CN101286009A - 光掩膜及其制造方法 - Google Patents

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CN101286009A CNA2007101664014A CN200710166401A CN101286009A CN 101286009 A CN101286009 A CN 101286009A CN A2007101664014 A CNA2007101664014 A CN A2007101664014A CN 200710166401 A CN200710166401 A CN 200710166401A CN 101286009 A CN101286009 A CN 101286009A
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林政旻
许博铭
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Abstract

本发明是有关于一种光掩膜及其制造方法，该相位偏移光掩膜是一种使用两个独立曝光制程所制备的相位偏移光掩膜。此一光掩膜包括基材和位于基材上的元件图案区。此光掩膜具有用来定义元件图案的边界的罩幕图案，以及用来定义罩幕图案的边界的管理图案区。

Description

光掩膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路的制造，特别是涉一种相位偏移光掩膜(Phase-shifting Mask)及其制造方法。
背景技术
晶片制造者所设计的集成电路，其密集程度的关键尺寸允差水准逐渐增加至32nm的技术规格。为了达到上述较低特征尺寸的目的，因此相位偏移光掩膜逐渐被晶片制造者所采用，而舍弃二元式光掩膜(Binary Mask)。
传统的光源和镜片或双层光掩膜不能一致地将具有较窄的元件线宽的晶片设计转换至晶圆之上。由于在曝光步骤中，相位偏移光掩膜可以使光线在光刻胶上的效果清晰化，因此可以提供晶圆较小元件尺寸的图案。
相位偏移光掩膜传统上包括一个沉积在石英基材的罩幕层，例如硅化钼层。接着以，例如干式蚀刻图案化罩幕层，以定义出一个即将转印至晶圆上的线路图案。传统的相位偏移光掩膜的制备技术是采用一个正向光刻胶来遮罩元件图案，以进行单一次曝光。采用光栅扫描技术，例如辐射微影，来图案画此一正向光刻胶。在一些实际运用上，每一个的相位偏移光掩膜需要将近100分钟的曝光时间。
因此有必要提供一种相位偏移光掩膜的制程方法，使用更多有效率的图案化工具，例如向量扫描(Vector Scanning)，以遮罩元件图案，以增进制程产量。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的技术存在的缺陷，而提供一种新型的相位偏移光掩膜的高效率制程方法，所要解决的技术问题是使其借由两个独立曝光制程来制备相位偏移光掩膜，具有用来定义元件图案的边界的罩幕图案，以一致地将具有较窄的元件线宽的晶片设计转换至晶圆之上，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种微影方法，其包括以下步骤：提供一基材，使该基材具有一相位偏移层形成于该基材上，且该基材具有一衰减层形成于该相位偏移层之上；对该相位偏移层和该衰减层进行第一次曝光；蚀刻该相位偏移层和该衰减层，以定义出一元件图案区；对该衰减层进行第二次曝光，其中该第二次曝光只针对进行一后续蚀刻之后会余留于该基材上的一部份该衰减层进行曝光；以及进行该后续蚀刻。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的微影方法，其中进行该第一次曝光的步骤包括图案化形成于该衰减层和该项位偏移层上的一第一罩幕层，而进行该第二曝光步骤包括：在该衰减层之上形成一第二罩幕层；以及图案化该第二罩幕层，借以使只有一部分该衰减层被该第二罩幕层所覆盖。
前述的微影方法，其中形成该第二罩幕层的步骤包括，在该衰减层上涂布一负向光刻胶层。
前述的微影方法，其中图案化该第二罩幕层的步骤包括，使用一电子束曝光机对该第二罩幕层进行曝光。
前述的微影方法，其中所述的第一罩幕层包括一第一光刻胶层，该第二罩幕层包括一第二光刻胶层。
前述的微影方法，其中所述的衰减层是一金属层。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种光掩膜，其包括：一基材；一元件图案区，位于该基材之上；一罩幕图案，用来定义该元件图案区的边界；以及一管理图案区，用来定义该罩幕图案的边界。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的光掩膜，其中所述的罩幕图案的材质含铬。
前述的光掩膜，其中所述的元件图案区包括相位偏移材料。
前述的光掩膜，其中所述的相位偏移材料包括硅化钼。
前述的光掩膜，其中所述的管理图案区包括一罩幕特征该罩幕特征提供一对准图案给一条码及一对准点二者其中之一。
前述的光掩膜，其是借由下述步骤所形成：提供一基材，使该基材具有一相位偏移层形成于该基材上，且该基材具有一衰减层形成于该相位偏移层之上；对该相位偏移层和该衰减层进行第一次曝光；蚀刻该相位偏移层和该衰减层，以定义出一元件图案区；对该衰减层进行第二次曝光，其中该第二次曝光只对进行一后续蚀刻之后会余留于该基材上的一部份该衰减层进行曝光；以及进行该后续蚀刻。
前述的光掩膜，其中进行该第一次曝光的步骤包括图案化形成于该衰减层和该项位偏移层上的一第一罩幕层，而进行该第二曝光步骤包括：在该衰减层之上形成一第二罩幕层；以及图案化该第二罩幕层，借以使只有一部分该衰减层被该第二罩幕层所覆盖。
前述的光掩膜，其中所述的第二罩幕图案是使用一电子束曝光机来进行定义。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：
本发明的一实施例是在提供一种微影方法，此一方法包括下述步骤：首先提供一基材，使基材具有形成于基材上的相位偏移层，以及形成于相位偏移层之上的衰减层。接着对相位偏移层和衰减层进行第一次曝光。再蚀刻相位偏移层和衰减层，以定义出元件图案区。然后对衰减层进行第二次曝光，其中第二次曝光只针对进行后续蚀刻之后会余留于基材上的一部份衰减层进行曝光。然后进行该后续蚀刻。
本发明的另一实施例，是提供一种光掩膜，此光掩膜包括：基材、元件图案区、罩幕图案以及管理图案区。其中元件图案区位于基材之上。罩幕图案用来定义元件图案区的边界。管理图案区用来定义罩幕图案的边界。
借由上述技术方案，本发明光掩膜及其制造方法至少具有下列优点及有益效果：
本发明的技术特征乃采用一种借由两个独立曝光制程来制备相位偏移光掩膜。其中此一光掩膜包括基材和位于基材上的元件图案区。此光掩膜具有用来定义元件图案的边界的罩幕图案，以及用来定义罩幕图案的边界的管理图案区。借由使用更多有效率的图案化工具来遮罩元件图案，以增进制程产量。
综上所述，本发明为一种使用两个独立曝光制程所制备的相位偏移光掩膜。此一光掩膜包括基材和位于基材上的元件图案区。此光掩膜具有用来定义元件图案的边界的罩幕图案，以及用来定义罩幕图案的边界的管理图案区。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构、制造方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有技术具有增进的突出功效，从而更加适于实用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的详细说明如下：
图1a至图1h是根据本发明的一较佳实施例在不同制备过程中所绘示的罩幕结构剖面图。
图2a和图2b分别绘示一种根据图1a至图1h制程步骤所完成的罩幕结构剖面图。
100：罩幕                110：基材
120：相位偏移材料层      130：衰减材料层
130a：开口               130b：开口
140：光刻胶层            140a：开口
140b：开口               150：光刻胶层
150a：图案               200：罩幕
220：元件图案区          210：罩幕图案
230：管理图案区          240：罩幕特征
242：对准图案
具体实施方式
为让本发明的原理、特征与优点更明显易懂，特提出如图示所绘示的实施例，并在说明书中进行详细说明。然实施例的内容并非用以限定本发明，任何相关技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。另外，一个或多个彼此紧邻的元件，并不会妨害其他元件的存在。不同实施例之中的参照号码有可能重复，但并不表示其中一个实施例之中的特征，必须被应用于另外一个具有共用参照号码的实施例之中。
请参照图1a至图1h，图1a至图1h是根据本发明的一较佳实施例在不同制备过程中所绘示的罩幕(遮罩或光掩膜，统称为罩幕)100的结构剖面图。
请参照图1a，罩幕100可已是一种运用来制备半导体晶圆的罩幕层的一部分。罩幕100包括一基材110。基材110可以是透明基材，例如相对无缺陷的二氧化硅(Fused Silica)、氟化钙或其他合适的材质。
罩幕100包括一个沉积在基材110上的相位偏移层120，相位偏移层120是设计用来提供微影制程中，用来制备半导体晶圆的辐射光束，相位偏移。相位偏移层120据有一厚度，可以使穿过相位偏移层120的辐射光束，具有相对于穿过空气的辐射光束的相位偏移。其中此一辐射光束是在微影制程中，使用来在半导体晶圆上形成图案的罩幕100之上。辐射光束可以是紫外光及/或扩充包含其他辐射光束，例如离子束，X射线、超紫外光、砷紫外光以及其他合适的辐射能量。相位偏移层120的厚度具有大约正负15度的光学相位允差范围。在本发明的一些实施例之中，相位偏移层120的相位偏移大约为18度。更特别的是，相位偏移层的厚度大约为λ/[2(n-1)]，其中λ是微影制程中投射于罩幕100上的辐射光束的波长，n为相位偏移层120相对于特定辐射光束的折射率。在本发明的另一个实施例之中，相位偏移层120的相位偏移范围实质介于120度至240度之间。特别的是，相位偏移层120的厚度范围实质介于λ/[3(n-1)]至2λ/[3(n-1)]之间，借以实现所欲达成的相位偏移。相位偏移层120的穿透率实质小于一(或100％)大于零。在本发明的其他实施例之中，相位偏移层120的穿透率实质大于5％。相位偏移层120可以包括金属硅化物，例如硅化钼(MoSi)、硅化钽(TaSi2)或二硅化钛(TiSi2)、金属氮化物、氧化铁、无机材质、其他材质如钼(Mo)、氧化铌(Nb2O5)、钛(Ti)、钽(Ta)、氮化铬(CrN)、氧化钼(MoO3)、氮化钼(MoN)、氧化铬(Cr2O3)、氮化钛(TiN)、氮化锆(ZrN)、二氧化钛(TiO2)、氮化钽(TaN)、氧化钽(Ta2O5)、二氧化硅(SiO2)、氮化铌(NbN)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化铝(Al2O3N)、烷基氧化铝(Al2O3R)或上述的任意组合。形成相位偏移层120的方法包括化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、电镀以及/或其他合适的制程。
罩幕100包括一衰减(材料)层(Attenuating Layer)130沉积在相位偏移层120上。衰减(材料)层130在微影制程中设计来作为吸收层，且可使辐射光束无法穿过。衰减(材料)层130具有比相位偏移层120还低的穿透率。在本发明的一些实施例之中，衰减(材料)层130的穿透率小于30％。形成衰减(材料)层130所使用的材质与形成相位偏移层120的材质不同。形成衰减(材料)层130所使用的方法与形成相位偏移层120的方法大致相似。衰减(材料)层130包括铬、氮化铬、钼、氧化铌、钛、钽、氮化铬、氧化钼、氮化钼、氧化铬、氮化钛、氮化锆、二氧化钛、氮化钽、氧化钽、二氧化硅、氮化铌、氮化硅、氮氧化铝、烷基氧化铝或上述的任意组合。形成衰减(材料)层130的方法与形成相位偏移层120的类似，包括化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、电镀以及/或其他合适的制程。
光刻胶层140形成于衰减(材料)层130之上，用来进行微影图案化。光刻胶层140可借由旋涂法来形成。光刻胶层140包括化学增幅型光刻胶(Chemical Amplification Resist；CAR)。
请参照图1b，光刻胶层140是一种正向光刻胶，可根据本发明各种实施例的设计，采用传统方法或未来可能发展出来的新型科技，被图案化而形成不同的开口，例如开口140a和140b。衰减(材料)层130则借由开口140a和140b暴露出来。在本发明的一个实施例之中，微影制程包括，软烤、罩幕对准、曝光、曝光后烘烤、光刻胶显影和硬烤等步骤。
请参照图1c，衰减(材料)层130借由图案化光刻胶层140进行蚀刻，经由开口140a和140b在衰减(材料)层130上形成开口130a和130b。相位偏移层120则经由开口130a和130b暴露出来。其中选择或设计用来蚀刻衰减(材料)层130的蚀刻剂，对相位偏移层120有较高的蚀刻选择性。此蚀刻剂包括卤素，例如氟、氯和溴。蚀科选择性实质不小于10。在蚀刻衰减(材料)层130之后，使用湿式剥离法或电浆灰化法移除图案化光刻胶层140。
请参照图1d，使用时刻后的衰减(材料)层130作为硬式罩幕对相位偏移层120进行蚀刻。此一蚀刻步骤是将衰减(材料)层130的图案转换至相位偏移层120，将开口130a和130b图案化至相位偏移层120。相位偏移层120的蚀刻，选用会侵蚀相位偏移层120，但不会影响衰减(材料)层130剩余部份的蚀刻剂。如上所述，图案化光刻胶层140在蚀刻衰减(材料)层130之后即被移除。但在其他实施例中，也可以在蚀刻相位偏移层120之后，才会移除图案化光刻胶层140。
请参照图1e和图1f，将另一个光刻胶层150涂布或沉积于图案化衰减(材料)层130之上。然后进一步图案化光刻胶层150，以在光刻胶层150中形成图案150a，借由图案150a将位于下方的相位偏移(材料)层120暴露出来。形成光刻胶层150以及位于其中的图案150a的方式，与形成光刻胶层140以及位于其中的图案的方式相似。且在本发明的一个实施例的中，光刻胶层150是一个用来减少后续曝光步骤的时间，并且增进制程产量的负向光刻胶(技术内容详述如下)。
在光刻胶层150图案化之后，以显影方式定义出图案150a，使一部分的衰减(材料)层130被光刻胶层150所覆盖，一部分衰减(材料)层130未被覆盖。在本发明的一个实施例之中，是使用一个电子束曝光机(ElectronBeam Writer)来图案化光刻胶层150。虽然上述步骤也适用其他微影技术与工具。然而，相较于以光栅为基础的微影工具，例如激光曝光机(LaserWriter)，电子束曝光机可大幅降低光刻胶层150的曝光时间。
请参照图1g，在图案化光刻胶层150之后，以例如蚀刻的方式，除去衰减(材料)层130未被覆盖的剩余部份。如上所述，光刻胶层150是一负向光刻胶层，因此曝光之后光刻胶层150为不可溶。也就是说，衰减(材料)层130未被覆盖的剩余部份，会被以之的显影蚀刻剂或其他移除技术所移除。
如图1h所绘示，在蚀刻衰减(材料)层130之后，使用湿式剥除法、电浆灰化法或其他已知用来进行显影的技术，来移除图案化光刻胶层150。使罩幕100具有位于透明基材110上的相图案化相位偏移(材料)层120，以及覆盖于一部分图案化相位偏移(材料)层120上的衰减(材料)层130。
请参照图2a和图2b，图2a和图2b分别绘示借由图1a至图1h所绘识的制程步骤所形成的罩幕200的上视图及剖面图。罩幕200具有用来定义元件图案区220的罩幕图案210。元件图案区220包括有位于罩幕基材110，例如石英基材，上方的相位偏移材料(层)120。罩幕图案210包括有图案化衰减材料(层)130，例如铬，以及未逾期下方的相位偏移材料(层)120和罩幕基材110。如图2a所示，罩幕图案210并未延伸至罩幕200的边缘。也就是说，在罩幕200的边缘与罩幕图案210之间，定义有一个管理图案区(Administrative Pattern Area)230。图中，大部分的管理图案区230包括位于罩幕基材110上方的相位偏移材料(层)120。一部分的管理图案区230包括罩幕特征240。罩幕特征240用来遮罩管理元件(AdministrativeElement)，例如条码(Bar Code)或对准点(Alignment Key)，使其投影于集成电路晶圆上。对准图案(Alignment Markings)242也定义于罩幕200之上，用来使罩幕200与即将转印图案于其上的集成电路晶圆对准。
本发明的一个实施例揭示一种的方法，此方法包含下述步骤：首先提供一基材，此基材具有一相位偏移层形成于其上，且具有一衰减层形成于相位偏移层之上。接着对相位偏移层和衰减层进行第一次曝光，接着蚀刻相位偏移层和衰减层，以定义出一元件图案区。再对衰减层进行第二次曝光，其中第二次曝光只针对进行后续蚀刻之后会余留于基材上的一部份衰减层进行曝光。然后再进行后续蚀刻以形成罩幕。
在本发明的其他实施例之中，光掩膜包括一基材位于基材上方的元件图案。光掩膜具有用来定义元件图案的边界的罩幕图案，以及用来定义罩幕图案的边界的管理图案区。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种微影方法，其特征在于其包括以下步骤：
提供一基材，使该基材具有一相位偏移层形成于该基材上，且该基材具有一衰减层形成于该相位偏移层之上；
对该相位偏移层和该衰减层进行第一次曝光；
蚀刻该相位偏移层和该衰减层，以定义出一元件图案区；
对该衰减层进行第二次曝光，其中该第二次曝光只针对进行一后续蚀刻之后会余留于该基材上的一部份该衰减层进行曝光；以及
进行该后续蚀刻。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中进行该第一次曝光的步骤包括图案化形成于该衰减层和该项位偏移层上的一第一罩幕层，而进行该第二曝光步骤包括：
在该衰减层之上形成一第二罩幕层；以及
图案化该第二罩幕层，借以使只有一部分该衰减层被该第二罩幕层所覆盖。
3.根据权利要求2所述的微影方法，其特征在于其中形成该第二罩幕层的步骤包括，在该衰减层上涂布一负向光刻胶层。
4.根据权利要求2所述的微影方法，其特征在于其中图案化该第二罩幕层的步骤包括，使用一电子束曝光机对该第二罩幕层进行曝光。
5.根据权利要求2所述的微影方法，其特征在于其中该第一罩幕层包括一第一光刻胶层，该第二罩幕层包括一第二光刻胶层。
6.根据权利要求2所述的微影方法，其特征在于其中该衰减层是一金属层。
7.一种光掩膜，其特征在于其包括：
一基材；
一元件图案区，位于该基材之上；
一罩幕图案，用来定义该元件图案区的边界；以及
一管理图案区，用来定义该罩幕图案的边界。
8.根据权利要求7所述的光掩膜，其特征在于其中该罩幕图案的材质含铬。
9.根据权利要求7所述的光掩膜，其特征在于其中该元件图案区包括相位偏移材料。
10.根据权利要求9所述的光掩膜，其特征在于其中该相位偏移材料包括硅化钼。
11.根据权利要求7所述的光掩膜，其特征在于其中该管理图案区包括一罩幕特征该罩幕特征提供一对准图案给一条码及一对准点二者其中之
12.根据权利要求7所述的光掩膜，其特征在于其是借由下述步骤所形成：
提供一基材，使该基材具有一相位偏移层形成于该基材上，且该基材具有一衰减层形成于该相位偏移层之上；
对该相位偏移层和该衰减层进行第一次曝光；
蚀刻该相位偏移层和该衰减层，以定义出一元件图案区；
对该衰减层进行第二次曝光，其中该第二次曝光只对进行一后续蚀刻之后会余留于该基材上的一部份该衰减层进行曝光；以及
进行该后续蚀刻。
13.根据权利要求12所述的光掩膜，其特征在于其中进行该第一次曝光的步骤包括图案化形成于该衰减层和该项位偏移层上的一第一罩幕层，而进行该第二曝光步骤包括：
在该衰减层之上形成一第二罩幕层；以及
图案化该第二罩幕层，借以使只有一部分该衰减层被该第二罩幕层所覆盖。
14.根据权利要求7所述的光掩膜，其特征在于其中该第二罩幕图案是使用一电子束曝光机来进行定义。
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