專利名稱：無鉻相移掩膜及使用該掩膜的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造設(shè)備，特別是涉及一種光刻(Lithography)制造過程中所使用的無鉻相移掩膜(ChromelessPSM)，其可獲得較佳的線寬控制。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工業(yè)中，光阻圖案的制作是利用光刻曝光工具如步進(jìn)機(jī)或是掃描機(jī)，在感光材料上曝光以定義出所需的圖案。其步驟是首先在半導(dǎo)體基底上涂布一層光阻層之后，利用曝光工具將掩膜上的圖案投影至光阻層，然后將光阻層曝光的部分使用顯影劑進(jìn)行顯影，使光阻層顯現(xiàn)出掩膜上的圖案。之后利用此圖案化的光阻層為罩幕，進(jìn)行后續(xù)的蝕刻或是離子注入的工藝。
掩膜一般以透明平板為基底，在平板上形成不透明的線路來定義所需的圖案。透明平板一般由石英構(gòu)成，不透明線路則通過蝕刻鉻(Chrome)層定義出所需的電路圖案。以輻射光源發(fā)出的入射光照射掩膜，經(jīng)過掩膜的圖案遮蔽以及光繞射形成圖像，并且經(jīng)過投影系統(tǒng)將虛擬圖像投射在光阻層上。關(guān)于曝光技術(shù)其更進(jìn)一步說明可參考pages274-276ofVLSITechnologyeditedbyS.M.Sze(1983)。
然而，因?yàn)榘雽?dǎo)體組件的復(fù)雜度提高，相對地增加掩膜圖案的復(fù)雜度，使掩膜上的圖案更加密集，不透光區(qū)域之間的距離更加縮短，導(dǎo)致數(shù)值孔徑(NumericalAperture)降低。當(dāng)數(shù)值孔徑減小，光穿透掩膜圖案時(shí)，會發(fā)生光繞射現(xiàn)象，這使得傳統(tǒng)光光刻技術(shù)無法提高。
隨著半導(dǎo)體尺寸的縮小，單位面積制作的組件數(shù)增加，制作半導(dǎo)體組件所需的平均成本逐漸降低，且亦增加生產(chǎn)效能。為了制作出更小的尺寸，需要更有用的曝光工具來獲得更高的分辨率與更深的聚焦深度。對于給定波長的固定光源，如何提高分辨率與聚焦深度便是一個(gè)相當(dāng)困難的課題。
在眾多解決方法之中，其中之一即是使用相移掩膜(Phaseshiftingmask，PSM)。PSM利用相位移組件將入射光的相位延遲180度，相反于原來的入射光的相位。使穿透相位移組件的入射光與鄰近的掩膜組件的入射光形成破壞性干涉，借此改善聚焦深度的限制。
在PSM之中，其中一種為無鉻相移掩膜(ClomelessPSM)，其掩膜上未使用不透光的鉻層，用來取代傳統(tǒng)具有鉻層圖案的掩膜。在無鉻相移掩膜中，通過相移層的光線受到相移層的影響而改變其波長，使入射光線的相位因?yàn)檠舆t而位移。相位位移通常通過使用不同厚度或是不同折射率的透光層來達(dá)成。無鉻相移掩膜通過結(jié)合相鄰的相移光線與未相移光線，在透光層與相移層相鄰區(qū)域形成破壞性干涉，來形成導(dǎo)線圖案，并且借此改善分辨率與聚焦深度。
請參照圖1，其是傳統(tǒng)無鉻相移掩膜的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。無鉻相移掩膜10利用厚度差異形成相移層來改變?nèi)肷涔獾南辔?。一般，此型無鉻相移掩膜10由石英所構(gòu)成，其中具有透光區(qū)12，以及鄰近的相移區(qū)14。相移區(qū)14的厚度大于透光區(qū)12，并且將射入相移區(qū)14的入射光的相位延遲180度。在透光區(qū)12與相移區(qū)14相鄰的邊界16形成直角，利用透過相移層14與透光層12的光線形成破壞性干涉，即可在邊界16處形成狹小的線寬，而且不會有繞射現(xiàn)象的問題產(chǎn)生。
然而，每一曝光機(jī)臺僅能使用一種固定波長的光源，因此傳統(tǒng)的無鉻相移掩膜只可曝出固定的最小線寬，對于某些特定的產(chǎn)品，例如邏輯電路產(chǎn)品，可能需要設(shè)計(jì)不同寬度的導(dǎo)線，尤其是在等值線(iso-line)部分，傳統(tǒng)的無鉻相移掩膜便無法達(dá)到同時(shí)提供不同線寬的需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種無鉻相移掩膜，其可自由提供各種不同的線寬，尤其是適用于等值線的線寬控制。
本發(fā)明的另一目的是提供一種晶片光刻曝光設(shè)備，該設(shè)備是使用本發(fā)明無鉻相移掩膜。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種無鉻相移掩膜，其包括一透光區(qū)、一相移區(qū)與一線寬控制區(qū)。其中，透光區(qū)是用以透射一入射光。相移區(qū)是用以透射入射光，使穿透相移區(qū)的入射光的相位延遲180度。線寬控制區(qū)位于透光區(qū)與相移區(qū)之間，其為一漸層相移區(qū)，使入射該線寬控制區(qū)的該入射光形成破壞性干涉。
本發(fā)明還提供另一種無鉻相移掩膜，其包括一基底透光層，用以透射一入射光；一相移層，位于基底透光層上，用以將入射相移層的入射光的相位延遲180度；一線寬控制層，位于基底透光層上且位于相移層的邊緣，為一傾斜的相移材料層，由相移層的邊緣向基底透光層漸薄，其使入射線寬控制層的入射光形成破壞性干涉。
本發(fā)明還提供一種晶片光刻曝光設(shè)備，至少包括一發(fā)光系統(tǒng)，用以發(fā)射一入射光；一無鉻相移掩膜，將部分入射光遮蔽，借以形成一掩膜圖像；以及一投影系統(tǒng)，將掩膜圖像投影在具有一感光材料層的晶片上。其中，無鉻相移掩膜包括一透光區(qū)，用以透射入射光；一相移區(qū)，用以透射入射光，使穿透相移區(qū)的入射光的相位延遲180度；以及一線寬控制區(qū)，位于透光區(qū)與相移區(qū)之間，其為一漸層相移區(qū)，使入射線寬控制區(qū)的入射光形成破壞性干涉，減弱透射線寬控制區(qū)的入射光的強(qiáng)度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于本發(fā)明在透光區(qū)與相移區(qū)之間形成線寬控制區(qū)，其為傾斜的相移層結(jié)構(gòu)，由相移區(qū)的邊緣向透光區(qū)逐漸變薄，使入射線寬控制區(qū)的入射光形成破壞性干涉，減弱入射光的強(qiáng)度，因此可以自由控制不曝光區(qū)域的線寬，不會因?yàn)槿肷涔獠ㄩL固定而受到限制。本發(fā)明的無鉻相移掩膜可由石英構(gòu)成，通過控制線寬控制區(qū)的寬度可以自由控制不曝光區(qū)域的線寬，尤其是用于等值線的線寬控制，可借此增進(jìn)電路設(shè)計(jì)時(shí)的彈性。且由于設(shè)置了線寬控制區(qū)，而可任意調(diào)整線寬，以滿足不同的需求。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明圖1為現(xiàn)有一種無鉻相移掩膜的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2a為本發(fā)明的無鉻相移掩膜的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2b是本發(fā)明的無鉻相移掩膜的透射函數(shù)圖；圖2c是本發(fā)明的無鉻相移掩膜的透射光的電場分布圖；圖2d是本發(fā)明的無鉻相移掩膜的透射光的強(qiáng)度分布圖；以及圖3是本發(fā)明的光刻曝光設(shè)備。
圖中符號說明10掩膜 12透光區(qū)14相移區(qū)16邊界
100 發(fā)光系統(tǒng) 110掩膜112 基底透光層 114線寬控制層116 相移層 120投影系統(tǒng)130 晶片 132感光材料層142、146亮區(qū) 144暗區(qū)202、204、206入射光302 透光區(qū) 304線寬控制區(qū)306 相移區(qū) d寬度α 夾角 w線寬具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種無鉻相移掩膜，在透光區(qū)與相移區(qū)之間形成具有傾斜結(jié)構(gòu)的線寬控制區(qū)，其可使入射此線寬控制區(qū)的入射光形成破壞性干涉，減弱透射線寬控制區(qū)的入射光的強(qiáng)度。本發(fā)明可通過控制線寬控制區(qū)的寬度，自由控制光阻層上不曝光區(qū)域的線寬，尤其是對于等值線的線寬的控制，可借此增進(jìn)電路設(shè)計(jì)時(shí)的彈性。
請參照圖2a，其是本發(fā)明的無鉻相移掩膜(ChromelessPSM)的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。本發(fā)明的無鉻相移掩膜110包括基底透光層112，其由高透光的材質(zhì)所構(gòu)層，例如石英，用來透射入射光。在基底透光層112上具有一層相移層116，用來透射入射光，并且將透射相移層116的入射光的相位(phase)延遲，一般均為延遲180度，使透射光與入射光的相位相反。在基底透光層112上且在相移層116的邊緣具有線寬控制層114，其為具有傾斜結(jié)構(gòu)的相移材料層，其傾斜方向由相移層116的邊緣橫向延伸逐漸變薄，即是向基底透光層112處逐漸變薄。所形成的線寬控制層114的寬度為d，其與垂直軸的夾角為α，本發(fā)明通過控制線寬控制層114的寬度d，可以自由控制光阻層上所欲形成的導(dǎo)線寬度。本發(fā)明在此舉例的相移層116與線寬控制層114所使用的材質(zhì)亦為石英，其利用厚度差異的技巧來達(dá)到相移的目的。當(dāng)然，本發(fā)明的相移層116與線寬控制層114亦可使用其它相移材料，利用折射率差異來達(dá)到相移的目的。
從縱向角度來看，本發(fā)明的無鉻相移掩膜110中包括透光區(qū)302、相移區(qū)306以及位于透光區(qū)302與相移區(qū)306之間的線寬控制區(qū)304。其中，透光區(qū)302是用來透射入射光，而相移區(qū)306是用來透射入射光，并且使穿透相移區(qū)306的入射光的相位延遲，一般延遲180度。在透光區(qū)302與相移區(qū)306之間的線寬控制區(qū)304為一漸層的相移區(qū)，通過光干涉效應(yīng)，使入射線寬控制區(qū)304的入射光形成破壞性干涉，減弱穿過線寬控制區(qū)304的光線強(qiáng)度。
請參照圖2b，其是本發(fā)明的無鉻相移掩膜的透射函數(shù)圖。在透光區(qū)302的入射光完全透射透光區(qū)302的石英層，且相位均未改變，其透射函數(shù)值為1。相對地，透射相移區(qū)306的入射光其相位延遲180度，與原有入射光的相位相反，因此其透射函數(shù)值為-1。穿透在透光區(qū)302與相移區(qū)306之間的線寬控制區(qū)304的入射光，因?yàn)榫€寬控制區(qū)304的傾斜結(jié)構(gòu)，其透射函數(shù)值在1與-1之間呈線性分布，如圖2b所示。入射光在穿過本發(fā)明的無鉻相移掩膜110之后，其電場分布圖如圖2c所示。在透光區(qū)302的電場為正值，相對地在相移層306的電場為負(fù)值，在線寬控制區(qū)304的電場則在透光區(qū)302與相移層306之間呈現(xiàn)線性分布。請參照圖2d，其是透射光的強(qiáng)度分布圖。透射光的強(qiáng)度與電場的平方成正比，所以在透光區(qū)302與相移區(qū)306的透射光的強(qiáng)度均與入射光相同，但是在線寬控制區(qū)304的透射光，因?yàn)橥干涔馀c相移透射光形成破壞性干涉，因此在線寬控制區(qū)304的透射光的強(qiáng)度迅速減少，甚至到無。通過控制線寬控制區(qū)304的寬度d，并且配合適當(dāng)?shù)墓庾?，即可借此控制光阻層上不曝光區(qū)域的線寬，不會受到傳統(tǒng)無鉻相移掩膜有固定線寬的限制。因此本發(fā)明的無鉻相移掩膜可以在電路設(shè)計(jì)上提供彈性且方便的設(shè)計(jì)工具，使電路設(shè)計(jì)更加便利。本發(fā)明的線寬控制層114較適用于等值線(iso-line)，尤其在某些電路中容易出現(xiàn)，例如邏輯電路。在等值線的周緣約2-3倍的距離內(nèi)均不會出現(xiàn)其它的線路，因此不易與周緣的線路形成干涉，影響線寬控制區(qū)304的曝光效果。
請參照圖3，其是本發(fā)明的光刻曝光裝置，其中無鉻相移示掩膜的中具有線寬控制區(qū)。本發(fā)明的光刻曝光裝置包括發(fā)光系統(tǒng)100，用來發(fā)射入射光202。發(fā)光系統(tǒng)100可為傳統(tǒng)的發(fā)光源，所發(fā)出的入射光202的波長包括436nm、365nm，以及目前常用的波長248nm，甚至是193nm。發(fā)光系統(tǒng)100發(fā)出入射光202照射本發(fā)明的無鉻相移掩膜110，通過在線寬控制區(qū)304形成破壞性干涉，減弱入射光202強(qiáng)度，來遮蔽部分的入射光202，借以形成所需的掩膜圖案。如圖中所示，在透光區(qū)302的入射光202完全穿透掩膜110，其相位不變而成入射光204。在相移區(qū)306的入射光202，穿透掩膜110之后，其相位延遲180度而成為入射光206。在線寬控制區(qū)304的入射光202則因?yàn)楣馄茐男愿缮娑鴾p弱，甚至無法穿過掩膜110。
透射掩膜110之后的光線形成虛擬的掩膜圖像，經(jīng)過投影系統(tǒng)120的投射，在晶片130上的感光材料層132形成圖案。感光材料層132為具有光活性化合物(PAC)的材料層，以作為光阻層，在后續(xù)的蝕刻或離子注入工藝中作為罩幕。感光材料層132較佳是以正光阻材料所構(gòu)成。由于在透光區(qū)302與相移區(qū)306的入射光204、206維持原有的光線強(qiáng)度，因此在感光材料層132上形成亮區(qū)142、146(即曝光區(qū)域)。在線寬控制區(qū)304因?yàn)楣馄茐男愿缮娑鴾p弱，在感光材料層132上形成暗區(qū)144(即不曝光區(qū)域)，借此可形成所需的光阻圖案。由于線寬控制區(qū)304的邊緣亦會形成干涉，因此暗區(qū)144的寬度w會略大于線寬控制區(qū)304的寬度d。本發(fā)明通過控制線寬控制區(qū)304的寬度d，可自由調(diào)整在感光材料層132上導(dǎo)線的線寬w(即暗區(qū)的寬度)。以波長248nm的光源為例，可在感光材料層132上同時(shí)曝出各種不同線寬的導(dǎo)線，例如70nm、100nm或是150nm，甚至是250nm。至于后續(xù)的顯影等處理步驟皆為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)，因此不再贅述。
綜上所述，使用本發(fā)明的無鉻相移掩膜可同時(shí)在感光材料層上同時(shí)形成多種不同線寬的導(dǎo)線圖案，以滿足電路設(shè)計(jì)上的不同需求，借此可增進(jìn)電路設(shè)計(jì)上的彈性。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無鉻相移掩膜，包括一透光區(qū)，用以透射一入射光；一相移區(qū)，用以透射該入射光，使穿透該相移區(qū)的該入射光的相位延遲180度；以及一線寬控制區(qū)，位于該透光區(qū)與該相移區(qū)之間，其為一漸層相移區(qū)，使入射該線寬控制區(qū)的該入射光形成破壞性干涉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩膜，其特征在于該入射光的波長包括248nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩膜，其特征在于該透光區(qū)包括使用一石英層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩膜，其特征在于該相移區(qū)包括使用一石英層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩膜，其特征在于該線寬控制區(qū)包括使用表面傾斜的一石英層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩膜，其特征在于該線寬控制區(qū)具有一寬度，用以控制不曝光區(qū)域的線寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩膜，其特征在于該線寬控制區(qū)包括適用于等值線的制作。
8.一種無鉻相移掩膜，包括一基底透光層，用以透射一入射光；一相移層，位于該基底透光層上，用以將入射該相移層的該入射光的相位延遲180度；一線寬控制層，位于該基底透光層上且位于該相移層的邊緣，為一傾斜的相移材料層，由該相移層的邊緣向該基底透光層漸薄，其使入射該線寬控制層的該入射光形成破壞性干涉。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的掩膜，其特征在于該入射光的波長包括248nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的掩膜，其特征在于該底層透光層的材質(zhì)包括石英。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的掩膜，其特征在于該相移層的材質(zhì)包括石英。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的掩膜，其特征在于該線寬控制層的材質(zhì)包括石英。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的掩膜，其特征在于該線寬控制層具有一寬度，用以控制不曝光區(qū)域的線寬。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的掩膜，其特征在于該線寬控制層包括適用于等值線的制作。
15.一種晶片光刻曝光設(shè)備，至少包括一發(fā)光系統(tǒng)，用以發(fā)射一入射光；一無鉻相移掩膜，將部分該入射光遮蔽，借以形成一掩膜圖像；以及一投影系統(tǒng)，將該掩膜圖像投影在具有一感光材料層的晶片上；其中，該無鉻相移掩膜包括一透光區(qū)，用以透射該入射光；一相移區(qū)，用以透射該入射光，使穿透該相移區(qū)的該入射光的相位延遲180度；以及一線寬控制區(qū)，位于該透光區(qū)與該相移區(qū)之間，其為一漸層相移區(qū)，使入射該線寬控制區(qū)的該入射光形成破壞性干涉，減弱透射該線寬控制區(qū)的該入射光的強(qiáng)度。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于該入射光的波長包括248nm。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于該掩膜圖像至少包括一等值線。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于該透光區(qū)包括使用一石英層。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于該相移區(qū)包括使用一石英層。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于該線寬控制區(qū)包括使用表面傾斜的一石英層。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于該線寬控制區(qū)具有一寬度，用以控制不曝光區(qū)域的線寬。
全文摘要
一種無鉻相移掩膜，在透光區(qū)與相移區(qū)之間形成線寬控制區(qū)，其為傾斜的相移層結(jié)構(gòu)，由相移區(qū)的邊緣向透光區(qū)逐漸變薄，使入射線寬控制區(qū)的入射光形成破壞性干涉，減弱入射光的強(qiáng)度，借此可以自由控制不曝光區(qū)域的線寬，不會因?yàn)槿肷涔獠ㄩL固定而受到限制。此線寬控制區(qū)尤其適用于等值線的制作。
文檔編號G03F1/26GK1400630SQ0112372
公開日2003年3月5日 申請日期2001年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月26日
發(fā)明者洪齊元 申請人:旺宏電子股份有限公司