X射线光刻掩模版的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Ｘ射线光刻掩模版的制备方法，属光刻掩模版制造技术领域。本发明专利技术主要采用热丝化学气相沉积法沉积的金刚石薄膜作为Ｘ射线光刻掩模基膜材料，并通过改进的工艺参数和后期处理工艺，改善金刚石薄膜的性能，提高金刚石薄膜的光学透过率和表面平整度。通过对硅片的预处理、金刚石薄膜的沉积、去除部分硅片开出圆形透光宽口并形成硅支撑以及金刚石薄膜上贴附一层重金属金膜层，最终制成具有掩模暴光图形的掩模板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属光刻掩模版制造

技术介绍
由于光学光刻技术对应一定的曝光波长，因此存在着物理极限。而和其它光刻工艺相比，X射线光刻工艺有许多优点。虽然X射线光刻的研究开始于20世纪70年代，但由于其遇到诸如掩模材料、光源和光致抗蚀剂等困难，一直没有实用化。近年来，平行性强、抗尘性和光强大的同步辐射X射线(0.6～1.0nm)波长范围光源技术的成熟，以及接近式曝光技术的采用，使获得小于0.1μm的分辨率成为可能。使用同步辐射的X射线光刻的并键要素之一是在合适的基片材料上制造出性能可靠的掩模。X射线光刻掩模的基本要求如下(1)对X射线具有透过能力(大于50％)，选择低原子序数材料(少于10μm厚度)以达到足够的对式；(2)具有高硬度(高的杨氏模量)和低的张应力，以避免任何吸收体平面和非平面机械扭曲；(3)对于接触或近场X射线光刻技术中的掩模，由于其需要支撑厚的吸收体结构，其断裂强度也特别重要；(4)表面平整性好。表面粗糙度应适合吸收图形的分辨率；(5)由于校准过程的要求，光学透过率在632.8nm处应达到或超过50％；(6)对于吸收体和硅基片，掩模的热传导性和热膨胀性应相一致，以防止任何热扭曲；(7)良好的辐射硬度以满足曝光时间内的稳定性，即基膜材料不改变其物理和机械性能，防止微裂纹或掩模上吸收体图形位置的改变。多年来人们一直认为X射线掩模的制作将限制X射线光刻技术的实用化，而目前这个问题已经不存在，X射线光刻掩模的制作技术已经成熟。近年来国际上实验研究的X射线光刻掩模衬基材料主要要Si、SixNy、SiC及以聚酰亚胺、聚脂树脂等为代表的高分子材料等。吸收体则常采用Au、Ta、W等。近来大量研究表明，含氢的SiN、BN和SiC等材料经长期大剂量的同步辐射光照射后会导致严重辐射损伤。这主要是因为吸收大量X射线后，部分氢原子迁移至薄膜表面，产生了内应力的改变和化学退化，导致几何形变和光学透明度降低。研究表明，金刚石掩模基膜材料成为最具吸引力的研究课题之一，金刚石薄膜含氢量极少，仅在ppm量级，具有特别优良的力学、热学和光学性质，例如高的极氏模量、高的X射线和可见光透过率、高的热导率和非常低的热膨胀系数，而且具有高的抗辐射强度，在极高剂量辐照下性能也不会降低，基本上符合掩模材料要求，使其成为理想的下一代同步辐射光刻掩模基膜材料的最佳候选者，也是当前这一领域研究的热门。国际上许多研究小组开展了兼容于商用X射线光刻机的高分辨率金刚石基底掩模的研究工作，取得了一定的进展。目前该方面的工作主要集中于优化生长金刚石薄膜方面，以便找到各项性能均满足制作高分辨率X射线光刻掩模的薄膜生长条件。从研究进展看，进一步改善金刚石薄膜的表面粗糙度和提高光学透过率是实现X射线掩模的关键。由于金刚石的表面能较大，利用一般的CVD工艺合成的多晶金刚石薄膜表面较为粗糙。由于金刚石的表面能较大，利用一般的CVD工艺合成的多晶金刚石薄膜表面较为粗糙，不适合于传统的微细加工工艺。因此，一般要利用机械抛光的方式实现金刚石薄膜的表面平坦化。但是，金刚石薄膜表面硬度很高，抛光起来费时费力，然而纳米金刚石薄膜却具有表面光滑、摩擦系数小等一系列优点。本专利提出采用纳米晶金刚石薄膜应用于X射线光刻掩模基膜材料。本专利技术制得的金刚石薄膜具有良好的表面平整度和很高的光学透过率。在X射线光刻技术中，该掩模基膜材料可适应X射线的纳米级的短波长，可获得0.18μm的光刻分辨率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤a.钽丝的预处理对传统的现有的热丝化学气相沉积实验装置中的加热源钽丝进行表面拓磨净化处理，并用氢气和丙酮加热预处理30分钟，使钽丝表面去除氧化层杂质，并在钽丝表面形成一层碳化钽覆盖层，以抑制过程中钽的挥发和减少杂质的引入；b.硅片衬底的预处理先置于HF溶液5分钟以去除硅表面氧化层；然后将硅片衬底用超细金刚石粉手工研磨15分钟；然后再置于丙酮溶液中超声浴清洗15分钟，接着再置于去离子水中超声浴清洗10分钟，使表面完全清洁；同时形成硅片镜面，增加硅片表面的成核密度；c.纳米金刚石薄膜的沉积将上述经处理的硅片衬底放置于传统的、现有的热丝化学气相沉积实验装置中的试样台上，其镜面向上，然后进行金刚石薄膜的沉积，其操作过程中的工艺参数为(1)氢气和丙酮的流量比，氢气∶丙酮＝180∶50(ml/min)；(2)沉积室内的温度为620～680℃；(3)沉积室内的气压为1～3KPa；(4)施加偏压；d.沉积操作达一定时间后，使纳米金刚石薄膜的厚度介于1～2μm之间；e.制备好的金刚石薄膜的后处理(1)退火，在Ar气氛下，500℃退火60分钟；(2)表面腐蚀，用H2SO4和H2O2稀溶液的腐蚀方式，去除其中的石墨成分；f.去除部分硅片衬底以形成硅支撑在硅-金刚石薄膜的结构上，用HF∶HNO3＝1∶1的酸溶液去除部分硅片衬底，开出直径为1.0cm的透光窗口，底下形成硅支撑；g.最后在金刚石薄膜上贴附一层具有一定设计图形的X射线体吸收体，该吸收体为重金属元素金，形成不透X射线区；而金刚石薄膜作为掩基膜材料，形成X射线的投射区；最终制成具有掩模曝光图形的掩模版。附图说明图1为本专利技术采用的传统的、现有的热丝化学气相沉积实验装置示意图。图中各数字符号表示的意义如下1-反应室、2-H2气罐、3-盛有丙酮的鼓泡瓶、4-恒温槽、5-钽丝、6-Si衬底、7-试样台、8-热电偶、9-真空泵、10-减压阀、11-质量流量计、12-质量流量计、13-控温仪、14-气压计、15-阀门、16-钟罩、17-冷却水管、18-偏压装置。图2为本专利技术的掩模版结构示意图。具体实施例方式现将本专利技术的具体实施例叙述于后。实施例1本实施例中的工艺过程和步骤如下1、钽丝的预处理对传统的现有的热丝化学气相沉积实验装置中的加热源钽丝进行表面拓磨净化处理，并用氢气和丙酮加热预处理30分钟，使钽丝表面去除氧化层杂质，并在钽丝表面形成一层碳化钽覆盖层，以抑制过程中钽的挥发和减少杂质的引入；2、硅片衬底的预处理将2×2cm的P型硅片先置于FH溶液5分钟以去除硅表面氧化层；然后将硅片衬底用超细金刚石粉手工研磨15分钟；然后再置于丙酮溶液中超声浴清洗15分钟，接着再置于去离子水中超声浴清洗10分钟，使表面完全清洁；同时形成硅片镜面，增加硅片表面的成核密度；3、纳米金刚石薄膜的沉积参见图1，将上述经处理的硅片衬底放置于传统的、现有的热丝化学气相沉积实验装置中的试样台上，其镜面向上，然后进行金刚石薄膜的沉积，其操作过程中的工艺参数为(1)氢气和丙酮的流量比，氢气∶丙酮＝180∶50(ml/min)；(2)沉积室内的温度为650℃；(3)沉积室内的气压为2KPa；(4)施加一偏压；4、沉积操作达一定时间后，使纳米金刚石薄膜的厚度介于1.5μm之间；5、制备好的金刚石薄膜的后处理(1)退火，在Ar气氛下，500℃退火60分钟；(2)表面腐蚀，用H2SO4和H2O2稀溶液的氧化腐蚀方式，去除其中的石墨成分；6、去除部分硅片衬底以形成硅支撑在硅—金刚石薄膜的结构上，用HF∶HNO3＝1∶1的酸溶液去除部分硅片衬底，开出直径为1.0cm的透光窗口，底下形成硅支撑；7、最后在金刚石薄膜上贴附一层具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｘ射线光刻掩模版的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：ａ．钽丝的预处理：对传统的现有的热丝化学气相沉积实验装置中的加热源钽丝进行表面拓磨净化处理，并用氢气和丙酮加热预处理３０分钟，使钽丝表面去除氧化层杂质，并在钽丝表面 形成一层碳化钽覆盖层，以抑制过程中钽的挥发和减少杂质的引入；ｂ．硅片衬底的预处理：先置于ＦＨ溶液５分钟以去除硅表面氧化层；然后将硅片衬底用超细金刚石粉手工研磨１５分钟；然后再置于丙酮溶液中超声浴清洗１５分钟，接着再置于去离子水中超声 浴清洗１０分钟，使表面完全清洁；同时形成硅片镜面，增加硅片表面的成核密度；ｃ．纳米金刚石薄膜的沉积：将上述经处理的硅片衬底放置于传统的、现有的热丝化学气相沉积实验装置中的试样台上，其镜面向上，然后进行金刚石薄膜的沉积，其操作过程中的 工艺参数为：（１）氢气和丙酮的流量比，氢气∶丙酮＝１８０∶５０（ｍｌ／ｍｉｎ）；（２）沉积室内的温度为６２０～６８０℃；（３）沉积室内的气压为１～３ＫＰａ；（４）施加偏压；ｄ．沉积操作达一定时间后，使纳米金刚石薄膜的厚度介于１～２μ ｍ之间；ｅ．制备好的金刚石薄膜的后处理：（１）退火，在Ａｒ气氛下，５００℃退火６０分钟；（２）表面腐蚀，用Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］和Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］稀溶液的腐蚀方式，去除其中的石墨成分；ｆ．去除部分硅片衬底以形成硅 支撑：在硅－金刚石薄膜的结构上，用ＨＦ∶ＨＮＯ↓［３］＝１∶１的酸溶液去除部分硅片衬底，开出直径为１．０ｃｍ的透光窗口，底下形成硅支撑；ｇ．最后在金刚石薄膜上贴附一层具有一定设计图形的Ｘ射线体吸收体，该吸收体为重金属元素金，形成不透 Ｘ射线区；而金刚石薄膜作为掩基膜材料，形成Ｘ射线的投射区；最终制成具有掩模曝光图形的掩模版。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王林军，夏义本，任玲，蒋丽雯，刘健敏，苏青峰，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]