具有照度偏光控制的光罩的制作方法

专利名称：具有照度偏光控制的光罩的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体的制造方法，且特别涉及具有照度控制以控制光透过强度的光罩，也就是控制光通过光罩上不同结构密度的数个区域的强度。
由于在新的集成电路内有更大数目的晶体管，使用多重的内连线层作为晶体管的电性连接。一内连线层可包含非常薄且定位准确的导线，其被介电材料包围以避免内连线层之间的交叉导通(Cross-talk)。而邻近的内连线层之间以一内层间的介电层分开，以求减弱内连线层之间的导通。
半导体集成电路内，在多重内连线层的导线通常借着介层窗(Via)的使用，以连接到其它的内连线层。介层窗为一准确定位孔径，其形成在内层间的介电材料内，介层窗内填有导电物质，能促成内连线层的导线间的电性连接。
微影工艺是晶体管、导线及介层窗的工艺步骤之一。在上述的工艺之中，多次使用到微影工艺，且微影工艺是决定集成电路最大密度及最终可靠度的重要且限制的程序之一。微影技术在晶体管、内连线层及介层窗的定位与确保他们的均一性特别重要。目前微影技术允许使用在特征小于0.25微米装置的制造。当微影工艺继续改进，未来可能发展的特征尺寸无疑地会更缩小。
进行典型的微影工艺，是通过一些方法(通常是旋转器)，在工作表面旋涂一层光阻，光阻层可曝光于紫外光(UV)光或以另外的辐射形式而图案化。工作表面可以是半导体晶圆、内连线层或依集成电路当时的制造阶段而定的其它层。将光阻曝露于光的相对图案，光阻层可感光与图案化。在决定可能被制造的集成电路特征时，光的频率是重要的，更小的特征可由更高的频率(较短波长)光源完成。目前技术已发展至248nm(KrF准分子激光微影)、13.4nm(超级紫外光微影)及1.0nm(X-ray微影)波长光的微影系统。
当光阻曝露于光源下，光阻可依所使用的型态而变硬或变软。正光阻(Positive photoresist)也就是光软化光阻，可借着曝露至辐射如紫外光而去多分子化，因此将涂有正光阻曝露于辐射的区域，然后放置在显影剂中，正光阻会被溶解，然而被光罩罩住而未曝光的区域则未被影响；另一方面，负光阻(Negative photoresist)为光硬化光阻，可借着曝露于辐射光而多分子化，也就是曝露于辐射光的区域被保留，而被光罩覆盖的区域会被溶解。因此，视所使用的光阻型态而定，转映至芯片上光阻的图案可以是光罩图案的正像或负像。
进行曝光时，将表面有光阻覆盖的芯片放置在光罩之下，以避免辐射穿透光阻的某些部分。在光阻预定的区域进行多分子化或去多分子化的程度，与光阻的性质及光阻曝露于辐射的程度有关。
当光罩被放置在光源与散布在芯片表面的光阻层之间，此光罩被当成如同是形成光图案的标线(Reticle)而操作。光罩的图案是由阻挡光从光源至光阻层的区域及允许光从光源通过至光阻层的区域所组成。通过光罩产生的光图案通常是用于芯片上的单一晶粒，所以可在光罩及光阻层之间放置一组镜片，以降低图案的尺寸及聚焦光的图案到晶粒上。接着于芯片上的下一个晶粒，进行微影步骤且重复上述的微影程序，直到芯片上所有的晶粒都曝露于由光罩所产生的光图案。
化学浸泡例如是使用熟知的显影剂，是借着将芯片置入显影剂中且允许芯片被润丝一段所选定的时间，其能用来溶解芯片上的部分光阻，此部分光阻系经过辐射光照射而相当去多分子化。芯片上的光阻层从光罩接受图案，此光阻层通常被称为图案化光阻层。于工作表面上存在光阻或不存在光阻将产生图案或样板(template)，其被用在后续的集成电路工艺步骤中。例如在无光阻的曝光区域的微影步骤之后，可进行蚀刻或离子植入程序以继续集成电路的制造程序。
无论如何，传统的微影工艺经常使光阻层过度曝光及/或是未完全曝光。当光罩表面上的图案特征的密度是非均一时，将产生光阻层过度曝光及/或是未完全曝光的问题。光罩上具有图案密度大的区域(该区域趋向阻挡更多光线)趋向使光阻未完全曝光，而光罩上具有图案密度较小的区域(该区域趋向阻挡更少光线)趋向使光阻过度曝光，借着在不同图案结构密度的区域的照度控制及调整，修正使未完全曝光的光阻层趋向加剧过分曝光，反之亦然。
对上述的光罩公知技术存在着改进的需求，理想中的光罩应该具有可用来定义具有数个不同结构密度的区域的图案，且有助于对光通过至光阻层的光强度有较好的控制。这样的光罩应该允许用于阵列及微阵列实体，而无须使用关键性尺寸(critical dimension)偏光以偏光强度通过至光阻层。关键性尺寸偏光会在光阻层产生未完全曝光或过度曝光的区域。上述的关键性尺寸偏光不易控制，且未完全曝光或过度曝光的程度在程序周期之间可能有所不同。对改进光罩公知的制造方法有进一步的需求，使其未偏光强度可以通过光罩而抵达光阻层。
在一实施例中，所说明的光罩包括一透明的基底、微不透光的穿透控制层及图案化且不透光的反射层。当光行走至光阻层，图案化反射层所形成的图案可以在不同的区域阻挡光通过或允许光通过。然而，光罩上图案的一些区域比其它区域具较大反射层结构密度。依照本发明得知，图案上具较高反射层结构密度的区域，在图案中区域的光阻层趋向于未完全达到所欲曝光的程度。反之亦然，依照本发明得知，图案上具较低反射层结构密度的区域，在图案中区域的光阻层趋向于超过所欲曝光的程度。
本发明的目的之一即针对未完全曝光及过度曝光的问题，提出且制备一穿透控制层。当光通过穿透控制层，此穿透控制层可以巧妙地处理并控制减弱光强度。
本发明目的之二是借着改变穿透控制层的厚度控制光强度的减弱。由于穿透控制层是微不透光的，因此可因穿透控制层的厚度而减弱光的强度。例如，在图案上具较低反射层结构密度的区域需形成厚的穿透控制层，否则会造成过度曝光；反之在图案上具较高反射层结构密度的区域需形成薄的穿透控制层或无穿透控制层，否则会造成曝光不足。
本发明的目的之三是提供一种具照度偏光控制的光罩的制造程序。首先在基底上依序形成一穿透控制层及一反射层，接着于反射层之上沉积且图案化一第一光阻层，然后使用图案化的第一光阻层当成罩幕，蚀刻在第一光阻层上的图案，穿过上述的反射层且穿过穿透控制层所欲的第一距离，使去除材料之处形成一些孔隙。然后将第二光阻层沉积且图案化于反射层之上，接着使用图案化的第二光阻层当成罩幕，蚀刻在第二光阻层图案，穿过上述的反射层且穿过穿透控制层所欲的第二距离，使去除材料之处形成一些孔隙，在低的反射层结构密度的区域所余留下来穿透控制层的厚度，比在高的反射层结构密度的区域所余留下来穿透控制层的厚度为厚。
蚀刻光罩上的反射层，以一些孔隙形成光罩上的图案，孔隙的形状可以是圆形或方形，可用于例如穿过介电层的介层窗或是用于离子植入半导体基底的开口。而被形成为拉长的沟槽的孔隙可用于例如在内连线层形成电性连接。孔隙不受限于任何形式及可以包含其它形式或各种形式的组合。
图中标记分别为
100基底101穿透控制层102反射层103第一光阻层104、301、400孔隙200开口300第二光阻层401光罩600于基底形成一穿透控制层601于穿透控制层形成一图案化反射层602形成并图案化一层第一光阻层603使用第一图案化光阻层为光罩，蚀刻数个孔隙，以通过反射层及通过穿透控制层，去除第一光阻层604形成并图案化一层新的光阻层605使用新的图案化光阻层为光罩，蚀刻数个孔隙，以通过反射层及部分通过穿透控制层，去除此新的光阻层。
A400横截面箭头虽然本发明已以实施例公开，然其在此只是通过例子说明，并非用以限定本发明，有关本发明下列详细的描述，虽然讨论的是示范实施例，任何熟悉该技术者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许更动与润饰，而本发明的保护范围以权利要求书所界定者为准。例如任何熟悉该技术者，当明了光罩不只是使用于半导体集成电路工艺，光罩亦可以用以控制光图案的空间强度，例如将光罩用在微机电装置的工艺或微光学装置以及任何与用在投影机或照相机的相关技术。
在实施例所描述的工艺及步骤，并不会涵盖至光罩的过度详细的制造流程，以避免不必要地模糊本发明。本发明与各种不同的公知技艺的制造技巧相关的部分，将只提供一些共通的工艺步骤以增进对本发明的了解。
首先请参照图4及图5。图5所绘示为一具A和B区域的示范光罩放大圆形平面图。图4所绘示为图5沿着横截面箭头A400的剖面示意图。以下将更详细地说明图4及图5所绘示的实施例的结构，图中的基底100提供光罩401结构的支撑且可被做成特别的尺寸，适用于微影机台所用的光罩。实施例的微影机台，可以使用本发明的光罩但不受限于装置如步进机及罩幕对准机。基底100的材质以对于光的频率是相当透明者为佳，例如包括石英、熔化硅玻璃、低氢氧基掺氟硅、氟化钙或氟化镁。
于基底100上形成一层穿透控制层101，穿透控制层101应为轻微不透光，因此依穿透控制层101的材料及厚度而定，可以减弱光穿过穿透控制层101的强度。穿透控制层101如区域A所示有一些区域整块被去除，如区域B所示蚀刻至所要的厚度，如区域A及区域B之间所示的保留原先形成的厚度，因此通过光罩401的光的强度可被控制/调整，例如特别区域穿透控制层101的厚度。然而在图4及图5所示的两个区域(A和B)，借着调整穿透控制层101在各区域的厚度、形式及/或分布，许多区域可以形成且具有自己各别的光穿透控制。穿透控制层可以包括例如氧化硅钼(MoSiO)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)或铬化钼(MoCr)。
于穿透控制层101上形成一层图案化反射层102。当反射层102的开口400允许光通过穿透控制层101及基底100时，反射层102以不透光和大致上可以反射或阻挡光得材质为佳。当光通过光罩401，反射层102的图案移转至工作表面上的光阻层，且降低光罩的尺寸及镜片聚焦至光阻层。光源可发出一定频率的光，例如紫外光或X光频率可用来产生光。此图案化反射层102可以包括例如含铬氧化物(CrxOy)、氧化铝(AlO)、氟化铬(CrF)、氮化钛(TiN)、氧化硅钨(WSiO)或铝(Al)。
在一较佳实施例中，穿透控制层101的厚度与图案化反射层102的图案密度成反比。在光罩401上的区域有着较低的反射层102结构密度如B区域所示，比高的反射层102结构密度如A区域所示，具较厚的穿透控制层101。此结构与本发明的精神一致，高结构密度的图案化反射层102(区域A)，比有着低结构密度的图案化反射层102(区域B)趋向于在微影工艺未完全曝光。因此调整穿透控制层101的分布，以达到空间上光强度的控制可用来减弱或消除公知技术的问题。
本发明所示范的光罩401制造方法的实施例，可参照

图1-4及流程6。如流程6的步骤600，首先是在基底100上形成穿透控制层101，此穿透控制层101可以包括氧化硅钼(MoSiO)，而基底可以包括石英。穿透控制层101可使用沉积工艺如化学气相沉积(Chemical vapor deposition)或旋涂法(Spin coating)形成于基底100上。穿透控制层101的厚度以介于500埃与5微米之间为佳。
接着进行如流程6的步骤601，将反射层102形成于穿透控制层101上，反射层102可以包括含铬氧化物(CrxOy)。反射层102可以使用沉积工艺如化学气相沉积(Chemical vapor deposition)或旋涂法(Spin coating)沉积在穿透控制层101上。反射层102的厚度以介于100埃与3,000埃之间为佳。
然后进行如流程6的步骤602，将第一光阻层103形成且图案化在反射层102上。第一光阻层103可以使用光阻沉积设备进行沉积工艺且使用传统的微影设备进行图案化工艺。此制造阶段的光罩如图1所示。
在一较佳实施例中，光阻的图案硬化于一些区域，如区域B所示。且于其它区域产生孔隙104(洞或沟)，如区域A所示。在一较佳实施例中，所选定接受孔隙104的区域应具一相似于最终所欲的反射层102及穿透控制层101的结构密度(如图2所示)。此结构允许整个区域(此例为区域A)，接受相同于流程6的步骤603的蚀刻工艺，穿过反射层102且穿过穿透控制层101所欲的距离。可以进行另外的蚀刻工艺，以延伸所要穿透控制层101及反射层102不同结构密度或分布的范围。虽然图2显示穿透控制层101在区域A开口处200完全被蚀刻，但是穿透控制层101的厚度可以视需要而保留。应注意的是，被蚀刻的区域不必须为连续的区域。此制造阶段的光罩如图2所示。
请同时参照图3及流程6，流程6的步骤604所述的第二层光阻层300可以形成及图案化在反射层102上。第二层光阻层300可以相似于制作第一光阻层103的方法沉积且形成。因此，此制造阶段所生产的光罩如图3所示。再次说明，光阻的图案是硬化在一些区域，如区域A所示。而于其它区域产生孔隙104(洞或沟)如区域B所示。如上述，区域(此例为区域B)所选定接受孔隙301的区域应具一相似于最终所欲的反射层102及穿透控制层101结构密度(如图4所示)。此结构允许整个区域(此例为区域B)，接受相同于流程图第6图的步骤605的蚀刻工艺，穿过上述的反射层102且穿过穿透控制层101所欲的距离。在一实施例中，所要穿过的距离为0，所以孔隙400只轻微延伸或不延伸进入穿透控制层101内。
在一实施例的光罩结构，区域A包含反射层102结构密度的60％左右，而区域B包含反射层102结构密度的20％左右。换言之，区域A不为反射层102覆盖的表面比率占区域A总表面积的40％，而区域B不为反射层102覆盖的表面比率占区域B总表面积的80％。在此实施例中，穿透控制层101提供100％左右光，以穿透区域A的开口200(例如，穿透控制层101被移除)及提供50％左右光，以穿透区域B的开口400。因此光进入光罩的区域A与区域B之间总穿透率有相同的值为40％。
借着于光罩上形成新光阻层，接着图案化新的光阻层，然后蚀刻反射层102，并留下所要穿透控制层101的厚度的步骤，能允许光阻有均一的照明。视需要可以重复上述步骤许多次，因此光罩401上的区域有不同反射层102的结构密度，所以能允许光阻有均一的照明，而无须使用关键性尺寸偏光。应该注意的是，本发明仅是以参考的简单图标来说明，所以百万计或更多的孔隙可以并入任何图案，图案复杂性只为目前的技术所限，因此不应被考虑用来限定本发明。
在另一实施例中，本发明可以结合相转移罩幕技巧，产生减弱图案化的光或辐射，亦即相转移一些角度(例如180度)。如此相转移技巧，设置干扰图案以加强投射影像的边缘对比，因此导致较高的分辨率。
应该注意的是，上述是说明当光罩可以补偿光罩上具有不同的结构密度的两区域的情形，当然本发明亦可制造且使用此光罩以补偿有着不同结构密度的任何不同的区域。本发明可巧妙地将额外区域的光强度处理至与前述的区域的光强度相等，并借着对那些额外的区域的穿透控制层的厚度作进一步的调整，希望每一额外区域(不同的结构密度)形成均一的光强度，例如额外的图案化光阻层随后的额外的蚀刻工艺。此外，在其它实施例中，可以在基底或既存的穿透控制层上面或在内部建构一或一些额外的穿透控制层，这些额外的穿透控制层有相同、相似及/或不同的材料，甚至可构想出可以在基底的不同的区域形成相似及/或不同材料与厚度，因而能有效地适用在较厚的区域当作穿透控制层。
检视前述，可以了解本发明的方法有助于制作及使用光罩，且特别是具控制空间性的光强度以形成图案的光罩。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉该技术的人员，在不脱离本发明之精神与范围内，所作的少许变动与润饰，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种具有照度偏光控制的光罩，包括一基底；一穿透控制层，形成于该基底上，其中在该穿透控制层的一第一区域的一第一厚度大于一第二区域的一第二厚度；一图案化反射层，形成于该穿透控制层上。
2.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于该基底包括石英。
3.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于该穿透控制层包括氧化硅钼(MoSiO)。
4.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于该图案化反射层包括含铬氧化物(CrxOy)。
5.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于该第二厚度是零左右。
6.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于在该穿透控制层的该第一区域上的该图案化反射层的一第一结构密度小于在该穿透控制层之该第二区域上的该图案化反射层的一第二结构密度。
7.根据权利要求6所述的光罩，其特征在于在该穿透控制层的该第一区域上的该图案化反射层的该第一结构密度为20％左右，以及在该穿透控制层之该第二区域上的该图案化反射层的该第二结构密度为60％左右。
8.根据权利要求7所述的光罩，其特征在于该第一厚度的该穿透控制层具有50％左右的光穿透率，该第二厚度的该穿透控制层具有100％左右的光穿透率。
9.根据权利要求6所述的光罩，其特征在于该基底包括石英。
10.根据权利要求6所述的光罩，其特征在于该穿透控制层包括氧化硅钼(MoSiO)。
11.根据权利要求6所述的光罩，其特征在于该图案化反射层包括含铬氧化物(CrxOy)。
12.一种具有照度偏光控制的光罩，包括一基底；一穿透控制层形成于该基底之上，其中该穿透控制层在一第一区域的一第一光的减弱程度大于在一第二区域的一第二光的减弱程度；一图案化反射层形成于该穿透控制层之上。
13.根据权利要求12所述的光罩，其特征在于在该穿透控制层的该第一区域的该图案化反射层的一第一结构密度小于在该穿透控制层的该第二区域的该图案化反射层的一第二结构密度。
14.根据权利要求13所述的光罩，其特征在于在该穿透控制层的该第一区域上的该图案化反射层的该第一结构密度为20％左右，以及在该穿透控制层的该第二区域上的该图案化反射层的该第二结构密度为60％左右。
15.根据权利要求13所述的光罩，其特征在于该第一光的减弱程度为50％左右及该第二光的减弱程度为0。
16.根据权利要求13所述的光罩，其特征在于该基底包括石英。
17.根据权利要求13所述的光罩，其特征在于该穿透控制层包括氧化硅钼(MoSiO)。
18.根据权利要求13所述的光罩，其特征在于该图案化反射层包括含铬氧化物(CrxOy)。
19.一种光罩的制造方法，步骤包括于一基底上形成一穿透控制层；于该穿透控制层上形成一反射层；蚀刻复数个第一孔隙穿过该反射层以及穿过该穿透控制层一第一距离；蚀刻复数个第二孔隙穿过该反射层以及穿过该穿透控制层一第二距离，其中该第一距离不等于该第二距离。
20.根据权利要求19所述的光罩的制造方法，其特征在于蚀刻该些第一孔隙包括于该反射层上形成及图案化一第一光阻层，以及使用图案化的该第一光阻层当成罩幕，蚀刻该些第一孔隙穿过该反射层且穿过该穿透控制层的该第一距离；蚀刻该些第二孔隙包括于该反射层之上形成及图案化该第二光阻层，以及使用图案化的该第二光阻层当成罩幕，蚀刻该些第二孔隙穿过该反射层且穿过该穿透控制层的该第二距离。
21.根据权利要求19所述的光罩的制造方法，其特征在于该些第一孔隙在该基底上的一第一区域被蚀刻以及该些第二孔隙在该基底上的一第二区域被蚀刻。
22.根据权利要求21所述的光罩的制造方法，其特征在于在该第一区域的该反射层结构密度大致上大于在该第二区域的该反射层结构密度；该第一距离大于该第二距离。
23.根据权利要求22所述的光罩的制造方法，其特征在于该些第一孔隙在该第一区域被蚀刻深至该基底。
24.根据权利要求22所述的光罩的制造方法，其特征在于该第二距离为零。
25.根据权利要求22所述的光罩的制造方法，其特征在于该基底包括石英。
26.根据权利要求22所述的光罩的制造方法，其特征在于该穿透控制层包括氧化硅钼(MoSiO)。
27.根据权利要求22所述的光罩的制造方法，其特征在于该图案化反射层包括含铬氧化物(CrxOy)。
全文摘要
本发明公开了一种具有照度偏光控制的光罩，包括基底、穿透控制层与反射层。在半导体集成电路工艺中，此光罩可用来将已沉积的光阻层图案化，且尤其是在将具有各种结构密度的光阻层图案化特别有用。此情况下的光罩上具有与之相对应的图案。此光罩可借着穿透控制层厚度的调整来补偿光罩上结构密度的差异。光罩上结构密度较低的区域，其光强度较高；而结构密度较高的区域，其光强度较低。因此，光罩上结构密度较低的区域比结构密度较高的区域具有较厚的穿透控制层。
文档编号G03F1/14GK1458553SQ0312240
公开日2003年11月26日 申请日期2003年4月24日 优先权日2002年5月13日
发明者张庆裕 申请人:旺宏电子股份有限公司