阴影式光罩结构及其制造方法

专利名称：阴影式光罩结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种阴影式光罩结构及其制造方法。
现有技术 在集成电路生产的发展初期，光学微影便一直是半导体图案制造的主流技术，因
此光学微影所能达到的分辨率是决定半导体产业生产能力的重要因素之一，在此所公开的
分辨率是指在可接受的质量范围内刻印出最小特征的尺寸，其中，间距分辨率与特征分辨
率会受到微影的多种物理特性所限制，并对最后的组件效能有不同层面的影响。 详细地说，间距分辨率是指所能实现的线宽(critical dimension, CD)或线距之
间的最小长度，而特征分辨率则是受限于线宽控制能力，当特征縮小时，线宽控制的难度便
会增大。 一般而言，特征尺寸控制的成效受限于到各种制造的误差，但不幸地，这些误差多
半为制造中难以避免的误差(例如对焦与曝光的误差)。 因此，为提高分辨率，降低制造误差的容许度为一种常见的手段，而为加大制造范 围的容许度，目前较为主流的技术是利用光学技术的方法来实现的，其包括通过光学近距 修正(Optical Proximity Correction, OPC)、调整最佳的光罩照射角度或最佳的偏轴照 射(Off Axislllumination， OAI)、采用包括有相位与强度信息的相位移光罩(PhaseShift Masks，PSM)或是控制光源的极向等的方式，其中，以相位移光罩为例，其利用相位移来控制 投影光的相位分布，由此产生破坏性干涉以提高成像的分辨率。 以上已说明相位移光罩的应用与原理，以下则将说明相位移光罩的结构。首先，一 般传统光罩结构的俯视图与截面图分别如图1A与图1B所示，在此传统的光罩结构la中包 括基材16以及设置在其上的第二屏蔽层182，基材16具有第一区域12与第二区域14，无 论是位于第一区域12的主要图案121a或是位于第二区域14的辅助图案141a、142a，均形 成在第二屏蔽层182的上端，然而，根据图1C可知，其为以波长为405内米的曝光源照射 于图1A所公开的传统光罩结构的光反射率示意图，由于图样(第二屏蔽层182)与周围区 域(基材16)的光线光反射率分别为30 55% (当然，第二屏蔽层182对光线的光反射 率根据第二屏蔽层182的材料而定)与5X，然而，对于辅助图案141a、142a中的图样(例 如对位标记、条形码标记等)来说，由于辅助图案141a、142a主要用来做为对位或条形码 判读之用，所以辅助图案141a、142a本身必须具备有容易读取的特性，换句话说，辅助图案 141a、142a与其周围的区域之间的光反射程度最好是越明显则判读的效果越佳(也就是光 反射程度的落差越显著越佳)，因此，对于图1A(或图1B)所公开的光罩结构la而言，虽然 主要图案121a无法实现调控投影光相位分布的目的而导致最终成像分辨率无法提升，但 通过辅助图案141a、142a却可因此而保有较高的光对比度。 而图2A与2B则是公开一种现有的相位移光罩结构，其中，图2A与图2B分别为现 有相位移光罩结构的俯视图与截面图。在此光罩结构lb的基材16上依序迭设有第一屏蔽 层181与第二屏蔽层182，并且第一屏蔽层181的光反射率低于第二屏蔽层182的光反射 率，对在相位移光罩结构lb上的图样而言，无论是主要图案121b或辅助图案141b、142b，
3均形成于第一屏蔽层181与第二屏蔽层182，也就是说，在图2A与图2B所示的相位移光罩 结构lb中，辅助图案141b、142b与主要图案121b均具有相位移的性质，因此如图2C所示， 其也为以波长为405内米的曝光源照射于图2A所公开的相位移光罩结构的光反射率示意 图，其中，无论是对于主要图案121b或辅助图案141b、142b而言，其中的图样(第一屏蔽 层181与第二屏蔽层182所构成)与周围区域(基材16)的光线光反射率分别为20%与 5%，因此，虽然现有的相位移光罩结构lb可通过控制投影光的相位分布来达到提高成像 分辨率的目的，但是却会因而导致辅助图案141b、142b具有较低的光对比度而降低辅助图 案141b、142b在进行判读时的辨识能力。 基于现有技术中所遭遇的问题，本发明公开一种阴影式光罩结构及其制造方法， 其利用控制投影光的相位分布来提高主要图案的成像分辨率，同时也兼顾辅助图案本身的 判读辨识能力。

发明内容
鉴于上述内容，本发明的目的为提供一种阴影式光罩结构及其制造方法，其将辅 助图案与主要图案分别形成在光反射率不相同的屏蔽层上，以使辅助图案与其周围区域之 间具有较高的光对比度，而通过主要图案而曝光形成的图样仍可利用控制投影光的相位分 布来达到提高成像分辨率的目的。 为达上述目的，本发明所公开的阴影式光罩结构包括透明基材、第一屏蔽层以及 第二屏蔽层。其中，透明基材具有第一区域与第二区域；第一屏蔽层由第一屏蔽材料所构 成，并且第一屏蔽层设置于透明基材的第一区域上；第二屏蔽层则由第二屏蔽材料所构成， 并且第二屏蔽层设置于透明基材的第二区域上以及第一区域的第一屏蔽层上，并且上述的 第一屏蔽层的光反射率低于第二屏蔽层的光反射率。 本发明还公开一种阴影式光罩结构的制造方法，首先，设置透明基材，其具有第一 区域与第二区域；然后，利用第一屏蔽材料以在透明基材的第一区域上形成第一屏蔽层； 最后，在透明基材的第二区域上与第一区域的第一屏蔽层上设置第二屏蔽材料以形成第二 屏蔽层。 承上所述，本发明所公开的阴影式光罩结构及其制造方法将第一屏蔽层与第二屏 蔽层分别设置在透明基材的不同区域，详细地说，在透明基材的第一区域上方依序设置有 第一屏蔽层与覆盖于其上的第二屏蔽层，而在透明基材的第二区域上方则仅设置有第二屏 蔽层，因此，形成于第一区域的主要图案由第一屏蔽材料和第二屏蔽材料所构成，而形成于 第二区域的辅助图案则仅由第二屏蔽材料所构成，其中由于第一屏蔽层的光反射率低于第 二屏蔽层的光反射率，因此由第一屏蔽材料与第二屏蔽材料所构成的主要图案可通过控制 光的相位分布来提高成像分辨率，同时由第二屏蔽材料所构成的辅助图案则可保有较高的 光对比度。与现有技术相比，本发明所公开的阴影式光罩结构及其制造方法可根据不同图 案的应用，使形成于单一光罩中的部分图案可在进行曝光工艺时提供良好的光相位控制， 同时，部分的图案则具有较高的光对比度，由此提高图案本身的判读、辨识能力。


图1A为传统光罩结构的俯视 图IB为传统光罩结构的截面图； 图1C为以波长为405纳米的曝光源照射于图1A所公开的传统光罩结构的光反射 率示意图； 图2A为现有相位移光罩结构的俯视图； 图2B为现有相位移光罩结构的截面图； 图2C为以波长为405纳米的曝光源照射于图2A所公开的现有相位移光罩结构的 光反射率示意图； 图3A为本发明所公开的阴影式光罩结构的立体图； 图3B为本发明所公开的阴影式光罩结构的截面图； 图4A、图4B、图4C、图4D与图4E为第一区域与第二区域在透明基材上的结构配置 示意图； 图5为本发明所公开的另一种阴影式光罩结构的立体图； 图6为以波长为405纳米的曝光源照射于图5所公开的阴影式光罩结构的光反射 率示意图； 图7为本发明所公开的阴影式光罩结构的制造方法； 图8A为图7中步骤S02的一种子步骤；以及 图8B为图7中步骤S02的另一种子步骤。 主要组件符号说明 la :现有光罩结构 lb :现有相位移光罩结构 2:阴影式光罩结构 12、22 :第一区域 121a、121b、221 :主要图案 14、24 :第二区域 141a、141b、142a、142b、241、242 :辅助图案 16 :基材 26 :透明基材 181、281 :第一屏蔽层 182、282 :第二屏蔽层 283 :第三屏蔽层 SO 1 、 S02 、 S03 :制作流程 S021、 S022、 S023 :S02的子步骤 S02a、 S02b :S02的子步骤
具体实施例方式
以下将参照附图，说明依据本发明较优实施例的一种阴影式光罩结构及其制造方 法，其中相同的组件将以相同的组件符号加以说明。 本发明所公开一种阴影式光罩结构，其立体图与截面图分别如图3A与图3B所示， 该阴影式光罩结构2包括透明基材26、第一屏蔽层281以及第二屏蔽层282，其中，透明基材26具有第一区域22与第二区域24，并且透明基材26相对于光线具有高穿透率和低反射率的特性；第一屏蔽层281为一种半透光的膜层，而第二屏蔽层282为一种可遮光的膜层，并且第一屏蔽层281设置于透明基材26的第一区域22上，第二屏蔽层282则设置于透明基材26的第二区域24上与第一区域22的第一屏蔽层281上。 第一屏蔽层281由第一屏蔽材料所构成，而第二屏蔽层282则由第二屏蔽材料所构成，并且当第一屏蔽层281的厚度与第二屏蔽层282的厚度在适当地控制之下，由第一屏蔽材料所构成的第一屏蔽层281的光反射率低于由第二屏蔽材料所构成的第二屏蔽层282的光反射率，当然，第一屏蔽材料本身的光反射率也可低于第二屏蔽材料的光反射率，但是本发明并未限制第一屏蔽材料与第二屏蔽材料的光反射率。 另外，就垂直投影方向来说(也就是以俯视的角度观察)，第一屏蔽层281的覆盖范围并不等于透明基材26，而是小于透明基材26的面积；而第二屏蔽层282则设置于第一屏蔽层281的上方并延伸至第一屏蔽层281未覆盖的透明基材26上，因此，第二屏蔽层282的覆盖面积与透明基材26的面积相等。 具体地，透明基材26上的第一区域22与第二区域24位于透明基材26的同一表面上，更进一步来定义，第二区域24位于透明基材26的至少一个周边，并且第二区域24也位于第一区域22的至少一个周边，也就是说，第二区域24的设置位置可邻设于第一区域22，或可位于透明基材26的周边，其中，第二区域24可邻设于第一区域22的一边、或两边、或三边、或四边，其结构示意图如图4A、图4B、图4C、图4D与图4E所示，其中，图4A为第二区域24邻设于第一区域22的一边的形式，图4B与图4C为第二区域24邻设于第一区域22的两边的形式，根据图4B与图4C可知，邻设于第一区域22两个周边的第二区域24可相对应地设置或可为彼此相邻地设置，图4D为第二区域24邻设于第一区域22的三边的形式，图4E则为第二区域24邻设于第一区域22的四边的态样。 根据上述可知，第一屏蔽层281设置于透明基材26的第一区域22上，第二屏蔽层282则设置于透明基材26的第二区域24上与第一区域22的第一屏蔽层281上，根据图3B所示可知，实际上第二屏蔽层282可分为两部分， 一部分的第二屏蔽层282直接设置于透明基材26的第二区域24，而另一部分的第二屏蔽层282则直接覆盖于第一区域22的第一屏蔽层281上，也因此，相对于覆盖于第一屏蔽层281上的第二屏蔽层282而言，设置在第二区域24上的第二屏蔽层282具有较大的厚度(S 2 > S》。 另外，在第二屏蔽层282的上还可设置第三屏蔽层283，也就是说，第三屏蔽层283覆盖于第二屏蔽层282之上，其中第三屏蔽层283由第三屏蔽材料所构成，举例来说，第三屏蔽材料可为正型光阻或负型光阻。 另外，本发明同时公开一种阴影式光罩结构，其立体图如图5所示，与图3A(或图3B)所公开的阴影式光罩结构2相似，本实施例中的阴影式光罩结构2包括透明基材26、第一屏蔽层281以及第二屏蔽层282，并且第一屏蔽层281的光反射率低于第二屏蔽层282的光反射率。 进一步言，图5所公开的阴影式光罩结构2的透明基材26的第一区域22与第二区域24分别形成有主要图案221(包括多个暗区多个亮区，其中暗区与亮区以主要图案221形成于阴影式光罩结构2上的形态来定义，举例来说，暗区为主要图案221中透光量较少的部分，而亮区则为透光量较多的区域)和辅助图案241、242(包括多个暗区与多个亮区，其中暗区与亮区的定义与主要图案221中的暗区、亮区相同)。其中，该阴影式光罩结构2中的第二区域24邻设于第一区域22的至少一个周边，也因此辅助图案241、242设置在主要图案221的至少一个周边，其中，主要图案221在曝光后所形成的图样用来形成电子组件或其部分结构，而辅助图案241、242则主要包括有对位标记、条形码标记或其组合等，因此辅助图案241、242可在阴影式光罩结构2执行曝光工艺时提供对位或判读之用。
而且，由于主要图案221形成在透明基材26的第一区域22上，辅助图案241、242则形成在透明基材26的第二区域24上，也就是所，主要图案221形成在第一屏蔽层281与局部的第二屏蔽层282上，辅助图案241、242则形成在局部的第二屏蔽层282上，因此，主要图案221的暗区由第一屏蔽材料与第二屏蔽材料所构成(而主要图案221的亮区则为透明基材26)，而辅助图案241、242的暗区则完全由第二屏蔽材料所构成(相似地，辅助图案241、242的亮区为透明基材26)，并且由于第一屏蔽层281的光反射率低于第二屏蔽层282的光反射率，因此，形成于第一屏蔽层281和局部第二屏蔽层282上的主要图案221的光反射率低于完全形成于第二屏蔽层282上的辅助图案241、242的光反射率。
其中，上述的透明基材26的材料可为石英，而第一遮蔽材料可为硅化钼，第二屏蔽材料则可为铬。 请再同时参照图5与图6所示，图6为以波长为405纳米的曝光源照射于图5所公开的阴影式光罩结构的光反射率示意图，且于图6所公开的实施例中，阴影式光罩结构2的透明基材26的材料为石英，而第一屏蔽材料与第二屏蔽材料则分别以硅化钼与铬为例说明，其中，当透明基材26的厚度、第一屏蔽层281的厚度与第二屏蔽层282的厚度均控制在适当的范围内时，以石英为材料的透明基材26在波长为405纳米的曝光源照射下，大约具有5%的光反射率，而由硅化钼所构成的第一屏蔽层281与由铬所构成的第二屏蔽层282在波长为405纳米的曝光源照射下，各约具有34%与55%的光反射率。基于本实施例所公开的材料，当波长为405纳米的曝光源照射于透明基材26的第一区域22时，由于第一区域22上依序设置有适当厚度的第一屏蔽层281与第二屏蔽层282，因此第一区域的光反射率同时受到第一屏蔽材料与第二屏蔽材料的影响，大约为20%的光反射率，而当波长为405纳米的曝光源照射于透明基材26的第二区域24时，由于第二区域24上仅设置有适当厚度的第二屏蔽层282，因此第二区域24的光反射率仍保持为55% ，也就是说，形成于第一区域22中主要图案221的暗区具有20%的光反射率，并且第一区域22中主要图案221的亮区则具有5%的光反射率，而形成于第二区域24中的辅助图案241、242的暗区具有55%的光反射率，并且第二区域24中辅助图案241、242的亮区也具有5%的光反射率，因此，第一区域22中主要图案221的暗区与亮区的光反射率差异大约为15%，因此主要图案221在曝光后的成像分辨率可通过第一屏蔽材料调整曝光源的相位来实现，同时，第二区域24中辅助图案241、242的暗区与亮区的光反射率差异大约为50%，因此辅助图案241、242中的暗区与亮区仍具有相当高的光对比度，因此可维持良好的判读效果。 值得注意的是，上述是以石英、硅化钼与铬为透明基材26、第一屏蔽层281 (第一屏蔽材料)以及第二屏蔽层282(第二屏蔽材料)为例说明，并且以上所提供的光反射率仅适用于这些材料在特定曝光源配合特定厚度的条件下才会成立，因此，此些条件仅为本发明的其中一种实施形式，并非用来限制本发明的范围。 此外，本发明也同时公开一种阴影式光罩结构的制造方法，参照图7所示，并且同时参照图3B所示的阴影式光罩结构2。在步骤SOl中，首先设置透明基材26，其具有第一区域22与第二区域24 ;然后在步骤S02中利用第一屏蔽材料以在透明基材26的第一区域22上形成第一屏蔽层281 ;最后，步骤S03在透明基材26的第二区域24上与第一区域22的第一屏蔽层281上设置第二屏蔽材料以形成第二屏蔽层282。 其中，上述的步骤S02为在透明基材26的第一区域22上形成第一屏蔽层281的步骤，而此步骤还可包括直接将第一屏蔽材料形成于第一区域22上的方法以及移除非第一区域22上的第一屏蔽材料以形成第一屏蔽层281的方法。具体地，步骤S02还可由图8A的子步骤来实现，首先根据步骤S021，设置遮蔽件(图未显示)以遮蔽透明基材26的第二区域24 ;然后在步骤S022中设置第一屏蔽材料以在透明基材26的第一区域22上形成第一屏蔽层281 ;最后，根据步骤S023移除遮蔽件以使透明基材26的第二区域24裸露出来。另外，步骤S02也可由图8B的子步骤以实现，在步骤S02a中，在透明基材26的第一区域22与第二区域24上设置第一屏蔽材料；并在步骤S02b中移除形成于第二区域24的第一屏蔽材料，以使在透明基材26的第一区域22上形成第一屏蔽层281。 另外，在实际的操作上，在透明基材26的第一区域22上形成第一屏蔽层281的方
法可为溅镀、蒸镀或化学气相沉积；相似地，在透明基材26的第二区域24上与第一区域22
的第一屏蔽层281上形成第二屏蔽层282的方法可为溅镀、蒸镀或化学气相沉积。 综合上述可知，本发明所公开的阴影式光罩结构及其制造方法将第一屏蔽层与第
二屏蔽层分别设置在透明基材的不同区域，具体地，在透明基材的第一区域上方依序设置
有第一屏蔽层和覆盖于其上的第二屏蔽层，而在透明基材的第二区域上方则仅设置有第二
屏蔽层，因此，形成于第一区域的主要图案由第一屏蔽材料与第二屏蔽材料所构成，而形成
于第二区域的辅助图案则仅由第二屏蔽材料所构成，其中由于第一屏蔽层的光反射率低于
第二屏蔽层的光反射率，因此由第一屏蔽材料与第二屏蔽材料所构成的主要图案可通过控
制光的相位分布来提高成像分辨率，同时由第二屏蔽材料所构成的辅助图案则可保有较高
的光对比度。与现有技术相比，本发明所公开的阴影式光罩结构及其制造方法可根据不同
图案的应用，使形成于单一光罩中的部分图案可在进行曝光工艺时提供良好的光相位控
制，同时，部分的图案则具有较高的光对比度，由此提高图案本身的判读、辨识能力。 以上所述仅为举例性，而并非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其
进行的等效修改或变更，均应包括于后附的权利要求中。
权利要求
一种阴影式光罩结构，其包括一透明基材，其具有一第一区域与一第二区域；一第一屏蔽层，其由一第一屏蔽材料所构成，该第一屏蔽层设置在所述透明基材的所述第一区域上；以及一第二屏蔽层，其由一第二屏蔽材料所构成，该第二屏蔽层设置在所述透明基材的所述第二区域上与所述第一区域的所述第一屏蔽层上；其中，所述第一屏蔽层的光反射率低于所述第二屏蔽层的光反射率。
2. 如权利要求1所述的阴影式光罩结构，其中所述透明基材的所述第一区域与所述第二区域位于该透明基材的同一表面上。
3. 如权利要求1所述的阴影式光罩结构，其中所述第二区域位于所述第一区域和/或所述透明基材的至少一个周边。
4. 如权利要求1所述的阴影式光罩结构，其中所述第一区域在垂直投影方向上的覆盖面积小于所述透明基材的面积，并且所述第二区域在垂直投影方向上的覆盖面积等于所述透明基材的面积。
5. 如权利要求l所述的阴影式光罩结构，其还包括一第三屏蔽层，其由一第三屏蔽材料所构成，该第三屏蔽层覆盖于所述第二屏蔽层。
6. 如权利要求1所述的阴影式光罩结构，其中所述透明基材的所述第一区域形成一主要图案，所述透明基材的所述第二区域形成一辅助图案，并且该辅助图案包括有对位标记、条形码标记及其组合。
7. —种阴影式光罩结构的制造方法，其包括下列步骤设置一透明基材，其具有一第一区域与一第二区域；利用一第一屏蔽材料以在所述透明基材的所述第一区域上形成一第一屏蔽层；以及在所述透明基材的所述第二区域上与所述第一区域的所述第一屏蔽层上设置一第二屏蔽材料，以形成一第二屏蔽层。
8. 如权利要求7所述的阴影式光罩结构的制造方法，其中形成所述第一屏蔽层与形成所述第二屏蔽层的方法包括溅镀、蒸镀或化学气相沉积。
9. 如权利要求7所述的阴影式光罩结构的制造方法，其还包括下列步骤设置一第三屏蔽材料以在所述第二屏蔽层上形成一第三屏蔽层，并且形成该第三屏蔽层的方法包括涂布或喷涂。
10. 如权利要求7所述的阴影式光罩结构的制造方法，其中利用所述第一屏蔽材料以在所述透明基材的所述第一区域上形成所述第一屏蔽层的步骤，还包括下列子步骤在所述透明基材的所述第一区域与所述第二区域上设置所述第一屏蔽材料；以及移除形成于所述第二区域的所述第一屏蔽材料，以在所述透明基材的所述第一区域形成所述第一屏蔽层。
全文摘要
本发明公开一种阴影式光罩结构，其包括透明基材、第一屏蔽层以及第二屏蔽层。其中，透明基材具有第一区域与第二区域，在该第一区域中形成有主要图案并且在该第二区域中形成有辅助图案；第一屏蔽层由第一屏蔽材料所构成，并且第一屏蔽层设置于透明基材的第一区域上；第二屏蔽层则由第二屏蔽材料所构成，并且第二屏蔽层设置于透明基材的第二区域上以及第一区域的第一屏蔽层上。因此，主要图案由第一屏蔽材料与第二屏蔽材料所构成，而辅助图案则由第二屏蔽材料所构成，并且上述的第一屏蔽层的光反射率低于第二屏蔽层的光反射率。同时，本发明也公开一种阴影式光罩结构的制造方法。
文档编号G03F1/00GK101738844SQ20081017366
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月5日 优先权日2008年11月5日
发明者卢皓敏 申请人:翔准先进光罩股份有限公司