一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法，属于微电子、微光学、微纳结构和光电子器件制备等微纳加工领域的光刻技术领域，解决现有技术存在的极紫外光源体积大，成本高，操作安全系数难以保证的问题。本发明步骤为：(1)制备存在不同缺陷的一维线性掩膜版；(2)获取涂有光刻胶的样片，并将掩膜版与样片进行对准；(3)获取紫外i线光对存在缺陷的掩膜版进行照明和对涂有光刻胶的样片进行曝光；(4)将曝光后的样片进行显影，后烘，刻蚀，去胶工艺,即可完成对存在缺陷的一维线性掩膜的缺陷恢复,制作得到完好一致的线性掩膜版。本发明可用于对缺陷掩膜结构的完整恢复。
【专利说明】
一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法
技术领域
[0001] -种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法，用于对缺陷掩膜结构的完整恢 复，属于微电子、微光学、微纳结构和光电子器件制备等微纳加工领域的光刻技术领域。
【背景技术】
[0002] 在科研和工业领域中，周期结构在LED/0LED光子晶体、微流控、防伪标签、加密设 计、生物芯片、二元衍射器件、光栅等方面有着广泛的应用。与此同时，随着科技不断的进 步，各行业对周期微纳结构的要求也日趋苛刻，需要同时满足大面积、高精度、图案复杂化、 制备周期短、低成本以及良品率高等条件。
[0003] 目前，大面积周期性微纳制备技术有接近&接触式光刻法、纳米压印法、干涉光刻 法。接近&接触式光刻法原理简单，成本较低。但受到设备、掩模、工艺的限制，不能适应未来 科技的发展。纳米压印法的最大优势在于可实现大面积、高精度的周期微纳结构，然而纳米 压印属于"复制型"微细加工法，高精度压印模板的制作难度极高，同时存在基片易弯曲、压 印表面聚合物易残留、脱模复杂等诸多问题有待解决。干涉光刻法可实现大面积、无掩模、 高精度微纳图形加工。但操作较难控制，可加工图形单一，灵活性较差，不适用于加工具有 复杂图案的周期微纳结构。
[0004] 在半导体周期微纳结构制造过程中，缺陷问题是制造商十分关注的问题之一。但 由于曝光强度，涂胶不均匀，扫描步进稳定性误差，显影过度或不完整，蚀刻过程中速率控 制不当，或外界保存不当等原因易导致掩膜周期线条不均匀，边缘粗糙，部分周期结构损坏 等缺陷。
[0005] 为克服上述技术的不足和避免掩膜缺陷对周期结构制备的不良影响，利用自成像 效应进行光刻为制备高分辨、复杂化、大面积周期微纳结构提供了一种新的思路。而目前， 与自成像效应的缺陷修复有关的研究主要在极紫外（13.68nm，46.9nm，193nm)波段，众所周 知，当光刻的波长越短，线条越精细，但极紫外光源体积大，成本高，操作安全系数难以保 证。而目前亚微米级微纳结构加工大多仍采用中紫外或紫外光源，故本发明为更好的解决 微纳结构制备过程中的实际问题。
【发明内容】
[0006] 本发明针对上述不足之处提供了一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方 法，解决现有技术中周期阵列中存在的曝光强度，涂胶不均匀，扫描步进稳定性误差，显影 过度或不完整，蚀刻过程中速率控制不当，或外界保存不当等原因易导致掩膜周期线条不 均匀，边缘粗糙，部分周期结构损坏等缺陷；用于解决现有技术存在的极紫外光源体积大， 成本高，操作安全系数难以保证的问题。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0008] -种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法，其特征在于:如下步骤；
[0009] (1)制备存在不同缺陷的一维线性掩膜版；
[0010] (2)获取涂有光刻胶的样片，并将掩膜版与样片进行对准；
[0011] (3)获取紫外i线光对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片进行曝光；
[0012] (4)将曝光后的样片依次进行显影、后烘、刻蚀和去胶，即可完成对缺陷掩膜结构 恢复，得到完整一致的掩膜结构。
[0013] 进一步，所述步骤(1)中，存在不同缺陷的一维线性掩膜版是由于保存不当而存在 部分划痕或缺损的掩膜版，也可以是由于掩膜版制作过程精度和稳定性不高等导致的掩膜 版中少部分条纹缺失，条纹变粗，变细等缺陷的掩膜版。
[0014] 进一步，所述步骤(2)中，涂有光刻胶的样片是对硅片进行清洗、干燥、硅片表面成 膜预处理之后，通过旋转涂胶法进行均匀涂胶，对均匀涂胶后的硅片进行前烘后所得到的 曝光重现性和显影成像良好的样片。
[0015] 进一步，所述步骤(3)中，获取紫外i线光对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片进行 曝光的具体步骤为：
[0016] (31)由高压汞灯发出多种成分的光；
[0017] (32)高压汞灯发出多种成分的光先由冷光椭球镜进行聚光并初次过滤掉长波段 的光；
[0018] (33)经过冷光椭球镜的光再由冷光反射镜过滤一次长波段的光，得到紫外i线光；
[0019] (34)紫外i线光通过计算机及电控系统开启快门控制曝光时间和曝光剂量；
[0020] (35)通过快门后的紫外i线光通过积木错位蝇眼透镜进行均匀照明、消衍射和侧 壁陡度处理，再通过聚光镜准直为平行光，并对平行光进行扩束处理；
[0021] (36)最后，扩束后的光束通过大反射镜转折照射到精密工件台上的掩模版和样片 的上表面，实现对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片曝光。
[0022] 进一步，所述步骤(36)中，涂有光刻胶的样片放置在掩膜版后泰伯距离处。
[0023] 进一步，所述步骤(3)中，在紫外i线光照射下，根据泰伯效应相关原理，透过掩膜 版的光将在光的传播方向上以距离为.
-的周期位置处产生掩膜版的自成像，其中P为 物体周期，A为入射光波长
.即为泰伯距离;每个传播周期的1/2处，还将出现一个 具有JT相移的相移自成像。
[0024] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0025] -、采用常规紫外光刻光源汞灯，设备结构简单，且易操作，成本较低；
[0026] 二、由于可以在接近光刻方式下工作，能够实现大面积微纳光刻，具有较好的工艺 适应性；
[0027]三、光强控制简单，泰伯自成像分辨力能达到或接近衍射极限，而非透镜成像，可 实现无镜头成像，可对存在部分缺陷的亚微米级周期结构进行恢复转印；
[0028] 四、采用泰伯光刻技术，不需要昂贵的光学透镜，不同级次的自成像光场分布相互 交错叠加，同时可对存在缺陷的周期掩膜进行恢复，大大降低了制作成本，将为大面积、高 精度的周期性微纳结构加工提供更加快捷高效的途径。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明所使用装置的框架示意图；
[0030] 图2为本发明中积木错位蝇眼透镜的示意图；
[0031] 图3为本发明中单波长照明下自成像光场分布示意图；
[0032] 图4为本发明中存在不同缺陷的线性光栅及其泰伯恢复像的示意图，其中上排为 缺陷光栅，下排为对应缺陷光栅的泰伯恢复像；
[0033] 图中：1-高压汞灯、2-冷光椭球镜、3-冷光反射镜、4-快门、5-积木错位蝇眼透镜、 6-聚光镜、7-大反射镜、8-精密工件台、9-掩膜台、10-承片台、11-XY掩膜样片相对运动台、 12-XY整体运动台、13-计算机及电控系统。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0035] -种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法，如下步骤；
[0036] (1)制备存在不同缺陷的一维线性掩膜版;存在不同缺陷的一维线性掩膜版是由 于保存不当而存在部分划痕或缺损的掩膜版，也可以是由于掩膜版制作过程精度和稳定性 不高等导致的掩膜版中少部分条纹缺失，条纹变粗，变细等缺陷的掩膜版。如图4所示，利用 DMD无掩膜光刻机制备上述10_ X 10mm存在不同缺陷的一维线性掩膜版。
[0037] (2)获取涂有光刻胶的样片；将掩膜版放置到掩膜台上，将样片放置到承片台上， 调节掩膜台和承片台的相对位置，以实现将涂有光刻胶的样片放置在掩膜版后泰伯距离
处，其中P为物体周期，A为入射光波长，将样片调平，并将掩膜版与样片进行对准。涂 有光刻胶的样片是对硅片进行清洗、干燥、硅片表面成膜预处理之后，通过旋转涂胶法进行 均匀涂胶，对均匀涂胶后的硅片进行前烘后所得到的曝光重现性和显影成像良好的样片。
[0038] (3)获取紫外i线光对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片进行曝光;获取紫外i线光 对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片进行曝光的具体步骤为：
[0039] (31)由高压汞灯发出多种成分的光；
[0040] (32)高压汞灯发出多种成分的光先由冷光椭球镜进行聚光并初次过滤掉长波段 的光；
[0041] (33)经过冷光椭球镜的光再由冷光反射镜过滤一次长波段的光，得到紫外i线光；
[0042] (34)紫外i线光通过计算机及电控系统开启快门控制曝光时间和曝光剂量；
[0043] (35)通过快门后的紫外i线光通过积木错位蝇眼透镜进行均匀照明、消衍射和侧 壁陡度处理，再通过聚光镜准直为平行光，并对平行光进行扩束处理；
[0044] (36)最后，光束通过大反射镜转折照射到精密工件台上的掩模版和样片的上表 面，实现对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片曝光。在确保掩膜版和样片对准并能均匀照明 时，通过开启快门进行曝光。
[0045] (4)对曝光后的样片进行显影、后烘、刻蚀以及去胶工艺，在显微镜下观察，并借助 计算机视图工具进行测量曝光所得图样周期。即可完成对缺陷掩膜结构恢复，得到完整一 致的掩膜结构。
【主权项】
1. 一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法，其特征在于:如下步骤； (1) 制备存在不同缺陷的一维线性掩膜版； (2) 获取涂有光刻胶的样片，并将掩膜版与样片进行对准； (3) 获取紫外i线光对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片进行曝光； (4) 将曝光后的样片依次进行显影、后烘、刻蚀和去胶，即可完成对缺陷掩膜结构恢复， 得到完整一致的掩膜结构。2. 根据权利要求1所述的一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法，其特征在 于:所述步骤(1)中，存在不同缺陷的一维线性掩膜版是由于保存不当而存在部分划痕或缺 损的掩膜版，也可以是由于掩膜版制作过程精度和稳定性不高等导致的掩膜版中少部分条 纹缺失，条纹变粗，变细等缺陷的掩膜版。3. 根据权利要求1所述的一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法，其特征在 于:所述步骤(2)中，涂有光刻胶的样片是对硅片进行清洗、干燥、硅片表面成膜预处理之 后，通过旋转涂胶法进行均匀涂胶，对均匀涂胶后的硅片进行前烘后所得到的曝光重现性 和显影成像良好的样片。4. 根据权利要求1所述的一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法，其特征在 于，所述步骤(3)中，获取紫外i线光对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片进行曝光的具体步 骤为： (31) 由高压汞灯发出多种成分的光； (32) 高压萊灯发出多种成分的光先由冷光椭球镜进行聚光并初次过滤掉长波段的光； (33) 经过冷光椭球镜的光再由冷光反射镜过滤一次长波段的光，得到紫外i线光； (34) 紫外i线光通过计算机及电控系统开启快门控制曝光时间和曝光剂量； (35) 通过快门后的紫外i线光通过积木错位蝇眼透镜进行均匀照明、消衍射和侧壁陡 度处理，再通过聚光镜准直为平行光，并对平行光进行扩束处理； (36) 最后，扩束后的光束通过大反射镜转折照射到精密工件台上的掩模版和样片的上 表面，实现对掩膜版照明和涂有光刻胶的样片曝光。5. 根据权利要求1所述的一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法，其特征在 于:所述步骤(36)中，涂有光刻胶的样片放置在掩膜版后泰伯距离处。6. 根据权利要求1所述的一种基于泰伯效应恢复光栅缺陷的紫外光刻方法，其特征在 于:所述步骤(3)中，在紫外i线光照射下，根据泰伯效应相关原理，透过掩膜版的光将在光 的传播方向上以距离为Z 的周期位置处产生掩膜版的自成像，其中P为物体周期，λ为 .Λ 入射光波长，Ζ = Λ_?即为泰伯距离;每个传播周期的1/2处，还将出现一个具有π相移的相 Λ 移自成像。
【文档编号】G03F7/00GK105892232SQ201610348109
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】邓茜, 刘俊伯, 赵立新, 胡松
【申请人】四川科奥达技术有限公司