专利名称：一种增强光学掩模分辨率及制造高分辨率光学掩模的方法
技术领域：
本发明涉及微纳米加工技术领域，尤其涉及一种增强光学掩模分辨率及制造高分辨率光学掩模的方法。
背景技术：
为充分利用廉价而且业以成熟的光学曝光手段满足微纳米加工的需要，如何提高现有光学曝光系统的实用分辨率，成为研究的热点。八十年代前期人们只局限于在曝光设备上进行开发，八十年代后期则进一步在抗蚀剂方面加紧研究(包括光致抗蚀剂曝光反差增强技术(CEL)；光致抗蚀剂化学增幅技术和多层抗蚀剂技术等)。到了九十年代，主攻方向进入以相干曝光技术为代表的“光技术革命”时代，利用控制光学曝光过程中的光位相参数，产生光的干涉效应，部分抵消限制光学系统分辨率的衍射效应，以提高光学曝光系统实用分辨率。一个典型的硅工艺包括15 20块掩模版，对于某些BiCMOS工艺，可以多到28块。 传统的GaAs工艺只需要很少的掩模层，但是现在这个数目呈上升的趋势。掩模的制造精度越来越成为影响器件性能的关键因素，目前的普通光学掩模已经不能满足高分辨率光刻工艺的要求，因此在掩模版上通过图形变换对光进行调制，保证图形的精确度和分辨率是必要而且可行的。
发明内容
(一 )要解决的技术问题针对普通光学掩模分辨率不足的缺点，本发明的一个主要目的在于提供一种增强光学掩模分辨率的方法，另一个目的在于提供一种制造高分辨率光学掩模的方法。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下一种增强光学掩模分辨率的方法，该方法是在光学掩模的特定透光区域减少一层透明介质层，光波透过该特定透光区域后的相位与相邻透光区域透射光的相位相反，该特定透光区域和相邻透光区域的透射光，由原来的相加干涉变为相消干涉，抵消由于原来衍射效应造成的光强叠加，增强了光学掩模的分辨率。上述方案中，所述减少了一层透明介质层的特定透光区域为相位调节器，该相位调节器的形成是在所述特定透光区域腐蚀掉一定厚度的石英基底，腐蚀的深度需保证透过相位调节器的光能够形成180°精确的位相变化。上述方案中，所述相位调节器的厚度为d = ττ^-,Τ，其中η为相位调节器材料的折
2{η — 1)
射率，λ为光波波长。一种制造高分辨率光学掩模的方法，包括Α、在熔石英基片铬板上涂覆正性抗蚀剂；
B、采用电子束直写光刻系统曝光出180°相位调节器图形，经显影后，生成需要进行制造位相为180°相位调节器图形的抗蚀剂图形；C、采用湿法腐蚀工艺，去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜，并去胶，暴露出需要制作相位调节器部分的石英基片；D、采用感应耦合等离子干法刻蚀方法刻出与相当于曝光波长厚度的相位调节器图形；E、在已经刻出相位调节器的掩模版上重新涂覆正性抗蚀剂；F、再一次通过电子束直写光刻系统的自动对准曝光方式直写曝光出相位为0°的图形区域，显影，暴露出该区域内的铬膜；G、采用湿法腐蚀工艺，去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜，并去胶，制成高分辨率的光学掩模。上述方案中，步骤A和E中所述正性抗蚀剂为电子束抗蚀剂或AZ系列抗蚀剂。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、利用本发明提供的增强光学掩模分辨率的方法以及制造这种高分辨率光学掩模的方法，可以提高光学掩模的分辨率，从而提高光学光刻的分辨率，促进微电子产业的发展。2、本发明提供的方法，具有制备工艺简单、制造成本低、工艺稳定性好、制造效率高的优点，非常有利于本发明的广泛推广和应用。
图1为分辨率增强光学掩模的原理示意图；图2为相位调节器的结构示意图；图3为在熔石英基片铬板上涂覆正性抗蚀剂的示意图；图4为采用电子束直写光刻系统曝光和显影得到180°相位调节器图形的示意图；图5为采用湿法腐蚀工艺去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜并去胶从而暴露出需要制作相位调节器部分的石英基片的示意图；图6为采用ICP刻蚀出与相当于曝光波长厚度的相位调节器图形的示意图；图7为在已经刻出相位调节器石英基片铬掩模版上重新涂覆正性抗蚀剂的示意图；图8为通过电子束直写光刻系统的自动对准曝光方式进行直写曝光和显影得到相位为0°的图形区域的示意图；图9为采用湿法腐蚀工艺去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜并去胶从而制成分辨率增强光学掩模的示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明首先提供了一种增强光学掩模分辨率的方法。光在传播过程中本身包含着相位信息，两束入射时相位相同的光经过不同距离的介质后，透射光的相位会有差异。利用光传播的这一特性，在普通光学掩模的某些特定透光区域增加或减少一层透明介质层，光波透过这层特殊介质的相位恰好与相邻透光区的透射光的相位相反，这两个区域的光，由原来的相加干涉变为了相消干涉。相消干涉抵消了由于原来因为衍射效应造成的但又是希望避免的光强叠加，从而提高了光学掩模的分辨率。图1是分辨率增强光学掩模的基本原理示意图，该图清晰地表明，普通光学掩模的相邻透光区域因为光的衍射，在本来不该曝光的区域也存在相当大的能量，这里的光刻胶接收光能，显影时必然显现出来，而对于分辨率增强光学掩模来说，包含着大部分能量的 0级光没有受到影响，而相邻的起到衍射效果的部分次级光因为相位相反，叠加时互相抵消，避免了衍射效应造成的图形明暗区域模糊。本发明所提出的分辨率增强光学掩模正是通过这种方法加强了图象对比度，提高了分辨率。透过相位调节器的光与正常光波之间的相位差可用下式表达θ =
λ其中d—相位调节器厚度；η——移相材料的折射率；λ —光波波长。当透过相位调节器的光与直接从透明层透过的光相位差为180°时，相消干涉的效果最好，所以相位调节器的厚度应该使光能产生180°的相位偏转。由上式可推得，θ = 180°时，相位调节器的厚度为在本发明的分辨率增强光学掩模中，相位调节器的形成需要在相位调节器区域腐蚀掉一定厚度的石英基底，腐蚀的深度应该保证透过相位调节器的光能够形成180°精确的位相变化。图2是相位调节器的结构示意图。本发明还提供了一种制造高分辨率光学掩模的方法，该方法包括A、在熔石英基片铬板上涂覆正性抗蚀剂，该正性抗蚀剂是电子束抗蚀剂或AZ系列抗蚀剂；B、采用电子束直写光刻系统曝光出180°相位调节器图形，经显影后，生成需要进行制造位相为180°相位调节器图形的抗蚀剂图形；C、采用湿法腐蚀工艺，去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜，去胶，暴露出需要制作相位调节器部分的石英基片；D、采用感应耦合等离子干法刻蚀(ICP)方法刻出与相当于曝光波长厚度的相位调节器图形；E、在已经刻出相位调节器的掩模版上重新涂覆正性抗蚀剂，该正性抗蚀剂是电子束抗蚀剂或AZ系列抗蚀剂；F、再一次通过电子束直写光刻系统的自动对准曝光方式直写曝光出相位为0°的图形区域，显影，暴露出该区域内的铬膜；G、采用湿法腐蚀工艺，去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜，去胶，制成分辨率增强光学掩模。
与上述步骤A所述在熔石英基片铬板上涂覆正性抗蚀剂对应的工艺流程如图3所示，图3为在熔石英基片铬板上涂覆正性抗蚀剂的示意图。图3中1为熔石英等透明掩模版基片，2为金属铬薄膜材料层，3为涂敷的正性抗蚀剂层，包括PMMA、ZEP520, ZEP7000, KRS、 UV-III、P(SI-CMS)等单层或多层抗蚀剂正性电子抗蚀剂以及AZ9918、AZ9912、AZ5214等单层或多层正性光学抗蚀剂。与上述步骤B所述采用电子束直写光刻系统曝光出180°相位调节器图形并经显影后生成需要进行制造位相为180°相位调节器图形的抗蚀剂图形对应的工艺流程如图4 所示，图4为采用电子束直写光刻系统曝光和显影得到180°相位调节器图形的示意图。图 4中1为熔石英等透明掩模版基片，2为金属铬薄膜材料层，3为曝光和显影后得到的正性抗蚀剂层图形。步骤B中所述的电子束直写光刻系统可采用JEOL公司生产的JBX-5000LS 或JBX-6300FS电子束光刻系统，其加速电压分别为50KeV和lOOKeV，电子束流小于或等于 InA0与上述步骤C所述采用湿法腐蚀工艺去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜并去胶暴露出需要制作相位调节器部分的石英基片对应的工艺流程如图5所示，图5为采用湿法腐蚀工艺去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜并去胶从而暴露出需要制作相位调节器部分的石英基片的示意图。图5中1为熔石英等透明掩模版基片，5为腐蚀后得到的图形化金属铬薄膜层。与上述步骤D所述采用感应耦合等离子干法刻蚀(ICP)方法刻出与相当于曝光波长厚度的相位调节器图形对应的工艺流程如图6所示，图6为采用ICP刻蚀出与相当于曝光波长厚度的相位调节器图形的示意图。图6中1为熔石英等透明掩模版基片，5为腐蚀后得到的图形化金属铬薄膜层，6为经湿法腐蚀被挖空的透明掩模版基片区域即180°相位调节器。与上述步骤E所述在已经刻出相位调节器的掩模版上重新涂覆正性抗蚀剂对应的工艺流程如图7所示，图7为在已经刻出相位调节器石英基片铬掩模版上重新涂覆正性抗蚀剂的示意图。图7中1为熔石英等透明掩模版基片，5为腐蚀后得到的图形化金属铬薄膜层，7为涂敷的正性抗蚀剂层，包括PMMA、ZEP520、ZEP7000、KRS、UV-III、P (SI-CMS)等单层或多层抗蚀剂正性电子抗蚀剂以及AZ9918、AZ9912、AZ5214等单层或多层正性光学抗蚀剂。与上述步骤F所述再一次通过电子束直写光刻系统的自动对准曝光方式直写曝光出相位为0°的图形区域并经显影后暴露出该区域内的铬膜对应的工艺流程如图8所示，图8为通过电子束直写光刻系统的自动对准曝光方式进行直写曝光和显影得到相位为 0°的图形区域的示意图。图8中1为熔石英等透明掩模版基片，5为腐蚀后得到的图形化金属铬薄膜层，8为第二次曝光显影后得到的正性抗蚀剂图形，9为正性抗蚀剂图形被显影掉的区域以用于步骤G中的刻蚀工艺。与上述步骤G所述采用湿法腐蚀工艺去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜并去胶制成分辨率增强光学掩模对应的工艺流程如图9所示，图9为为采用湿法腐蚀工艺去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜并去胶从而制成分辨率增强光学掩模的示意图。图9中1为熔石英等透明掩模版基片，6为180°相位调节器，10为分辨率增强光学掩模的铬掩模层，11为0°相位区。图9中中的1、6、10、11 一起构成了分辨率增强光学掩模。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种增强光学掩模分辨率的方法，其特征在于，该方法是在光学掩模的特定透光区域减少一层透明介质层，光波透过该特定透光区域后的相位与相邻透光区域透射光的相位相反，该特定透光区域和相邻透光区域的透射光，由原来的相加干涉变为相消干涉，抵消由于原来衍射效应造成的光强叠加，增强了光学掩模的分辨率。
2.根据权利要求1所述的增强光学掩模分辨率的方法，其特征在于，所述减少了一层透明介质层的特定透光区域为相位调节器，该相位调节器的形成是在所述特定透光区域腐蚀掉一定厚度的石英基底，腐蚀的深度需保证透过相位调节器的光能够形成180°精确的位相变化。
3.根据权利要求2所述的增强光学掩模分辨率的方法，其特征在于，所述相位调节器的厚度为S =其中n为相位调节器材料的折射率，λ为光波波长。
4.一种制造高分辨率光学掩模的方法，其特征在于，包括 Α、在熔石英基片铬板上涂覆正性抗蚀剂；B、采用电子束直写光刻系统曝光出180°相位调节器图形，经显影后，生成需要进行制造位相为180°相位调节器图形的抗蚀剂图形；C、采用湿法腐蚀工艺，去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜，并去胶，暴露出需要制作相位调节器部分的石英基片；D、采用感应耦合等离子干法刻蚀方法刻出与相当于曝光波长厚度的相位调节器图形；Ε、在已经刻出相位调节器的掩模版上重新涂覆正性抗蚀剂；F、再一次通过电子束直写光刻系统的自动对准曝光方式直写曝光出相位为0°的图形区域，显影，暴露出该区域内的铬膜；G、采用湿法腐蚀工艺，去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜，并去胶，制成高分辨率的光学掩模。
5.根据权利要求4所述的制造高分辨率光学掩模的方法，其特征在于，步骤A和E中所述正性抗蚀剂为电子束抗蚀剂或AZ系列抗蚀剂。
全文摘要
本发明公开了一种增强光学掩模分辨率的方法，在普通光学掩模的某些特定透光区域减少一层透明介质层，光波透过这层特殊介质的相位恰好与相邻透光区的透射光的相位相反，这两个区域的光，由原来的相加干涉变为了相消干涉，从而提高了光学掩模的分辨率。本发明同时公开了一种制造高分辨率光学掩模的方法，包括在熔石英基片铬板上涂覆正性抗蚀剂，采用电子束直写光刻系统曝光出180°相位调节器图形，采用湿法腐蚀去除没有被抗蚀剂掩蔽的铬膜并去胶，采用刻蚀出与相当于曝光波长厚度的相位调节器图形，重新涂覆正性抗蚀剂，再次通过电子束直写光刻曝光出0°相位的图形区域并显影，采用湿法腐蚀去铬膜，去胶，制成分辨率增强光学掩模。
文档编号G03F7/00GK102213913SQ20101014530
公开日2011年10月12日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者刘明, 张卫红, 张建宏, 李友, 李新涛, 王冠亚, 谢常青, 谢文妞, 陈宝钦, 龙世兵 申请人:中国科学院微电子研究所