專利名稱：不刻透金屬掩模板及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻曝光系統(tǒng)制作超微細(xì)圖形的不刻透金屬掩模板及其應(yīng)用，屬于微細(xì)加工技術(shù)制作超微細(xì)圖形的掩模技術(shù)和光刻技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著全球通訊技術(shù)和高科技信息技術(shù)高速發(fā)展，迫切需要微細(xì)加工技術(shù)制作超高速、超高頻納米量級(jí)IC器件。制作納米IC器件需要大幅度提高現(xiàn)有光刻技術(shù)的分辨率。由于衍射極限的限制，通常對(duì)于掩模圖形孔尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的納米圖形時(shí)，光不能穿過該孔，也就不能進(jìn)行納米圖形光刻。所以一般都采用縮短波長(zhǎng)光刻制作的方法來提高分辨率，主要方法有深紫外、極紫外、X射線、離子束投影、以及電子束光刻等等。但是這些方法都需要短波長(zhǎng)光源電磁輻射系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)，不僅在技術(shù)上十分復(fù)雜，而且投資也都十分昂貴，同時(shí)在掩模板圖形的制作上，由于圖形已達(dá)到納米量級(jí)，還需要臨近效應(yīng)修正技術(shù)，以及分辨率增強(qiáng)技術(shù)如相移掩模技術(shù)或雙掩模光刻技術(shù)等等，來進(jìn)一步提高光刻分辨率，制作已十分麻煩和復(fù)雜，其制作成本之高，除經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)并且技術(shù)基礎(chǔ)好的國(guó)家和地區(qū)，以及實(shí)力雄厚的大公司已進(jìn)行或正在進(jìn)行研究開發(fā)以外，其它國(guó)家和單位都顯得有些望塵莫及。近來出現(xiàn)了不需要用短波長(zhǎng)光源復(fù)雜昂貴光刻設(shè)備，也不需要在制作掩模板圖形時(shí)必須應(yīng)用臨近效應(yīng)修正和相移掩模等技術(shù)。掩模板由基板的上表面或下表面或上下表面圖形相同的刻透鉻和金或銅或銀雙層金屬薄層圖形構(gòu)成，借助光照射具有微細(xì)圖形結(jié)構(gòu)金屬掩模板產(chǎn)生波長(zhǎng)很短的等離子波，等離子波能穿過納米圖形孔和縫傳播，同樣能進(jìn)行光刻制作納米量級(jí)的圖形。但該技術(shù)掩模板基板上的上表面或下表面或上下表面鉻和金或銅或銀雙層金屬薄層圖形都需刻透，掩模板制作要求高，也存在很大缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種既不需要用短波長(zhǎng)光源復(fù)雜昂貴光刻設(shè)備，也不需要在制作金屬掩模板時(shí)必須將雙層金屬圖形都刻透，提供制作技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，光刻分辨率卻也能達(dá)到納米量級(jí)的不刻透單層金屬掩模板及其應(yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是制作超微細(xì)圖形的不刻透金屬掩模板，其特點(diǎn)在于它由金屬掩模板石英基板、位于其下方或上方或上下方單層不刻透金屬掩模圖形薄層組成，其薄層的厚度為5-1000nm，不刻透金屬掩模圖形薄層上下面上均作有圖形相同的金屬掩模圖形，其圖形深度為1.5-200nm，不刻透金屬掩模圖形簿層的金屬材料是鉻、或金、或銀、或銅、或鋁，石英基板1的厚度為1μm-5mm。
上述發(fā)明的原理是借助光照射具有微細(xì)圖形結(jié)構(gòu)不刻透金屬掩模板產(chǎn)生波長(zhǎng)很短的等離子波，等離子波能穿過不刻透單層金屬掩模圖形的下凹孔和縫槽傳播到另一面射出，使一般波長(zhǎng)光穿過納米不刻透金屬掩模進(jìn)行光刻。
將本發(fā)明的三種類型不刻透金屬掩模板，應(yīng)用于貼緊式光刻曝光系統(tǒng)，它包括由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源、橢球反射鏡、平面反射鏡和照明擴(kuò)束系統(tǒng)組成均勻照明系統(tǒng)，不刻透金屬掩模板以及安放在其下方的涂有抗蝕劑涂層的硅片組成，金屬掩模板與涂有抗蝕劑涂層的硅片之間為聚合物薄層，由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源發(fā)出的波長(zhǎng)為193-1100nm的光通過照明系統(tǒng)均勻照明于不刻透金屬掩模板的超微細(xì)圖形面上，通過產(chǎn)生波長(zhǎng)很短的表面等離子波傳播，穿過掩模板上的未刻透單層金屬薄層圖形的下凹孔和縫槽，由薄層另一面的上凹孔和縫槽射出，或上下都有未刻透金屬圖層時(shí)共振后射出，使均勻涂于硅片上并貼緊安放在掩模板下方聚合物薄層的抗蝕劑涂層感光。
將本發(fā)明三種類型的不刻透金屬掩模板，應(yīng)用于投影成像光刻曝光系統(tǒng)，它包括由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)激光光源、橢球反射鏡、平面反射鏡和照明擴(kuò)束系統(tǒng)組成均勻照明系統(tǒng)，金屬掩模板，投影成像物鏡以及涂有抗蝕劑涂層的硅片組成，由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源發(fā)出的波長(zhǎng)為193-1100nm的光通過照明系統(tǒng)均勻照明于不刻透金屬掩模板的超微細(xì)圖形面上，與上同理不刻透金屬掩模板會(huì)射出圖形光，圖形光再通過投影成像物鏡使超微細(xì)掩模圖形成像于硅片上的抗蝕劑涂層上，使抗蝕劑感光，光刻出納米量級(jí)的超微細(xì)圖形。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)使用該不刻透金屬掩模板時(shí)，使本來由于衍射極限限制，用一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光不能穿過的納米掩模圖形變得能穿過，不需要傳統(tǒng)方法中的縮短波長(zhǎng)，可省去十分昂貴的短波長(zhǎng)光源電磁輻射系統(tǒng)和復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，極大地降低制作技術(shù)難度和光刻設(shè)備成本；不需要采用相移等分辨率增強(qiáng)以及鄰近效應(yīng)修正等技術(shù)；不需鉻加金屬的雙層金屬材料薄層，只需單層的鉻或金、或銀、或銅、或鋁金屬材料；在制作金屬掩模板時(shí)，即使是單層金屬薄層，也不需要圖形都刻透。其制作技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，可大幅降低掩模板的制作成本，而光刻分辨率同樣也可以作得很高，達(dá)到納米量級(jí)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的不刻透金屬掩模板應(yīng)用于貼緊式光刻曝光系統(tǒng)中的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的不刻透金屬掩模板應(yīng)用于投影成像光刻曝光系統(tǒng)中的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例1是由金屬掩模板石英基板1、位于下方的單層金屬掩模圖形薄層3和聚合物薄層4(應(yīng)用于投影成像光刻時(shí)可不作)組成，其中石英基板1的厚度為1μm-5mm，金屬掩模圖形簿層3的金屬材料是鉻、或金、或銀、或銅、或鋁，薄層的厚度h1為5-1000nm，薄層3的上下面都用一個(gè)掩模光刻制作有不刻透相同超微細(xì)圖形2，它的深度h2為1.5-200nm，聚合物薄層4厚度很薄，為1-100nm，有彈性，能對(duì)金屬掩模圖形起保護(hù)作用，延長(zhǎng)金屬掩模使用壽命。一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光能通過圖形尺度比波長(zhǎng)小得多的不刻透納米圖形金屬掩模，是因?yàn)閹в谐⒓?xì)圖形的金屬掩模在光的照射下，產(chǎn)生了波長(zhǎng)很短的等離子表面波，等離子表面波可穿過不刻透單層金屬掩模圖形薄層3的下凹孔和縫槽傳播到另一面上凹孔和縫槽射出，就好像是一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光直接穿過納米金屬掩模圖形射出一樣。上述實(shí)施例的金屬掩模板的制作可用先作基板1→涂抗蝕劑→光刻刻蝕→鍍金屬掩模薄層3→涂抗蝕劑→光刻刻蝕→涂聚合物薄層4的工藝流程制作。
如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例2由金屬掩模板石英基板1、位于上方的單層金屬掩模圖形薄層3′和下方的聚合物薄層4(應(yīng)用于投影成像光刻時(shí)可不作)組成，其中石英基板1的厚度為1μm-5mm，金屬掩模圖形簿層3′的金屬材料是鉻、或金、或銀、或銅、或鋁，薄層的厚度h1為5-1000nm，簿層3′的上下面都用一個(gè)掩模光刻制作有不刻透相同超微細(xì)圖形2，它的深度h2為1.5-200nm，聚合物薄層4厚度很薄，為1-100nm，有彈性，能對(duì)金屬掩模圖形起保護(hù)作用，延長(zhǎng)金屬掩模使用壽命。一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光能通過圖形尺度比波長(zhǎng)小得多的不刻透納米圖形金屬掩模，同樣是因?yàn)閹в谐⒓?xì)圖形的金屬掩模在光的照射下，產(chǎn)生了波長(zhǎng)很短的等離子表面波，等離子表面波可穿過不刻透單層金屬掩模圖形薄層3′的下凹孔和縫槽傳播到另一面上凹孔和縫槽射出，就好像是一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光直接穿過納米金屬掩模圖形射出一樣。上述實(shí)施例的金屬掩模板的制作，可用先作基板1→涂抗蝕劑→光刻刻蝕→鍍金屬掩模薄層3-涂抗蝕劑→光刻刻蝕→涂聚合物薄層4的工藝流程制作。
如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖，它由金屬掩模板石英基板1、位于基板1上方和下方的單層金屬掩模圖形薄層3″和下方聚合物薄層4(應(yīng)用于投影成像光刻時(shí)可不作)組成，其中石英基板1的厚度為1μm-5mm，同時(shí)為光波長(zhǎng)λ/2的整數(shù)倍，金屬掩模圖形簿層3″的金屬材料是鉻、或金、或銀、或銅、或鋁，薄層的厚度h1為5-1000nm，上下簿層3″的上下面都用一個(gè)掩模光刻制作有不刻透相同超微細(xì)圖形2，它的深度h2(或h2′)為1.5-200nm。聚合物薄層4厚度很薄，為1-100nm，有彈性，能對(duì)金屬掩模圖形起保護(hù)作用，延長(zhǎng)金屬掩模使用壽命。一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光能通過圖形尺度比波長(zhǎng)小得多的不刻透納米金屬掩模，同樣是因?yàn)閹в谐⒓?xì)圖形的金屬掩模在光的照射下，產(chǎn)生了波長(zhǎng)很短的等離子表面波，等離子表面波可穿過不刻透單層金屬掩模圖形薄層3″的下凹孔和縫槽，傳播到另一面上凹孔和縫槽射出到石英基板1，再穿過基板1下方不刻透單層金屬掩模圖形薄層3″對(duì)應(yīng)下凹孔與縫槽和下面上凹孔和縫槽射出，由于金屬掩模上下金屬表面之間的距離是λ/2的整數(shù)倍結(jié)構(gòu)，能使等離子波在上下表面間產(chǎn)生共振，此時(shí)出射光發(fā)散角更小，更有利于光刻線條圖形的徒度。該實(shí)施例的金屬掩模板的制作可用先作基板1→涂抗蝕劑→光刻刻蝕→鍍金屬掩模薄層3→涂抗蝕劑→光刻刻蝕→涂聚合物薄層4，然后翻面，用同樣的制作方法和工藝流程制作。
如圖4所示，將上述三種實(shí)施例的金屬掩模板應(yīng)用于貼緊式光刻曝光系統(tǒng)，它由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源7、橢球反射鏡8、平面反射鏡5和照明擴(kuò)束系統(tǒng)6組成均勻照明系統(tǒng)，上述金屬掩模板9以及安放在其下方的涂有抗蝕劑涂層10的硅片11組成，金屬掩模板9與涂有抗蝕劑涂層10的硅片11之間為聚合物薄層4，由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源7發(fā)出的波長(zhǎng)為193-1100nm的光通過照明系統(tǒng)均勻照明于金屬掩模板9的超微細(xì)圖形面上，通過產(chǎn)生波長(zhǎng)很短的表面等離子波傳播，穿過掩模板上的未刻透單層金屬薄層圖形的上凹孔和縫槽射出或共振后射出，使均勻涂于硅片11上并貼緊安放在金屬掩模板9下方聚合物薄層4的抗蝕劑涂層10感光，光刻出納米量級(jí)的超微細(xì)圖形。
如圖5所示，將上述三種實(shí)施例的金屬掩模板應(yīng)用于投影成像光刻曝光系統(tǒng)，它由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源7、橢球反射鏡8、平面反射鏡5和照明擴(kuò)束系統(tǒng)6組成均勻照明系統(tǒng)，金屬掩模板9，投影成像物鏡12以及涂有抗蝕劑涂層10的硅片11組成。由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源7發(fā)出的波長(zhǎng)為193-1100nm的光通過照明系統(tǒng)均勻照明于金屬掩模板9的超微細(xì)圖形面上，通過產(chǎn)生波長(zhǎng)很短的表面等離子波傳播，穿過掩模板9上的未刻透單層金屬薄層圖形的上凹孔和縫槽射出或共振后射出，通過投影成像物鏡12成像，使安放在像面位置硅片11涂有抗蝕劑涂層10感光，光刻出納米量級(jí)的超微細(xì)圖形。
權(quán)利要求
1.不刻透金屬掩模板，其特征在于它由金屬掩模板石英基板、位于其下方或上方或上下方單層不刻透金屬掩模圖形薄層組成，其薄層的厚度為5-1000nm，不刻透金屬掩模圖形薄層上下面上均作有圖形相同的金屬掩模圖形，其圖形深度為1.5-200nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不刻透金屬掩模板，其特征在于所述的不刻透金屬掩模圖形薄層的金屬材料是鉻、或金、或銀、或銅、或鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不刻透金屬掩模板，其特征在于所述的石英基板(1)的厚度為1μm-5mm。
4.采用權(quán)利要求1所述不刻透金屬掩模板的貼緊式光刻曝光系統(tǒng)，其特征在于它包括由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源(7)、橢球反射鏡(8)、平面反射鏡(5)和照明擴(kuò)束系統(tǒng)(6)組成均勻照明系統(tǒng)，不刻透金屬掩模板(9)以及安放在其下方的涂有抗蝕劑涂層(10)的硅片(11)組成，不刻透金屬掩模板(9)與涂有抗蝕劑涂層(10)的硅片(11)之間為聚合物薄層(4)，由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源(7)發(fā)出的波長(zhǎng)為193-1100nm的光通過照明系統(tǒng)均勻照明于不刻透金屬掩模板(9)的超微細(xì)圖形面上，通過產(chǎn)生波長(zhǎng)很短的表面等離子波傳播，穿過掩模板上的未刻透單層金屬薄層圖形的凹下孔和縫槽，由薄層另一面的上凹孔和縫槽射出，或上下都有未刻透金屬圖層時(shí)共振后射出，使均勻涂于硅片(11)上并貼緊安放在金屬掩模板(9)下方聚合物薄層(4)的抗蝕劑涂層(10)感光，光刻出納米量級(jí)的超微細(xì)圖形。
5.采用權(quán)利要求1所述不刻透金屬掩模板的投影成像光刻曝光系統(tǒng)，其特征在于它包括由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源(7)、橢球反射鏡(8)、平面反射鏡(5)和照明擴(kuò)束系統(tǒng)(6)組成均勻照明系統(tǒng)，金屬掩模板(9)，投影成像物鏡(12)以及涂有抗蝕劑涂層(10)的硅片(11)組成，由一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光光源(7)發(fā)出的波長(zhǎng)為193-1100nm的光通過照明系統(tǒng)均勻照明于不刻透金屬掩模板(9)的超微細(xì)圖形面上，與上同理不刻透金屬掩模板會(huì)射出圖形光，圖形光再通過投影成像物鏡(12)使超微細(xì)掩模圖形成象于硅片(11)上的抗蝕劑涂層(10)上，使抗蝕劑感光，光刻出納米量級(jí)的超微細(xì)圖形。
全文摘要
不刻透金屬掩模板由石英基板加上表面或下表面或上下表面圖形相同的不刻透鉻或金或銅或銀或鋁單層金屬薄層圖形構(gòu)成，借助光照射具有微細(xì)圖形結(jié)構(gòu)不刻透金屬掩模板產(chǎn)生波長(zhǎng)很短的等離子波，等離子波能穿過不刻透單層金屬掩模圖形的下凹孔和縫槽傳播到另一面射出，使一般波長(zhǎng)光穿過納米不刻透金屬掩模進(jìn)行光刻。本發(fā)明克服了現(xiàn)有鉻掩模板和刻透金屬掩模板的納米圖形制作技術(shù)復(fù)雜，同時(shí)又由于受衍射極限的限制，或不能被一般波長(zhǎng)或長(zhǎng)波長(zhǎng)光穿過，無法進(jìn)行光刻的缺點(diǎn)，用193－1100nm波長(zhǎng)光照明，也可光刻制作出納米量級(jí)的圖形。
文檔編號(hào)G03F1/26GK1702548SQ20041000911
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者陳旭南, 羅先剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所