專利名稱：具有雙嵌附層的減光型相移光罩及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙嵌附層材料(bi-layer embedded material)及其應(yīng)用，且特別涉及一種具有雙嵌附層的減光型相移光罩(Attenuated Phase-Shifting Mask)及其制作方法。
背景技術(shù)：
減光型相移光罩(Attenuated Phase-Shifting Mask，以下簡稱AttPSM)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易且適用于各式圖案的優(yōu)點，所以為最常被使用的相移光罩之一。
而AttPSM是利用位于光罩上可產(chǎn)生相移效應(yīng)(phase shift)的相移層(shifter)及減光用的吸收層(adsorptive layer)，以達到轉(zhuǎn)移光罩上圖案至晶片上的功能。
傳統(tǒng)的AttPSM，例如圖1a中所示的旋涂玻璃式(Spin-On-Glass；SOG)AttPSM，是利用位于透光的石英基底10上的半透鉻層(half-tone Crlayer)12與位于半透鉻層12上的聚硅氧烷(Polysiloxanes)層14的旋涂玻璃類化合物所制備而成，其中半透鉻層12是作為減光用的吸收層，而聚硅氧烷(Polysiloxanes)層14是作為產(chǎn)生相移效應(yīng)(phase shift)的相移層(shifter)。而此減光型相移光罩由于作為相移層的旋涂玻璃類化合物其形成于光罩上的厚度均一性(uniformity)不佳，且易產(chǎn)生空洞缺陷(void)以及其光學(xué)性質(zhì)易受長時間的光源照射(如紫外光)后而變質(zhì)，故逐漸失去其實用性。
此外，請參照圖1b，蝕刻石英基材10內(nèi)以在石英基底10內(nèi)產(chǎn)生一相移區(qū)14’以作為產(chǎn)生相移效應(yīng)(phase shift)的相移層(shifter)，再搭配形成于石英基材10上的半透鉻層12以作為吸收層的另一式的AttPSM，一般稱之為蝕刻石英式AttPSM。然而，此型AttPSM中的半透鉻層12易產(chǎn)生針眼(pin hole)缺陷，且蝕刻石英基材易產(chǎn)生強烈的光散射而具有破壞解像度的缺點。
近年來，另一型常用的AttPSM為所謂的嵌附式AttPSM，而應(yīng)用于此型AttPSM上的嵌附層(embedded layer)結(jié)構(gòu)，如圖1c中所示的位于石英基材10上的兼具減光用的吸收層(absorptive layer)與相移效應(yīng)的相移層(shifter layer)作用的單層結(jié)構(gòu)的嵌附層16，所以嵌附層也可稱之為吸收相移層(absorptive shifter)，其材質(zhì)隨所應(yīng)用的微影光源波長的不同而有所區(qū)分，而應(yīng)用于光源波長為365納米(nm)與光源波長為248納米(nm)的嵌附層材料例如有(1)氮化硅、氮碳化硅類(SiliconNitride-based，Si-N and SiC-N)；(2)氧化硅鉬、氮氧化硅鉬類(Molybdenum Silicide-based，MoSiO，MOSiON)；(3)氧化鉻、氮氧化鉻、氮氧化碳鉻類(Chromium-based，CrO，CrON and CrCON)等材料。
而當微影程序的光源波長進化到使用波長為193納米(nm)的光源(如ArF光源)，上述的嵌附層材料普遍存在有透射率不足(T％＜15％)及受長時間光源照射所產(chǎn)生的光學(xué)性質(zhì)變質(zhì)的耐化學(xué)性不佳等問題，而無法直接應(yīng)用于光源波長為193nm的微影程序中。
目前為止，應(yīng)用于光源波長為193nm的微影程序中的嵌附層材料的開發(fā)仍為業(yè)界所研究的重點之一。同時，位于光罩上的嵌附層也朝向如雙嵌附層甚至三嵌附層等多層結(jié)構(gòu)發(fā)展，以求增進整體嵌附層的透射率與改善其整體材料的耐化學(xué)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的之一在于提供一種具有高透射率且適用于光源波長為193納米(nm)的雙嵌附層材料以及利用此材料所制備的具有雙嵌附層的減光型相移光罩及此光罩的制作方法。
本發(fā)明的主要目的之二在于提供一種新的具有雙嵌附層的減光型相移光罩，可有效防止光罩在使用過程中與外界產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，增加光罩的使用壽命。
本發(fā)明的主要特征是提出一種新的減光型相移光罩的嵌附層，是由雙層所構(gòu)成，第一層提供主要光學(xué)性質(zhì)(透光嵌附層)，第二層具有良好化學(xué)穩(wěn)定性(穩(wěn)定性嵌附層)，這樣一來，可避免光罩在使用過程(微影程序)中被破壞。
為達上述目的，本發(fā)明的具有雙嵌附層的減光型相移光罩其結(jié)構(gòu)包括一透明基底；一透光性嵌附層，覆蓋于該透明基底上；以及一穩(wěn)定性嵌附層，覆蓋于該透光性嵌附層上。該透光性嵌附層與該穩(wěn)定性嵌附層構(gòu)成一雙嵌附層。其中，所述穩(wěn)定性嵌附層的化學(xué)穩(wěn)定性比透光性嵌附層佳，該雙嵌附層的整體透射率(transmittance；T％)大體為8-15％。
本發(fā)明另一方面還提供了一種具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其步驟包括首先，提供一透明基底。接著，形成一透光性嵌附層覆蓋于該透明基底上。最后，形成一穩(wěn)定性嵌附層覆蓋于該透光性嵌附層上，該透光性嵌附層與該穩(wěn)定性嵌附層構(gòu)成一雙嵌附層，其中所述穩(wěn)定性嵌附層的化學(xué)穩(wěn)定性比透光性嵌附層佳，該雙嵌附層的整體透射率(transmittance；T％)大體為8-15％。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的一種具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，可更包括以下步驟定義所述透光性嵌附層及穩(wěn)定性嵌附層直到露出其下的透明基底，以形成至少一透光區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述的透光性嵌附層與穩(wěn)定性嵌附層的鋁硅氮化合物材料是利用濺鍍法(sputtering)所形成，在一反應(yīng)室內(nèi)部以鋁靶材、硅靶材、氮氣來源以及氬氣來源相互作用而形成。而藉由控制上述濺鍍過程中供應(yīng)至鋁靶材處的一直流電功率(DC power)以及所通入的一氮氣氣體流量即可改變所形成的嵌附層的鋁硅氮化合物的折射率n及消光系數(shù)k。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，可藉由改變所述雙嵌附層中的各層材料的消光系數(shù)k、折射率n及厚度以達到與透明基底產(chǎn)生180°相移效應(yīng)(phaseshift)的功效。


圖1a至圖1c概要顯示傳統(tǒng)的減光型相移光罩。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的另一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的形成雙鑲嵌層材料的濺鍍系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的示意圖。
圖5a與圖5b顯示根據(jù)本發(fā)明的AlSixNy材質(zhì)經(jīng)過化學(xué)溶液清洗前后的成分分析結(jié)果。
圖中符號說明10-3英基底； 12-半透鉻層； 14-聚硅氧烷層； 14’-相移區(qū)；16-嵌附層； 20-透明基底； 22-透光性嵌附層；24-穩(wěn)定性嵌附層；25-透光區(qū)；26-反應(yīng)室； 28-硅靶材；30-鋁靶材； 32-基座； 36-氧氣源； 38-氬氣源；40-直流電源；42-真空泵；44-射頻電源。
具體實施例方式
為讓本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，現(xiàn)配合附圖，并列舉出優(yōu)選實施例，作詳細說明如下以下請配合參照圖2和圖3的光罩剖面圖、圖4的濺鍍裝置示意圖以及圖5、圖6的光學(xué)特性關(guān)系圖，以說明根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的具有雙嵌附層的減光型相移光罩包括一透明基底20、一透光性嵌附層22以及穩(wěn)定性嵌附層24。透光性嵌附層22覆蓋于透明基底20表面，穩(wěn)定性嵌附層24覆蓋于透光性嵌附層22表面。穩(wěn)定性嵌附層24與透光性嵌附層22構(gòu)成一雙嵌附層。透明基底20的材質(zhì)可例如為石英玻璃(quartz)。
透光性嵌附層22的材質(zhì)優(yōu)選為一鋁硅氮化合物，其通式為AlSix1Ny1，其中x1約為0.28-0.45，y1約為0.48-0.66。穩(wěn)定性嵌附層24的材質(zhì)也可為一鋁硅氮化合物，其通式則為AlSix2Ny2，其中x2約為0.18-0.29，y2約為1.02-1.45。
請參照圖3所示，本發(fā)明的具有雙嵌附層的減光型相位移光罩可利用傳統(tǒng)的光罩制作過程定義上述的雙嵌附層直到露出透明基底20，以形成一透光區(qū)25，以應(yīng)用于半導(dǎo)體工藝中量產(chǎn)光罩制作。而由透光性嵌附層22與穩(wěn)定性嵌附層24所構(gòu)成的雙嵌附層即為一具有減光功效的半透明相位移層，雙嵌附層與透明基底20間具有180°的相位差(phase shift)。
接下來，請參照圖4的形成透光性嵌附層22以及穩(wěn)定性嵌附層24的濺鍍系統(tǒng)(sputtering system)示意圖，說明形成本發(fā)明的形成雙嵌附層的工藝。本發(fā)明的雙嵌附層是藉由濺鍍法(sputter)所形成，濺鍍系統(tǒng)包括有一反應(yīng)室26，其內(nèi)含有一鋁靶材(Al target)30及一硅靶材(Sitarget)28。接著提供一透明基底20，并將此透明基底20置于一接地的基座32上。此外更包括有一連接于鋁靶材30并接地的直流電源(DC powersupply)40，以及一與硅靶材28連接并接地的射頻(radio frequency powersupply；RF power supply)電源44。此外，并利用一真空泵42以控制濺鍍過程中此反應(yīng)室26的壓力，而另外一氮氣源36以及一氬氣源38則連接于反應(yīng)室26的另一側(cè)，以提供濺鍍過程中所需的氮氣(N2)及氬氣(Ar)。
于形成透光性嵌附層22的濺鍍過程中，是藉由直流電源40供應(yīng)第一直流電功率至鋁靶材30以及利用射頻電源44供應(yīng)第二射頻功率至硅靶材28，并向反應(yīng)室26中以第一氣體流量通入來自氮氣源36的氮氣，以及以第二氣體流量通入來自氬氣源38的氬氣，于透明基底20上形成所述透光性嵌附層22材料。接著，如同透光性嵌附層22的形成方法，更藉由直流電源40供應(yīng)第三直流電功率至鋁靶材30以及利用射頻電源44供應(yīng)第四射頻功率至硅靶材28上，并于反應(yīng)室26中通入來自氮氣源36的第三氣體流量的氮氣以及來自氬氣源38的第四氣體流量的氬氣，更形成一穩(wěn)定性嵌附層24材料覆蓋于透光性嵌附層上，以構(gòu)成一雙嵌附層，而此雙嵌附層的整體材質(zhì)則為鋁硅氮化合物(AlSixOy)材料所構(gòu)成。于上述濺鍍過程中，藉由調(diào)整濺鍍過程中使用的第一及第三直流電功率的輸出程度以及所使用氮氣的第一及第三氣體流量可使得所形成的雙嵌附層具有適當?shù)墓鈱W(xué)特性。
形成透光性嵌附層22(AlSix1Ny1)的優(yōu)選實施例如下。供應(yīng)至鋁靶材處的直流電功率優(yōu)選為130-186瓦特(Watts；W)，而供應(yīng)于硅靶材處的射頻功率優(yōu)選為70-100瓦特(Watts；W)以及氬氣氣體流量優(yōu)選為80-90立方厘米/每分鐘(SCCM)，且氮氣氣體流量優(yōu)選為1.5-6.6立方厘米/每分鐘(SCCM)，在這樣的條件下，形成的透光性嵌附層22的鋁硅氮化合物(AlSix1Ny1)，x1約為0.28-0.45，而y1約為0.48-0.66，透光性嵌附層22的折射率(index of refraction)n約為1.8-2.35，其消光系數(shù)(extinctioncoefficient)k約為0.25-0.42，且其透射率(T％)約為5-45％。
形成穩(wěn)定性嵌附層24(AlSix2Ny2)的優(yōu)選實施例如下。供應(yīng)至鋁靶材處的直流電功率優(yōu)選為130-186瓦特(Watts；W)，而供應(yīng)于硅靶材處的射頻功率優(yōu)選為60-80瓦特(Watts；W)以及氬氣氣體流量優(yōu)選為75-100立方厘米/每分鐘(SCCM)，且氮氣氣體流量優(yōu)選為1.5-6.6立方厘米/每分鐘(SCCM)，氮含量越高，所形成的穩(wěn)定性嵌附層24的化學(xué)穩(wěn)定性越好，在這樣的條件下，形成的穩(wěn)定性嵌附層24的鋁硅氮化合物(AlSix2Ny2)，x2約為0.18-0.29，y2約為1.02-1.45，穩(wěn)定性嵌附層24的折射率(index ofrefraction)n約為2.03-2.46，其消光系數(shù)(extinction coefficient)k約為0.12-0.29，且其透射率(T％)約為20-90％。具有高含氮量且化學(xué)穩(wěn)定性佳的穩(wěn)定性嵌附層24設(shè)置于光罩的表層，可有效防止光罩在使用過程中與外界產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，增加光罩的使用壽命。
圖5A與圖5B顯示AlSixNy材質(zhì)經(jīng)過化學(xué)溶液(成分為硫酸、氨水與雙氧水的混合溶液)清洗前后的成分分析結(jié)果。曲線A、C是未經(jīng)過清洗的分析結(jié)果，曲線B、D是經(jīng)過清洗的分析結(jié)果。由圖中可知，AlN與Si3N4經(jīng)過酸洗后不會被破壞，化學(xué)穩(wěn)定性極佳，然而，Al與Si經(jīng)過酸洗后就會被破壞消失，由此可證明，若鋁硅氮化合物的含氮量越高，其組成材料的化學(xué)穩(wěn)定性則越高，因此，本發(fā)明的穩(wěn)定性嵌附層24是利用高含氮量的鋁硅氮化合物所構(gòu)成。
再者，藉由調(diào)整雙層嵌附層的厚度可使所述雙嵌附層對于波長為193納米(nm)的光線產(chǎn)生180°相位移(phase shift)的功效。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種的更動與潤飾，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書為準。
權(quán)利要求
1.一種具有雙嵌附層的減光型相移光罩，其結(jié)構(gòu)包括一透明基底；一透光性嵌附層，覆蓋于該透明基底上；以及一穩(wěn)定性嵌附層，覆蓋于該透光性嵌附層上，該透光性嵌附層與該穩(wěn)定性嵌附層構(gòu)成一雙嵌附層，其中所述穩(wěn)定性嵌附層的化學(xué)穩(wěn)定性比透光性嵌附層佳。
2.如權(quán)利要求1所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩，其中所述雙嵌附層的整體透射率為8-15％。
3.如權(quán)利要求1所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩，其中于所述透明基底上更包含至少一透光區(qū)，并露出該透光區(qū)內(nèi)的透明基底部分。
4.如權(quán)利要求1所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩，其中所述透光性嵌附層包括AlSix1Ny1，其中x1為0.28-0.45，而y1為0.48-0.66；所述穩(wěn)定性嵌附層包括AlSix2Ny2，其中x2為0.18-0.29，而y2為1.02-1.45。
5.如權(quán)利要求1所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩，其中所述透明基底材質(zhì)為石英玻璃。
6.如權(quán)利要求1所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩，其中所述雙嵌附層與透明基底具有180°的相位差。
7.如權(quán)利要求1所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩，其中所述透光性嵌附層的透射率為5-45％、折射率為1.8-2.35、而消光系數(shù)則為0.25-0.42。
8.如權(quán)利要求1所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩，其中所述穩(wěn)定性嵌附層的透射率為20-90％、折射率為2.03-2.46、而消光系數(shù)則為0.12-0.29。
9.一種具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，包括下列步驟提供一透明基底；形成一透光性嵌附層覆蓋于該透明基底上；以及形成一穩(wěn)定性嵌附層覆蓋于該透光性嵌附層上，該透光性嵌附層與穩(wěn)定性嵌附層構(gòu)成一雙嵌附層，其中所述穩(wěn)定性嵌附層的化學(xué)穩(wěn)定性比透光性嵌附層佳。
10.如權(quán)利要求9所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其中所述雙嵌附層的整體透射率為8-15％。
11.如權(quán)利要求9所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，更包括下列步驟定義所述透光性嵌附層及穩(wěn)定性嵌附層直到露出其下的透明基底，以形成至少一透光區(qū)。
12.如權(quán)利要求9所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其中所述透明基底材質(zhì)為石英玻璃。
13.如權(quán)利要求9所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其中所述透光性嵌附層包括AlSix1Ny1，其中x1為0.28-0.45，而y1為0.48-0.66；所述穩(wěn)定性嵌附層包括AlSix2Ny2，其中x2為0.18-0.29，而y2為1.02-1.45。
14.如權(quán)利要求9所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其中所述雙嵌附層與透明基底具有180°的相位差。
15.如權(quán)利要求9所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其中所述透光性嵌附層的透射率為5-45％、折射率為1.8-2.35、而消光系數(shù)則為0.25-0.42。
16.如權(quán)利要求9所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其中所述穩(wěn)定性嵌附層的透射率為20-90％、折射率為2.03-2.46、而消光系數(shù)則為0.12-0.29。
17.如權(quán)利要求9所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其中所述透光性嵌附層與穩(wěn)定性嵌附層是藉由濺鍍法所形成，將鋁靶材及硅靶材置于氬氣及氮氣的氣氛下，于一預(yù)定的直流電功率下所完成。
18.如權(quán)利要求17所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其中所述預(yù)定的直流電功率為130-186瓦特。
19.如權(quán)利要求17所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其中所述氮氣具有一氣體流量為1.5-6.6立方厘米/每分鐘。
20.如權(quán)利要求17所述的具有雙嵌附層的減光型相移光罩的制作方法，其中所述氬氣具有一氣體流量為75-100立方厘米/每分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有雙嵌附層的減光型相移光罩及其制作方法。該光罩包括一透明基底；一透光性嵌附層覆蓋于透明基底上；以及一穩(wěn)定性嵌附層覆蓋于透光性嵌附層上，透光性嵌附層與穩(wěn)定性嵌附層構(gòu)成一雙嵌附層，其中穩(wěn)定性嵌附層的化學(xué)穩(wěn)定性比透光性嵌附層佳，雙嵌附層的整體透射率(transmittance；T％)大體為8－15％。透光嵌附層與穩(wěn)定性嵌附層可由鋁硅氮化合物所構(gòu)成，其化學(xué)通式分別為AlSi
文檔編號G03F1/08GK1573538SQ20041004810
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月16日
發(fā)明者林政旻 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司