TW454255B - Phase-shifting mask and process for manufacturing the same - Google Patents

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4 5 4^5 5 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 五、發明說明（1 ) 相關申請案之前後參照 本發明係有關於1999年3日19日申請之日本專利申請案 編號 HEI 11(1999)-075435，於 35 USC §119主張其優先權， 其揭示係以提及方式完全併入本發明。 發明背景 1.發明範疇 本發明係有關一種移相光罩及其製造方法。本發明尤其 有關一種移相光罩之結構，其可於製造半導體裝置時，於 鬲解析度下，於一晶圓上形成一圖型之影像，及其製造方 法。 2 ·相關技藝描述 現在詳細描述習用移相光罩之技術。 圖3(a)至3(h)係爲説明製造習用列維森（Levens〇n)型移相 光軍（一種用以移動曝照光相之剖面的光罩，以下稱爲m列 維森光罩"）之方法的剖面圖。 參照圖3(a)至3(h)，用以製造列維森光罩之空白光軍2 ( 僅有鉻而無圖型之光罩）具有透明基材i及形成於其上層之 不透光膜3之雙層結構。石英主要係作爲該空白光罩之透 明基材1的材料，而鉻主要係作爲不透光膜3之材料。使用 於空白光軍2之鉻膜通常約110毫微米厚，而係藉著蒸汽沉 積方法或濺射方法形成。 電子束（EB)抗焊劑主要係作爲使該空白光罩2處理成爲 列維森光罩所需之保護膜。該抗焊劑4通常係藉著旋壓法（ 圖3(a))'施加於該空白光罩2上，直至厚度約5〇〇毫微米。該 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • -------訂----丨 —---線. 4 5 4K5 5 A7 B7 > 五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 抗焊劑膜4係藉著電子束EB書寫及顯影而製作佈線圖型， 以形成一抗焊劑光罩。該不透光膜3係使用該抗焊劑光罩 藉乾式蝕刻製作佈線圖型（圖3 (b))。 蚀刻該不透光膜3之後，移除該抗焊劑膜4 (圖3 (c))。 移除該抗焊劑膜4之後，洗滌形成之空白光罩。該抗焊 劑4d再施加至厚度約500毫微米。隨後藉著施加約2〇毫微米 之厚度而形成導電膜5(圖3 (d))，進行校準用之電子束eb 書寫（圖3 (e))。 , 該透明基材凹陷區域中之抗焊劑膜4d藉著以水洗滌該導 電膜5及顯影而選擇性地移除（圖3⑴）。 凹陷6係藉著钱刻形成於該透明基材1中，深度係使得穿 透該凹陷之曝照光的相位可控制於與穿透圖型之相鄰透明 部分之曝露光逆轉180度（圖3(g))。 .去除殘留之抗焊劑膜4d(圖3 (h))。 經由前述方法，完成一種移相光罩，其中該凹陷6係形 成於該圖型之一對透明部分與不透光部分相鄰之一中，即 列維森光罩。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次，説明列維森光罩之原理。 ’ 圖4 (a)至4 (c)係説明該列維森光罩之原理。 如圖4 (a)所示，該列維森光罩係於一對曝照光穿透區中 之一區中備有一移相器（使曝照光之相位改變18〇度之部分） 。若爲圖4 (a)，則移相器係爲位於透明基材1中之凹陷。 穿透不具有移相器之區域c的光及穿透具有移相器之區域(! 的光具有相同強度’但其相位偏差180度。來自透光區之 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 5 4|55 A7 B7 1、發明說明（3 ) , 光的波型於彼此重疊之該波型底部具有相反取向之振幅， 而彼此交錯（圖4 (b))。結果，有一部分之光強度變成零， 而改善解析度。曰本未審理專利公告编號HEI 2(1990> 211450揭示一種列維森型移相光罩，其係爲具有前述結構 之透明基材内凹陷型。 使用微影術進行精細之製作佈線圖型係受限於曝照光之 波長。然而，提供較小曝照光波長之步進器（曝光裝置）遠 較昴貴，而需要繁複之製備過程。是故，列維森光罩係於 不改變曝照光波長下用以克服精細製作佈線圖型之限制的 平價方式。 然而，使不改變曝照光波長下進行較精細之製作佈線圖 型時，此處所描述之列維森光罩仍嫌不足，需應用新穎之 光罩，以進一步改善解析度。 發明概述 本發明提出一種移相光罩，包括一透明基材及由位於該 透明基材上之半透明膜所形成之一圖型，其中該基材沿該 圖型軌跡兩侧邊之兩區域中之一具有一凹陷，使得穿透該 兩區域之曝照光的相位彼此逆轉180 ° ，該軌跡與該基材 之兩區域相鄰之側邊上具有不同厚度，使得穿透該基材之 一區域之曝照光及穿透該軌跡與其相鄰之一侧邊的曝照光 的相位彼此逆轉180° ，而穿透該基材兩區域之另一區域 的曝照光及穿透該軌跡與其相鄰之另一侧邊之曝照光的相 位彼此逆轉180° 。 換言之，本發明移相光罩具有一位於透明基材上之半透 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------(¾ · I I ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} —:訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 5 4^5 5 > A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4 ) 明膜。沿著該圖型軌跡之兩側邊之兩基材區域中之一具有 一凹陷’使得穿透該兩基材區域之曝照光的相位彼此逆轉 180° 。該圖型軌跡於相對於該兩基材區域之側邊上具有不 同厚度，使得穿透該侧邊及對應基材區域之曝照光於該對 應基材區域及該轨跡間彼此逆轉18〇。。是故，穿透該兩不 同厚度之侧邊的曝照光的相位相對於穿透與其相都之基材 區域的光位移180。，穿透之曝照光之振幅係彼此相反，而 於彼此重疊之振幅曲線底部交錯（參照周1 (b))。結果，進 一步改善解析度。 本發明移相光罩中，該半透明膜之圖型係形成於該透明 基材上。與該圖型軌跡之縱向垂直之剖面中，沿著該圖型 軌跡之兩側邊的兩基材（透明基材）區域係爲透明圖型之軌 '称° .該兩基材區域中之一係經挖掘以形成一凹陷，用以使曝 照光相位逆轉180。之所謂"移相器"。 該凹陷之深度C係滿足下式，使得曝照光.相位逆轉18〇。： C — λ /2(nl-l) 其中λ係爲曝照光之波長，而ni係爲半透明膜之折射率。 另一方面，該半透明膜圖型轨跡與形成該凹陷之一基材 區域相鄰之一側邊的結構係具有一厚度，使得穿透該半透 明軌跡及該一基材區域之曝照光的相位彼此逆轉i8〇。。該 半透明軌跡之另一側邊之結構係具有一厚度，使得穿透該 半透明軌跡之另一側邊及該兩基材區域中另一區域的曝照 光的相位彼此逆轉180*5。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） n· n In ^^1 n n nv el r » I VI ^ ^ i fl— 1· ft f— n ^^1 I · (¾ . 言 矣,/fv. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、 發明說明（5 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 即，該半透明軌跡與該另一基材區域相鄰之另一侧邊的 厚度（參照圖1 (a)至1 (C)，下段相同）係設定爲 a= λ /2(nl-l) 其中λ係爲曝照光之波長，而nl係爲該半透明膜之折射 率，使得穿透之曝照光的相位與穿透該另一基材區域之曝 照光相差180° 〇 另一方面，該半透明軌跡與形成凹陷之一基材區域相鄰 的一側邊之厚度較佳係設定於 b = 2a 使得穿透之光相位與穿透該一基材區域之曝照光相差 180。。 此外，該半透明膜之軌跡的寬度d，e較佳係設定於滿足 f : g = h : i 0 .本發明中，該半透明膜相對於曝照光較佳具有1〇百分比 或較低之透光度。尤其以使用金屬諸如梦化物或鉻更佳， 其中添加適量之氮或氧，以提高該透光度並降低吸光係數 (κ)。就矽化物而言，可使用矽化鎢（WSi〇N，經N*〇調整 )、欢化結（ZrSiON，經N或0調整）及矽化鉬，亦可使用氣 化鉻（CrFO，僅使用〇調整）。 本發明中，該透明基材可由石英、鈉鈣玻璃、低膨脹玻 璃等材料構成。較佳透明基材係由石英製造，可針對波長 300毫微米或較低波長之曝照光提供9〇百分比或更高之透光 度。 另一態樣中，本發明提出一種製造移相光罩之方法，包

------------- I----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一訂-----! •線- 5 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 、發明說明（6) 括步驟有：依序於一透明基材上形成一半透明膜及不透光 膜’之後形成一抗焊劑膜圖型，包括一厚膜部分及一薄膜 部分；蝕刻該不透光膜沿著該抗焊劑膜圖型軌跡兩侧邊之 兩區域，同時蝕刻一經曝光之半透明膜，以形成兩基材區 域；取除該抗焊劑膜之薄膜部分，蝕刻該底層不透光膜， 淺薄地蝕刻經曝光之不透光膜，使得該經蝕刻之半透明膜 具有一厚度，使得穿透該經蚀刻半透明膜及該基材區域靠 著經蝕刻半透明膜侧邊之一區域之曝照光之相位彼此逆轉 180 ;於形成之透明基材上形成抗焊劑膜圖型，曝照該基 材區域靠著該半透明膜之另一側邊而具有預定圖型之另一 區域；及蚀刻該另一基材區域’以形成一凹陷，使得穿透 該另一基材區域及該一基材區域之曝照光的相位彼此逆轉 180 ’而穿透該另一基材區域及該半透明膜圖型軌跡之未 蚀刻部分的曝照光之相位彼此逆轉180。。 由以下詳述可輕易地進一步明瞭本發明之此等及其他目 的。然而，應明瞭該詳述及特定實例雖係出示本發明較佳 具體實例，但僅供説明，因爲熟習此技藝者可由此詳述明 瞭本發明精神及範内之各種變化及修正。 圖式簡單説明 圖1 (a)至1 (c)係顯示本發明移相光罩之原理； 圖2 (a)至2 (h)係爲説明製造本發明—具體實例移相光罩 之方法的剖面圖； 圖3 (a)至3 (h)係爲説明製造習用列維森型移相 疋單之方 法的剖面圖； -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） ---------------*--^--，訂·---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（7 圖4 (a)至4 (c)係顯示該習用列維森型移相光罩之原理。 較佳具體實例描述 (1) 首光，參照圖1⑷至1(c)描述本發明移相光罩之操作 原理。 本發明移相光罩之結構係使得該列維森毫秒之不透光圖 型軌跡係由特定半透明膜形成。於該列維森光罩中，於一 對彼此相鄰而夾置有一不透光膜之透明基材.區.域中之一内 形成一凹陷，排列於曝照光穿透之區域中，使得穿透該一 透明基材區域之曝照光的相位相對於穿透另一透明基材區 域之曝照光的相位逆轉18〇。。. 換言之’本發明移位光罩中，列維森光罩（兩相鄰透明 基材區域中之一内具有一凹陷）由不透光膜（圖3中以編號7 表不）形成之圖型轨跡係變成具有雙階結構之半透明膜， 包括—厚邵分（區域）13及一薄部分（區域）11，如圖1所示。 薄部为13中之光的相位相對於該半透明基材丨5之凹陷部分 12(移相器）位移180。。來自該部分之光波振幅於彼此重疊 經 濟 部 智 慧 財 M. 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 ------------Ji^i-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 處彼此相反而交錯。結果，有一個光強度變成零之部分， 可進一步改善解析度。 該薄邵分11上之光的相位係相對於另一透明基材區域14 位和180 。來自該部分之光波的振幅於該波彼此重疊處彼 此相反而抵消。結果，有一個光強度變成零之部分，可進 一步改善解析度。 (2) 現在藉由圖中所示之具體實例詳細描述本發明。 圖2 (a)至2 (h)係爲説明製造本發明一具體實例之移相光

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 罩之方法的剖面圖。 首先’半透明膜係藉著濺射或蒸汽沉積而形成於一透明 基材1上，之後藉塗佈形成抗焊劑膜4 (圖2 (a))。 、就涿半透明膜2而言，使用對於曝照光之透光度爲W百 刀比或更低（不使光阻劑產生殘影圖型之透光度）五可使曝 照j之相位逆轉180。之材料，諸如矽化鉬。就不透光膜3 :言’使用相對於曝照光之透光度狀5¥分比或更低（可 =全阻絕該光）之材料，諸如鉻。就該抗焊劑膜4而言，通 系使用當β半透明膜2及該不透光膜3被蝕刻時，具有良好 抗蚀刻[·生之材料，諸如例如聚甲基丙缔酸甲酯（ΡΜμα)。 以几焊劑膜係藉由#窝及顯影方法製作冑線圖㉟而成爲 厚抗焊劑膜區域、薄抗焊劑膜區域及非抗焊劑區域（圖 2(b)) 〇 孩書窝方法中，穿透該半透明膜2之曝照光之相位係爲 零度之區域，即該厚抗焊劑膜區域，未被書寫。穿透該半 透明膜2之曝照光之相位逆轉18〇。之區域，即薄抗焊劑膜 區域係被θ寫一次，而此區域中該抗焊劑膜之厚度係於 该不透光膜3及該半透明膜2進行乾式蝕刻時不於該抗焊劑 膜中形成針孔，或大於該厚度，而等於或小於該厚抗焊劑 膜區域與該薄抗烊劑膜區域間之抗焊劑膜高度差。透光區 照射電子束，電荷量係設定於足以完全去除該抗烊劑。該 抗焊劑膜4可爲正型或負型。圖2 (幻至2 (h)係顯示使用正型 抗焊劑t情況。使用正型抗.焊劑時，未曝照該電子束之部 分於孩顯影過程中保留成爲抗焊劑圖型，曝照該電子束之 _ ~11- 本紙張尺度週用肀國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） . : 』 一 -----------· h私-------I—訂--------"線\、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 4 5 4^5 5 y 五、發明說明（9 ) 部分則溶解於一顯影液中，以使該不透光膜3部分露出。 顯影之後，該不透光膜3及該半透明膜2被蝕刻(圖2(c))。 該經曝光之不透光膜3先進行乾式蝕刻。就乾式蝕刻而 言，使用平行板反應離子蚀刻（rIE)方法。該不透光膜3包 含路膜時，使用ecu(四氯甲烷）及〇2(氧）、或CH2Cl2 (二氯 曱燒）及02(氧）作爲蝕刻氣體，流速25 sccm : 75 seem。RF 電能係爲200瓦（500瓦或更低）’壓力儘爲0 25托耳（33.25帕 司卡）’而放電頻率係爲13.56百萬赫茲《該半透明膜包含 .砍化鈿膜時，該鉻膜相對於該矽化鉬膜之蚀刻選擇比係爲 3〇或更高，即已足夠。該抗焊劑膜4係作爲對抗蚀刻之保 護膜。僅去除該不透光膜3未覆蓋抗焊劑膜之部分，而部 分露出該半透明膜2。使用含氯氣體進行鉻之乾式蚀刻時 ，該抗.焊劑膜4具有充分之抗蝕刻性。 .其次，經曝光之半透明膜2被乾式蝕刻。就此乾式蝕刻 而言，使用平行板反應性離子蝕刻（RIE)方法。若該半透明 膜2包含矽化鉬膜，則使用eh(四氟甲烷）、〇2(氧）及&作 爲蚀刻氣體，流速爲1〇〇 sccm : 5 sccm : 13 sccm。rf電能 係爲100瓦（500瓦或較低），壓力係爲〇 〇15托耳（2帕司卡）， 放電頻率係爲13.56百萬赫茲。若該透明基材包括石英，則 該梦化4目膜相對於石英基材之蝕刻選擇比係爲3〇或更高， 即已足夠。抗焊劑膜4係作爲對抗蝕刻之保護膜β.僅移除 部分未覆蓋該抗焊劑膜之半透明膜2，而該石英透明基材1 部分曝光。若使用四氟甲烷氣體進行該矽化鉬膜之乾式蝕 刻，則該抗焊劑膜4具有充分之抗蝕刻性。 -12- 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------訂·----I---線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 454X55 > A7 B7 五、發明說明（1〇) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉著使殘留之抗焊劑膜4的整體表面灰化，自該薄抗焊 劑膜區域去除該抗焊劑膜4，而於厚抗焊劑膜區域保持較 薄之厚度。底層不透光膜被乾式蝕刻，該經曝光之半透明 膜被乾式:独刻成薄膜部分11 ’具有一厚度，使得穿透之曝 照光的相位可控制於與穿透相鄰透明基材之曝照光的光相 逆轉 180° (圖 2(d))。 去除殘留之抗焊劑膜4，再次施加厚度約500毫微米之相 同抗焊劑4e。施加厚度約20毫微米之導電膜5，進行供校 準使用之電子束（EB)書寫（圖2 (e))。 以水洗除该導電膜5並顯影，選擇性地去除該透明基材 上凹陷部分12中之抗焊劑膜4e(圖2 (f) )。 該透明基材之曝光表面經蝕刻以形成一凹陷，具有—深 度，使仵牙透咸凹陷12之曝照光的相位可控制於與穿透該 相鄰半透明膜13之曝照光的相位逆轉丨8〇。^ 去除殘留之抗焊劑膜4e，之後去除殘留之不透光膜3 (2(h)) 〇 因此’可藉由本發明之移相光罩進一步改善習用列維森 光罩之解析度，其中包括該薄膜部分11及厚膜部分13之半 透明膜係形成於該透明基材i上，而該凹陷12係形成該透 明基材中與該厚膜邵分相鄰處，如同前述方法。 根據本發明，因爲使用雙階半透明膜（包括該厚膜部分 及孩薄膜部分）取代該列維森光罩之不透光部分。因此， 可得到光阻劑結構，藉由該半透明膜之移相效應而具有高 於習用列維森光罩之解析度。 -13-

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) k- tr'---------線.

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、申請專利範圍 1. —種移相光罩，包括 一透明基材及 一圖型，由位於該透明基材上之半透明膜所形成， 其中該基材沿該圖型軌跡兩側邊之兩區域中之一具有 —凹陷，使得穿透該兩區域之曝照光的相位彼此逆轉 180〇 ，且 該軌跡與該基材之兩區域相鄰之側邊上具有不同厚度 ，使得穿透該基材之一區域之曝照光及穿透該軌跡與 其相鄰之一侧邊的曝照光的相位彼此逆轉180 ° ，而穿 透該基材兩區域之另一區域的曝照光及穿透該軌跡與 其相鄰之另一侧邊之曝照光的相位彼此逆轉180°。 2. 如申請專利範園第1項之移相光罩，其中該軌跡與該基 材具有凹陷之一區域相鄰之侧邊係爲該軌跡與該基材 不具有凹陷之另一區域相鄰之另一側邊的兩倍厚β 3 ·如申請專利範園第1項之移相光罩，其中該半透明膜係 由相對於曝照光之透光度爲10百分比或較低之薄膜所 形成。 4.如申請專利範圍第1項之移相光罩，其中該該半透明膜 係爲含有氮或氧之欢化物或路的薄膜。 5·—種製造移相光軍之方法，包括步驟有： 依序於一透明基材上形成一半透明膜及不透光膜，之 後形成一抗焊劑膜圖型，包括—厚膜部分及—薄膜部 分； -14- 本紙張尺度適用中國國家德糸（CNS ) Α4相故，八柢 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ---------1· 1 .Km - ΐτ— — ^---.— · 4 5 續5 5 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 蝕刻該·不透光膜沿著該抗焊劑膜圖型軌跡兩侧邊之兩 區域，同時蝕刻一經曝光之半透明膜，以形成兩基材 區域； 取除該抗焊劑膜之薄膜部分，蚀刻該底層不透光膜， 淺薄地蝕刻經曝光之不透光膜，使得該經蝕刻之半透 明膜具有一厚度，使得穿透該經蝕刻半透明膜及該基 材區域靠著經蝕刻半透明膜側邊之一區域之曝照光之 相位彼此逆轉180° ; 於形成之透明基材上形成抗焊劑膜圖型，曝照該基材 區域靠著該半透明膜之另一側邊而具有預定圖型之另 一區域；及 蝕刻該另一基材區域，以形成一凹陷，使得穿透該另 一基材區域及該一基材區域之曝照光的相位彼此逆轉 180° ，而穿透該另一基材區域及該半透明膜圖型軌跡 之未蝕刻部分的曝照光之相位彼此逆轉丨8〇。。 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- X y