具体实施方式
本发明提供了一种图形转移方法和掩模版制作方法,利用了正性光刻胶和反性光刻胶的不同特性,在现有光刻设备的基础上,仅采用一次曝光就能够实现图形的转移,从而大大节省了人力和时间,提高了生产效率,节约了生产成本。
下面结合附图和具体实施例,对本发明图形转移方法实施方式作进一步说明。
参考图5,本发明提供了一种图形转移方法,包括:步骤S1,在基片上形成光阻层,所述光阻层至少包括正性光刻胶层和负性光刻胶层,以及位于两者之间的透明材料层,其中,距离所述基片近的光刻胶层的厚度大于距离所述基片远的光刻胶层的厚度且所述透明材料层能够溶于所述距离基片远的光刻胶层的显影剂;步骤S2,根据待转移图形,对所述光阻层进行曝光;步骤S3,有选择性地去除所述光阻层,将所述待转移图形转移至所述距离基片近的光刻胶层上;步骤S4,去除距离所述基片远的光刻胶层;步骤S5,根据所述光阻层中距离基片近的光刻胶层和透明材料层,对所述基片进行刻蚀,实现所述待转移图形到所述基片的转移。
其中,所述待转移图形至少包括四个彼此间距小于光刻设备分辨率的图案,所述第一尺寸和所述第二尺寸分别由间隔一个图案的每两个图案的间距而确定。
其中,所述透明材料层可为顶部抗反射层(TARC)。
具体来说,步骤S1可包括:先在所述基片上形成正性光刻胶层,接着在所述正性光刻胶层上形成透明材料层,然后再在所述透明材料层上形成负性光刻胶层;其中,所述正性光刻胶层的厚度大于所述负性光刻胶层的厚度,且所述透明材料能够溶于所述负性光刻胶的显影剂。由于正性光刻胶层具有较负性光刻胶层更好的分辨力,因此,将待转移图形先转移至所述正性光刻胶层,再以所述正性光刻胶层为掩膜进行刻蚀,进一步将图形转移至所述基片上,可使在所述基片上形成的图形具有更好的关键尺寸。
在一种具体实施方式中,参考图6,步骤S1可包括:步骤S11,在基片上涂敷正性光刻胶;步骤S12,对涂敷了正性光刻胶的基片进行前烘,使所述正性光刻胶层中的溶剂挥发;步骤S13,在所述正性光刻胶上形成所述透明材料层,其中,所述透明材料层能够溶于所述反性光刻胶的显影剂;步骤S14,对具有正性光刻胶和透明材料的基片进行前烘,使其中的溶剂挥发;步骤S15,在所述透明材料层上涂敷反性光刻胶,使所述反性光刻胶的厚度小于所述正性光刻胶的厚度;步骤S16,对涂敷了光阻层的基片进行前烘,以使所述反性光刻胶中的溶剂挥发。
参考图7至图9并结合图6,以所述透明材料层为TARC为例,对步骤S1进行详细说明。
参考图7,执行步骤S11,具体来说,在一种具体实施例中,可采用静态涂胶法,具体来说,当基片300静止时,在基片300上滴正性光刻胶,然后使基片300加速旋转,甩去多余的正性光刻胶并使正性光刻胶在基片300表面均匀分布;在另一种具体实施例中,也可采用动态涂胶法,例如,使基片300保持低速旋转状态,此时滴正性光刻胶,然后使基片300加速旋转,甩去多余的正性光刻胶并在基片表面形成均匀分布的正性光刻胶层301。
接着,执行步骤S12,通过前烘的工艺除去溶剂,增强光刻胶的黏附性,释放光刻胶膜内的应力,以及防止光刻胶玷污光刻设备。具体地,所述前烘的温度和时间可分别根据所采用的正性光刻胶的种类而确定,例如,可在80-110℃下将基片前烘50-80秒。
接着,参考图8,执行步骤S13,在正性光刻胶层301上形成TARC302。其中,可根据TARC的不同结构,采用不同的形成方法。本领域技术人员应能理解,TARC层的具体形成方法不对本发明的发明思路造成限制。
接着,执行步骤S14,对所形成的TARC302进行前烘,具体前烘的温度和时间可根据具体TARC的材料和类型而确定。
接着,参考图9,执行步骤S15,可采用和步骤S11相同的涂胶方法,也可采用不同的涂胶方法,在TARC302上获得负性光刻胶层303。所形成的负性光刻胶层303的厚度要小于步骤S11中所形成的正性光刻胶层301的厚度。其中光刻胶涂敷厚度与光刻胶的种类、旋转速度以及曝光光线有关。光刻胶的种类决定光刻胶的黏度,黏度越低,光刻胶的厚度越薄;旋转速度越快,厚度越薄;曝光光线的波长也对光刻胶的厚度有一定影响,例如采用波长为365nm的I线(I-line)作为曝光光线时,光刻胶的厚度相较于采用波长为248nm的氪氟(KrF)准分子激光或波长为193nm的氩氟(ArF)准分子激光的光刻胶的厚度要大。
最后,通过步骤S16对负性光刻胶层303进行前烘,具体可在80-110℃下,前烘50-80秒。
此外,在步骤S11之前还可包括:基片的清洗处理;具体来说,可用浓硫酸煮,以使基片表面清洁,并通过去离子水冲洗以及烘干,使基片表面干燥,从而能使基片与光刻胶很好地粘附。
在其它实施方式中,参考图10,步骤S1还可包括:先在基片300上形成负性光刻胶层313,接着在负性光刻胶层313上形成透明材料层312,然后再在透明材料层312上形成正性光刻胶层311;其中,负性光刻胶层313的厚度大于正性光刻胶层311的厚度,且所述透明材料能够溶于所述正性光刻胶的显影剂。
在基片上形成包括正性光刻胶层和负性光刻胶层以及位于两者之间的透明材料层的光阻层之后,执行步骤S2,采用待转移图形的掩模版对其进行曝光。由于光阻层中负性光刻胶和正性光刻胶之间为透明材料层,因此,对所述光阻层进行曝光时,所述负性光刻胶层和正性光刻胶将同时被曝光。
在一种实施方式中,参考图11,待转移图形440包括五个彼此间距小于光刻设备分辨率的图案401-404,其中,图案401与图案403之间间距为L1,图案402与图案404之间的间距为L2。执行步骤S2,采用待转移图形的掩模版对光阻层400进行曝光,其中,光阻层400按照距离基片300从近到远的顺序依次为正性光刻胶层410、透明材料层420和负性光刻胶层430;通过对曝光能量的设置,使得正性光刻胶层410中曝光部分的尺寸为L2。在一种具体例中,所述曝光能量可为20-25毫焦/平方厘米(mJ/cm2)。
接下来,执行步骤S3。其中,步骤S3的具体实施方式,相应地,与步骤S1中形成所述光阻层的具体实施方式相适应。
在一种具体实施方式中,参考图12,与步骤S1按照正性光刻胶层、透明材料层和负性光刻胶层的顺序依次形成所述光阻层的实施方式相适应,步骤S3可包括:步骤S31,对曝光后的负性光刻胶层进行显影,并通过控制所述负性光刻胶层的显影时间,有选择地去除透明材料层,使得所述透明材料层开口的尺寸为所述待转移图形的第二尺寸;步骤S32,以所述透明材料层为掩膜,对曝光后的正性光刻胶层进行显影。
具体来说,在步骤S31中,结合图13,在曝光后的光阻层500中,采用负性显影剂进行显影,显影时间为T2。首先,负性光刻胶层530被曝光的部分与负性显影剂接触并溶于负性显影剂;接着,由于所述透明材料溶于负性光刻胶的显影剂,当部分负性光刻胶被去除时,相应地,透明材料层520中与负性显影剂相接触的透明材料溶于所述负性显影剂继而被去除。经过T2时间的显影,使得负性光刻胶层530被曝光的部分完全被溶解,并且透明材料层520中具有长度为所述待转移图形的第二尺寸的开口。在一种具体实施例中,所述显影时间可为50-60秒。
在步骤S32中,结合图14,以透明材料层520为掩膜,对正性光刻胶层510进行显影。由于透明材料层520的阻挡作用,正性光刻胶层510中被曝光的部分无法完全溶解于正性显影剂并进而被去除,因此,经显影之后,正性光刻胶层510中不仅留存下部分未被曝光的图案511和513,还留存下因透明材料层的阻挡而无法显影的部分图案512和514。
其中,图案511和图案513之间的间距受到曝光范围的尺寸限制,通过控制曝光能量可使图案511和图案513之间的间距为所述待转移图形的第一尺寸;而图案512和图案514之间的间距受到透明材料的限制,通过透明材料的溶解时间,可实现使图案512和图案514之间的间距为所述待转移图形的第二尺寸,由于透明材料溶于负性显影剂,因此也可通过控制负性显影时间,以获得需要的图案512和图案514之间的间距。
通过上述步骤,所述待转移图形被转移至距基片近的光刻胶层上。由于采用透明材料的溶解工艺以及光刻胶的显影工艺,在光刻胶层上形成待转移图形,避免了通过光刻工艺成像所带来的衍射效应以及相应的像图像之间的桥接,从而实现仅通过一次曝光成像,就能够完成在光刻胶层上获得间距小于光刻设备分辨率的图案;并且,通过对光刻胶显影时间和曝光能量的控制,实现了对待转移图形关键尺寸的控制。
接下来,通过步骤S4和步骤S5,以实现通过刻蚀工艺将光刻胶层上的图形转移至基片上,保证了在基片上所形成图形的关键尺寸与待转移图形保持一致。
参考图15,在步骤S4一种实施方式中,去除光阻层500的负性光刻胶层530。具体来说,可采用浓硫酸煮沸,使胶层炭化脱落,然后用水冲洗。由于正性光刻胶层510的厚度大于负性光刻胶层530,因此当负性光刻胶层530完全被去除之后,正性光刻胶层510仍然有剩余。
参考图16,在步骤S5的一种实施方式中,根据光阻层500中的正性光刻胶层510和透明材料层520,可采用等离子体刻蚀的方法在基片300上形成图形600,实现将待转移图形440转移至基片300上,所采用的刻蚀气体与基片300的材料有关,例如可采用氯气(CL2),溴化氢(HBr),氯化氢(HCL)中的一种或其组合对硅基片进行刻蚀。此外,还可采用其它刻蚀方法,本领域技术人员应该能理解,步骤S5中具体的刻蚀方法和刻蚀剂不对本发明的发明思路造成影响。
此外,步骤S5中,将待转移图形转移至所述基片上之后,还可包括:去除距离所述基片近的光刻胶层以及所述透明材料层,具体去除的方法可根据所述光刻胶以及所述透明材料的类型而确定。
上述各种实施方式中,所述正性光刻胶可为聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)或DQN;所述正性显影剂可为氢氧化钾(KOH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)、酮或乙酰唑胺等中型碱溶液。所述负性光刻胶可为b-橡胶阻抗剂;所述负性显影剂可为二甲苯溶液。所述基片可为介质膜,例如二氧化硅、氮化硅等,也可为金属膜,例如铝、铬及其化合物等,也可为多晶硅膜或单晶硅衬底。
此外,参考图17,本发明还提供了一种掩模版制作方法,包括:步骤D1,在基片上形成掩模材料层;步骤D2,在所述掩模材料层上形成光阻层,所述光阻层至少包括正性光刻胶层和负性光刻胶层,以及位于两者之间的透明材料层,其中,距离所述掩模材料层远的光刻胶层的厚度小于距离所述掩模材料层近的光刻胶层的厚度且所述透明材料层能够溶于所述距离基片远的光刻胶层的显影剂;步骤D3,根据设计图形,对所述光阻层进行曝光;步骤D4,有选择性地去除所述光阻层,将设计图形转移至所述距离掩模材料层近的光刻胶层上;步骤D5,去除距离所述掩模材料层远的光刻胶层;步骤D6,根据所述光阻层中距离掩模材料层近的光刻胶层和透明材料层,对所述掩模材料层进行刻蚀,形成掩模版。
其中,所述设计图形至少包括四个彼此间距小于光刻设备分辨率的图案,所述第一尺寸和所述第二尺寸分别由间隔一个图案的每两个图案的间距而确定。
其中,所述光阻层可包括:在所述掩模材料层上的正性光刻胶层,在所述正性光刻胶层上的透明材料层,以及在所述透明材料层上的负性光刻胶层;其中,所述正性光刻胶层的厚度可大于所述负性光刻胶层的厚度,且所述透明材料层可溶于所述负性光刻胶层的显影剂。由于正性光刻胶层具有较负性光刻胶层更好的分辨力,因此,将设计图形先转移至所述正性光刻胶层,再以所述正性光刻胶层为掩膜进行刻蚀,进一步将图形转移至所述掩模材料层上,可使在所述掩模材料层上形成的图形具有更好的关键尺寸。
而在其它实施方式中,对所述掩模版的关键尺寸要求不太高的情况下,所述光阻层还可包括:在所述掩模材料层上的负性光刻胶层,在所述负性光刻胶层上的透明材料层,以及在所述透明材料层上的正性光刻胶层;其中,所述负性光刻胶层的厚度可大于所述正性光刻胶层的厚度,且所述透明材料层可溶于所述正性光刻胶层的显影剂。
其中,所述透明材料层可为顶部抗反射层。
具体来说,在步骤D1的一种实施方式中,可通过在平整的、高光洁度的玻璃基片上,采用直流磁控溅射(SP)沉积氮化铬-氮氧化铬薄膜,从而形成铬掩模材料层。在其它实施方式中,还可采用其它材料用于形成所述掩模材料层,以及通过其它的制作方法形成所述掩模材料层。
在步骤D3的一种实施方式中,通过控制曝光能量,使所述距离掩模材料层近的光刻胶层曝光部分的尺寸为所述待转移图形的第一尺寸。其中,所述曝光能量为20-25毫焦/平方厘米。
在步骤D4的一种实施方式中,首先,对曝光后的距离所述掩模材料层远的光刻胶层进行显影,并通过控制所述距离所述掩模材料层远的光刻胶层的显影时间,有选择地去除透明材料层,使得所述透明材料层开口的尺寸为所述待转移图形的第二尺寸;接着,以所述透明材料层为掩膜,对曝光后的距离所述掩模材料层近的光刻胶层进行显影。在一种具体实施方式中,所述显影时间为50-60秒。
相较于现有技术,本发明上述各实施方式通过在正性光刻胶和反性光刻胶层之间夹杂透明材料层,使得正性光刻胶和反性光刻胶同时进行曝光,并且以正性光刻胶和反性光刻胶层之间的透明材料层起到掩膜作用,通过刻蚀工艺实现间距小于光刻设备分辨率的图形到所述光刻胶层的转移,进而通过刻蚀工艺实现图形从所述光刻胶层到所述基片或所述掩模材料层上的转移,避免了现有技术中,由于仅采用一层光刻胶层进行曝光时,间距小于光刻设备分辨率的图形转移至所述光刻胶层上时所产生的衍射效应,以及继而在所述基片或所述掩模材料层上所表现出来的图形的桥接等现象。
并且,本发明上述各实施方式通过采用包括正性和负性两层光刻胶所形成的光阻层进行光刻,仅需要一次曝光就能够实现图形的转移,相对于现有技术,减少了曝光次数,相应地,减少了进行曝光所需要制作的掩模版以及花费的人力和时间,大大节约了生产成本,提高了生产效率。
并且,本发明上述各实施方式通过对曝光能量以及显影时间的调节,能够实现对转移至所述光刻胶层上的图形的关键尺寸的控制。
虽然本发明已通过较佳实施例说明如上,但这些较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,应有能力对该较佳实施例做出各种改正和补充,因此,本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。