CN101639625A - 掩模及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在曝光工艺中使用的掩模及其制造方法，该掩模包括：形成于光刻版衬底上方的主图样；形成于光刻版衬底上方且与主图样隔离开预定距离的多个虚拟图样；以及形成于多个虚拟图样中的至少一个上方的光屏蔽层。虚拟图样可以包括一个精细虚拟图样，该精细虚拟图样具有的分辨率等于或小于极限分辨率，以便在曝光工艺期间不在晶片上形成图样图像。

Description

掩模及其制造方法
本申请基于35U.S.C 119要求第10-2008-0068000号(于2008年7月14日递交)韩国专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种用于半导体器件图样化的掩模以及制造该掩模的方法。
背景技术
在半导体制造工艺的曝光工艺中使用的光刻版(掩膜版，reticle)可以是具有图样化的图像的透明板，该图样化的图像将被传达至涂覆光刻胶的晶片。完美地制造光刻版是至关重要的。晶片的电路(线路，circuit)最终由光刻版来图样化。在致力于确定晶片上和/或上方的半导体器件的逐渐减小的临界尺寸(criticaldimension)(CD)的过程中，使用具有短波长的光源(例如，ArF193nm)实施曝光工艺。此外，已经开发了相移掩模并将其用于曝光工艺中。
在半导体晶片的制造过程中，利用光刻技术形成光刻胶图样可能会产生闪光噪声(耀斑噪声，flare noise)。当形成并暴露掩模图样(例如，光刻版)以提供具有与掩模图样对应的图样的晶片时，闪光噪声会使设置于晶片上和/或上方的图样的CD产生波动。众所周知的是，闪光噪声的产生是由于已经穿过掩模图样的光束失去了其光路，并且位于低密度图样区中的曝光光线的强度提高。
图1A示出了没有闪光噪声的第一空间像(aerial image)f1，而图1B示出了受闪光噪声影响的第二空间像f2。在第二空间像f2中，光的背景强度在闪光噪声的影响下接近基准线(参考线，reference line)Rf。因此，当将第一空间像f1与第二空间像f2相互比较时，图像f1和f2可能使将在晶片上形成的CD产生差异。
通常，例如相移掩模的半导体掩模包括形成于其上和/或其上方的主图样(main pattern)和虚拟图样(dummy pattern)。主图样可以为栅极图样、金属线图样、沟槽图样或接触孔(contact-hole)图样。虚拟图样可以被形成用来防止化学机械抛光(CMP)工艺中凹陷(dishing)的产生，或降低刻蚀工艺中的负载效应(loading effect)。与虚拟图样对应的虚拟图样图像可以在晶片上和/或上方被图样化。
图2A示出了一个相移掩模，该相移掩模包括用来减少闪光噪声的常规虚拟图样，而图2B示出了沿着图2A的线I-I’截取的掩模。光刻版200包括形成于石英衬底210上和/或上方的主图样A、第一虚拟图样B和第二虚拟图样C。尽管第一虚拟图样B和第二虚拟图样C可以形成在主图样之间，但是为了不影响将在晶片上和/或上方形成的主图样图像，第一虚拟图样B和第二虚拟图样C以预定的距离H与主图样A隔离开。第一虚拟图样B和第二虚拟图样C减少了曝光光线的数量，从而一定程度上减少了闪光噪声。
发明内容
本发明实施例涉及一种掩模及其制造方法，该方法使用精细虚拟图样(fine dummy pattern)有效地减少了在光刻工艺期间的闪光噪声。
根据本发明实施例，一种掩模可以包括下列中至少之一：形成于光刻版衬底上和/或上方的主图样；布置在光刻版衬底上和/或上方并以预定距离与主图样隔离开的多个虚拟图样；以及形成于多个虚拟图样中的至少一个上和/或上方的光屏蔽层(light shieldinglayer)。
根据本发明实施例，一种掩模可以包括下列中至少之一：主图样，形成于光刻版衬底上方；多个第一虚拟图样，形成于光刻版衬底上方，邻近主图样的第一侧并在基本上与主图样平行的方向上对齐排列，且与主图样隔离开；多个第二虚拟图样，形成于光刻版衬底上方，邻近主图样的第二侧并在基本上与主图样平行的方向上对齐排列，且与主图样隔离开；以及多个第三虚拟图样，形成于光刻版衬底上方，并且在位于主图样与多个第一虚拟图样之间的间隔中以及在位于主图样与多个第二虚拟图样之间的间隔中对齐排列，该多个第三虚拟图样具有的分辨率(resolution)等于或小于极限分辨率(limit resolution)。
根据本发明实施例，一种掩模可以包括下列中至少之一：主图样，形成于光刻版衬底上和/或上方；一个以上的虚拟图样，布置在光刻版衬底上和/或上方，并且与主图样隔离开；以及至少一个精细虚拟图样，形成在位于主图样和虚拟图样之间的光刻版衬底上和/或上方，该至少一个精细虚拟图样具有的分辨率等于或小于极限分辨率，以便在曝光工艺期间不在晶片上和/或上方形成图样图像(pattern image)。
根据本发明实施例，一种制造掩模的方法可以包括下列中至少之一：在光刻版衬底上和/或上方形成主图样；在光刻版衬底上和/或上方形成多个与主图样隔离开的虚拟图样；以及然后在多个虚拟图样中的至少一个上和/或上方形成光屏蔽层。
根据本发明实施例，一种制造掩模的方法可以包括下列中至少之一：制备光刻版衬底；以及然后形成主图样、虚拟图样和至少一个精细虚拟图样，其中，虚拟图样以预定的距离与主图样隔离开，至少一个精细虚拟图样布置在位于光刻版衬底上和/或上方的主图样和虚拟图样之间，该至少一个精细虚拟图样具有的分辨率等于或小于极限分辨率，以便在曝光工艺期间不在晶片上和/或上方形成图样图像。
附图说明
图1A和图1B示出了没有闪光噪声的空间像和受闪光噪声影响的空间像。
图2A和图2B示出了包括常规虚拟图样的相移掩模，其中该常规虚拟图样用来减少闪光噪声。
实例图3A示出了根据本发明实施例的掩模300，实例图3B示出了沿着实例图3A的线I-I’截取的掩模。
实例图4A示出了根据本发明实施例的掩模400，实例图4B示出了沿着实例图4A的线I-I’截取的掩模400。
实例图5A示出了根据本发明实施例的掩模500，实例图5B示出了沿着实例图5A的线I-I’截取的掩模500。
实例图6A到6D示出了形成实例图4和图5的掩模400和500的方法。
具体实施方式
实例图3A示出了根据本发明实施例的掩模300，而实例图3B示出了沿着实例图3A的线I-I’截取的掩模。
如实例图3A和图3B所示，掩模300包括光刻版衬底310、主图样A、虚拟图样320、以及光屏蔽层330，其中，虚拟图样320包括第一虚拟图样B和第二虚拟图样C，光屏蔽层330形成于第一虚拟图样B和第二虚拟图样C上和/或上方。光刻版衬底310可以由石英组成，例如，这样的石英可以主要由可熔的硅石(fusiblesilica)或二氧化硅(SiO2)组成。
主图样A形成在光刻版衬底310上和/或上方，并且可以直接接触光刻版衬底310。主图样A可以是栅极图样、金属线图样、器件隔离层图样、通道孔图样(via-hole pattern)等，其将在晶片上和/或上方形成。
包括第一虚拟图样B和第二虚拟图样C的虚拟图样320可以形成在光刻版衬底310上和/或上方，并且以预定的距离H与主图样A隔离开。虚拟图样320可以被形成以直接接触光刻版衬底310。主图样A和虚拟图样320可以由具有预定透光系数(lighttransmittance)(例如在5％到10％之间的范围内)的金属化合物组成。这样的金属化合物可以是硅化钼(MoSi)、氧化铬(Cr2O3)和氮化铬(CrN)中的一种。
尽管实例图样3A和3B仅示出了单个主图样A，但是可以在光刻版衬底310上和/或上方形成多个主图样，并且为了不影响将要在晶片上和/或上方形成的主图样图像，可以在这些主图样之间形成与主图样相隔预定距离H的虚拟图样320。主图样A与第一虚拟图样B之间以及主图样A与第二虚拟图样C之间的预定距离H可以根据厂商的需求来确定，或可以以每个制造商为基础将其标准化。
可以在虚拟图样320中的至少一个上和/或上方形成光屏蔽层330。光屏蔽层330可以被形成以直接接触虚拟图样320。例如，光屏蔽层330可以形成在各个虚拟图样320上和/或上方。光屏蔽层330可以由透光系数为0％的金属(诸如铬(Cr))组成。铬完全遮蔽了光，因此将光的影响最小化，也就是，减少了闪光噪声。
实例图3A中所示的掩模300可以是相移掩模(phase shiftingmask)，并且可以按如下步骤来制造。首先，在石英光刻版衬底310上和/或上方形成金属层320，其中，金属层320可以由硅化钼(MoSi)、氧化铬(Cr2O3)和氮化铬(CrN)中的一种组成。然后，在第一金属层320上和/或上方形成第二金属层330，其中，第二金属层330可以由铬组成。然后，在第二金属层330上和/或上方形成第一光刻胶层，并且对第一光刻胶层进行图样化以形成主图样A、第一虚拟图样B和第二虚拟图样C。通过图样化第一光刻胶层，可以同时形成这些图样。然后，利用第一光刻胶图样作为刻蚀掩模来刻蚀掉第一金属层320和第二金属层330。接下来，经由灰化工艺或剥离工艺去除第一光刻胶图样。
然后，在包括主图样A、第一虚拟图样B、第二虚拟图样C和第二金属层330的光刻版衬底310上和/或上方形成第二光刻胶层。然后，图样化该第二光刻胶层以暴露位于主图样A上和/或上方的一部分第二金属层330和形成在第一虚拟图样B和第二虚拟图样C中至少一个上和/或上方的另一部分第二金属层330。第二光刻胶图样可以暴露形成于整个或部分虚拟图样上和/或上方的那部分第二金属层。利用第二光刻胶图样作为刻蚀掩模来刻蚀掉形成于虚拟图样中的至少一个上和/或上方以及形成于主图样A上和/或上方的第二金属层330，从而形成光屏蔽层330。其后，去除第二光刻胶图样。
实例图4A示出了根据本发明实施例的掩模400，而实例图4B示出了沿着实例图4A的线I-I’截取的掩模400。
如实例图4A和图4B所示，掩模400包括光刻版衬底410、主图样A和虚拟图样420，其中，虚拟图样420包括第一虚拟图样B、第二虚拟图样C和至少一个精细虚拟图样(fine dummy pattern)d1、d2。可以以比第一虚拟图样B和第二虚拟图样C的总体尺寸(overallsize)小的总体尺寸来形成精细虚拟图样d1、d2。主图样A形成在光刻版衬底410上和/或上方，并且可以直接接触光刻版衬底410。如上所述，主图样A可以是栅极图样、金属线图样、器件隔离层图样、通道孔图样等，其将形成在晶片上和/或上方。
第一虚拟图样B和第二虚拟图样C形成在光刻版衬底410上和/或上方(并且可以直接接触光刻版衬底410)，并且如上所述，为了不影响将在晶片上和/或上方形成的主图样图像，第一虚拟图样B和第二虚拟图样C以预定的距离H与主图样A。第一虚拟图样B和第二虚拟图样C被形成用来防止CMP工艺中凹陷(dishing)的发生，或降低刻蚀工艺中的负载效应(loading effect)。在晶片上和/或上方形成与第一虚拟图样B和第二虚拟图样C对应的虚拟图样图像。
精细虚拟图样d1、d2可以形成在位于主图样A与第一虚拟图样B之间的间隔中的光刻版衬底410上和/或上方以及形成在位于主图样A与第二虚拟图样C之间的间隔中的光刻版衬底410上和/或上方(并可以直接接触光刻版衬底410)。精细虚拟图样d1、d2具有的分辨率(resolution)可以等于或小于极限分辨率(limitresolution)，以便在曝光工艺期间不在晶片上和/或上方形成图样图像。极限分辨率可以由照明系统(illumination system)的波长λ和数值孔径(numerical aperture)NA来确定。具体地，极限分辨率可以由如下述方程式1所表示的瑞利方程式来确定。
方程式1
R＝(k×λ)/(NA)
其中，R表示分辨率，k表示常数，λ表示照明系统的波长，而NA表示照明系统的数值孔径。
一旦通过将在给出的一定曝光条件下的R、k和λ带入上面的方程式1中计算出极限分辨率，则可以确定精细虚拟图样d1、d2的临界尺寸(CD)，以便精细虚拟图样d1、d2的分辨率等于或小于计算出的极限分辨率。因此，尽管掩模400包括精细虚拟图样d1或d2，但是在曝光工艺完成之后在晶片上和/或上方没有精细虚拟图样图像形成。精细虚拟图样d1、d2可以具有正方形、矩形或圆形的截面。例如，可以在位于主图样A与第一虚拟图样B之间的间隔中的光刻版衬底410上和/或上方以及在位于主图样A与第二虚拟图样C之间的间隔中的光刻版衬底410上和/或上方布置两排或两排以上的精细虚拟图样d1、d2，以便精细虚拟图样d1、d2以预定的距离相互隔离开。
实例图5A示出了根据本发明实施例的掩模500，而实例图5B示出了沿着实例图5A的线I-I’截取的掩模500。
如实例图5A和图5B所示，掩模500包括主图样A和虚拟图样520，该主图样A形成于光刻版衬底510上和/或上方(并且可以直接接触光刻版衬底510)，而虚拟图样520包括第一虚拟图样B、第二虚拟图样C以及至少一个精细虚拟图样e1、e2，其中，第一虚拟图样B和第二虚拟图样C形成于光刻版衬底510上和/或上方(并且可以直接接触光刻版衬底510)，并且与主图样A隔离开预定的距离H，精细虚拟图样e1、e2形成在位于主图样A与第一虚拟图样B之间的间隔中的光刻版衬底510上和/或上方以及形成在位于主图样A与第二虚拟图样C之间的间隔中的光刻版衬底510上和/或上方(并且可以直接接触光刻版衬底510)。精细虚拟图样e1、e2具有线性截面，并且具有的分辨率等于或小于极限分辨率，以便在曝光工艺期间不在晶片上和/或上方形成图样图像。除了精细虚拟图样e1、e2具有线性截面之外，实例图5A和图5B中所示的掩模500与实例图4A和图4B中所示的掩模400相同。
实例图6A到6D示出了形成实例图4和图5的掩模400和500的方法。如实例图6A所示，在光刻版衬底610上和/或上方(并且可以直接接触光刻版衬底610)形成第一金属层615，其中，第一金属层615可以由金属化合物组成，该金属化合物例如是硅化钼(MoSi)、氧化铬(Cr2O3)和氮化铬(CrN)中的一种。然后，在第一金属层615上和/或上方(并且可以直接接触第一金属层615)形成第二金属层620，其中，第二金属层620由诸如铬(Cr)的金属层620组成。在第二金属层620上和/或上方(并且可以直接接触第二金属层620)形成第一光刻胶图样625。然后，可以图样化第一光刻胶图样625以形成主图样A、第一虚拟图样B、第二虚拟图样C和精细虚拟图样d1、d2。可以图样化第一光刻胶图样625，以便不暴露光刻版衬底610的最外侧边缘区627。
如实例图6B所示，然后使用第一光刻胶图样625作为刻蚀掩模来刻蚀第一金属层615和第二金属层620，从而形成包括主图样A以及虚拟图样B、C、d1和d2的图样615-1。可以基于实例图4和图5中所示的掩模400、500的精细虚拟图样d1、d2或e1、e2所期望的几何截面来改变第一光刻胶图样625。从而，第二金属层620-1保留在包括主图样A和虚拟图样B、C、d1和d2的图样615-1上和/或上方(并且可以直接接触图样615-1)，并且还保留在光刻版衬底610的最外边缘区627上和/或上方。然后，经由灰化工艺或剥离工艺去除第一光刻胶图样625。
如实例图6C所示，然后在包括图样615-1的光刻版衬底610上和/或上方(并且可以直接接触光刻版衬底610)形成第二光刻胶图样630。然后，图样化第二光刻胶图样630以暴露包括第二金属层620-1残留物的主图样A、虚拟图样B和C、以及精细虚拟图样d1、d2。图样化第二光刻胶图样630，以便不暴露位于光刻版衬底610的最外边缘区627上和/或上方的部分第二金属层620-1。
如实例图6D所示，在使用第二光刻胶图样630作为刻蚀掩模刻蚀掉形成于主图样A、虚拟图样B和C、以及精细虚拟图样d1、d2上和/或上方的那部分第二金属层620-1之后，去除第二光刻胶图样630。
为了防止穿过最外边缘区627的光对将要在晶片上和/或上方形成的主图样图像产生影响，可以保留形成于光刻版衬底610的最外边缘区627上和/或上方的第二金属层620-1以防止最外边缘区627被曝光(暴露，exposure)。
在使用根据本发明实施例的掩模300、400和500的曝光工艺和显影工艺期间，形成在主图样和虚拟图样之间的精细虚拟图样可以减少闪光噪声，从而确保了期望的光刻工艺余量(photolithographyprocess margin)，并提高了将在晶片上被图样化的临界尺寸的一致性。
尽管本文中描述了多个实施例，但是应该理解，本领域技术人员可以想到多种其他修改和实施例，它们都将落入本公开的原则的精神和范围内。更特别地，在本公开、附图、以及所附权利要求的范围内，可以在主题结合排列的排列方式和/或组成部分方面进行各种修改和改变。除了组成部分和/或排列方面的修改和改变以外，可选的使用对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (10)

1.一种掩模，包括：
主图样，形成于光刻版衬底上方；
多个虚拟图样，形成于所述光刻版衬底上方并且以预定的距离与所述主图样隔离开；以及
光屏蔽层，形成于所述多个虚拟图样中的至少一个的上方。
2.根据权利要求1所述的掩模，其中，所述主图样和所述虚拟图样由相同的材料组成。
3.根据权利要求1所述的掩模，其中，所述主图样和所述虚拟图样由硅化钼(MoSi)、氧化铬(Cr2O3)和氮化铬(CrN)中的一种组成。
4.根据权利要求1所述的掩模，其中，所述主图样和所述虚拟图样由硅化钼(MoSi)、氧化铬(Cr2O3)和氮化铬(CrN)中的一种组成，而所述光屏蔽层由铬(Cr)组成。
5.一种掩模，包括：
主图样，形成于光刻版衬底上方；
多个第一虚拟图样，形成于所述光刻版衬底上方，所述多个第一虚拟图样邻近所述主图样的第一侧并在与所述主图样基本上平行的方向上对齐排列，且与所述主图样隔离开；
多个第二虚拟图样，形成于所述光刻版衬底上方，所述多个第二虚拟图样邻近所述主图样的第二侧并在与所述主图样基本上平行的方向上对齐排列，且与所述主图样隔离开；以及
多个第三虚拟图样，形成于所述光刻版衬底上方，并在位于所述主图样和所述多个第一虚拟图样之间的间隔中以及在位于所述主图样和所述多个第二虚拟图样之间的间隔中对齐排列，
其中，所述多个第三虚拟图样具有的分辨率等于或小于极限分辨率。
6.根据权利要求5所述的掩模，其中，所述多个第三虚拟图样的总体尺寸小于所述多个第一和第二虚拟图样的总体尺寸。
7.根据权利要求5所述的掩模，其中，所述多个第三虚拟图样被布置为第一个两排和第二个两排，所述第一个两排在位于所述主图样和所述多个第一虚拟图样之间的间隔中相互平行延伸，所述第二个两排在位于所述主图样和所述多个第二虚拟图样之间的间隔中相互平行延伸。
8.一种制造掩模的方法，包括：
在光刻版衬底上方形成主图样和多个虚拟图样，且所述多个虚拟图样与所述主图样隔离开；以及然后
在所述多个虚拟图样中的至少一个上方形成光屏蔽层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，形成所述主图样和所述多个虚拟图样包括：
顺序地在所述光刻版衬底上方形成第一金属层以及在所述第一金属层上方形成第二金属层；
在所述第二金属层上方形成第一光刻胶图样；以及然后
使用所述第一光刻胶图样作为刻蚀掩模在所述第一金属层和所述第二金属层上实施刻蚀工艺。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，形成所述光屏蔽层包括：
在实施所述刻蚀工艺之后去除所述第一光刻胶图样；
在所述光刻版衬底上方形成第二光刻胶图样，所述第二光刻胶图样暴露位于所述主图样和所述多个虚拟图样上方的所述第二金属层；以及然后
使用所述第二光刻胶图样作为刻蚀掩模，在所述第二金属层上实施第二刻蚀工艺。
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