材料5后的曲线，虚线8所示为未填充透明材料5时的曲线。
图5是图3中所示的掩模板1中铬膜102上的图案是三缝情况下，缝宽为0.2μm，空气间隙103的厚度a为0.3λ，掩模板1上线条占空比为1∶2时，在空气层隙2的厚度z为1.6λ处得到的光强分布曲线图，图中实线9所示为填充透明材料5后的曲线，虚线10所示为未填充透明材料5时的曲线。
具体实施例方式如图2所示，平行激光束G波长λ为157nm，使用PMMA光刻胶作为填充透明材料5。PMMA光刻胶在157nm波长处的折射率nt＝1.7226。铬膜102与透明材料5的厚度a＝47nm，宽度为0.2μm，铬膜102表面与硅片4表面光刻胶层3之间的空气层隙2内透明材料5的厚度z＝157nm。
当平行激光束G通过掩模板1对光刻胶层3进行曝光，曝光量为2.6J/cm2，用甲基异丁基酮和异丙醇的混合液作为显影液，两者的体积比为2∶1，显影时间为2min。显影后在硅片4表面的光刻胶层3上获得了清晰的优于0.20μm的光刻线条。如果未填充透明材料5，则显影后在光刻胶层3上只可获得0.25μm光刻线条，有时甚至无法分辨出光刻线条。可见，采用本发明后，光刻分辨率提高了25％以上。
利用如图3所示的掩模板1，铬膜102上的图案是三缝情况下，缝宽为0.2μm，a为0.3λ，掩模板1上线条占空比(一个周期内透光区域与不透光区域宽度比)为1∶1时，在空气层隙2内透明材料5层的厚度z为1λ处得到光强分布曲线，如图4所示。图4中实线7所示为填充透明材料5后的曲线，虚线8所示为未填充透明材料5时的曲线。图4表明，填充透明材料5后在同一阈值(10％～75％之间)下得到的线条宽度比无填充透明材料5时减少了10％以上，即光刻分辨率提高了10％以上。相邻两缝在硅片4表面光刻胶层3上形成的衍射叠加区域中心点强度值(次峰强度)降为原来的60.3％；另外，当硅片4与掩模板1之间空气层隙z较大时，本发明对光刻分辨率改善效果相对更为明显。这些改善对亚半微米光刻非常有利，且由于空气层隙z的增大，可以减小掩模板1的受损伤几率。
利用如图3所示的掩模板1，铬膜102上的图案是三缝情况下，缝宽为0.2μm，a为0.3λ，掩模板上线条占空比为1∶2时，在空气层隙2内透明材料5层隙的厚度z为1.6λ处得到的光强分布曲线为图5，图5中实线9所示为填充透明材料5后的曲线，虚线10所示为未填充透明材料5时的曲线。这表明，在亚半微米光刻中，采用占空比不为1∶1的掩模图案时，更易获得良好的光刻线条。由图中可见这种掩模的改善效果更为明显，线条宽度减少了14％以上，即光刻分辨率提高了14％以上，次峰强度仅为原来的46.2％。
权利要求
1.一种提高光刻分辨率的方法，对与掩模板(1)接近或接触的硅片(4)表面上光刻胶层(3)进行光刻，其特征是首先在掩模板(1)基片(101)上由铬膜(102)构成图案中透光部位的空气间隙(103)内和在掩模板(1)与硅片(4)表面上光刻胶层(3)之间的空气层隙(2)内填充折射率大于掩模板(1)上基片(101)折射率的透明材料(5)，并对透明材料(5)层与硅片(4)表面上光刻胶层(3)接触或接近的表面进行抛光。
全文摘要
一种提高光刻分辨率的方法,在接近或接触式光刻的掩模板上的铬膜图案中的空气间隙内和在掩模板铬膜与硅片上光刻胶层之间的空气层隙内,填充折射率大于掩模板基片折射率的透明材料。并对空气层隙内与光刻胶层相接触的透明材料层的表面进行抛光。因此进行光刻时,由于空气间隙和空气层隙内填充了折射率较大的透明材料,使得光束的折射角减小,衍射距离减小,有效地削弱了衍射效应。从而提高了光刻的分辨率。本发明的方法简单,容易操作。能够避免掩模板的表面损伤。可以对掩模板进行反复填充和多次利用。光刻的分辨率可以达到亚半微米。
文档编号G03F7/20GK1375745SQ02111138
公开日2002年10月23日 申请日期2002年3月22日 优先权日2002年3月22日
发明者赵永凯, 黄惠杰, 任冰燕, 杜龙龙, 程兆谷, 路敦武, 杨良民 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所