專利名稱：曝光用光掩模及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影式曝光系統(tǒng)中曝光用光掩模，特別涉及一種適用于使例如具有臺(tái)階的半導(dǎo)體襯底等要曝光材料曝光的光掩模。
近年來，如具有代表性的DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等半導(dǎo)體器件集成度提高，其特征尺寸減小，這使得形成于半導(dǎo)體襯底上的電路圖形的線寬相當(dāng)小。因此，需要用光刻工藝傳遞甚至更小的圖形以便在半導(dǎo)體襯底上形成電路圖形。
按目前所用的光刻工藝，利用還原投影式曝光系統(tǒng)(reducingprojection-type exposure system)(例如步進(jìn)器)，對(duì)已涂覆于半導(dǎo)體襯底上的光刻膠使用紫外光，曝光光掩模的電路圖形，由此形成圖形。
為了形成圖形，理想的是使襯底的表面與投影透鏡的圖象形成面一致。
然而，在形成元件時(shí)產(chǎn)生臺(tái)階和襯底本身的不平坦，會(huì)使上述兩個(gè)面發(fā)生偏移。
為了在即使發(fā)生了一定程度的與理想圖象形成面的偏移的情況下形成圖形，必須有一定的焦深(可以在其上形成圖形的光軸方向的范圍)，為實(shí)現(xiàn)高分辨率，重要的是實(shí)現(xiàn)此焦深。
一般情況下，利用還原曝光法的光刻工藝的分辨率R和焦深DOF由以下通稱為Raleigh公式的公式給出。
R＝k1·λ1/NA …(1)DOF＝k2·λ1/(NA)2…(2)以上關(guān)系式中，λ是nm級(jí)的曝光波長，NA是透鏡的數(shù)值孔徑，k1和k2是取決于抗蝕工藝的工藝系數(shù)。
由公式(1)可知，減小λ且增加NA可以提高分辨率。然而，由公式(2)可知，短波長和大NA會(huì)導(dǎo)致焦深減小。目前情況下，隨著分辨率的提高，焦深急劇減小，很難實(shí)現(xiàn)所需的焦深。
由公式(2)可知，縮短波長比增大NA會(huì)使焦深的減小更趨緩和。為此，波長已不斷地變小，已從汞燈的g線(l＝436nm)移到汞燈的i線(l＝365nm)，進(jìn)一步到利用KrF準(zhǔn)分子激光器(l＝248nm)作曝光的光源。
另外，通過調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)自身，可以適應(yīng)圖形特征尺寸的上述減小，整個(gè)方法稱為超分辨率技術(shù)。
根據(jù)所作的調(diào)節(jié)，一般的超分辨率技術(shù)可以分為三種，它們是改變投影光學(xué)系統(tǒng)的光源形狀的方法(畸變照明法)、改變投影透鏡的光瞳平面的方法(光瞳濾波法)、及改變曝光用的光掩模的方法(相移法，半色調(diào)相移法(halftone phase shift)等)。
這些超分辨率技術(shù)的效果取決于曝光掩模的圖形類型。
在半色調(diào)相移法(此后稱為半色調(diào)法)中，在光掩模上的遮光部分，利用將入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)180度使光部分通過的半透明膜代替完全遮光膜，例如日本未決專利申請(qǐng)公開8-31711所公開的方法。
圖12示出了從前用的根據(jù)半色調(diào)法的曝光掩模。如圖12(a)和(b)所示，過去的曝光掩模為由用作掩?；牟ＡЩ?01和附在該玻璃基片101上的透明膜102構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)。
根據(jù)該半色調(diào)法，尤其是掩模中的高次衍射成分，導(dǎo)致了在大焦深范圍內(nèi)晶片上光強(qiáng)對(duì)比度的提高。
半色調(diào)法在增大用于隔開的透光圖形(正圖形情況下的孔圖形)的焦深方面特別有效。例如，在Y.Iwabuchi等人的Jpn.j.Apply.Phys.32(1993)5900中，有利用KrF準(zhǔn)分子激光光刻形成隔開的0.26μm孔圖形的記載。在NA＝0.42，s＝0.5(s為相干因子)時(shí)，利用常規(guī)掩模，對(duì)于0.26μm的孔圖形焦深為0.6μm。
與此相反，利用具有透射率為4％的半色調(diào)光掩模曝光，則焦點(diǎn)擴(kuò)展到1.2μm。
因?yàn)榘肷{(diào)法使掩模的制造變得較容易，所以目前已投入批量生產(chǎn)，主要利用i線光刻。另外，已有報(bào)道說，為了使改善焦點(diǎn)的效果最好，需要相移180±5度，并使透射率為5％～10％。
然而，在近來的半導(dǎo)體器件中，隨著集成度的提高，剖面結(jié)構(gòu)變得相當(dāng)復(fù)雜。
為此，形成于半導(dǎo)體襯底上的臺(tái)階的尺寸無法用上述半色調(diào)法進(jìn)行補(bǔ)償。例如，假定為了在具有0.6μm臺(tái)階的襯底中形成0.26μm的孔圖形，應(yīng)用上述曝光波長，光學(xué)條件和半色調(diào)掩模。因?yàn)榻裹c(diǎn)為1.2μm，所以可以得到0.6μm的上下最大(maximum up/down)聚焦裕度。然而，由于利用在0.6μm臺(tái)階的中心點(diǎn)位置上下的焦點(diǎn)的曝光，該裕度在該臺(tái)階的上部為0.3μm，在臺(tái)階的底部也為0.3μm。
即，考慮到該臺(tái)階，焦點(diǎn)基本限制為0.6μm。
如上所述，同樣，對(duì)于具有臺(tái)階的半導(dǎo)體襯底獲得實(shí)際上較寬的焦點(diǎn)是器件制造中的問題。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種曝光掩模，能夠在具有臺(tái)階不平坦的要曝光材料的整個(gè)區(qū)域上形成所需圖形。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方案提供一種用于將所需圖形傳遞到具有臺(tái)階的將曝光材料上的曝光掩模，該光掩模具有由遮光膜形成的區(qū)和由半透明膜形成的區(qū)，通過上述半透明膜的曝光光線和通過完全透明部分曝光光線間的理想光程差及理想掩模圖形尺寸根據(jù)將要曝光材料中的臺(tái)階和所需圖形尺寸確定，該光掩模根據(jù)該理想光程差和理想掩模圖形尺寸形成。
本發(fā)明的第二方案提供一種用于將所需圖形傳遞到具有臺(tái)階的要曝光材料上的曝光掩模，該曝光掩模具有一個(gè)單體，該單體的構(gòu)成使通過位于曝光掩模的第一區(qū)域的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)和通過位于不同于第一區(qū)域的第二區(qū)域的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)彼此不同。
而本發(fā)明的第三方案提供一種制造用于將所需圖形傳遞到具有臺(tái)階的要曝光材料上的曝光掩模的方法，該方法包括以下步驟在單個(gè)透明基片上根據(jù)臺(tái)階設(shè)立第一區(qū)和第二區(qū)；將通過位于兩區(qū)之一中的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)設(shè)為一個(gè)值，該值不同于通過位于另一區(qū)中的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)；及通過某一孔圖形用曝光光線對(duì)要曝光的材料曝光，以在每一區(qū)上分別形成所要求的孔圖形。
按本發(fā)明，設(shè)置半透明膜的厚度，使通過上述半透明膜的曝光光線和通過完全透明部分的曝光光線間的光程差等于曝光光線的焦點(diǎn)位移，這約等于要曝光材料中的臺(tái)階高度。
根據(jù)本發(fā)明另一方案，曝光掩模具有由半透明膜形成的區(qū)和由半透明區(qū)和透明膜形成的兩層區(qū)，通過完全透明部分的曝光光線、通過由半透明膜形成的區(qū)的曝光光線和通過由半透明膜和透明膜的兩層結(jié)構(gòu)的曝光光線之間的理想光程差及理想圖形尺寸根據(jù)要曝光材料中的臺(tái)階和所需圖形尺寸確定，該光掩模根據(jù)該理想光程差和理想掩模圖形尺寸形成。
按上述的本發(fā)明，要曝光的材料例如為半導(dǎo)體襯底。
圖1展示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的曝光掩模，其中圖1(a)是其平面圖，圖1(b)是其側(cè)剖圖。
圖2是展示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的曝光掩模及其相對(duì)于具有臺(tái)階的襯底的位置關(guān)系的側(cè)剖圖。
圖3是展示模擬確定的焦點(diǎn)位移量、光程差和掩模圖形尺寸間的關(guān)系的曲線圖。
圖4是展示模擬確定的實(shí)際傳遞到半導(dǎo)體襯底上的圖形尺寸、光程差及掩模圖形尺寸間的關(guān)系的曲線圖。
圖5是展示半導(dǎo)體襯底的臺(tái)階上部和底部CD與焦點(diǎn)位移關(guān)系的曲線圖。
圖6是用于本發(fā)明第二實(shí)施例的表格。
圖7展示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的曝光掩模，圖7(a)是其平面圖，圖7(b)是其側(cè)剖圖。
圖8是展示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的曝光掩模與其相對(duì)于具有臺(tái)階的襯底的位置關(guān)系的側(cè)剖圖。
圖9是展示在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的情況下，半導(dǎo)體襯底臺(tái)階上部和底部CD與焦點(diǎn)位移關(guān)系的曲線圖。
圖10是展示在根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的情況下，半導(dǎo)體襯底臺(tái)階上部和底部CD與焦點(diǎn)位移關(guān)系的曲線圖。
圖11是說明制造圖1所示曝光掩模的方法的示圖。
圖12展示了以前用于半色調(diào)法的曝光掩模，圖12(a)是其平面圖，圖12(b)是其側(cè)剖圖。
圖13是展示用于本發(fā)明第三實(shí)施例的焦點(diǎn)位移量、光程差、掩模圖形尺寸間關(guān)系的曲線圖。
圖14是展示模擬確定的用于本發(fā)明第三實(shí)施例的實(shí)際傳遞到半導(dǎo)體襯底上的圖形尺寸、光程差、掩模圖形尺寸間的關(guān)系的曲線圖。
下面參照有關(guān)


本發(fā)明的實(shí)施例。
在以下的說明基于本發(fā)明的光掩模用于1∶1曝光系統(tǒng)時(shí)，除掩模尺寸外，甚至在應(yīng)用于還原式曝光系統(tǒng)時(shí)，本發(fā)明也是相同的。
另外，以下的說明假定用正型光刻膠。
圖1展示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的曝光掩模，其中(a)是其平面圖，(b)是其側(cè)剖圖。如圖1(a)和(b)所示，根據(jù)本發(fā)明的光掩模M1具有用作掩模基片的玻璃基片3。
玻璃基片3的第一區(qū)1上有由單層半透明膜4形成的圖形。玻璃基片3的第二區(qū)2有由涂于半透明膜4上的鉻形成的雙層遮光膜5的圖形。區(qū)1和2皆具有約1∶3(孔間隔間距)的間距，由此構(gòu)成孔圖形6。
圖2是展示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的曝光掩模及其相對(duì)于具有臺(tái)階的半導(dǎo)體襯底的位置關(guān)系的側(cè)剖圖。
圖2中，為了簡(jiǎn)便起見，略去了投影光學(xué)系統(tǒng)，焦點(diǎn)的定位方向取作到達(dá)投影透鏡的方向。
如圖2所示，第一掩模區(qū)1對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底S中臺(tái)階的上部7，第二掩模區(qū)對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底S的底部8。
曝光掩模M1和半導(dǎo)體襯底S的位置關(guān)系還可以與此相反。
半透明膜4的膜厚設(shè)置成使由此通過的光與通過完全透明部分的光之間的光程差為焦點(diǎn)位移，該值等于半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階上部7與底部8的臺(tái)階高度。
第一掩模區(qū)1和第二掩模區(qū)2中的圖形尺寸設(shè)計(jì)成能夠在半導(dǎo)體襯底S的上部7和底部8得到所需尺寸的圖形9和圖形10。
如果根據(jù)設(shè)計(jì)制成第二掩模區(qū)2內(nèi)的圖形尺寸，那么需要糾正第一掩模區(qū)1中的圖形尺寸。
接下來，介紹確定理想的光程差和第一掩模區(qū)1中掩模圖形尺寸的方法。
為達(dá)到本說明書的目的，使用了KrF準(zhǔn)分子激光光刻。在NA＝0.5和σ＝0.5的條件下，間距為1∶3的0.25μm的孔圖形形成在半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階頂部和臺(tái)階底部。半透明膜的透射率為5％。
圖3為顯示焦點(diǎn)位移、光程差和掩模圖形尺寸之間的關(guān)系圖，該圖形由模擬決定。
在圖3中，顯示了光程差從120到180度的區(qū)域，焦點(diǎn)的位置定義為半導(dǎo)體襯底上圖形尺寸最大的點(diǎn)處。
當(dāng)光程差為180度時(shí)，焦點(diǎn)位移的長度量為零，該條件對(duì)應(yīng)于過去使用的半色調(diào)法。
在0到180度范圍的光程差內(nèi)，隨著光程差從0度或180度移動(dòng)離開，在正方向內(nèi)(移向更靠近投影透鏡的方向)焦點(diǎn)位移的長度量變大。
在180到360度范圍的光程差內(nèi)，隨著光程差從180度或360度移動(dòng)離開，在負(fù)方向(移向遠(yuǎn)離投影透鏡的方向)內(nèi)焦點(diǎn)位移的長度量變得更大。
圖4為顯示實(shí)際上轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體襯底S上的圖形尺寸和掩模圖形尺寸之間的關(guān)系圖。
在圖4中，顯示了光程差從120到180度的區(qū)域。從圖4中可看出，隨著光程差接近180度，對(duì)于給定的掩模尺寸，轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體襯底S上的圖形尺寸變得更小。
從圖3和4的圖形可決定理想的光程差和理想的掩模圖形尺寸。
例如，要得到0.6μm長度的焦點(diǎn)位移和0.25μm的圖形尺寸，可以看出使用0.253μm左右的掩模圖形尺寸以及128度的光程差較合適。
應(yīng)注意當(dāng)要決定本發(fā)明中的理想的光程差和理想的掩模圖形尺寸時(shí)，可通過例如以下方式得到。
如圖3所示，由于顯示的掩模圖形尺寸和光程差之間的關(guān)系利用焦點(diǎn)位移的長度做參數(shù)，因此當(dāng)在要曝光的材料的表面上形成的臺(tái)階高度為0.6μm時(shí)，實(shí)際的焦點(diǎn)位移可定為0.6μm。
因此，首先可在圖3中選擇一段曲線。
然而，如圖4所示，由于顯示的掩模圖形尺寸和光程差之間的關(guān)系利用在要曝光的預(yù)定的襯底或材料上形成的需要的掩模圖形尺寸做參數(shù)，因此當(dāng)曝光掩模的理想圖形尺寸值為0.25μm時(shí)，可從圖4中選擇曲線b。
此后，如圖3所示，將兩個(gè)表格相互重疊在一起，得到通過曲線a和b形成的交點(diǎn)P。
然后，交點(diǎn)P的坐標(biāo)數(shù)據(jù)顯示出曝光掩模的掩模圖形尺寸和該掩模內(nèi)形成的光程差的理想數(shù)據(jù)。
如上所述，本發(fā)明制造曝光掩模的方法的一個(gè)方案為根據(jù)權(quán)利要求15制造曝光掩模的方法，其中包括以下步驟第一步，預(yù)先準(zhǔn)備利用焦點(diǎn)位移做參數(shù)，表示掩模圖形尺寸和光程差之間關(guān)系的第一表格；第二步，預(yù)先準(zhǔn)備利用要形成在要曝光的預(yù)定襯底或材料上的需要圖形尺寸做參數(shù)，表示掩模圖形尺寸和光程差之間關(guān)系的第二表格；第三步，通過選擇對(duì)應(yīng)于要形成在要曝光的所需襯底或材料上的臺(tái)階和需要圖形尺寸的焦點(diǎn)位移信息，從第一和第二表格得到理想的光程差和理想的掩模圖形尺寸數(shù)據(jù)；第四步，對(duì)應(yīng)于第三步驟中得到的選擇的光程差信息，調(diào)節(jié)曝光掩模的預(yù)定區(qū)域內(nèi)形成的半透明膜和透光膜中至少一種的厚度；以及第五步，對(duì)應(yīng)于第三步驟中選擇的掩模圖形尺寸，在透明襯底上至少半透明膜內(nèi)形成具有預(yù)定尺寸的孔圖形。
因此，在本發(fā)明中，如上所述預(yù)先準(zhǔn)備第一和第二表格并使用兩表格很重要，由此可得到曝光掩模的掩模圖形尺寸和該掩模內(nèi)形成的光程差的理想數(shù)據(jù)。
另一方面，本發(fā)明的曝光掩?；旧暇哂幸粋€(gè)技術(shù)特征，即轉(zhuǎn)移需要的圖形到要曝光的材料上的曝光掩模具有一個(gè)臺(tái)階，構(gòu)成具有一個(gè)單獨(dú)本體的掩模結(jié)構(gòu)以使穿過形成在曝光掩模的第一區(qū)域內(nèi)孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)和穿過形成在它的第二區(qū)域內(nèi)孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)互不相同。
此外在本發(fā)明中，第一和第二區(qū)之間焦點(diǎn)的差值與要曝光的材料上形成的臺(tái)階相對(duì)應(yīng)。
在本發(fā)明中，曝光掩模包括由透明襯底和其中具有預(yù)定的孔圖形并層疊在透明襯底上的半透明膜構(gòu)成的至少一個(gè)區(qū)域，其余的區(qū)域可以包括透明襯底和其中具有預(yù)定的孔圖形并層疊在透明襯底上的半透明膜以及其中有與半透明膜相同的預(yù)定孔圖形并層疊在半透明膜上的擋光層。
在本發(fā)明中，曝光掩?？蓡为?dú)包括透明襯底和其中具有預(yù)定的孔圖形并層疊在透明襯底上的半透明膜中的至少一個(gè)區(qū)域，其余的區(qū)域可以包括透明襯底和其中具有預(yù)定的孔圖形并層疊在透明襯底上的半透明膜以及其中有與半透明膜相同的預(yù)定孔圖形并層疊在半透明膜上的透光層。
此外，在本發(fā)明中，通過調(diào)節(jié)曝光光線穿過形成在透明襯底中一個(gè)區(qū)域內(nèi)的孔圖形的相位與曝光光線穿過孔圖形以外的透明襯底上相同區(qū)域內(nèi)形成的半透明膜或透明膜以及透光膜的相位之間的光程差，可以改變焦點(diǎn)。
此外在本發(fā)明中，改變透明襯底的厚度或擋光膜的厚度可調(diào)節(jié)曝光光線的相位，更精確地說，調(diào)節(jié)曝光光線穿過形成在其中一個(gè)區(qū)域內(nèi)的孔圖形的相位與曝光光線穿過孔圖形以外的區(qū)域內(nèi)形成的半透明膜和透光膜的相位之間的光程差，可以改變本發(fā)明中曝光光線的焦點(diǎn)。
注意，在本發(fā)明中，光程差可選自0到180度的值或選自180到360度的值。
另一方面，可根據(jù)臺(tái)階和要曝光的材料上要形成的預(yù)定圖形的需要尺寸，決定曝光掩模內(nèi)形成的孔圖形的尺寸。
圖5顯示了以上情況中焦點(diǎn)位移引起的尺寸移動(dòng)。
焦點(diǎn)的確定可在±10％的范圍，圖5的虛線表格示相對(duì)于目標(biāo)尺寸為-10％時(shí)的值。
從圖5中可看出，可以預(yù)料在半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階頂部和底部可以得到約為0.8μm的焦點(diǎn)。
下面參考圖6到9介紹本發(fā)明的第二實(shí)施例。
圖6(a)和6(b)顯示了用于本發(fā)明的第二實(shí)施例預(yù)先得到的模擬數(shù)據(jù)，并分別對(duì)應(yīng)于圖3和圖4所示的表格1和表格2。
圖7(a)和7(b)顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的曝光掩模，圖7(a)為其平面圖，7(b)為其剖面圖。
如圖7(a)和7(b)所示，該曝光掩模M2具有用做掩模襯底的玻璃掩模13。玻璃襯底13的第一區(qū)11具有由單層半透明膜14所形成的圖形。
玻璃襯底13的區(qū)域12具有由施加到半透明膜14上的透明膜15的形成的雙層的圖形。
相對(duì)于僅由半透明膜14形成的第一區(qū)11，透明膜15有改變相位但不改變透射率的作用。
圖8(a)為顯示光掩模和有一個(gè)臺(tái)階的半導(dǎo)體襯底之間的位置關(guān)系的側(cè)剖面圖。
在圖8(a)中，掩模區(qū)11(如圖7(a)所示)對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階頂部17，第二掩模區(qū)12對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階底部18。
曝光的光掩模M2和半導(dǎo)體襯底S之間的位置關(guān)系也可以與此相反。
給定半透明膜14的膜厚度，以使光穿過完全透明部分之間的光程差為焦點(diǎn)位移，膜厚等于半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階頂部17和臺(tái)階底部18的臺(tái)階。
形成透明膜15的的膜厚度，以使穿過半透明膜14和第二掩模區(qū)12的透明膜15的光和穿過完全透明部分的光之間的光程差為180度。
給定第一掩模區(qū)11和第二掩模區(qū)12的圖形尺寸，以使在臺(tái)階頂部17和臺(tái)階底部18得到所需尺寸的圖形19和圖形20。
如果根據(jù)設(shè)計(jì)制成第二掩模區(qū)12中的圖形尺寸，那么有必要糾正第一掩模區(qū)11中的圖形尺寸。
在該實(shí)施例中，由于第二掩模區(qū)12使用常規(guī)的半色調(diào)法，因此相對(duì)于半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階底部18，可以獲得比第一實(shí)施例更寬的焦點(diǎn)。
決定理想的光程差和第一掩模區(qū)11的理想的掩模圖形尺寸的方法與第一實(shí)施例中介紹的相同。
對(duì)于曝光波長、光學(xué)條件以及半透明膜的透射率與第一實(shí)施例相同的情況，假定在半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階頂部和臺(tái)階底部形成間距為1∶3的0.25μm的孔圖形。
在這種情況中，可以模擬認(rèn)為光程差約為160度以及掩模圖形尺寸約為0.24μm比較合適。
圖9顯示了在以上提到的情況中由焦點(diǎn)移動(dòng)引起的尺寸移動(dòng)。
從圖9中可看出，可以預(yù)料在半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階頂部可以得到約為1.1μm的焦點(diǎn)，在半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階底部可以得到約為1.4μm的焦點(diǎn)，這些可同時(shí)得到。即，當(dāng)考慮臺(tái)階時(shí)，焦點(diǎn)基本上為1.1μm。
在該實(shí)施例中，構(gòu)成臺(tái)階的下部的要曝光的材料表面可作為參考表面，因此曝光掩模13的區(qū)域12為參考區(qū)。
在圖9中，具有白圈的曲線顯示了將形成在區(qū)域12的光刻膠中圖形的臨界尺寸CD，而具有黑圈的曲線顯示了將形成在區(qū)域11的光刻膠中圖形的臨界尺寸CD。
選定區(qū)域12的光程差和理想的掩模圖形尺寸作參考，用本發(fā)明的第一實(shí)施例中介紹的類似方式得到第一掩模區(qū)11的理想光程差和理想的掩模圖形尺寸。
從本發(fā)明的這些實(shí)施例中可明顯看出，本發(fā)明制造用于將需要的圖形轉(zhuǎn)移到具有一個(gè)臺(tái)階要曝光的材料上的光掩模的方法包括以下步驟對(duì)應(yīng)于臺(tái)階在單個(gè)透明襯底中形成第一區(qū)和第二區(qū)的步驟，將穿過一個(gè)區(qū)內(nèi)形成的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)設(shè)定為與穿過其余區(qū)域內(nèi)形成的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)不同的值，并通過某個(gè)孔圖形對(duì)要曝光的材料曝光，以便在每個(gè)區(qū)域中分別形成需要的孔圖形的步驟。
在該方法中，形成的第一區(qū)對(duì)應(yīng)于臺(tái)階下部，而形成的第二區(qū)對(duì)應(yīng)于臺(tái)階上部，此外，穿過第一區(qū)中形成的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)設(shè)定為與穿過第二區(qū)內(nèi)形成的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)不同的值。
此外在本發(fā)明中，本發(fā)明制造曝光掩模的方法具有以下構(gòu)造，即將第一和第二區(qū)中一個(gè)表面選做焦點(diǎn)的參考表面，將穿過不同于選作參考表面的區(qū)域內(nèi)形成的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)值定為深于或淺于穿過參考表面內(nèi)形成的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)值。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，在臺(tái)階的中間部分建立焦點(diǎn)的參考表面，此外，穿過形成在第一區(qū)內(nèi)孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)設(shè)定為深于或淺于參考表面的某個(gè)焦點(diǎn)，穿過形成在第二區(qū)內(nèi)的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)設(shè)定為深于或淺于參考表面的某個(gè)焦點(diǎn)。
接下來，介紹根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的曝光掩模。
在第三實(shí)施例中，參考表面設(shè)定在臺(tái)階的中間部分的位置處。
該曝光掩模的構(gòu)造和與襯底S的位置關(guān)系與圖7和8顯示的第二實(shí)施例相同。
然而，穿過第一掩模區(qū)11的半透明膜14的光與穿過完全透明部分的光之間的光程差從正方向內(nèi)(接近投影透鏡的方向)的0度(或180度)開始移動(dòng)，穿過第二掩模區(qū)12的半透明膜14和透明膜15的光線和穿過完全透明部分的曝光光線之間的光程差由負(fù)方向內(nèi)(離開投影透鏡的方向)的0度(或180度)開始移動(dòng)。
相對(duì)于第一實(shí)施例，光程差在0或180度附近時(shí)，焦點(diǎn)位移方向與頂部到底部相反。因此，可以得到甚至比第一和第二實(shí)施例中更大的焦點(diǎn)。
決定理想的光程差和掩模圖形尺寸的方法與第一和第二實(shí)施例中介紹的一樣。
然而，如果發(fā)生在第一掩模區(qū)11的光程差等于發(fā)生在第二掩模區(qū)12的光程差，那么半導(dǎo)體襯底S上的圖形尺寸在臺(tái)階頂部和底部都相同，因此僅需要考慮光程差。
對(duì)于曝光波長、光學(xué)條件以及半透明膜的透射率與第一和第二實(shí)施例相同的情況，假定在半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階頂部和臺(tái)階底部形成間距為1∶3的0.25μm的孔圖形。
在這種情況中，可以模擬認(rèn)為在第一掩模區(qū)約為130度的光程差以及第二掩模區(qū)約為-130(＝230)度的光程差比較合適。
圖10顯示了在以上提到的情況中由焦點(diǎn)移動(dòng)引起的尺寸移動(dòng)。
從圖9中可看出，可以預(yù)料在半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階頂部和臺(tái)階底部可同時(shí)得到約為0.8μm的焦點(diǎn)，即，當(dāng)考慮臺(tái)階時(shí)，焦點(diǎn)基本上為0.8μm。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，如上所述，由于參考表面位于臺(tái)階高度的中間部分，因此在第一區(qū)和第二區(qū)中，制備相互不同的曝光掩模并相互單獨(dú)使用。
因此，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，要求至少兩套圖3和4顯示的模擬數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，利用焦點(diǎn)位移做參數(shù)所述掩模圖形尺寸和所述光程差之間的關(guān)系以及利用形成在要曝光的預(yù)定的襯底或材料上的所需掩模圖形尺寸做參數(shù)，所述掩模圖形尺寸和所述光程差之間的關(guān)系作為模擬數(shù)據(jù)之一，圖3和4所示的模擬數(shù)據(jù)可用做0到180度之間的光程差，而可作為相反的模擬數(shù)據(jù)用做180到360之間的光程差，可使用圖13和14所示的模擬數(shù)據(jù)。
注意圖13和14所示的模擬數(shù)據(jù)分別為圖3和4所示的模擬數(shù)據(jù)的相對(duì)鏡像模擬數(shù)據(jù)。
因此，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，用本發(fā)明的第一實(shí)施例中介紹的類似方式可得到第一掩模區(qū)11和第二掩模區(qū)12的理想光程差和理想掩模圖形尺寸。
圖11圖示了顯示在圖1中本發(fā)明的曝光掩模的制造方法。首先如圖11(a)所示，作為準(zhǔn)備，MoSi為基礎(chǔ)的半透明膜22、SiO2膜23、鉻膜24以及光刻膠25依次層疊到玻璃襯底21上。
調(diào)節(jié)MoSi為基礎(chǔ)的半透明膜22，使之具有合適的透射率的膜厚度。鉻膜24具有完全阻擋光的膜厚度。SiO2膜23相對(duì)于掩模使用的曝光光線是透明。
接下來，如圖11(b)所示，形成光刻膠圖形，掩蔽該圖形，對(duì)MoSi為基礎(chǔ)的半透明膜22進(jìn)行腐蝕，將光刻膠25剝離后，得到圖11(c)所示的條件。
然后，在鉻膜24上施加光刻膠26，如圖11(d)所示，形成光刻膠圖形，以使光刻膠26僅留在第一區(qū)上。掩蔽光刻膠并僅腐蝕鉻膜24，圖11(e)所示的結(jié)果即為根據(jù)本發(fā)明完成的曝光掩模。
雖然在本制造方法中，用MoSi為基礎(chǔ)的阻光膜形成半透明膜，但并不僅限于此，可用具有適宜的光阻特性和透射率的膜代替鉻。
由于光程差由半透明膜的厚度引起，因此通過調(diào)節(jié)MoSi為基礎(chǔ)的半透明膜的厚度和透射率可得到光程差。
本發(fā)明并不限于以上介紹的實(shí)施例，實(shí)施例的許多變形都在權(quán)利要求書中列舉的技術(shù)范圍內(nèi)。
例如，雖然如上所述本發(fā)明的實(shí)施例適用于248nm的曝光波長、0.25μm的孔圖形、1∶3的間距以及5％的半透明膜透射率，是考慮曝光波長、圖形形狀、圖形尺寸或透射率而進(jìn)行了這些限制，但可根據(jù)要求更改參數(shù)。
既使改變了參數(shù)，也可以利用模擬或?qū)嶒?yàn)優(yōu)化每個(gè)參數(shù)，以得到與本發(fā)明以上介紹的實(shí)施例相同種類的效果。
根據(jù)本發(fā)明，提供具有由光阻膜制成的區(qū)域和半透明膜制成的區(qū)域的曝光掩模，穿過以上介紹的半透明膜的曝光光線和穿過完全透明部分的曝光光線之間的理想光程差，以及根據(jù)要曝光的材料中的臺(tái)階和需要的圖形尺寸決定理想的掩模圖形尺寸，其結(jié)果是焦點(diǎn)位置可以移動(dòng)的距離等于半導(dǎo)體襯底S的臺(tái)階頂部和臺(tái)階底部之間的距離。
因此可同時(shí)在臺(tái)階頂部和臺(tái)階底部理想的焦點(diǎn)位置處形成需要的圖形。也可以改善基本上受臺(tái)階存在限制的焦點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用于將所需圖形傳遞到具有臺(tái)階的要曝光材料上的曝光掩模，所說曝光掩模為一單體，其構(gòu)成使通過位于所說曝光掩模的第一區(qū)的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)與通過位于不同于所說第一區(qū)的第二區(qū)的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)彼此不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的曝光掩模，其特征在于，所說第一和第二區(qū)間的焦點(diǎn)差對(duì)應(yīng)于所說位于要曝露于所說曝光光線的材料上的臺(tái)階高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的曝光掩模，其特征在于，所說要曝光材料是半導(dǎo)體襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的曝光掩模，其特征在于，所說曝光掩模包括兩個(gè)區(qū)，其中的一個(gè)區(qū)包括透明基片、和其上具有預(yù)定孔圖形且疊于所說透明基片上的半透明膜；另一區(qū)包括透明基片、其上具有預(yù)定孔圖形且疊于所說透明基片上的半透明膜、和其上具有與所說半透明膜的相同的預(yù)定孔圖形且疊于所說半透明膜上的遮光膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的曝光掩模，其特征在于，所說曝光掩模包括兩個(gè)區(qū)，其中的一個(gè)區(qū)包括透明基片、和其上具有預(yù)定孔圖形且疊于所說透明基片上的半透明膜；另一區(qū)包括透明基片、其上具有預(yù)定孔圖形且疊于所說透明基片上的半透明膜、和其上具有與所說半透明膜的相同的預(yù)定孔圖形且疊于所說半透明膜上的透光膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的曝光掩模，其特征在于，通過調(diào)節(jié)通過位于形成于所說透明基片上的所說區(qū)之一上的孔圖形的曝光光線的相位，與通過除所說孔圖形外且位于形成于所說透明襯底上的所說同一區(qū)中的所說半透明膜或所說半透明膜和所說透光膜的曝光光線的相位之間的光程差，可以改變所說焦點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的曝光掩模，其特征在于，通過改變所說半透明膜的厚度或所說透光膜的厚度，可以調(diào)節(jié)所說曝光光線的所說相位。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的曝光掩模，其特征在于，通過調(diào)節(jié)通過位于所說區(qū)之一上的所說孔圖形的所說曝光光線的相位，與通過形成于所說區(qū)上且除所說孔圖形外的所說半透明膜和所說透光膜的所說曝光光線的相位之間的光程差，可以改變所說曝光光線的所說焦點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的曝光掩模，其特征在于，所說光程差可以設(shè)為選自0-180度的值，或選自180-360度的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的曝光掩模，其特征在于，位于所說曝光掩模上的所說孔圖形尺寸可以根據(jù)將要在要曝光材料上形成的預(yù)定圖形的所說臺(tái)階和所需尺寸確定。
11.一種用于將所需圖形傳遞到具有臺(tái)階的要曝光材料上的曝光掩模，所說曝光掩模包括由遮光膜形成的第一區(qū)；及由半透光膜形成的第二區(qū)，通過所說半透明膜的曝光光線與通過完全透明部分的曝光光線之間的理想光程差及理想掩模圖形尺寸根據(jù)將要曝光的所說材料的所說臺(tái)階和所需圖形的尺寸確定，所說圖形根據(jù)所說理想光程差和理想掩模圖形尺寸形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的曝光掩模，其特征在于，所說半透明膜的厚度設(shè)為使通過所說半透明膜的曝光光線與通過完全透明部分的曝光光線之間的光程差等于欲要曝光的所說材料中的臺(tái)階高度。
13.一種用于將所需圖形傳遞到具有臺(tái)階的要曝光材料上的曝光掩模，所說曝光掩模包括由透光膜形成的第一區(qū)；及由半透光膜和透光膜構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)形成的第二區(qū)，其中，所說曝光掩模利用所說理想光程差和理想掩模圖形尺寸形成，根據(jù)將要曝光的所說材料的所說臺(tái)階和所需圖形的尺寸，獲得通過由所說完全透明部分和所說半透明膜形成的區(qū)的曝光光線間的光程差，和通過由所說完全透明部分形成的區(qū)的曝光光線與通過所說由半透明膜和所說透光膜構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)區(qū)的曝光光線間的光程差，由此確定所說理想光程差和理想掩模圖形尺寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的曝光掩模，其特征在于，所說半透明膜的厚度設(shè)為使通過所說半透明膜的曝光光線與通過完全透明部分的曝光光線之間的光程差等于欲要曝光的所說材料中的臺(tái)階高度，另外，所說透光膜的厚度設(shè)為使通過所說半透明膜和所說透光膜的曝光光線與通過完全透明部分的曝光光線之間的光程差為180度左右。
15.一種制造用于將所要圖形傳遞到具有臺(tái)階的要曝光材料上的曝光掩模的方法，該方法包括以下步驟在單個(gè)透明基片上對(duì)應(yīng)于所說臺(tái)階設(shè)立第一區(qū)和第二區(qū)；將通過位于所說區(qū)之一中的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)設(shè)為一個(gè)值，該值不同于通過位于另一所說區(qū)中的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)；及通過某孔圖形用曝光光線對(duì)要曝光的材料曝光，以在每一所說區(qū)上分別形成所需孔圖形。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的制造曝光掩模的方法，其特征在于，對(duì)應(yīng)于所說臺(tái)階的下部設(shè)置所說第一區(qū)，而對(duì)應(yīng)于所說臺(tái)階的的上部設(shè)置所說第二區(qū)，另外，將通過位于所說第一區(qū)中的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)設(shè)成不同于通過位于所說第二區(qū)中的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的制造曝光掩模的方法，其特征在于，選擇所說第一區(qū)和所說第二區(qū)表面中的任意一個(gè)作所說焦點(diǎn)的參考面，通過位于與其表面選作參考面的所說區(qū)隔開的區(qū)中的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)確定為比通過位于所說參考面上的孔圖形的曝光光線的所說焦點(diǎn)更深或更淺。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的制造曝光掩模的方法，具特征在于，所說焦點(diǎn)的參考面設(shè)在所說臺(tái)階的中間部分，另外，通過位于所說第一區(qū)的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)設(shè)在比所說參考面更深或更淺的某一焦點(diǎn)處，通過位于所說第二區(qū)中的孔圖形的曝光光線的焦點(diǎn)設(shè)在比所說參考面更淺或更深的某一焦點(diǎn)處。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的制造曝光掩模的方法，其特征在于，所說方法包括以下步驟第一步，利用焦點(diǎn)位移的長度作參數(shù)，預(yù)先制備表示所說掩模圖形尺寸和所說光程差間關(guān)系的第一表格；第二步，利用欲要形成于預(yù)定基片上或欲要曝光的材料上的所需掩模圖形尺寸作為參數(shù)，預(yù)先制備表示所說掩模圖形尺寸和所說光程差間關(guān)系的第二表格；第三步，通過選擇對(duì)應(yīng)于所說臺(tái)階的焦點(diǎn)位移長度信息，和欲要形成于所需基片上或欲要曝光的材料上的所需掩模圖形尺寸，從所說第一和第二表格中獲得理想光程差和理想掩模尺寸；第四步，根據(jù)信息在所說第三步中獲得的所選光程差，調(diào)節(jié)置于所說曝光掩模的預(yù)定區(qū)的所說半透明膜和所說透光膜中至少一個(gè)的厚度；及第五步，根據(jù)在所說第三步選擇的所說掩模圖形尺寸，在位于透明基片上的至少所說半透明膜中形成預(yù)定尺寸的孔圖形。
全文摘要
一種可將具有一個(gè)臺(tái)階的需要的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體襯底S上的曝光掩模,具有由光阻膜形成的區(qū)域和半透明膜形成的區(qū)域。穿過半透明膜的曝光光線和穿過完全透明部分的曝光光線之間的理想光程差以及理想的掩模尺寸由半導(dǎo)體襯底中的臺(tái)階和需要的圖形尺寸決定,根據(jù)理想的光程差和理想的掩模圖形尺寸形成圖形。給定半透明膜的厚度,以使穿過半透明膜的曝光光線和穿過完全透明部分的曝光光線之間的光程差基本上等于半導(dǎo)體襯底中的臺(tái)階。
文檔編號(hào)G03F1/68GK1192543SQ9810055
公開日1998年9月9日 申請(qǐng)日期1998年2月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月20日
發(fā)明者松浦誠司 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社