納米尺度的微細圖形加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及激光直寫圖形發(fā)生器系統(tǒng)與電子束曝光系統(tǒng)混合光刻的一種方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子束曝光技術(shù)是20世紀(jì)60年代從掃描電子顯微鏡基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種微細加工技術(shù)。由于電子束無需考慮衍射效應(yīng)且其產(chǎn)生、聚焦、偏轉(zhuǎn)等技術(shù)成熟，所以該技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。近些年隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子束曝光技術(shù)成為制作和實現(xiàn)納米尺度結(jié)構(gòu)的重要手段，電子束曝光技術(shù)不需要掩模版即可直寫任意圖形，其加工分辨率達到10個納米以下，是目前最靈活的高分辨率納米加工技術(shù)。
[0003]但是電子束光刻效率很低，尤其是在采用小束斑的情況下。例如JBX 6300FS采用2nm束斑，曝光20nm的圖形，曝光一平方毫米就需要10—24小時。這就使得電子束曝光的成本極高，而且電子束曝光設(shè)備長時間工作無法保持穩(wěn)定。采用傳統(tǒng)的電子束光刻和普通光學(xué)光刻的匹配與混合光刻可以利用電子束光刻精度高的優(yōu)點又改善了其效率低的缺點，但是普通光學(xué)光刻與電子束光刻匹配需要制作專門的光學(xué)掩模版，成本非常高。且工藝周期長，修改圖形需要重新加工掩模版。
[0004]激光直寫圖形發(fā)生器系統(tǒng)是一種微細圖形加工制造系統(tǒng)，其特點是加工速度快，分辨率可達到亞微米級，其缺點是不能進行納米級圖形制作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]由上所述，本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)困難，提供一種低成本、快速高精度納米圖形制作技術(shù)。
[0006]為此，本發(fā)明提供了一種納米尺度的微細圖形加工方法，包括步驟:將需要曝光的圖形分為I微米以上圖形和I微米以下圖形兩個部分；在襯底的材料層上形成第一光刻膠；使用激光直寫圖形發(fā)生器，將I微米以上圖形曝光至第一光刻膠，顯影形成第一光刻膠圖形；以第一光刻膠圖形為掩模，刻蝕材料層形成I微米以上的線條；在襯底的材料層上形成第二光刻膠；使用電子束曝光機，將I微米以下圖形曝光至第二光刻膠，顯影成第二光刻膠圖形；以第二光刻膠圖形為掩模，刻蝕材料層形成I微米以下的線條。
[0007]其中，第一光刻膠為光學(xué)光刻膠，第二光刻膠為電子束光刻膠。
[0008]其中，所述刻蝕為干法刻蝕或濕法腐蝕。
[0009]其中，將I微米以上圖形曝光至第一光刻膠的同時還進一步包括，將套刻對準(zhǔn)標(biāo)記圖形曝光至第一光刻膠，之后顯影、刻蝕也在襯底上形成了套刻對準(zhǔn)標(biāo)記。
[0010]其中，將I微米以下圖形曝光至第二光刻膠之前還進一步包括，在電子束曝光機上找到套刻對準(zhǔn)標(biāo)記，將第二光刻膠圖形所用的套刻對準(zhǔn)標(biāo)記與刻蝕形成的套刻對準(zhǔn)標(biāo)記對準(zhǔn)。
[0011]其中，將I微米以上圖形曝光至第一光刻膠的同時還進一步包括，增大照射的激光能量，將襯底的材料層從多晶、非晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉ЫY(jié)構(gòu)，或者減小襯底的材料層的缺陷
Fth也/又。
[0012]依照本發(fā)明的納米尺度的微細圖形加工方法，針對I微米以上圖形和I微米以下圖形分別執(zhí)行激光直寫曝光和電子束曝光，可以快速、低成本的加工納米尺度的微細圖形。
【附圖說明】
[0013]以下參照附圖來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中:
[0014]圖1是需要曝光的圖形的示意圖；
[0015]圖2P1和圖2P2是分割后形成的需要激光掩膜直寫系統(tǒng)曝光的Pl和電子束曝光的P2圖形；以及
[0016]圖3是經(jīng)本方法形成的完整的設(shè)計圖形。
【具體實施方式】
[0017]以下參照附圖并結(jié)合示意性的實施例來詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案的特征及其技術(shù)效果，公開了可以快速、低成本的加工納米尺度的微細圖形的方法。需要指出的是，類似的附圖標(biāo)記表示類似的結(jié)構(gòu)，本申請中所用的術(shù)語“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修飾各種器件結(jié)構(gòu)或制造工序。這些修飾除非特別說明并非暗示所修飾器件結(jié)構(gòu)或制造工序的空間、次序或?qū)蛹夑P(guān)系。
[0018]首先在襯底上形成待處理的材料層(未示出)，可以是多晶硅、非晶硅、其他半導(dǎo)體材料或金屬材料，也可以是氧化硅、氮氧化硅等絕緣材料。材料層為單層或多層，相鄰多層材料層之間可以選擇具體材料而具有不同的刻蝕速率，以便提高刻蝕形成線條的選擇性和精確度。隨后在材料層上通過LPCVD、PECVD、凝膠一溶膠、旋涂等方法形成低k的墊層或保護層(未示出)。此后，參照圖1至圖3通過對涂覆的光刻膠層完成曝光、顯影來形成所需圖形。
[0019]如圖1所示為需要曝光的圖形的示意圖，包括多個大尺寸的、例如特征尺寸I微米以上的圖形，以及多個小尺寸的、例如特征尺寸I微米以下的圖形。
[0020]通過數(shù)據(jù)處理，將圖1所示需要曝光的圖形分割為至少兩個部分，如圖2P1所示的I微米以上的圖形，以及如圖2P2所示的I微米以下的圖形。其中，該示意圖中圖形可以是硬掩模板(設(shè)置在曝光系統(tǒng)與光刻膠之間，用于屏蔽不需要曝光的區(qū)域)中的圖形，例如硬質(zhì)的氮化硅或者金屬板，其中多個例如矩形的幾何圖形代表需要暴露的開口，多個十字形圖形代表套刻對準(zhǔn)標(biāo)記。套刻對準(zhǔn)標(biāo)記形成在圖形中不影響器件功能的空白部分，例如整個晶圓的邊緣部分，或者晶圓中多個芯片/裸芯之間的劃片線部分。優(yōu)選地，以晶圓的缺口(圓形晶片切除一個弓形留下的缺口，通常用于批處理設(shè)備中機械手或者固定基臺的定位對準(zhǔn)用途)作為套刻對準(zhǔn)標(biāo)記的測定基準(zhǔn)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，圖2P1和圖2P2所示的圖形也可以是用于直寫曝光的數(shù)字化文件，也即記載了待處理區(qū)域的虛擬圖形文件，多個圖形表示實際需要被直寫曝光系統(tǒng)照射的區(qū)域，圖形之外為不需要照射的區(qū)域。其中，將圖2P1轉(zhuǎn)換成激光直寫圖形發(fā)生器系統(tǒng)曝光需要的數(shù)據(jù)格式，將圖2P2轉(zhuǎn)換成電子束光刻需要的數(shù)據(jù)格式。
[0021]隨后，以旋涂、噴涂、絲網(wǎng)印刷等方法在墊層或保護層上形成用于激光直寫的第一光刻膠層。使用激光直寫圖形發(fā)生器系統(tǒng)將圖2P1所示圖形進行曝光，也即采用激光直寫掃描照射圖2P1中所示的I微米以上的較大的圖形，光刻膠受到激光照射發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)或者被燒蝕去除，經(jīng)顯影而在襯底上形成圖2P1所示的光學(xué)光刻膠圖案。接著，對于發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的光刻膠，顯影去除了未被照射的部分，留下突出保護層表面上的圖形，以留下的圖形為掩模，經(jīng)干法刻蝕(等