CN103777468B - 基于高台阶斜坡的光刻方法及*** - Google Patents

基于高台阶斜坡的光刻方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于高台阶斜坡的光刻方法及***，该方法包括：S1、在衬底上制备具有高台阶斜坡的牺牲层；S2、在所述牺牲层上采用旋转涂胶方法覆盖一层光刻胶，形成光刻层；S3、设置掩膜版上的掩膜图形及补偿图形；S4、光刻机利用掩膜版对光刻层进行一次或多次光刻。通过在掩膜版上设置坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，对具有高台阶斜坡的牺牲层的衬底进行光刻，在坡顶光刻胶厚度小部分设置较宽的补偿图形，进而对坡顶过曝光进行补偿，减小了光刻图形的误差，提高了高台阶斜坡的光刻精度。

Description

基于高台阶斜坡的光刻方法及***
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种基于高台阶斜坡的光刻方法及***。
背景技术
在MEMS的表面可动结构制造中，通常会做一层很厚的牺牲层，在腐蚀牺牲层时，通常会要求腐蚀形貌有一定的角度，而后再淀积可动层（如多晶硅）。现有技术中若要在斜坡上光刻，由于斜坡较高（通常高度2μm以上），造成甩胶后光刻胶坡顶和坡底胶的厚度不均，光刻时坡底需要的能量就很高，会造成坡顶的图形过曝光。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于高台阶斜坡的光刻方法及***。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种更精密的基于高台阶斜坡的光刻方法及***。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种基于高台阶斜坡的光刻方法，所述方法包括：
S1、在衬底上制备具有高台阶斜坡的牺牲层；
S2、在所述牺牲层上采用旋转涂胶方法覆盖一层光刻胶，形成光刻层；
S3、设置掩膜版上的掩膜图形及补偿图形，所述掩膜图形为横跨坡顶、斜坡和坡底的长方形，补偿图形包括坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，坡顶补偿图形为与坡顶对应设置且长度等于坡顶宽度、宽度大于掩膜图形宽度的长方形，斜坡补偿图形为若干与斜坡对应设置且与掩膜图形和坡顶补偿图形相邻设置的三角形；
S4、光刻机利用掩膜版对光刻层进行一次或多次光刻。
作为本发明的进一步改进，所述坡顶补偿图形与掩膜图形共用同一对称轴，斜坡补偿图形设置为4个直角三角形。
作为本发明的进一步改进，所述高台阶斜坡的高度大于2μm，角度为40°~60°。
作为本发明的进一步改进，所述牺牲层的材料为TEOS或PSG。
作为本发明的进一步改进，所述牺牲层厚度大于5μm。
相应地，一种基于高台阶斜坡的光刻***，所述***包括：
沉积单元，用于在衬底上制备具有高台阶斜坡的牺牲层；
涂胶单元，用于在所述牺牲层上采用旋转涂胶方法覆盖一层光刻胶，形成光刻层；
光刻单元，用于对光刻层进行一次或多次光刻，光刻单元包括设有若干补偿图形的掩膜版，掩膜版上包括掩膜图形及补偿图形，所述掩膜图形为横跨坡顶、斜坡和坡底的长方形，补偿图形包括坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，坡顶补偿图形为与坡顶对应设置且长度等于坡顶宽度、宽度大于掩膜图形宽度的长方形，斜坡补偿图形为若干与斜坡对应设置且与掩膜图形和坡顶补偿图形相邻设置的三角形。
本发明的有益效果是：本发明通过在掩膜版上设置坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，对具有高台阶斜坡的牺牲层的衬底进行光刻，在坡顶光刻胶厚度小部分设置较宽的补偿图形，进而对坡顶过曝光进行补偿，减小了光刻图形的误差，提高了高台阶斜坡的光刻精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施方式中基于高台阶斜坡的光刻方法的具体流程图；
图2为本发明一实施方式中甩胶后光刻胶坡顶和坡底的电镜形貌图；
图3为本发明一实施方式基于高台阶斜坡的光刻方法及***中掩膜版补偿图形的结构示意图；
图4为现有技术中未采用补偿图形的掩膜版进行光刻后的牺牲层电镜形貌图；
图5为本发明一实施方式中采用补偿图形的掩膜版进行光刻后的牺牲层电镜形貌图。
具体实施方式
一种基于高台阶斜坡的光刻方法，所述方法包括：
S1、在衬底上制备具有高台阶斜坡的牺牲层；
S2、在所述牺牲层上采用旋转涂胶方法覆盖一层光刻胶，形成光刻层；
S3、设置掩膜版上的掩膜图形及补偿图形，所述掩膜图形为横跨坡顶、斜坡和坡底的长方形，补偿图形包括坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，坡顶补偿图形为与坡顶对应设置且长度等于坡顶宽度、宽度大于掩膜图形宽度的长方形，斜坡补偿图形为若干与斜坡对应设置且与掩膜图形和坡顶补偿图形相邻设置的三角形；
S4、光刻机利用掩膜版对光刻层进行一次或多次光刻。
相应地，一种基于高台阶斜坡的光刻***，所述***包括：
沉积单元，用于在衬底上制备具有高台阶斜坡的牺牲层；
涂胶单元，用于在所述牺牲层上采用旋转涂胶方法覆盖一层光刻胶，形成光刻层；
光刻单元，用于对光刻层进行一次或多次光刻，光刻单元包括设有若干补偿图形的掩膜版，掩膜版上包括掩膜图形及补偿图形，所述掩膜图形为横跨坡顶、斜坡和坡底的长方形，补偿图形包括坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，坡顶补偿图形为与坡顶对应设置且长度等于坡顶宽度、宽度大于掩膜图形宽度的长方形，斜坡补偿图形为若干与斜坡对应设置且与掩膜图形和坡顶补偿图形相邻设置的三角形。
本发明基于高台阶斜坡的光刻方法及***通过在掩膜版上设置坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，对具有高台阶斜坡的牺牲层的衬底进行光刻，在坡顶光刻胶厚度小部分设置较宽的补偿图形，进而对坡顶过曝光进行补偿，减小了光刻图形的误差，提高了高台阶斜坡的光刻精度。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
参图1所示为本发明一实施方式中基于高台阶斜坡的光刻方法的具体流程图，包括：
S1、在衬底上制备具有高台阶斜坡的牺牲层，本实施方式中高台阶斜坡的高度大于2μm，角度为40°~60°；牺牲层的材料为TEOS或PSG，牺牲层厚度大于5μm；
S2、在牺牲层上采用旋转涂胶方法覆盖一层光刻胶，形成光刻层；
S3、设置掩膜版上的掩膜图形及补偿图形，所述掩膜图形为横跨坡顶、斜坡和坡底的长方形，补偿图形包括坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，坡顶补偿图形为与坡顶对应设置且长度等于坡顶宽度、宽度大于掩膜图形宽度的长方形，斜坡补偿图形为若干与斜坡对应设置且与掩膜图形和坡顶补偿图形相邻设置的三角形，坡顶补偿图形与掩膜图形共用同一对称轴，坡顶补偿图形与掩膜图形的宽度比在1.2:1~1:1之间，优选地，本实施方式中坡顶补偿图形与掩膜图形的宽度比为1.1:1。斜坡补偿图形设置为4个直角三角形。
S4、光刻机利用掩膜版对光刻层进行一次或多次光刻。
在步骤S2中采用的旋转涂胶（Spin-onPRCoating）包括：
静态涂胶（Static）：硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；
动态涂胶（Dynamic）：低速旋转（500rpm_rotationperminute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。
决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄；
影响光刻胶均匀性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。
本实施方式以在6μm厚的TEOS的斜坡上做一条3+/-0.3μm的线宽为例，将约6μm厚的胶涂在6μm的斜坡上，甩胶后的形貌图参图2所示，电镜放大倍数为10000倍，坡顶胶厚1.70μm，而坡底胶厚6.41μm。
掩膜版在集成电路制造中占据非常重要的地位，因为它包含着欲制造的集成电路特定层的图形信息，决定了组成集成电路芯片每一层的横向结构与尺寸。所用掩膜版的数量决定了制造工艺流程中所需的最少光刻次数。
制作掩膜版首先需要有版图，版图就是根据电路、器件参数所需要的几何形状与尺寸，以及生产集成电路的工艺所确定的设计规则，利用计算机辅助设计(CAD)通过人机交互的方式设计出的生产上所要求的掩膜图案。
本实施方式中的掩膜图案包括若干补偿图形，补偿图形对坡顶和斜坡上的图形在掩膜版上进行对应的补偿，从而达到坡顶、斜坡和坡底的图形线宽一致。
参图3所示，掩膜版上设有掩膜图形10及补偿图形，掩膜图形10为横跨坡顶、斜坡和坡底的长方形，补偿图形包括坡顶补偿图形21和斜坡补偿图形22，坡顶补偿图形21为与坡顶对应设置且长度等于坡顶宽度、宽度大于掩膜图形10宽度的长方形，斜坡补偿图形22为若干与斜坡对应设置且与掩膜图形10和坡顶补偿图形20相邻设置的三角形。本实施方式中，坡顶补偿图形21与掩膜图形10均为轴对称图形，且共用同一对称轴，斜坡补偿图形22设置为4个直角三角形，分别位于坡顶补偿图形21的上下两侧。
优选地，本实施方式中斜坡大致呈平面状，斜坡补偿图形12设为直角三角形。在其他实施方式中，若斜坡呈曲面状，斜坡补偿图形12也可以不是直角三角形，可以设置成两边呈直角，另一边为一曲线。
掩膜版上的掩膜图形和补偿图形设置完成后，将掩膜版上的图形与具有高台阶斜坡牺牲层的衬底对准后，对其进行曝光，实现图形的复制。
相应地，一种基于高台阶斜坡的光刻***，包括：
沉积单元，用于在衬底上制备具有高台阶斜坡的牺牲层；
涂胶单元，用于在牺牲层上采用旋转涂胶方法覆盖一层光刻胶，形成光刻层；
光刻单元，用于对光刻层进行一次或多次光刻，光刻单元包括设有掩膜图形和补偿图形的掩膜版。
参图3所示，掩膜版上设有掩膜图形10及补偿图形，掩膜图形10为横跨坡顶、斜坡和坡底的长方形，补偿图形包括坡顶补偿图形21和斜坡补偿图形22，坡顶补偿图形21为与坡顶对应设置且长度等于坡顶宽度、宽度大于掩膜图形10宽度的长方形，斜坡补偿图形22为若干与斜坡对应设置且与掩膜图形10和坡顶补偿图形20相邻设置的三角形。本实施方式中，坡顶补偿图形21与掩膜图形10共用同一对称轴，斜坡补偿图形22设置为4个直角三角形，分别位于坡顶补偿图形21的上下两侧。
优选地，本实施方式中斜坡大致呈平面状，斜坡补偿图形22设为直角三角形。在其他实施方式中，若斜坡呈曲面状，斜坡补偿图形也可以不是直角三角形，可以设置成两边呈直角，另一边为一曲线。
参图4和图5所示分别为未采用补偿图形和本发明采用补偿图形的掩膜版进行曝光后的形貌图。
图4中未采用补偿图形，坡顶光刻胶厚度小于斜坡和坡底的光刻胶厚度，造成了坡顶过曝光，斜坡也有一定程度的过曝光，因此坡顶光刻出的线宽较大，坡底光刻出的线宽较小。参图4所示，电镜放大倍数为12000倍，对坡顶和坡底的多处进行测量，线宽分别为3.86μm、3.81μm、2.54μm、2.71μm、3.27μm，线宽大概有1μm左右的差别，不能满足高精度的光刻的需求。
图5中采用补偿图形的掩膜版进行曝光，在坡顶光刻胶厚度较小部分，掩膜版上设置较宽的补偿图形，可以补偿过曝光的影响。参图5所示，电镜放大倍数为12000倍，对坡顶和坡底的多处进行测量，线宽分别为3.12μm、3.39μm、3.07μm、3.66μm，图形的线宽在3.3μm左右，线宽的差距在0.6μm以内，可以满足+/-0.3μm的精度要求。
由上述技术方案可以看出，本发明通过在掩膜版上设置坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，对具有高台阶斜坡的牺牲层的衬底进行光刻，在坡顶光刻胶厚度小部分设置较宽的补偿图形，进而对坡顶过曝光进行补偿，减小了光刻图形的误差，提高了高台阶斜坡的光刻精度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于高台阶斜坡的光刻方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、在衬底上制备具有高台阶斜坡的牺牲层；
S2、在所述牺牲层上采用旋转涂胶方法覆盖一层光刻胶，形成光刻层；
S3、设置掩膜版上的掩膜图形及补偿图形，所述掩膜图形为横跨坡顶、斜坡和坡底的长方形，补偿图形包括坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，坡顶补偿图形为与坡顶对应设置且长度等于坡顶宽度、宽度大于掩膜图形宽度的长方形，斜坡补偿图形为若干与斜坡对应设置且与掩膜图形和坡顶补偿图形相邻设置的三角形，坡顶补偿图形与掩膜图形共用同一对称轴，坡顶补偿图形与掩膜图形的宽度比在1.2:1～1:1之间；
S4、光刻机利用掩膜版对光刻层进行一次或多次光刻。
2.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，斜坡补偿图形设置为4个直角三角形。
3.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述高台阶斜坡的高度大于2μm，角度为40°～60°。
4.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为TEOS或PSG。
5.根据权利要求4所述的光刻方法，其特征在于，所述牺牲层厚度大于5μm。
6.一种基于高台阶斜坡的光刻***，其特征在于，所述***包括：
沉积单元，用于在衬底上制备具有高台阶斜坡的牺牲层；
涂胶单元，用于在所述牺牲层上采用旋转涂胶方法覆盖一层光刻胶，形成光刻层；
光刻单元，用于对光刻层进行一次或多次光刻，光刻单元包括设有若干补偿图形的掩膜版，掩膜版上包括掩膜图形及补偿图形，所述掩膜图形为横跨坡顶、斜坡和坡底的长方形，补偿图形包括坡顶补偿图形和斜坡补偿图形，坡顶补偿图形为与坡顶对应设置且长度等于坡顶宽度、宽度大于掩膜图形宽度的长方形，斜坡补偿图形为若干与斜坡对应设置且与掩膜图形和坡顶补偿图形相邻设置的三角形，坡顶补偿图形与掩膜图形共用同一对称轴，坡顶补偿图形与掩膜图形的宽度比在1.2:1～1:1之间。
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