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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，與半導(dǎo)體晶圓一樣，圖案的微細化正在發(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，從邊緣粗糙度、輪廓形狀等角度來看，干蝕刻已成為主流。
? ? ??半導(dǎo)體用光掩模是對在合成石英基板上成膜的鉻、氧化鉻、氮化鉻等鉻系薄膜進行圖案化的掩模，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。
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實驗
? ? ? 關(guān)于半導(dǎo)體光刻技術(shù)，在移位掩模技術(shù)中，多采用大小中最小間距的半數(shù)，在世代或技術(shù)節(jié)點上進行討論。 到目前為止，為了實現(xiàn)更精細的技術(shù)節(jié)點，主要是通過光刻的短波長化來應(yīng)對，但近年來，圖案的精細化正在以超過短波長化的速度發(fā)展。
? ? ? 如表1所示，從180nm技術(shù)節(jié)點開始，晶圓上的解像線寬變得低于曝光波長，在今天的90nm技術(shù)節(jié)點中，變得不到一半有嗎？ 另外，關(guān)于預(yù)定于2007年開始量產(chǎn)的65nm技術(shù)節(jié)點，也在繼續(xù)開發(fā)193nm波長下的曝光，現(xiàn)狀是要求形成波長1/3的線寬。
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圖2
? ? ? 圖1、2簡單表示各自的原理。 其中，半色調(diào)型除了使曝光光透過4%～20%左右并反轉(zhuǎn)相位的半色調(diào)移相器膜代替鉻遮光膜外，其掩模圖案的設(shè)計、掩模制造方法等都與鉻掩模相近。 因此，從圖案尺寸與曝光波長相等或開始變小的250―180nm技術(shù)節(jié)點開始實用化。
? ? ? 一般來說，對于曝光波長形成的線寬足夠大，轉(zhuǎn)印對比度充分的光刻，MEEF為1。 也就是說，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，當形成的線寬小于曝光波長時，MEEF變大，有時達到2-3以上。 也就是說，轉(zhuǎn)印對比度變小，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、成本上升的一個主要原因。
? ? ? 圖3顯示的是，對于鉻掩膜和半色調(diào)型·Levenson型的各PSM，對波長:193nm的65nm技術(shù)節(jié)點的MEEF進行模擬的結(jié)果。?
? ? ? 為了避免這種側(cè)壁效應(yīng)，提出了各種各樣的提案，圖5顯示了具有代表性的三種方法。 第一個方法是圖5(a)所示的底切法，是使基板挖入的側(cè)壁后退，使其位于遮光鉻正下方的方法。 該結(jié)構(gòu)的特征是鉻呈屋檐狀突出，成為問題的側(cè)壁隱藏在鉻遮光膜下，因此，挖入部分的曝光光不會降低，挖入部分和非挖入部分的透過光量也不會有差異。 一般來說，該結(jié)構(gòu)的屋檐強度較弱，在面罩清洗工序等過程中，雖然存在因物理沖擊導(dǎo)致屋檐折斷的危險性，但如果能使側(cè)壁充分后退，在原理上是最有效的方法。
? ? ? 第二種方法如圖5(b)所示，是通過抵消挖入部分和非挖入部分的透過率差，對掩模數(shù)據(jù)的開口部分尺寸進行偏置的方法。 該方法需要返回到掩碼數(shù)據(jù)制作階段的對應(yīng)，有時需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。 因此，僅在面罩制造水平上的對應(yīng)是困難的，設(shè)計者·面罩訂購者的協(xié)助是不可缺少的。
? ? ? 第三種方法是圖5(c)所示的雙溝槽法。 這是以減少非挖入部分的透過光量為目的，在將非挖入部分·挖入部分的透過光間的相位差維持在180度的情況下，將兩部分追加挖掘特定深度的方法。 但是，遺憾的是，已知該方法依賴于圖案形狀（節(jié)距·開口部尺寸等），需要調(diào)整挖入深度。 因此，有必要對每個設(shè)計的深度進行最優(yōu)化，當各種設(shè)計混合在掩模上時，有時無法對所有的圖案進行理想的解像。 因此，雙溝槽目前只停留在特定的器件上。
? ? ? 在不加入底切的狀態(tài)下，預(yù)計約28nm的尺寸差通過加入底切而變小，在140nm左右的底切中，轉(zhuǎn)錄尺寸差消失。 該底切的寬度根據(jù)光刻的條件和圖案布局而變化，大約在100nm到150nm左右。 但是，對于65nm技術(shù)節(jié)點，可以設(shè)想掩模上的最小鉻線寬為200―260nm左右。 在這種情況下，由于屋檐的強度問題，可能會出現(xiàn)難以加入上述100―150nm的底切的情況。 現(xiàn)在，掩膜廠商和掩膜用戶之間，為了減少底切量，開始研究在圖案數(shù)據(jù)的間隔寬度上加入偏差。 這是從掩模制造的優(yōu)越性出發(fā)，延長底切結(jié)構(gòu)的壽命，通過底切結(jié)構(gòu)（圖5(a)）和尺寸偏差（圖5(b)）的融合來應(yīng)對的想法。 在下一章以后，將對底切結(jié)構(gòu)在掩模制造觀點上的優(yōu)越性進行說明。
? ? ? 關(guān)于光掩模，由于其原版的性質(zhì)，具有不允許轉(zhuǎn)彎缺陷的特征。 當然，構(gòu)建不發(fā)生缺陷的掩模制造工序是最重要的，但考慮到成本方面，特別是尖端的光掩模，在發(fā)生缺陷時，通過修正缺陷部分，實現(xiàn)了無缺陷化。但是，在光掩模中發(fā)生的圖案缺陷大致可分為白色缺陷和黑色缺陷。 前者是本來應(yīng)該有圖案的地方的遮光膜欠缺時的缺陷，另外，后者是本來應(yīng)該是透過部的地方殘留遮光膜時的缺陷。
? ? ? 各向同性蝕刻的濕法蝕刻產(chǎn)生缺陷的概率降低。 即使被加工表面被微小的剩余異物覆蓋，蝕刻劑也會繞到，導(dǎo)致缺陷。這是不可能的。 另外，在我們采用的干法蝕刻后進行濕法蝕刻的方法中，還具有使干法蝕刻形成的微小玻璃缺陷不受濕法蝕刻的影響的優(yōu)點。 因此，很大程度上抑制了難以修正的缺陷的發(fā)生。對于挖入玻璃類型的Levenson型相移掩模，蝕刻沒有終點是其最大的特征。
? ? ? 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)了不是一下子進行規(guī)定的蝕刻，而是中途從蝕刻裝置中取出一次，測量當時的蝕刻深度后，以計算出的蝕刻速率進行追加蝕刻的情況。 另外，在180度前暫時停止蝕刻，一點一點地反復(fù)追加，達到所希望的深度采取這樣的方法。 在這種情況下，從追加蝕刻的穩(wěn)定性等方面來看，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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結(jié)果和討論
? ? ? 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)，實現(xiàn)了能夠延長光刻壽命的掩模。 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，對于65nm技術(shù)節(jié)點，其適用范圍將會擴大。