專利名稱：掩膜板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種掩膜板和掩膜板的 制造方法。
背景技術：
在半導體制造工業(yè)中，光刻膠圖形的形成是利用光刻曝光設備例如 步進式曝光機或掃描式曝光機，在感光材料上曝光，通過顯影和定影工 藝以形成所需要的圖案。晶片表面光刻膠進行曝光所需要的工具，除了 曝光設備之外，還需要有用來提供線路圖案以便進行圖案轉(zhuǎn)移的掩膜
(mask)。具體的步驟是首先在半導體襯底上涂布一層光刻膠，然后利 用曝光設備將掩膜上的圖案投影在光刻膠層上，將光刻膠層曝光的部分 使用顯影劑進行顯影，使光刻膠層顯現(xiàn)出掩膜上的圖案。之后利用該圖 案化的光刻膠圖形為掩膜進行后續(xù)的刻蝕或離子注入等工藝。
通常，在曝光工藝中所使用的、用于形成光刻圖形的掩膜，是在透 明石英襯底上涂覆包括鉻(Chrome )層或鋁層的遮光膜，通過等離子刻 蝕工藝刻蝕遮光膜，由此形成定義出所需的電路遮光圖形。以輻射光源 發(fā)出的輻射光照射到掩膜上，經(jīng)過掩膜上的遮光圖形形成圖象，并經(jīng)投 影系統(tǒng)將所述圖象投射在光刻膠層上。目前用于光刻的曝光光源主要使 用KrF受激準分子激光器(248nm)和ArF受激準分子激光器(193nm)。
隨著半導體器件的復雜程度不斷提高，集成電路的設計準則(design rule)逐漸變得微細化，相應提高了掩膜圖案的復雜度，遮光區(qū)域線條之 間的距離更加縮短，導致數(shù)值孔徑(Numerical Aperture)降低。當數(shù)值 孔徑減小，光穿過掩膜圖案時，會發(fā)生光衍射和干涉現(xiàn)象，使得光強度 和光刻圖形的分辨率降低。
在眾多的解決方法之中，如申請?zhí)枮?2119016.X的中國專利申請文 件中所描述的，其中之一便是使用相移掩膜(Phase shifting mask, PSM)。 PSM是在傳統(tǒng)的掩膜上制作相位移層，利用相位移層將入射光的相位延 遲180度，使通過相位移層的光的相位相反于原來的入射光的相位。通常 使用不同厚度或是不同折射率的透光層來作為相位移層，使穿透相位移 層的入射光與鄰近的掩膜元件的入射光形成干涉，由此形成導線圖案并 改善光強度和分辨率。但隨著半導體制造工藝進一步深入到45nm及以下 技術節(jié)點，如何在現(xiàn)有曝光光源條件下繼續(xù)提升普通掩膜和PSM的光強 度和分辨率是急待解決的技術問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種掩膜板和掩膜板的制造方法，能夠進一 步提升通過掩膜板在晶片表面形成圖象的清晰度和分辨率。
一方面，提供了一種掩膜板，包括透明襯底和遮光圖形，所述遮光 圖形由復數(shù)個遮光線條組成，所述遮光線條具有頂面和底面，所述底面 為遮光線條與所述透明襯底的接觸面，其特征在于所述遮光線條的頂 面的面積大于底面的面積、。
所述透明襯底的材料為石英。
遮光圖形的材料包括鉻或氧化鉻。
所述遮光線條的截面形狀為"T"形。
所述遮光線條^f黃截面的形狀為倒梯形。
另一方面，提供了一種掩膜板，包括透明襯底和遮光圖形，所述遮 光圖形由復數(shù)個遮光線條組成，所述遮光線條具有頂面和底面，所述底 面為遮光線條與所述透明襯底的接觸面，其特征在于所述遮光線條橫 截面的頂面的寬度大于底面的寬度。
所述透明襯底的材料為石英。
所述遮光圖形的材料包括鉻或氧化鉻。
所述遮光線條的截面形狀為"T"形。 所述遮光線條橫截面的形狀為倒梯形。
相應地，提供了一種掩膜板的制造方法，包括
提供一透明襯底；
在所述襯底表面沉積遮光層；
向所述遮光層中注入雜質(zhì)離子；
在所述遮光層表面形成光刻膠圖形；
以所述光刻膠圖形為掩膜刻蝕所述遮光層，形成遮光圖形，所述遮 光圖形由復數(shù)個遮光線條組成，所述遮光線條具有頂面和底面，所述底 面為遮光線條與所述透明襯底的接觸面；
移除所述光刻膠圖形。
所述遮光層的材料為鉻或氧化鉻。
所述雜質(zhì)離子為金屬離子。
所述金屬為鋁、鉭、金中的一種或組合。
刻蝕所述遮光層的氣體包括SF6、 CHF3或CF4中的一種或組合。 所述遮光線條的截面形狀為"T"形。 所述遮光線條^f黃截面的形狀為倒梯形。 所述透明襯底為石英。
為解決上述問題，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點
本發(fā)明的掩膜板在石英襯底表面形成的遮光圖形的遮光線條的形狀 為倒梯形或"T"形。遮光線條的兩側(cè)面為向內(nèi)側(cè)凹進的斜面或向內(nèi)側(cè)凹 進的斜面和下部垂直面的組合，這兩種側(cè)面形狀都能夠降低入射光的漫 反射。當入射光通過掩膜板時，垂直于掩膜板表面的入射光穿過掩膜板 未被遮光條遮住的部分而照射到晶片表面。由于遮光條的側(cè)面為向內(nèi)側(cè) 傾斜的斜面，其對不是以垂直方向進入遮光條之間縫隙的光線的反射作
用大大減小，有效降低了遮光條對入射光的漫反射作用，從而使更多的 光線通過遮光條之間縫隙，增加了照射在晶片表面的光強度，提高了晶 片表面的光強度和明暗對比度，從而使掩膜板圖形在晶片表面的成像更 加清晰。
通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上 述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記 指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主 旨。在附圖中，為清楚明了，放大了層和區(qū)域的厚度。
圖1至圖3為說明光刻工藝的曝光過程示意圖4A至圖4B為根據(jù)本發(fā)明實施例的掩膜板結(jié)構示意圖5至圖7為說明沖艮據(jù)本發(fā)明實施例的掩膜板的光刻工藝曝光過程 示意圖8至圖15為說明根據(jù)本發(fā)明實施例的掩膜板的制造過程剖面示 意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合 附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本 發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可 以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開 的具體實施的限制。
圖1至圖3為說明光刻工藝的曝光過程示意圖。如圖1所示，掩膜板IO 包括石英襯底11和由鉻層所構成的遮光圖形12。在進行曝光時，掩膜板 10上的遮光圖形12將反射來自曝光機光源的入射光13 ，而令掩膜板上無
遮光圖形12的部分得以透光，然后經(jīng)曝光機的透鏡系統(tǒng)投映在晶片表面
的光刻膠層上。當入射光束13經(jīng)過掩膜板10投射到晶片時，入射光的光 幅度在晶片表面上的分布情況如圖2所示，入射光的光強度在晶片表面上 的分布情況如圖3所示。由圖2和圖3可以看出，當入射光的波長一定時， 如果圖1中的遮光圖形12的線條12，的間距太近，也就是圖形很密的情況 下，光束在晶片表面成像的光幅度分布將產(chǎn)生重疊，使得晶片表面光強 度下降，圖象的清晰度變差。因此必須采用波長更短的光源和曝光設備， 例如上述的光波長為193nm的ArF受激準分子激光器。但是隨著半導體制 造工藝進入到45nm及以下技術節(jié)點后，如果依靠進一步縮短曝光光源的 波長來提高掩膜成像的清晰度的話，那么勢必要更換新曝光設備，預示 著整個光刻工藝的變動，包括所使用的光刻膠、顯影劑、掩膜和工藝參 數(shù)等，帶來的是制造成本的大幅度提高。
圖4A至圖4B為根據(jù)本發(fā)明實施例的掩膜板結(jié)構示意圖，所述示意圖 只是實例，其在此不應過度限制本發(fā)明保護的范圍。由圖l可以看出，當 掩膜板10的遮光圖形12的線條12，之間的間距很小時，入射光13在晶片表 面成像的光幅度產(chǎn)生重疊的原因，是由于入射光13在線條周圍發(fā)生衍射 和干涉造成的。衍射和干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生與掩膜板上遮光圖形12的線條12' 的立體形狀有關。我們注意到，目前普遍采用的掩膜板，如圖l所示，掩 膜板10上的遮光線條12，的立體形狀為長方體或正方體。當入射光13經(jīng)過 掩膜板10的遮光圖形12時，由于入射光13除了垂直于掩膜板10方向的以 外，還有與掩膜板10成一定角度入射的光，照射在掩膜板10的遮光圖形 12的線條12，側(cè)壁。遮光圖形12的線條12，的側(cè)壁為垂直于石英襯底10方 向，當光線照射在側(cè)壁表面時其相當于一個面光源，這些光線在側(cè)壁表 面會發(fā)生漫反射，從而削弱了通過遮光圖形12的線條12，之間的縫隙的入 射光13的強度，同時增加了遮光部分的光的強度，其結(jié)構就是降低了照 射在晶片表面的光強對比度，降低了圖形清晰度。
因此，本發(fā)明掩膜板的遮光條結(jié)構采用了圖4A和圖4B所示的結(jié)構形 式。根據(jù)本發(fā)明的實施例，本發(fā)明實施例一的掩膜板20,在石英襯底21 表面形成的遮光圖形22的遮光線條22，的形狀為如圖4A所示的倒梯形，在 本發(fā)明的另一個實施例中，如圖4B所示，本發(fā)明另一實施例的掩膜板30, 在石英襯底31表面形成的遮光圖形32的遮光線條32，的形狀為"T"形。
繼續(xù)參照圖4A和圖4B,在本發(fā)明實施例的掩膜板中，遮光圖形的遮 光線條22，和32，的上表面的寬度大于下表面的寬度。遮光線條22，和32，的 下表面亦即遮光線條22，和32，與石英襯底21和31的接觸面，其寬度小于上 表面的寬度，說明遮光線條22，和32'的下表面的面積小于遮光線條22，和 32，的上表面面積。遮光線條22，的兩側(cè)面為向內(nèi)側(cè)凹進的斜面，該斜面與 石英襯底21表面成一定角度；遮光線條32，的兩側(cè)面為向內(nèi)側(cè)凹進的斜面 和下部垂直面的組合。這兩種側(cè)面形狀都能夠降低入射光的漫反射。
圖5至圖7為說明根據(jù)本發(fā)明實施例的掩膜板的光刻工藝曝光過程示 意圖，所述示意圖只是實例，其在此不應過度限制本發(fā)明保護的范圍。 如圖5所示，以掩膜板20為例，當入射光13通過掩膜板20時，垂直于掩膜 板20表面的入射光穿過掩膜板未被遮光條22，遮住的部分而照射到晶片表 面。由于遮光條22，的側(cè)面為向內(nèi)側(cè)傾斜的斜面，其對不是以垂直方向、 即從其它方向進入遮光條22，之間縫隙的光線的反射作用大大減小，有效 降低了遮光條22，對入射光13的漫反射作用，從而使更多的光線通過遮光 條22，之間縫隙，即未被遮光條22，遮住的部分而照射到晶片表面，因此增 加了照射在晶片表面的光強度。
當入射光束13經(jīng)過掩膜板20投射到晶片表面時，入射光13的光幅度在 晶片表面上的分布情況如圖6所示，入射光13的光強度在晶片表面上的分 布情況如圖7所示。由于本發(fā)明掩膜板的遮光條22，的側(cè)面釆用向內(nèi)側(cè)傾斜 的斜面，使得遮光條22，對入射光的漫反射作用降低，增加了通過未^C遮
光條遮擋部分的光量，提高了晶片表面的光強度和明暗對比度，從而使 掩膜板圖形在晶片表面的成像更加清晰。
圖8至圖14為說明根據(jù)本發(fā)明實施例的掩膜板的制造過程剖面示意 圖，所述示意圖只是實例，其在此不應過度限制本發(fā)明保護的范圍。首
先如圖8所示，提供一石英襯底100，將其表面利用研磨技術磨平。在石 英襯底100表面利用物理氣相淀積(PVD)技術沉積遮光層130。該遮光 層130的材料鉻(Cr)層、氧化鉻(CrO)層，或其他不透明材料，優(yōu)選 為鉻(Cr)層。接著，向上述遮光層130中注入金屬雜質(zhì)離子150。金屬 雜質(zhì)離子150的材料可以是例如金屬鋁(Al)、鉭(Ta)、銅(Cu)、金 (Au )中的一種或組合。然后對注入雜質(zhì)的遮光層進行熱退火。在遮光 層130中注入金屬雜質(zhì)離子之后，所述遮光層130變?yōu)殂t(Cr)層中包含 雜質(zhì)離子的遮光層140，如圖9所示。雜質(zhì)在遮光層140中的分布如圖10所 示。在圖10中所示的曲線中，橫坐標表示雜質(zhì)離子在遮光層140中的深度， 縱坐標表示雜質(zhì)離子在遮光層140中的濃度。遮光層140中雜質(zhì)離子的分 布為沿/A^層到深層的方向濃度逐漸降低。
在接下來的工藝步驟中，如圖ll所示，在遮光層140表面形成一光刻 膠層160,覆蓋于遮光層表面，用于形成光刻膠圖形以制作掩膜圖案。光 刻膠圖形可采用傳統(tǒng)的光刻工藝形成，首先在遮光層140表面利用旋涂工 藝涂布光刻膠160，然后通過曝光、顯影、烘焙等步驟，去除不需要的部 分，在遮光層140表面形成如圖12所示的光刻膠圖形160'。
隨后，如圖13所示，以光刻膠圖形160，為掩膜，刻蝕所述遮光層140。 在刻蝕過程中，刻蝕氣體采用傳統(tǒng)的鉻層刻蝕氣體，即溴化氬(HBr)、 氯氣(Cl2)和氧氣(02)的混合氣體。為了增加刻蝕金屬的刻蝕速率和 刻蝕選擇比，向刻蝕氣體中加入了包括SF6、 CHF3或CF4等氣體。腔體壓 力為5-50mTorr,向反應室內(nèi)通入刻蝕劑氣體流量100-400sccm,石英襯底 溫度控制在20。C和90。C之間，等離子源射頻輸出功率1500W-2000W。
在利用上述刻蝕氣體對遮光層140進行刻蝕的過程中，刻蝕氣體從遮
光層140的表面向底面進行縱向刻蝕。由于遮光層140中摻雜的金屬雜質(zhì) 離子的濃度分布為從表面到底面濃度逐漸降低，摻雜后在遮光層140的密 度和硬度因4參雜了雜質(zhì)離子而變得不均勻。遮光層140從表層到底層的硬 度和密度逐漸降低。在刻蝕過程中，表層的刻蝕速率較慢，隨著刻蝕進 程的深入，刻蝕速率逐漸增加，刻蝕逐漸由各向異性刻蝕變?yōu)楦飨蛲?刻蝕。因此，便形成了 "T，，形或倒梯形的遮光線條IIO。隨后移除光刻 膠掩膜圖形160'。
由上述方法得到的掩膜板的遮光圖形，遮光線條的形狀可以是如圖14 所示的"T"形，或如圖15所示的倒梯形。其是由雜質(zhì)離子在遮光層中的 濃度分布決定的。當注入的雜質(zhì)劑量較低時，遮光層底部的雜質(zhì)濃度相 對較低，在刻蝕進程進行到底部時刻蝕趨于各向異性，形成的遮光線條 形狀為"T"形。當注入的雜質(zhì)劑量較高時，遮光層底部的雜質(zhì)濃度相對 較高，在刻蝕進程進行到底部時刻蝕仍趨于各向同性，因此形成的遮光 線條形狀為倒梯形。
上述本發(fā)明的掩膜板及其制造方法同樣適用于各種相移掩膜，即相移 掩膜的遮光條形狀也適用于本發(fā)明的掩膜板遮光條形狀，并采用本發(fā)明 制造形成。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式 上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本 發(fā)明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況 下，都可利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案作出許多可 能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離 本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任 何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)。
權利要求
1、一種掩膜板，包括透明襯底和遮光圖形，所述遮光圖形由復數(shù)個遮光線條組成，所述遮光線條具有頂面和底面，所述底面為遮光線條與所述透明襯底的接觸面，其特征在于所述遮光線條的頂面的面積大于底面的面積。
2、 如權利要求1所述的掩膜板，其特征在于所述透明襯底的材 料為石英。
3、 如權利要求1所述的掩膜板，其特征在于遮光圖形的材料包 括鉻或氧化鉻。
4、 如權利要求1所述的掩膜板，其特征在于所述遮光線條的截 面形狀為"T"形。
5、 如權利要求1所述的掩膜板，其特征在于所述遮光線條橫截 面的形狀為倒梯形。
6、 一種掩膜板，包括透明襯底和遮光圖形，所述遮光圖形由復數(shù) 個遮光線條組成，所述遮光線條具有頂面和底面，所述底面為遮光線條 與所述透明襯底的接觸面，其特征在于所述遮光線條橫截面的頂面的 寬度大于底面的寬度。
7、 如權利要求6所述的掩膜板，其特征在于所述透明襯底的材 料為石英。
8、 如權利要求6所述的掩膜板，其特征在于所述遮光圖形的材 料包括鉻或氧化鉻。
9、 如權利要求6所述的掩膜板，其特征在于所述遮光線條的截 面形狀為"T"形。
10、 如權利要求6所述的掩膜板，其特征在于所述遮光線條橫截 面的形狀為倒梯形。
11、 一種掩膜板的制造方法，包括 提供一透明襯底； 在所述襯底表面沉積遮光層； 向所述遮光層中注入雜質(zhì)離子； 在所述遮光層表面形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜刻蝕所述遮光層，形成遮光圖形；所述遮 光圖形包括復數(shù)個遮光線條，所述遮光線條具有頂面和底面，所述頂面 的面積大于底面的面積，或所述遮光線條的橫截面的頂面寬度大于底面 寬度；移除所述光刻月交圖形。
12、 如權利要求11所述的方法，其特征在于所述遮光層的材料 為鉻或氧化鉻。
13、 如權利要求11所述的方法，其特征在于所述雜質(zhì)離子為金 屬離子。
14、 如權利要求13所述的方法，其特征在于所述金屬為鋁、鉭、 金中的一種或組合。
15、 如權利要求12、 13或14所述的方法，其特征在于刻蝕所述 遮光層的氣體包括SF6、 CHF3或CF4中的一種或組合。
16、 如權利要求11所述的方法，其特征在于所述遮光線條的截 面形狀為"T"形。
17、 如權利要求11所述的方法，其特征在于所述遮光線條^f黃截 面的形狀為倒梯形。
18、 如權利要求11所述的方法，其特征在于所述透明襯底為石英。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種掩膜板，包括透明襯底和遮光圖形，所述遮光圖形由復數(shù)個遮光線條組成，所述遮光線條具有頂面和底面，所述底面為遮光線條與所述透明襯底的接觸面，所述遮光線條橫截面的頂面的寬度大于底面的寬度。本發(fā)明掩膜板和掩膜板的制造方法能夠進一步提升通過掩膜板在晶片表面形成圖像的清晰度和分辨率。
文檔編號G03F1/30GK101393387SQ200710046209
公開日2009年3月25日 申請日期2007年9月17日 優(yōu)先權日2007年9月17日
發(fā)明者吳漢明, 張海洋 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司