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CN114690534B - 掩模版、光刻装置、掩模版的制造方法和基于掩模版的光刻方法 - Google Patents

掩模版、光刻装置、掩模版的制造方法和基于掩模版的光刻方法 Download PDF

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CN114690534B
CN114690534B CN202210373932.5A CN202210373932A CN114690534B CN 114690534 B CN114690534 B CN 114690534B CN 202210373932 A CN202210373932 A CN 202210373932A CN 114690534 B CN114690534 B CN 114690534B
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Westlake University
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Abstract

本公开涉及一种掩模版、光刻装置和掩模版的制造方法和基于掩模版的光刻方法，掩模版包括：基板，基板被配置为对用于光刻的曝光光束透光，其中，曝光光束处于第一频带中；以及光致变色层，光致变色层设于基板的一侧上且包括光致变色材料，光致变色层被配置为在具有空间结构的调制光束照射下产生对应的掩模版图案，其中，光致变色材料基于是否被调制光束中的调制光照射到而处于对曝光光束的非透光状态或透光状态，且调制光束处于与第一频带分隔开的第二频带中。

Description

掩模版、光刻装置、掩模版的制造方法和基于掩模版的光刻 方法
技术领域
本公开一般地涉及光刻技术领域，更具体地，涉及一种掩模版、光刻装置、掩模版的制造方法和基于掩模版的光刻方法。
背景技术
在光刻技术中，通常使用掩模版来形成图案化的结构。然而，一旦掩模版被制成，其中的图案就不容易再被更改。并且，如果掩模版中存在缺陷或者在掩模版的使用过程中引入了缺陷，也难以再对这些缺陷进行修复。此外，掩模版通常还具有很高的成本。上述这些因素都会导致采用掩模版生产的芯片的成本升高、掩模版缺陷监控带来工艺的繁琐。因此，芯片生产技术存在对于新的掩模版的需求。
发明内容
本公开的目的在于提供一种掩模版、光刻装置、掩模版的制造方法和基于掩模版的光刻方法。
根据本公开的第一方面，提供了一种掩模版，所述掩模版包括：基板，所述基板被配置为对用于光刻的曝光光束透光，其中，曝光光束处于第一频带中；以及光致变色层，所述光致变色层设于所述基板的一侧上且包括光致变色材料，所述光致变色层被配置为在具有空间结构的调制光束照射下产生对应的掩模版图案，其中，所述光致变色材料基于是否被调制光束中的调制光照射到而处于对曝光光束的非透光状态或透光状态，且调制光束处于与第一频带分隔开的第二频带中。
在一些实施例中，所述基板包括石英和氟化钙中的至少一者。
在一些实施例中，所述光致变色材料被配置为当被调制光束中的调制光照射到时，处于对曝光光束的非透光状态；并且所述光致变色材料被配置为当未被调制光束中的调制光照射到时，处于对曝光光束的透光状态。
在一些实施例中，所述光致变色材料被配置为当被调制光束中的调制光照射到时，处于对曝光光束的透光状态；并且所述光致变色材料被配置为当未被调制光束中的调制光照射到时，处于对曝光光束的非透光状态。
在一些实施例中，当所述光致变色材料处于透光状态时，对曝光光束的透光率为60％～99％。
在一些实施例中，当所述光致变色材料处于非透光状态时，对曝光光束的透光率为5％～30％。
在一些实施例中，所述第一频带所对应的波长包括193～405nm。
在一些实施例中，所述第一频带所对应的波长包括193nm、248nm、325nm、365nm和405nm中的至少一者。
在一些实施例中，所述第二频带所对应的波长包括500～580nm、或580～1100nm、或500～580nm的一部分或580～1100nm的一部分。
在一些实施例中，所述第二频带所对应的波长包括633nm。
在一些实施例中，所述光致变色层包括呈连续薄膜状的光致变色材料。
在一些实施例中，所述光致变色层的厚度为50～200nm或200～5000nm。
在一些实施例中，所述光致变色材料包括有机光致变色材料和无机光致变色材料中的至少一种。
在一些实施例中，所述光致变色材料包括1,2-二(5,5’-二甲基-2,2’-二苯硫基)全氟环戊-1-烯。
在一些实施例中，所述掩模版还包括：调制光源，所述调制光源被配置为产生具有空间结构的调制光束。
在一些实施例中，所述调制光源包括：第一光发生器，所述第一光发生器被配置为产生处于第二频带中的初始光束，所述初始光束具有在垂直于其行进方向的截面上的均匀的光强分布；以及空间光调制器，所述空间光调制器被配置为在控制信号的作用下将所述初始光束转化为具有空间结构的调制光束，其中，所述控制信号是根据掩模版图案生成的。
在一些实施例中，调制光束为相对于所述光致变色层的近场光束。
在一些实施例中，所述掩模版还包括：温控器，所述温控器包括温度保持单元，所述温度保持单元被配置为邻近于所述基板或所述光致变色层设置，以保持所述掩模版的温度处于预设温度范围内。
根据本公开的第二方面，提出了一种光刻装置，所述光刻装置包括：如上所述的掩模版；以及控制模块，所述控制模块被配置为根据设计版图产生控制信号，所述控制信号用于产生具有与设计版图对应的空间结构的调制光束。
在一些实施例中，所述光刻装置还包括：调制光源，所述调制光源被配置为产生具有空间结构的调制光束。
在一些实施例中，所述调制光源包括：第一光发生器，所述第一光发生器被配置为产生处于第二频带中的初始光束，所述初始光束具有在垂直于其行进方向的截面上的均匀的光强分布；以及空间光调制器，所述空间光调制器被配置为在控制信号的作用下将所述初始光束转化为具有空间结构的调制光束，其中，所述控制信号是根据掩模版图案生成的。
在一些实施例中，所述光刻装置还包括：温控器，所述温控器包括温度保持单元，所述温度保持单元被配置为邻近于所述基板或所述光致变色层设置，以保持所述掩模版的温度处于预设温度范围内。
在一些实施例中，所述光刻装置还包括：第二光发生器，所述第二光发生器被配置为产生处于第一频带中的曝光光束。
在一些实施例中，所述曝光光束具有在垂直于其行进方向的截面上的均匀的光强分布。
根据本公开的第三方面，提出了一种掩模版的制造方法，所述制造方法包括：提供基板，所述基板被配置为对用于光刻的曝光光束透光，其中，曝光光束处于第一频带中；以及在所述基板的一侧上形成光致变色层，所述光致变色层包括光致变色材料，所述光致变色层被配置为在具有空间结构的调制光束照射下产生对应的掩模版图案，其中，所述光致变色材料基于是否被调制光束中的调制光照射到而处于对曝光光束的非透光状态或透光状态，且调制光束处于与第一频带分隔开的第二频带中。
根据本公开的第四方面，提出了一种基于掩模版的光刻方法，所述掩模版为如上所述的掩模版，所述光刻方法包括：将具有空间结构的调制光束照射到所述掩模版上，以在所述掩模版中产生对应的掩模版图案；在产生掩模版图案之后，使曝光光束经由所述掩模版照射在晶圆上，以对所述晶圆进行曝光；在完成对所述晶圆的曝光之后，关闭曝光光束；以及在关闭曝光光束之后，关闭调制光束。
在一些实施例中，调制光束的光强大于曝光光束的光强。
在一些实施例中，所述光刻方法还包括：运行温控器以保持所述掩模版的温度处于预设温度范围内。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是根据本公开的一示例性实施例的掩模版的结构示意图；
图2是根据本公开的一示例性实施例的被曝光光束和调制光束照射的掩模版的示意图；
图3是根据本公开的一示例性实施例的被曝光光束和调制光束照射的掩模版的截面示意图；
图4是根据本公开的一示例性实施例的光刻装置的结构示意图；
图5是根据本公开的一示例性实施例的掩模版的制造方法的流程示意图；
图6是根据本公开的一示例性实施例的基于掩模版的光刻方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。
应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。
应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。
说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。说明书使用的用辞“在X和Y之间”和“在大约X和Y之间”应当解释为包括X和Y。本说明书使用的用辞“在大约X和Y之间”的意思是“在大约X和大约Y之间”，并且本说明书使用的用辞“从大约X至Y”的意思是“从大约X至大约Y”。
在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦合”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦合”至另一元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在说明书中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。
在说明书中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。
在微纳米器件的研究以及半导体芯片的生产工艺中，通常使用基于掩模版的光刻技术来形成期望的器件或芯片结构。为了形成期望的结构，可以根据所要加工的器件或芯片的版图、按照相应的工艺步骤来预先制造一个或多个掩模版，每个掩模版上的图案可以对应于版图中的一个图层或者对应于能够在同一步骤中制备的多个图层。通常，掩模版可以包括能够使用于让抗刻蚀剂(光刻胶)的性质发生改变的曝光光束(例如，紫外光束等)透过的基板(例如，石英玻璃)和沉积在基板上的、用来阻止上述曝光光束透过的镀膜(例如，金属铬膜)。
在一种制造掩模版的方法中，可以在石英玻璃上依次沉积数十纳米厚的铬膜和位于铬膜上的抗刻蚀剂，然后采用激光直写或电子束曝光的方式在抗刻蚀剂上形成所需的图案，之后湿法刻蚀或干法刻蚀从抗刻蚀剂中暴露出的铬，以在铬膜上形成与期望的结构对应的图案。其中，激光直写的方式通常用于形成最小线宽在300nm以上的掩模版，而电子束曝光的方式可以用来形成最小线宽小于300nm的掩模版。
采用上述制备方式，单张掩模版的成本大约在数万美元，而用于完整的器件或芯片生产工艺的整套掩模版的成本可能高达数百万美元。并且，这样的掩模版一旦被制成，其结构就很难再被更改。在传统的应用场景中，包括中央处理器(CPU)、动态随机存取存储器(DRAM)、闪存等芯片的单批次批量通常在数百万甚至上亿的量级，因此可以很好地分摊制造掩模版的成本，从而使得基于掩模版的光刻工艺能够广泛地应用在这些器件或芯片的制造生产中。然而，随着物联网、人工智能、个性化生命健康等产业的发展，目前越来越多地涉及小批量器件或芯片的生产，这些器件或芯片的数量可能只有几万个或甚至更少。如果预先制备掩模版、再基于掩模版来生产这些器件或芯片，很难通过足够的器件或芯片数量来分摊制造掩模版的成本，导致器件或芯片成本的大幅升高。另外，如果采用激光直写的方式来直接制造这些器件或芯片，一方面其产率很低，难以满足量产的需求，另一方面激光直写的大约300nm的最小线宽也限制了通过缩微器件的方式来提高芯片的集成度、性能和降低芯片的成本。类似地，如果采用电子束曝光的方式来直接制造这些器件或芯片，虽然可以制造出更小尺寸和更高集成度的器件或芯片，但其产率依然极低，难以满足生产要求，且工艺成本也很高，阻碍了器件和芯片的市场渗透。
此外，掩模版中存在的缺陷也可能导致生产器件或芯片的成本的大幅增加。具体而言，如果掩模版中存在小的缺陷，则需要花费时间来进行缺陷的探测和修复；而如果掩模版中存在大的缺陷，则可能不得不废弃整张掩模版。
为了解决上述问题，满足小批量芯片的生产和相关产品向高集成度发展的需求，使得未来物联网、人工智能等技术能够具有更好的社会渗透度，本公开提出了一种可编程、可擦写以重复使用的数字化光刻掩模版。在这样的掩模版中，可以通过控制具有空间结构的调制光束照射到具有光致变色材料的掩模版上来可逆地改变掩模版中的相应的像素区域的透光状态，使得同一块掩模版上的图案可以根据需要改变，从而实现掩模版的重复利用，进而降低器件或芯片的生产成本。
在本公开的一示例性实施例中，如图1所示，掩模版可以包括基板110和光致变色层120。
其中，基板110可以被配置为对用于光刻的曝光光束透光，以避免对光刻过程造成干扰。曝光光束可以处于第一频带中，通常对应于部分紫外光所处的频带。例如，第一频带所对应的波长可以包括193～405nm。在一些具体示例中，第一频带所对应的波长可以包括193nm、248nm、325nm、365nm和405nm中的至少一者。基板110可以由具有一定结构强度的材料制成，用于支撑设置在其上的掩模版的其它各层。在一些实施例中，基板110可以由石英玻璃或氟化钙玻璃等制成。
光致变色层120可以设于基板110的一侧上，且光致变色层120可以包括光致变色材料，并在具有空间结构的调制光束的照射下产生对应的掩模版图案。如图2和图3所示，具有空间结构的调制光束930具体是指在垂直于其行进方向的截面上具有非均匀的强度分布的光束。例如，在垂直于调制光束930的行进方向的截面上，部分区域的调制光强度可以为零，而其它区域可以具有非零的调制光强度。光致变色材料将基于是否被调制光束中的调制光照射到而处于对曝光光束的非透光状态或透光状态，相应地形成掩模版中的非透光区域和透光区域，进而产生期望的掩模版图案。
在一具体示例中，当光致变色材料与调制光束930的截面上的具有非零调制光强度的区域相对时，即光致变色材料被调制光束930中的调制光照射到时，这部分光致变色材料将吸收调制光而处于对曝光光束的非透光状态(例如，有机光致变色材料吸收作为退激发光的调制光而产生对作为曝光光束的紫外光的高吸收率，导致这部分有机光致变色材料处于对曝光光束的非透光状态)，对应于图3中所示的光致变色材料的对曝光光束920的非透光区域122；并且，当光致变色材料与调制光束930的截面上的调制光强度为零的区域相对时，即光致变色材料未被调制光束930中的调制光照射到时，这部分光致变色材料将处于对曝光光束的透光状态，对应于图3中所示的光致变色材料的对曝光光束920的透光区域121。因此，可以通过控制调制光束的强度空间分布，或者说通过控制调制光束的空间结构，在光致变色层120中形成针对曝光光束920的透光区域121和非透光区域122，这些区域的组合可以形成在掩模版中的期望的掩模版图案。
当然，可以理解的是，在其它一些具体示例中，当光致变色材料与调制光束的截面上的具有非零调制光强度的区域相对时，即光致变色材料被调制光束中的调制光照射到时，这部分光致变色材料也可以处于对曝光光束的透光状态；而当光致变色材料与调制光束的截面上的调制光强度为零的区域相对时，即光致变色材料未被调制光束中的调制光照射到时，这部分光致变色材料可以处于对曝光光束的非透光状态。
此外，在通常情况下，只有在调制光照射在光致变色材料上时，其非透光状态(或透光状态)才可以被保持，而一旦移除了调制光，光致变色材料将恢复至其默认状态。因此，在利用包括这样的光致变色材料的掩模版进行光刻时，需要在采用曝光光束对晶圆/样品进行曝光的同时保持调制光束也照射在掩模版上，以维持掩模版中的透光区域和非透光区域不变，或者说保持掩模版图案不变，直至完成光刻。由于上述需求，需要避免调制光束930对曝光过程的干扰，即调制光束930不能使抗刻蚀剂(例如，光刻胶)的性质发生变化，这就要求调制光束930处于与曝光光束920的第一频带分隔开的第二频带内。在这里，分隔开的第一频带和第二频带是指第一频带中的任何频率都不同于第二频带中的任何频率。在一些实施例中，第二频带所对应的波长可以包括500～580nm、或580～1100nm、或500～580nm的一部分或580～1100nm的一部分。在一具体示例中，第二频带所对应的波长可以为633nm。
为了保证掩模版中的光致变色材料在处于透光状态时，能够使足够的曝光光束通过以用于对样品进行曝光，而在处于非透光状态时，足以阻挡曝光光束以避免对晶圆/样品的曝光，光致变色材料在透光状态和非透光状态下的透光率应当满足一定的要求。在一具体示例中，当光致变色材料处于透光状态时，其对曝光光束的透光率可以为60％～99％；而当光致变色材料处于非透光状态时，其对曝光光束的透光率可以为5％～30％。
在一些实施例中，光致变色材料可以包括有机光致变色材料和无机光致变色材料中的至少一种。常见的有机光致变色材料可以包括呈液体状态的并四苯(tetracene)溶液、苄基苯肼(benzalphenylhydrazines)溶液、恶唑酮(osazones)溶液等，以及呈固体状态的2,3,4,4-四氯萘-1-(4H)-one(2,3,4,4-tetrachloronaphthalen-1-(4H)-one)、螺萘恶嗪(spironaphthoxazines)类有机材料、二芳基乙烯(diarylethene)类材料、偶氮苯(azobenzene)衍生物、1,2-二(5,5’-二甲基-2,2’-二苯硫基)全氟环戊-1-烯(1,2-bis(5,5‘-dimethyl-2,2‘-bithiophen-yl)perfluorocyclopent-1-ene)等，而无机光致变色材料可以包括多种过渡金属氧化物及其复合材料，例如氧化钨(WOx)、三氧化钼(MoO3)、五氧化二钒(V2O5)、二氧化钛(TiO2)等。
然而，考虑到在目前通常情况下的光刻应用中，能够使用的光致变色材料应当至少具有以下性质：(1)光致变色材料的透光状态与非透光状态可以在调制光束的控制下可逆地转换，以实现可擦写、可重复使用的掩模版，即在未被调制光束中的调制光照射到的情况下，光致变色材料对处于第一频带中的曝光光束具有足够高的透光率，且在被调制光束中的调制光照射到的情况下，其对处于第一频带中的曝光光束具有足够低的透光率，或者在未被调制光束中的调制光照射到的情况下，其对处于第一频带中的曝光光束具有足够低的透光率，且在被调制光束中的调制光照射到的情况下，其对处于第一频带中的曝光光束具有足够高的透光率；以及(2)用于可逆地切换光致变色材料的透光状态与非透光状态的调制光束所处的第二频带与曝光光束(紫外光)所处的第一频带分隔开，以避免对光刻过程造成干扰。基于上述考虑，在现有的利用紫外光作为曝光光束进行光刻的工艺中，可以采用1,2-二(5,5’-二甲基-2,2’-二苯硫基)全氟环戊-1-烯(1,2-bis(5,5‘-dimethyl-2,2‘-bithiophen-yl)perfluorocyclopent-1-ene)作为掩模版中的光致变色材料。然而，可以理解的是，当利用处于其它频带中的曝光光束或调制光束时，也可以选择与相应的频带对应的其它光致变色材料，在此不作限制。进一步地，可以选择具有较好的散热性和所需的调制光束强度较低的光致变色材料，以减少由于调制光束的照射所导致的掩模版温度的大幅上升，从而改善光刻的可靠性。
在通常情况下，光致变色层120可以包括呈连续薄膜状的光致变色材料，以便于通过层压、旋涂、喷射等沉积方式来进行掩模版的制备。为了使光致变色材料在处于非透光状态下时能够有效地阻挡曝光光束，光致变色层120的厚度可以在50～200nm或200～5000nm。在其它一些情况下，也可以根据需要形成图案化的光致变色层，并利用激光直写、电子束直写、基于另一掩模版的光刻等方式来形成上述图案化的光致变色层。或者，在另一些情况下，也可以根据需要采用呈液体状态的光致变色材料，此时在光致变色层120上方可以再设置一阻挡层，使液体的光致变色材料被限制在基板110和阻挡层之间，以保持掩模版的结构的稳定性质，从而保证曝光效果。
在一些实施例中，如图4所示，还可以包括调制光源200，该调制光源200可以被视为掩模版的一部分，或者可以独立于掩模版设置在包含掩模版的光刻装置中。调制光源200可以被配置为产生具有空间结构的调制光束。具体而言，调制光源200可以包括第一光发生器210和空间光调制器220，其中第一光发生器210可以被配置为产生处于第二频带中的初始光束，该初始光束具有在垂直于其行进方向的截面上的均匀的光强分布；而空间光调制器220可以被配置为在控制信号的作用下将初始光束转化为具有空间结构的调制光束，其中，控制信号可以是根据掩模版图案生成的。调制光束的空间结构与期望的掩模版图案相对应，以通过将调制光束照射到掩模版中的光致变色材料上形成对应的透光区域和非透光区域。在一具体示例中，空间光调制器可以为光相位调制器。
在一具体示例中，空间光调制器可以实现数目为4160x2464的像素以及3.74μm的像素周期。采用这样的空间光调制器，利用波长为633nm的调制光束可以在掩模版上形成由尺寸为3～4μm的微小光斑构成的、周期为6～8μm的图案。使用这样的掩模版并结合四倍(4x)缩小投影光刻技术，可以加工出的最小线宽在1μm左右，且单次曝光的面积为1x1cm2。在投影曝光的情况下，按照单次曝光所需的时间为100ms计算，这种掩模版的光刻产率可以达到600cm2/min。对于1μm的曝光精度而言，上述产率为激光直写的产率的100倍，因此能够满足下一代印刷电路板和芯片封装等的光刻需求。此外，在调制光束的波长为633nm的情况下，其所能产生的具有最小分辨率的图案在400nm左右，结合四倍缩小投影光刻技术并利用248nm的曝光光束，能够实现约100nm的光刻线宽，这可以满足芯片的很多后道工艺的光刻需求。如果期望进一步提高掩模版的线宽精度同时提高产率，还可以开发10000x10000或更多像素的空间光调制器。另外，虽然本公开的掩模版可能受到调制光束的衍射效应的限制，掩模版上的最小线宽通常在400nm左右，但结合更高倍率的缩小投影光刻，如十倍(10x)缩小投影光刻技术等，并利用例如193nm的深紫外(DUV)曝光光束进行曝光，可以将光刻的最小线宽进一步改进到45nm以下，以满足先进芯片的生产需求。
此外，在光刻过程中，为了提高光刻精度，改善光刻图案的精确性，由第二光发生器300产生的曝光光束可以是相对于掩模版的近场光束。类似地，由调制光源200产生的调制光束也可以为相对于掩模版中的光致变色层的近场光束，以避免远场光束光学衍射效应所造成的对精度的影响，改善掩模版图案的准确性。
在一些实施例中，考虑到用于控制光致变色材料的透光状态或非透光状态的调制光束通常具有较大的光功率，为了避免过强的光照射在掩模版及样品上导致掩模版或样品温度的升高，如图4所示，还可以包括温控器400。该温控器400可以被视为包括在掩模版中或者独立于掩模版设置在包含掩模版的光刻装置中。温控器400可以包括温度保持单元，该温度保持单元可以被配置为邻近于基板110或光致变色层120设置，以保持掩模版的温度处于预设温度范围内。该温控器可以是液冷温控器、热电半导体温控器等，在此不作限制。在一般情况下，在曝光过程中所需的曝光光束的光强通常为10～10000mW/cm2，而用于改变光致变色材料的透光状态的调制光束的光强通常需要在10～10000W/cm2的范围内。例如，在光刻过程中，波长为633nm的调制光束的光强可能为波长为325nm的曝光光束的光强的1000倍以上。通过使用温控器400来保持掩模版处于预设温度范围内，可以避免掩模版在较强的调制光束的作用下被损坏，甚至可以实现采用更高强度(例如100kW/cm2)的调制光束来对掩模版中的光致变色材料进行激发，以快速地改变光致变色材料的透光状态并获得期望的、尽可能理想的透光率。
在本公开的掩模版中，利用其中的光致变色材料来控制各个像素区域的透光状态的可逆变化。这样，可以基于所需的器件或芯片结构的数据文件直接形成相应的掩模版图案，且同一掩模版上的掩模版图案可以擦写，实现了掩模版的可重复使用，提高了掩模版的使用效率，降低了器件或芯片的制造成本，避免了在传统的光刻中掩模版成本过高所导致的一系列问题。
在本公开的一示例性实施例中，还提出了一种光刻装置。如图4所示，该光刻装置可以包括如上所述的掩模版的板体100和控制模块500。在一些实施例中，光刻装置还可以包括如上所述的调制光源200、被配置为产生处于第一频带中的曝光光束(该曝光光束通常具有在垂直于其行进方向的截面上的均匀的光强分布，或至少在截面的中心区域内的均匀的光强分布)的第二光发生器300和如上所述的温控器400中的至少一者。其中，控制模块500可以被配置为根据版图产生控制信号，该控制信号用于产生具有与版图对应的空间结构的调制光束。具体而言，控制模块500可以用于产生与器件或芯片的版图中的一个或多个图层对应的多个掩模版图案、并根据各个掩模版图案产生相应的控制信号。进一步地，控制模块500可以将控制信号传输给空间光调制器220，以使得空间光调制器220根据控制信号改变掩模版中各个像素区域的透光状态。
在本公开实施例的光刻装置中，可以利用需要曝光的图案的数据文件直接制成相应的可逆掩模版，结合十倍缩小投影和LELE等技术，可以满足14nm甚至更先进工艺节点的小批量芯片的生产需求。通过可重复使用、可擦写的仅一块或少数几块掩模版，能够高效且准确地完成复杂的器件或芯片的制造，降低了器件或芯片的制造成本，有利于器件或芯片的快速更新、批量生产和更好地渗透市场。
在本公开的一示例性实施例中，还提出了一种掩模版的制造方法，如图5所示，该制造方法可以包括：
步骤S610，提供基板；
步骤S620，在基板上形成光致变色层。
其中，基板可以被配置为对用于光刻的曝光光束透光，其中，曝光光束处于第一频带中，光致变色层可以包括光致变色材料，光致变色层被配置为在具有空间结构的调制光束照射下产生对应的掩模版图案，其中，光致变色材料基于是否被调制光束中的调制光照射到而处于对曝光光束的非透光状态或透光状态，且调制光束处于与第一频带分隔开的第二频带中。
在本公开的一示例性实施例中，还提出了一种基于如上文所述的掩模版的光刻方法，如图6所示，该光刻方法可以包括：
步骤S710，将具有空间结构的调制光束照射到所述掩模版上，以在掩模版中产生对应的掩模版图案；
步骤S720，在产生掩模版图案之后，使曝光光束经由掩模版照射在涂覆光刻胶的晶圆/样品上，以对样品进行曝光；
步骤S730，在完成对晶圆/样品的曝光之后，关闭曝光光束；以及
步骤S740，在关闭曝光光束之后，关闭调制光束。
也就是说，在整个曝光过程中，应保持调制光束处于打开状态，以保证掩模版图案的正确性。其中，调制光束的光强可以大于曝光光束的光强。相应地，光刻方法还可以包括运行温控器以保持所述掩模版的温度处于预设温度范围内。
虽然已经描述了本公开的示例性实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公开的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由附加的权利要求限定，并且这些权利要求的等同也包含在内。

Claims (29)

1.一种掩模版，其特征在于，所述掩模版包括：
基板，所述基板被配置为对用于光刻的曝光光束透光，其中，曝光光束处于第一频带中；以及
光致变色层，所述光致变色层设于所述基板的一侧上且包括光致变色材料，所述光致变色层被配置为在具有空间结构的调制光束照射下产生对应的掩模版图案，其中，所述调制光束为在垂直于其行进方向的截面上具有非均匀的强度分布的光束，所述光致变色材料基于是否被调制光束中的调制光照射到而处于对曝光光束的非透光状态或透光状态，且调制光束处于与第一频带分隔开的第二频带中，所述调制光束是根据控制信号对处于第二频带中的初始光束进行转化生成的，所述初始光束具有在垂直于其行进方向的截面上的均匀的光强分布，所述控制信号是根据掩模版图案生成的，所述光致变色材料被配置为当移除对所述光致变色材料照射的调制光时，所述光致变色材料由透光状态恢复为非透光状态或者由非透光状态恢复为透光状态。
2.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述基板包括石英和氟化钙中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述光致变色材料被配置为当被调制光束中的调制光照射到时，处于对曝光光束的非透光状态；并且
所述光致变色材料被配置为当未被调制光束中的调制光照射到时，处于对曝光光束的透光状态。
4.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述光致变色材料被配置为当被调制光束中的调制光照射到时，处于对曝光光束的透光状态；并且
所述光致变色材料被配置为当未被调制光束中的调制光照射到时，处于对曝光光束的非透光状态。
5.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，当所述光致变色材料处于透光状态时，对曝光光束的透光率为60%~99%。
6.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，当所述光致变色材料处于非透光状态时，对曝光光束的透光率为5%~30%。
7.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述第一频带所对应的波长包括193~405 nm。
8.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述第一频带所对应的波长包括193nm、248 nm、325nm、365 nm和405 nm中的至少一者。
9.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述第二频带所对应的波长包括500~580 nm、或580~1100 nm、或500~580 nm的一部分或580~1100 nm的一部分。
10.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述第二频带所对应的波长包括633nm。
11.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述光致变色层包括呈连续薄膜状的光致变色材料。
12.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述光致变色层的厚度为50~200 nm或200~5000 nm。
13.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述光致变色材料包括有机光致变色材料和无机光致变色材料中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述光致变色材料包括1,2-二(5,5’-二甲基-2,2’-二苯硫基)全氟环戊-1-烯。
15.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述掩模版还包括：
调制光源，所述调制光源被配置为产生具有空间结构的调制光束。
16.根据权利要求15所述的掩模版，其特征在于，所述调制光源包括：
第一光发生器，所述第一光发生器被配置为产生初始光束；以及
空间光调制器，所述空间光调制器被配置为在控制信号的作用下将所述初始光束转化为具有空间结构的调制光束。
17.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，调制光束为相对于所述光致变色层的近场光束。
18.根据权利要求1所述的掩模版，其特征在于，所述掩模版还包括：
温控器，所述温控器包括温度保持单元，所述温度保持单元被配置为邻近于所述基板或所述光致变色层设置，以保持所述掩模版的温度处于预设温度范围内。
19.一种光刻装置，其特征在于，所述光刻装置包括：
根据权利要求1至14中任一项所述的掩模版；以及
控制模块，所述控制模块被配置为根据版图产生控制信号，所述控制信号用于产生具有与版图对应的空间结构的调制光束。
20.根据权利要求19所述的光刻装置，其特征在于，所述光刻装置还包括：
调制光源，所述调制光源被配置为产生具有空间结构的调制光束。
21.根据权利要求20所述的光刻装置，其特征在于，所述调制光源包括：
第一光发生器，所述第一光发生器被配置为产生初始光束；以及
空间光调制器，所述空间光调制器被配置为在控制信号的作用下将所述初始光束转化为具有空间结构的调制光束。
22.根据权利要求19所述的光刻装置，其特征在于，所述光刻装置还包括：
温控器，所述温控器包括温度保持单元，所述温度保持单元被配置为邻近于所述基板或所述光致变色层设置，以保持所述掩模版的温度处于预设温度范围内。
23.根据权利要求19所述的光刻装置，其特征在于，所述光刻装置还包括：
第二光发生器，所述第二光发生器被配置为产生处于第一频带中的曝光光束。
24.根据权利要求23所述的光刻装置，其特征在于，所述曝光光束具有在垂直于其行进方向的截面上的均匀的光强分布。
25.一种光刻装置，其特征在于，所述光刻装置包括：
根据权利要求15至18中任一项所述的掩模版；以及
控制模块，所述控制模块被配置为根据版图产生控制信号，所述控制信号用于产生具有与版图对应的空间结构的调制光束。
26.一种掩模版的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
提供基板，所述基板被配置为对用于光刻的曝光光束透光，其中，曝光光束处于第一频带中；以及
在所述基板的一侧上形成光致变色层，所述光致变色层包括光致变色材料，所述光致变色层被配置为在具有空间结构的调制光束照射下产生对应的掩模版图案，其中，所述调制光束为在垂直于其行进方向的截面上具有非均匀的强度分布的光束，所述光致变色材料基于是否被调制光束中的调制光照射到而处于对曝光光束的非透光状态或透光状态，且调制光束处于与第一频带分隔开的第二频带中，所述调制光束是根据控制信号对处于第二频带中的初始光束进行转化生成的，所述初始光束具有在垂直于其行进方向的截面上的均匀的光强分布，所述控制信号是根据掩模版图案生成的，所述光致变色材料被配置为当移除对所述光致变色材料照射的调制光时，所述光致变色材料由透光状态恢复为非透光状态或者由非透光状态恢复为透光状态。
27.一种基于掩模版的光刻方法，其特征在于，所述掩模版为根据权利要求1至18中任一项所述的掩模版，所述光刻方法包括：
将具有空间结构的调制光束照射到所述掩模版上，以在所述掩模版中产生对应的掩模版图案；
在产生掩模版图案之后，使曝光光束经由所述掩模版照射在样品上，以对所述样品进行曝光；
在完成对所述样品的曝光之后，关闭曝光光束；以及
在关闭曝光光束之后，关闭调制光束。
28.根据权利要求27所述的光刻方法，其特征在于，调制光束的光强大于曝光光束的光强。
29.根据权利要求27所述的光刻方法，其特征在于，所述光刻方法还包括：
运行温控器以保持所述掩模版的温度处于预设温度范围内。
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