CN1178275C - 三维立体掩膜 - Google Patents

Abstract

一种三维立体掩膜，通过增加掩膜上边界图案周缘的不透光层的厚度，增加入射光通过边界图案的路径长度，改善通过边界图案的入射光的光相干性，借此降低因为光干涉所造成的光学邻近效应，减少曝出的边界图案发生变形或是聚焦深度不足的问题，使三维立体掩膜能够曝出良好的图形。

Description

三维立体掩膜

技术领域

本发明涉及一种半导体装置，且特别是涉及一种三维立体掩膜，其可获得良好的边界图案，增进光刻曝光的效果。

背景技术

在半导体工业中，光阻图案的制作是利用光刻曝光工具如步进机或是扫描机，在感光材料上曝光以定义出所需的图案。其步骤首先在半导体基底上涂布一层光阻层之后，利用曝光工具将掩膜上的图案投影至光阻层，然后将光阻层曝光的部分使用显影剂进行显影，使光阻层显现出掩膜上的图案。之后利用此图案化的光阻层为罩幕，进行后续的蚀刻或是离子注入工艺。

掩膜一般以透明平板为基底，在平板上形成不透明的线路来定义所需的图案。透明平板一般由石英构成，不透明线路则通过蚀刻铬(Chrome)层定义出所需的电路图案。以辐射光源发出的入射光照射掩膜，经过掩膜的图案遮蔽以及光绕射形成图像，并且经过投影系统将虚拟图像投射在光阻层上。关于曝光技术其更进一步说明可参考pages274-276ofVLSITechnologyeditedbyS.M.Sze(1983)。

请参照图1，其是传统掩膜的结构剖面示意图。利用蚀刻、印刷等技术，在透明基板102上形成具有开口图案106的不透明的铬层104，借此形成掩膜100。一般，掩膜100上的开口图案106为周期性的密集图案，因此在决定光源条件时，数值孔径(NumericalAperture，NA)以及光相干性(coherence)σ都是针对无穷周期来仿真计算。然而，当实际应用在有限周期的掩膜图案时，对于边缘图案则会发生光学邻近效应(OPE)，使得曝出的边缘图案发生变形，或是聚焦深度(DOF)不足的问题。如图2所示，其表示使用传统掩膜100在光阻层上曝出的图案200，其在中央部分202获得跟掩膜100上相同的图案，但是边缘部分204则发生变形现象，使得边缘部分204的图案的线宽d不正常地放大或是缩小。这样容易导致产品发生短路或是断路的现象，因而缩小边界图形的工艺范围(processwindow)。

造成光学邻近效应(OPE)的主要因素之一是相邻图案的光干涉。传统上，通过对掩膜图案适当地变形以获得正确的曝光图案的方式称为光学邻近修正(OPC)。但是，光学邻近修正(OPC)必须配合其光源条件，对于不同的光源，即必须对OPC作适当修改，才能获得理想的曝光图案，这造成OPC掩膜的应用受到限制。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种三维立体掩膜，其可以改善边界图案发生变形现象，而且可适用于各种不同的光源。

本发明提供一种三维立体掩膜，适用于一光刻曝光系统。此三维立体掩膜至少包括一基底透光层与一不透光层。不透光层位于基底透光层上，不透光层中具有一开口图案，且开口图案中具有一边缘开口。并且设置一准直突起，位于边缘开口周缘的不透光层上。由于该准直突起的设置，改善了相邻图案的光干涉，而得使光阻层的曝光更精确。

本发明还提供一种三维立体掩膜，适用于一光刻曝光系统。此三维立体掩膜包括一基底透光层；一不透光层，位于该基底透光层上，该不透光层中具有一开口图案，在该开口图案的该不透光层具有一曲面表面轮廓，且在开口图案边缘的该曲面不透光层的厚度大于在开口图案中央的曲面不透光层的厚度。

本发明的三维立体掩膜通过改变边界图案的光相干性的曝光条件，可以解决边界图形因为光学邻近效应造成的变形或是聚焦深度不足的问题。

本发明的优点是：通过增加掩膜上边界图案周缘的不透光层的厚度，增加入射光通过边界图案的路径长度，改善通过边界图案的入射光的光相干性，借此降低因为光干涉所造成的光学邻近效应，减少曝出的边界图案发生变形或是聚焦深度不足的问题，使三维立体掩膜能够曝出良好的图形，而且可适用于各种不同的光源。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是传统掩膜的结构剖面示意图；

图2是使用传统掩膜在光阻层上所曝出的图案，在密集图案边界部分会产生变形或是聚焦深度不足的问题；

图3是本发明第一较佳实施例三维立体掩膜结构的剖面示意图；

图4是使用本发明三维立体掩膜在光阻层上所曝出的图案，与掩膜上的图案相同；

图5是本发明第二较佳实施例三维立体掩膜结构的剖面示意图。

图中符号说明：

100    掩膜            102    透明基板

104    铬层            106    开口图案

200    曝光图案        202    中央部分

204    边缘部分        d      宽度

300    掩膜            302    基底透光层

304    不透光层        306    准直突起

308    边界开口        h      高度

400    曝光图案        402    中央图案

404    边缘图案        500    掩膜

502    基底透光层      504    不透光层

505    开口图案        506    曲面表面轮廓

508    边缘部分        510    中央部分

512    边缘开口

具体实施方式

本发明提供一种三维立体掩膜，通过在掩膜上形成三维立体的掩膜图案，可以改变边缘图案的入射光的相干性，借此可以改善边缘图案的光学邻近效应，减少边缘图案发生图案变形或是聚焦不足的情况，而且可以应用于各种不同的光源。

请参照图3，其是本发明第一较佳实施例三维立体掩膜结构的剖面示意图。本发明的三维立体掩膜300主要包括一个底层透光层302，其材质如同传统掩膜用的透明基板，例如是高透明的石英。在底层透光层302上为一层具有掩膜开口图案305的不透光层304，其中开口图案305即为一般光刻曝光工艺中所需的电路图案。此不透光层304所使用的材质比如是铬(Cr)、氧化铬(CrO_x)，或是其它不透光材质。在开口图案305的边缘开口308周缘的不透光层304上具有准直突起306，借此准直突起306可改善边缘图案的曝光效果。准直突起306所使用的材质亦为不透光材质，比如是铬或是氧化铬等，其材质可以跟不透光层304相同，亦可以使用跟不透光层304不同的材质。一般准直突起306的高度h约为不透光层304厚度的2-15倍，其高度h可视图形的光学邻近效应(OPE)的程度作调整。

本发明的三维立体掩膜300比如是以蚀刻方式形成。以不透光层304的材质使用铬且准直突起306的材质使用氧化铬为例。首先在底层透光层302上依序形成铬层与氧化铬层，接着利用第一个图案进行蚀刻制作出准直突起306，然后再以第二个图案进行蚀刻制作出具有开口图案305的不透光层304。准直突起306与不透光层304若使用不同材质，可以获得较佳的厚度控制。倘若准直突起306与不透光层304使用相同的材质，可以通过时间控制蚀刻出准直突起306之后，再以第二个图案蚀刻出开口图案305。

本发明的三维立体掩膜300可以直接应用于传统的光源，并且以偏轴照明(Off-axisillumination)较佳，例如是环状(annular)光源、四极(quadrapole)光源或是二极(dipole)光源等，所应用的入射光波长包括365nm、248nm或是193nm等。本发明的准直突起306可以改变通过边缘开口308入射光的光相干性(coherence)，通过增加入射光通过边缘开口308的路径长度，可以使通过边缘开口308的入射光的光相干性增加，借此提高边缘图案的聚焦深度，并且维持原有的图案，避免边缘图案产生变形。图4是使用本发明的三维立体掩膜300在光阻层上曝出的图案400，中央图案402可维持原有的掩膜图案，且边缘图案404，即半等值线(semi-isoline)部分(其周缘一边为密集图案，另一边为无图案区)，因为光相干性变好，使光强度分布(Aerialimage)变好，其可维持原有的掩膜图案，并且获得良好的聚焦深度，因此可以使曝光时的工艺范围(processwindow)扩大，改善工艺条件。

请参照图5，本发明亦提供另一种三维立体掩膜，接着将以第二较佳实施例进行说明。本发明的三维立体掩膜500主要包括一个底层透光层502，其材质比如是高透明的石英等。在底层透光层502上为一层具有掩膜开口图案505的不透光层504，其中开口图案505即为一般光刻制造过程中的图案。不透光层504所使用的材质比如是铬(Cr)、氧化铬(CrO_x)，或是其它不透光材质。在开口图案505处之不透光层504具有一曲面表面轮廓506，此曲面表面轮廓为凹入状，中间低而边缘高。因此，在开口图案505边缘部分508不透光层504的厚度大于在开口图案505中央部分510不透光层504的厚度。一般在边缘部分508的不透光层504厚度约为中央部分510的不透光层504厚度的2-15倍。至于不透光层504的曲面表面轮廓506需视开口图案505来进行设计。

本发明的三维立体掩膜500可以直接应用于各种传统光源，例如是环状(annular)光源、四极(quadrapole)光源或是二极(dipole)光源等。所应用的入射光波长包括365nm、248nm或是193nm等。本发明的三维立体掩膜500根据开口图案505的图形计算出曲面表面轮廓506的高度分布，使得通过开口图案505后的入射光的光相干性能够适合各个开口。在开口图案505中，边缘开口512周缘的不透光层504的厚度较厚，因此在边缘开口512的信道较长，借此可以改善其光相干性，使通过掩膜500的入射光可以有较佳的光强度分布。

综上所述，本发明所提供的三维立体掩膜，可以通过改变在边界图案的入射光的光相干性，解决边界图形因为光学邻近效应造成的图形变形或是聚焦深度不足的问题。

如本领域技术人员所了解的，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明专利的保护范围内。

Claims (6)

1.一种三维立体掩膜，包括：

一基底透光层；以及

一不透光层，位于该基底透光层上，该不透光层中具有一开口图案，在该开口图案边缘的该不透光层厚度大于在该开口图案中央的该不透光层厚度。

2.如权利要求1所述的掩膜，其中该不透光层具有一曲面表面轮廓，使该开口图案边缘的该不透光层厚度大于在该开口图案中央的该不透光层厚度。

3.如权利要求1所述的掩膜，其中该基底透光层的材质包括石英。

4.如权利要求1所述的掩膜，其中该不透光层的材质包括铬。

5.如权利要求1所述的掩膜，其中该不透光层的材质包括氧化铬。

6.如权利要求1所述的掩膜，其中在该开口图案边缘的该不透光层厚度为在开口图案中央的该不透光层厚度的2-15倍。

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