专利名称：具有双嵌附层的减光型相移光罩的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双嵌附层材料(bi-layer embedded material)及其应用，且特别涉及一种具有双嵌附层的减光型相移光罩(AttenuatedPhase-Shifting Mask)。
背景技术：
减光型相移光罩(Attenuated Phase-Shifting Mask，以下简称AttPSM)由于具有结构简单、制造容易且适用于各式图案的优点，所以为最常被使用的相移光罩之一。
而AttPSM是利用位于光罩上可产生相移效应(phase shift)的相移层(shifter)及减光用的吸收层(adsorptive layer)，以达到转移光罩上图案至晶片上的功能。
传统的AttPSM，例如图1a中所示的旋涂玻璃式(Spin-On-Glass；SOG)AttPSM，是利用位于透光的石英基底10上的半透铬层(half-tone Crlayer)12与位于半透铬层12上的聚硅氧烷(Polysiloxanes)层14的旋涂玻璃类化合物所制备而成，其中半透铬层12是作为减光用的吸收层，而聚硅氧烷(Polysiloxanes)层14是作为产生相移效应(phase shift)的相移层(shifter)。而此减光型相移光罩由于作为相移层的旋涂玻璃类化合物其形成于光罩上的厚度均一性(uniformity)不佳，且易产生空洞缺陷(void)以及其光学性质易受长时间的光源照射(如紫外光)后而变质，故逐渐失去其实用性。
此外，请参照图1b，蚀刻石英基材10内以在石英基底10内产生一相移区14’以作为产生相移效应(phase shift)的相移层(shifter)，再搭配形成于石英基材10上的半透铬层12以作为吸收层的另一式的AttPSM，一般称之为蚀刻石英式AttPSM。然而，此型AttPSM中的半透铬层12易产生针眼(pin hole)缺陷，且蚀刻石英基材易产生强烈的光散射而具有破坏解像度的缺点。
近年来，另一型常用的AttPSM为所谓的嵌附式AttPSM，而应用于此型AttPSM上的嵌附层(embedded layer)结构，如图1c中所示的位于石英基材10上的兼具减光用的吸收层(absorptive layer)与相移效应的相移层(shifter layer)作用的单层结构的嵌附层16，所以嵌附层也可称之为吸收相移层(absorptive shifter)，其材质随所应用的微影光源波长的不同而有所区分，而应用于光源波长为365纳米(nm)与光源波长为248纳米(nm)的嵌附层材料例如有(1)氮化硅、氮碳化硅类(SiliconNitride-based，Si-N and SiC-N)；(2)氧化硅钼、氮氧化硅钼类(Molybdenum Silicide-based，MoSiO，MoSiON)；(3)氧化铬、氮氧化铬、氮氧化碳铬类(Chromium-based，CrO，CrON and CrCON)等材料。
而当微影程序的光源波长进化到使用波长为193纳米(nm)的光源(如ArF光源)，上述的嵌附层材料普遍存在有透射率不足(T％＜15％)及受长时间光源照射所产生的光学性质变质的耐化学性不佳等问题，而无法直接应用于光源波长为193nm的微影程序中。
目前为止，应用于光源波长为193nm的微影程序中的嵌附层材料的开发仍为业界所研究的重点之一。同时，位于光罩上的嵌附层也朝向如双嵌附层甚至三嵌附层等多层结构发展，以求增进整体嵌附层的透射率与改善其整体材料的耐化学性。
发明内容
本实用新型的主要目的之一在于提供一种具有高透射率且适用于光源波长为193纳米(nm)的双嵌附层材料以及利用此材料所制备的具有双嵌附层的减光型相移光罩。
本实用新型的主要目的之二在于提供一种新的具有双嵌附层的减光型相移光罩，可有效防止光罩在使用过程中与外界产生化学反应，增加光罩的使用寿命。
本实用新型的主要特征是提出一种新的减光型相移光罩的嵌附层，是由双层所构成，第一层提供主要光学性质(透光嵌附层)，第二层具有良好化学稳定性(稳定性嵌附层)，这样一来，可避免光罩在使用过程(微影程序)中被破坏。
为达上述目的，本实用新型的具有双嵌附层的减光型相移光罩其结构包括一透明基底；一透光性嵌附层，覆盖于该透明基底上；以及一稳定性嵌附层，覆盖于该透光性嵌附层上。该透光性嵌附层与该稳定性嵌附层构成一双嵌附层。其中，所述稳定性嵌附层的化学稳定性比透光性嵌附层佳，该双嵌附层的整体透射率(transmittance；T％)大体为8-15％。
本实用新型另一方面还公开了一种具有双嵌附层的减光型相移光罩的制作方法，其步骤包括首先，提供一透明基底。接着，形成一透光性嵌附层覆盖于该透明基底上。最后，形成一稳定性嵌附层覆盖于该透光性嵌附层上，该透光性嵌附层与该稳定性嵌附层构成一双嵌附层，其中所述稳定性嵌附层的化学稳定性比透光性嵌附层佳，该双嵌附层的整体透射率(transmittance；T％)大体为8-15％。
根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的一种具有双嵌附层的减光型相移光罩的制作方法，可更包括以下步骤定义所述透光性嵌附层及稳定性嵌附层直到露出其下的透明基底，以形成至少一透光区。
根据本实用新型的具体实施方案，所述的透光性嵌附层与稳定性嵌附层的铝硅氮化合物材料是利用溅镀法(sputtering)所形成，在一反应室内部以铝靶材、硅靶材、氮气来源以及氩气来源相互作用而形成。而藉由控制上述溅镀过程中供应至铝靶材处的一直流电功率(DC power)以及所通入的一氮气气体流量即可改变所形成的嵌附层的铝硅氮化合物的折射率n及消光系数k。
根据本实用新型的具体实施方案，可藉由改变所述双嵌附层中的各层材料的消光系数k、折射率n及厚度以达到与透明基底产生180°相移效应(phase shift)的功效。
图1a至图1c概要显示传统的减光型相移光罩。
图2显示根据本实用新型的具有双嵌附层的减光型相移光罩的一优选实施例的结构剖面示意图。
图3显示根据本实用新型的具有双嵌附层的减光型相移光罩的另一优选实施例的结构剖面示意图。
图4显示根据本实用新型的形成双镶嵌层材料的溅镀系统的一优选实施例的示意图。
图5a与图5b显示根据本实用新型的AlSixNy材质经过化学溶液清洗前后的成分分析结果。
图中符号说明10-石英基底； 12-半透铬层；14-聚硅氧烷层； 14’-相移区；16-嵌附层；20-透明基底；22-透光性嵌附层；24-稳定性嵌附层； 25-透光区； 26-反应室； 28-硅靶材；30-铝靶材；32-基座；36-氧气源； 38-氩气源；40-直流电源； 42-真空泵； 44-射频电源。
具体实施方式
为让本实用新型的目的、特征和优点能更明显易懂，现配合附图，并列举出优选实施例，作详细说明如下以下请配合参照图2和图3的光罩剖面图、图4的溅镀装置示意图以及图5、图6的光学特性关系图，以说明根据本实用新型的一优选实施例。
如图2所示，根据本实用新型的具有双嵌附层的减光型相移光罩包括一透明基底20、一透光性嵌附层22以及稳定性嵌附层24。透光性嵌附层22覆盖于透明基底20表面，稳定性嵌附层24覆盖于透光性嵌附层22表面。稳定性嵌附层24与透光性嵌附层22构成一双嵌附层。透明基底20的材质可例如为石英玻璃(quartz)。
透光性嵌附层22的材质优选为一铝硅氮化合物，其通式为AlSix1Ny1，其中x1约为0.28-0.45，y1约为0.48-0.66。稳定性嵌附层24的材质也可为一铝硅氮化合物，其通式则为AlSix2Ny2，其中x2约为0.18-0.29，y2约为1.02-1.45。
请参照图3所示，本实用新型的具有双嵌附层的减光型相位移光罩可利用传统的光罩制作过程定义上述的双嵌附层直到露出透明基底20，以形成一透光区25，以应用于半导体工艺中量产光罩制作。而由透光性嵌附层22与稳定性嵌附层24所构成的双嵌附层即为一具有减光功效的半透明相位移层，双嵌附层与透明基底20间具有180°的相位差(phase shift)。
接下来，请参照图4的形成透光性嵌附层22以及稳定性嵌附层24的溅镀系统(sputtering system)示意图，说明形成本实用新型的双嵌附层的工艺。本实用新型的双嵌附层是藉由溅镀法(sputter)所形成。溅镀系统包括有一反应室26，其内含有一铝靶材(Al target)30及一硅靶材(Sitarget)28。接着提供一透明基底20，并将此透明基底20置于一接地的基座32上。此外更包括有一连接于铝靶材30并接地的直流电源(DC powersupply)40，以及一与硅靶材28连接并接地的射频(radio frequency powersupply；RF power supply)电源44。此外，并利用一真空泵42以控制溅镀过程中此反应室26的压力，而另外一氮气源36以及一氩气源38则连接于反应室26的另一侧，以提供溅镀过程中所需的氮气(N2)及氩气(Ar)。
于形成透光性嵌附层22的溅镀过程中，是藉由直流电源40供应第一直流电功率至铝靶材30以及利用射频电源44供应第二射频功率至硅靶材28，并于反应室26中通入来自氮气源36的第一气体流量的氮气以及来自氩气源38的第二气体流量的氩气，以于透明基底20上形成所述透光性嵌附层22材料。接着，如同透光性嵌附层22的形成方法，更藉由直流电源40供应第三直流电功率至铝靶材30以及利用射频电源44供应第四射频功率至硅靶材28上，并于反应室26中通入来自氮气源36的第三气体流量的氮气以及来自氩气源38的第四气体流量的氩气，更形成一稳定性嵌附层24材料覆盖于透光性嵌附层上，以构成一双嵌附层，而此双嵌附层的整体材质则为铝硅氮化合物(AlSixOy)材料所构成。于上述溅镀过程中，藉由调整溅镀过程中使用的第一及第三直流电功率的输出程度以及所使用氮气的第一及第三气体流量可使得所形成的双嵌附层具有适当的光学特性。
形成透光性嵌附层22(AlSix1Ny1)的优选实施例如下。供应至铝靶材处的直流电功率优选为130-186瓦特(Watts；W)，而供应于硅靶材处的射频功率优选为70-100瓦特(Watts；W)以及氩气气体流量优选为80-90立方厘米/每分钟(SCCM)，且氮气气体流量优选为1.5-6.6立方厘米/每分钟(SCCM)，在这样的条件下，形成的透光性嵌附层22的铝硅氮化合物(AlSix1Ny1)，x1约为0.28-0.45，而y1约为0.48-0.66，透光性嵌附层22的折射率(index of refraction)n约为1.8-2.35，其消光系数(extinctioncoefficient)k约为0.25-0.42，且其透射率(T％)约为5-45％。
形成稳定性嵌附层24(AlSix2Ny2)的优选实施例如下。供应至铝靶材处的直流电功率优选为130-186瓦特(Watts；W)，而供应于硅靶材处的射频功率优选为60-80瓦特(Watts；W)以及氩气气体流量优选为75-100立方厘米/每分钟(SCCM)，且氮气气体流量优选为1.5-6.6立方厘米/每分钟(SCCM)，氮含量越高，所形成的稳定性嵌附层24的化学稳定性越好，在这样的条件下，形成的稳定性嵌附层24的铝硅氮化合物(AlSix2Ny2)，x2约为0.18-0.29，y2约为1.02-1.45，稳定性嵌附层24的折射率(index ofrefraction)n约为2.03-2.46，其消光系数(extinction coefficient)k约为0.12-0.29，且其透射率(T％)约为20-90％。具有高含氮量且化学稳定性佳的稳定性嵌附层24设置于光罩的表层，可有效防止光罩在使用过程中与外界产生化学反应，增加光罩的使用寿命。
图5A与图5B显示AlSixNy材质经过化学溶液(成分为硫酸、氨水与双氧水的混合溶液)清洗前后的成分分析结果。曲线A、C是未经过清洗的分析结果，曲线B、D是经过清洗的分析结果。由图中可知，AlN与Si3N4经过酸洗后不会被破坏，化学稳定性极佳，然而，Al与Si经过酸洗后就会被破坏消失，由此可证明，若铝硅氮化合物的含氮量越高，其组成材料的化学稳定性则越高，因此，本实用新型的稳定性嵌附层24是利用高含氮量的铝硅氮化合物所构成。
再者，藉由调整双层嵌附层的厚度可使所述双嵌附层对于波长为193纳米(nm)的光线产生180°相位移(phase shift)的功效。
虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，本实用新型的保护范围应以权利要求书为准。
权利要求1.一种具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，其结构包括一透明基底；一透光性嵌附层，覆盖于该透明基底上；以及一稳定性嵌附层，覆盖于该透光性嵌附层上，该透光性嵌附层与该稳定性嵌附层构成一双嵌附层，其中所述稳定性嵌附层的化学稳定性比透光性嵌附层佳，所述双嵌附层的整体透射率为8-15％。
2.如权利要求1所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透明基底上更包含至少一透光区，并露出该透光区内的该透明基底部分。
3.如权利要求1所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透光性嵌附层包括AlSix1Ny1，其中x1为0.28-0.45，而y1为0.48-0.66。
4.如权利要求1所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述稳定性嵌附层包括AlSix2Ny2，其中x2为0.18-0.29，而y2为1.02-1.45。
5.如权利要求1所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透明基底材质为石英玻璃。
6.如权利要求1所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述双嵌附层与透明基底具有180°的相位差。
7.如权利要求1所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透光性嵌附层的透射率为5-45％；而所述稳定性嵌附层的透射率则为20-90％。
8.如权利要求1所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透光性嵌附层中的折射率为1.8-2.35；而所述稳定性嵌附层的折射率则为2.03-2.46。
9.如权利要求1所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透光性嵌附层的消光系数为0.25-0.42；而所述稳定性嵌附层的消光系数则为0.12-0.29。
10.一种具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，其结构包括一透明基底；一透光性嵌附层，覆盖于该透明基底上，其中该透光性嵌附层为一铝硅氮化合物且该铝硅氮化合物具有以下通式AlSix1Ny1；以及一稳定性嵌附层，覆盖于该透光性嵌附层上，该透光性嵌附层与该稳定性嵌附层构成一双嵌附层，其中该稳定性嵌附层为一铝硅氮化合物且该铝硅氮化合物具有以下通式AlSix2Ny2。
11.如权利要求10所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，于所述透明基底上更包含至少一透光区，并露出该透光区内的透明基底部分。
12.如权利要求10所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透光性嵌附层中的铝硅氮化合物中x1为0.28-0.45，而y1介于0.48-0.66。
13.如权利要求10所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述稳定性嵌附层中的铝硅氮化合物中x2为0.18-0.29，而y2介于1.02-1.45。
14.如权利要求10所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透明基底材质为石英玻璃。
15.如权利要求10所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透光性嵌附层的透射率为5-45％；而所述稳定性嵌附层的透射率则为20-90％。
16.如权利要求10所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述双嵌附层的整体透射率为8-15％。
17.如权利要求10所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述双嵌附层与透明基底具有180°的相位差。
18.如权利要求10所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透光性嵌附层中的折射率为1.8-2.35；而所述稳定性嵌附层的折射率则为2.03-2.46。
19.如权利要求10所述的具有双嵌附层的减光型相移光罩，其特征在于，所述透光性嵌附层的消光系数为0.25-0.42；而所述稳定性嵌附层的消光系数则为0.12-0.29。
专利摘要本实用新型提供了一种具有双嵌附层的减光型相移光罩，其包括一透明基底；一透光性嵌附层覆盖于透明基底上；以及一稳定性嵌附层覆盖于透光性嵌附层上，透光性嵌附层与稳定性嵌附层构成一双嵌附层，其中稳定性嵌附层的化学稳定性比透光性嵌附层佳，双嵌附层的整体透射率(transmittance；T％)大体为8－15％。透光嵌附层与稳定性嵌附层可由铝硅氮化合物所构成，其化学通式分别为AlSi
文档编号H05H1/24GK2713515SQ20042006684
公开日2005年7月27日 申请日期2004年6月11日 优先权日2003年6月16日
发明者林政旻 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司