[发明专利]曝光用光掩模及其制造方法

说明书

本发明涉及一种投影式曝光系统中曝光用光掩模，特别涉及一种适用于使例如具有台阶的半导体衬底等要曝光材料曝光的光掩模。

近年来，如具有代表性的DRAM(动态随机存取存储器)等半导体器件集成度提高，其特征尺寸减小，这使得形成于半导体衬底上的电路图形的线宽相当小。因此，需要用光刻工艺传递甚至更小的图形以便在半导体衬底上形成电路图形。

按目前所用的光刻工艺，利用还原投影式曝光系统(reducingprojection-type exposure system)(例如步进器)，对已涂覆于半导体衬底上的光刻胶使用紫外光，曝光光掩模的电路图形，由此形成图形。

为了形成图形，理想的是使衬底的表面与投影透镜的图象形成面一致。

然而，在形成元件时产生台阶和衬底本身的不平坦，会使上述两个面发生偏移。

为了在即使发生了一定程度的与理想图象形成面的偏移的情况下形成图形，必须有一定的焦深(可以在其上形成图形的光轴方向的范围)，为实现高分辨率，重要的是实现此焦深。

一般情况下，利用还原曝光法的光刻工艺的分辨率R和焦深DOF由以下通称为Raleigh公式的公式给出。

R＝k1·λ1/NA          …(1)

DOF＝k2·λ1/(NA)²    …(2)

以上关系式中，λ是nm级的曝光波长，NA是透镜的数值孔径，k1和k2是取决于抗蚀工艺的工艺系数。

由公式(1)可知，减小λ且增加NA可以提高分辨率。然而，由公式(2)可知，短波长和大NA会导致焦深减小。目前情况下，随着分辨率的提高，焦深急剧减小，很难实现所需的焦深。

由公式(2)可知，缩短波长比增大NA会使焦深的减小更趋缓和。为此，波长已不断地变小，已从汞灯的g线(l＝436nm)移到汞灯的i线(l＝365nm)，进一步到利用KrF准分子激光器(l＝248nm)作曝光的光源。

另外，通过调节光学系统自身，可以适应图形特征尺寸的上述减小，整个方法称为超分辨率技术。

根据所作的调节，一般的超分辨率技术可以分为三种，它们是改变投影光学系统的光源形状的方法(畸变照明法)、改变投影透镜的光瞳平面的方法(光瞳滤波法)、及改变曝光用的光掩模的方法(相移法，半色调相移法(halftone phase shift)等)。

这些超分辨率技术的效果取决于曝光掩模的图形类型。

在半色调相移法(此后称为半色调法)中，在光掩模上的遮光部分，利用将入射光的偏振方向旋转180度使光部分通过的半透明膜代替完全遮光膜，例如日本未决专利申请公开8-31711所公开的方法。

图12示出了从前用的根据半色调法的曝光掩模。如图12(a)和(b)所示，过去的曝光掩模为由用作掩模基片的玻璃基片101和附在该玻璃基片101上的透明膜102构成的两层结构。

根据该半色调法，尤其是掩模中的高次衍射成分，导致了在大焦深范围内晶片上光强对比度的提高。

半色调法在增大用于隔开的透光图形(正图形情况下的孔图形)的焦深方面特别有效。例如，在Y.Iwabuchi等人的Jpn.j.Apply.Phys.32(1993)5900中，有利用KrF准分子激光光刻形成隔开的0.26μm孔图形的记载。在NA＝0.42，s＝0.5(s为相干因子)时，利用常规掩模，对于0.26μm的孔图形焦深为0.6μm。

与此相反，利用具有透射率为4％的半色调光掩模曝光，则焦点扩展到1.2μm。

因为半色调法使掩模的制造变得较容易，所以目前已投入批量生产，主要利用i线光刻。另外，已有报道说，为了使改善焦点的效果最好，需要相移180±5度，并使透射率为5％～10％。

然而，在近来的半导体器件中，随着集成度的提高，剖面结构变得相当复杂。

为此，形成于半导体衬底上的台阶的尺寸无法用上述半色调法进行补偿。例如，假定为了在具有0.6μm台阶的衬底中形成0.26μm的孔图形，应用上述曝光波长，光学条件和半色调掩模。因为焦点为1.2μm，所以可以得到0.6μm的上下最大(maximum up/down)聚焦裕度。然而，由于利用在0.6μm台阶的中心点位置上下的焦点的曝光，该裕度在该台阶的上部为0.3μm，在台阶的底部也为0.3μm。

即，考虑到该台阶，焦点基本限制为0.6μm。

如上所述，同样，对于具有台阶的半导体衬底获得实际上较宽的焦点是器件制造中的问题。

考虑到现有技术中的上述缺点，本发明的目的是提供一种曝光掩模，能够在具有台阶不平坦的要曝光材料的整个区域上形成所需图形。