CN1193127A - 包括有可变透光率的遮光层的掩模 - Google Patents

包括有可变透光率的遮光层的掩模 Download PDF

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Abstract

在包括形成于透明基片上的遮光层(102’,202’,202”)的掩模中,遮光层的透光率随遮光层的图形密度或半导体衬底(203)上的光刻胶层(204)的厚度改变。

Description

包括有可变透光率的遮光层的掩模
本发明涉及一种掩模，例如用于制造半导体器件的光掩模或光栅(reticle)。
在例如动态随机存取存储器(DRAM)器件等集成电路半导体器件中，随着集成度的提高，光刻工艺的图形线宽变得越来越细。
按现有技术的光刻工艺，如果光掩模有线—间隙图形和隔离图形，则线—间隙图形每条线的宽度与隔离图形的线宽相同。结果，在线—间隙图形和隔离图形之间产生了线图象宽度的不同，这被称为光邻近效应。以后对此将作详细说明。
按另一现有技术的光刻工艺，对于形成于半导体衬底上的光刻胶层，即使光刻胶层的厚度不均匀，也能通过具有相同线宽的图形形成光掩模。结果，在形成有不同厚度的光刻胶层的区域发生了线图象宽度的不同，这被称为驻波效应。对此也在以后作详细说明。
按现有技术，可以通过对图形进行偏移的掩模偏移法，减弱光邻近效应和驻波效应。
然而，按掩模偏移法，特别是在图形更精细时，很难制造具有光最佳偏移量的图形的光掩模。
本发明的目的是提供一种不采用掩模偏移法也能减弱光邻近效应和驻波效应的掩模。
根据本发明，在包括形成于透明基片上的遮光层的掩模中，遮光层的透光率根据遮光层的图形密度或半导体衬底上的光刻胶层厚度改变。
通过以下参照附图的说明作为与现有技术的比较，可以更清楚地理解本发明，其中：
图1是说明现有技术光掩模的剖面图；
图2是展示图1的光刻胶上的光强度特性的曲线图；
图3是说明另一现有技术光掩模的剖面图；
图4是展示图2的光刻胶上的线图象的尺寸特性的曲线图；
图5是解释本发明原理的剖面图；
图6A、6B、6C和6D是展示图5的光刻胶上的光强度特性的曲线图；
图7是展示图5的光刻胶上的线图象的尺寸特性的曲线图；
图8是根据本发明第一实施例的光掩模的剖面图；
图9是展示图8的光刻胶上的光强度特性的曲线图；
图10是说明图8的光掩模的变形的剖面图；
图11是根据本发明第二实施例的光掩模的剖面图；
图12是根据本发明第三实施例的光掩模的剖面图。
在说明优选实施例之前，首先参照图1、2、3和4解释光邻近效应和驻波效应。
图1和2是解释光邻近效应的示意图。注意，图1示出了一光掩模和一半导体器件，图2示出了一表明利用图1的光掩模进行还原透射式曝光(reduction projection exposure)时得到的半导体器件上光强度分布的曲线图。
图1中，光掩模由玻璃基片101和形成于玻璃基片101上的铬(Cr)遮光层102构成。注意铬的透光率为每微米百分之零。遮光层102的区R1中有细图形102a，区R2中有粗图形102b。在细图形102a中，每条线的宽度与线间的各间隙宽度相同，另外，粗图形102b中，隔离线的宽度与细图形102a的线宽相同。
另外，半导体器件由半导体衬底103和通过绝缘层(未示出)淀积于半导体衬底103上的光刻胶层104构成。光刻胶层104例如由透光率为每微米约百分之50的正型光刻胶形成。这种情况下，光刻胶层104的厚度几乎是均匀的，例如约为0.73微米。
利用图1的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光学条件下，进行还原透射式曝光，这里NA为数值孔径，σ是光源的相干性，λ为KrF准分子激光器光源的波长，得到了图2所示的光强度分布。图2中，阈值光强Ith定义为使细图形102a的线图象宽度与细图形102a的各间隙图象的宽度相同。这种情况下，此宽度约为0.25微米，Ith为0.337。另一方面，根据阈值光强Ith，粗图形102b的隔离线的图象宽度为约0.28微米。这样，区R1和R2间线的图象宽度产生如0.03微米(＝0.28微米-0.25微米)的差，这就是所谓的光邻近效应。
按现有技术，可以通过对图形进行偏移的掩模偏移法减弱光邻近效应。
图3和4是解释驻波效应的示意图。注意，图3示出了一光掩模和一半导体器件，图4示出了利用图1的光掩模进行还原透射式曝光时得到的半导体衬底上的图象尺寸。
图3中，光掩模由玻璃基片201和形成于玻璃基片201上的Cr遮光层202构成。遮光层202在区域R1和R2中都有细图形。即，每条线的宽度与线间的各间隙是相同的。
另外，半导体器件由半导体衬底203和通过绝缘层(未示出)形成于半导体衬底203上的光刻胶层204构成。光刻胶层204例如由透光率为每微米约百分之50的正型光刻胶形成。这种情况下，由于光刻胶层204一般是旋涂的，所以，光刻胶层204的厚度有起伏。例如，区R1中光刻胶层204的厚度约为0.73微米，区R2中光刻胶层204的厚度约为0.69微米。
利用图3的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光学条件下，进行还原透射式曝光，如图4所示，每条线的图象尺寸取决于光刻胶层204的厚度Tp。即，区R1中，光刻胶层204的厚度约为0.73微米，所以每条线的图象尺寸为约0.25微米。另一方面，在区R2中，光刻胶层204的厚度约为0.69微米，所以每条线的图象尺寸为约0.17微米。例如，在DRAM器件中，由于台阶部分的产生，单元阵列区和外围电路区间的边界处光刻胶层较薄。这样，区R1和R2间产生线图象宽度的不同，这就是所谓的驻波效应。
按现有技术，可以通过对图形进行偏移的掩模偏移法减弱驻波效应。
下面参照图5、6A、6B、6C、6D和7解释本发明的原理。
图5示出了一光掩模和一半导体器件，该图中，光掩模由玻璃基片1和形成于玻璃基片1上的遮光图形2构成。这种情况下，遮光图形2由宽为0.25微米的隔离线构成。另外，半导体器件由半导体衬底3和通过绝缘层(未示出)形成于半导体衬底3上的光刻胶层4构成。
利用图5的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光学条件下，进行还原透射式曝光，于是得到了图6A、6B、6C和6D所示的光强度分布，其中光遮光图形2的透光率T分别为0％、2％、5％和10％。这种情况下，阈值光强度Ith(＝0.337)与由图1和图2的细图形102a所定义的相同。即，遮光图形2的透光率T越大，则遮光图形2的线图象的宽度越小。透光率T和遮光图形2的线图象的宽度W间的关系如图7所示。
从图7可知，如果遮光图形2的透光率T约为2％，则线图象的宽度约为0.25微米，与图1和2的细图形102a的各线图象和间隙图象的宽度相同。
图8示出了本发明的第一实施例，图8中，用遮光层102’代替图1的遮光层102，遮光层102’由钼硅(MoSi)层1021和Cr层1022构成。注意，MoSi层1021是半透明的，而Cr层为不透明的。即，细图形102a’由MoSi层1021和Cr层1022构成，所以，该细图形102a’的透光率为0％。另一方面，粗图形102b’只由MoSi层1021形成，所以，粗图形102b’的透光率例如为2％。
利用图8的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光学条件下，进行还原透射式曝光，这里NA为数值孔径，σ是光源的相干性，λ为KrF准分子激光器光源的波长，于是得到了图9所示的光强度分布。图9中，根据阈值光强度Ith(＝0.337)，粗图形102b’的隔离线的图象宽度为约0.25微米。这样，区R1和R2间没产生线图象宽度的不同。所以，抵消了光邻近效应。
图8中，假定在细图形102a’和粗图形102b’只由Cr形成的相同条件下，区R2中细图形102a’的隔离线图象的宽度大于区R1中粗图形102b’的线的图象宽度。然而，如果在与上述不同的条件下，区R2中细图形102a’的隔离线的图象宽度小于区R1中粗图形102b’的线的图象宽度，则图8的光掩模可以由如图10所示的光掩模代替。图10中，细图形102a’只由MoSi层1021构成，所以细图形102a’的透光率T例如约为2％。另一方面，粗图形102b’由MoSi层1021和Cr层1022构成，所以其透光率为0％。
图11示出了本发明的第二实施例，图11中，用遮光层202’代替图3中的遮光层202，遮光层202’由半透明的MoSi层2021和不透明的Cr层2022形成。即，区R1中的遮光层只由MoSi层2021形成，所以其透光率T例如约为18％。另一方面，区R2中的遮光层202’由MoSi层2021和Cr层2022形成，所以其透光率T为0％。
利用图11的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光学条件下，进行还原透射式曝光，每条线的图象尺寸取决于遮光层202’的透光率T及图4所示的光刻胶层204的厚度TP。即，区R1中，光刻胶层204的厚度约为0.73微米，所以，只从光刻胶层204的厚度TP考虑，每条线的图象尺寸为约0.25微米。然而，这种情况下，由于遮光层202’的透光率T约为18％，所以，每条线的图象尺寸减小到约0.17微米(见图7)。另一方面，区R2中，光刻胶层204的厚度为约0.69微米，所以，每条线15的尺寸为约0.17微米(见图4)。这样，区R1和R2间不产生线图象宽度的不同、结果，抵消了驻波效应。
图12示出了本发明的第三实施例，图12中，用遮光层202”代替图3中的遮光层202，遮光层202”由半透明的MoSi层2021和不透明的Cr层2022形成。即，区R1中的遮光层202”由Cr层2022形成，所以其透光率T为约0％。另一方面，区R2中的遮光层202”中，每条线皆由MoSi层2021和Cr层2022形成，每个间隙皆只由MoSi层2021形成。所以，每条线的透光率T为0％，每个间隙的透光率为55％。
利用图12的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光学条件下，进行还原透射式曝光，每条线的图象尺寸取决于遮光层202”的透光率T及图4所示的光刻胶层204的厚度TP。即，区R1中，光刻胶层204的厚度约为0.73微米，所以，只从光刻胶层204厚度TP考虑，每条线的图象尺寸为约0.25微米。另一方面，区R2中，光刻胶层204的厚度为约0.69微米，所以，每条线15的尺寸为约0.17微米(见图4)。然而，这种情况下，由于MoSi层2021设置于每个间隙中，每个间隙图象的尺寸减小，所以每个图象的尺寸例如从0.17微米增大于0.25微米(见图7)。这样，区R1和R2间不产生线的图象宽度的不同、结果，抵消了驻波效应。
注意，半透明层1021(2021)可由除MoSi外的材料制成，不透明层1022(2022)可由除Cr外的材料制成。
另外，在第一实施例中，光掩模可由光栅(reticle)代替，半导体器件可由光掩模代替。
而且，本发明可以用于步进机、直接透射式曝光设备或扫描式曝光设备。
如上所述，由于由半透明层和不透明层构成遮光层，改变了线图象的尺寸，所以可以抵消光邻近效应和驻波效应。

Claims (9)

1.一种掩模，包括：
透明基片(101)；及形成于所说透明基片上的遮光层(102’)，所说遮光层的透光率随所说遮光层的图形密度改变。
2.如权利要求1的掩模，是一种光掩模。
3.如权利要求1的掩模，是一种光栅。
4.如权利要求1的掩模，其特征在于，所说遮光层包括：
线和间隙图形层(102a’)，其中每条线包括第一半透明层(1021)和不透明层(1022)；及
隔离图形(102b’)，其中的隔离线包括第二半透明层(1021)。
5.如权利要求1的掩模，其特征在于，所说遮光层包括：
线和间隙图形层(102a’)，其中每条线包括第一半透明层(1021)；及
隔离图形(102b’)，其中隔离线包括第二半透明层(1021)和不透明层(1022)。
6.用于曝光半导体衬底(203)上的光刻胶层(204)的光掩模，包括：
透明基片(201)；及
形成于所说透明基片上的遮光层(202’，202”)，所说遮光层的透光率随所说光刻胶层的厚度改变。
7.如权利要求6的光掩模，其特征在于，所说遮光层包括：
包括第一区(R1)中的半透明层(2021)的第一图形层；及
包括第二区(R2)中的不透明层(2022)的第二图形。
8.如权利要求6的光掩模，其特征在于，所说遮光层包括：
包括第一区(R1)中的第一半透明层(2021)的第一图形层；及
包括第二区(R2)中的第二半透明层(2021)和不透明层(2022)的第二图形。
9.如权利要求6的光掩模，其特征在于，所说遮光层包括：
包括第一区(R1)中的第一半透明层(2021)和第一不透明层(2022)的第一图形；及
第二区(R2)中的第二半透明层(2021)；
第二图形，在所说第二半透明层上具有第二不透明层(2022)。
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