CN1794085B - 多透射相位掩模和使用其的曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多透射相位掩模和使用该掩模的曝光方法。所述掩模包括：透明衬底；光屏蔽膜，形成于透明衬底上且界定光透射区和光屏蔽区；和在光透射区的预定部分上形成的反相区以允许光以反相从中透射。在该方法中，由曝光光通过改进的照明系统照射于多透射相位掩模，在晶片上曝光半导体二极管的图案，所述照明系统包括至少两个极，每个具有预设的开口角度。依据本发明，可以防止缺陷的发生，在所述缺陷中，存储节点接触图案的图案单元没有规则地在晶片上敞开，或者其中图案单元彼此桥接。

Description

多透射相位掩模和使用其的曝光方法

技术领域

本发明涉及一种多透射相位掩模和使用其的曝光方法，且更具体地涉及一种用以高精度地实现掩模的微小图案的临界尺寸的多透射掩模及使用该掩模的曝光方法。

背景技术

依据半导体器件的高集成度和高密度的需求的增加，针对实现高精度的光刻技术已经得到研究和开发以在晶片上形成更加微小的图案。曝光设备的分辨率R由等式1定义，其中k1为对于工艺的经验常数，λ为曝光光的波长，而NA为在曝光设备中的透镜的数值孔径；

$R=k1\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}---1$

如等式1所示，为了实现高分辨率，必须增加在曝光设备中的透镜数值孔径NA，且必须减小曝光光的波长。因此，实际针对曝光设备使用的曝光光的波长已经逐渐从I线(365nm)减小至KrF准分子激光(248nm)、ArF准分子激光(193nm)、F2激光(157nm)等。

图1显示了依据使用KrF激光的传统技术具有存储节点接触图案的掩模。如图1所示，当使用KrF激光时，如果在掩模上存储节点接触的尺寸为93nm、90nm和87nm，则模拟接触的临界尺寸分别为103.7nm、95.0nm和86.1nm。在该情况下的掩模误差因子为大约11.8，其造成由在掩模上的图案的尺寸的轻微变化引起的在晶片上的图案的尺寸上的显著变化。因此，考虑到大规模生产所接受的掩模误差因子小于5，可以理解11.8的误差因子是非常高的。

图2显示了通过传统技术在晶片上曝光的存储节点接触图案。如图2所示，当利用0.8NA的KrF曝光设备使用掩模、在晶片上曝光6％半色调掩模上半节距为90nm的存储节点接触图案时，发生有缺陷“b”，其中微小存储节点接触图案的图案单元没有规则地在晶片上敞开，或有缺陷“c”，其中图案单元彼此桥接。

图3a显示了依据传统技术由于在具有存储节点接触图案的掩模上的错误导致的不规则图案，且图3b显示了由此导致的晶片上的缺陷图案。

如图3a和3b所示，可以理解存在有缺陷，其中因为由存储节点接触图案的重复排列导致的掩模上的错误，所以存储节点接触图案的图案单元没有规则地在晶片上敞开。

如此，依据传统技术，有一个问题，即，当使用KrF激光时，如存储节点接触图案的微小图案的临界尺寸没有以高精度实现。

发明内容

本发明用于解决上述问题，且本发明的一个目的为提供一种多透射相位掩模，其提供于具有反相区的光透射区的预定部分，所述反相区允许光以反相透射，由此以高精度实现半导体二极管的微小和重复图案的临界尺寸。

本发明的另一目的为提供一种使用改进的照明系统和一种多透射相位掩模的曝光方法，所述多透射相位掩模提供于具有反相区的光透射区的一预定部分，所述反相区允许光以反相透射，由此在曝光工艺时实现具有高精度的半导体二极管的微小和重复图案的临界尺寸。

依据本发明的一个方面，上述和其它的目的可以通过提供一种用于曝光设备的多透射相位掩模实现，所述多透射相位掩模包括：透明衬底；光屏蔽膜，形成于透明衬底上且界定光透射区和光屏蔽区；和在光透射区的预定部分上形成的反相区以允许光以反相从中透射。

依据本发明的另一个方面，提供使用针对曝光设备的多透射相位掩模的曝光方法，所述多透射相位掩模包括：透明衬底；光屏蔽膜，形成于透明衬底上且界定光透射区和光屏蔽区；和在光透射区的预定部分上形成的反相区以允许光以反相从中透射，其中由曝光光通过改进的照明系统照射于多透射相位掩模，在晶片上曝光半导体二极管的图案，所述照明系统包括至少两个极(pole)，每个具有预设的开口角度。

可以通过蚀刻透明衬底至一预定深度形成反相区。

反相区对于光透射区有180°的相差。

在光屏蔽膜中界定的光透射区的行方向上可以形成反相区。

在光屏蔽膜中界定的光透射区的列方向上可以形成反相区。

可以由KrF激光、ArF激光或F2激光产生曝光光。

光屏蔽膜可以为铬膜和半色调膜之一，半色调膜允许一部分光被透射同时反转光相位。

光屏蔽膜可以为铬膜和半色调膜的选择性组合，半色调膜允许一部分光被透射同时反转光相位。

多透射相位掩模还可以包括在预定部分的另一个反相区，其中该反相区不接触光透射区。

曝光方法可以为一种浸没型曝光方法。

改进的照明系统可以具有六极。

附图说明

依据附图和下面的详细描述，本发明的前述和其它的目的和特征将更加易懂。

图1显示了传统技术的具有存储节点接触图案的掩模；

图2显示了通过传统技术曝光于晶片上的存储节点接触图案；

图3a和3b显示了传统技术的由于在具有存储节点接触图案的掩模上的错误导致的不规则图案，和由此导致的晶片上的缺陷图案；

图4为说明依据本发明的一个优选实施例的多透射相位掩模的平面图；

图5a至5c分别为沿图4的线X-X、Y-Y、Z-Z取的垂直剖面图；

图6为说明依据本发明的另一优选实施例的多透射相位掩模的平面图；

图7a至7c分别为沿图6的线X’-X’、Y’-Y’、Z’-Z’取的垂直剖面图；

图8a至8f分别为说明本发明的多个实施例的多透射相位掩模的图样；

图9显示制造本发明的多透射相位掩模时使用的改进的照明系统；和

图10a至10c显示利用本发明的多透射相位掩模和改进的照明系统在晶片上曝光的存储节点接触图案的范例。

具体实施方式

将参考附图详细描述优选实施例。应当理解提供的实施例不是为了限制本发明的范围，而只是为了说明的目的。

图4为说明依据本发明的一优选实施例的多透射相位掩模的平面图。

参考图4，依据本发明的一实施例的多透射相位掩模包括：透明衬底10；光屏蔽膜12，形成于透明衬底上且界定光透射区A和光屏蔽区B；和在光透射区A的预定部分上形成的反相区14以允许光以反相从中透射。在此时，透明衬底10为透射的光提供0°的相位延迟，而反相区14提供了180°的相位延迟。具体地，通过蚀刻透明衬底10至一预定的深度，形成反相区14以提供180°的相位延迟。因此，在通过光透射区A的透射的光和通过反相区14透射的光之间具有180°的相差。

在以上的构造中，铬膜和半色调膜之一被用于光屏蔽膜12，所述半色调膜允许一部分的光被透射同时反转光的相位。可替换地，铬膜和半色调膜的选择性组合可以用于光屏蔽膜12，所述半色调膜允许一部分的光被透射同时反转光的相位。

图5a至5c分别为沿图4的线X-X、Y-Y、Z-Z取的垂直剖面图。

图5a为沿图4的线X-X取的多透射相位掩模的垂直剖面图，其中在光屏蔽膜12中的蚀刻至一预定深度的一部分的透明衬底10为反相区14。

图5b为沿图4的线Y-Y取的多透射相位掩模的垂直剖面图，其中透明衬底10的暴露部分为透射区域A。

图5c为沿图4的线Z-Z取的多透射相位掩模的垂直剖面图，其中被蚀刻得低于透射区域A的表面的一部分透明衬底10为反相区14。

如此，当利用如KrF曝光设备的曝光设备进行曝光工艺时，使用用于形成存储节点接触图案的本实施例的多透射掩模，在通过光透射区A透射的光和通过反相区14透射的光之间产生180°的相差，其中光透射区A将形成有存储节点接触图案等，而在光透射区A中在行的方向上形成反相区14。因此，在光透射区A接触反相区14的部分产生光相位之间的抵消现象，由此允许在一预定的范围内保持图案的形状而不受掩模尺寸改变的显著影响。因此，利用本实施例的多透射相位掩模，可以防止缺陷的发生，在所述缺陷中，由于在存储节点接触之间的间隙中产生的光学接近(optical proximity)现象，存储节点接触图案的图案单元没有规则地在晶片上敞开，或者其中图案单元彼此桥接。

图6为说明依据本发明的另一优选实施例的多透射相位掩模的平面图。参考图6，依据另一实施例的多透射相位掩模包括：透明衬底10；在透明衬底上10形成的诸如铬膜的光屏蔽膜12，以防止光从光屏蔽膜12透射，用于在光屏蔽膜12中界定光透射区A’和光屏蔽区B’；和通过蚀刻透明衬底10至一预定深度在光透射区A’的列方向上形成的反相区14。此时，必须控制蚀刻深度使得通过光透射区A’透射的光和通过反相区14透射的光之间产生180°的相差。

在以上的构造中，铬膜和半色调膜之一用于光屏蔽膜12，所述半色调膜允许一部分的光被透射同时反转光的相位。或者，铬膜和半色调膜的选择性组合可以用于光屏蔽膜12，所述半色调膜允许一部分的光被透射同时反转光的相位。

图7a至7c分别为沿图6的线X’-X’、Y’-Y’、Z’-Z’取的垂直剖面图。

图7a为沿图6的线X’-X’取的多透射相位掩模的垂直剖面图，其中蚀刻得低于透射区域A’的表面的一部分透明衬底10为反相区14。

图7b为沿图6的线Y’-Y’取的多透射相位掩模的垂直剖面图，其中透明衬底10的暴露部分为透射区域A’。

图7c为沿图6的线Z’-Z’取的多透射相位掩模的垂直剖面图，其中在光屏蔽膜12中的蚀刻至一预定深度的一部分透明衬底10为反相区14。

如此，当利用如KrF曝光设备的曝光设备进行曝光工艺时，使用用于形成存储节点接触图案的本实施例的多透射掩模，在通过光透射区A’透射的光和通过反相区14透射的光之间产生180°的相差，光透射区A’将形成有存储节点接触图案等，而在光透射区A’间在行方向的空间上形成反相区14。因此，在光透射区A’接触反相区14的部分产生光相位之间的抵消现象，由此允许在一预定的范围内保持图案的形状而不受掩模尺寸改变的显著影响。因此，利用本实施例的多透射相位掩模，可以防止缺陷的发生，在所述缺陷中，由于在存储节点接触之间的间隙中产生的光学接近现象，存储节点接触图案的图案单元没有规则地在晶片上敞开，或者其中图案单元彼此桥接。

同时，虽然在以上实施例中描述的反相区14通过蚀刻透明衬底10至预定深度的方法形成，但是显然可以通过其它方法形成反相区14。

图8a至8f为图示本发明的多个实施例的多透射相位掩模的诸图样，其中图示了多透射相位掩模的不同改变，如对多透射相位掩模的光衬底区域中的矩形图案添加辅助图案、调整反相区的位置等。

图8a显示了本发明的多透射相位掩模的一个范例。参考图8a，多透射相位掩模包括：具有矩形图案的光透射区10；在光透射区10的四边形成的辅助图案单元11a；和光透射区10中在行方向上的具有180°相位的反相区14。

图8b显示了本发明的多透射相位掩模的另一个范例。参考图8b，多透射相位掩模包括：具有矩形图案的光透射区10；在光透射区10的两边形成的辅助图案单元11b；和光透射区10中在列方向上的具有180°相位的反相区14。

图8c显示了本发明的多透射相位掩模的再一个范例。参考图8c，多透射相位掩模包括：具有如图8c的多边形图案的光透射区10a；和光透射区10a中在列方向上的具有180°相位的反相区14；和形成于反相区14不接触光透射区10a的附加反相区14’。

图8d显示了本发明的多透射相位掩模的再一个范例。请参考图8d，多透射相位掩模包括：具有如图8d的另一多边形图案的光透射区10b；和光透射区10中在列方向上的具有180°相的反相区14；和形成于反相区14不接触光透射区10a的部分处的附加反相区14”。

图8e显示了本发明的多透射相位掩模的又一个范例，其中对图8c中所示的多透射相位掩模没有提供附加反相区14’。

图8f显示了本发明的多透射相位掩模的又一个范例，其中对图8d中所示的多透射相位掩模没有提供附加反相区14”。

当使用用于曝光光的ArF激光或F2激光和KrF激光时，可以应用本发明的多透射相位掩模。

如此，本发明的多透射相位掩模具有反相区，其具有与光透射区的相位差为180°且同时具有100％的光透射率，形成于光透射区中的预定区域或附加形成于反相区不接触光透射区处的预定区域。因此，在曝光期间，在光透射区接触光反相区处的空间产生相位间的抵消现象，由此保证在晶片上形成的诸如存储节点接触图案的图案的临界尺寸。具体地，当使用KrF激光作为曝光光时，可以通过本发明的多透射相位掩模以高精度实现如精细存储节点接触图案的微小图案的临界尺寸，由此防止新安装ArF激光或F2激光的投资带来的费用。

同时，虽然没有在图8a至8f中描述，但是标记12指示在透明衬底上形成以界定光透射区的光屏蔽膜。

本发明的一个优选实施例的曝光方法的特征在于，该方法使用如上所述的多透射相位掩模，且在于由曝光光通过改进的照明系统照射于多透射相位掩模，在晶片上曝光半导体二极管的图案，所述照明系统包括至少两个极，每个具有预设开口角度α、β和γ，如图9所示。

图9显示了用于本发明的改进的照明系统。如图9中所示的改进的照明系统为一种改进的照明系统，包括：至少两个极，例如六极。六极的每个极具有预设的开口角度，例如，对纵轴的开口角度α为15°、对横轴的开口角度β为15°和由一对极界定的开口角度γ为60°。

开口极(open pole)的数目、开口极的开口角度和在改进的照明系统中的每个开口角度的方向依据在多透射相位掩模中的反相区的位置决定。

图10a至10c显示利用本发明的多透射相位掩模和改进的照明系统的在晶片上曝光的存储节点接触图案的范例。

当利用0.8NA Kr曝光设备、使用如图9所示的改进的照明系统和具有如图8a、8c和8e所示的具有95nm的半节距存储节点接触图案的多透射相位掩模，在晶片上进行曝光工艺时，在晶片上形成如图10a、10b和10c所示的均匀的存储节点接触图案的图像。在此时，在每个情况中聚焦深度(DOF)为0.5μm，且在图10a、10b和10c中在曝光工艺时，曝光限度(EL)分别为12.7％、14.1％和12.6％。

如上所述的曝光方法可以用于浸没型曝光方法。

如从以上描述明显易懂，当使用本发明的多透射相位掩模进行曝光工艺时，由在其中形成存储节点接触图案的光透射区和形成与光透射区相接触的反相区之间的180°的相位差引起的抵消现象允许在晶片上的图案的临界尺寸得到保证，由此防止缺陷的发生，在所述缺陷中，由于在存储节点接触之间的间隙中产生的光学接近现象，存储节点接触图案的图案单元没有规则地在晶片上敞开，或者其中图案单元彼此桥接。另外，当使用KrF激光作为曝光光源时，可以通过本发明的多透射相位掩模以高精度实现如精细存储节点接触图案的微小图案的临界尺寸，由此防止新安装ArF激光或F2激光的投资带来的费用。

另外，当使用诸如具有六极的改进的照明系统时，可以调整掩模的相位和光学透射率，由此实现精确的半导体二极管的精细和重复图案的临界尺寸。

应当理解描述实施例和附图是为了说明性的目的且本发明由所附的权利要求限定。另外，本领域的技术人员可以理解，在不脱离如所附的权利要求阐述的本发明的精神和范围内，允许不同的改进、添加和替代。

Claims (24)

1.一种用于形成存储节点接触的多透射相位掩模，包括：

透明衬底；

光屏蔽膜，形成于所述透明衬底上，其中所述光屏蔽膜界定在所述透明衬底上的没有形成所述光屏蔽膜的光透射区和形成所述光屏蔽膜的光屏蔽区；和

反相区，设置于所述光透射区的中间以与相邻的光透射区直接接触，其中所述反相区允许曝光光以反相从其透射，

其中部分的所述反相区在预定方向与部分的所述光透射区交替，且部分的所述反相区在垂直于所述预定方向的方向与部分的所述光屏蔽区交替且所述光透射区在垂直于所述预定方向的方向与部分的所述光屏蔽区交替，

其中在所述预定方向上所述反相区与部分的所述光透射区直接接触，所述光透射区在垂直于所述预定方向的方向与部分的所述光屏蔽区直接接触，所述光透射区提供存储节点接触图案。

2.如权利要求1的掩模，其中通过蚀刻透明衬底至一预定深度形成所述反相区。

3.如权利要求1的掩模，其中所述反相区对所述光透射区的相位差为180°。

4.如权利要求1的掩模，其中在所述光屏蔽膜中界定的所述光透射区的行方向上形成所述反相区。

5.如权利要求1的掩模，其中在所述光屏蔽膜中界定的所述光透射区的列方向上形成所述反相区。

6.如权利要求1的掩模，其中由KrF激光、ArF激光或F2激光之一产生所述曝光光。

7.如权利要求1的掩模，其中所述光屏蔽膜为铬膜和半色调膜之一，所述半色调膜允许一部分光被透射同时反转光相位。

8.如权利要求1的掩模，其中所述光屏蔽膜为铬膜和半色调膜的选择性组合，所述半色调膜允许一部分光被透射同时反转光相位。

9.如权利要求1的掩模，其还包括在所述反相区未接触所述光透射区的预定部分的另一个反相区。 

10.如权利要求1的掩模，其中在所述预定方向交替的每个所述反相区部分直接接触在所述预定方向交替的至少两个相邻的所述光透射区部分，且在所述预定方向交替的每个所述光透射区部分直接接触在所述预定方向交替的至少两个相邻的所述反相区部分。

11.如权利要求1的掩模，其中在垂直于所述预定方向的方向交替的每个所述反相区部分直接接触在垂直于所述预定方向的方向交替的至少两个相邻的所述光屏蔽区部分，且在垂直于所述预定方向的方向交替的每个所述光透射区部分直接接触在垂直于所述预定方向的方向交替的至少两个相邻的所述光屏蔽区部分。

12.一种使用根据权利要求1的掩模的曝光方法，所述方法包括：

由曝光光通过改进的照明系统照射于所述掩模，在晶片上曝光半导体二极管的图案，所述照明系统包括至少两个极，每个极具有预设的开口角度。

13.如权利要求12的方法，其中通过蚀刻透明衬底至一预定深度形成所述反相区。

14.如权利要求12的方法，其中所述反相区对所述光透射区的相位差为180°。

15.如权利要求12的方法，其中在所述光屏蔽膜中界定的所述光透射区的行方向上形成所述反相区。

16.如权利要求12的方法，其中在所述光屏蔽膜中界定的所述光透射区的列方向上形成所述反相区。

17.如权利要求12的方法，其中由KrF激光、ArF激光或F2激光之一产生所述曝光光。

18.如权利要求12的方法，其中所述光屏蔽膜为铬膜和半色调膜之一，所述半色调膜允许一部分光被透射同时反转光相位。

19.如权利要求12的方法，其中所述光屏蔽膜为铬膜和半色调膜的选择性组合，所述半色调膜允许一部分光被透射同时反转光相位。

20.如权利要求12的方法，其中所述多透射相位掩模还包括在所述反相区未接触所述光透射区的预定部分的另一个反相区。

21.如权利要求12的方法，其中曝光方法为浸没型曝光方法。

22.如权利要求12的方法，其中所述改进的照明系统具有六极。

23.如权利要求12的方法，其中在所述预定方向交替的每个所述反相 区部分直接接触在所述预定方向交替的至少两个相邻的所述光透射区部分，且在所述预定方向交替的每个所述光透射区部分直接接触在所述预定方向交替的至少两个相邻的所述反相区部分。

24.如权利要求12的方法，其中在垂直于所述预定方向的方向交替的每个所述反相区部分直接接触在垂直于所述预定方向的方向交替的至少两个相邻的所述光屏蔽区部分，且在垂直于所述预定方向的方向交替的每个所述光透射区部分直接接触在垂直于所述预定方向的方向交替的至少两个相邻的所述光屏蔽区部分。 

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