专利名称：不刻透金属掩模板及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻曝光系统制作超微细图形的不刻透金属掩模板及其应用，属于微细加工技术制作超微细图形的掩模技术和光刻技术领域。
背景技术：
随着全球通讯技术和高科技信息技术高速发展，迫切需要微细加工技术制作超高速、超高频纳米量级IC器件。制作纳米IC器件需要大幅度提高现有光刻技术的分辨率。由于衍射极限的限制，通常对于掩模图形孔尺寸远小于波长的纳米图形时，光不能穿过该孔，也就不能进行纳米图形光刻。所以一般都采用缩短波长光刻制作的方法来提高分辨率，主要方法有深紫外、极紫外、X射线、离子束投影、以及电子束光刻等等。但是这些方法都需要短波长光源电磁辐射系统和光学系统，不仅在技术上十分复杂，而且投资也都十分昂贵，同时在掩模板图形的制作上，由于图形已达到纳米量级，还需要临近效应修正技术，以及分辨率增强技术如相移掩模技术或双掩模光刻技术等等，来进一步提高光刻分辨率，制作已十分麻烦和复杂，其制作成本之高，除经济发达并且技术基础好的国家和地区，以及实力雄厚的大公司已进行或正在进行研究开发以外，其它国家和单位都显得有些望尘莫及。近来出现了不需要用短波长光源复杂昂贵光刻设备，也不需要在制作掩模板图形时必须应用临近效应修正和相移掩模等技术。掩模板由基板的上表面或下表面或上下表面图形相同的刻透铬和金或铜或银双层金属薄层图形构成，借助光照射具有微细图形结构金属掩模板产生波长很短的等离子波，等离子波能穿过纳米图形孔和缝传播，同样能进行光刻制作纳米量级的图形。但该技术掩模板基板上的上表面或下表面或上下表面铬和金或铜或银双层金属薄层图形都需刻透，掩模板制作要求高，也存在很大缺点。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服上述现有技术的不足，提供一种既不需要用短波长光源复杂昂贵光刻设备，也不需要在制作金属掩模板时必须将双层金属图形都刻透，提供制作技术相对简单，光刻分辨率却也能达到纳米量级的不刻透单层金属掩模板及其应用。
本发明的技术解决方案是制作超微细图形的不刻透金属掩模板，其特点在于它由金属掩模板石英基板、位于其下方或上方或上下方单层不刻透金属掩模图形薄层组成，其薄层的厚度为5-1000nm，不刻透金属掩模图形薄层上下面上均作有图形相同的金属掩模图形，其图形深度为1.5-200nm，不刻透金属掩模图形簿层的金属材料是铬、或金、或银、或铜、或铝，石英基板1的厚度为1μm-5mm。
上述发明的原理是借助光照射具有微细图形结构不刻透金属掩模板产生波长很短的等离子波，等离子波能穿过不刻透单层金属掩模图形的下凹孔和缝槽传播到另一面射出，使一般波长光穿过纳米不刻透金属掩模进行光刻。
将本发明的三种类型不刻透金属掩模板，应用于贴紧式光刻曝光系统，它包括由一般波长或长波长光光源、椭球反射镜、平面反射镜和照明扩束系统组成均匀照明系统，不刻透金属掩模板以及安放在其下方的涂有抗蚀剂涂层的硅片组成，金属掩模板与涂有抗蚀剂涂层的硅片之间为聚合物薄层，由一般波长或长波长光光源发出的波长为193-1100nm的光通过照明系统均匀照明于不刻透金属掩模板的超微细图形面上，通过产生波长很短的表面等离子波传播，穿过掩模板上的未刻透单层金属薄层图形的下凹孔和缝槽，由薄层另一面的上凹孔和缝槽射出，或上下都有未刻透金属图层时共振后射出，使均匀涂于硅片上并贴紧安放在掩模板下方聚合物薄层的抗蚀剂涂层感光。
将本发明三种类型的不刻透金属掩模板，应用于投影成像光刻曝光系统，它包括由一般波长或长波长激光光源、椭球反射镜、平面反射镜和照明扩束系统组成均匀照明系统，金属掩模板，投影成像物镜以及涂有抗蚀剂涂层的硅片组成，由一般波长或长波长光光源发出的波长为193-1100nm的光通过照明系统均匀照明于不刻透金属掩模板的超微细图形面上，与上同理不刻透金属掩模板会射出图形光，图形光再通过投影成像物镜使超微细掩模图形成像于硅片上的抗蚀剂涂层上，使抗蚀剂感光，光刻出纳米量级的超微细图形。
本发明与现有技术相比具有以下优点使用该不刻透金属掩模板时，使本来由于衍射极限限制，用一般波长或长波长光不能穿过的纳米掩模图形变得能穿过，不需要传统方法中的缩短波长，可省去十分昂贵的短波长光源电磁辐射系统和复杂的光学系统，极大地降低制作技术难度和光刻设备成本；不需要采用相移等分辨率增强以及邻近效应修正等技术；不需铬加金属的双层金属材料薄层，只需单层的铬或金、或银、或铜、或铝金属材料；在制作金属掩模板时，即使是单层金属薄层，也不需要图形都刻透。其制作技术相对简单，可大幅降低掩模板的制作成本，而光刻分辨率同样也可以作得很高，达到纳米量级。
图1为本发明实施例1的结构示意图；图2为本发明实施例2的结构示意图；图3为本发明实施例3的结构示意图；图4为本发明的不刻透金属掩模板应用于贴紧式光刻曝光系统中的光路结构示意图；图5为本发明的不刻透金属掩模板应用于投影成像光刻曝光系统中的光路结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明实施例1是由金属掩模板石英基板1、位于下方的单层金属掩模图形薄层3和聚合物薄层4(应用于投影成像光刻时可不作)组成，其中石英基板1的厚度为1μm-5mm，金属掩模图形簿层3的金属材料是铬、或金、或银、或铜、或铝，薄层的厚度h1为5-1000nm，薄层3的上下面都用一个掩模光刻制作有不刻透相同超微细图形2，它的深度h2为1.5-200nm，聚合物薄层4厚度很薄，为1-100nm，有弹性，能对金属掩模图形起保护作用，延长金属掩模使用寿命。一般波长或长波长光能通过图形尺度比波长小得多的不刻透纳米图形金属掩模，是因为带有超微细图形的金属掩模在光的照射下，产生了波长很短的等离子表面波，等离子表面波可穿过不刻透单层金属掩模图形薄层3的下凹孔和缝槽传播到另一面上凹孔和缝槽射出，就好像是一般波长或长波长光直接穿过纳米金属掩模图形射出一样。上述实施例的金属掩模板的制作可用先作基板1→涂抗蚀剂→光刻刻蚀→镀金属掩模薄层3→涂抗蚀剂→光刻刻蚀→涂聚合物薄层4的工艺流程制作。
如图2所示，本发明实施例2由金属掩模板石英基板1、位于上方的单层金属掩模图形薄层3′和下方的聚合物薄层4(应用于投影成像光刻时可不作)组成，其中石英基板1的厚度为1μm-5mm，金属掩模图形簿层3′的金属材料是铬、或金、或银、或铜、或铝，薄层的厚度h1为5-1000nm，簿层3′的上下面都用一个掩模光刻制作有不刻透相同超微细图形2，它的深度h2为1.5-200nm，聚合物薄层4厚度很薄，为1-100nm，有弹性，能对金属掩模图形起保护作用，延长金属掩模使用寿命。一般波长或长波长光能通过图形尺度比波长小得多的不刻透纳米图形金属掩模，同样是因为带有超微细图形的金属掩模在光的照射下，产生了波长很短的等离子表面波，等离子表面波可穿过不刻透单层金属掩模图形薄层3′的下凹孔和缝槽传播到另一面上凹孔和缝槽射出，就好像是一般波长或长波长光直接穿过纳米金属掩模图形射出一样。上述实施例的金属掩模板的制作，可用先作基板1→涂抗蚀剂→光刻刻蚀→镀金属掩模薄层3-涂抗蚀剂→光刻刻蚀→涂聚合物薄层4的工艺流程制作。
如图3所示，本发明实施例3的结构示意图，它由金属掩模板石英基板1、位于基板1上方和下方的单层金属掩模图形薄层3″和下方聚合物薄层4(应用于投影成像光刻时可不作)组成，其中石英基板1的厚度为1μm-5mm，同时为光波长λ/2的整数倍，金属掩模图形簿层3″的金属材料是铬、或金、或银、或铜、或铝，薄层的厚度h1为5-1000nm，上下簿层3″的上下面都用一个掩模光刻制作有不刻透相同超微细图形2，它的深度h2(或h2′)为1.5-200nm。聚合物薄层4厚度很薄，为1-100nm，有弹性，能对金属掩模图形起保护作用，延长金属掩模使用寿命。一般波长或长波长光能通过图形尺度比波长小得多的不刻透纳米金属掩模，同样是因为带有超微细图形的金属掩模在光的照射下，产生了波长很短的等离子表面波，等离子表面波可穿过不刻透单层金属掩模图形薄层3″的下凹孔和缝槽，传播到另一面上凹孔和缝槽射出到石英基板1，再穿过基板1下方不刻透单层金属掩模图形薄层3″对应下凹孔与缝槽和下面上凹孔和缝槽射出，由于金属掩模上下金属表面之间的距离是λ/2的整数倍结构，能使等离子波在上下表面间产生共振，此时出射光发散角更小，更有利于光刻线条图形的徒度。该实施例的金属掩模板的制作可用先作基板1→涂抗蚀剂→光刻刻蚀→镀金属掩模薄层3→涂抗蚀剂→光刻刻蚀→涂聚合物薄层4，然后翻面，用同样的制作方法和工艺流程制作。
如图4所示，将上述三种实施例的金属掩模板应用于贴紧式光刻曝光系统，它由一般波长或长波长光光源7、椭球反射镜8、平面反射镜5和照明扩束系统6组成均匀照明系统，上述金属掩模板9以及安放在其下方的涂有抗蚀剂涂层10的硅片11组成，金属掩模板9与涂有抗蚀剂涂层10的硅片11之间为聚合物薄层4，由一般波长或长波长光光源7发出的波长为193-1100nm的光通过照明系统均匀照明于金属掩模板9的超微细图形面上，通过产生波长很短的表面等离子波传播，穿过掩模板上的未刻透单层金属薄层图形的上凹孔和缝槽射出或共振后射出，使均匀涂于硅片11上并贴紧安放在金属掩模板9下方聚合物薄层4的抗蚀剂涂层10感光，光刻出纳米量级的超微细图形。
如图5所示，将上述三种实施例的金属掩模板应用于投影成像光刻曝光系统，它由一般波长或长波长光光源7、椭球反射镜8、平面反射镜5和照明扩束系统6组成均匀照明系统，金属掩模板9，投影成像物镜12以及涂有抗蚀剂涂层10的硅片11组成。由一般波长或长波长光光源7发出的波长为193-1100nm的光通过照明系统均匀照明于金属掩模板9的超微细图形面上，通过产生波长很短的表面等离子波传播，穿过掩模板9上的未刻透单层金属薄层图形的上凹孔和缝槽射出或共振后射出，通过投影成像物镜12成像，使安放在像面位置硅片11涂有抗蚀剂涂层10感光，光刻出纳米量级的超微细图形。
权利要求
1.不刻透金属掩模板，其特征在于它由金属掩模板石英基板、位于其下方或上方或上下方单层不刻透金属掩模图形薄层组成，其薄层的厚度为5-1000nm，不刻透金属掩模图形薄层上下面上均作有图形相同的金属掩模图形，其图形深度为1.5-200nm。
2.根据权利要求1所述的不刻透金属掩模板，其特征在于所述的不刻透金属掩模图形薄层的金属材料是铬、或金、或银、或铜、或铝。
3.根据权利要求1所述的不刻透金属掩模板，其特征在于所述的石英基板(1)的厚度为1μm-5mm。
4.采用权利要求1所述不刻透金属掩模板的贴紧式光刻曝光系统，其特征在于它包括由一般波长或长波长光光源(7)、椭球反射镜(8)、平面反射镜(5)和照明扩束系统(6)组成均匀照明系统，不刻透金属掩模板(9)以及安放在其下方的涂有抗蚀剂涂层(10)的硅片(11)组成，不刻透金属掩模板(9)与涂有抗蚀剂涂层(10)的硅片(11)之间为聚合物薄层(4)，由一般波长或长波长光光源(7)发出的波长为193-1100nm的光通过照明系统均匀照明于不刻透金属掩模板(9)的超微细图形面上，通过产生波长很短的表面等离子波传播，穿过掩模板上的未刻透单层金属薄层图形的凹下孔和缝槽，由薄层另一面的上凹孔和缝槽射出，或上下都有未刻透金属图层时共振后射出，使均匀涂于硅片(11)上并贴紧安放在金属掩模板(9)下方聚合物薄层(4)的抗蚀剂涂层(10)感光，光刻出纳米量级的超微细图形。
5.采用权利要求1所述不刻透金属掩模板的投影成像光刻曝光系统，其特征在于它包括由一般波长或长波长光光源(7)、椭球反射镜(8)、平面反射镜(5)和照明扩束系统(6)组成均匀照明系统，金属掩模板(9)，投影成像物镜(12)以及涂有抗蚀剂涂层(10)的硅片(11)组成，由一般波长或长波长光光源(7)发出的波长为193-1100nm的光通过照明系统均匀照明于不刻透金属掩模板(9)的超微细图形面上，与上同理不刻透金属掩模板会射出图形光，图形光再通过投影成像物镜(12)使超微细掩模图形成象于硅片(11)上的抗蚀剂涂层(10)上，使抗蚀剂感光，光刻出纳米量级的超微细图形。
全文摘要
不刻透金属掩模板由石英基板加上表面或下表面或上下表面图形相同的不刻透铬或金或铜或银或铝单层金属薄层图形构成，借助光照射具有微细图形结构不刻透金属掩模板产生波长很短的等离子波，等离子波能穿过不刻透单层金属掩模图形的下凹孔和缝槽传播到另一面射出，使一般波长光穿过纳米不刻透金属掩模进行光刻。本发明克服了现有铬掩模板和刻透金属掩模板的纳米图形制作技术复杂，同时又由于受衍射极限的限制，或不能被一般波长或长波长光穿过，无法进行光刻的缺点，用193－1100nm波长光照明，也可光刻制作出纳米量级的图形。
文档编号G03F1/26GK1702548SQ20041000911
公开日2005年11月30日 申请日期2004年5月24日 优先权日2004年5月24日
发明者陈旭南, 罗先刚 申请人:中国科学院光电技术研究所