一种用于200nm以下线宽超衍射光刻的硅掩模及其制作方法

摘要

一种用于200nm以下线宽超衍射光刻的硅掩模及其制作方法，该掩模由紫外透明材料基片上的硅膜作为图形层。其制作方法是：首先在基片上加工一定厚度的硅膜，使其对紫外光的透过率在5％以内；然后在硅膜表面加工一层薄的铬膜；利用聚焦离子束在铬膜上制备线宽小于200nm的图形；以铬膜层为遮蔽层，通过反应离子束刻蚀硅膜，使铬膜上的图形转移至硅膜上；最后用去铬液腐蚀掉残留的铬膜，制成分辨率高、图形层深度大的实用硅掩模。该硅掩模和加工方法解决了聚焦离子束难以制作图形层深度大、线宽小于200nm的铬掩模的技术困难，在纳米光刻技术中具有广阔的应用前景。

权利要求

1.制作用于200nm以下线宽超衍射光刻的硅掩模的方法，其特征在于步骤如下：(1)选择石英或氟化钙材料制作紫外光透明基片；

(2)利用溅射或蒸镀方法在紫外光透明基片一面上加工厚度50nm～100nm的硅膜，使硅膜对波长在200nm-450nm范围内的深紫外或紫外光波段透过率在5％以内；

(3)利用溅射或蒸镀方法在所述硅膜表面加工一层厚度为10nm～30nm的铬膜；

(4)利用聚焦离子束在所述铬膜上加工所需的线宽200nm以下的纳米掩模图形；

(5)以刻有纳米掩模图形的铬膜为遮蔽层，通过反应离子束刻蚀硅膜，使铬膜上的掩模图形转移至硅膜上；

(6)用去铬液腐蚀掉硅膜上残留的铬膜，得到图形层深度在50nm～100nm的实用硅掩模。

2.根据权利要求1中的制作硅掩模的方法，其特征在于：所述步骤(4)中聚焦离子束加工的图形深度应当大于等于铬膜的厚度。

3.根据权利要求1中的制作硅掩模的方法，其特征在于：所述步骤(5)中反应离子束刻蚀中的刻蚀气体包括六氟化硫或三氟甲烷。

4.根据权利要求1中的制作硅掩模的方法，其特征在于：所述步骤(5)中刻蚀后的图形层深度应当等于硅膜与铬膜厚度之和，其误差不大于5％。

说明书

一种用于200nm以下线宽超衍射光刻的硅掩模及其制作方

法

技术领域

[0001] 本发明属于纳米加工技术领域，涉及一种用于200nm以下线宽超衍射光刻的硅掩模及其制作方法。技术背景

[0002] 为满足集成电路对更小线宽的不断追求，各种新型的纳米加工技术被不断的探索与研究。相比商业光刻设备(如193nm浸没光刻设备)，以近场光刻、表面等离子体超分辨成像光刻为代表的超衍射光刻技术具有低成本、高效率和高分辨率等优点，因而受到人们的广泛关注。

[0003] 超衍射光刻技术中存在的技术困难之一为掩模图形加工问题。这是由于超衍射光刻掩模图形与光刻胶图形大多是1∶1的成像关系，而传统投影光刻掩模一般为4∶1成像关系。因此加工同样线宽(如100nm)的光刻图形，超衍射光刻掩模线宽比投影光刻掩模小4倍。因此，超衍射光刻掩模图形的加工难度大、成本高。对于200nm以下线宽的掩模图形，现有的掩模加工手段电子束直写技术的工艺步骤多(涉及到感光胶涂胶、烘配、显影、后烘、镀膜、去胶等多个工艺)，工艺复杂，成品率低，成本高。现有掩模普遍采用铬膜作为掩模图形层。聚焦离子束是一种灵活、高效的金属膜层纳米图形加工手段，其分辨力能够满足20nm以上线宽的图形加工。但由于采用聚焦离子束物理轰击金属膜层的办法，其加工深度随着线宽减小而迅速降低。对于200nm以下线宽，其加工金属层的图形深度普遍在50nm以下。而对于50nm以下线宽，其加工深度一般只有30nm以下。如此薄的金属层难以保证对紫外光有效阻挡，无法制备满足实际需求的掩模图形。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是：针对现有200nm以下线宽的超衍射光刻掩模加工技术中难以解决的图形层深度问题，提供一种用于200nm以下线宽超衍射光刻的硅掩模及其制作方法，该掩模和加工方法具有高分辨率和图形层深度大的优点，可以满足200nm以下线宽的超衍射光刻应用需求。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于200nm以下线宽超衍射光刻的硅掩模，其特点在于：包括紫外光透明基片和其上加工有图形的硅膜，所述硅膜的厚度为50nm～100nm，所述硅膜对波长在200nm-450nm范围内的深紫外和紫外光波段透过率在5％以内。所述紫外光透明基片为石英或氟化钙紫外透明材料。

[0006] 制作上述的用于200nm以下线宽超衍射光刻的硅掩模，步骤如下：

[0007] (1)选择石英或氟化钙等材料制作紫外光透明基片；

[0008] (2)利用溅射或蒸镀方法在紫外光透明基片一面上加工厚度50nm～100nm的硅膜，使硅膜对波长在200nm-450nm范围内的深紫外或紫外光波段透过率在5％以内；

[0009] (3)利用溅射或蒸镀方法在所述硅膜表面加工一层厚度为10nm～30nm的铬膜；

[0010] (4)利用聚焦离子束在所述铬膜上加工所需的线宽200nm以下的纳米掩模图形；

[0011] (5)以刻有纳米掩模图形的铬膜为遮蔽层，通过反应离子束刻蚀硅膜，使铬膜上的掩模图形转移至硅膜上；

[0012] (6)用去铬液腐蚀掉硅膜上残留的铬膜，得到图形层深度在50nm～100nm的实用硅掩模。

[0013] 所述步骤(4)中聚焦离子束加工的图形深度应当大于等于铬膜的厚度。

[0014] 所述步骤(5)中反应离子束刻蚀中的刻蚀气体包括六氟化硫或三氟甲烷。

[0015] 所述步骤(5)中刻蚀后的图形层深度应当等于硅膜与铬膜厚度之和，其误差不大于5％。

[0016] 本发明与现有技术相比具有以下优点：与传统的铬掩模相比，本发明中聚焦离子束无需加工厚度大的铬膜或者其它金属膜层，而只需对铬/硅双层膜结构中的薄铬层进行加工，降低了聚焦离子束的加工难度，保证了掩模图形的加工线宽质量；采用后续刻蚀工艺，可将铬膜图形传递至厚度大的硅膜上，这样的硅掩模具有线宽小、图形层深度大、对紫外光阻挡好的优点。整个加工方法步骤简单，镀膜、聚焦离子束加工、刻蚀等工艺稳定性和可靠性好，不涉及电子束直写技术中需要光刻胶涂胶、烘焙、曝光、显影、后烘等多个工艺步骤。该硅掩模不仅可用于紫外曝光，还可用于深紫外曝光，为200nm以下线宽图形的超衍射光刻应用提供了一种有效、方便的掩模和制作方法。

附图说明

[0017] 图1为本发明硅掩模制作方法的流程图；

[0018] 图2为本发明的步骤2在石英基片加工一定厚度硅膜后的掩模结构示意图；

[0019] 图3为本发明的步骤3在硅膜的表面加工一层铬膜的掩模结构示意图；

[0020] 图4为本发明的步骤4利用聚焦离子束加工铬膜图形后的掩模结构示意图；

[0021] 图5为本发明的步骤5经反应离子束刻蚀硅，图形转移至硅膜上的掩模结构示意图；

[0022] 图6为本发明的步骤6去铬液腐蚀后制成硅掩模的结构示意图。

[0023] 图中1为掩模基底，2为硅膜，3为铬膜。具体实施方式：

[0024] 下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例本领域技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。

[0025] 实施例1

[0026] 本发明的第一个实施例，是制作周期为100nm、线宽为50nm的周期线条的硅掩模，曝光波长为365nm，该掩膜包括透明石英基底和其上的硅膜图形。

[0027] 该掩模的制作步骤如图1所示：

[0028] (1)选择石英材料制作紫外光透明基片；

[0029] (2)利用磁控溅射镀膜机在透明石英基底上镀上一层厚约70nm的硅膜；

[0030] (3)再利用磁控溅射镀膜机在硅膜的上表面镀上一层厚度为20nm的铬膜，作为后期刻蚀过程中的图形遮蔽层；

[0031] (4)利用聚焦离子束直接对厚度为20nm的铬膜进行加工，使铬膜上获得周期为100nm、线宽为50nm的周期纳米线条图形，图形深度大于或者等于20nm；

[0032] (5)选择六氟化硫为刻蚀气体，以铬膜层为遮蔽层，通过反应离子束刻蚀硅膜，使铬膜上的图形转移至硅膜上，图形总深度为90nm±4nm；

[0033] (6)用去铬液腐蚀掉硅膜上残留的铬膜，即可制成周期为100nm、线宽为50nm，线条深度为70nm±4nm的实用硅掩模。

[0034] 实施例2

[0035] 本发明的第二个实施例，是制作周期为200nm、线宽为80nm的周期线条的硅掩模，曝光波长为365nm，该掩膜包括透明石英基底和其上的硅膜图形。

[0036] 该掩模的制作步骤如图1所示：

[0037] (1)选择石英材料制作紫外光透明基片；

[0038] (2)利用磁控溅射镀膜机在透明石英基底上镀上一层厚约100nm的硅膜；

[0039] (3)再利用磁控溅射镀膜机在硅膜的上表面镀上一层厚度为30nm的铬膜，作为后期刻蚀过程中的图形遮蔽层；

[0040] (4)利用聚焦离子束直接对厚度为30nm的铬膜进行加工，使铬膜上获得周期为200nm、线宽为100nm的周期纳米线条图形，图形深度大于或者等于30nm；

[0041] (5)选择六氟化硫为刻蚀气体，以铬膜层为遮蔽层，通过反应离子束刻蚀硅膜，使铬膜上的图形转移至硅膜上，图形总深度为130nm±6nm；

[0042] (6)用去铬液腐蚀掉硅膜上残留的铬膜，即可制成周期为200nm、线宽为80nm，线条深度为100nm±6nm的实用硅掩模。

[0043] 实施例3

[0044] 本发明的第二个实施例，是制作周期为64nm、线宽为32nm的周期线条的硅掩模，曝光波长为365nm，该掩膜包括透明石英基底和其上的硅膜图形。

[0045] 该掩模的制作步骤如图1所示：

[0046] (1)选择氟化钙材料制作紫外光透明基片；

[0047] (2)利用磁控溅射镀膜机在透明氟化钙基底上镀上一层厚约50nm的硅膜；

[0048] (3)再利用磁控溅射镀膜机在硅膜的上表面镀上一层厚度为10nm的铬膜，作为后期刻蚀过程中的图形遮蔽层；

[0049] (4)利用聚焦离子束直接对厚度为10nm的铬膜进行加工，使铬膜上获得周期为64nm、线宽为32nm的周期纳米线条图形，图形深度大于或者等于10nm；

[0050] (5)选择三氟甲烷为刻蚀气体，以铬膜层为遮蔽层，通过反应离子束刻蚀硅膜，使铬膜上的图形转移至硅膜上，图形总深度为60nm±3nm；

[0051] (6)用去铬液腐蚀掉硅膜上残留的铬膜，即可制成周期为64nm、线宽为32nm，线条深度为50nm±3nm的实用硅掩模。