專利名稱：多透射相位掩模和使用其的曝光方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多透射相位掩模和使用其的曝光方法，且更具體地涉及一種用以高精度地實現(xiàn)掩模的微小圖案的臨界尺寸的多透射掩模及使用該掩模的曝光方法。
背景技術：
依據(jù)半導體器件的高集成度和高密度的需求的增加，針對實現(xiàn)高精度的光刻技術已經(jīng)得到研究和開發(fā)以在晶片上形成更加微小的圖案。曝光設備的分辨率R由等式1定義，其中k1為對于工藝的經(jīng)驗常數(shù)，λ為曝光光的波長，而NA為在曝光設備中的透鏡的數(shù)值孔徑；R=k1λNA...1]]>如等式1所示，為了實現(xiàn)高分辨率，必須增加在曝光設備中的透鏡數(shù)值孔徑NA，且必須減小曝光光的波長。因此，實際針對曝光設備使用的曝光光的波長已經(jīng)逐漸從I線(365nm)減小至KrF準分子激光(248nm)、ArF準分子激光(193nm)、F2激光(157nm)等。
圖1顯示了依據(jù)使用KrF激光的傳統(tǒng)技術具有存儲節(jié)點接觸圖案的掩模。如圖1所示，當使用KrF激光時，如果在掩模上存儲節(jié)點接觸的尺寸為93nm、90nm和87nm，則模擬接觸的臨界尺寸分別為103.7nm、95.0nm和86.1nm。在該情況下的掩模誤差因子為大約11.8，其造成由在掩模上的圖案的尺寸的輕微變化引起的在晶片上的圖案的尺寸上的顯著變化。因此，考慮到大規(guī)模生產(chǎn)所接受的掩模誤差因子小于5，可以理解11.8的誤差因子是非常高的。
圖2顯示了通過傳統(tǒng)技術在晶片上曝光的存儲節(jié)點接觸圖案。如圖2所示，當利用0.8NA的KrF曝光設備使用掩模、在晶片上曝光6％半色調(diào)掩模上半節(jié)距為90nm的存儲節(jié)點接觸圖案時，發(fā)生有缺陷“b”，其中微小存儲節(jié)點接觸圖案的圖案單元沒有規(guī)則地在晶片上敞開，或有缺陷“c”，其中圖案單元彼此橋接。
圖3a顯示了依據(jù)傳統(tǒng)技術由于在具有存儲節(jié)點接觸圖案的掩模上的錯誤導致的不規(guī)則圖案，且圖3b顯示了由此導致的晶片上的缺陷圖案。
如圖3a和3b所示，可以理解存在有缺陷，其中因為由存儲節(jié)點接觸圖案的重復排列導致的掩模上的錯誤，所以存儲節(jié)點接觸圖案的圖案單元沒有規(guī)則地在晶片上敞開。
如此，依據(jù)傳統(tǒng)技術，有一個問題，即，當使用KrF激光時，如存儲節(jié)點接觸圖案的微小圖案的臨界尺寸沒有以高精度實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決上述問題，且本發(fā)明的一個目的為提供一種多透射相位掩模，其提供于具有反相區(qū)的光透射區(qū)的預定部分，所述反相區(qū)允許光以反相透射，由此以高精度實現(xiàn)半導體二極管的微小和重復圖案的臨界尺寸。
本發(fā)明的另一目的為提供一種使用改進的照明系統(tǒng)和一種多透射相位掩模的曝光方法，所述多透射相位掩模提供于具有反相區(qū)的光透射區(qū)的一預定部分，所述反相區(qū)允許光以反相透射，由此在曝光工藝時實現(xiàn)具有高精度的半導體二極管的微小和重復圖案的臨界尺寸。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，上述和其它的目的可以通過提供一種用于曝光設備的多透射相位掩模實現(xiàn)，所述多透射相位掩模包括透明襯底；光屏蔽膜，形成于透明襯底上且界定光透射區(qū)和光屏蔽區(qū)；和在光透射區(qū)的預定部分上形成的反相區(qū)以允許光以反相從中透射。
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供使用針對曝光設備的多透射相位掩模的曝光方法，所述多透射相位掩模包括透明襯底；光屏蔽膜，形成于透明襯底上且界定光透射區(qū)和光屏蔽區(qū)；和在光透射區(qū)的預定部分上形成的反相區(qū)以允許光以反相從中透射，其中由曝光光通過改進的照明系統(tǒng)照射于多透射相位掩模，在晶片上曝光半導體二極管的圖案，所述照明系統(tǒng)包括至少兩個極(pole)，每個具有預設的開口角度。
可以通過蝕刻透明襯底至一預定深度形成反相區(qū)。
反相區(qū)對于光透射區(qū)有180°的相差。
在光屏蔽膜中界定的光透射區(qū)的行方向上可以形成反相區(qū)。
在光屏蔽膜中界定的光透射區(qū)的列方向上可以形成反相區(qū)。
可以由KrF激光、ArF激光或F2激光產(chǎn)生曝光光。
光屏蔽膜可以為鉻膜和半色調(diào)膜之一，半色調(diào)膜允許一部分光被透射同時反轉(zhuǎn)光相位。
光屏蔽膜可以為鉻膜和半色調(diào)膜的選擇性組合，半色調(diào)膜允許一部分光被透射同時反轉(zhuǎn)光相位。
多透射相位掩模還可以包括在預定部分的另一個反相區(qū)，其中該反相區(qū)不接觸光透射區(qū)。
曝光方法可以為一種浸沒型曝光方法。
改進的照明系統(tǒng)可以具有六極。


依據(jù)附圖和下面的詳細描述，本發(fā)明的前述和其它的目的和特征將更加易懂。
圖1顯示了傳統(tǒng)技術的具有存儲節(jié)點接觸圖案的掩模；圖2顯示了通過傳統(tǒng)技術曝光于晶片上的存儲節(jié)點接觸圖案；圖3a和3b顯示了傳統(tǒng)技術的由于在具有存儲節(jié)點接觸圖案的掩模上的錯誤導致的不規(guī)則圖案，和由此導致的晶片上的缺陷圖案；圖4為說明依據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的多透射相位掩模的平面圖；圖5a至5c分別為沿圖4的線X-X、Y-Y、Z-Z取的垂直剖面圖；圖6為說明依據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例的多透射相位掩模的平面圖；圖7a至7c分別為沿圖6的線X’-X’、Y’-Y’、Z’-Z’取的垂直剖面圖；圖8a至8f分別為說明本發(fā)明的多個實施例的多透射相位掩模的圖樣；圖9顯示制造本發(fā)明的多透射相位掩模時使用的改進的照明系統(tǒng)；和圖10a至10c顯示利用本發(fā)明的多透射相位掩模和改進的照明系統(tǒng)在晶片上曝光的存儲節(jié)點接觸圖案的范例。
具體實施例方式
將參考附圖詳細描述優(yōu)選實施例。應當理解提供的實施例不是為了限制本發(fā)明的范圍，而只是為了說明的目的。
圖4為說明依據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的多透射相位掩模的平面圖。
參考圖4，依據(jù)本發(fā)明的一實施例的多透射相位掩模包括透明襯底10；光屏蔽膜12，形成于透明襯底上且界定光透射區(qū)A和光屏蔽區(qū)B；和在光透射區(qū)A的預定部分上形成的反相區(qū)14以允許光以反相從中透射。在此時，透明襯底10為透射的光提供0°的相位延遲，而反相區(qū)14提供了180°的相位延遲。具體地，通過蝕刻透明襯底10至一預定的深度，形成反相區(qū)14以提供180°的相位延遲。因此，在通過光透射區(qū)A的透射的光和通過反相區(qū)14透射的光之間具有180°的相差。
在以上的構(gòu)造中，鉻膜和半色調(diào)膜之一被用于光屏蔽膜12，所述半色調(diào)膜允許一部分的光被透射同時反轉(zhuǎn)光的相位。可替換地，鉻膜和半色調(diào)膜的選擇性組合可以用于光屏蔽膜12，所述半色調(diào)膜允許一部分的光被透射同時反轉(zhuǎn)光的相位。
圖5a至5c分別為沿圖4的線X-X、Y-Y、Z-Z取的垂直剖面圖。
圖5a為沿圖4的線X-X取的多透射相位掩模的垂直剖面圖，其中在光屏蔽膜12中的蝕刻至一預定深度的一部分的透明襯底10為反相區(qū)14。
圖5b為沿圖4的線Y-Y取的多透射相位掩模的垂直剖面圖，其中透明襯底10的暴露部分為透射區(qū)域A。
圖5c為沿圖4的線Z-Z取的多透射相位掩模的垂直剖面圖，其中被蝕刻得低于透射區(qū)域A的表面的一部分透明襯底10為反相區(qū)14。
如此，當利用如KrF曝光設備的曝光設備進行曝光工藝時，使用用于形成存儲節(jié)點接觸圖案的本實施例的多透射掩模，在通過光透射區(qū)A透射的光和通過反相區(qū)14透射的光之間產(chǎn)生180°的相差，其中光透射區(qū)A將形成有存儲節(jié)點接觸圖案等，而在光透射區(qū)A中在行的方向上形成反相區(qū)14。因此，在光透射區(qū)A接觸反相區(qū)14的部分產(chǎn)生光相位之間的抵消現(xiàn)象，由此允許在一預定的范圍內(nèi)保持圖案的形狀而不受掩模尺寸改變的顯著影響。因此，利用本實施例的多透射相位掩模，可以防止缺陷的發(fā)生，在所述缺陷中，由于在存儲節(jié)點接觸之間的間隙中產(chǎn)生的光學接近(optical proximity)現(xiàn)象，存儲節(jié)點接觸圖案的圖案單元沒有規(guī)則地在晶片上敞開，或者其中圖案單元彼此橋接。
圖6為說明依據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例的多透射相位掩模的平面圖。參考圖6，依據(jù)另一實施例的多透射相位掩模包括透明襯底10；在透明襯底上10形成的諸如鉻膜的光屏蔽膜12，以防止光從光屏蔽膜12透射，用于在光屏蔽膜12中界定光透射區(qū)A’和光屏蔽區(qū)B’；和通過蝕刻透明襯底10至一預定深度在光透射區(qū)A’的列方向上形成的反相區(qū)14。此時，必須控制蝕刻深度使得通過光透射區(qū)A’透射的光和通過反相區(qū)14透射的光之間產(chǎn)生180°的相差。
在以上的構(gòu)造中，鉻膜和半色調(diào)膜之一用于光屏蔽膜12，所述半色調(diào)膜允許一部分的光被透射同時反轉(zhuǎn)光的相位?；蛘撸t膜和半色調(diào)膜的選擇性組合可以用于光屏蔽膜12，所述半色調(diào)膜允許一部分的光被透射同時反轉(zhuǎn)光的相位。
圖7a至7c分別為沿圖6的線X’-X’、Y’-Y’、Z’-Z’取的垂直剖面圖。
圖7a為沿圖6的線X’-X’取的多透射相位掩模的垂直剖面圖，其中蝕刻得低于透射區(qū)域A’的表面的一部分透明襯底10為反相區(qū)14。
圖7b為沿圖6的線Y’-Y’取的多透射相位掩模的垂直剖面圖，其中透明襯底10的暴露部分為透射區(qū)域A’。
圖7c為沿圖6的線Z’-Z’取的多透射相位掩模的垂直剖面圖，其中在光屏蔽膜12中的蝕刻至一預定深度的一部分透明襯底10為反相區(qū)14。
如此，當利用如KrF曝光設備的曝光設備進行曝光工藝時，使用用于形成存儲節(jié)點接觸圖案的本實施例的多透射掩模，在通過光透射區(qū)A’透射的光和通過反相區(qū)14透射的光之間產(chǎn)生180°的相差，光透射區(qū)A’將形成有存儲節(jié)點接觸圖案等，而在光透射區(qū)A’間在行方向的空間上形成反相區(qū)14。因此，在光透射區(qū)A’接觸反相區(qū)14的部分產(chǎn)生光相位之間的抵消現(xiàn)象，由此允許在一預定的范圍內(nèi)保持圖案的形狀而不受掩模尺寸改變的顯著影響。因此，利用本實施例的多透射相位掩模，可以防止缺陷的發(fā)生，在所述缺陷中，由于在存儲節(jié)點接觸之間的間隙中產(chǎn)生的光學接近現(xiàn)象，存儲節(jié)點接觸圖案的圖案單元沒有規(guī)則地在晶片上敞開，或者其中圖案單元彼此橋接。
同時，雖然在以上實施例中描述的反相區(qū)14通過蝕刻透明襯底10至預定深度的方法形成，但是顯然可以通過其它方法形成反相區(qū)14。
圖8a至8f為圖示本發(fā)明的多個實施例的多透射相位掩模的諸圖樣，其中圖示了多透射相位掩模的不同改變，如對多透射相位掩模的光襯底區(qū)域中的矩形圖案添加輔助圖案、調(diào)整反相區(qū)的位置等。
圖8a顯示了本發(fā)明的多透射相位掩模的一個范例。參考圖8a，多透射相位掩模包括具有矩形圖案的光透射區(qū)10；在光透射區(qū)10的四邊形成的輔助圖案單元11a；和光透射區(qū)10中在行方向上的具有180°相位的反相區(qū)14。
圖8b顯示了本發(fā)明的多透射相位掩模的另一個范例。參考圖8b，多透射相位掩模包括具有矩形圖案的光透射區(qū)10；在光透射區(qū)10的兩邊形成的輔助圖案單元11b；和光透射區(qū)10中在列方向上的具有180°相位的反相區(qū)14。
圖8c顯示了本發(fā)明的多透射相位掩模的再一個范例。參考圖8c，多透射相位掩模包括具有如圖8c的多邊形圖案的光透射區(qū)10a；和光透射區(qū)10a中在列方向上的具有180°相位的反相區(qū)14；和形成于反相區(qū)14不接觸光透射區(qū)10a的附加反相區(qū)14’。
圖8d顯示了本發(fā)明的多透射相位掩模的再一個范例。請參考圖8d，多透射相位掩模包括具有如圖8d的另一多邊形圖案的光透射區(qū)10b；和光透射區(qū)10中在列方向上的具有180°相的反相區(qū)14；和形成于反相區(qū)14不接觸光透射區(qū)10a的部分處的附加反相區(qū)14”。
圖8e顯示了本發(fā)明的多透射相位掩模的又一個范例，其中對圖8c中所示的多透射相位掩模沒有提供附加反相區(qū)14’。
圖8f顯示了本發(fā)明的多透射相位掩模的又一個范例，其中對圖8d中所示的多透射相位掩模沒有提供附加反相區(qū)14”。
當使用用于曝光光的ArF激光或F2激光和KrF激光時，可以應用本發(fā)明的多透射相位掩模。
如此，本發(fā)明的多透射相位掩模具有反相區(qū)，其具有與光透射區(qū)的相位差為180°且同時具有100％的光透射率，形成于光透射區(qū)中的預定區(qū)域或附加形成于反相區(qū)不接觸光透射區(qū)處的預定區(qū)域。因此，在曝光期間，在光透射區(qū)接觸光反相區(qū)處的空間產(chǎn)生相位間的抵消現(xiàn)象，由此保證在晶片上形成的諸如存儲節(jié)點接觸圖案的圖案的臨界尺寸。具體地，當使用KrF激光作為曝光光時，可以通過本發(fā)明的多透射相位掩模以高精度實現(xiàn)如精細存儲節(jié)點接觸圖案的微小圖案的臨界尺寸，由此防止新安裝ArF激光或F2激光的投資帶來的費用。
同時，雖然沒有在圖8a至8f中描述，但是標記12指示在透明襯底上形成以界定光透射區(qū)的光屏蔽膜。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的曝光方法的特征在于，該方法使用如上所述的多透射相位掩模，且在于由曝光光通過改進的照明系統(tǒng)照射于多透射相位掩模，在晶片上曝光半導體二極管的圖案，所述照明系統(tǒng)包括至少兩個極，每個具有預設開口角度α、β和γ，如圖9所示。
圖9顯示了用于本發(fā)明的改進的照明系統(tǒng)。如圖9中所示的改進的照明系統(tǒng)為一種改進的照明系統(tǒng)，包括至少兩個極，例如六極。六極的每個極具有預設的開口角度，例如，對縱軸的開口角度α為15°、對橫軸的開口角度β為15°和由一對極界定的開口角度γ為60°。
開口極(open pole)的數(shù)目、開口極的開口角度和在改進的照明系統(tǒng)中的每個開口角度的方向依據(jù)在多透射相位掩模中的反相區(qū)的位置決定。
圖10a至10c顯示利用本發(fā)明的多透射相位掩模和改進的照明系統(tǒng)的在晶片上曝光的存儲節(jié)點接觸圖案的范例。
當利用0.8NA Kr曝光設備、使用如圖9所示的改進的照明系統(tǒng)和具有如圖8a、8c和8e所示的具有95nm的半節(jié)距存儲節(jié)點接觸圖案的多透射相位掩模，在晶片上進行曝光工藝時，在晶片上形成如圖10a、10b和10c所示的均勻的存儲節(jié)點接觸圖案的圖像。在此時，在每個情況中聚焦深度(DOF)為0.5μm，且在圖10a、10b和10c中在曝光工藝時，曝光限度(EL)分別為12.7％、14.1％和12.6％。
如上所述的曝光方法可以用于浸沒型曝光方法。
如從以上描述明顯易懂，當使用本發(fā)明的多透射相位掩模進行曝光工藝時，由在其中形成存儲節(jié)點接觸圖案的光透射區(qū)和形成與光透射區(qū)相接觸的反相區(qū)之間的180°的相位差引起的抵消現(xiàn)象允許在晶片上的圖案的臨界尺寸得到保證，由此防止缺陷的發(fā)生，在所述缺陷中，由于在存儲節(jié)點接觸之間的間隙中產(chǎn)生的光學接近現(xiàn)象，存儲節(jié)點接觸圖案的圖案單元沒有規(guī)則地在晶片上敞開，或者其中圖案單元彼此橋接。另外，當使用KrF激光作為曝光光源時，可以通過本發(fā)明的多透射相位掩模以高精度實現(xiàn)如精細存儲節(jié)點接觸圖案的微小圖案的臨界尺寸，由此防止新安裝ArF激光或F2激光的投資帶來的費用。
另外，當使用諸如具有六極的改進的照明系統(tǒng)時，可以調(diào)整掩模的相位和光學透射率，由此實現(xiàn)精確的半導體二極管的精細和重復圖案的臨界尺寸。
應當理解描述實施例和附圖是為了說明性的目的且本發(fā)明由所附的權(quán)利要求限定。另外，本領域的技術人員可以理解，在不脫離如所附的權(quán)利要求闡述的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，允許不同的改進、添加和替代。
權(quán)利要求
1.一種用于曝光設備的多透射相位掩模，包括透明襯底；光屏蔽膜，形成于所述透明襯底上且界定光透射區(qū)和光屏蔽區(qū)；和反相區(qū)，形成于所述光透射區(qū)的預定部分上以允許曝光光以反相從其透射。
2.如權(quán)利要求1的掩模，其中通過蝕刻透明襯底至一預定深度形成所述反相區(qū)。
3.如權(quán)利要求1的掩模，其中所述反相區(qū)對所述光透射區(qū)的相位差為180°。
4.如權(quán)利要求1的掩模，其中在所述光屏蔽膜中界定的所述光透射區(qū)的行方向上形成所述反相區(qū)。
5.如權(quán)利要求1的掩模，其中在所述光屏蔽膜中界定的所述光透射區(qū)的列方向上形成所述反相區(qū)。
6.如權(quán)利要求1的掩模，其中由KrF激光、ArF激光或F2激光之一產(chǎn)生所述曝光光。
7.如權(quán)利要求1的掩模，其中所述光屏蔽膜為鉻膜和半色調(diào)膜之一，所述半色調(diào)膜允許一部分光被透射同時反轉(zhuǎn)光相位。
8.如權(quán)利要求1的掩模，其中所述光屏蔽膜為鉻膜和半色調(diào)膜的選擇性組合，所述半色調(diào)膜允許一部分光被透射同時反轉(zhuǎn)光相位。
9.如權(quán)利要求1的掩模，其還包括在所述反相區(qū)未接觸所述光透射區(qū)的預定部分的另一個反相區(qū)。
10.一種使用用于曝光設備的多透射相位掩模的曝光方法，所述多透射相位掩模包括透明襯底；光屏蔽膜，形成于所述透明襯底上且界定光透射區(qū)和光屏蔽區(qū)；和在所述光透射區(qū)的預定部分上形成的反相區(qū)以允許光以反轉(zhuǎn)的光相位從中透射，其中由曝光光通過改進的照明系統(tǒng)照射于所述多透射相位掩模，在晶片上曝光半導體二極管的圖案，所述照明系統(tǒng)包括至少兩個極，每個具有預設的開口角度。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中通過蝕刻透明襯底至一預定深度形成所述反相區(qū)。
12.如權(quán)利要求10的方法，其中所述反相區(qū)對所述光透射區(qū)的相位差為180°。
13.如權(quán)利要求10的方法，其中在所述光屏蔽膜中界定的所述光透射區(qū)的行方向上形成所述反相區(qū)。
14.如權(quán)利要求10的方法，其中在所述光屏蔽膜中界定的所述光透射區(qū)的列方向上形成所述反相區(qū)。
15.如權(quán)利要求10的方法，其中由KrF激光、ArF激光或F2激光之一產(chǎn)生所述曝光光。
16.如權(quán)利要求10的方法，其中所述光屏蔽膜為鉻膜和半色調(diào)膜之一，所述半色調(diào)膜允許一部分光被透射同時反轉(zhuǎn)光相位。
17.如權(quán)利要求10的方法，其中所述光屏蔽膜為鉻膜和半色調(diào)膜的選擇性組合，所述半色調(diào)膜允許一部分光被透射同時反轉(zhuǎn)光相位。
18.如權(quán)利要求10的方法，其中所述多透射相位掩模還包括在所述反相區(qū)未接觸所述光透射區(qū)的預定部分的另一個反相區(qū)。
19.如權(quán)利要求10的方法，其中曝光方法為浸沒型曝光方法。
20.如權(quán)利要求10的方法，其中所述改進的照明系統(tǒng)具有六極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多透射相位掩模和使用該掩模的曝光方法。所述掩模包括透明襯底；光屏蔽膜，形成于透明襯底上且界定光透射區(qū)和光屏蔽區(qū)；和在光透射區(qū)的預定部分上形成的反相區(qū)以允許光以反相從中透射。在該方法中，由曝光光通過改進的照明系統(tǒng)照射于多透射相位掩模，在晶片上曝光半導體二極管的圖案，所述照明系統(tǒng)包括至少兩個極，每個具有預設的開口角度。依據(jù)本發(fā)明，可以防止缺陷的發(fā)生，在所述缺陷中，存儲節(jié)點接觸圖案的圖案單元沒有規(guī)則地在晶片上敞開，或者其中圖案單元彼此橋接。
文檔編號G03F1/34GK1794085SQ20051006744
公開日2006年6月28日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月22日
發(fā)明者樸贊河 申請人:海力士半導體有限公司