TWI567482B - 相位移光罩及其製造方法 - Google Patents

Description

相位移光罩及其製造方法

本發明是有關於一種光罩及其製造方法，且特別是有關於一種相位移光罩及其製造方法。

隨著半導體技術日新月異，動態隨機存取記憶體(DRAM)的技術節點(Technical node)持續向下微縮至38奈米，其關鍵尺寸(Critical Dimension)亦隨著元件縮小而愈來愈接近曝光機台的光學物理極限。因此，如何在現行曝光機台與光罩的條件下，得到最大的微影製程裕度(Process window)將成為未來重要的一門課題。

本發明提供一種高透射率的相位移光罩及其製造方法，其可保留次解析輔助圖案(SRAFs)的功能，且在經過曝光製程與顯影製程後，次解析輔助圖案不會成像在半導體基底上。

本發明提供一種相位移光罩包括：基板、相位移層以及遮蔽層。相位移層位於所述基板上。相位移層的圖案包括主圖案以及次解析輔助圖案。次解析輔助圖案配置於所述主圖案的周圍。所述相位移層具有透射率，所述透射率大於6%。遮蔽層至少覆蓋所述相位移層的所述次解析輔助圖案。

在本發明的一實施例中，所述次解析輔助圖案的線寬介於10nm至30nm之間。

在本發明的一實施例中，所述相位移層的所述透射率介於18%至30%之間。

在本發明的一實施例中，所述相位移層具有相位移，所述相位移為180度。

在本發明的一實施例中，所述相位移層的材料包括MoSi、TaSi、WSi、CrSi、NiSi、CoSi、ZrSi、NbSi、TiSi或其組合。

本發明提供一種相位移光罩的製造方法，其步驟如下。於基板上形成相位移層。所述相位移層的圖案包括主圖案與次解析輔助圖案。所述次解析輔助圖案配置於所述主圖案的周圍。於所述相位移層上形成遮蔽層。於所述基板上形成罩幕層，所述罩幕層至少覆蓋所述次解析輔助圖案上的所述遮蔽層。進行蝕刻製程，移除部分所述遮蔽層，以暴露未被所述罩幕層覆蓋的所述相位移層的表面。移除所述罩幕層。

在本發明的一實施例中，所述相位移層具有透射率，所 述透射率大於6%。

在本發明的一實施例中，所述相位移層的所述透射率介於18%至30%之間。

在本發明的一實施例中，所述罩幕層的材料包括光阻、抗反射層或其組合。

在本發明的一實施例中，所述次解析輔助圖案在經過曝光製程與顯影製程後，不會成像於半導體基底上。

基於上述，本發明之遮蔽層至少覆蓋相位移層的次解析輔助圖案上，使得本發明之次解析輔助圖案的透射率趨近於0，且相位移趨近於0度。如此一來，本發明不僅能保留次解析輔助圖案的功能(即增加微影製程裕度)，而且在經過曝光製程與顯影製程後，次解析輔助圖案不會成像在半導體基底上。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧相位移光罩

100‧‧‧基板

102‧‧‧相位移層

102a‧‧‧主圖案(圖案化的相位移層)

102b‧‧‧次解析輔助圖案(圖案化的相位移層)

104、104a、104b、104c‧‧‧遮蔽層

106‧‧‧光阻層

108、108a、108b‧‧‧罩幕層

d‧‧‧距離

圖1A至圖1F為本發明之一實施例的相位移光罩之製造流程剖面示意圖。

圖1A至圖1F為本發明之一實施例的相位移光罩之製造 流程剖面示意圖。

請參照圖1A，本發明提供一種相位移光罩10的製造方法，其步驟如下。於基板100上依序形成相位移層102以及遮蔽層104。基板100可例如是透明基板，透明基板的材料可例如是石英玻璃、聚合物或其他合適的透明材料。在本實施例中，相位移光罩10的圖案比例為欲轉移圖案的4倍，因此，以下相位移光罩10的距離、圖案以及尺寸皆為欲轉移圖案的距離、圖案以及尺寸的4倍。但本發明不限於此，在其他實施例中，相位移光罩10的距離、圖案以及尺寸亦可放大1倍、5倍或10倍不等。

相位移層102具有透射率以及相位移。相位移層102的透射率大於6%，且所述相位移為180度。換言之，假設基板100為透明的，入射光穿透基板100時是完全透射並且不會產生任何相位移。因此，入射光穿透本實施例之相位移層102時，可透射大於6%的入射光且提供180度的相位移。在本實施例中，所述透射率可介於18%至30%之間。相位移層102的材料可例如是MoSi、TaSi、WSi、CrSi、NiSi、CoSi、ZrSi、NbSi、TiSi或其組合，其形成方法可以利用電子射線(EB)蒸鍍法、雷射蒸鍍法、原子層成膜(ALD)法、離子輔助濺鍍法等來形成。在一實施例中，相位移層102的厚度可例如是40nm至100nm。

遮蔽層104的材料可例如是鉻(Chrome，Cr)或鉻化合物(以下亦稱為鉻系材料)等，但本發明不以此為限。遮蔽層104的形成方法可以利用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法等來形 成。在一實施例中，遮蔽層104的厚度可例如是2nm至100nm。

然後，於遮蔽層104上形成圖案化的光阻層106。圖案化的光阻層106可定義出後續製程所形成的相位移層102圖案。相位移層102的圖案包括主圖案102a以及次解析輔助圖案102b(如圖1C所示)。

請參照圖1B，以圖案化的光阻層106當作罩幕，進行蝕刻製程，移除部分相位移層102與部分遮蔽層104，以暴露基板100的表面。所述蝕刻製程可例如是乾式蝕刻製程或是溼式蝕刻製程。在一實施例中，當遮蔽層104的材料為鉻系材料時，可使用硝酸鈰銨及過氯酸的水溶液來進行蝕刻製程。

接著，請參照圖1C，移除圖案化的光阻層106，以於基板100上形成圖案化的相位移層102a、102b以及圖案化的遮蔽層104a、104b。在本實施例中，圖案化的相位移層102a可視為主圖案(以下稱為主圖案102a)，而圖案化的相位移層102b可視為次解析輔助圖案(以下稱為次解析輔助圖案102b)。次解析輔助圖案102b配置於主圖案102a的周圍。所謂次解析輔助圖案是指關鍵尺寸極小的圖案，在經過曝光製程與顯影製程後，不會成像於半導體基底上。在本實施例中，次解析輔助圖案102b的線寬可介於10nm至30nm之間。主圖案102a的線寬可例如是次解析輔助圖案102b的線寬的3倍至20倍。如圖1C所示，遮蔽層104a覆蓋在主圖案102a上；而遮蔽層104b覆蓋在次解析輔助圖案102b上。雖然圖1C中僅繪示一個次解析輔助圖案102b配置於主圖案102a 之間，但本發明不以此為限。在其他實施例中，相位移光罩亦可具有多個次解析輔助圖案102b分別配置於主圖案102a的周圍。

請參照圖1C與圖1D，於基板100上形成罩幕層108。罩幕層108至少覆蓋次解析輔助圖案102b。詳細地說，罩幕層108a覆蓋遮蔽層104b的頂面、側面、次解析輔助圖案102b的側面以及部分基板100的表面；而罩幕層108b覆蓋部分遮蔽層104a的頂面。如此一來，罩幕層108a便可保護次解析輔助圖案102b上的遮蔽層104b，以防止後續蝕刻製程移除遮蔽層104b。在本實施例中，罩幕層的材料可例如是光阻、抗反射層或其組合。罩幕層108a的側壁至次解析輔助圖案102b的側壁之間的距離d可介於15nm至35nm。

請參照圖1E與圖1F，以罩幕層108當作罩幕，進行蝕刻製程，移除部分遮蔽層104a，以暴露部分主圖案102a的表面。所述蝕刻製程可例如是乾式蝕刻製程或是溼式蝕刻製程。在一實施例中，當遮蔽層104a的材料為鉻系材料時，可使用硝酸鈰銨及過氯酸的水溶液來進行蝕刻製程。接著，移除罩幕層108，以形成本實施例之相位移光罩10。

請參照圖1F，本實施例之相位移光罩10包括：基板100、圖案化的相位移層102a(即主圖案102a)、圖案化的相位移層102b(即次解析輔助圖案102b)以及遮蔽層104b、104c。圖案化的相位移層102a、102b位於基板100上。由於圖案化的相位移層102a的透射率大於6%，且其相位移為180度，因此，本實施例之相位 移光罩10的光學功能較佳(如下表1所示)。遮蔽層104c覆蓋部分圖案化的相位移層102a(以下稱為主圖案102a)，而遮蔽層104b至少覆蓋圖案化的相位移層102b(以下稱為次解析輔助圖案102b)。次解析輔助圖案102b配置於主圖案102a的周圍，其可增加微影製程裕度(如下表2所示)。另外，由於本實施例之不透光的遮蔽層104b至少覆蓋次解析輔助圖案102b，其使得次解析輔助圖案102b的透射率趨近於0，且相位移趨近於0度。所以，入射光便無法穿透次解析輔助圖案102b，且不會產生任何相位移。因此，在經過曝光製程與顯影製程後，次解析輔助圖案102b並不會成像在半導體基底上(如下表2、表3所示)。

〈光學模擬實驗〉

為了證明本發明的可實現性，下文將舉實例以更具體地描述本發明。雖然描述了以下模擬實驗，但是在不逾越本發明範疇的情況下，可適當改變所採用的材料、比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應根據下文所述的模擬實驗對本發明作出限制性的解釋。

請參照表1，相較於現行6%透射率相位移光罩(attenuated Phase Shift Mask，attPSM)，20%透射率相位移光罩在對比度(Contrast)、光罩誤差因子(MEEF)以及聚焦深度(DOF)(亦可視為製程裕度)的表現較佳。同理可證，由於本實施例之圖案化的相位移層102a的透射率大於6%，所以，其對比度、光罩誤差因子以及聚焦深度亦比現行6%透射率相位移光罩為佳。

實例1

在實例1中，是在其光罩的次解析輔助圖案(SRAFs)上覆蓋遮蔽層，使得實例1的次解析輔助圖案的透射率趨近於0，且相位移趨近於0度。接著，再以實例1之光罩進行模擬的曝光製程與顯影製程。

比較例1

在比較例1中，其光罩的次解析輔助圖案上未覆蓋遮蔽層，使得比較例1上的次解析輔助圖案的透射率約為20%，且相位移約為180度。接著，再以比較例1之光罩進行模擬的曝光製程與顯影製程。

比較例2

比較例2的光罩上則是不具有次解析輔助圖案。接著，再以比較例2之光罩進行模擬的曝光製程與顯影製程。

由表2可知，在經過模擬的曝光製程與顯影製程後，比較例1之次解析輔助圖案會成像在半導體基底上；而實例1之次解析輔助圖案則不會成像在半導體基底上。雖然比較例2沒有次解析輔助圖案成像在半導體基底上的問題，但比較例2的聚焦深度小於實例1的聚焦深度。換言之，比較例2的製程裕度小於實例1的製程裕度。

實例2

在實例2中，是在其光罩的次解析輔助圖案上覆蓋遮蔽層，使得實例2的次解析輔助圖案的透射率趨近於0，且相位移趨近於0度，且實例2的次解析輔助圖案的線寬為20nm。接著，再以實例2之光罩分別進行最佳焦點以及離焦(Defocus)0.06μm的模擬的曝光製程與顯影製程。

比較例3

在比較例3中，其光罩的次解析輔助圖案上未覆蓋遮蔽層，使得比較例3上的次解析輔助圖案的透射率約為20%，且相位移約為180度，且比較例3的次解析輔助圖案的線寬為16nm。接著，再以比較例3之光罩分別進行最佳焦點以及離焦0.06μm的模擬的曝光製程與顯影製程。

由表3可知，在經過最佳焦點的曝光製程與顯影製程後，實例2以及比較例3的次解析輔助圖案皆不會成像在半導體基底上。但在經過離焦0.06μm(即接近實際曝光製程)的曝光製程與顯影製程後，比較例3之次解析輔助圖案會成像在半導體基底上；而實例2之次解析輔助圖案仍不會成像在半導體基底上。

綜上所述，本發明之遮蔽層至少覆蓋相位移層的次解析輔助圖案上，使得本發明之次解析輔助圖案的透射率趨近於0，且 相位移趨近於0度。如此一來，本發明不僅能保留次解析輔助圖案的功能(即增加微影製程裕度)，而且在經過曝光製程與顯影製程後，次解析輔助圖案不會成像在半導體基底上。另外，即便在離焦狀態(即接近實際曝光製程)下進行曝光製程與顯影製程，本發明之次解析輔助圖案仍不會成像在半導體基底上。此外，由於本發明之相位移層的透射率大於6%，因此，相較於現行6%透射率相位移光罩，本實施例之相位移光罩的對比度、光罩誤差因子以及聚焦深度較佳。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧相位移光罩

100‧‧‧基板

102a‧‧‧主圖案

102b‧‧‧次解析輔助圖案

104b、104c‧‧‧遮蔽層

Claims (8)

1. 一種相位移光罩，包括：基板；相位移層，位於所述基板上，所述相位移層的圖案包括：主圖案；以及次解析輔助圖案，配置於所述主圖案的周圍，其中所述相位移層具有透射率，所述透射率大於6%；以及遮蔽層，至少覆蓋所述相位移層的所述次解析輔助圖案，其中所述次解析輔助圖案的線寬介於10nm至30nm之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的相位移光罩，其中所述相位移層的所述透射率介於18%至30%之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述的相位移光罩，其中所述相位移層具有相位移，所述相位移為180度。
4. 如申請專利範圍第1項所述的相位移光罩，其中所述相位移層的材料包括MoSi、TaSi、WSi、CrSi、NiSi、CoSi、ZrSi、NbSi、TiSi或其組合。
5. 一種相位移光罩的製造方法，包括：於基板上形成相位移層，所述相位移層的圖案包括主圖案與次解析輔助圖案，所述次解析輔助圖案配置於所述主圖案的周圍；於所述相位移層上形成遮蔽層；於所述基板上形成罩幕層，所述罩幕層至少覆蓋所述次解析輔助圖案上的所述遮蔽層； 進行蝕刻製程，移除部分所述遮蔽層，以暴露未被所述罩幕層覆蓋的所述相位移層的表面；以及移除所述罩幕層，其中所述次解析輔助圖案在經過曝光製程與顯影製程後，不會成像於半導體基底上。
6. 如申請專利範圍第5項所述的相位移光罩的製造方法，其中所述相位移層具有透射率，所述透射率大於6%。
7. 如申請專利範圍第6項所述的相位移光罩的製造方法，其中所述相位移層的所述透射率介於18%至30%之間。
8. 如申請專利範圍第5項所述的相位移光罩的製造方法，其中所述罩幕層的材料包括光阻、抗反射層或其組合。