CN1101057C - 用副图形辅助主图形精确对准时光掩模及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

一种光掩模具有一个用一条遮光带(11a/11b)实现的主图形(11)以及一个用半透明带(12a-12f)实现的副图形(12)，遮光带与半透明带的宽度相等，以致能使遮光带接近分辨率而不损坏副图形的效应。

Description

用副图形辅助主图形精确对准的光掩模及其制造工艺

本发明涉及一种光掩模，具体地是涉及在半导体器件制造及其制造工艺中用于投影对准器的一种光掩模。

动态随机存取存贮器是超大规模集成的典型范例。随着线路元件的尺寸日小，最小线宽也愈来愈小，窄的线条宽度要求有高分辨率的刻蚀。现有缩小投影对准器可以将分划板上的图形转换到光刻胶层，而紫外线将分划板上的图形影象带到光刻胶层上。当对准器的投影光学系统将图形影象聚焦到光刻胶层的表面时，图形影象是要以高分辨率转换到光刻胶上。然而，光刻胶往往是铺展成一种多层结构的不平坦表面，因而，光刻胶层表面也不平坦。由于这种原因，焦面部分地偏离光刻胶层的表面，而图形转换需要有一个聚焦深度。

    分辨率R和聚焦深度DOF之间的关系表示如下：

    R＝K1×λ/NA            …方程1

    DOF＝K2×λ/NA2         …方程2

其中λ为曝光的波长，NA为数值孔径，K1和K2则为依据制造工艺而确定的系数。

从方程1得知，曝光波长愈短和数值孔径愈大则所得的分辨率愈高。然而，方程2教导我们：曝光波长愈短和数值孔径愈大则聚焦深度减小。这样，在分辨率与聚焦深度之间存在有一种相互抵消。

如上所述，集成密度的最新进展要求有更高的刻蚀分辨率，对聚焦深度的要求也日益苛刻而又苛刻。

首先，我们在下面对聚焦深度的各种因素予以分析。从方程2便会了解到，数值孔径NA是平方值，因而，它对聚焦深度有着强烈影响。另一方面，系数K2只与曝光波长相乘而增大，聚焦深度受曝光波长的影响较小。由于这个原因，人们采用了改变曝光光线的办法来改进分辨率，缩小投影对准器的曝光光线已经从水银灯的g线经i线改变到KrF激光器的受激发射光，曝光波长已经从436纳米经365纳米减到248纳米，分辨率确实得到了改进。然而，当曝光光线改变时，生产厂家需要有诸如新的光刻胶之类的新刻蚀工艺，而且，改变曝光光线并非易事。

另一因素是系数K1和K2。倘若系数K2被增大，而系数K1被缩小，则分辨率R得到提高而聚焦深度DOF不会减弱。K1和K2这些系数依赖于种种刻蚀工艺以及对准器光学系统转换图形的精度。有关刻蚀工艺的例子是光刻胶的组成、涂布技术以及显影工艺，其中光刻胶的组成对分辨率R和聚焦深度DOF影响强烈。

当通过i线转换图形影象时，光刻胶用的是酚醛树脂，酚醛树脂是与感光材料混合在一起，尽管酚醛树脂是亲水的并在碱性显影液中溶解，但感光材料则是亲脂的并被用为溶解的抑制剂。然而，当感光材料曝光时，它变为亲水的，而曝光的光刻胶则变成为可溶于显影液。酚醛光刻胶是一种正光刻胶。酚醛光刻胶用于经KrF激光器受激发射光转换图形时其吸收率太大。新的光刻胶被研究开发了。现用于激光器受激发射光的光刻胶叫作“化学增强刻蚀剂”。化学增强刻蚀剂包含酸生成素和树脂，其中的聚苯乙烯的羟基被疏水基取代，而疏水基被用作保护基。当化学增强刻蚀剂曝光时，酸生成素向保护基提供氢离子，氢离子起着阴极电解液的作用。它从聚苯乙烯中消除保护基，光刻胶便成为可溶的。化学增强刻蚀剂是一种正刻蚀剂。

这样，改变曝光光线要求有新的刻蚀剂工艺，而新的刻蚀剂工艺并不易于开发。

最后的一个因素是通过对准器光学系统转换图形的精度。目前可用的精确图形转换工艺被分为三类。第一类关系到光源的制作结构，改进照度是第一类的典型例子。第二类关系到组合在光学系统内投影透镜部件的光孔表面，光孔滤波器就是这一类的一个例子。第三类关系到光掩模，相移技术和副图形技术属于这第三类。根据在光掩模上要进行转换的图形情况，三种类别之间有不同的主效应。

改变照度和相移技术利用的是在两束光通量之间的相干，并改进周期性重复图形的分辨率和聚焦深度。

改变照度技术有效地改进周期性重复图形的分辨率和聚焦深度。然而，改变照度对孤立图形的效果是不好的，这是因为在孤立图形或是在周期性重复图形的最后部分光线被均匀绕射，相应地，两束光通量不怎么相干。为此，改变照度技术限用于周期性的重复图形影象。

光孔滤波器技术改变投影透镜光孔表面上的空间频率分布，造成多重聚焦平面。光孔滤波器技术实现了既对周期性重复图形又对孤立图形的改进。然而，光孔滤波器技术要求改变投影透镜的光孔表面，光孔滤波技术要进入实际应用十分困难。

副图形技术是对一个主图形增加一个副图形。所加入的副图形成分在大小尺寸上小于主图形，它既改进分辨率，又改进聚焦深度。

副图形技术的一个典型例子发表在未经审查的申请号为5-165194日本专利公报中。图1示出一块光掩模，它在尚未审查的日本专利公报中已公开。光掩模是用在分步缩小的投影对准器中，光掩模上的图形影象在光刻胶层上被缩小成1/5。

在先技术的光掩模包含一块透明玻璃衬底1和层压在透明玻璃衬底1上的铬质遮光膜2。遮光膜2被画成阴影线，以便易于从那里区分出透明玻璃衬底1的曝露区。一个宽的矩形开口2a以及窄的矩形开口2b和2c形成在遮光膜2中，而透明玻璃衬底1则曝露在宽矩形开口2a以及窄矩形开口2b和2c之下。宽矩形开口2a形成一个要被转换到构成集成电路一部分的光刻胶层上去的图形影象，供作主图形之用。另一方面，窄矩形开口2b和2c是提供在宽矩形开口2a的两侧并供作副图形之用。在该实例中，宽矩形开口2a的宽度为1.5微米，而窄矩形开口2b和2c的宽度则为0.75微米。宽矩形开口2a的中央线与每个窄矩形开口2b/2c的中央线相隔4.5微米。

当在先技术的光掩模曝光时，光线穿通宽矩形开口2a和窄矩形开口2b/2c，透射光束落在光刻胶层上。倘若两中心线之间的距离、曝光的波长、缩小比以及数值孔径确定得合适，通过窄矩形开口2b/2c的透射光束与通过宽矩形开口的透射光束相干，使得光刻胶层中要被转换主图形的区域内的光强增加，这就造成分辨率和聚焦深度的改进。

这样，主图形伴随有副图形，且决不会有孤立的图形在光掩模上形成。由于这个原因，副图形技术去除了改变照度技术上的所述限制。

然而，在在先的副图形技术中遇到了一个问题，就是缩小的主图形使得副图形的各成分超过分辨率极限。如图前面所述，副图形成分在大小尺寸上在所有时间里都小于主图形，而主图形接近分辨率极限时引起副图形成分超过分辨率极限。

另一个问题是在周期性重复图形和孤立图形之间的接近效应。接近效应依赖于周期性重复图形和孤立图形之间的距离。通过周期性重复图形的光束形成的光强分布与通过孤立图形的光束形成的光强分布不同。倘若调节曝光达到使光刻胶图形与光掩模上的周期性重复图形精确匹配的合适值，则从孤立图形透过的光刻胶图形偏离几个预期的尺寸。这是由于副图形成分的数目相对地少。

在从周期性重复图形和孤立图形到KrF激光器化学增强刻蚀剂的图形转换中还会遇到另一问题。如同前述，受激发射激光器引起化学增强刻蚀剂产生氢离子，氢离子的数量，从而，相应的溶解度，正比于化学增强刻蚀层上的受激发射光的强度。即使副图形技术被应用到光掩模上，周期性重复图形和孤立图形也是有区别地使受激发射光透射到化学增强刻蚀剂上面，在经过周期性重复图形照射的区域与经过孤立图形照射的另一区域之间产生溶解度上的差别。结果是，周期性重复图形与孤立图形是有差别地从光掩模转换到化学增强刻蚀层上，这种不准确图形转换的另一原因是导源于氢离子的扩散。倘若有一宽阔透明小空间扩展在一窄的不透明图形周围，照射光在相应于宽透明小空间的一个宽区域内产生大量的氢离子，而这大量氢离子扩散进入相应于窄的不透明图形的一个窄区域内。这氢离子使得窄区域可溶而损伤刻蚀剂图形。

因此，本发明的一个重要目在于提供一种光掩模，它受接近效应以及光掩模上图形密度差的影响较少，它在即使孤立的主图形接近分辨率极限的情况下仍能实现高的分辨率和深的聚焦深度。

本发明的另一重要目的也是制造这种掩模。

为了达到此目的，本发明提出把小量的透明度分配给副图形。

根据本发明的一个方面，我们提供一种用于向光刻胶层转换图形的光掩模，它包括：一个具有第一透明度的衬底；一个具有第二透明度的遮光图形，它被分配在衬底的第一区域；以及一个具有第三透明度(大于第二透明度而低于第一透明度)的半透明图形，它被分配在衬底第一区域附近的第二区域。遮光图形和衬底之一以及半透明图形界定一个通过光辐照向感光层转换的主图形，半透明图形和衬底之一以及遮光图形界定一个副图形，以便通过光辐照将主图形精确地转换到感光层上。

根据本发明的另一个方面，我们提供一种制造光掩模的工艺，它包括下列步骤：a)制备具有第一透明度的衬底；b)在衬底上层压一层具有较第一透明度低的第二透明度的半透明层、一层阻止刻蚀层以及一层具有较第二透明度低的第三透明度的遮光层，在衬底上形成一个多层结构主体，阻止刻蚀层是使遮光层对刻蚀剂有抗蚀效果；c)在多层结构主体上提供第一刻蚀掩模；d)选择性地刻蚀多层结构主体，从而由多层结构主体形成一个次级多层结构，在次级多层结构中形成挖空的一小块露出的衬底；e)从次级多层结构上去除第一刻蚀掩模；f)在次级多层结构上提供第二刻蚀掩模；g)选择性地刻蚀次级多层结构遮光层，从而在次级多层结构中至少形成一个凹区，一部分阻刻层至少在一个凹区处裸露出来；h)去除第二刻蚀掩模。

下面结合附图对本发明所提供的光掩模的特性、优点以及制作过程作进一步说明。

    图1为示出现有技术中具有主图形及副图形的光掩模平面视图；

    图2为示出本发明光掩模部分布局的平面视图；

    图3为图2中所示部分光掩模结构的横断面视图；

    图4A为副图形透射率为100％条件下的光强度分布图；

    图4B为副图形透射率为50％条件下的光强度分布图；

    图4C为副图形透射率为30％条件下的光强度分布图；

    图4D为副图形透射率为0条件下的光强度分布图；

    图5为示出本发明中另一个光掩模的平面视图；

    图6为示出本发明又一种光掩模结构的模断面视图；

    图7为透过图6所示光掩模照射在刻胶掩膜上的光强度分布图；

    图8为示出本发明第四种光掩模的平面视图；

    图9为示出图8所示光掩模结构的横断面视图；

    图10A为示出光掩模的一个副图形的透射率为100％条件下的光强分布图；

    图10B为示出光掩模的一个副图形的透射率为50％条件下的光强分布图；

    图10C为示出光掩模的一个副图形的透射率为30％条件下的光强分布图；

    图10D为示出光掩模的一个副图形的透射率为0条件下的光强分布图；

    图11为示出本发明第五种光掩模的平面视图；

    图12为示出本发明第六种光掩模的平面视图；

    图13A至图13F为示出本发明制作光掩模工艺程序的横断面视图；

    图14为示出一个主图形与一个副图形的布局的平面视图；

第一项实施例

如图2和图3所示，具体体现本发明的光掩模主要包括透明玻璃衬底10、在透明玻璃衬底10上形成孤的主图形11，并且还是在透明玻璃衬底10上形成副图形12。该光掩模可用于通过分步缩小投影对准器进行图形转换，孤立的主图形是光刻胶层上图象的五倍。下面的描述是针对光刻胶假设为正性光刻胶的情况，尽管如此，本发明涉及的光刻胶掩膜也同样适用于向负性光刻胶上进行的图形转换。

由层压在透明玻璃衬底10上的单个非透明矩形层实现的孤立主图形11，以下用同一标号11表示，由在透明玻璃衬底10上的6个半透明矩形带12a、12b、12c、12d、12e和12f实现副图形12。换言之，非透明矩形叠层界定透明玻璃衬底10中的孤立主图形11，半透明矩形带12a至12f界定透明玻璃衬底10中的半透明副图形。

一个遮光的矩形带11a层压在半透明矩形带11b，遮光矩形带11a与半透明矩形带11b组合形成单一的非透明矩形叠层。不过图2中的半透明矩形带12a至12f和遮光矩形带11a被画了阴影线，以便于将这些矩形带和透明玻璃衬底10清楚地区分开来。

半透明矩形带12a至12c彼此间隔位于非透明矩形叠层11的左侧，其余半透明矩形带12d至12f彼此间隔位于非透明矩形叠层11的右侧。半透明矩形带12a至12f和非透明矩形叠层11为等间距。

单个的非透明矩形叠层11和半透明矩形带12a至12f的宽度均为1.25微米，半透明矩形带12a至12c以及12d至12f的相隔间距为1.25微米。

构成半透明矩形带11b和半透明矩形带12a至12f的半透明材料是相同的。半透明材料的透射率影响构成副图形组合12的矩形带数目，这将在以后描述，换言之，在左右两侧提供的半透明矩形带12a-12c/12d-12f的数目决非仅限于三个，而是因半透明材料透射率不同而有不同。

遮光矩形带11a是由铬构成的，其透射率为0。半透明矩形带11b与遮光矩形带11a是套准的。

因而，尽管非透明矩形叠层11在透射率方面不同于半透明矩形带12a至12f，但非透明矩形叠层11在长度和宽度上与半透明矩形带12a至12f相等。

采用图2和图3所示的光掩模，发明人模拟了透过线条间距图形进行的图形转换，并获得了在不同透射率的副图形12条件下的光强分布情况。模拟的进行是假设光掩模被安装进的缩小投影对准器具有1/5的缩微比例，而且数值孔径NA、照射光的相干度(σ)、照射光的波长(λ)分别为0.5、0.7和248钠米。相干度是由投影透镜的数值孔径对与光源相连的一个光学透镜的数值孔径进行分度给出的。

图4A示出在副图形12的透射率为100％条件下的光强分布图，图4B示出在副图形12的透射率为50％条件下的光强分布图，图4C示出在副图形12的透射率30％条件下的光强分布图，图4D示出在副图形12的透射率为0条件下的光强分布图。

对光强度进行了归一化处理，表示出光掩模分隔区域内的光强度。图4A所示光强度分布相当于通过一个孤立图形所获得的光强分布，图4D所示光强度分布相当于通过一个周期性重复图形所获得的光强分布。

缩小投影对准器期望可以将1.25微米的线宽以1/5的缩微比例转换到光刻胶层上。当线条相间的图形被精确转换到光刻胶掩膜上时，光刻胶上的线条宽度被缩小至0.25微米。对于0.25微米线宽的最佳光强度It是0.337(见图4D)。

如果光强度弱于最佳光强度It，则在光刻胶图形上附加有残留的光刻胶，反之，如果光强度强于最佳光强度It，光刻胶图形则被损伤。

没有必要将副图形12转换到光刻胶上，期望副图形12能够把照到光刻胶上的光强度减弱到低于最佳光强度It。如果透射率不低于30％，副图形12就能够使光刻胶上的光强度降低到低于最佳强度It。

如果副图形12的透射率被调节到30％，光刻胶层上的光强度降低到通过透射率为100％的副图形的光强的60％。由于这种原因，当光刻胶掩膜为化学增强型时，在相应于副图形12的光刻胶区内的氢离子也被减少到60％。

副图形12对主图形11产生周期性影响，并降低相应于主图形11的区域两侧光刻胶层周边区的光强度。

翻到附图的图5，体现本发明的另一种光掩模包括有透明衬底20、在透明衬底20上形成的非透明主图形21以及还是在透明衬底20上形成的半透明副图形22。

非透明主图形21由等间隔周期性重复排列在透明衬底20上的非透明矩形带211、212、...和21n构成。换言之，非透明矩形带211至21n界定在透明衬底20中非透明主图形21。相邻两个非透明矩形带如211和212之间有一间距23，间距23与每个非透明矩形带211至21n的宽度相等。于是，非透明矩形带211至21n和透明衬底20一起组成线条间距图形。非透明矩形带211-21n和非透明矩形叠层11具有相似的结构，半透明矩形层上分别覆盖着遮光膜，尽管对此在附图中未予示明。

半透明矩形带22a-22c和22d-22f以及透明衬底20组合构成半透明副图形22。半透明矩形带22a至22f与非透明矩形带211至21n的长度和宽度相等，半透明矩形带22a至22f以及非透明矩形带211至21n的宽度均为1.25微米。半透明矩形带22a至22c以及另外的半透明矩形带22d至22f分别位于非透明主图形21的两侧。尽管非透明矩形带211至21n和半透明矩形带22a至22f被画上阴影线，不过这些阴影线只是为了便于将这些矩形带211至21n以及22a至22f与透明衬底20更清楚地区分开来。

确定半透明矩形带22a至22f的透射率的方法类似于对半透明矩形带12a-12f所用的方法，透射率的范围从30％至50％。

非透明主图形21两侧的半透明副图形22对非透明主图形21两尾侧的非透明矩形带211和21n给予周期性，并减弱了非透明主图形21两侧的光强度。

图6示出体现本发明的第三种光掩模。该光掩模包括一块透明玻璃衬底31、一个第一非透明主图形32、一个第二非透明主图形33和一个半透明副图形34，第一非透明主图形32、第二非透明主图形33以及半透明副图形34是形成在透明玻璃衬底31上。

第一非透明主图形32是一个类似于非透明主图形21的线条间距图形，非透明矩形带32a、32b、32c和32d是周期性地重复设置在透明玻璃衬底31上。所以，非透明矩形带32a至32d界定在透明玻璃衬底31中的第一非透明主图形32。

另一方面，第二非透明主图形33是类似于主图形11那样的孤立图形，则由单个的非透明矩形带33a在透明玻璃衬底31上实现的，所以，单个非透明矩形带3.3a界定在透明玻璃衬底31中的第二非透明主图形33。覆盖了遮光薄膜的半透明矩形层分别用作非透明矩形带32a至32d和33a。

半透明副图形34有三个半透明子图形，34a、34b和34c。半透明子图形34a位于第一非透明主图形32的左侧，第三个半透明子图形34c位于第二非透明主图形33的右侧。第二个半透明子图形34b形成在第一非透明图形32和第二非透明图形33之间。第一个半透明子图形34a、第二个半透明子图形34b和第三个半透明子图形34c是由半透明矩形带34d-34g、34h-34j以及34m-34o分别实现的。

半透明矩形带34d至34o与非透明矩形带32a-32d以及非透明矩形带33a为相等的长度与宽度，宽度均为1.25微米。半透明矩形带34d-34o是以1.25微米的间距重复设置的，非透明矩形带32a至32d的相邻间距也为1.25微米。所以，半透明/非透明矩形带32a/32d/33/34d-34o在透明玻璃衬底31上是交替间隔设置的。

半透明副图形34对在第一非透明主图形32两尾侧的非透明矩形带32a/32d和孤立的非透明矩形带33a给予周期性，并减弱了光刻胶层上相应于第一和第二非透明主图形32和32附近区域的光强度。

当图6中所示光掩模的图形被转换到一层化学增强型光刻胶层上时，发生在该化学增强型光刻胶层上的光强分布如图7所示。区域A和B分别对应于半透明副图形两侧的半透明子图形34a、34b和34c以及透明玻璃衬底31；区域C和D分别是透过第一非透明主图形32和第二非透明主图形33照射的区域。区域A中的光强度约为区域B中光强的60％，从而，在区域A中单位区域产生的氢离子被降低到在区域B中单位区域产生氢离子的60％。

如果区域A与区域C和D邻接，过剩的氢离子将被扩散到区域C和D中，导致损伤光刻胶的图形。但是，区域B可以接受过剩的氢离子，防止区域C和D被过剩氢离子破坏。半透明副图形12和22与此相似地防止化学增强型光刻胶层上的区域受过剩氢离子的破坏，使得主图形11和21被精确地转换到化学增强型光刻胶层上。

由于半透明矩形带34d至34o被周期性地重复设置，区域A的光强度呈周期性波动，并且这些周期性重复设置的半透明矩形带34d-34o产生高量级的绕射光成份。这些高量级的绕射光成份能够用于调节照度，并对位于第一非透明主图形32两尾侧的非透明矩形带32a和32d所产生的图象增加聚焦深度。

从以上所述，会了解到，半透明矩形带12a至12f与非透明叠层11的大小尺寸相等并使非透明叠层11能够接近分辨率的极限。

每个副图形的半透明矩形带为非透明主图形补充周期性，并有效地减弱非透明矩形叠层两侧的光强度。由于这种原因，接近效应被均衡，光刻图形被精确地转换到化学增强型光刻胶层上，而不致由于人为减弱光刻胶图形周围的光强度而造成畸变。

第二项实施例

图8和图9示出体现本发明的光掩模包括一块透明玻璃衬底41，形成在透明玻璃衬底41上的半透明矩形片状构件42和43，以及相间形成在半透明矩形片状构件42上的非透明矩形铬带44a、44b 44c和44d，相间形成在半透明矩形片状构件43上的非透明矩形带44e、44f、44g和44h。虽然，图8中用阴影线绘出半透明矩形片状构件42和43以及非透明矩形带44a至44h，阴影线并非表示横断面，而是为了将它们与透明玻璃衬底41更清楚地区分开来。

半透明矩形片状构件42与另一半透明矩形片状构件43以1.25微米的间距分隔开，在半透明矩形片状构件42与43之间出现空隙。非透明矩形带44a-44d和44e-44h均为等长等宽，且宽度均为1.25微米。在半透明矩形片状构件42上两个相邻的非透明矩形带的相互间隔均为1.25微米，而在片状构件43上的其他非透明矩形带44e-44h也是以1.25微米的间隔排列的。

非透明矩形带44d/44e和透明玻璃衬底41界定了一条孤立的空隙图形45。非透明矩形带44a至44h界定了在半透明矩形片状构件42/43上的一个遮光图形46。在非透明矩形带44a-44d和44e-44h之间的间隙露出半透明矩形片状构件42和43，半透明矩形片状构件42和43的这些被露出的矩形部分界定了在非透明矩形带44a-44h之间的半透明副图形47。

本发明人模拟了一次透过图8和图9所示光掩模的图形转换。光掩模假设成被安装在一个缩小投影对准器上，光学条件与图2和图3中所示用于光掩模模拟的相同。通过模拟本发明人获得了光强度分布，并将此光强度分布绘于图10A至10D中。

图4A至4D示出半透明副图形47在透射率分别为100％、50％、30％和O条件下的光强分布。图10A所示光强分布对应于一个孤立的空隙图形45与非透明矩形带44a-44h在透明玻璃衬底41上相互交替排列成的光掩模。在另一方向，图10D则表示相应于一个仅有孤立空隙图形的光掩模的光强分布。

当对光强实现最佳化时，透过半透明副图形47的照射光并未在光刻胶层的区域内形成一个窗口。本发明人以类似于图2和图3中所示光掩模的情况确定的最佳光强度It′，且此最佳光强度It′小于0.337。若半透明副图形47的透射率不超过40％，半透明副图形47在光刻胶层上产生的光强度小于0.337。在光刻胶掩膜上具有孤立空隙图形45的情况下，如果半透明副图形47的透射率太大，透射过去的照射光使光刻胶层上对应于副图形47的区域的厚度降低到低于一个临界礅度，于是刻蚀剂不能在光刻胶掩膜的下层刻蚀成精确图形。当生产者在确定半透明副图形47的透射率时，应该考虑到那些不符合需要的厚度降低情况。

第二项实施例所采用的光掩模取得了与第一项实施例相似的优点。

第三项实施例

图11示出体现本发明的第五种光掩模。光掩模包括一块透明玻璃衬底51，形成在透明玻璃衬底51上的半透明矩形片状构件52，以及形成在半透明矩形片状构件52上间隔设置的遮光矩形带53a、53b、53c、53d和53e。在半透明矩形片状构件52上的遮光矩形带53a至53e构成一个非透明的主图形53，未被遮光矩形带53a-53e遮盖的半透明矩形部分52a至52f构成一个半透明的副图形54。图中的阴影线并非指示横断面，而是为了区分遮光矩形带53a至53e和半透明矩形部分52a至52f。

半透明矩形部分52b/52c/52d/52e的宽度是遮光矩形带53a/53b/53c/53d/53e的宽度的三倍，遮光矩形带53a-53e与半透明矩形部分52b-52e是以等间距交替设置的。

非透明主图形53是一个线条间距图形，其间距宽于线条。如果间距是透明的，由此透过的照射光在对应于遮光矩形带53a至53e的各区域两侧的化学增强型光刻胶层上产生大量氢离子，过多的氢离子扩散进入上述各区域中损伤光刻胶图形。但是，半透明副图形减弱了化学增强型光刻胶层上的光强度，并由此阻止了对应于遮光矩形带53a至53e的各区域有过多氢离子的进入。

图11所示光掩模还取得了第一项实施例的其它优点。

第四项实施例

翻到附图的图12，体现本发明一种光掩模制作在透明玻璃衬底61上，遮光矩形带62a、62b、62c、62d和62e相间地形成在透明玻璃衬底61上，在遮光矩形带62a至62e之间露出透明玻璃衬底61的透明间隙，并且这些透明间隙比遮光矩形带62a至62e宽三倍。半透明矩形带63a至63f形成在遮光矩形带62a和62e的两侧以及在遮光矩形带62a至62e之间，并且与遮光矩形带63a至63f的长度与宽度相等。每一个半透明矩形带63b至63e与相邻的遮光矩形带62a/62b、62b/62c、62c/62d以及62d/62e界定出与遮光矩形带62a-62e和半透明矩形带63a-63f等宽的透明区。

遮光矩形带62a至62e以及半透明矩形带63a至63f上的阴影线，与前述的那些实施例类似，并非指示横断面。

遮光矩形带62a至62e在透明玻璃衬底61上界定了一个非透明主图形62，而半透明矩形带63a至63f则在透明玻璃衬底61上界定了一个半透明副图形63。

半透明矩形带63a至63f的透射率和数目是通过与第一项实施例一起描述的模拟相类似的模拟方法确定的。虽然第四项实施例具有1∶3的线条对间隙比，但本发明有可能适用于线条间隙比不同于1∶3的任何光掩模中。

图12所示光掩模具有第一项实施例的全部优点。

工艺程序

本发明的工艺程序从制备透明玻璃衬底71开始。首先，采用溅射方法在透明玻璃衬底71上淀积一层45纳米厚的硅化钼(MoSi)，使透明玻璃衬底上覆盖一层硅化钼层72。i射线以40％的透射率透过45纳米厚的硅化钼层72。在此例中，半透明层72的透射率是通过改变半透明层72的诸如硅化钼一类的材料以及半透明层72的厚度进行调节的。

接着，利用等离子体辅助化学气相淀积的方法在硅化钼层72上淀积一层40纳米厚的氧化硅，使硅化钼层72上覆盖一层氧化硅层73。溅射铬靶，在氧化硅层73上形成一层铬层。在铬层74的整个表面涂布光刻胶溶液，再烘干成光刻胶薄膜，以形成如图13A所示的光刻胶层75a。

将一个图形影象转换到光刻胶层75a上，并对图形影象进行显影，从而在铬层74上形成一个光刻胶刻蚀掩膜75b。用干法刻蚀工艺，利用光刻胶刻蚀掩膜75b，对铬层74、氧化硅层73和硅化钼层72依次进行图形加工，使得叠层块76a至76g留在透明玻璃衬底71上。硅化钼带72a、氧化硅带73a和铬带74a形成每一个叠层块76a至76g。在后阶段，氧化硅层73保护硅化钼层72免受针对铬层74的刻蚀剂的破坏。光刻胶刻蚀掩膜75b被剥离掉，形成图13c所示的组合结构。

将图13c所示组合结构的表面全部用光刻胶溶液涂布，将光刻胶膜烘干形成光刻胶层77a。光刻胶层77a覆盖着叠层块76a至76g如图13D所示。

将一个图形影象转换到光刻胶层77a，并进行显影以形成一层光刻胶刻蚀掩膜77b。光刻胶掩膜77b仅仅覆盖了叠层块76d，而覆盖在其它叠层块76a至76c以及76e至76g上的光刻胶层都被去掉。其组合结构示于图13E。

光刻胶刻蚀掩膜77b使得用干法刻蚀剂能将铬带74a从叠层块76a至76c以及76e至76g上除去，但并未将叠层块76d中的铬层74a暴露在干法刻蚀剂中。干法刻蚀剂将铬带74a从叠层块76a至76c以及76e至76g中去掉，干法刻蚀终止于氧化硅带73a。为此，氧化硅带73a保护硅化钼带72a，使其免受对铬起作用的刻蚀剂破坏。因此，一个非透明的孤立线条76和半透明线条77a至77f被留在透明玻璃衬底71上，如图13F所示。图13F所示的光掩模图形类似于图2和图3中所示的光掩模。前述的其它光掩模也可用类似上述的工艺程序来制作。

下一步是相位差的控制方法。当在透射过一个半透明副图形的光和透射过一个透明衬底的光之间出现相位差时，这种相位差往往会影响由主图形转换来的光刻胶图形。这意味着这种相位差应予限制。±10°范围的相位差对光刻胶层的影响较小，更准确地说是360×n±10°的相位差影响较小，其中n是自然数。半透明层是导致相位差的根源，可以通过选择半透明层的厚度来调节相位差。

从上述情况便会了解，半透明带对非透明带或在主图形尾侧处的空隙给予周期性，有效地克服了不均匀的接近效应。当本发明的光掩模是用改进的照射光照射时，孤立图形的聚焦深度就有改进。半透明副图形把氢离子限制在转换主图形的区域周围或附近，使主图形被精确地转换到此区域。最后，没有必要使半透明带的大小尺寸小于非透明带，能使非透明带接近分辨率极限。

虽然已经对本发明的特定实施例进行了图示和描述，但属专业人员显而易见的所能进行的各种变化和改进，均不脱离本发明的思想和范围。

例如，半透明和遮光非透明层可以由半透明材料和非透明材料的各种组合形成。硅化钼和铬的组合仅为可用组合的一例。

本发明适用于任意波长的光掩模。在上述实施例中，主图形是孤立的线条图形、孤立的间隙图形以及线条间隙图形，且线宽和间隙宽度均为0.25微米。但是主图形并不限于上述图形，线宽和间隙宽度也是可变的。当图形和/或大小尺寸发生变化时，半透明层的透射率应该调整到一个合适的值，这种合适的值可以是通过第一项实施例中所述的模拟方法或是通过适当的实验得到的。

若在衬底上有选择地形成一个孤立线条图形、一个孤立间隙图形、一个周期性图形以及一个周期性线条间隙图形，各个半透明副图形的透射率就要调节到分别的合适值。然而，是很不容易把半透明副图形分别调节到合适透射率的。在此情况下，可以推荐去调节半透明带的宽度，以此使通过各个副图形总的光量最佳化。例如，对一个孤立间隙图形的半透明带线宽调节到比一个孤立线条图形的半透明带线宽更小的数值。

一个半透明副图形可以如图14所示围绕着一个主图形。

Claims (14)

1.一种用于向感光层上进行图形转换的光掩模，该掩膜包括：

一块透明的衬底(10、20、31、41、51、61)；

一个非透明的遮光图形(11、21、32、46、53、62)，它被分配在所述透明的衬底的第一区域；以及

一个副图形，它使辐照得以向所述感光层精确地转换一个主图形，其特征在于，

一个半透明图形(12、22、34、47、54、63)，它被分配在所述第一区域附近的所述透明的衬底的第二区域，

所述遮光图形和所述透明的衬底之一以及所述半透明图形界定要通过辐照被转换到所述感光层上的所述非透明的主图形，

所述半透明图形和所述透明的衬底之一以及所述非透明的遮光图形界定所述副图形。

2.按照权利要求1所述的光掩膜，其特征在于，其中所述半透明图形(12)和所述遮光图形(11)分别包括形成在所述衬底上的多个半透明带(12a-12f)和形成在所述衬底上的至少一个不透明带(11)，所述多个半透明带中的每一个与所述至少一个不透明带在大小尺寸上相等。

3.按照权利要求2所述的光掩模，其特征在于，其中所述的多个半透明带(12a-12f)是部分地设置在所述至少一个不透明带的一侧并部分地设置在所述至少一个不透明带的另一侧，所述多个半透明带与所述不透明带是按恒定间距排列的。

4.按照权利要求3所述的光掩模，其特征在于，其中所述多个半透明带(12a-12f)中相邻近的两个与所述至少一个不透明带(11)之间的间隙跟所述多个半透明带中的每一个并跟所述不透明带在宽度上相等。

5.按照权利要求2所述的光掩模，其特征在于，其中所述的遮光图形(21、32、62)还包括一个不透明带(212-21n、32b-32d、62b-6e)，它跟所述的至少一个不透明带(211、32a、62a)在大小尺寸上相等。

6.按照权利要求5所述的光掩模，其特征在于，其中所述的至少一个不透明带(211、32a)和所述的不透明带(211-21n、32b-32d)是设置在选定的各个所述的多个半透明带(22a-22c、34d-34c)和其余的各个所述的多个半透明带(22d-22f、34h-34j)之间。

7.按照权利要求5所述的光掩模，其特征在于，其中所述的多个半透明带(63a-63f)是与所述的至少一个不透明带(62a)以及所述的不透明带(62b-62e)交替着的。

8.按照权利要求1所述的光掩模，其特征在于，其中所述的半透明图形(47)包括形成在所述的衬底上并相互间隔的多个半透明片(42/43)，所述遮光图形(46)包括在所述多个半透明片上相间形成的多个不透明带(44a-44h)。

9.按照权利要求8所述的光掩模，其特征在于，其中所述的多个不透明带中的每一个与曝露在所述多个不透明带之间间隙处的所述半透明片的每个半透明部分在宽度上相等。

10.按照权利要求1所述的光掩模，其特征在于，其中所述半透明图形包括一个半透明片(52)，所述遮光图形(53)包括在所述半透明片上相间形成的多个不透明带(53a-53e)。

11.按照权利要求10所述的光掩模，其特征在于，其中所述的多个不透明带中的每一个比曝露在所述多个不透明带之间间隙处的每个半透明部分更窄。

12.按照权利要求1所述的光掩模，其特征在于，其中所述半透明图形和所述遮光图形是分别由硅化钼和铬形成的。

13.按照权利要求1所述的光掩模，其特征在于，其中对所述半透明图形的厚度控制，是使通过所述衬底的光线与通过所述半透明图形的光线之间在光刻胶层上产生的相位差处于(360×n+10)度的范围，其中n为自然数。

14.一种制造光掩模的工艺，包括以下步骤：

a)制备透明的衬底(71)；

b)在所述透明的衬底上层压一层半透明层(72)、一层阻刻层(73)以及一层非透明的遮光层(74)，在所述透明的衬底上形成一个多层结构主体，所述阻刻层是使所述非透明的遮光层对刻蚀剂有抗蚀效果；

c)在所述多层结构主体上提供第一刻蚀掩模(75b)；

d)选择性地刻蚀所述多层结构主体，从而由所述多层结构主体形成一个次级多层结构，在所述次级多层结构中形成挖空的一部分露出的所述透明的衬底；

e)从所述次级多层结构上去除所述第一刻蚀掩模；

f)在所述次级多层结构上提供第二刻蚀掩模(77b)；

g)选择性地刻蚀所述次级多层结构的所述非透明的遮光层，从而在所述次级多层结构中至少形成一个凹区，一部分所述阻刻层在所述至少一个凹区处裸露出来；以及

h)去除所述第二刻蚀掩模。

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