專利名稱：提高光刻分辨率的方法
技術領域：
本發明是一種提高光刻分辨率的方法。適用于接近/接觸式光刻的掩模板。
背景技術：
接近/接觸式光刻是生產小批量專用集成電路最為經濟的手段。通常的接近/接觸式光刻如圖1所示(參見在先技術美國國際商用機器公司(IBM)實驗室S.Rice等人發表在Applied Physics A雜志1984年第33卷第195-198頁的論文)。其中的掩模板1由基片101和附著于基片101上的鉻膜102組成，鉻膜102沒有完全覆蓋基片101表面，相鄰的鉻膜102之間是一個透光的空氣間隙103，即鉻膜102在基片101表面上形成一個圖案。其工作過程是平行激光束G首先入射于掩模板1上，然后穿過掩模板1上的空氣間隙103及鉻膜102與光刻膠層3之間的空氣層隙2，入射到硅片4上的光刻膠層3上，這部分光刻膠被曝光，而與不透光的鉻膜102對應的那部分光刻膠未被曝光。光刻膠層3一般采用正性光刻膠。這樣光刻膠層3中受到平行激光束G照射的部分經顯影后被溶解掉，而未曝光的光刻膠層保留在硅片4表面上，從而在硅片4上得到與掩模板1上鉻膜102相同的由光刻膠構成的圖案?？諝忾g隙103的厚度為a，空氣層隙2的厚度為z。
上述接近/接觸式光刻中存在以下不足由于掩模板1與硅片4表面光刻膠層3之間再怎么接觸緊密也還是存在厚度為z的空氣層隙2，平行激光束G在掩模線條邊緣將產生強烈衍射，同時在掩?；?01與鉻膜102上圖案間也存在厚度為a的空氣間隙103，衍射是從基片101透光部分的出射面AA開始的，且隨著鉻膜102厚度的增大而增強。圖1中平行激光束G在經過掩?；?01的出射面AA即在鉻膜102與空氣間隙103的交界面時發生第一次衍射，在鉻膜102表面BB與硅片4表面光刻膠層3間的空氣層隙2中發生第二次衍射。
在光刻分辨率到達甚至低于平行激光束G波長時，即使空氣間隙103的厚度a及空氣層隙2的厚度z都非常小，由它們產生的衍射效應也極大地限制了光刻分辨率的提高，影響了微細圖形的形成。同時，如果鉻膜102表面有缺陷存在，如毛刺、瑕疵、微小變形或傾斜等，都會直接影響到硅片4上的光刻膠層3上所能形成的光刻圖形的質量。
發明內容
本發明提供一種較為簡單有效的提高光刻分辨率的方法。在掩模板鉻膜空氣間隙內，和在與掩模板接近或接觸的硅片表面光刻膠層之間的空氣層隙內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?；砻驺t膜空氣間隙內的衍射效應，從而提高光刻分辨率。
如上述，也就是在對與掩模板1接近或接觸的硅片4表面上光刻膠層3進行光刻，首先在掩模板1的基片101上由鉻膜102構成圖案中透光部位的空氣間隙103內和在掩模板1與硅片4表面上光刻膠層3之間的空氣層隙2內填充折射率nt大于掩模板上1基片101的折射率nj的透明材料5。并對透明材料5層與硅片4表面上光刻膠層3接觸或接近的表面進行拋光。如圖2所示。
本發明提高光刻分辨率的具體的做法是1.以電子束制版技術得到的常規掩模板由基片101及其在它上面帶有圖案的鉻膜102組成。如圖1、圖3.1示。
2.在上述掩模板覆有鉻膜的那個面上鍍透明材料層，如圖3.2所示，即在上述掩模板1基片101上鉻膜102的空氣間隙103內填滿透明材料5，并使透明材料5覆蓋在表面上，透明材料5如SiO2、或光刻膠或其他透明材料，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)光刻膠在157nm波長處折射率nt＝1.7226。由于透明材料5的折射率nt是未填充透明材料5的空氣間隙103中的空氣的射率為1的nt倍，由光的折射定律可知，光束由折射率小的物質進入折射率大的物質內折射角是減小的。因而平行激光束G在透明材料5中的衍射距離減小為原來的1/nt，從而可有效地削弱照明光束在掩模板基片101表面上鉻膜102空氣間隙103內的衍射效應。
3.拋光去除鉻膜102表面的多余或不需要的透明材料5，得到如圖3.3所示的掩模板1。通過拋光工藝，可消除原鉻膜102表面存在的缺陷，如毛刺、瑕疵、微小變形或傾斜等，改善由于掩模板質量問題對光刻分辨率造成的不良影響。其次，在進行接近或接觸光刻時，若鉻膜102表面存在一層的透明材料5層，可以避免由于掩模板1與硅片3上光刻膠層4直接接觸或摩擦引起的對掩模板1的損傷。
上述步驟完成后，下面就可以進行正常的曝光、顯影等光刻工序。
如上述方法，若平行激光束G波長λ為157nm(F2準分子激光器)，使用聚甲基丙烯酸甲酯光刻膠作為透明材料5，鉻膜102與填充的透明材料5光刻膠厚度均為a，鉻膜102與硅片4表面光刻膠層3間空氣層隙2厚度為z，填充透明材料5后得到的光刻分辨率比在先技術有較大提高。
與在先技術相比，本發明有如下優點1.用高折射率透明材料5有效縮短平行激光束G的衍射距離，降低掩模板1基片101上鉻膜102空氣間隙103內的衍射效應，提高了光刻分辨率。本發明方法亦可作為一種輔助措施應用在其他光刻技術中。
2.制作工藝簡單，容易操作，不需通過復雜的定位裝置進行調整，允許填充透明材料5的厚度范圍較大。一般說來，鉻膜102厚度a越小，產生的衍射效應也越小，但其厚度總是存在的，因此由此產生的衍射效應是無法消除的。經填充透明材料5后，不同鉻膜厚度a(0.2λ～1λ之間)對最終結果影響不大，由此對鉻膜的制作精度要求可以適當放低，一般取0.3λ到0.5λ。填充的透明材料5可用簡便方法去除，掩模板1可進行反復填充，進行多次光刻。
3.利用拋光工藝去除鉻膜102表面的多余或不需要的透明材料5，可消除原鉻膜102表面存在的缺陷，如毛刺、瑕疵、微小變形或傾斜等，改善由于掩模質量問題對光刻分辨率造成的影響。其次，在進行接近/接觸光刻時，若鉻膜102表面存在一定的透明材料5層，則可以避免由于掩模板1與硅片4上光刻膠層3直接接觸或摩擦引起的對掩模板1的損傷。
4.增大掩模板1上鉻膜102表面BB與硅片4表面光刻膠層3之間的距離z時，由于填有透明材料層，其不影響光刻分辨率，這同樣避免由于掩模板1與硅片4表面光刻膠層3直接接觸或摩擦引起的對掩模板1的損傷。
5.可達到亞半微米光刻分辨率，即優于0.25μm的光刻分辨率，并能在此基礎上對光刻線條寬度進一步改善和提高，同時，可選取的曝光閾值范圍較大，對控制曝光設備和光刻條件的要求可適當放寬。
圖1是在先技術接近/接觸進行光刻的示意圖。
圖2是采用本發明的填充透明材料后的掩模板進行接近/接觸光刻的示意圖。
圖3是本發明中提高光刻分辨率具體的做法示意圖。其中圖3.1為掩模板1的結構示意圖。101為基片，102為含有三縫的鉻膜，103為空氣間隙。圖3.2為在圖3.1的掩模板1鉻膜102的空氣間隙103內填滿及鉻膜102的表面上覆蓋一層透明材料5后的示意圖。
圖3.3為圖3.2的掩模板1鉻膜102表面的透明材料5層經過拋光后的示意圖。
圖3.4為進行光刻時上述圖3.3的掩模板1與硅片4上光刻膠層3接觸的示意圖。
圖4是圖3中所示的掩模板1中鉻膜102上的圖案是三縫情況下，縫寬為0.2μm，空氣間隙103的厚度a為0.3λ，掩模板1上線條占空比為1∶1時，在空氣層隙2的厚度z為1λ處得到的光強分布曲線圖，圖中實線7所示為填充透明材料5后的曲線，虛線8所示為未填充透明材料5時的曲線。
圖5是圖3中所示的掩模板1中鉻膜102上的圖案是三縫情況下，縫寬為0.2μm，空氣間隙103的厚度a為0.3λ，掩模板1上線條占空比為1∶2時，在空氣層隙2的厚度z為1.6λ處得到的光強分布曲線圖，圖中實線9所示為填充透明材料5后的曲線，虛線10所示為未填充透明材料5時的曲線。
具體實施例方式如圖2所示，平行激光束G波長λ為157nm，使用PMMA光刻膠作為填充透明材料5。PMMA光刻膠在157nm波長處的折射率nt＝1.7226。鉻膜102與透明材料5的厚度a＝47nm，寬度為0.2μm，鉻膜102表面與硅片4表面光刻膠層3之間的空氣層隙2內透明材料5的厚度z＝157nm。
當平行激光束G通過掩模板1對光刻膠層3進行曝光，曝光量為2.6J/cm2，用甲基異丁基酮和異丙醇的混合液作為顯影液，兩者的體積比為2∶1，顯影時間為2min。顯影后在硅片4表面的光刻膠層3上獲得了清晰的優于0.20μm的光刻線條。如果未填充透明材料5，則顯影后在光刻膠層3上只可獲得0.25μm光刻線條，有時甚至無法分辨出光刻線條。可見，采用本發明后，光刻分辨率提高了25％以上。
利用如圖3所示的掩模板1，鉻膜102上的圖案是三縫情況下，縫寬為0.2μm，a為0.3λ，掩模板1上線條占空比(一個周期內透光區域與不透光區域寬度比)為1∶1時，在空氣層隙2內透明材料5層的厚度z為1λ處得到光強分布曲線，如圖4所示。圖4中實線7所示為填充透明材料5后的曲線，虛線8所示為未填充透明材料5時的曲線。圖4表明，填充透明材料5后在同一閾值(10％～75％之間)下得到的線條寬度比無填充透明材料5時減少了10％以上，即光刻分辨率提高了10％以上。相鄰兩縫在硅片4表面光刻膠層3上形成的衍射疊加區域中心點強度值(次峰強度)降為原來的60.3％；另外，當硅片4與掩模板1之間空氣層隙z較大時，本發明對光刻分辨率改善效果相對更為明顯。這些改善對亞半微米光刻非常有利，且由于空氣層隙z的增大，可以減小掩模板1的受損傷幾率。
利用如圖3所示的掩模板1，鉻膜102上的圖案是三縫情況下，縫寬為0.2μm，a為0.3λ，掩模板上線條占空比為1∶2時，在空氣層隙2內透明材料5層隙的厚度z為1.6λ處得到的光強分布曲線為圖5，圖5中實線9所示為填充透明材料5后的曲線，虛線10所示為未填充透明材料5時的曲線。這表明，在亞半微米光刻中，采用占空比不為1∶1的掩模圖案時，更易獲得良好的光刻線條。由圖中可見這種掩模的改善效果更為明顯，線條寬度減少了14％以上，即光刻分辨率提高了14％以上，次峰強度僅為原來的46.2％。
權利要求
1.一種提高光刻分辨率的方法，對與掩模板(1)接近或接觸的硅片(4)表面上光刻膠層(3)進行光刻，其特征是首先在掩模板(1)基片(101)上由鉻膜(102)構成圖案中透光部位的空氣間隙(103)內和在掩模板(1)與硅片(4)表面上光刻膠層(3)之間的空氣層隙(2)內填充折射率大于掩模板(1)上基片(101)折射率的透明材料(5)，并對透明材料(5)層與硅片(4)表面上光刻膠層(3)接觸或接近的表面進行拋光。
全文摘要
一種提高光刻分辨率的方法,在接近或接觸式光刻的掩模板上的鉻膜圖案中的空氣間隙內和在掩模板鉻膜與硅片上光刻膠層之間的空氣層隙內,填充折射率大于掩模板基片折射率的透明材料。并對空氣層隙內與光刻膠層相接觸的透明材料層的表面進行拋光。因此進行光刻時,由于空氣間隙和空氣層隙內填充了折射率較大的透明材料,使得光束的折射角減小,衍射距離減小,有效地削弱了衍射效應。從而提高了光刻的分辨率。本發明的方法簡單,容易操作。能夠避免掩模板的表面損傷?？梢詫ρ谀０暹M行反復填充和多次利用。光刻的分辨率可以達到亞半微米。
文檔編號G03F7/20GK1375745SQ02111138
公開日2002年10月23日 申請日期2002年3月22日 優先權日2002年3月22日
發明者趙永凱, 黃惠杰, 任冰燕, 杜龍龍, 程兆谷, 路敦武, 楊良民 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所