CN1154879C - 相移掩模及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种相移掩模，它包括在透明衬底的一面或两面上形成两个相移膜图形，使得它们的光路相互重叠。在相移膜图形之上，形成具有小于相关相移膜图形尺寸的间隔的相移膜图形，使得相对于相移膜图形可产生光的三次相位移，由此使相邻光束之间产生干涉。这种光干涉导致了图象对比度的改善，和光强度曲线梯度的增加。结果，可以达到微图形易制造的目的，并在加工裕度、操作可靠性和加工产量方面得到改善。

Description

相移掩模及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种相移掩模及其制造方法，特别是涉及一种能够对靠近遮光膜图形的入射光连续地相移三次的相移掩模，由此可利用两电场之间的干涉效应。
背景技术
近来倾向于制造具有轻、薄、简单和小型化结构的半导体器件，这要求相邻线路之间的距离减小，布局技术的提高和单元元件如晶体管或电容器元件尺寸的减小，因此，形成具有微小尺寸的光刻膜图形的需求日益增长。
通常，在曝光工艺中所使用的用以形成光刻膜图形的曝光掩模是通过在石英衬底上涂覆包括铬层或铝层的遮光膜，然后根据离子束蚀刻法蚀刻遮光膜而制成，由此形成遮光膜图形。然而，采用这种通常的曝光掩模，难以制成具有比分布器的光分辨率限制小的微型尺寸的图形。进一步地，采用常规的光刻方法和分布器，如具有436nm波长的G线分布器或具有365nm波长的I线分布器，难以形成具有0.5pm或以下微型尺寸的图形。
另一方面，具有64兆DRAM级或更高的高集成度的半导体器件需要具有0.5μm或以下尺寸的微型图形，为了形成这种微型图形，已经使用了能够形成显示高分辨率的光刻膜图形的相移掩模。
典型地，这种相移掩模具有相移膜图形，它与遮光膜图形一道用以将光的相位位移180°或90°的角，以便在曝光工艺中使照射到晶片上的光保持均匀的幅值。换句话说，这种相移掩模采用了减小曝光效应的原理，这是由于通过相移膜图形的光和通过靠近相移膜图形所设置图形的光之间的干涉造成的，由此改善了最终所形成的光刻膜图形的分辨率。
相移膜图形是由折射率为n的相移材料制成，它具有能够使波长λ的光的相位位移160至200°角的厚度，使得照射到光刻膜上的光能表现出增加的对比度比率。例如，对于G线或I线入射光，相移掩模在其由自旋玻璃(S0G)膜、氧化膜或氮化膜组成时，可具有3,400至4,000。
在使用这种相移掩模的地方，使用常规的光刻方法和分布器，可以形成具有0.5μm或以下尺寸的微型图形。这种相移掩模可分成位面控制(Levecon)型和边缘加强型。
现将结合图1至3来描述常规相移掩模的例子。
参照图1，示出了相移掩模2，它包括由玻璃或石英制成的透明衬底3和在透明衬底3上制成的相移膜图形4。相移膜图形4分别交替地设置成行(line)及间隔(space)。在相移膜图形4上，形成由铬膜组成的遮光膜图形5，遮光膜图形5交替地设置成行和间隔。遮光膜图形5的行宽小于相移膜图形4的行宽。
在具有上述结构相移掩模2中，在通过相移掩模图形4的光与直接通过透明衬底3的光之间显示出180°的相差。换句话说，由通过相移掩模图形4的光和直接通过透明衬底3的光而分别建立的电场6和7显示出180°相差，如图2所示。
因此，到达待形成图形的晶片的光束互相干涉，如图3所示，由此改善图象对比度。然而，在这种情况下，当光的波长恒定时，存在着对于聚焦深度或图形细度的限制，因此，难以使半导体器件的集成度达到理想水平。
发明内容
因此，本发明的目的就是要解决现有技术中所存在的上述问题，并且提供一种相移掩模，它能够使光对比度改善，且在其两侧的对比度曲线梯度增加，本发明还提供制造该相移掩模的方法。
本发明的另一目的就是提供一种具有多层微相移膜图形的相移掩模，它适于相对于遮光膜图形而产生至少两次相位移，可获得图象对比度的锐梯度，由此获得高集成化的半导体器件，并且在工艺裕度、操作可靠性和加工产量方面得到改善。
本发明的还一目的就是提供一种制造相移掩模的方法，它包括形成多层相移膜图形，并且在相移膜图形的最上层上形成遮光膜图形，由此获得了高集成化的半导体器件，并且在操作可靠性和加工产量方面得到改善。
按照本发明的一方面，本发明提供一种相移掩模，它包括透明衬底，相移膜图形和遮光膜图形，这些图形均形成在透明衬底上，并且分别具有不同尺寸的间隔，其光路相互重叠，相移掩模进一步包括：在遮光膜图形下形成的多层相移膜图形，多层相移膜图形具有不同于相移膜图形和遮光膜图形尺寸的间隔，并且光路与相移膜图形的重叠，使得通过相移掩模的光根据每个图形其边缘上的厚度以连续方式相对于遮光膜图形发生三次相位位移。
按照另一方面，本发明提供一种相移掩模，它包括：透明衬底；在透明衬底的一面上形成的第一相移膜图形，该第一相移膜图形具有所需尺寸的间隔；在第一相移膜图形上形成的遮光膜图形，该遮光膜图形具有比第一相移膜图形间隔尺寸更大的间隔；和第二相移膜图形，它介于第一相移膜图形和遮光膜图形之间，该第二相移膜图形具有与第一相移膜图形相重叠的光路，并且其间隔尺寸比第一相移膜图形的大，而比遮光膜图形的小。
按照本发明再一方面，本发明提供一种相移掩模，它包括：透明衬底；在透明衬底的一面上形成第一相移膜图形，该第一相移膜图形具有所需尺寸的间隔；在第一相移膜图形上形成的遮光膜图形，该遮光膜图形具有比第一相移膜图形的间隔尺寸更大的间隔；和在透明衬底的另一表面上形成的第二相移膜图形，该第二相移膜图形的间隔尺寸比第一相移膜图形的大而比遮光膜图形的小，并且具有与第一相移膜图形相重叠的光路。
按照又一方面，本发明提供一种制造相移掩模的方法，它包括下列步骤：在透明衬底的一面上形成具有所需尺寸间隔的第一相移膜图形；在第一相移膜图形上形成第二相移膜图形，使得第二相移膜图形具有与第一相移膜图形相重叠的光路，并具有比第一相移膜图形间隔尺寸更大的间隔；和在第二相移膜图形上形成遮光膜图形，使得遮光膜图形的间隔比第二相移膜图形大。
按照还一方面，本发明提供一种制造相移掩模的方法，它包括下列步骤：在透明衬底的一面上形成具有所需尺寸间隔的第一相移膜图形；在第一相移膜图形上形成遮光膜图形，使得遮光膜图形具有比第一相移膜图形间隔尺寸更大的间隔；和在透明衬底的另一面上形成第二相移膜图形，使得第二相移膜图形具有与第一相移膜图形相重叠的光路，且其间隔尺寸比第一相移膜图形大而比遮光膜图形小。
附图说明
本发明的其它目的和方面将通过参照附图对实施例的下列描述而更为清楚，其中：
图1是一截面图，它表示常规相移掩模；
图2是一曲线图，它表示取决于图1所示相移掩模位置的电场分布；
图3是一曲线图，它表示取决于图1所示相移掩模位置的光强度分布；
图4A至4D是截面图，它分别表示按照本发明一实施例的一种制造相移掩模的方法；
图5是一曲线图，它表示取决于图4D所示相移掩模位置的电场分布；
图6是一曲线图，它表示取决于图4D所示相移掩模位置的光强度分布；和
图7是一截面图，它表示按照本发明另一实施例的相移掩模。
具体实施方式
图4A至4D表示按照本发明一实施例的一种制造相移掩模的方法，其中在透明衬底的相对表面上形成两相移膜图形，使得它们相互重叠，特别是，图4D示出了最终获得的相移掩模。
按照本发明的方法，在由玻璃或石英制成的透明衬底3的一面上首先形成具有所需行/间隔图形的第一光刻膜图形9A，然后将未被第一光刻图形9A覆盖的透明衬底3的暴露部分腐蚀到所需深度d，使其能够将辐射光的电场位移180°角，由此形成具有相移作用的槽15。深度d是通过公式：“d＝λ/(n′-1)”而确定的，其中λ是辐射光的波长，和n′是衬底的折射率。在图4A，宽度即槽15的间隔是由“L1”表示的。
以后，去掉第一光刻膜图形9A，然后，在透明衬底3的另一面上形成相移膜，如图4B中所示，在相移膜上，形成第二光刻膜图形9B，将第二光刻膜图形9B用作掩模，然后光刻相移膜，由此形成具有所需厚度t的相移膜图形4。相移膜图形4具有与槽15相重叠的部分，换句话说，相移膜图形4的相邻行之间所限定的间隔L2小于空L1。另一方面，考虑到公式：t＝λ/(n-1)，可以确定厚度t，其中n是相移膜的折射率。相移膜图形4是由SOG膜、氧化膜或氮化膜组成的。
在去掉第二光刻膜图形9B以后，在相移膜图形4上形成由铬膜组成的遮光膜图形5，将第三光刻膜图形9C用作蚀到掩模，如图4c中所示，遮光膜图形5具有比在槽15周围所凸起的透明衬底3部分小的行尺寸，换句话说，遮光膜图形5具有比间隔L1大的间隔L3。
最后，去掉第三光刻膜图形9c，由此，获得了两相移层的相移掩模10。
当光在使用相移掩模10的条件下照射到晶片上时，在遮光膜图形5的间隔内通过透明衬底3和相移膜图形4的光束11具有正电场电平，而与光束11相邻的通过相移掩模图形4和透明衬底3的槽15的光束12具有负电场电平，只通过透明衬底3的槽15的光束13具有负电场电平。
图6表示取决于图4D所示相移掩模位置的图5电场中光强度分布。如图6中所示，图5的电场相互干涉，由此使图象的对比度得到改善。通过电场的干涉，也使光强度曲线梯度急剧的改变。虽然未示出，在曝光中工艺中所产生的磁场也可提供干涉效应，它们在相位上的变化类似于电场。
虽然在上述情况下，槽15的间隔L2小于相移膜图形4的间隔L3，而在间隔L2大于间隔L3时也可获得同样效果。
图7是一截面图，它表示按照本发明另一实施例的相移掩模。图7中，分别对应于图4A至4B的各元件是由相同参考数字表示的。如图7中所示，相移掩模包括：透明衬底3，在其上以顺序方式层叠间隔宽度不断增加的第一相移膜图形4A，第二相移膜图形4B和遮光膜图形5。为了达到易制造的目的，第一和第二相移膜图形4A和4B可分别由显示腐蚀有选择性差异的材料制成。
第一相移膜图形4A是通过透明衬底3上形成的槽来代替的，在这种情况下，槽具有与第一相膜图形4A的间隔相同的宽度，当然，该相移掩模提供了与相移掩模10相同的效果。
按照本发明，还完成了另一实施例，它提供了一种相移结构，其能够获得相对于遮光膜图形的光的三次相位移，由此获得由于光干涉增加而使光强度曲线梯度进一步增加的效果。
如上所述可以清楚地看到，按照本发明，提供了一种相移掩模，它包括在透明衬底的一面或两面上形成两个相移膜图形，使得它们的光路相互重叠。在相移膜图形之一上，形成具有比相关相移膜图形间隔尺寸更小的相移膜图形，使得相对于相移膜图形可产生光的三次相位移，由此使相邻光束之间产生干涉。这种光的干涉导致了图象对比度的改善，和光强度曲线梯度的增加。结果，可以实现微图形的易制造，以及在加工裕度、操作可靠性和加工产量方面的改善。
虽然为说明的目的公开了本发明的优选实施例，本技术领域的普通专业人员将会想到，可以进行各种改型、添加和替换，但其均不会脱离所附权利要求的本发明范围和精神。

Claims (9)

1.一种相移掩模，包括：
透明衬底；
形成在透明衬底的一个表面上的第一相移膜图形，第一相移膜图形具有所需宽度的间隔；
形成在第一相移膜图形上的遮光膜图形，遮光膜图形具有间隔，遮光膜图形的间隔的宽度大于第一相移膜图形的间隔的宽度；以及
在第一相移膜图形和遮光膜图形之间的第二相移膜图形，第二相移膜图形具有间隔，第二相移膜图形的间隔的宽度大于第一相移膜图形的间隔的宽度，但是小于遮光膜图形的间隔的宽度，
其中，透过透明衬底的光和透过第一相移膜图形的不与第二相移膜图形重叠的部分的光之间的相位差为180°，透过第一相移膜图形的不与第二相移膜图形重叠的部分的光和透过第二相移膜图形的光之间的相位差为180°。
2.根据权利要求1的所述相移掩模，其中第一和第二相移膜图形可选自自旋玻璃膜、氧化膜、和氮化膜组成的组中。
3.根据权利要求1所述的相移掩模，其中，代替第一相移膜图形，相移掩模包括：在透明衬底的对应于第一相移膜图形的间隔的部分上形成的沟槽，使得透过沟槽的光和透过没有形成沟槽的透明衬底的光之间的相位差为180度。
4.一种相移掩模，包括：
透明衬底；
形成在透明衬底的一个表面上的第一相移膜图形，第一相移膜图形具有所需宽度的间隔；
形成在第一相移膜图形上的遮光膜图形，遮光膜图形具有间隔，遮光膜图形的间隔的宽度大于第一相移膜图形的间隔的宽度；以及
形成在透明衬底的相反表面上的第二相移膜图形，第二相移膜图形具有间隔，第二相移膜图形的间隔的宽度大于第一相移膜图形的间隔的宽度，但是小于遮光膜图形的间隔的宽度，并且光路与第一相移膜图形重叠，使得透过第二相移膜图形的光透过第一相移膜图形，
其中，透过透明衬底的光和透过第一相移膜图形的不与第二相移膜图形重叠的部分的光之间的相位差为180°，透过第一相移膜图形的不与第二相移膜图形重叠的部分的光和透过第二相移膜图形的光之间的相位差为180°。
5.根据权利要求4所述的相移掩模，其中，代替第一相移膜图形，相移掩模包括：在透明衬底的对应于第一相移膜图形的间隔的部分上形成的具有预定深度的沟槽，使得透过沟槽的光和透过没有形成沟槽的透明衬底的光之间的相位差为180度。
6.一种制造相移掩模的方法，包括以下步骤：
通过构图形成在透明衬底的一个表面上的第一相移膜，在透明衬底的一个表面上形成第一相移膜图形，第一相移膜图形具有所需宽度的间隔；
在第一相移膜图形上形成第二相移膜图形，使得第二相移膜图形具有间隔，第二相移膜图形的间隔的宽度大于第一相移膜图形的间隔的宽度；以及
在第二相移膜图形上形成遮光膜图形，使得遮光膜图形具有间隔，遮光膜图形的间隔的宽度大于第二相移膜图形的间隔的宽度，
其中，透过透明衬底的光和透过第一相移膜图形的不与第二相移膜图形重叠的部分的光之间的相位差为180°，透过第一相移膜图形的不与第二相移膜图形重叠的部分的光和透过第二相移膜图形的光之间的相位差为180°。
7.根据权利要求6所述的方法，其中第一和第二相移膜图形是由显示出蚀刻有选择性差异的不同材料制成。
8.一种制造相移掩模的方法，包括以下步骤：
通过构图形成在透明衬底的一个表面上的第一相移膜形成第一相移膜图形，第一相移膜图形具有所需宽度的间隔；
通过构图形成在透明衬底的相反表面上的第二相移膜形成第二相移膜图形，第二相移膜图形具有间隔，第二相移膜图形的间隔的宽度大于第一相移膜图形的间隔的宽度并且第二相移膜的光路与第一相移膜图形的光路重叠使得透过第二相移膜图形的光透过第一相移膜图形；以及
在第二相移膜图形上形成遮光膜，使得遮光膜图形具有间隔，遮光膜图形的间隔的宽度大于第二相移膜图形的间隔的宽度，
其中，透过透明衬底的光和透过第一相移膜图形的不与第二相移膜图形重叠的部分的光之间的相位差为180°，透过第一相移膜图形的不与第二相移膜图形重叠的部分的光和透过第二相移膜图形的光之间的相位差为180°。
9.一种制造相移掩模的方法，包括如下步骤：
通过选择蚀刻透明衬底的一个表面，形成具有所需宽度的沟槽的第一相移膜图形；
在透明衬底的相反表面上形成第二相移膜图形，第二相移膜图形具有间隔，第二相移膜图形的间隔的宽度大于第一相移膜图形的间隔的宽度，并且第二相移膜图形的光路与第一相移膜图形的光路重叠使得透过第二相移膜图形的光透过第一相移膜图形；
在第二相移膜图形上形成遮光膜，使得遮光膜图形具有间隔，遮光膜图形的间隔的宽度大于第二相移膜图形的间隔；
其中，透过透明衬底的光和透过第一相移膜图形的不与第二相移膜图形重叠的部分的光之间的相位差为180°，透过第一相移膜图形的不与第二相移膜图形重叠的部分的光和透过第二相移膜图形的光之间的相位差为180°。
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