專利名稱：包括有可變透光率的遮光層的掩模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種掩模，例如用于制造半導(dǎo)體器件的光掩?；蚬鈻?reticle)。
在例如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)器件等集成電路半導(dǎo)體器件中，隨著集成度的提高，光刻工藝的圖形線寬變得越來越細。
按現(xiàn)有技術(shù)的光刻工藝，如果光掩模有線—間隙圖形和隔離圖形，則線—間隙圖形每條線的寬度與隔離圖形的線寬相同。結(jié)果，在線—間隙圖形和隔離圖形之間產(chǎn)生了線圖象寬度的不同，這被稱為光鄰近效應(yīng)。以后對此將作詳細說明。
按另一現(xiàn)有技術(shù)的光刻工藝，對于形成于半導(dǎo)體襯底上的光刻膠層，即使光刻膠層的厚度不均勻，也能通過具有相同線寬的圖形形成光掩模。結(jié)果，在形成有不同厚度的光刻膠層的區(qū)域發(fā)生了線圖象寬度的不同，這被稱為駐波效應(yīng)。對此也在以后作詳細說明。
按現(xiàn)有技術(shù)，可以通過對圖形進行偏移的掩模偏移法，減弱光鄰近效應(yīng)和駐波效應(yīng)。
然而，按掩模偏移法，特別是在圖形更精細時，很難制造具有光最佳偏移量的圖形的光掩模。
本發(fā)明的目的是提供一種不采用掩模偏移法也能減弱光鄰近效應(yīng)和駐波效應(yīng)的掩模。
根據(jù)本發(fā)明，在包括形成于透明基片上的遮光層的掩模中，遮光層的透光率根據(jù)遮光層的圖形密度或半導(dǎo)體襯底上的光刻膠層厚度改變。
通過以下參照附圖的說明作為與現(xiàn)有技術(shù)的比較，可以更清楚地理解本發(fā)明，其中


圖1是說明現(xiàn)有技術(shù)光掩模的剖面圖；圖2是展示圖1的光刻膠上的光強度特性的曲線圖；圖3是說明另一現(xiàn)有技術(shù)光掩模的剖面圖；圖4是展示圖2的光刻膠上的線圖象的尺寸特性的曲線圖；圖5是解釋本發(fā)明原理的剖面圖；圖6A、6B、6C和6D是展示圖5的光刻膠上的光強度特性的曲線圖；圖7是展示圖5的光刻膠上的線圖象的尺寸特性的曲線圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光掩模的剖面圖；圖9是展示圖8的光刻膠上的光強度特性的曲線圖；圖10是說明圖8的光掩模的變形的剖面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光掩模的剖面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光掩模的剖面圖。
在說明優(yōu)選實施例之前，首先參照圖1、2、3和4解釋光鄰近效應(yīng)和駐波效應(yīng)。
圖1和2是解釋光鄰近效應(yīng)的示意圖。注意，圖1示出了一光掩模和一半導(dǎo)體器件，圖2示出了一表明利用圖1的光掩模進行還原透射式曝光(reduction projection exposure)時得到的半導(dǎo)體器件上光強度分布的曲線圖。
圖1中，光掩模由玻璃基片101和形成于玻璃基片101上的鉻(Cr)遮光層102構(gòu)成。注意鉻的透光率為每微米百分之零。遮光層102的區(qū)R1中有細圖形102a，區(qū)R2中有粗圖形102b。在細圖形102a中，每條線的寬度與線間的各間隙寬度相同，另外，粗圖形102b中，隔離線的寬度與細圖形102a的線寬相同。
另外，半導(dǎo)體器件由半導(dǎo)體襯底103和通過絕緣層(未示出)淀積于半導(dǎo)體襯底103上的光刻膠層104構(gòu)成。光刻膠層104例如由透光率為每微米約百分之50的正型光刻膠形成。這種情況下，光刻膠層104的厚度幾乎是均勻的，例如約為0.73微米。
利用圖1的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光學(xué)條件下，進行還原透射式曝光，這里NA為數(shù)值孔徑，σ是光源的相干性，λ為KrF準(zhǔn)分子激光器光源的波長，得到了圖2所示的光強度分布。圖2中，閾值光強Ith定義為使細圖形102a的線圖象寬度與細圖形102a的各間隙圖象的寬度相同。這種情況下，此寬度約為0.25微米，Ith為0.337。另一方面，根據(jù)閾值光強Ith，粗圖形102b的隔離線的圖象寬度為約0.28微米。這樣，區(qū)R1和R2間線的圖象寬度產(chǎn)生如0.03微米(＝0.28微米-0.25微米)的差，這就是所謂的光鄰近效應(yīng)。
按現(xiàn)有技術(shù)，可以通過對圖形進行偏移的掩模偏移法減弱光鄰近效應(yīng)。
圖3和4是解釋駐波效應(yīng)的示意圖。注意，圖3示出了一光掩模和一半導(dǎo)體器件，圖4示出了利用圖1的光掩模進行還原透射式曝光時得到的半導(dǎo)體襯底上的圖象尺寸。
圖3中，光掩模由玻璃基片201和形成于玻璃基片201上的Cr遮光層202構(gòu)成。遮光層202在區(qū)域R1和R2中都有細圖形。即，每條線的寬度與線間的各間隙是相同的。
另外，半導(dǎo)體器件由半導(dǎo)體襯底203和通過絕緣層(未示出)形成于半導(dǎo)體襯底203上的光刻膠層204構(gòu)成。光刻膠層204例如由透光率為每微米約百分之50的正型光刻膠形成。這種情況下，由于光刻膠層204一般是旋涂的，所以，光刻膠層204的厚度有起伏。例如，區(qū)R1中光刻膠層204的厚度約為0.73微米，區(qū)R2中光刻膠層204的厚度約為0.69微米。
利用圖3的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光學(xué)條件下，進行還原透射式曝光，如圖4所示，每條線的圖象尺寸取決于光刻膠層204的厚度Tp。即，區(qū)R1中，光刻膠層204的厚度約為0.73微米，所以每條線的圖象尺寸為約0.25微米。另一方面，在區(qū)R2中，光刻膠層204的厚度約為0.69微米，所以每條線的圖象尺寸為約0.17微米。例如，在DRAM器件中，由于臺階部分的產(chǎn)生，單元陣列區(qū)和外圍電路區(qū)間的邊界處光刻膠層較薄。這樣，區(qū)R1和R2間產(chǎn)生線圖象寬度的不同，這就是所謂的駐波效應(yīng)。
按現(xiàn)有技術(shù)，可以通過對圖形進行偏移的掩模偏移法減弱駐波效應(yīng)。
下面參照圖5、6A、6B、6C、6D和7解釋本發(fā)明的原理。
圖5示出了一光掩模和一半導(dǎo)體器件，該圖中，光掩模由玻璃基片1和形成于玻璃基片1上的遮光圖形2構(gòu)成。這種情況下，遮光圖形2由寬為0.25微米的隔離線構(gòu)成。另外，半導(dǎo)體器件由半導(dǎo)體襯底3和通過絕緣層(未示出)形成于半導(dǎo)體襯底3上的光刻膠層4構(gòu)成。
利用圖5的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光學(xué)條件下，進行還原透射式曝光，于是得到了圖6A、6B、6C和6D所示的光強度分布，其中光遮光圖形2的透光率T分別為0％、2％、5％和10％。這種情況下，閾值光強度Ith(＝0.337)與由圖1和圖2的細圖形102a所定義的相同。即，遮光圖形2的透光率T越大，則遮光圖形2的線圖象的寬度越小。透光率T和遮光圖形2的線圖象的寬度W間的關(guān)系如圖7所示。
從圖7可知，如果遮光圖形2的透光率T約為2％，則線圖象的寬度約為0.25微米，與圖1和2的細圖形102a的各線圖象和間隙圖象的寬度相同。
圖8示出了本發(fā)明的第一實施例，圖8中，用遮光層102’代替圖1的遮光層102，遮光層102’由鉬硅(MoSi)層1021和Cr層1022構(gòu)成。注意，MoSi層1021是半透明的，而Cr層為不透明的。即，細圖形102a’由MoSi層1021和Cr層1022構(gòu)成，所以，該細圖形102a’的透光率為0％。另一方面，粗圖形102b’只由MoSi層1021形成，所以，粗圖形102b’的透光率例如為2％。
利用圖8的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光學(xué)條件下，進行還原透射式曝光，這里NA為數(shù)值孔徑，σ是光源的相干性，λ為KrF準(zhǔn)分子激光器光源的波長，于是得到了圖9所示的光強度分布。圖9中，根據(jù)閾值光強度Ith(＝0.337)，粗圖形102b’的隔離線的圖象寬度為約0.25微米。這樣，區(qū)R1和R2間沒產(chǎn)生線圖象寬度的不同。所以，抵消了光鄰近效應(yīng)。
圖8中，假定在細圖形102a’和粗圖形102b’只由Cr形成的相同條件下，區(qū)R2中細圖形102a’的隔離線圖象的寬度大于區(qū)R1中粗圖形102b’的線的圖象寬度。然而，如果在與上述不同的條件下，區(qū)R2中細圖形102a’的隔離線的圖象寬度小于區(qū)R1中粗圖形102b’的線的圖象寬度，則圖8的光掩?？梢杂扇鐖D10所示的光掩模代替。圖10中，細圖形102a’只由MoSi層1021構(gòu)成，所以細圖形102a’的透光率T例如約為2％。另一方面，粗圖形102b’由MoSi層1021和Cr層1022構(gòu)成，所以其透光率為0％。
圖11示出了本發(fā)明的第二實施例，圖11中，用遮光層202’代替圖3中的遮光層202，遮光層202’由半透明的MoSi層2021和不透明的Cr層2022形成。即，區(qū)R1中的遮光層只由MoSi層2021形成，所以其透光率T例如約為18％。另一方面，區(qū)R2中的遮光層202’由MoSi層2021和Cr層2022形成，所以其透光率T為0％。
利用圖11的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光學(xué)條件下，進行還原透射式曝光，每條線的圖象尺寸取決于遮光層202’的透光率T及圖4所示的光刻膠層204的厚度TP。即，區(qū)R1中，光刻膠層204的厚度約為0.73微米，所以，只從光刻膠層204的厚度TP考慮，每條線的圖象尺寸為約0.25微米。然而，這種情況下，由于遮光層202’的透光率T約為18％，所以，每條線的圖象尺寸減小到約0.17微米(見圖7)。另一方面，區(qū)R2中，光刻膠層204的厚度為約0.69微米，所以，每條線15的尺寸為約0.17微米(見圖4)。這樣，區(qū)R1和R2間不產(chǎn)生線圖象寬度的不同、結(jié)果，抵消了駐波效應(yīng)。
圖12示出了本發(fā)明的第三實施例，圖12中，用遮光層202”代替圖3中的遮光層202，遮光層202”由半透明的MoSi層2021和不透明的Cr層2022形成。即，區(qū)R1中的遮光層202”由Cr層2022形成，所以其透光率T為約0％。另一方面，區(qū)R2中的遮光層202”中，每條線皆由MoSi層2021和Cr層2022形成，每個間隙皆只由MoSi層2021形成。所以，每條線的透光率T為0％，每個間隙的透光率為55％。
利用圖12的光掩模，在NA＝0.5，σ＝0.7和λ＝240nm的光學(xué)條件下，進行還原透射式曝光，每條線的圖象尺寸取決于遮光層202”的透光率T及圖4所示的光刻膠層204的厚度TP。即，區(qū)R1中，光刻膠層204的厚度約為0.73微米，所以，只從光刻膠層204厚度TP考慮，每條線的圖象尺寸為約0.25微米。另一方面，區(qū)R2中，光刻膠層204的厚度為約0.69微米，所以，每條線15的尺寸為約0.17微米(見圖4)。然而，這種情況下，由于MoSi層2021設(shè)置于每個間隙中，每個間隙圖象的尺寸減小，所以每個圖象的尺寸例如從0.17微米增大于0.25微米(見圖7)。這樣，區(qū)R1和R2間不產(chǎn)生線的圖象寬度的不同、結(jié)果，抵消了駐波效應(yīng)。
注意，半透明層1021(2021)可由除MoSi外的材料制成，不透明層1022(2022)可由除Cr外的材料制成。
另外，在第一實施例中，光掩?？捎晒鈻?reticle)代替，半導(dǎo)體器件可由光掩模代替。
而且，本發(fā)明可以用于步進機、直接透射式曝光設(shè)備或掃描式曝光設(shè)備。
如上所述，由于由半透明層和不透明層構(gòu)成遮光層，改變了線圖象的尺寸，所以可以抵消光鄰近效應(yīng)和駐波效應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種掩模，包括透明基片(101)；及形成于所說透明基片上的遮光層(102’)，所說遮光層的透光率隨所說遮光層的圖形密度改變。
2.如權(quán)利要求1的掩模，是一種光掩模。
3.如權(quán)利要求1的掩模，是一種光柵。
4.如權(quán)利要求1的掩模，其特征在于，所說遮光層包括線和間隙圖形層(102a’)，其中每條線包括第一半透明層(1021)和不透明層(1022)；及隔離圖形(102b’)，其中的隔離線包括第二半透明層(1021)。
5.如權(quán)利要求1的掩模，其特征在于，所說遮光層包括線和間隙圖形層(102a’)，其中每條線包括第一半透明層(1021)；及隔離圖形(102b’)，其中隔離線包括第二半透明層(1021)和不透明層(1022)。
6.用于曝光半導(dǎo)體襯底(203)上的光刻膠層(204)的光掩模，包括透明基片(201)；及形成于所說透明基片上的遮光層(202’，202”)，所說遮光層的透光率隨所說光刻膠層的厚度改變。
7.如權(quán)利要求6的光掩模，其特征在于，所說遮光層包括包括第一區(qū)(R1)中的半透明層(2021)的第一圖形層；及包括第二區(qū)(R2)中的不透明層(2022)的第二圖形。
8.如權(quán)利要求6的光掩模，其特征在于，所說遮光層包括包括第一區(qū)(R1)中的第一半透明層(2021)的第一圖形層；及包括第二區(qū)(R2)中的第二半透明層(2021)和不透明層(2022)的第二圖形。
9.如權(quán)利要求6的光掩模，其特征在于，所說遮光層包括包括第一區(qū)(R1)中的第一半透明層(2021)和第一不透明層(2022)的第一圖形；及第二區(qū)(R2)中的第二半透明層(2021)；第二圖形，在所說第二半透明層上具有第二不透明層(2022)。
全文摘要
在包括形成于透明基片上的遮光層(102’,202’,202”)的掩模中,遮光層的透光率隨遮光層的圖形密度或半導(dǎo)體襯底(203)上的光刻膠層(204)的厚度改變。
文檔編號G03F1/54GK1193127SQ9810100
公開日1998年9月16日 申請日期1998年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月10日
發(fā)明者橋本修一, 藤本匡志 申請人:日本電氣株式會社