用副图形辅助主图形精确对准时光掩模及其制造工艺制造技术

一种光掩模具有一个用一条遮光带（１１ａ／１１ｂ）实现的主图形（１１）以及一个用半透明带（１２ａ－１２ｆ）实现的副图形（１２），遮光带与半透明带的宽度相等，以致能使遮光带接近分辨率而不损坏副图形的效应。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光掩模，具体地是涉及在半导体器件制造及其制造工艺中用于投影对准器的一种光掩模。动态随机存取存贮器是超大规模集成的典型范例。随着线路元件的尺寸日小，最小线宽也愈来愈小，窄的线条宽度要求有高分辨率的刻蚀。现有缩小投影对准器可以将分划板上的图形转换到光刻胶层，而紫外线将分划板上的图形影象带到光刻胶层上。当对准器的投影光学系统将图形影象聚焦到光刻胶层的表面时，图形影象是要以高分辨率转换到光刻胶上。然而，光刻胶往往是铺展成一种多层结构的不平坦表面，因而，光刻胶层表面也不平坦。由于这种原因，焦面部分地偏离光刻胶层的表面，而图形转换需要有一个聚焦深度。分辨率R和聚焦深度DOF之间的关系表示如下R＝K1×λ/NA …方程1DOF＝K2×λ/NA2…方程2其中λ为曝光的波长，NA为数值孔径，K1和K2则为依据制造工艺而确定的系数。从方程1得知，曝光波长愈短和数值孔径愈大则所得的分辨率愈高。然而，方程2教导我们曝光波长愈短和数值孔径愈大则聚焦深度减小。这样，在分辨率与聚焦深度之间存在有一种相互抵消。如上所述，集成密度的最新进展要求有更高的刻蚀分辨率，对聚焦深度的要求也日益苛刻而又苛刻。首先，我们在下面对聚焦深度的各种因素予以分析。从方程2便会了解到，数值孔径NA是平方值，因而，它对聚焦深度有着强烈影响。另一方面，系数K2只与曝光波长相乘而增大，聚焦深度受曝光波长的影响较小。由于这个原因，人们采用了改变曝光光线的办法来改进分辨率，缩小投影对准器的曝光光线已经从水银灯的g线经i线改变到KrF激光器的受激发射光，曝光波长已经从436纳米经365纳米减到248纳米，分辨率确实得到了改进。然而，当曝光光线改变时，生产厂家需要有诸如新的光刻胶之类的新刻蚀工艺，而且，改变曝光光线并非易事。另一因素是系数K1和K2。倘若系数K2被增大，而系数K1被缩小，则分辨率R得到提高而聚焦深度DOF不会减弱。K1和K2这些系数依赖于种种刻蚀工艺以及对准器光学系统转换图形的精度。有关刻蚀工艺的例子是光刻胶的组成、涂布技术以及显影工艺，其中光刻胶的组成对分辨率R和聚焦深度DOF影响强烈。当通过i线转换图形影象时，光刻胶用的是酚醛树脂，酚醛树脂是与感光材料混合在一起，尽管酚醛树脂是亲水的并在碱性显影液中溶解，但感光材料则是亲脂的并被用为溶解的抑制剂。然而，当感光材料曝光时，它变为亲水的，而曝光的光刻胶则变成为可溶于显影液。酚醛光刻胶是一种正光刻胶。酚醛光刻胶用于经KrF激光器受激发射光转换图形时其吸收率太大。新的光刻胶被研究开发了。现用于激光器受激发射光的光刻胶叫作“化学增强刻蚀剂”。化学增强刻蚀剂包含酸生成素和树脂，其中的聚苯乙烯的羟基被疏水基取代，而疏水基被用作保护基。当化学增强刻蚀剂曝光时，酸生成素向保护基提供氢离子，氢离子起着阴极电解液的作用。它从聚苯乙烯中消除保护基，光刻胶便成为可溶的。化学增强刻蚀剂是一种正刻蚀剂。这样，改变曝光光线要求有新的刻蚀剂工艺，而新的刻蚀剂工艺并不易于开发。最后的一个因素是通过对准器光学系统转换图形的精度。目前可用的精确图形转换工艺被分为三类。第一类关系到光源的制作结构，改进照度是第一类的典型例子。第二类关系到组合在光学系统内投影透镜部件的光孔表面，光孔滤波器就是这一类的一个例子。第三类关系到光掩模，相移技术和副图形技术属于这第三类。根据在光掩模上要进行转换的图形情况，三种类别之间有不同的主效应。改变照度和相移技术利用的是在两束光通量之间的相干，并改进周期性重复图形的分辨率和聚焦深度。改变照度技术有效地改进周期性重复图形的分辨率和聚焦深度。然而，改变照度对孤立图形的效果是不好的，这是因为在孤立图形或是在周期性重复图形的最后部分光线被均匀绕射，相应地，两束光通量不怎么相干。为此，改变照度技术限用于周期性的重复图形影象。光孔滤波器技术改变投影透镜光孔表面上的空间频率分布，造成多重聚焦平面。光孔滤波器技术实现了既对周期性重复图形又对孤立图形的改进。然而，光孔滤波器技术要求改变投影透镜的光孔表面，光孔滤波技术要进入实际应用十分困难。副图形技术是对一个主图形增加一个副图形。所加入的副图形成分在大小尺寸上小于主图形，它既改进分辨率，又改进聚焦深度。副图形技术的一个典型例子发表在未经审查的申请号为5-165194日本专利公报中。附图说明图1示出一块光掩模，它在尚未审查的日本专利公报中已公开。光掩模是用在分步缩小的投影对准器中，光掩模上的图形影象在光刻胶层上被缩小成1/5。在先技术的光掩模包含一块透明玻璃衬底1和层压在透明玻璃衬底1上的铬质遮光膜2。遮光膜2被画成阴影线，以便易于从那里区分出透明玻璃衬底1的曝露区。一个宽的矩形开口2a以及窄的矩形开口2b和2c形成在遮光膜2中，而透明玻璃衬底1则曝露在宽矩形开口2a以及窄矩形开口2b和2c之下。宽矩形开口2a形成一个要被转换到构成集成电路一部分的光刻胶层上去的图形影象，供作主图形之用。另一方面，窄矩形开口2b和2c是提供在宽矩形开口2a的两侧并供作副图形之用。在该实例中，宽矩形开口2a的宽度为1.5微米，而窄矩形开口2b和2c的宽度则为0.75微米。宽矩形开口2a的中央线与每个窄矩形开口2b/2c的中央线相隔4.5微米。当在先技术的光掩模曝光时，光线穿通宽矩形开口2a和窄矩形开口2b/2c，透射光束落在光刻胶层上。倘若两中心线之间的距离、曝光的波长、缩小比以及数值孔径确定得合适，通过窄矩形开口2b/2c的透射光束与通过宽矩形开口的透射光束相干，使得光刻胶层中要被转换主图形的区域内的光强增加，这就造成分辨率和聚焦深度的改进。这样，主图形伴随有副图形，且决不会有孤立的图形在光掩模上形成。由于这个原因，副图形技术去除了改变照度技术上的所述限制。然而，在在先的副图形技术中遇到了一个问题，就是缩小的主图形使得副图形的各成分超过分辨率极限。如图前面所述，副图形成分在大小尺寸上在所有时间里都小于主图形，而主图形接近分辨率极限时引起副图形成分超过分辨率极限。另一个问题是在周期性重复图形和孤立图形之间的接近效应。接近效应依赖于周期性重复图形和孤立图形之间的距离。通过周期性重复图形的光束形成的光强分布与通过孤立图形的光束形成的光强分布不同。倘若调节曝光达到使光刻胶图形与光掩模上的周期性重复图形精确匹配的合适值，则从孤立图形透过的光刻胶图形偏离几个预期的尺寸。这是由于副图形成分的数目相对地少。在从周期性重复图形和孤立图形到KrF激光器化学增强刻蚀剂的图形转换中还会遇到另一问题。如同前述，受激发射激光器引起化学增强刻蚀剂产生氢离子，氢离子的数量，从而，相应的溶解度，正比于化学增强刻蚀层上的受激发射光的强度。即使副图形技术被应用到光掩模上，周期性重复图形和孤立图形也是有区别地使受激发射光透射到化学增强刻蚀剂上面，在经过周期性重复图形照射的区域与经过孤立图形照射的另一区域之间产生溶解度上的差别。结果是，周期性重复图形与孤立图形是有差别地从光掩模转换到化学增强刻蚀层上，这种不准确图形转换的另一原因是导源于氢离子的扩散。倘若有一宽阔透明小空间扩展在一窄的不透明图形周围，照射光在相应于宽透明小空间的一个宽区域内产生大量的氢离子，而这大量氢离子扩散进入相应于窄的不透明图形的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向感光层上进行图形转换的光掩模，该掩膜包括：一块衬底（１０、２０、３１、４１、５１、６１），它具有第一透明度；一个遮光图形（１１、２１、３２、４６、５３、６２），它具有第二透明度，并被分配在所述衬底的第一区域；以及一个副 图形，它使辐照得以向所述感光层精确地转换一个主图形，其特征在于，一个半透明图形（１２、２２、３４、４７、５４、６３），它具有大于所述第二透明度并低于所述第一透明度的第三透明度，并被分配在所述第一区域附近的所述衬底的第二区域，所述遮光 图形和所述衬底之一以及所述半透明图形界定要通过辐照被转换到所述感光层上的所述主图形，所述半透明图形和所述衬底之一以及所述遮光图形界定所述副图形。

【技术特征摘要】
JP 1995-6-29 163895/951.一种用于向感光层上进行图形转换的光掩模，该掩膜包括一块衬底(10、20、31、41、51、61)，它具有第一透明度；一个遮光图形(11、21、32、46、53、62)，它具有第二透明度，并被分配在所述衬底的第一区域；以及一个副图形，它使辐照得以向所述感光层精确地转换一个主图形，其特征在于，一个半透明图形(12、22、34、47、54、63)，它具有大于所述第二透明度并低于所述第一透明度的第三透明度，并被分配在所述第一区域附近的所述衬底的第二区域，所述遮光图形和所述衬底之一以及所述半透明图形界定要通过辐照被转换到所述感光层上的所述主图形，所述半透明图形和所述村底之一以及所述遮光图形界定所述副图形。2.按照权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，其中所述半透明图形(12)和所述遮光图形(11)分别包括形成在所述衬底上的多个半透明带(12a-12f)和形成在所述衬底上的至少一个不透明带(11)，所述多个半透明带中的每一个与所述至少一个不透明带在大小尺寸上相等。3.按照权利要求2所述的光掩模，其特征在于，其中所述的多个半透明带(12a-12f)是部分地设置在所述至少一个不透明带的一侧并部分地设置在所述至少一个不透明带的另一侧，所述多个半透明带与所述不透明带是按恒定间距排列的。4.按照权利要求3所述的光掩模，其特征在于，其中所述多个半透明带(12a-12f)中相邻近的两个与所述至少一个不透明带(11)之间的间隙跟所述多个半透明带中的每一个并跟所述不透明带在宽度上相等。5.按照权利要求2所述的光掩模，其特征在于，其中所述的遮光图形(21、32、62)还包括一个不透明带(212-21n、32b-32d、62b-6e)，它跟所述的至少一个不透明带(211、32a、62a)在大小尺寸上相等。6.按照权利要求5所述的光掩模，其特征在于，其中所述的至少一个不透明带(211、32a)和所述的不透明带(211-21n、32b-32d)是设置在选定的各个所述的多个半透明带(22a-22c、34d-34c)和其余的各个所述的多个半透明带(22d-22f、34h-34j)之间7.按照权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥本修一，笠间邦彦，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]