一種掩模板及在同一硅片上加工多種深度結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種掩模板及在同一硅片上加工多種深度結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，尤其是以硅材料為芯片基底的微加工技術(shù)的發(fā)展推動了上世紀(jì)電子時代的崛起。上世紀(jì)六十年代，將半導(dǎo)體微加工技術(shù)應(yīng)用到微機電系統(tǒng)加工的嘗試為二十一世紀(jì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，廣泛用于集成電路和微機電系統(tǒng)加工的微加工技術(shù)主要是基于光刻的平面加工技術(shù)。
[0003]現(xiàn)在通行的平面加工技術(shù)一般包括勻膠、對準(zhǔn)、曝光、顯影、刻蝕和鏡檢等工藝。對于多層結(jié)構(gòu)的加工，一般需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同深度進(jìn)行多次套刻。通常來說，在光刻過程中一張掩模版對應(yīng)一種加工深度，因而對于需要多次套刻的加工情況下，掩模板數(shù)量的增加會使得加工成本增高，這種情況在小批量的微機電系統(tǒng)加工和試驗性加工中尤為突出，往往一次試驗性小批量芯片加工中，多張掩模板的成本占據(jù)了加工成本的很大一部分。同時不同掩模板之間的加工偏差也會復(fù)刻到所加工的硅片上，造成二次對準(zhǔn)誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種掩模板及在同一硅片上加工多種深度結(jié)構(gòu)的方法，在同一張硅片上僅使用一張掩模板就可以加工出多種深度結(jié)構(gòu)，同時滿足光刻加工過程中不同加工層之間的對準(zhǔn)關(guān)系。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]在所述掩模板上設(shè)有到所述掩模板的中心的距離不相等的第一對準(zhǔn)標(biāo)記和第二對準(zhǔn)標(biāo)記，所述第一對準(zhǔn)標(biāo)記包括第一基準(zhǔn)標(biāo)記和第一對位標(biāo)記，所述第二對準(zhǔn)標(biāo)記包括第二基準(zhǔn)標(biāo)記和第二對位標(biāo)記，所述第一對準(zhǔn)標(biāo)記和第二對準(zhǔn)標(biāo)記選擇以下方式I和II之
[0007]方式1:所述第一對位標(biāo)記在所述掩模板旋轉(zhuǎn)90°后能與所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記在前一次光刻時留在硅片上的基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)；所述第二對位標(biāo)記在所述掩模板旋轉(zhuǎn)90°后能與所述第二基準(zhǔn)標(biāo)記在前一次光刻時留在硅片上的基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)；所述第一對位標(biāo)記和第二對位標(biāo)記分布在沿著所述掩模板中心的第一方向上且在所述掩模板的中心的兩側(cè)，所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記和第二基準(zhǔn)標(biāo)記分布在沿著所述掩模板中心的第二方向上且在所述掩模板的中心的兩側(cè)，所述第一方向與所述第二方向垂直；
[0008]方式I1:所述第一對位標(biāo)記在所述掩模板旋轉(zhuǎn)180°后能與所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記在前一次光刻時留在硅片上的基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)；所述第二對位標(biāo)記在所述掩模板旋轉(zhuǎn)180°后能與所述第二基準(zhǔn)標(biāo)記在前一次光刻時留在硅片上的基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)；所述第一對位標(biāo)記、所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記、所述第二對位標(biāo)記、所述第二基準(zhǔn)標(biāo)記均分布在沿著所述掩模板中心的第一方向上，且所述第一對位標(biāo)記和所述第二基準(zhǔn)標(biāo)記位于在所述第一方向上的所述掩模板的中心的一側(cè)，所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記和所述第二對位標(biāo)記在所述第一方向上的所述掩模板的中心的另一側(cè)。
[0009]優(yōu)選地:
[0010]所述第一對準(zhǔn)標(biāo)記和第二對準(zhǔn)標(biāo)記到所述掩模板的中心的距離滿足:dl =d2>d3+a = d4+a，其中，dl、d2、d3和d4分別是所述第一對位標(biāo)記(I)、所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記
(2)、所述第二對位標(biāo)記(3)和所述第二基準(zhǔn)標(biāo)記(4)到所述掩模板中心的距離，在所述方式I中是所述第二對位標(biāo)記(3)在所述第一方向上的長度或所述第二基準(zhǔn)標(biāo)記(4)沿所述第二方向上的長度；在所述方式II中，a是所述第二對位標(biāo)記(3)或所述第二基準(zhǔn)標(biāo)記(4)在所述第一方向上的長度。
[0011 ] 所述第一對準(zhǔn)標(biāo)記和第二對準(zhǔn)標(biāo)記為十字圖形標(biāo)記或者游標(biāo)形式標(biāo)記。
[0012]—種在同一硅片上加工多種深度結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟:
[0013](I)在所述硅片上旋涂光刻膠；
[0014](2)將所述方式I中的掩模板與所述硅片對齊，進(jìn)行第一次曝光、顯影和刻蝕，加工得到第一深度結(jié)構(gòu)，同時所述掩模板上的所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記、第一對位標(biāo)記，第二基準(zhǔn)標(biāo)記和第二對位標(biāo)記分別在所述硅片上形成第一基準(zhǔn)圖案、第一對位圖案、第二基準(zhǔn)圖案和第二對位圖案；
[0015](3)保持所述硅片不動，將所述掩模板順時針旋轉(zhuǎn)90°，所述第一對位標(biāo)記與所述第一基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)，所述第二對位標(biāo)記與所述第二基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)，進(jìn)行第二次曝光、顯影和刻蝕，加工得到第二深度結(jié)構(gòu)，同時所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記和所述第二基準(zhǔn)標(biāo)記分別在所述硅片上形成第三基準(zhǔn)圖案和第四基準(zhǔn)圖案；
[0016](4)去膠，在所述硅片上得到多種深度結(jié)構(gòu)。
[0017]優(yōu)選地，在步驟(3)和步驟(4)之間，還包括如下步驟:(A)保持所述硅片不動，將所述掩模版再次順時針旋轉(zhuǎn)90°，所述第二對位標(biāo)記與所述第四基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)，所述第一對位標(biāo)記與所述第三基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)，進(jìn)行第三次曝光、顯影和刻蝕，加工得到第三深度結(jié)構(gòu)，同時所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記和所述第二基準(zhǔn)標(biāo)記分別在所述硅片上形成第五基準(zhǔn)圖案和第六基準(zhǔn)圖案。
[0018]進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述步驟(A)和步驟(4)之間還包括如下步驟:(B)保持所述硅片不動，將所述掩模版再次順時針旋轉(zhuǎn)90°，所述第二對位標(biāo)記與所述第六基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)，所述第一對位標(biāo)記與所述第五基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)，進(jìn)行第三次曝光、顯影和刻蝕，加工得到第四深度結(jié)構(gòu)。
[0019]—種在同一硅片上加工兩種深度結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟:
[0020](I)在所述硅片上旋涂光刻膠；
[0021](2)將所述方式II中的掩模板與所述硅片對齊，進(jìn)行第一次曝光、顯影和刻蝕，加工得到第一深度結(jié)構(gòu)，同時所述掩模板上的所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記、第一對位標(biāo)記，第二基準(zhǔn)標(biāo)記和第二對位標(biāo)記分別在所述硅片上形成第一基準(zhǔn)圖案、第一對位圖案、第二基準(zhǔn)圖案和第二對位圖案；
[0022](3)保持所述硅片不動，將所述掩模板順時針旋轉(zhuǎn)180°，所述第一對位標(biāo)記與所述第一基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)，所述第二對位標(biāo)記與所述第二基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)，進(jìn)行第二次曝光、顯影和刻蝕，加工得到第二深度結(jié)構(gòu)，同時所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記和所述第二基準(zhǔn)標(biāo)記分別在所述硅片上形成第三基準(zhǔn)圖案和第四基準(zhǔn)圖案；
[0023](4)去膠，在所述硅片上得到兩種深度結(jié)構(gòu)。
[0024]本發(fā)明的有益技術(shù)效果包括:本發(fā)明可以在同一張硅片上僅使用一張掩模板加工出多種深度結(jié)構(gòu)(本發(fā)明中的“多種深度結(jié)構(gòu)”是指兩種深度結(jié)構(gòu)、三種深度結(jié)構(gòu)或者四種深度結(jié)構(gòu))，同時滿足光刻加工過程中不同加工層之間的對準(zhǔn)關(guān)系，具體的，本發(fā)明提供的方法和所用的掩模板能夠減少多種深度結(jié)構(gòu)加工中所用掩模板的數(shù)量，本發(fā)明的掩模板是在通用的掩模板上加上對準(zhǔn)標(biāo)記，與現(xiàn)有的光刻工藝完全兼容，由于各層結(jié)構(gòu)的加工使用的是同一掩模板，避免了不同掩模板加工偏差帶來的加工誤差，極大地簡化了多層深度結(jié)構(gòu)的加工工藝，減少了掩模板帶來的加工成本，具有對準(zhǔn)精度高，操作簡單方便，成本低廉等優(yōu)點。本發(fā)明尤其適用于小批量的微機電系統(tǒng)器件的加工和試驗性的各深度結(jié)構(gòu)之間沒有復(fù)雜的重疊結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)加工。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中的掩模板的示意圖；
[0026]圖2a和2b分別為本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例中第一次光刻中掩模板的方向和光刻后的娃片效果不意圖；
[0027]圖3a和3b分別為本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例中第二次光刻中掩模板的方向和光刻后的娃片效果不意圖；
[0028]圖4a和4b分別為本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例中第三次光刻中掩模板的方向和光刻后的娃片效果不意圖；
[0029]圖5a和5b分別為本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例中第四次光刻中掩模板的方向和光刻后的娃片效果不意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明實例I中所用的掩模板的示意圖；
[0031]圖7為本發(fā)明實例I中加工得到的硅片的示意圖；
[0032]圖8為本發(fā)明的再一個優(yōu)選實施例中的掩模板的示意圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明提供一種掩模板，在一個優(yōu)選實施例(圖1中僅示意了對準(zhǔn)標(biāo)記，并未示意待加工到硅片上的結(jié)構(gòu))中，在掩模板上設(shè)有到掩模板的中心的距離不相等的第一對準(zhǔn)標(biāo)記和第二對準(zhǔn)標(biāo)記，第一對準(zhǔn)標(biāo)記包括第一基準(zhǔn)標(biāo)記2和第一對位標(biāo)記1，第一對位標(biāo)記I在掩模板旋轉(zhuǎn)90°后能與第一基準(zhǔn)標(biāo)記2在前一次光刻時留在硅片上的基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)。，第二對準(zhǔn)標(biāo)記包括第二基準(zhǔn)標(biāo)記4和第二對位標(biāo)記3，第二對位標(biāo)記3在掩模板旋轉(zhuǎn)90°后能與第二基準(zhǔn)標(biāo)記4在前一次光刻時留在硅片上的基準(zhǔn)圖案對準(zhǔn)。第一對位標(biāo)記I和第二對位標(biāo)記3分布在沿著掩模板中心的第一方向Y上且在掩模板的中心的兩側(cè)，第一基準(zhǔn)標(biāo)記2和第二基準(zhǔn)標(biāo)記4分布在沿著掩模板中心的第二方向X上且在掩模板的中心的兩側(cè)，第一方向Y與第二方向X垂直。第一對準(zhǔn)標(biāo)記和第二對準(zhǔn)標(biāo)記到掩模板的中心的距離滿足:dl = d2>d3+a = d4+a，其中，dl、d2、d3和d4分別是第一對位標(biāo)記1、所述第一基準(zhǔn)標(biāo)記2、第二對位標(biāo)記3和第二基準(zhǔn)標(biāo)記4到掩模板中心的距離，a是所述第二對位標(biāo)記3在第一方向Y上的長度或第二基準(zhǔn)標(biāo)記4沿第二方向X上的長度(也即第二對位標(biāo)記3在第一方向Y上的長度等于第二基準(zhǔn)標(biāo)記4沿第二方向X上的長度)。第一對準(zhǔn)標(biāo)記和第二對準(zhǔn)標(biāo)記為十字圖形標(biāo)記(在其他實施例中，在對準(zhǔn)精度要求更高時，可以選用游標(biāo)形式標(biāo)記，即帶有刻度的圖形標(biāo)記)。
[0035]在另一個優(yōu)選實施例中，利用上述實施例中的掩模板在同一硅片上加工多種深度結(jié)構(gòu)(以在硅片上加工四種不同深度結(jié)構(gòu)為例)的方法，包括如下步驟:
[0036](I)在硅片上旋涂光刻膠。
[0037](2)如圖2a和2b所示，將圖2a所示的掩模板與硅片對齊，進(jìn)行第一次曝光、顯影和刻蝕，加工得到第一深度結(jié)構(gòu)，同時掩模板上的第一基準(zhǔn)標(biāo)記2、第一對位標(biāo)記1，第二基準(zhǔn)標(biāo)記4和第二對位標(biāo)記3分別在硅片上形成第一基準(zhǔn)圖案6、第一對位圖案5、第二基準(zhǔn)圖案8和第二對位圖案7，光刻后的硅片如圖2b所示。
[0038](3)如圖3a和3b所示，保持硅片不動，將掩模板順時針旋轉(zhuǎn)90°，如圖3a所示，第一對位標(biāo)記I與圖2b中的第一基準(zhǔn)圖案6對準(zhǔn)，第二對位標(biāo)記3與圖2b中的第二基準(zhǔn)圖案8對準(zhǔn)，進(jìn)行第二次曝光、顯影和刻蝕，加工得到第二深度結(jié)構(gòu)，同時第一基準(zhǔn)標(biāo)記2和第二基準(zhǔn)標(biāo)記4分別在硅片上形成第三基準(zhǔn)圖案10和第四基準(zhǔn)圖案9，光刻后的硅片如圖3b所示。
[0039](4)如圖4a和4b所示，保持硅片不動，將