TWI585510B - 相移式光罩及其製造方法 - Google Patents

相移式光罩及其製造方法 Download PDF

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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof

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Description

相移式光罩及其製造方法
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移式光罩及其製造方法。
在半導體製程中，微影技術扮演著舉足輕重的角色，無論是在蝕刻、摻雜等製程都需透過微影製程來達成。然而，在微影製程中，曝光的解析度(resolution)是微影品質的重要指標。相移式光罩(phase shift mask，PSM)的微影技術，即是為了獲得較佳的解析度而發展出的一種技術。
即使在使用相移式光罩的情況下，由於孤立區(isolation region)中的圖案較為疏鬆，所以容易產生聚焦深度寬容度(DOF window)不足的問題，進而導致圖案轉移能力不佳。因此，業界發展出一種具有次解析輔助圖案(sub-resolution assistant feature，SRAF)的相移式光罩來解決聚焦深度寬容度不足的問題。
然而，由於次解析輔助圖案的設計受到空間的限制，因此並非光罩上的任意圖案都可以加上次解析輔助圖案來增加聚焦深度寬容度。此外，次解析輔助圖案也存在會產生側葉(side lobe)的問題。
因此，如何進行一步地提升相移式光罩的聚焦深度寬容度仍是目前業界亟待解決的問題。
本發明提供一種相移式光罩，其可具有較大的聚焦深度寬容度。
本發明提供一種相移式光罩的製造方法，其所製作出的相移式光罩可具有較佳的圖案轉移能力。
本發明提出一種相移式光罩，包括基板、相移層與透明層。相移層設置於基板上，且具有開口。透明層設置於開口中。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩中，相移層的材料例如是金屬矽化物、金屬氟化物、金屬矽氧化物、金屬矽氮化物、金屬矽氮氧化物、金屬矽碳氧化物、金屬矽碳氮化物、金屬矽碳氮氧化物、合金薄層、金屬薄層或其組合。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩中，透明層的消光係數例如是0。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩中，透明層的折射率例如是大於1。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩中，透明層例如是具有平坦的表面。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩中，透明層的高度可高於、等於或低於相移層的高度。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩中，透明層的材料例如是交聯材料或二氧化矽。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩中，交聯材料例如是混合有機矽氧烷聚合物(hybrid organic siloxane polymer，HOSP)、甲基矽倍半氧化物(methyl silsesquioxane，MSQ)或氫矽倍半氧化物(hydrogen silsesquioxane，HSQ)。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩中，可用於形成孤立區(isolation region)中的圖案。
本發明提出一種相移式光罩的製造方法，包括下列步驟。在基板上形成相移層，其中相移層具有開口。在開口中形成透明層。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩的製造方法中，透明層的消光係數例如是0。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩的製造方法中，透明層的折射率例如是大於1。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩的製造方法中，透明層的形成方法包括下列步驟。在相移層上形成透明材料層，且透明材料層填入開口中。對位於開口的區域內的透明材料層進行局部照射製程，使得位於開口的區域內的透明材料層的交聯程度大於位於開口的區域外的透明材料層的交聯程度。藉由顯影製程移除未進行局部照射製程的透明材料層。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩的製造方法中，未進行局部照射製程的透明材料層的成份中的鍵結結構例如是籠狀結構，且進行局部照射製程的透明材料層的成份中的鍵結結構例如是網狀結構。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩的製造方法中，局部照射製程例如是電子束照射製程。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩的製造方法中，透明層的形成方法包括下列步驟。在相移層上形成透明材料層，且透明材料層填入開口中。在開口上方的透明材料層上形成圖案化光阻層。移除未被圖案化光阻層所覆蓋的透明材料層。移除圖案化光阻層。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩的製造方法中，更包括在形成圖案化光阻層之前，對透明材料層進行平坦化製程。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩的製造方法中，平坦化製程例如是化學機械研磨製程。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩的製造方法中，在用以形成圖案化光阻層的微影製程中，所進行的曝光製程例如是局部照射製程。
依照本發明的一實施例所述，在上述之相移式光罩的製造方法中，局部照射製程例如是電子束照射製程。
基於上述，在本發明所提出的相移式光罩及其製造方法中，由於透明層設置於相移層的開口中，且透明層可降低曝光光線的衰減幅度，因此相移式光罩可具有較大的聚焦深度寬容度，進而可具有較佳的圖案轉移能力。
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。
圖1為本發明一實施例的相移式光罩的剖面圖。
請參照圖1，相移式光罩100包括基板102、相移層104與透明層106。基板102例如是透明基板。基板102的材料例如是石英。相移式光罩100可用於形成孤立區中的圖案。相較於密集區(dense region)，孤立區中的圖案較為疏鬆。
相移層104設置於基板102上，且具有開口108。開口108的圖案例如是後續製程中用以形成孤立區中的接觸窗開口(contact hole)的圖案。開口108可暴露出基板102。相移層104的材料例如是金屬矽化物、金屬氟化物、金屬矽氧化物、金屬矽氮化物、金屬矽氮氧化物、金屬矽碳氧化物、金屬矽碳氮化物、金屬矽碳氮氧化物、合金薄層、金屬薄層或其組合。相移層412的透光率例如是4 %至20 %。在此實施例中，相移層104的材料是以矽化鉬為例且相移層104的透光率是以6%為例來進行說明。
透明層106設置於開口108中。透明層106可降低曝光光線的衰減幅度，以提高相移式光罩100的聚焦深度寬容度。透明層106的消光係數例如是0(亦即，透光率為100 %)。透明層106的折射率例如是大於1。透明層106例如是具有平坦的表面，以使得透明層106具有更佳的光學特性。透明層106的高度可高於、等於或低於相移層104的高度。在此實施例中，透明層106的高度是以高於相移層104的高度為例來進行說明。透明層106的材料例如是交聯材料或二氧化矽等透明材料。交聯材料例如是混合有機矽氧烷聚合物(HOSP)、甲基矽倍半氧化物(MSQ)或氫矽倍半氧化物(HSQ)。
基於上述實施例可知，在相移式光罩100中，由於透明層106設置於相移層104的開口108中，且透明層106可降低曝光光線的衰減幅度，因此相移式光罩100可具有較大的聚焦深度寬容度，進而可具有較佳的圖案轉移能力。
接著，以圖2A至圖2C的實施例以及圖3A至圖3F的實施例為例來說明相移式光罩100的製造方法，但相移式光罩100的製造方法並不以此為限。
圖2A至圖2C為圖1的相移式光罩的製造流程剖面圖。
請參照圖2A，在基板102上形成相移層104，其中相移層104具有開口108。相移層104的材料與透光率已於圖1的實施例中進行詳盡地說明，故於此不再贅述。相移層104的形成方法例如是化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。開口108的形成方法例如是對相移層104進行圖案化製程。
在相移層104上形成透明材料層106a，且透明材料層106a填入開口108中。在此實施例中，透明材料層106a的材料是以交聯材料為例來進行說明。交聯材料例如是混合有機矽氧烷聚合物(HOSP)、甲基矽倍半氧化物(MSQ)或氫矽倍半氧化物(HSQ)。透明材料層106a的形成方法例如是旋轉塗佈法。
請參照圖2B，對位於開口108的區域內的透明材料層106a進行局部照射製程，而形成透明材料層106b。藉由局部照射製程，可使得位於開口108的區域內的透明材料層106b的交聯程度大於位於開口108的區域外的透明材料層106a的交聯程度。局部照射製程例如是電子束照射製程。
在此實施例中，透明材料層106a的成份中的鍵結結構是以籠狀結構為例來進行說明。在此情況下，在進行局部照射製程之後，未進行局部照射製程的透明材料層106a的成份中的鍵結結構例如是籠狀結構，且進行局部照射製程的透明材料層106b的成份中的鍵結結構例如是網狀結構。
請參照圖2C，藉由顯影製程移除未進行局部照射製程的透明材料層106a，而藉由透明材料層106b在開口108中形成透明層106，以製作出相移式光罩100。透明層106的消光係數例如是0。透明層106的折射率例如是大於1。
詳言之，在進行顯影製程的過程中，可藉由顯影劑移除交聯程度較低的透明材料層106a，而留下交聯程度較高的透明材料層106b。此外，顯影製程所使用的顯影劑會因透明材料層106a的材料而有所不同。舉例來說，當透明材料層106a的材料為混合有機矽氧烷聚合物(HOSP)時，可選擇乙酸丙酯(propyl acetate)作為顯影劑。當透明材料層106a的材料為甲基矽倍半氧化物(MSQ)時，可選擇酒精作為顯影劑。當透明材料層106a的材料為氫矽倍半氧化物(HSQ)時，可選擇氫氧化四甲基銨(TMAH)作為顯影劑。
基於上述實施例可知，藉由上述方法可簡易地製作出相移式光罩100，且藉由將透明層106設置於相移層104的開口108中，能降低曝光光線的衰減幅度，因此可使得相移式光罩100具有較大的聚焦深度寬容度，進而可具有較佳的圖案轉移能力。
圖3A至圖3D為圖1的相移式光罩的另一種製造流程剖面圖。
請參照圖3A，在基板102上形成相移層104，其中相移層104具有開口108。相移層104的材料與透光率已於圖1的實施例中進行詳盡地說明，故於此不再贅述。相移層104的形成方法例如是化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。開口108的形成方法例如是對相移層104進行圖案化製程。
在相移層104上形成透明材料層106c，且透明材料層106c填入開口108中。透明材料層106c的材料例如是二氧化矽等透明材料。透明材料層106c的形成方法例如是化學氣相沉積法或旋轉塗佈法。在此實施例中，透明材料層106c的材料是以二氧化矽為例且形成方法是以化學氣相沉積法為例來進行說明。
請參照圖3B，可選擇性地對透明材料層106c進行平坦化製程，藉此可使得透明材料層106c具有平坦的表面。平坦化製程例如是化學機械研磨製程。
請參照圖3C，在開口108上方的透明材料層106c上形成圖案化光阻層110。圖案化光阻層110的材料可為正光阻材料或負光阻材料。圖案化光阻層110例如是藉由進行微影製程而形成。在用以形成圖案化光阻層的微影製程中，所進行的曝光製程例如是局部照射製程。局部照射製程例如是電子束照射製程。此外，所屬技術領域具有通常知識者可基於光阻材料的選擇(如，正光阻材料或負光阻材料)，而對應調整局部照射製程所照射的區域，故於此不再贅述。
請參照圖3D，移除未被圖案化光阻層110所覆蓋的透明材料層106c，而在開口108中形成透明層106。透明層106的消光係數例如是0。透明層106的折射率例如是大於1。未被圖案化光阻層110所覆蓋的透明材料層106c的移除方法例如是乾式蝕刻法。
移除圖案化光阻層110，以製作出相移式光罩100。圖案化光阻層110的移除方法例如是乾式去光阻法或濕式去光阻法。
基於上述實施例可知，藉由上述方法可簡易地製作出相移式光罩100，且藉由將透明層106設置於相移層104的開口108中，能降低曝光光線的衰減幅度，因此可使得相移式光罩100具有較大的聚焦深度寬容度，進而可具有較佳的圖案轉移能力。
綜上所述，在上述實施例所提出的相移式光罩及其製造方法中，可藉由設置於相移層的開口中的透明層來降低曝光光線的衰減幅度，以提高相移式光罩的聚焦深度寬容度，進而可提升圖案轉移能力。
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。
100‧‧‧相移式光罩
102‧‧‧基板
104‧‧‧相移層
106‧‧‧透明層
106a、106b、106c‧‧‧透明材料層
108‧‧‧開口
110‧‧‧圖案化光阻層
圖1為本發明一實施例的相移式光罩的剖面圖。 圖2A至圖2C為圖1的相移式光罩的製造流程剖面圖。 圖3A至圖3D為圖1的相移式光罩的另一種製造流程剖面圖。
100‧‧‧相移式光罩
102‧‧‧基板
104‧‧‧相移層
106‧‧‧透明層
108‧‧‧開口

Claims (12)

  1. 一種相移式光罩，包括：一基板；一相移層，設置於該基板上，且具有一開口；以及一透明層，設置於該開口中，其中該透明層的材料包括一交聯材料，且該交聯材料包括混合有機矽氧烷聚合物、甲基矽倍半氧化物或氫矽倍半氧化物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的相移式光罩，其中該相移層的材料包括金屬矽化物、金屬氟化物、金屬矽氧化物、金屬矽氮化物、金屬矽氮氧化物、金屬矽碳氧化物、金屬矽碳氮化物、金屬矽碳氮氧化物、合金薄層、金屬薄層或其組合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的相移式光罩，其中該透明層的消光係數為0。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的相移式光罩，其中該透明層的折射率大於1。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的相移式光罩，其中該透明層具有平坦的表面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的相移式光罩，其中該透明層的高度高於、等於或低於該相移層的高度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的相移式光罩，其用於形成孤立區中的圖案。
  8. 一種相移式光罩的製造方法，包括： 在一基板上形成一相移層，其中該相移層具有一開口；以及在該開口中形成一透明層，其中該透明層的形成方法包括：在該相移層上形成一透明材料層，且該透明材料層填入該開口中；對位於該開口的區域內的該透明材料層進行一局部照射製程，使得位於該開口的區域內的該透明材料層的交聯程度大於位於該開口的區域外的該透明材料層的交聯程度；以及藉由顯影製程移除未進行該局部照射製程的該透明材料層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的相移式光罩的製造方法，其中該透明層的消光係數為0。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的相移式光罩的製造方法，其中該透明層的折射率大於1。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的相移式光罩的製造方法，其中未進行該局部照射製程的該透明材料層的成份中的鍵結結構為籠狀結構，且進行該局部照射製程的該透明材料層的成份中的鍵結結構為網狀結構。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的相移式光罩的製造方法，其中該局部照射製程包括電子束照射製程。
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