TW559893B - In-situ balancing for phase-shifting mask - Google Patents
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Description
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玖、發明說明 實施方式及圖式簡單說明) (發明說明應敘明··發明所屬之技術領域、先前技術、内容、 發明背景
1. 發明領I 本發明與半導體積體電路製造領域有關，尤其與相移光 罩及用以製造相移光罩之製程有關。 2. 相關技藝掇討 在微影上的改善已藉由縮減積體電路（IC)而提升半導體 裝置之密度與性能。如則所述，晶圓步階器所能 解析之最低臨限尺寸（CD)與照明光源之波長成正比，並與 投射鏡之數值孔徑（NA)成反比。但當CD較光化波長小時， 繞射傾向於抵損光化影像。光化波長係將光罩使用於晶圓 步階器以選擇性暴露覆於諸如矽晶圓等基板上之光阻時之 光波長。可視需要利用解析強化技術（RET)，諸如相移光罩 (PSM) ’以達成較廣之製程曝光寬容度。與僅採用鉻控制穿 經石英基板之光線振幅之二元光罩不同，pSM進一步調變 光線相位，俾具以破壞性干涉補償繞射效應之優點。 替代PSM(AltPSM)係當圖樣化非常小的cd時，諸如裝置 中的電晶體閘極長度，特別有助於改善改善對比之pSM類 型。AltPSM引入180度相移於傳經相鄰清晰開孔間，俾使破 壞性干涉得以迫使兩影像間振幅為零。1 8〇度相移之施行係 藉由在一不透明層（諸如鉻）中產生經過相鄰開孔之光徑長 度差。可於另一開孔中利用一減除製程蝕刻穿圳入石英基 板中。然而’入射光可能散射離開蝕刻穿圳之側壁與底部 角落，並導致光化影像之不平衡，隨焦點之函數而變。此 559893
一波導效應可顯現為CD誤差與位移誤差。 可以多種方式平衡在AltPSM之光化影像中之強度與相
位。選擇性偏移法可相對於未蝕刻開孔擴大蝕刻開孔之CD ’俾平衡光化影像。雙穿圳法於相移開孔中蝕刻一深穿圳 ，並於非相移開孔中蝕刻一淺穿圳，俾平衡光化影像。 - 各種用以平衡光化影像之方法均有其缺點。除非採用灰 . 光束寫入方案，否則選擇性偏移法可能受限於在設計格上 可ί于之不連續值。|虫刻法可能造成缺陷，諸如相鄰開孔間 鲁 突出鉻之缺口或细層。雙穿圳法則因需額外製程而使其複 雜性與成本增加。 爰所需者係具強度與相位之原處平衡之相移光罩（psM) 及形成此PSM之方法。 圖式簡沭 圖l(a)-(d)闡釋依本發明形成具平衡層之光罩空白之方 法0
圖2(aHe)闡釋依本發明形成另_相移光|之方法，盆中 光罩具位於吸收層下方及非相移開孔中之平衡層。’、 圖3閣釋依本發明之原處平衡之另—相移光罩。 本發明之細部描沭 在下列描述中提出許多細節，諸如特定材料 明通盤瞭解。但熟悉此技藝者將瞭解“ Ά些特殊細節下’亦可實現本發明。舉例而言，在特殊 細節中並未描述熟知之半導體裝” 顯本發明。 Μ免*法突 (3) (3)
本發明描述具強度與相位之原處平衡之替代相移光罩 (AltPSM) ’及形成此相移光罩（psm)之方法。亦將描述依本 發明製造AltPSM之方法。 自諸如石英等基板11〇〇(可於光化波長下透光）建構光罩 。光化波長係於晶圓步階器中用以選擇性暴露在晶圓上之 光阻之光波長。一具體實施例示如圖1 (a)。 在基板1 100上形成平衡層1200。一具體實施例示如圖 1(b)。平衡層1200厚度一般約為3.0-70.0奈米。直流（DC)磁 子濺鍍可用以形成平衡層1200。 平衡層1200係自可傳遞並可相移之材料形成。傳遞常係 波長之函數，並可以工具測量之，諸如出自n&k Technology Inc.之n&k分析儀1280。選擇平衡層1200之材料、結構與厚 度，俾改良（諸如降低）經非相移開孔14 10之傳遞，使其恰足 以與經相鄰相移開孔1 420之傳遞相符。可改良傳遞至約 1.5-12.0%。此將可使傳經兩相鄰開孔之光線強度相符之目 標得以實現。 除具適當光性質之外，平衡層1200需具化學阻、輻射二 重性，並與下方之基板1100及上方之光罩吸收層1300相容 。相位及傳遞不應受光罩製程、光罩檢查或修理製程，或 光罩清洗製程之顯著影響。在大部分的情況下，平衡層1200 應具一低膜應力。 平衡層1200可自元素金屬形成’諸如金，或自適當之化 合物形成，包含諸如纟S、絡、給、钥、錄、銳、组、欽、 鎢或锆等材料之氟化物、矽化物、氧化物及氮化物。實例 559893
ο 3氟化鉻（cr〇xFy)、矽氧化錯（ZrSix〇y)、矽氧化鉬 (M〇Six〇y)、氮化銘⑷為），或氮化石夕（SixNy)。 在部分具體實施例中，一或多種用以形成平衡層12〇〇之 材料可為非化學計量物。例如：可存在少量或不存在氧。 在其它具體實施例中，平衡層12〇〇可為非均質。在另外的 具體實施例中，平衡層12〇〇可為多層。 在平衡層1200上形成吸收層13〇〇。結果係光罩空白1〇〇〇 如圖1 (C)所示具體實施例。吸收層1 300在具約2.5至4.0之 光丄度（OD)之光化波長下不透光。吸收層13⑻厚度約 6〇·(Μ80·0奈米。若吸收層13〇〇係以具較大熄滅係數（k)以外 之材料形成，則其可更薄些。 可以諸如鉻等金屬形成吸收層13〇〇。亦可以諸如鉬、鎢 或相關合金或化合物等耐火金屬形成吸收層1 3 〇〇。亦可採 用其它諸如非晶碳或非晶矽等材料。 吸收層1300可包含特定材料，俾具所期性質。一實例係 在吸收層1300主體中納入特定材料以降低應力，或避免針 孔，或將邊緣崎嶇降至最低。 階梯結構或多層結構係屬可期之吸收層丨3〇〇。一實例係 於吸收層1300之上表面納入其它材料，俾當於晶圓步階器 中採用光罩1020時，在光化波長下可降低反射率至1〇%以 下，因而將閃光或散射光線降至最低。另一實例係將某些 材料納入吸收層1300之下表面處，以改善黏著。吸收層13〇〇 之下表面位於平衡層1200上。在一具體實施例中，吸收層 1^00為位於上表面之亂乳化絡，絡在中央，氧化絡則在下 559893
表面。 在光罩空白1000上，於吸收層1300上施加第一階段光阻 1400’如圖1(d)所示具體實施例。第一階段光阻14〇〇應具高 解析度與良CD線性及良乾蝕刻阻。第一階段光阻丨400厚度 可為約160-640奈米。若期以對輻射之高敏感度增加產量， 則可採用化學放大阻（CAR)。第一階段光阻14〇〇常係電子束 光阻’使得電子束寫入器可用以圖樣化在光阻中之影像。 可選擇系統組態以實現較精細解析度及較高之圖樣保真度 。例如：電子束之向量掃描具4〇-5〇仟電子福特之加速電壓 ，以具10-20仟電子福特之加速電壓之電子束之光柵掃描較 佳。 可於具高電漿密度與低氣壓之平行板反應器中施行反應 離子敍刻（RIE)。乾蝕刻化學物可以氣未基，諸如cl2/〇24 BCI3。在部分情況下，加入諸如H24HCi等輔助氣體具其優 點’因為氫基可清除額外之氣基。若考量於原處清潔，諸 如以氧為之，則可於RIE前移除在在光阻中之影像中之殘留 物。 在RIE中的負载效應可能對|虫刻速率、|虫刻均勻度及敍刻 選擇性造成影響。期望增加|虫刻選擇性，將第一階段光阻 1400之侵蝕降至最低。側壁保護有助於控制蝕刻輪鄭及蝕 刻偏移。可加入氦以增加電漿密度，降低DC偏壓，並增加 對第一階段光阻1400之選擇性。 吸收層1300常在對下方之平衡層12〇〇無顯著蝕刻下蝕刻 。一具體實施例示如圖2(a)。蝕刻優先非等向性，俾於開孔 -10- 559893 ⑹ 1310與1320之側壁產生最垂直之輪廓。在移除第一階段光 阻1400後，以掃描電子顯微鏡（sem)測量蝕刻外型13 10與 1320之 CD。 檢查蝕刻外型之缺陷。缺陷檢查可根據印於光罩（印模對 印模）不同部分上t兩名義上全同之圖樣之比車交，或根據印 於光罩上之圖樣與對應於圖樣（印模對資料庫）之比較為之 。聚焦離子束（FIB)工具，諸如出自Fm c〇mpany之
MiCri〇n-8000EX，可利用實際離子賤鍍或氣體輔助蝕刻 (GAE)修復不透光缺陷。 施行進一步的製程，將180度相移引入傳經相鄰開孔之光 線間。可利用額外製程為之（未圖示）。在一額外製程中，經 由吸收層中開孔沉積諸如旋上玻璃（S〇G)等可穿透層於諸 女熔接一氧化矽或石英等基板上，接著移除在另一開孔中 之可穿透層。 ’ 額外製程易導致在光徑中之材料之光不符，以及在介面 處伴隨之内部損失，故在許多情況下，以減除製程較佳。 在剝除第一階段光阻1400後，施加第二階段光阻丨5〇〇。一 具體實施例示如圖2(b)。第二階段光阻15⑽厚度可為約 3〇0·6〇〇奈米。 第二階段光阻1500常係以雷射寫入器圖樣化之光學光阻 “採用具深紫外（DUV)光之多重光束之光柵掃描。雷射 之外型易於角落圓滑及CD非線性，故常需併入雷射趨 L b正以改善圖樣保真度。雷射寫入一般係以多重途徑為 之俾平均去除對帶邊界、位移線性、邊緣其區及cd均勻 -11 - 559893
度有不利影響之次系統誤差。 將為非相移之開孔13 1〇為第二階段光阻15〇〇所覆蓋。將 為相移之開孔1320未為第二階段光阻15〇〇中暴露與顯影之 較大開孔1525所覆蓋。一具體實施例示如圖2(b)。 在第二階段光阻1500中之較大開孔1525與在吸收層1300 中之蝕刻開孔1320對齊。較大開孔1 525經偏移使得較蝕刻 開孔1320為大，俾容納登記誤差、CD誤差，並覆蓋在微影 與蝕刻中之容忍度。爰在第二階段光阻1 500中之較大開孔 5 2 5 ” |虫亥]開孔1〕2 〇之關係因為在吸收層1 3 〇 〇中之省虫刻開 孔1320邊緣，非因在第二階段光阻15〇〇中之較大開孔mu 邊4而羑彳寸並非非常關鍵，將決定穿圳1 1 h寬度1 1 y。寬 度1 155可由自上而下之SEM測量之。 在暴露與顯影第二階段光阻1 500後即施行RIE，其係以氟 化物為基之化學物為之，諸如CHF3、CF4/He/〇2或SF6/He 此飯刻可於问壓感應耦合電漿（Icp)系統或磁性強化反應 離和I虫刻（MERIE)系統中為之。此|虫刻係非等向性，並於钱 刻開孔中產生一穿圳。穿圳深度對應於在即將傳經蝕刻開 孔1 12d之光線相對於即將傳經未蝕刻開孔η ι〇之光線之 180度相移。 可期採用提議技術於相鄰開孔間產生18〇度相移。提議包 含於數個較小步驟（取代在一大步驟中）中施行製程，使得在 製程中任何空間或暫態非均勻均可為之撫平。特別言之， 稭由減少可能阻礙蝕刻之任何外來材料之衝擊，提議顯著 改善了對穿圳深度之控制，因而改善相移。 •12- 559893
在一具體霄施例中採用三重提議技術。換言之，將經開 孔1320對石英基板11 〇〇之蝕刻分成三個較短姓刻。在提議 技術中各個較短蝕刻產生一相移，一約6〇度之相角。藉由 在第二階段光阻1500中之開孔1525之應用、曝光與顯影進 行各個較短蝕刻。較短蝕刻中的第一個將包含在蝕刻入石 英基板1100前，移除在開孔1320中之平衡層1200。較短蝕 刻中的第二與第三個將僅包含蝕刻較深入於石英基板1丨〇〇 〇 在各較短姓刻後剝除光阻，俾測量相角與強度。姓刻時 間可視需要自測量所得回饋調整之。期使相角在小於2〇度 範圍内’且強度範圍在小於〇·2%範圍内。可以諸如出自
Lasertech Corp.之MPM-248或MPM-193等工具測量相角。並 可利用諸如出自 Carl Zeiss 之 MSM100 Aerial Image Measurement System(AIMS)或 MSM193 AIMS 等工具測量強 度。自數值孔徑（ΝΑ)與部分凝聚選擇之值應與在晶圓步接 器（後續將採用光罩）上之值類似。 在第三次（當採用三重提議技術時）剝除第二階段光阻 1 500後，可利用電漿製程或濕製程清洗基板 1100，並移除 可自b存在之任何非所期薄膜或缺陷。習知等向性濕触刻之 較短或較低侵略性版本亦可用以移除缺陷。 圖2(c)顯示具強度與相位之原處平衡之替代psM1〇2之具 體貫化例。相移開孔1125在基板11 〇〇中具姓刻深度丨145。 對基板1100之蝕刻不足或過度蝕刻均將導致相角誤差。相 移或相角誤差會累加並顯著降低隔離外型之焦點深度 -13- 559893 (D〇F)。但相位誤差對密集外型之D〇F上之效應相對較低。 在基板11〇〇中之蝕刻深度1145及蝕刻開孔1125之側壁輪 廓可藉由以原子力顯微鏡（AFM)測量整體步階高度，並將 吸收層1300厚度與平衡層12〇〇厚度列入考量決定之。側壁 輪廓與垂直之偏差亦可能降低隔離外型之D〇f。 穿圳1125之側壁應平滑，具85-9〇度斜率。蝕刻穿圳1125 之底部表面應平坦且平滑，但在部分情況下，底部表面可 為凹或凸或崎嶇（未圖示）。穿圳1125之底部角路可為圓弧 (未圖示）。在穿圳1125之尺寸與外型中的誤差與不均勻將導 致傳遞光線之強度與相位誤差。 在大部分情況下，在非相移開孔1 3 1 〇中之平衡層丨2〇〇 原封不動。但若有所需，諸如當蝕刻深度丨丨45稍微過淺 或稍微過深時，可期藉由調整補償之，諸如藉由縮減在 非相移開孔1 3 1 0中之平衡層1 200厚度，俾相對於傳經相 移開孔1 125之光線平衡傳經非相移開孔131〇之光線之強 度與相位。 其它具體實施例包含嵌入一中間層（未圖示），充做蝕刻 入石英基板之姑刻阻，但任何附加層均可能增加複雜度並 對光化影像造成影響。除非在製造完成前將其完全移除。 本發明之另一具體實施例包含具傳送與相位之原處平衡 之相移光罩（PSM)。此一光罩可為穿透性或反射性。光罩亦 可採用深紫外（DUV)光或超紫外（EUV)光為之。 本發明之一具體實施例係穿透型之替代相移光罩，如圖3 所示。AUPSM2020具光化波長之光線可穿透之基板21〇〇。 -14- 559893 (ίο) 光化波長係在晶圓步階器中 之光線。 用以選擇性將晶
圓上光阻曝光 常選擇熔接二氧化矽或石 内之光化波長時之基板2100β改，之在二 193_436奈米範3 低氫氧含量之料二氧切或_ 切，諸如 光化波長下使用，諸如約157=t 氧切均可於麵 或者在短光化波長下，諸如約126奈米下可採用諸如氣化
鈣專結晶氟化物。但結晶氟化物常具特定性質，諸如雙折 射、高熱膨脹係數及對化學姓刻具低名虫阻。對任何非所期 性質之補償均可藉由對光學次系統及晶圓步階器系統之適 當設計實現之。 平衡層2200配置於基板21〇〇上。平衡層22⑽可具單層結 構或多層結構。平衡層2200應薄至約諸如3.〇-7〇〇奈米，俾 降低吸收。平衡層2200係可部份傳遞並可相移。傳遞常係 波長之函數，並可以工具測量之，諸如出自n&k Techn〇1〇gy
Inc·之n&k分析儀1280。 除具適當光性質之外，平衡層2200需具化學阻、輻射二 重性，並與下方之基板2100及上方之光罩吸收層2300相容 。相位及傳遞不應受光罩製程、光罩檢查或修理製程，或 光罩清洗製程之顯著影響。平衡層2200可包含諸如氟化鉻 (CrOxFy)、矽氧化锆（ZrSix〇y)或矽氧化鉬（MoSi)等材料。其 它材料包含諸如鋁、鉻、铪、鉬、鎳、鈮、鈕、鈦、鎢或 錯等金屬之氟化物、石夕化物及氣化物。 吸收層2300配置於平衡層2200上。吸收層2300在具約2.5 -15-
559893 至4.0之光密度（〇D)之光化波長下不透光。吸收層23〇〇厚度 約60·0-180·〇奈米。若吸收層23〇〇係以具較大熄滅係數； 以外之材料形成，則其可更薄些。 可以諸如鉻等金屬形成吸收層2300。亦可以諸如鉬、鎢 或相關合金或化合物等耐火金屬形成吸收層23〇〇。吸收層 · 2300亦可為諸如非晶碳或非晶矽等材料。 在一具體實施例中，吸收層2300為鉻。階梯結構或多層 結構係屬可期。例如：包含朝向吸收層23〇〇下表面之氧將 · 可改善下方平衡層2200之黏著。當於晶圓步階器中採用光 罩2020時，包含朝向平衡2200上表面之氧與氮，在光化波 長下可降低反射率至1〇%以下，因而將閃光或散射光線降 至最低。 相移開孔2 12 5包含在基板之第一部中之穿圳。在基板 之第一部中之穿圳具寬度2155與深度2145。相鄰非相移 開孔23 10包含在具寬度2350之基板之第二步上之平衡層 2200。在一具體實施例中，在基板之第二部中不具穿圳 。在另一具體實施例中，在基板之第二部中具有淺穿圳（ ® 未圖示）。 ， 相移開孔2125及非相移開孔2310為吸收層2300之窄帶 23 5 5隔離。在部分情況下，兩開孔間可不具（未圖示）窄帶 2 3 5 5。尤其當開孔非常小時’可採用相位邊緣光罩。 深度2 145對應於傳經相移開孔2 125與非相移開孔23 1 〇間 之可穿透基板2 10 0之光線之光fe長度差。1 8 〇度相移所期範 圍低於2.0度。當可穿透基板2100為石英且週遭為空氣時， -16- 559893
(12) 深度2 145大小約與照明波長相同。 在一晶圓步階器中，投射鏡之數值孔徑（NA)及暴露光線 之部分凝聚將決定在穿圳2125邊緣處之吸收層2300周圍之 繞射。晶圓步階器一般具0.45至0.80之NA，及0.30至0.90 之部分凝聚。因此，經過可穿透基板21〇〇之光徑長度中最 佳差可隨穿圳深度2145及穿圳寬度2155而變。 穿圳2125之側壁應平滑，斜率為85-90度。蝕刻穿圳2125 之底部表面應平坦且平滑，但在部分情況下，底部表面可 為凹或凸或崎嶇（未圖示）。穿圳2125之底部角路可為圓弧 (未圖示）。在穿圳2125之尺寸與外型中的誤差與不均勻將導 致傳遞光線之強度與相位誤差。 在另一具體實施例中，可將特定中間或嵌入層（未圖示）配 置於吸收層2300與平衡層2200間。中間或遷入層（未圖示）亦 可配置於平衡層2200與基板2100間。 可將光趨近修正（OPC)納入本發明之申請專利範圍之光 罩2020中。OPC包含CD之偏移，俾補償印刷偏移及蝕刻偏 移。利用具OPC之PSM常有助於反覆模擬造成之光化影像 。亦有助於合併本發明之申請專利範圍之光罩2〇2〇與離軸 照明（OAI)，俾強化特定類型之外型及佈局。 以上已提出許多具體實施例及多項細節，俾對本發明通 盤瞭解。熟悉此技藝者將瞭解在一具體實施例中的許多特 徵均適用於其它具體實施例。熟悉此技藝者亦將瞭解製作 此處所述特定材料、製程、尺寸、濃度等之各種等效替代 之能力。瞭解本發明之細部描述僅係供闡釋之用，非以之 -17- 559893 (13) 為限，其中本發明之範疇應以下列申請專利範圍律定。 爰已描述具強度及相位之原處平衡之相移光罩（PSM)及 形成此PSM之方法。 圖式代表符號說明 1020 光罩 1100 基板 1125 穿圳 1145 深度 1155 寬度 1200 平衡層 1300 吸收層 1310 開孔 1320 開孔 1400 第一階段光阻 1410 非相移開孔 1420 相移開孔 1500 第二階段光阻 1525 開孔 2020 替代相移光罩 2100 基板
-18- 559893 (η) 2125 相移開孔 2145 深度 2155 寬度 2200 平衡層 2300 吸收層 2310 非相移開孔 2355 窄帶 -19-
Claims (1)
- 第091121333號專利申請案 中文申请專利範圍替換本(92年8月、 拾、申請專利範圍 1β 一種光罩形成之方法，其包括： 提供一基板，該基板具一第一厚度； 自該基板上形成一平衡層，該平衡層具一第二厚度； 在該平衡層上形成一吸收層，該吸收層具一第一區， 其與一第二區為一第三區所隔離； 移除在該第一區與該第二區中之該吸收層； 移除在該第二區中之該平衡層；及 縮減在該第二區中之該基板至一第三厚度。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中該基板包括石英。 3.如申請專利範圍第1項之方法，其中該平衡層包括氟化 鉻。 4·如申晴專利範圍第1項之方法，其中該吸收層包括鉻。 5·如申請專利範圍第1項之方法，其中經該第一區傳送之 光線與經該第二區傳送之光線具18〇度相差。 6·如申請專利範圍第1項之方法，其中經該第一區傳送之 光線與經該第二區傳送之光線強度相符。 7·如申請專利範圍第1項之方法，進一步縮減在該第一區 中之該平衡層至一第四厚度。 8· —種光罩，包括： 一吸收層，該吸收層具一第一開孔及一第二開孔，該 第一開孔掀開一平衡層，其配置於一具一第一厚度之基 板間’及該第二開孔掀開具一第二厚度之該基板。 9.如申請專利範圍第8項之光罩，其中該基板包括石英。 0:\80\80609-920801 DOC\ HYC\ 810·如申請專利範圍第8項之光罩，其中該平衡層包括氟化 鉻。 11 ·如申請專利範圍第8項之光罩，其中該吸收層包括鉻。 12. 如申請專利範圍第8項之光罩，其中經該第一開孔傳送 之光線與經該第二開孔傳送之光線具180度相差。 13. 如申請專利範圍第8項之光罩，其中經該第一開孔傳送 之光線與經該第二開孔傳送之光線強度相符。 14· 一種光罩，包括： 一第一區，該第一區包括一平衡層，其配置於一具一 第一厚度之基板上； 一第二區，其配置與該第一區相鄰，該第二區包括具 一第二厚度之該基板；及 一配置於該第一區與該第二區間之第三區。 15.如申請專利範圍第14項之光罩，其中該第三區包括一窄 條吸收層。 16·如申請專利範圍第14項之光罩，其中該第二厚度小於該 第一厚度。 17. 如申請專利範圍第14項之光罩，其中經該第一區傳送之 光線與經該第二區傳送之光線具18〇度相差。 18. 如申請專利範圍第14項之光罩，其中經該第一區傳送之 光線與經該第二區傳送之光線強度相符。 O:\S0\80609-92080i D〇C\ HYC\
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