CN108459461B - 光掩模及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光掩模及其制造方法，光掩模包括基板、挡光主图案与多个次解析辅助图案。挡光主图案设置于基板上。次解析辅助图案设置于基板上，且位于挡光主图案的至少一侧。相邻两个次解析辅助图案的间距等于各个次解析辅助图案的宽度，且次解析辅助图案的透光率为100％。
Description
技术领域
本发明涉及一种光掩模及其制造方法，且特别是涉及一种具有次解析辅助图案(Sub-Resolution Assist Features，SRAF)的光掩模及其制造方法。
背景技术
在半导体制作工艺中，光刻技术扮演着举足轻重的角色，无论是在蚀刻、掺杂等制作工艺都需通过光刻制作工艺来达成。然而，在光刻制作工艺中，曝光的分辨率(resolution)是光刻品质的重要指标。
由于孤立区(isolation region)中的图案较为疏松，所以容易产生聚焦深度宽容度(DOF window)不足的问题，进而导致图案转移能力不佳。因此，业界发展出一种使用次解析(分辨)辅助图案的光掩模来解决聚焦深度宽容度不足的问题。
为了避免次解析辅助图案产生干涉成像的问题及将DOF最佳化，因此需要决定次解析辅助图案的规则(SRAF rule)。然而，由于决定次解析辅助图案的规则所需考虑的参数众多(如，次解析辅助图案之间的间距、各个次解析辅助图案的宽度以及次解析辅助图案与主挡光图案之间的间距等)，因此需要花费许多时间对次解析辅助图案进行模拟，且需要设计大量的测试图案。此外，在将大量的测试图案形成在光掩模上之后，需要花费大量的时间来搜集与分析数据，以决定次解析辅助图案的规则。因此，在光掩模的设计上相当费时。
发明内容
本发明提供一种光掩模及其制造方法，其可有效地缩短设计光掩模所需的时间。
本发明提出一种光掩模，包括基板、挡光主图案与多个次解析辅助图案。挡光主图案设置于基板上。次解析辅助图案设置于基板上，且位于挡光主图案的至少一侧。相邻两个次解析辅助图案的间距等于各个次解析辅助图案的宽度，且次解析辅助图案的透光率为100％。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模中，基板的材料例如是石英。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模中，挡光主图案可为单层结构或多层结构。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模中，在挡光主图案为多层结构的情况下，挡光主图案包括第一挡光图案与第二挡光图案。第二挡光图案设置于第一挡光图案上。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模中，第一挡光图案的材料例如是相移材料。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模中，第一挡光图案的材料例如是金属硅化物、金属氟化物、金属硅氧化物、金属硅氮化物、金属硅氮氧化物、金属硅碳氧化物、金属硅碳氮化物、金属硅碳氮氧化物、合金薄层、金属薄层或其组合。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模中，第一挡光图案的透光率例如是4％至20％。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模中，第二挡光图案的材料例如是铬。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模中，第二挡光图案的透光率例如是0。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模中，次解析辅助图案的材料例如是混合有机硅氧烷聚合物(hybrid organic siloxane polymer，HOSP)、甲基硅倍半氧烷(methyl silsesquioxane，MSQ)或氢硅倍半氧烷(hydrogensilsesquioxane，HSQ)。
本发明提出一种光掩模的制造方法，包括以下步骤。在基板上形成挡光主图案。在基板上形成多个次解析辅助图案。次解析辅助图案位于挡光主图案的至少一侧。相邻两个次解析辅助图案的间距等于各个次解析辅助图案的宽度，且次解析辅助图案的透光率为100％。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模的制造方法中，挡光主图案的制造方法包括以下步骤。在基板上形成第一挡光层。在第一挡光层上形成第二挡光层。在第二挡光层上形成第一图案化光致抗蚀剂层。移除未被第一图案化光致抗蚀剂层所覆盖的第二挡光层与第一挡光层，而形成第二挡光图案与第一挡光图案。移除第一图案化光致抗蚀剂层。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模的制造方法中，挡光主图案的制造方法还包括以下步骤。形成第二图案化光致抗蚀剂层。第二图案化光致抗蚀剂层暴露出第二挡光图案。移除第二图案化光致抗蚀剂层所暴露出的第二挡光图案。移除第二图案化光致抗蚀剂层。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模的制造方法中，挡光主图案的制造方法包括以下步骤。在基板上形成挡光层。在挡光层上形成图案化光致抗蚀剂层。移除未被图案化光致抗蚀剂层所覆盖的挡光层，而形成挡光主图案。移除图案化光致抗蚀剂层。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模的制造方法中，次解析辅助图案的制造方法包括以下步骤。在基板上形成次解析辅助图案层。对次解析辅助图案层进行局部照射制作工艺，而在次解析辅助图案层中形成次解析辅助图案。进行显影制作工艺，以移除未进行局部照射制作工艺的次解析辅助图案层。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模的制造方法中，局部照射制作工艺例如是电子束照射制作工艺。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模的制造方法中，次解析辅助图案层的材料可选用混合有机硅氧烷聚合物(HOSP)、甲基硅倍半氧烷(MSQ)或氢硅倍半氧烷(HSQ)。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模的制造方法中，在次解析辅助图案层的材料为混合有机硅氧烷聚合物(HOSP)的情况下，显影制作工艺所使用的显影剂可选用乙酸丙酯(propyl acetate)。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模的制造方法中，在次解析辅助图案层的材料为甲基硅倍半氧烷(MSQ)的情况下，显影制作工艺所使用的显影剂可选用乙醇。
依照本发明的一实施例所述，在上述光掩模的制造方法中，在次解析辅助图案层的材料为氢硅倍半氧烷(HSQ)时，显影制作工艺所使用的显影剂例如是氢氧化四甲基铵(TMAH)。
基于上述，在本发明所提出的光掩模及其制造方法中，由于相邻两个次解析辅助图案的间距等于各个次解析辅助图案的宽度，且次解析辅助图案的透光率为100％，所以在光线通过次解析辅助图案之后不会产生0阶光，因此次解析辅助图案不会产生干涉成像的问题。如此一来，可大幅降低在决定次解析辅助图案的规则时所需考虑的参数，所以可大幅减少次解析辅助图案的模拟时间以及搜集与分析数据所需的时间，进而可有效地缩短设计光掩模所需的时间。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1G为本发明一实施例的光掩模的制造流程剖视图；
图2为图1G的上视图；
图3为本发明另一实施例的光掩模的剖视图；
图4为图3的上视图；
图5A至图5C为本发明另一实施例的光掩模的制造流程剖视图；
图6为图5C的上视图。
符号说明
100、200：基板
102、104、202：挡光层
102a、104a：挡光图案
106、110、204：图案化光致抗蚀剂层
108、202b：标记图案
112、112a、202a：挡光主图案
114：次解析辅助图案层
114a、206：次解析辅助图案
MK1、MK2、MK3：光掩模
R1、R3：主图案区
R2、R4：标记图案区
S1、S2：间距
W1、W2：宽度
具体实施方式
图1A至图1G为本发明一实施例的光掩模的制造流程剖视图。图2为图1G的上视图。在图2中，省略绘图1G中的标记图案，以更清楚地进行说明。
请参照图1A，在基板100上形成挡光层102。基板100可包括主图案区R1，且可选择性地包括标记图案区R2。基板100例如是透明基板。基板100的材料例如是石英。
挡光层102的材料例如是相移材料，如金属硅化物、金属氟化物、金属硅氧化物、金属硅氮化物、金属硅氮氧化物、金属硅碳氧化物、金属硅碳氮化物、金属硅碳氮氧化物、合金薄层、金属薄层或其组合。挡光层102的透光率例如是4％至20％。在此实施例中，挡光层102的材料是以硅化钼为例来进行说明，且挡光层102的透光率是以6％为例来进行说明。挡光层102的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。
在挡光层102上形成挡光层104。挡光层104的材料例如是不透光材料，如铬。挡光层104的透光率例如是0。挡光层104的形成方法例如是物理气相沉积法。
在挡光层104上形成图案化光致抗蚀剂层106。图案化光致抗蚀剂层106的材料可为正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。图案化光致抗蚀剂层106例如是通过光刻制作工艺所形成。
请参照图1B，移除未被图案化光致抗蚀剂层106所覆盖的挡光层104与挡光层102，而形成挡光图案104a与挡光图案102a。未被图案化光致抗蚀剂层106所覆盖的挡光层104与挡光层102的移除方法例如是干式蚀刻法。
在标记图案区R2中的挡光图案104a与挡光图案102a可用以作为标记图案108。标记图案108例如是对准标记(alignment mark)或叠对标记(overlaymark)，其中对准标记可用以进行位置对准，而叠对标记可用以测量叠对精准度。
移除图案化光致抗蚀剂层106。图案化光致抗蚀剂层106的移除方法例如是干式去光致抗蚀剂法或湿式去光致抗蚀剂法。
请参照图1C，形成图案化光致抗蚀剂层110。图案化光致抗蚀剂层110暴露出主图案区R1中的挡光图案104a。此外，挡光图案104a可覆盖标记图案区R2中的挡光图案104a。图案化光致抗蚀剂层110图案化光致抗蚀剂层110的材料可为正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。图案化光致抗蚀剂层110例如是通过光刻制作工艺所形成。
请参照图1D，移除图案化光致抗蚀剂层110所暴露出的挡光图案104a，而在基板100上形成挡光主图案112。在此实施例中，虽然挡光主图案112是以由主图案区R1中的挡光图案104a所形成的单层结构为例进行说明，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，挡光主图案112也可为多层结构。
移除图案化光致抗蚀剂层110。图案化光致抗蚀剂层110的移除方法例如是干式去光致抗蚀剂法或湿式去光致抗蚀剂法。
请参照图1E，在基板100上形成次解析辅助图案层114。次解析辅助图案层114可覆盖标记图案108与挡光主图案112。次解析辅助图案层114的透光率为100％。次解析辅助图案层114的材料例如是混合有机硅氧烷聚合物(HOSP)、甲基硅倍半氧烷(MSQ)或氢硅倍半氧烷(HSQ)。次解析辅助图案层114的形成方法例如是旋转涂布法。
请参照图1F，对次解析辅助图案层114进行局部照射制作工艺，而在次解析辅助图案层114中形成多个次解析辅助图案114a。局部照射制作工艺例如是电子束照射制作工艺。未进行局部照射制作工艺的次解析辅助图案层114的成分中的键结结构例如是笼状结构，且通过进行局部照射制作工艺所形成的次解析辅助图案114a的成分中的键结结构例如是网状结构。
请参照图1G，进行显影制作工艺，以移除未进行局部照射制作工艺的次解析辅助图案层114，而在基板100上形成多个次解析辅助图案114a。次解析辅助图案114a位于挡光主图案112的至少一侧。相邻两个次解析辅助图案114a的间距S1等于各个次解析辅助图案114a的宽度W1，且次解析辅助图案114a的透光率为100％。
在进行显影制作工艺时，由于进行局部照射制作工艺所形成的次解析辅助图案114a的交联程度大于未进行局部照射制作工艺的次解析辅助图案层114，因此在进行显影制作工艺之后会留下交联程度大的次解析辅助图案114a。
举例来说，在次解析辅助图案层114的材料为混合有机硅氧烷聚合物(HOSP)的情况下，显影制作工艺所使用的显影剂可选用乙酸丙酯(propylacetate)。在次解析辅助图案层114的材料为甲基硅倍半氧烷(MSQ)的情况下，显影制作工艺所使用的显影剂可选用乙醇。在次解析辅助图案层114的材料为氢硅倍半氧烷(HSQ)时，显影制作工艺所使用的显影剂可选用氢氧化四甲基铵(TMAH)。
以下，通过图1G与图2来说明光掩模MK1的结构。
请参照图1G与图2，光掩模MK1包括基板100、挡光主图案112与多个次解析辅助图案114a。基板100可包括主图案区R1，且可选择性地包括标记图案区R2。挡光主图案112与次解析辅助图案114a位于主图案区R1中。挡光主图案112设置于基板100上。挡光主图案112例如是孤立区中的图案。次解析辅助图案114a设置于基板100上，且位于挡光主图案112的至少一侧。相邻两个次解析辅助图案114a的间距S1等于各个次解析辅助图案114a的宽度W1，且次解析辅助图案114a的透光率为100％。此外，光掩模MK1还可选择性地包括位于标记图案区R2中的标记图案108。标记图案108包括挡光图案102a与挡光图案104a。挡光图案104a设置于挡光图案102a上。另外，关于光掩模MK1的各构件的材料、特性、形成方法与配置方式已于上述实施例中进行详尽地说明，于此不再重复说明。
基于上述实施例可知，在光掩模MK1及其制造方法中，由于相邻两个次解析辅助图案114a的间距S1等于各个次解析辅助图案114a的宽度W1，且次解析辅助图案114a的透光率为100％，所以在光线通过次解析辅助图案114a之后不会产生0阶光，因此次解析辅助图案114a不会产生干涉成像的问题。如此一来，可大幅降低在决定次解析辅助图案114a的规则时所需考虑的参数，所以可大幅减少次解析辅助图案114a的模拟时间以及搜集与分析数据所需的时间，进而可有效地缩短设计光掩模MK1所需的时间。
图3为本发明另一实施例的光掩模的剖视图。图4为图3的上视图。在图4中，省略绘示图3中的标记图案，以更清楚地进行说明。
请同时参照图1G、图2、图3与图4，图3与图4的光掩模MK2与图1G与图2的光掩模MK1的结构差异说明如下。在光掩模MK2中，挡光主图案112a为多层结构。挡光主图案112a包括位于主图案区R1中的挡光图案102a与挡光图案104a。挡光图案104a设置于挡光图案102a上。此外，光掩模MK2的形成方法与光掩模MK1的形成方法的差异如下。相较于图1A至图1G中所记载的光掩模MK1的制造方法，光掩模MK2的制造方法并未进行图1C与图1D中用以移除主图案区R1中的挡光图案104a的步骤。另外，光掩模MK2与光掩模MK1的功效相似，且相同的构件使用相同的标号表示，故于此不再赘述。
图5A至图5C为本发明另一实施例的光掩模的制造流程剖视图。图6为图5C的上视图。在图6中，省略绘示图5C中的标记图案，以更清楚地进行说明。
请参照图5A，在基板200上形成挡光层202。基板200可包括主图案区R3，且可选择性地包括标记图案区R4。基板200例如是透明基板。基板200的材料例如是石英。
挡光层202的材料例如是相移材料或不透光材料。相移材料例如是金属硅化物、金属氟化物、金属硅氧化物、金属硅氮化物、金属硅氮氧化物、金属硅碳氧化物、金属硅碳氮化物、金属硅碳氮氧化物、合金薄层、金属薄层或其组合。相移材料的透光率例如是4％至20％。不透光材料例如是铬。不透光材料的透光率例如是0。挡光层202的形成方法例如是物理气相沉积法或化学气相沉积法。
在挡光层202上形成图案化光致抗蚀剂层204。图案化光致抗蚀剂层204的材料可为正光致抗蚀剂材料或负光致抗蚀剂材料。图案化光致抗蚀剂层204例如是通过光刻制作工艺所形成。
请参照图5B，移除未被图案化光致抗蚀剂层204所覆盖的挡光层202，而在主图案区R3中的基板200上形成挡光主图案202a，且还可在标记图案区R4中的基板200上形成标记图案202b。标记图案202b例如是对准标记或叠对标记。此外，未被图案化光致抗蚀剂层204所覆盖的挡光层202的移除方法例如是干式蚀刻法。
在此实施例中，虽然挡光主图案202a是以单层结构为例进行说明，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，挡光主图案202a也可为多层结构。
移除图案化光致抗蚀剂层204。图案化光致抗蚀剂层204的移除方法例如是干式去光致抗蚀剂法或湿式去光致抗蚀剂法。
请参照图5C，在基板200上形成多个次解析辅助图案206。次解析辅助图案206位于挡光主图案202a的至少一侧。相邻两个次解析辅助图案206的间距S2等于各个次解析辅助图案206的宽度W2，且次解析辅助图案206的透光率为100％。次解析辅助图案206的材料例如是混合有机硅氧烷聚合物(HOSP)、甲基硅倍半氧烷(MSQ)或氢硅倍半氧烷(HSQ)。次解析辅助图案206的形成方法可参照图1E至图1G中记载的次解析辅助图案114a的形成方法，于此不再重复说明。
以下，通过图5C与图6来说明光掩模MK3的结构。
请参照图5C与图6，光掩模MK3包括基板200、挡光主图案202a与多个次解析辅助图案206。基板200可包括主图案区R3，且可选择性地包括标记图案区R4。挡光主图案202a与次解析辅助图案206位于主图案区R3中。挡光主图案202a设置于基板200上。挡光主图案202a例如是孤立区中的图案。次解析辅助图案206设置于基板200上，且位于挡光主图案202a的至少一侧。相邻两个次解析辅助图案206的间距S2等于各个次解析辅助图案206的宽度W2，且次解析辅助图案206的透光率为100％。此外，光掩模MK3还可选择性地包括标记图案202b。标记图案202b设置在标记图案区R4中的基板200上。另外，关于光掩模MK3的各构件的材料、特性、形成方法与配置方式已于上述实施例中进行详尽地说明，于此不再重复说明。
基于上述实施例可知，在光掩模MK3及其制造方法中，由于相邻两个次解析辅助图案206的间距S2等于各个次解析辅助图案206的宽度W2，且次解析辅助图案206的透光率为100％，所以在光线通过次解析辅助图案206之后不会产生0阶光，因此次解析辅助图案206不会产生干涉成像的问题。如此一来，可大幅降低在决定次解析辅助图案206的规则时所需考虑的参数，所以可大幅减少次解析辅助图案206的模拟时间以及搜集与分析数据所需的时间，进而可有效地缩短设计光掩模MK3所需的时间。
综上所述，在上述实施例的光掩模及其制造方法中，由于相邻两个次解析辅助图案的间距等于各个次解析辅助图案的宽度，且次解析辅助图案的透光率为100％，所以次解析辅助图案不会产生干涉成像的问题，因此可有效地缩短设计光掩模所需的时间。
虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (18)
1.一种光掩模，包括：
基板；
挡光主图案，设置于该基板上；以及
多个次解析辅助图案，设置于该基板上，且位于该挡光主图案的至少一侧，其中相邻两个次解析辅助图案的间距等于各该次解析辅助图案的宽度，且该多个次解析辅助图案的透光率为100％，
该多个次解析辅助图案的材料包括混合有机硅氧烷聚合物、甲基硅倍半氧烷或氢硅倍半氧烷。
2.如权利要求1所述的光掩模，其中该基板的材料包括石英。
3.如权利要求1所述的光掩模，其中该挡光主图案为一单层结构或一多层结构。
4.如权利要求1所述的光掩模，其中在该挡光主图案为多层结构的情况下，该挡光主图案包括：
第一挡光图案；以及
第二挡光图案，设置于该第一挡光图案上。
5.如权利要求4所述的光掩模，其中该第一挡光图案的材料包括相移材料。
6.如权利要求4所述的光掩模，其中该第一挡光图案的材料包括金属硅化物、金属氟化物、金属硅氧化物、金属硅氮化物、金属硅氮氧化物、金属硅碳氧化物、金属硅碳氮化物、金属硅碳氮氧化物、合金薄层、金属薄层或其组合。
7.如权利要求4所述的光掩模，其中该第一挡光图案的透光率为4％至20％。
8.如权利要求4所述的光掩模，其中该第二挡光图案的材料包括铬。
9.如权利要求4所述的光掩模，其中该第二挡光图案的透光率为0。
10.一种光掩模的制造方法，包括：
在一基板上形成一挡光主图案；以及
在该基板上形成多个次解析辅助图案，其中该多个次解析辅助图案位于该挡光主图案的至少一侧，相邻两个次解析辅助图案的间距等于各该次解析辅助图案的宽度，且该多个次解析辅助图案的透光率为100％，
该多个次解析辅助图案的材料包括混合有机硅氧烷聚合物、甲基硅倍半氧烷或氢硅倍半氧烷。
11.如权利要求10所述的光掩模的制造方法，其中该挡光主图案的制造方法包括：
在该基板上形成一第一挡光层；
在该第一挡光层上形成一第二挡光层；
在该第二挡光层上形成一第一图案化光致抗蚀剂层；
移除未被该第一图案化光致抗蚀剂层所覆盖的该第二挡光层与该第一挡光层，而形成一第二挡光图案与一第一挡光图案；以及
移除该第一图案化光致抗蚀剂层。
12.如权利要求11所述的光掩模的制造方法，其中该挡光主图案的制造方法还包括：
形成一第二图案化光致抗蚀剂层，其中该第二图案化光致抗蚀剂层暴露出该第二挡光图案；
移除该第二图案化光致抗蚀剂层所暴露出的该第二挡光图案；以及
移除该第二图案化光致抗蚀剂层。
13.如权利要求10所述的光掩模的制造方法，其中该挡光主图案的制造方法包括：
在该基板上形成一挡光层；
在该挡光层上形成一图案化光致抗蚀剂层；
移除未被该图案化光致抗蚀剂层所覆盖的该挡光层，而形成该挡光主图案；以及
移除该图案化光致抗蚀剂层。
14.如权利要求10所述的光掩模的制造方法，其中该多个次解析辅助图案的制造方法包括：
在该基板上形成一次解析辅助图案层；
对该次解析辅助图案层进行一局部照射制作工艺，而在该次解析辅助图案层中形成该多个次解析辅助图案；以及
进行一显影制作工艺，以移除未进行该局部照射制作工艺的该次解析辅助图案层。
15.如权利要求14所述的光掩模的制造方法，其中该局部照射制作工艺包括电子束照射制作工艺。
16.如权利要求14所述的光掩模的制造方法，其中在该次解析辅助图案层的材料为混合有机硅氧烷聚合物的情况下，该显影制作工艺所使用的显影剂为乙酸丙酯。
17.如权利要求14所述的光掩模的制造方法，其中在该次解析辅助图案层的材料为甲基硅倍半氧烷的情况下，该显影制作工艺所使用的显影剂为乙醇。
18.如权利要求14所述的光掩模的制造方法，其中在该次解析辅助图案层的材料为氢硅倍半氧烷时，该显影制作工艺所使用的显影剂为氢氧化四甲基铵。
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