[发明专利]多层衰减相移掩模

说明书

发明领域

本发明涉及短波光，即＜200nm的光刻术中的相移掩模，特别是由其制成的空白光掩模和有图形的光掩模。更具体而言，本发明涉及相移掩模，该掩模使发射光衰减并相对于在空气中传播同样路径的光改变其相位180°。在该技术领域内这种掩模称为衰减(嵌入式)相移掩模或半色调相移掩模。再具体而言，本发明公开了一种新型的衰减嵌入式相移掩模，其光学性质可采用有超薄UV吸收层的多层化超薄UV透明层在任意波长下进行设计。

发明背景

光印刷术是半导体微电路生产中关键工艺之一。光掩模是含集成电路准确微观图象的高纯石英或玻璃片，它所用于将精密的设计图案传送到硅晶片上。沉积和蚀刻技术在晶片上形成实际的电路，晶片然后被切成数百芯片。制造复杂芯片，例如微处理器，包括20多层，而每层皆需要不同的、精密的和能复用的掩模。

由于不断要求性能和速度更高的装置，对具有精细特征的制作图形电路的需要将光的微光刻术推向更短，更短的波长(248nm→193nm-157nm)。这是因为传统的Cr掩模，或者通过阻光或者通过透光成象，其能达到的分辨率受光学衍射作用的限制。但是，在任何波长下，相移掩模可将分辨率延伸到由波长影响的衍射限度之外。相移掩模是利用破坏性光学干涉提高反差进行工作的。目前设计是采用193nm光的光刻术和相移掩模的将支持最低特征尺寸为120nm的设计。但特征(尺寸)低于100nm将要求移动至157nm和相移，如果要采用光刻术的话。

光刻术所用的相移掩模，尤其是衰减相移掩模已成为众多文献的题目，例如Marc D.Levenson“光刻术的波阵面技术”Physics Today(现代物理)，28，July1993，和Y.C.Ku，E.H.Anderson，M.Schattenburg以及H.I.Smith，“利用pi-相移x-射线掩模增加特征边缘的强度斜面”。J.Vac.Sci.Technol.B6(1)150(1988)。现有技术中几乎全部的衰减相移掩模都属于两个范畴：(1)非化学计算量物质，即与正常化合物相比有一种或几种元素不足的物质；(2)由吸收剂和‘相移’层构成的双层。1997年2月10申请的共同转让待决申请08/797,443公开了用光学多层结构作为系统设计衰减相移掩模的新途径。该结构由一种光学透明材料的超薄层(＜10nm)和在所用光波波长下的光学吸收物质交替多层化组成。光学透明和吸收层两者可以是稳定的化合物。非化学计算量的物质，例如SiN_x(K.K.Shih and D.B.Dove，“制备衰减相移掩模的薄膜材料”，J.Vac.Sci.Technol.B12(1)32(1994)具有较少吸引力，因为它们的光学性质与合成条件有极大的关系，例如在溅射过程中反应气体浓度分压的细小波动能引起诸如透射和相移等光学性质有大的漂移。与化学计算量化合物相比非化学计算量物质同样较不稳定，特别是其热稳定性小。

双层设计通常由吸光的薄金属如Cr和透明层如SiO₂组成。这种结构的缺点包括需要中断制造过程，因为各层都要求不同的合成条件。事实上，可能要求将空白掩模半成品转送至另外的沉积室。同样由于各层要求明显不同的蚀刻过程以及各独立层的如脱层的潜在问题，使掩模制造变得困难，这些都会由于热特性、机械特性和化学特性明显不同而发生。

相反，制造过程中通常优选用层厚来控制光学多层的光学性质，而层厚能在溅射过程中确准控制。同样各层保持超薄(与光刻术的波长相比，这样光学性质对层界面的粗糙度较不敏感，而这促进各独立层的均匀蚀刻。同样多层件的两个层可选稳定的氮化物和氧化物。这样，通过层厚来系统设计光学性质(即化学)；而且这种方法对多光波长是可调的。其次，溅射条件的选择可有较宽的过程佘度，并使基本溅射目标简单化。化学稳定层可通过有吸引力的蚀刻性质选择。这些层可很薄，从而使干蚀刻均匀，并改进辐照稳定性。