[發明專利]用于X射線曝光的光刻掩模結構及其制備方法

無效

• 申請號: 200810057937.7
• 申請日: 2008-02-21
• 公開（公告）號: CN101515110A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 朱效立;謝常青;葉甜春;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G03F1/14
• 分類號: G03F1/14;G03F7/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微電子、納米加工和X射線光刻領域，尤其涉及一種用于X射線曝光的光刻掩模結構及其制備方法。

背景技術

X射線光刻在微電子、納米加工和X射線光學中起著重要的作用。利用深亞微米、甚至納米X射線光刻技術，制造出了形形色色的實用化器件，如高頻T型柵化合物半導體器件、聲表面波傳感器和大高寬比X射線衍射光學元件等。

在X射線光刻發展中，X射線掩模的研制一直是X射線光刻技術的重要環節。X射線光刻掩模是由低原子序數的輕元素材料形成的鏤空薄膜(聚酰亞胺、SiNx，SiC和金剛石等)與薄膜上的高原子序數金屬吸收體(如金、鎢和鉭)構成的。

無機鏤空薄膜的制備過程比較復雜，而且成本比較高。以前使用比較多的是氮化硅鏤空薄膜，一般采用低壓化學氣相沉積在(100)硅片雙面生長低應力氮化硅，通過光刻、反應離子刻蝕在背面形成氮化硅圖形窗口，利用各項異性腐蝕將硅腐蝕透，最后得到鏤空氮化硅薄膜。

其中，低壓化學氣相沉積生長氮化硅的過程比較復雜，較難控制；在各項異性腐蝕硅的過程一中形成的氣泡容易使鏤空的氮化硅薄膜破裂而導致整個制作過程功虧一簣。

聚酰亞胺有機薄膜具有成本低、制作過程簡單等突出的優點。但是，聚酰亞胺薄膜也有機械強度差、容易變形等突出的缺點。在X射線對掩模和襯底輻照的過程中，有大量的熱沉積在掩模和襯底上，造成聚酰亞胺薄膜變形。這種變形在曝光微米、甚至深亞微米圖形時，對曝光結果影響不大。但對于小于100納米的圖形，細微的變形都會產生嚴重的圖形畸變。

因此，增加聚酰亞胺薄膜的機械強度和熱傳導是一個急需解決的問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種制作成本低、機械強度高和導熱性能好的X射線光刻掩模結構及其制作方法。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供了一種基于金屬/聚酰亞胺多層膜的X射線光刻掩模結構，以及制備這種光刻掩模結構的方法。

本發明提供了一種用于X射線曝光的光刻掩模結構，由低原子序數金屬薄膜、聚酰亞胺薄膜和高原子序數金屬吸收體圖形自下而上依次構成。

上述方案中，所述聚酰亞胺薄膜為鏤空薄膜，所述低原子序數金屬薄膜形成于該鏤空聚酰亞胺薄膜的背面，所述高原子序數金屬吸收體圖形形成于該鏤空聚酰亞胺薄膜的正面。

上述方案中，所述低原子序數金屬薄膜為鋁膜，厚度為100至200納米。

上述方案中，所述聚酰亞胺薄膜的厚度為1至7微米。

上述方案中，所述高原子序數金屬吸收體圖形為重金屬吸收體的周期、準周期和非周期復雜圖形，其中重金屬為金、鎢或鉭，該高原子序數金屬吸收體圖形的厚度為300至500納米。

本發明提供了還一種制備光刻掩模結構的方法，該方法包括：

制備鏤空的聚酰亞胺薄膜；

在該鏤空聚酰亞胺薄膜的正面制備高原子序數金屬吸收體圖形；

在該鏤空聚酰亞胺薄膜的背面淀積低原子序數金屬薄膜。

上述方案中，所述制備鏤空的聚酰亞胺薄膜的步驟包括：在硅襯底或石英玻璃襯底上淀積一層聚酰亞胺薄膜，然后采用氫氟酸、硝酸和醋酸混合液腐蝕硅襯底，或者采用氫氟酸腐蝕石英玻璃襯底，形成厚度為1至7微米的鏤空聚酰亞胺薄膜。

上述方案中，所述制備高原子序數金屬吸收體圖形的步驟包括：采用電子束光刻、光學光刻、X射線光刻、電鍍或蒸發剝離的方法在鏤空聚酰亞胺薄膜的正面，制備厚度為300至500納米的金屬金、鎢或鉭的吸收體圖形。

上述方案中，所述淀積低原子序數金屬薄膜的步驟包括：采用電子束蒸發或濺射的方法在鏤空聚酰亞胺薄膜的背面，制備厚度為100至200納米的金屬鋁膜。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下優點：

1、利用本發明提供的用于X射線曝光的光刻掩模結構，因為采用了低原子序數金屬鋁、聚酰亞胺和高原子序數金屬吸收體的多層膜結構，完全可以用于微米、深亞微米和納米尺度下的X射線光刻。與基于無機薄膜的掩模相比，具有成本低、工藝流程簡單、不容易破裂等優點；與有機薄膜的掩模相比，還具有機械強度大、不容易變形、導熱性能好等優點。

2、實驗證明，采用金屬/聚酰亞胺多層膜結構的X射線掩模，使得曝光過程中掩模和襯底的裝卡可操作性增加，大幅提高掩模的使用壽命；低原子序數金屬鋁薄膜的存在，對X射線在掩模和襯底之間的傳輸沒有影響，而且大幅提高了鏤空薄膜的機械強度。