[其他]微细光刻技术

说明书

本发明涉及微细加工技术中精密图形的制作方法，它特别适用于微米及亚微米级精密图形的制作。

目前，公知的微细加工技术，通常使用光学透镜进行图形投影缩小曝光来加工诸如大规模集成电路的微米级精细图形。据资料（New-man R.，Lin B.J.，1980，Fine Line lithography PP 107-109（North-Holland Publishing Com-Pany Amsterdam，New York）介绍，光学投影曝光系统的分辨率（W）除受光致抗蚀剂和基片的特征限制外，主要由透镜的调制传递函数（MTF）决定，而MTF直接与透镜的数值孔径（NA）相关，用NA大的透镜，投影曝光系统的分辨率高（W＞0.6λ/NA），即能得到更精细的几何图形。然而，NA大必然使焦深（Z）减小（|Z|＜0.8λ/（NA）²），因此，给精细图形线条宽度的控制带来大的困难，出现高分辨率和长焦深的要求的相互矛盾，限制了曝光机的成象性能，因此，对于分辨率和焦深只能进行折衷选择。虽然透镜系统的分辨率只与它的数值孔径有关而与缩小倍率无关，但是缩小倍率越大，容许的数值孔径NA也就越大。然而，用较大的数值孔径来提高分辨率，必然会使图象视场面积减小。

在投影缩小曝光系统中，为了在高的空间频率下获得所要求的对比度，需要许多性能极高的透镜组成折射镜头。这些透镜引起的光散射、色散和驻波效应使精细图形的线宽变化的控制变得很困难。

如采用缩短曝光光源的波长（如采用远紫外光）可提高衍射限制透镜的分辨率，但是在较短波长下，光学玻璃吸收能力强，将会带来透镜设计方面的困难。

另外，投影缩小曝光系统在工作时对环境条件的要求苛刻，加之这种曝光系统采用的掩模版，其各种图形尺寸是按等倍率设计，因此，版面的尺寸大，制作难。

综上所述，光学投影缩小曝光系统具有高分辨率，高的线宽控制精度。由于依赖于光学透镜组合镜头进行缩小曝光，所以，存在设备复杂、制造难度高，技术条件苛刻，价格昂贵和效率低等缺点。

如果采用紫外光接近式曝光系统，虽然具有生产效率高，操作简便的优点，但是该系统分辨率低，仅适用于2～4微米线宽图形的加工，它不具有缩小曝光的能力，只能采用1∶1的曝光方式。致使精细图形掩模版的制作困难。另外，该系统的分辨率W＞0.5·λ·Z]]>，分辨率受到紫外光波长λ和掩模版至基片表面的间隙距离Z的限制，即使选用远紫外曝光光源，Z的数值也只有几个微米。因而在基片表面引起高的缺陷密度。

本发明的任务是为超大规模集成电路、微波半导体器件、激光器、精密传感器等提供一种新的光学衍射缩小曝光方法，用于微米及亚微米线宽的精细图形的加工，而不需要复杂的光学透镜系统。

发明是以如下方式完成的：光刻掩模版与涂有专用抗蚀剂材料的基片之间，间隙距离控制在0～50微米内，这种基片可以是半导体、金属、绝缘体。其上涂有一种高分辨率、高反差的专用负性光致抗蚀剂NPR-C08（发明人研制），在掩模版的透光区，利用紫外光在掩模版与基片表面之间的间隙内衍射光波场强分布形态的规律改变达到缩小曝光。进行衍射缩小曝光时，曝光光光源强度是恒定不变的，对于不同掩模版的最小线宽图形（透光区），选用合适的间隙距离Z，根据光强分布形态，改变曝光时间，便可进行最小线宽图形的1～5倍的缩小曝光，其线宽控制精度在±10%以内。如果基片表面存在台阶，而图形分辨率是在微米及亚微米范围，宜采用多层抗蚀剂系统，将顶层薄的抗蚀剂上形成的衍射缩小的图形通过隔离层转移到底层厚抗蚀剂上，最后采用湿法或干法进行刻蚀，可得到精细图形。

使用本发明，不需要采用复杂的光学透镜系统，衍射缩小曝光系统的分辨率和焦深的改变是独立进行的，可各自达到最佳化，不必在两者之间进行折衷。衍射缩小曝光系统，其图形的分辨率可达到0.5微米，同光学投影曝光系统在主要性能保持相同的条件下，设备成本比使用的光学投影曝光系统可降低50%左右，生产效率高于投影曝光，操作简便，对环境条件的要求显著低于投影曝光系统。