CN115981094A - 光罩、光罩的制作方法及使用该光罩的图案形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体制作方法技术领域。本发明提出一种光罩、光罩的制作方法及使用该光罩的图案形成方法，该光罩包括：基板；线条图案，其间隔形成于基板之上；基板具有透光区域，透光区域位于每两个相邻的线条图案之间；透光区域具有靠近其中一线条图案的第一侧，和靠近另一线条图案的第二侧；透光区域包括：第一相位移区域，其位于透光区域第一侧；第二相位移区域，其位于透光区域第二侧；其中，第一相位移区域和第二相位移区域的相位差为180°。入射光透过该光罩，在图形边缘的光具有不同的相位，两种相位的光叠加之后产生，光强度趋近于零，因此产生的背景光强度趋近于0，增大了图形与背景的对比度，提高曝光成像的品质。

Description

光罩、光罩的制作方法及使用该光罩的图案形成方法

技术领域

本发明属于半导体制作方法技术领域，尤其涉及一种光罩、光罩的制作方法及使用该光罩的图案形成方法。

背景技术

随着半导体器件集成化程度越来越高，电路图案的尺寸也越来越小，这就要求电路图案边缘清晰度更高。在形成电路图案时，曝光光线透过光罩将电路图案显影在基材上，光罩图形的透光边缘会有光线透出, 产生光强，增强了背景光,影响背景光与透射光的对比度，最终成像的光强度需要减去从边缘透过的光强度, 造成成像图形的光强度减小，图形成像的质量降低。这种光罩的曝光效果不佳, 成像品质不好, 造成聚焦深度（DOF）及导线微距均匀度（CD uniformity）不佳。

发明内容

为克服现有技术中光罩的成像质量低的缺陷，本发明提供一种光罩。

本发明采用的技术方案为：

一种光罩，包括：

基板；

线条图案，所述线条图案间隔形成于所述基板之上；

所述基板具有透光区域，所述透光区域位于每两个相邻的所述线条图案之间；

所述透光区域具有靠近其中一所述线条图案的第一侧，和靠近另一所述线条图案的第二侧；

所述透光区域包括：

第一相位移区域，其位于所述透光区域第一侧；

第二相位移区域，其位于所述透光区域第二侧；

其中，所述第一相位移区域和所述第二相位移区域的相位差为180°。

在本申请其中一些实施例中，所述线条图案由不透光材质形成。

在本申请其中一些实施例中，所述线条图案为金属材质。

在本申请其中一些实施例中，所述第一相位移区域或所述第二相位移区域是通过刻蚀所述基板而形成的。

在本申请其中一些实施例中，所述的光罩还包括：

掩膜层，其形成于所述线条图案上。

本申请还提供一种光罩的制作方法，包括以下步骤：

在基板上形成遮光层；

在所述遮光层上形成图案化的第一掩膜层；

以所述第一掩膜层作为掩膜，进行刻蚀处理，移除部分所述遮光层，形成多个线条图案，并使得位于每两条相邻所述线条图案之间的基板成为透光区域；所述透光区域具有靠近其中一所述线条图案的第一侧，和靠近另一所述线条图案的第二侧；

在所述透光区域上形成图案化的第二掩膜层；

以所述第二掩膜层作为掩膜，进行刻蚀处理，移除所述透光区域位于第一侧或第二侧的部分，使得所述透光区域形成第一相位移区域和第二相位移区域；

其中，所述第一相位移区域和所述第二相位移区域的相位差为180°。

在本申请其中一些实施例中，所述遮光层为金属材质。

在本申请其中一些实施例中，所述第一掩膜层和所述第二掩膜层为光刻胶。

在本申请其中一些实施例中，所述的光罩的制作方法还包括：

移除所述第一掩膜层和所述第二掩膜层；

形成掩模保护膜，其覆盖所述线条图案、所述第一相位移区域和所述第二相位移区域。

本申请还提供一种图案形成方法，是使用前文所述的光罩的方法，包括以下步骤：

在衬底上形成抗蚀膜；

介于所述光罩对所述抗蚀膜照射曝光光线；

对已照射了所述曝光光线的所述抗蚀膜进行显像，形成抗蚀图案。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本申请提供的光罩，透光区域分为第一相位移区域和第二相位移区域，两者具有相位差180度，因而在图形边缘的光具有不同的相位，两种相位的光叠加之后产生，光强度趋近于零，因此产生的背景光强度趋近于0，增大了图形与背景的对比度，提高曝光成像的品质。

附图说明

图1为现有技术中光罩各个位置光强度示意图；

图2为本发明一实施例中光罩的结构示意图；

图3为本发明另一实施例中光罩的结构示意图；

图4为本发明一实施例中光罩的制作方法的步骤剖面示意图1；

图5为本发明一实施例中光罩的制作方法的步骤剖面示意图2；

图6为本发明一实施例中光罩的制作方法的步骤剖面示意图3；

图7为本发明一实施例中光罩的制作方法的步骤剖面示意图4；

图8为本发明一实施例中光罩各个位置光强度示意图；

图中：

100、基板；200、线条图案；210、遮光层；300、透光区域；301、第一侧；302、第二侧；310、第一相位移区域；320、第二相位移区域；400、掩模保护膜；500、第一掩膜层；600、第二掩膜层。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

此外，本申请实施例中的术语“和/或”仅描述了关联对象之间的关联关系，并且表示可以存在三种关系。例如，A和/或B可以表示以下三种情况：只有A存在，A和B都存在，只有B存在。此外，本规范中的字符“/”通常表示关联对象之间的“或”关系。

以下仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

请参考图2，本申请一实施例提供一种光罩，包括：

基板100；

线条图案200，线条图案200间隔形成于基板100之上；

基板100具有透光区域300，透光区域300位于每两个相邻的线条图案200之间；

透光区域300具有靠近其中一线条图案的第一侧301，和靠近另一线条图案的第二侧302；

透光区域300包括：

第一相位移区域310，其位于透光区域第一侧301；

第二相位移区域320，其位于透光区域第二侧302；

其中，第一相位移区域310和第二相位移区域320的相位差为180°。

本申请提供的光罩，透光区域300分为第一相位移区域310和第二相位移区域320，两者具有相位差180°，因而在线条图案200边缘的光具有不同的相位，两种相位的光叠加之后产生，对线条图案产生影响的光强度趋近于零，因此产生的背景光强度趋近于0，增大了线条图案与背景的对比度，提高曝光成像的品质。高品质的成像使得电路图案边缘清晰度更高，使电路图案的尺寸能够进一步缩小，进而使半导体器件集成化程度再提高成为可能。

基板100可例如是透明基板，透明基板的材料可例如是石英玻璃、聚合物或其他合适的透明材料。假设基板100为透明的，入射光穿透基板100时是完全透射并且不会产生任何相位移。入射光穿透本实施例的第一相位移区域和第二相位移区域时，可透射几乎100%的入射光，并且产生具有180°的相位差的两部分。当然，基板还可以选择其他透射率的材料，例如，基板的透射率可介于18％至30％之间。

线条图案的材料可以是例如是铬(Chrome，Cr)或铬化合物(以下也称为铬系材料)等，但本发明不以此为限。

在本申请其中一些实施例中，第一相位移区域或第二相位移区域是通过刻蚀基板而形成的。例如，通过刻蚀靠近第一侧301的基板，使得透光区域靠近第一侧301的基板厚度比透光区域靠近第二侧302的基板厚度要小；并且厚度差等于入射光波长的二分之一。例如，还可以通过刻蚀靠近第二侧302的基板，使得透光区域靠近第二侧302的基板厚度比靠近透光区域靠近第一侧301的基板厚度要小，并且两者的厚度差等于入射光波长的二分之一。在同一个光罩上，刻蚀处理并不固定在第一侧或第二侧，例如，如图3所示的光罩，具有三个透光区域，位于两边的透光区域，均是刻蚀靠近第一侧的基板，而位于中间的透光区域，则是刻蚀靠近第二侧的基板。

例如，还可以同时刻蚀靠近第一侧和第二侧的基板，控制两侧的刻蚀速率不同，使得刻蚀深度产生差异，深度差等于入射光波长的二分之一时，形成具有180°相位差的第一相位移区域和第二相位移区域。现有技术中，可以利用不同类型的离子掺杂对蚀刻速率的影响来形成第一相位移区域和第二相位移区域。具体地，通过离子植入工艺将掺杂离子注入基板一定深度位置处，所掺杂的离子可以为P 型掺杂离子或N 型掺杂离子。通常，不同类型离子掺杂后的蚀刻速率关系为：N型掺杂＞未掺杂＞P型掺杂硅，例如，三者的比率约为1.3:1.0:0.7 的关系，且掺杂浓度越大对上述蚀刻速率的影响也越大。通过调整基板中所掺杂的离子的类型以及离子的浓度可以有效地对基板的刻蚀深度进行调整。

在本申请其中一些实施例中，光罩还包括掩模保护膜400，其形成于线条图案200上。掩模保护膜的材料可例如是高分子量的硝化纤维树脂。但是，硝化纤维树脂在深紫外线（DUV）波段有较高的吸收系数，因此不能用于248nm和193nm波长。掩模保护膜的材料还可例如是含F的树脂，例如，聚四氟乙烯，采用此材料的掩模保护膜可在248nm和193nm波长下使用。掩模保护膜的厚度一般在1μm左右，可以针对不同的波长做进一步优化。

本申请还提供一种光罩的制作方法。图4至图7为本申请第一种实施例中光罩制作方法示意图。首先，如图4所示，提供一基板100，在基板100上形成遮光层210；在遮光层210上形成图案化的第一掩膜层500。遮光层的材料可以例如为铬(Chrome，Cr)或铬化合物(以下也称为铬系材料)等，但本发明不以此为限。遮光层的形成方法可以利用化学气相沉积法或物理气相沉积法等来形成。在一实施例中，遮光层的厚度可例如是2nm至100nm。

接着，如图5所示，以第一掩膜层500作为掩膜，进行刻蚀处理，移除部分遮光层210，形成多个线条图案200，并使得位于每两条相邻线条图案200之间的基板100成为透光区域300。透光区域300具有靠近其中一线条图案200的第一侧301，和靠近另一线条图案200的第二侧302。遮光层刻蚀完成后，暂时保留第一掩膜层。

然后，如图6和图7所示，在透光区域300上形成图案化的第二掩膜层600；以第二掩膜层600作为掩膜，进行刻蚀处理，移除透光区域300未被第二掩膜层600覆盖的部分（可以是第一侧和/或第二侧的部分），使得透光区域300形成第一相位移区域310和第一相位移区域320；其中，向下刻蚀的深度为入射光波长的二分之一，从而第一相位移区域310和第二相位移区域320的相位差为180°。刻蚀处理还可以同时刻蚀靠近线条图案第一侧301和第二侧302的基板，控制两侧的刻蚀速率不同，使得刻蚀深度产生差异，深度差等于入射光波长的二分之一时，形成具有180°相位差的第一相位移区域和第二相位移区域。

第一掩膜层和第二掩膜层可以是光刻胶。光刻胶可包含例如感光材料，其使得当光刻胶层曝露于光线时，其化学性质上经历改变，可以通过曝光显影的方式在光刻胶上形成目标图形。以图案化的光刻胶层为掩膜，在不被光刻胶层覆盖的遮光层上蚀刻出目标图形，形成线条图案。蚀刻时，可利用干蚀刻工艺及/或湿蚀刻工艺。例如，各向异性的干法刻蚀工艺，其纵向刻蚀速率远远大于横向刻蚀速率，能够在图案化的遮光层的过程中，获得相当准确的图形转换。刻蚀气体可选用例如SF6、NF3、COS、Cl2、HBr、以及碳氟比较小的氟代烃(CF4、CHF3)等。第一相位移区域和第二相位移区域形成后，可以使用等离子灰化等方法去除第一掩膜层和第二掩膜层。

在其中一些实施例中，光罩的制备方法还包括以下步骤：

移除第一掩膜层和第二掩膜层；

形成掩模保护膜，其覆盖线条图案、第一相位移区域和第二相位移区域。

掩模保护膜是作为光罩表面的防护层，防止灰尘掉落在有线条图案的一侧。最终形成如图2或图3所示的光罩。

本申请还提供一种图案形成方法，该方法使用上述任意实施例的光罩，包括以下步骤：

在衬底上形成抗蚀膜；

介于光罩对抗蚀膜照射曝光光线；

对已照射了曝光光线的抗蚀膜进行显像，形成抗蚀图案。

如图8所示，为本申请实施例提供的光罩其各个位置光强度示意图。由图8可知，通过透过本申请提供的光罩的透过光对抗蚀膜进行曝光，光罩的透光区域两侧边缘的产生相位差180°的光波，光强度由于光波叠加，得到消除，因而透光区域对背景光的影响得到消除，线条图案的边缘更加清晰。

Claims (10)

1.一种光罩，其特征在于，包括：

基板；

线条图案，所述线条图案间隔形成于所述基板之上；

所述基板具有透光区域，所述透光区域位于每两个相邻的所述线条图案之间；

所述透光区域具有靠近其中一所述线条图案的第一侧，和靠近另一所述线条图案的第二侧；

所述透光区域包括：

第一相位移区域，其位于所述透光区域第一侧；

第二相位移区域，其位于所述透光区域第二侧；

其中，所述第一相位移区域和所述第二相位移区域的相位差为180°。

2.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于，所述线条图案由不透光材质形成。

3.根据权利要求2所述的光罩，其特征在于，所述线条图案为金属材质。

4.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于，所述第一相位移区域或所述第二相位移区域是通过刻蚀所述基板而形成的。

5.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于，还包括：

掩膜层，其形成于所述线条图案上。

6.一种光罩的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在基板上形成遮光层；

在所述遮光层上形成图案化的第一掩膜层；

以所述第一掩膜层作为掩膜，进行刻蚀处理，移除部分所述遮光层，形成多个线条图案，并使得位于每两条相邻所述线条图案之间的基板成为透光区域；所述透光区域具有靠近其中一所述线条图案的第一侧，和靠近另一所述线条图案的第二侧；

在所述透光区域上形成图案化的第二掩膜层；

以所述第二掩膜层作为掩膜，进行刻蚀处理，移除所述透光区域位于第一侧或第二侧的部分，使得所述透光区域形成第一相位移区域和第二相位移区域；

其中，所述第一相位移区域和所述第二相位移区域的相位差为180°。

7.根据权利要求6所述的光罩的制作方法，其特征在于，所述遮光层为金属材质。

8.根据权利要求6所述的光罩的制作方法，其特征在于，所述第一掩膜层和所述第二掩膜层为光刻胶。

9.根据权利要求6所述的光罩的制作方法，其特征在于，还包括：

移除所述第一掩膜层和所述第二掩膜层；

形成掩模保护膜，其覆盖所述线条图案、所述第一相位移区域和所述第二相位移区域。

10.一种图案形成方法，是使用权利要求1所述的光罩的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在衬底上形成抗蚀膜；

介于所述光罩对所述抗蚀膜照射曝光光线；

对已照射了所述曝光光线的所述抗蚀膜进行显像，形成抗蚀图案。

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