专利名称：衰减相移掩模及其制作方法
技术领域：
本发明涉及大规模集成电路制造工艺中制作微细光刻图形所用的掩模及其制作方法，尤其涉及一种用光致抗蚀剂膜层构成的单层膜结构的衰减相移掩模和该掩模的制作方法。
随着大规模集成电路的不断发展，微细图形要求越来越高的图形分辨力。采用相移掩模技术可以在现有光刻设备的基础上，有效地提高光刻图形的分辨力。相移掩模的种类有多种，先期研究制作的类型有Levenson交替型、无铬型、边沿型等，这些类型的相移掩模只能分别适用于不同类型的图形，并且都需要特殊的制作方法，因此存在着应用局限性。
近年来发展了一种衰减型相移掩模，虽然可适合于各种图形，但先期的衰减相移掩模由双层结构构成，即在基片上先后制作两层膜，其中一层膜作为相移层控制相移度，另一层膜作为衰减层控制透过率。如中国专利CN1115408A中公布的半色调式(即衰减型)相移掩模，就是这种类型。这种双层结构的衰减相移掩模存在的缺点是结构复杂，制作比较困难。
SPIE，Vol.2254，60-63页刊登的Yoshihiro Saito，Susumu Kawada等人的文章“Attenuated phase shift mask blanks with Oxide orOxi-nitride of Cr or Mosi absorptive shifter”中提供了一种单层结构的衰减相移掩模及其制作方法。这种掩模采用CrO、CrON等材料作为单层结构的衰减相移掩模的膜层，这些材料的单层膜同时起相移层和衰减层的作用，通过控制膜层厚度来达到一定的相位移(180度或其奇数倍)，同时达到以一定的透过率(5～20％)衰减光强的目的。这种单层结构的衰减相移掩模的制作过程由于要涉及CrO、CrON等材料的溅射镀膜工艺，因此其制作方法比较复杂。
图1是这种单层膜衰减相移掩模制作方法的基本工艺流程图(以CrO膜层为例)，其步骤如下
根据不同的曝光波长选用不同的材料，如玻璃或石英等透明片制备基片；在溅射镀铬过程中加入适当比例和压强的氩气和氧气，通过控制溅射电流、气体压强、气体供给量等工艺参数来控制CrO膜的折射率n和消光系数k，制作一定厚度的CrO膜层，使其同时满足相移度和透过率的要求；在CrO膜层上匀胶，再前烘处理；曝光、显影及清洗；腐蚀及清洗；去胶及清洗、最后烘干。
这种方法的缺点在于需要相应的溅射镀膜设备和预先配备膜层材料，设备和工艺都比较复杂，周期较长，成本较高。
本发明的目的在于提供一种结构简单，制作容易，成本低的单层膜衰减相移掩模和该掩模的制作方法。
本发明的目的可以通过以下技术措施实现衰减相移掩模包括基片和其上同时满足衰减率和相移度要求的单层膜，单层膜的材料是选用的光致抗蚀剂。
为了制作该衰减相移掩模，本发明的制造方法包括下述几个步骤根据曝光波长选择玻璃或石英等透明片制作基片；用选用的光致抗蚀剂对几个实验基片，按计算出的相移值为180度及其奇数倍的几个不同膜层厚度值做实际匀胶，形成同时起衰减和相移作用的单层膜；测定巳匀胶后的实验基片的抗蚀剂单层膜的透过率，在透过率为5～20％的允许范围内，按照取值尽量小，并能均匀涂敷的条件，确定抗蚀剂单层膜的最佳厚度；在正式基片上按最佳厚度匀胶，再前烘处理，制成衰减相移掩模基板；对衰减相移掩模基板曝光、显影、清洗、烘干，制作成有图形的实用的衰减相移掩模。
本发明与已有技术相比具有以下特点由于本发明选用常用的光致抗蚀剂作为制作衰减相移掩模的单层膜的材料，比以前的衰减相移掩模选用CrO、CrON等材料制作单层膜，使材料成本降低。并且使掩模的制作方法也大为简化，因为不再使用CrO、CrON等材料，制作过程就省去了原来的溅射镀膜工艺，使本发明的工艺制作成本降低。本发明由于只使用一般的匀胶机，故节省了昂贵的镀膜设备，使设备成本大为降低。而且，在掩模图形制作上，曝光以后只需经过显影及清洗和烘干，比以前的方法省去了曝光后的腐蚀及清洗和去胶及清洗两道工艺，使图形制作工艺简单，成本低。该方法在制作周期上比以前的方法明显缩短，使生产率提高。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是用已有的方法制作衰减相移掩模的基本工艺流程图(以CrO膜层为例)。
图2是用本发明的方法制作衰减相移掩模的基本工艺流程图。
本发明的一个典型实施例，是深紫外KrF准分子激光(波长为248纳米)光刻用的衰减相移掩模。该衰减相移掩模包括透明石英基片和均匀涂敷在其上的光致抗蚀剂膜层。该光致抗蚀剂膜层的厚度满足对入射光的相移度为180度或其奇数倍，透过率范围为5～20％的条件。
该掩模的制作方法的步骤如下首先，选择石英透明片制作衰减相移掩模的基片。
然后，计算作为衰减相移层的光致抗蚀剂膜层的匀胶厚度采用S1400-17型光致抗蚀剂作为石英基片上的衰减相移层，利用公式d=λ2(n-1)×(2m+1)-----------(1)]]>(式中，d光致抗蚀剂膜层的厚度；λ光刻曝光光源的波长，此处为KrF准分子激光的波长248纳米；n光致抗蚀剂材料的折射率，此时为S1400-17型材料对248纳米激光的折射率1.8351；(2m＋1)膜层基本厚度的倍率，可取m＝0，1，2，3，……，当m＝0时，do＝180°相移的基本厚度，当m＝1，2，3，……时，d＝do的奇数倍的厚度。)计算出相移180°时(m＝0)，抗蚀剂膜层的基本厚度为148.5纳米，再取m＝1，2，3，……计算出几个膜层厚度值，按计算值分别对几个实验基片进行匀胶。
第三，测定各个实验基片匀胶抗蚀剂层的透过率，在透过率为5～20％的范围内，按照取值尽量小，且能均匀涂敷的条件，确定相移值为180度的3倍，即抗蚀剂膜层厚度为445.5纳米(此时，抗蚀剂膜层对波长248纳米激光的透过率为5.6％)为抗蚀剂膜层的最佳匀胶厚度。
按此最佳厚度在石英基片上用匀胶机均匀涂敷S1400-17型光致抗蚀剂，再经前烘，形成衰减相移掩模基板。
用激光直写法按照设计的掩模图形对衰减相移掩模基板上的抗蚀剂膜层进行曝光。
再经显影、清洗和烘干后，做成光刻用的有图形的衰减相移掩模。
将此衰减相移掩模用于KrF准分子激光缩小投影光刻装置中实际进行光刻曝光，采用数值孔径为0.29，设计分辨力为0.5微米的投影物镜，光刻得出了线宽为0.25微米的图形。可见采用光致抗蚀剂衰减相移掩模后显著提高了光刻分辨力。
权利要求
1.一种衰减相移掩模，其特征为以基片上的光致抗蚀剂膜层构成单层膜结构。这种单层膜结构的光致抗蚀剂膜层对入射光同时起衰减和相移的作用，光致抗蚀剂膜层的厚度应满足的条件为使入射光的透过率为5～20％；相移度为180度或其奇数倍。
2.一种制作权利要求1所述的衰减相移掩模的方法，其特征在于采用下列步骤根据曝光波长选择玻璃或石英等材料制作透明基片；用选用的光致抗蚀剂分别对几个实验基片，按计算出的相移值为180度及其奇数倍的几个不同膜层厚度值做实际匀胶，形成对入射光同时起衰减和相移作用的单层膜；测定已匀胶后的实验基片的抗蚀剂单层膜的透过率，在透过率为5～20％的允许范围内，按照取值尽量小，且能均匀涂敷的条件，确定抗蚀剂单层膜的最佳厚度；在正式基片上用选择的光致抗蚀剂按最佳厚度匀胶，再经前烘处理，制成衰减相移掩模基板；对衰减相移掩模基板曝光，显影，清洗，烘干后，制成有图形的实用衰减相移掩模。
全文摘要
本发明公开了一种单层膜结构的衰减相移掩模及其制作方法。该衰减相移掩模由基片上的光致抗蚀剂膜层构成同时满足衰减率和相移度要求的单层膜。其制作方法是将光致抗蚀剂均匀涂敷在玻璃或石英等透明基片上,成为衰减相移膜层,从而制成单层膜结构的衰减相移掩模基板;再对基板曝光、显影、清洗、烘干后制成有图形的实用衰减相移掩模。该衰减相移掩模结构简单,制作容易,成本低。采用该衰减相移掩模可显著提高光刻分辨力。
文档编号H01L21/027GK1330287SQ0011304
公开日2002年1月9日 申请日期2000年6月21日 优先权日2000年6月21日
发明者候德胜, 冯伯儒, 孙方, 张锦 申请人:中国科学院光电技术研究所