专利名称：相位移掩模及其形成图案的方法
技术领域：
本发明涉及一种相位移掩模以及使用此相位移掩才莫以形成图案的方法， 特别涉及一种能解决相位冲突以形成图案的方法。
背景技术：
在集成电路的制作过程中，光刻工艺早已成为一种不可或缺的技术。光 刻工艺主要是先将设计好的图案，例如电路图案，接触洞图案等，形成于一 个或多个的掩模上，然后再通过曝光程序将掩模上的图案利用步进及扫描机
台(stepper & scanner)转移至半导体芯片上的光刻胶层内。只有精良(precise) 的光刻工艺，才能顺利地将复杂的布局图案精确且清晰地转移至半导体芯片 上。
由于半导体的元件尺寸日益缩小，因此如何提高光刻工艺—的分辨率即成 为关键课题。以理论上而言，提高分辨率最直接的方法是利用短波长的光来 对光刻胶进行曝光。波长越短，则所形成图案的分辨率越高。这个方法看起 来虽然简单，但却并不可行，因为短波长光源的取得并不容易，再者，利用 短波长的光来进行曝光时，设备的损耗将十分可观以至于缩短了设备的寿 命，进而拉高成本，使产品不具有竟争力。由于上述理论与现实条件的矛盾， 业界无不进行各项研究以期能跨越此问题。
在目前许多现行的分辨率强化技术(RET)中，相位移掩模一直是用来提 升分辨率的重要工具之一。 一般说来，当曝光光源通过传统掩模后，由于曝 光光源的相位并没有被偏移，因此，部分光线到达晶片表面时产生了建设性 干涉(constructive interference),造成晶片表面上不应该照射到光线的图形 因为干涉作用而有了曝光的现象，造成图形的分辨率下降。
相位移掩模则是在图案本身上选择性多加了 一相位移层(phase shifter )。
当曝光光源通过相位移掩模的相位移层后，曝光光源电场的相位会被位移了 一预定角度，使得位移后的光源相位与先前入射的光源相位产生相位差，造 成光源到达芯片表面时，产生了石皮坏性干涉(destructive interference )。经由破坏性的干涉效应来消除绕射所引起的干涉效应，于是大幅提升了图案边界 的分辨率。
然而，利用相位移掩模的分辨率强化技术仍然有其缺点。举例来说，因 为半导体元件尺寸的日益缩小，相位移掩模上图案间的距离也随之减小。图 1绘示已知无铬相位移掩模上线条图案的设计。相位移掩模10包含玻璃基板
11与图案12,图案12由第一相位移区13与第二相位移区14彼此平行交互 排列组成。当相位移掩模10上图案12间的间距a因为关键尺寸(critical dimension)缩小而变的太小时，例如35nm左右时，由于相位沖突的缘故，在 第一相位移区13与第二相位移区14末端区域位于相位移反转的交界处15， 容易产生不良的互连16 (cross-link),如图2所绘示，使得原本独立的线条 图案互连形成环形瑕疵，影响后续所形成的图案的正确性与独立性。 于是需要一种新颖的相位移掩模应用技术来解决这个问题。
发明内容
本发明涉及一种相位移掩模以及使用此相位移掩模以形成图案的方法。 使用此相位移掩模所形成的图案，不会有互连的问题产生。
本发明首先提供一种相位移掩模，包含基板以及第三相位移区，基板具 有图案、第一相位移区和第二相位移区，其中的图案位于第一相位移区和第 二相位移区交界处，且第 一相位移区和第二相位移区之间具有第一相位差， 而第二相位移区至少具有一末端，第三相位移区则位于基板上并设置于第二 相位移区的末端，且第三相位移区与第一相位移区之间具有第二相位差。
本发明形成图案的方法，包含
提供一相位移掩模，其包含玻璃基板与位于玻璃基板表面的图案，此图 案包含第一相位移区、第二相位移区以及第三相位移区，此第一相位移区与 此第二相位移区彼此平行交互排列使得第三相位移区位于第一相位移区的 末端；以及
进行一曝光步骤，将此相位移掩模上的图案转移至一基材上。 因为第一相位区额外包含第三相位移区，可以抵消位于相位移反转交界 处的干涉结果，所以即使当相位移掩模上图案的间距持续缩小，仍然能够避 免掉相位移反转交界处的沖突，不容易产生不利的互连，确保以掩模所形成
光刻图案的分辨率与品质，充分解决了上述已知技艺的问题。
图1绘示已知相位移掩模上线条图案的设计。
图2绘示使用图1的相位移掩^^莫形成瑕疵图案的结果。
图3绘示本发明相位移掩模图案的设计。 图4绘示在本发明形成图案的方法中图案转移至基材上。 图5绘示在本发明形成图案的方法中进行蚀刻步骤。 图6绘示本发明形成图案的方法中经图案化的薄膜。 图7绘示本发明形成图案的方法中感光材料与薄膜交错排列。 图8绘示本发明形成图案的方法中经过两次曝光与蚀刻步骤将线条图案 形成于基材上。
图9绘示经由本发明形成图案的方法所形成的线条图案。 附图标记说明
110玻璃基寺反 121第一相位移区 123第三相位移区 131第一薄膜 133、 134感光材料
100相位移掩才莫 120第一图案 122第二相位移区 130基材 132第二薄膜 139珪基底
具体实施例方式
本发明在提供一种新颖的相位移掩模应用方法。此等相位移掩模能避免 由于相位冲突所造成掩模光刻图案的瑕疵，确保掩模所形成光刻图案的分辨 率与品质，解决了上述已知技艺的问题。
图3绘示本发明相位移掩模的设计。相位移掩模100,包含玻璃基板110 与位于玻璃基板IIO表面上预定的第一图案120，例如，多条平行排列的密 集线条图案。玻璃基板IIO本身具有第一相位，而为形成第一图案120，以 本实施例的线条图案而言，各成对线条图案间具有第二相位，如第三图所示 的第一相位移区121和第二相位移区122。第一图案120即是利用两相位移 区的相位差异所产生的图形，此为已知^t术内容，在此不再赘述。相位移掩 模IOO优选为无铬相位移掩模，另外可以使用已知的方法形成第一相位移区121和第二相位移区122的相位差异，例如调整基材厚度或使用相位移材料。
当图形间距的关键尺寸缩小至一定尺寸时，为避免在两相位移交界处产
生如先前技术所述的互连现象，因此在两相位移交界处设置第三相位移区
123,以消弭两相位间的光线干涉情形。第三相位移区123的形成方式与第
一和第二相位移区近似，例如是调整基材厚度或使用相位移材料等。
第一相位移区121、第二相位移区122以及第三相位移区123间的相位
移关系通常彼此是相对的，或是任意指定的。例如，第一相位移区121、第
二相位移区122以及第三相位移区123间的相位移可以分别是180度、0度、
90度，使得一预定波通过第一相位区121与第二相位区122后的相位差为
180度即可。此外，为消弭使用已知相位移掩模造成独立的线条图案互连形
成环形瑕疯的问题，第三相位区123的相位移设计是使得一预定波通过第一
相位区121(或第二相位移区122)与第三相位区123后的相位差为90度。
第二相位区122的宽度视所需要的图形宽度而定。例如，当所需要形成
的图形线条宽度为37.5nm时，第二相位区122的宽度可以是75nm，换言之，
通常为所需要形成线条宽度的两倍。
如果要尽量消除独立的线条图案互连形成的环形瑕疵，第三相位区123
的宽度应该不小于第二相位区122的宽度，通常稍大一些。例如第三相位区 123的单边比第一相位区122的宽度多延伸出约1%-5%左右，使得第三相位 区123的宽度较第二相位区122的宽度大了约2%-10%。
接下来，图4所绘示，进行第一曝光，将相位移掩模100上的第一图案 110转移至基材130上。于是，基材130通常具有复合的层状结构，以便将 相位移掩模IOO上的第一图案110正确地转移至其上。例如，基材130可以 包含有硅基底139,其上形成有第一薄膜131以及第二薄膜132,并以第一 感光材料133,例如光刻胶，覆盖第二薄膜132。视情况需要，基材130可 以额外包含其他材料层，例如抗反射层。
如图5所绘示，在第一感光材料133经过曝光与显影后，便可以将第一 图案110正确地转移至基材130的第一感光材料133上，并在感光材料133 上形成图案。继续，将此图案化的感光材料133作为蚀刻掩模，对第二薄膜 132,例如可由氮化硅组成者，进行蚀刻，以图案化第二薄膜132。在剥除光 刻胶后，图案化的第二薄膜132即如图6所绘示。
然后，可以使用曝光机台将相位移掩模100平移，并进行第二曝光步骤，将此预定图案转移至新增在基材130上的第二感光材料134上，经过显影后 即如图7所绘示，使得第二感光材料134与第二薄膜132在第一薄膜131上 交错排列。继续重复前述的蚀刻步骤，在第二曝光之后以第二薄膜132与第 二感光材料D4共同作为蚀刻掩模将图案转移至下方的第一薄膜131,如图 8所绘示。在经过两次曝光与蚀刻步骤后，便可以将交错排列的线条图案形 成于基材130上。
如果相位移掩4莫100上第一相位区与第二相位区122的宽度均为75nm 时，在基材130的第一薄膜131上即可经过两次曝光后形成宽度约为37.5nm 左右的线条图案，如图9所绘示。
因为第一相位区额外包含第三相位移区，可以抵消位于相位移反转交界 处的干涉结果，所以即使当相位移掩模上图案的间距持续縮小，仍然能够避 免掉相位移反转交界处的冲突，不容易产生不利的互连，确保以掩模所形成 光刻图案的分辨率与品质，充分解决了上述已知技艺的问题。于是在经过两 次曝光与蚀刻步骤后，便可以将预定的窄间距线条图案形成于基材上。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变 化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1. 一种相位移掩模，包含基板，该基板具有图案、第一相位移区和第二相位移区，其中该图案位于该第一相位移区和该第二相位移区交界处，且该第一相位移区和该第二相位移区之间具有第一相位差，而该第二相位移区至少具有一末端；以及第三相位移区，该第三相位移区位于该基板上并设置于该第二相位移区的该末端，且该第三相位移区与该第一相位移区之间具有第二相位差。
2. 如权利要求1的相位移掩模，其中该末端与该第一相位移区连接。
3. 如权利要求1的相位移掩^f莫，其中该第一相位差为180度。
4. 如权利要求1或3的相位移掩模，其中该第二相位差为90度。
5. 如权利要求4的相位移掩模，其中该图案为线状图案。
6. —种形成图案的方法，包含提供第一相位移掩模，其包含第一玻璃基板与位于该第一玻璃基板表面 的第一图案、第一相位移区、第二相位移区以及第三相位移区，其中该第一 相位移区和该第二相位移区之间具有第 一相位差，该第 一相位移区和该第三 相位移区之间具有第二相位差，而该第 一相位移区与该第二相位移区彼此平 行交互排列且该第三相位移区位于该第二相位移区的末端；进行第一曝光，将该第一相位移掩模上的该第一图案转移至基材上；以及进行第二曝光，以将该第 一 图案重复转移至该基材上以形成该图案。
7. 如权利要求6的形成图案的方法，其中该第一相位差为180度。
8. 如权利要求6或7的形成图案的方法，其中该第二相位差为90度。
9. 如权利要求8的形成图案的方法，其中该第二曝光为平移该相位移掩 模，以将该第一图案重复转移至该基材上以形成该图案。
10. 如权利要求6的形成图案的方法，其中该基材包含光刻胶。
全文摘要
本发明公开了一种相位移掩模以及使用此相位移掩模形成图案的方法。此相位移掩模包含玻璃基板与位于玻璃基板表面的图案、第一相位移区、第二相位移区以及第三相位移区。第一相位移区与第二相位移区彼此平行交互排列且第三相位移区位于第一相位移区的末端。
文档编号G03F1/28GK101477302SQ20081000193
公开日2009年7月8日 申请日期2008年1月3日 优先权日2008年1月3日
发明者傅国贵, 吴元薰, 王雅志 申请人:南亚科技股份有限公司