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引言
在作為半導(dǎo)體光刻原版的光掩模中，近年來(lái)，與半導(dǎo)體晶圓一樣，圖案的微細(xì)化正在發(fā)展。 在半導(dǎo)體光刻中，通常使用1/4～1/5的縮小投影曝光，因此光掩模上的圖案線寬是晶圓上線寬的4～5倍，雖然要求分辨率比半導(dǎo)體工藝寬松，但近年來(lái)，從邊緣粗糙度、輪廓形狀等角度來(lái)看，干蝕刻已成為主流。 半導(dǎo)體用光掩模是對(duì)在合成石英基板上成膜的鉻、氧化鉻、氮化鉻等鉻系薄膜進(jìn)行圖案化的掩模，特別是在尖端光刻用掩模中，現(xiàn)狀是從硝酸鈰系的濕蝕刻劑加工，基本完成了向氯、氧系混合氣體的等離子蝕刻加工的轉(zhuǎn)移。
在提高光刻分辨率的相移掩模技術(shù)中，濕法蝕刻技術(shù)再次受到關(guān)注。 這是因?yàn)?，在蝕刻玻璃基板，使曝光光具有相位差的Levenson型相移技術(shù)中，通過(guò)濕法蝕刻控制圖案輪廓的形狀是不可或缺的。在本文中，簡(jiǎn)單說(shuō)明了需要這種技術(shù)的背景，并介紹了使用濕法蝕刻的尖端光掩模制造的現(xiàn)狀。
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關(guān)于光刻技術(shù)和掩模
半導(dǎo)體光刻技術(shù)取其最小線寬或設(shè)計(jì)中的最小間距的半數(shù)，多在世代或技術(shù)節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行討論。迄今為止，為了實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，主要通過(guò)光刻的短波長(zhǎng)化進(jìn)行了應(yīng)對(duì)，但近年來(lái)，圖案的精細(xì)化正在以超過(guò)短波長(zhǎng)化的速度發(fā)展。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于曝光波長(zhǎng)形成的線寬足夠大，轉(zhuǎn)印對(duì)比度充分的光刻，MEEF為1。也就是說(shuō)，掩模的尺寸誤差只在縮小倍率部分小，反映在晶圓上的狀態(tài)。 另一方面，當(dāng)形成的線寬小于曝光波長(zhǎng)時(shí)，MEEF變大，有時(shí)達(dá)到2-3以上。也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)印對(duì)比度變小，掩模的微小尺寸誤差被放大，成為晶片尺寸的誤差。因此，尖端光刻對(duì)掩模尺寸精度的要求加速增加，成為使掩模制造變得困難、成本上升的一個(gè)主要原因。圖3顯示的是，對(duì)于鉻掩膜和半色調(diào)型·Levenson型的各PSM，對(duì)波長(zhǎng):193nm的65nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)的MEEF進(jìn)行模擬的結(jié)果。由此可知，在鉻掩模和半色調(diào)型相移掩模中，可以看出MEEF很大，控制轉(zhuǎn)印尺寸非常困難。與此相比，對(duì)于Levenson型相移掩模，盡管在相同的曝光波長(zhǎng)下形成相同的微小線寬圖案，但MEEF被抑制得很小。由此可以認(rèn)為，對(duì)于目前正在開發(fā)的65nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，Levenson型相移掩模將成為必備技術(shù)。
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圖3 65納米線MEEF模擬
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制造底切結(jié)構(gòu)的方法
之前說(shuō)明的現(xiàn)在主流的底切結(jié)構(gòu)是將各向異性高的干法刻蝕技術(shù)和各向同性的濕法刻蝕技術(shù)相結(jié)合制造出來(lái)的。 圖8顯示的是底切結(jié)構(gòu)的Levenson型相移掩模的制造流程。 下面簡(jiǎn)單說(shuō)明一下制造流程。首先完成普通的鉻掩模后，在基板上再次涂上抗蝕劑，一邊與鉻圖案對(duì)準(zhǔn)，一邊進(jìn)行第2層的抗蝕劑圖案化，以露出玻璃蝕刻部分。接著，將該光刻膠圖案作為掩模，首先利用氟類（CF和SF氣體等）氣體進(jìn)行干蝕刻。這里主要使用平行平板型的RIE裝置，或者ICP等高密度等離子體裝置。然后，通過(guò)噴射氫氟酸作為濕蝕刻劑或?qū)⑵浣朐「字衼?lái)進(jìn)行各向同性濕蝕刻，從而形成底切。
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圖8 Levenson型相移掩模的制造方法
? ? ? 另外，對(duì)于相移掩模，相位差必須為180度，如果曝光波長(zhǎng)確定，則通過(guò)玻璃基板的折射率統(tǒng)一確定挖入深度。 另一方面，底切量在相同曝光波長(zhǎng)下，根據(jù)圖案種類（線系統(tǒng)、孔系統(tǒng)等）和光刻條件，最佳值經(jīng)常發(fā)生變化，另外，如上所述，根據(jù)開口部尺寸的尺寸偏差的有無(wú)也會(huì)發(fā)生變化。因此，為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)牡浊辛?，改變了干法蝕刻和濕法蝕刻的比率。 表2顯示了其中的一個(gè)例子。 到目前為止，在量產(chǎn)階段使用的Levenson相移掩模的情況下，干蝕刻深度與濕蝕刻深度的比，只要準(zhǔn)備幾種變化就足夠了。
? ? ? 對(duì)于挖入玻璃類型的Levenson型相移掩模，蝕刻沒(méi)有終點(diǎn)是其最大的特征。 如前所述，蝕刻深度給出相位差，但相位差要求控制在1度水平（半導(dǎo)體相關(guān)國(guó)際路線圖要求65nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)的相位差精度為180度±1度），要求精度在1%以下。 在沒(méi)有終點(diǎn)的蝕刻的情況下，對(duì)于相位差的分布，蝕刻速度的分布會(huì)原封不動(dòng)地發(fā)揮作用，但一般情況下，能夠以1%的精度進(jìn)行蝕刻的技術(shù)并不簡(jiǎn)單。
? ? ? 另外，在光掩模的情況下，連續(xù)制造好幾片同一圖案的情況很少，通常每一片圖案的覆蓋率（被蝕刻的面積率）不同。特別是在蝕刻工藝中，如果覆蓋率發(fā)生變化，蝕刻速度就會(huì)發(fā)生變化，要達(dá)到上述的1%就越來(lái)越難了。 在比較合成石英的蝕刻技術(shù)時(shí)，目前的現(xiàn)狀是，相對(duì)于這些相位差精度的要求，濕法蝕刻更占優(yōu)勢(shì)。
? ? ? 此外，目前，為了滿足相位差規(guī)格，在Levenson型相移掩模的蝕刻方面，出現(xiàn)了不是一下子進(jìn)行規(guī)定的蝕刻，而是中途從蝕刻裝置中取出一次，測(cè)量當(dāng)時(shí)的蝕刻深度后，以計(jì)算出的蝕刻速率進(jìn)行追加蝕刻的情況。另外，采用了在180度前暫時(shí)停止蝕刻，一點(diǎn)一點(diǎn)地反復(fù)追加至所需深度的方法。 在這種情況下，從追加蝕刻的穩(wěn)定性等方面來(lái)看，濕法蝕刻是有利的，能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的相位差控制（中心值控制）。
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總結(jié)?
? ? ? 本文介紹了半導(dǎo)體光掩模中，濕蝕刻技術(shù)不可或缺的Levenson型相移掩模的現(xiàn)狀。 結(jié)合濕法蝕刻的各向同性和干法蝕刻的各向異性，對(duì)于此前在平面上發(fā)揮功能的光掩模，導(dǎo)入立體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了能夠延長(zhǎng)光刻壽命的掩模。目前，這種結(jié)構(gòu)的Levenson型相移掩模已經(jīng)在量產(chǎn)水平上用于部分用戶的特定器件，對(duì)于65nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，其適用范圍將會(huì)擴(kuò)大。