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引言

      在作为半导体光刻原版的光掩模中，近年来，与半导体晶圆一样，图案的微细化正在发展。 在半导体光刻中，通常使用1/4～1/5的缩小投影曝光，因此光掩模上的图案线宽是晶圆上线宽的4～5倍，虽然要求分辨率比半导体工艺宽松，但近年来，从边缘粗糙度、轮廓形状等角度来看，干蚀刻已成为主流。

      半导体用光掩模是对在合成石英基板上成膜的铬、氧化铬、氮化铬等铬系薄膜进行图案化的掩模，特别是在尖端光刻用掩模中，现状是从硝酸铈系的湿蚀刻剂加工，基本完成了向氯、氧系混合气体的等离子蚀刻加工的转移。

实验

      关于半导体光刻技术，在移位掩模技术中，多采用大小中最小间距的半数，在世代或技术节点上进行讨论。 到目前为止，为了实现更精细的技术节点，主要是通过光刻的短波长化来应对，但近年来，图案的精细化正在以超过短波长化的速度发展。

      如表1所示，从180nm技术节点开始，晶圆上的解像线宽变得低于曝光波长，在今天的90nm技术节点中，变得不到一半有吗？ 另外，关于预定于2007年开始量产的65nm技术节点，也在继续开发193nm波长下的曝光，现状是要求形成波长1/3的线宽。

图2

      图1、2简单表示各自的原理。 其中，半色调型除了使曝光光透过4%～20%左右并反转相位的半色调移相器膜代替铬遮光膜外，其掩模图案的设计、掩模制造方法等都与铬掩模相近。 因此，从图案尺寸与曝光波长相等或开始变小的250―180nm技术节点开始实用化。

      一般来说，对于曝光波长形成的线宽足够大，转印对比度充分的光刻，MEEF为1。 也就是说，掩模的尺寸误差只在缩小倍率部分小，反映在晶圆上的状态。 另一方面，当形成的线宽小于曝光波长时，MEEF变大，有时达到2-3以上。 也就是说，转印对比度变小，掩模的微小尺寸误差被放大，成为晶片尺寸的误差。 因此，尖端光刻对掩模尺寸精度的要求加速增加，成为使掩模制造变得困难、成本上升的一个主要原因。

      图3显示的是，对于铬掩膜和半色调型·Levenson型的各PSM，对波长:193nm的65nm技术节点的MEEF进行模拟的结果。 

      为了避免这种侧壁效应，提出了各种各样的提案，图5显示了具有代表性的三种方法。 第一个方法是图5(a)所示的底切法，是使基板挖入的侧壁后退，使其位于遮光铬正下方的方法。 该结构的特征是铬呈屋檐状突出，成为问题的侧壁隐藏在铬遮光膜下，因此，挖入部分的曝光光不会降低，挖入部分和非挖入部分的透过光量也不会有差异。 一般来说，该结构的屋檐强度较弱，在面罩清洗工序等过程中，虽然存在因物理冲击导致屋檐折断的危险性，但如果能使侧壁充分后退，在原理上是最有效的方法。

      第二种方法如图5(b)所示，是通过抵消挖入部分和非挖入部分的透过率差，对掩模数据的开口部分尺寸进行偏置的方法。 该方法需要返回到掩码数据制作阶段的对应，有时需要复杂的数据处理。 因此，仅在面罩制造水平上的对应是困难的，设计者·面罩订购者的协助是不可缺少的。

      第三种方法是图5(c)所示的双沟槽法。 这是以减少非挖入部分的透过光量为目的，在将非挖入部分·挖入部分的透过光间的相位差维持在180度的情况下，将两部分追加挖掘特定深度的方法。 但是，遗憾的是，已知该方法依赖于图案形状（节距·开口部尺寸等），需要调整挖入深度。 因此，有必要对每个设计的深度进行最优化，当各种设计混合在掩模上时，有时无法对所有的图案进行理想的解像。 因此，双沟槽目前只停留在特定的器件上。

      在不加入底切的状态下，预计约28nm的尺寸差通过加入底切而变小，在140nm左右的底切中，转录尺寸差消失。 该底切的宽度根据光刻的条件和图案布局而变化，大约在100nm到150nm左右。 但是，对于65nm技术节点，可以设想掩模上的最小铬线宽为200―260nm左右。 在这种情况下，由于屋檐的强度问题，可能会出现难以加入上述100―150nm的底切的情况。 现在，掩膜厂商和掩膜用户之间，为了减少底切量，开始研究在图案数据的间隔宽度上加入偏差。 这是从掩模制造的优越性出发，延长底切结构的寿命，通过底切结构（图5(a)）和尺寸偏差（图5(b)）的融合来应对的想法。 在下一章以后，将对底切结构在掩模制造观点上的优越性进行说明。

      关于光掩模，由于其原版的性质，具有不允许转弯缺陷的特征。 当然，构建不发生缺陷的掩模制造工序是最重要的，但考虑到成本方面，特别是尖端的光掩模，在发生缺陷时，通过修正缺陷部分，实现了无缺陷化。但是，在光掩模中发生的图案缺陷大致可分为白色缺陷和黑色缺陷。 前者是本来应该有图案的地方的遮光膜欠缺时的缺陷，另外，后者是本来应该是透过部的地方残留遮光膜时的缺陷。

      各向同性蚀刻的湿法蚀刻产生缺陷的概率降低。 即使被加工表面被微小的剩余异物覆盖，蚀刻剂也会绕到，导致缺陷。这是不可能的。 另外，在我们采用的干法蚀刻后进行湿法蚀刻的方法中，还具有使干法蚀刻形成的微小玻璃缺陷不受湿法蚀刻的影响的优点。 因此，很大程度上抑制了难以修正的缺陷的发生。对于挖入玻璃类型的Levenson型相移掩模，蚀刻没有终点是其最大的特征。

      此外，目前，为了满足相位差规格，在Levenson型相移掩模的蚀刻方面，出现了不是一下子进行规定的蚀刻，而是中途从蚀刻装置中取出一次，测量当时的蚀刻深度后，以计算出的蚀刻速率进行追加蚀刻的情况。 另外，在180度前暂时停止蚀刻，一点一点地反复追加，达到所希望的深度采取这样的方法。 在这种情况下，从追加蚀刻的稳定性等方面来看，湿法蚀刻是有利的，能够实现更高精度的相位差控制（中心值控制）。

结果和讨论

      总结本文介绍了半导体光掩模中，湿蚀刻技术不可或缺的Levenson型相移掩模的现状。 结合湿法蚀刻的各向同性和干法蚀刻的各向异性，对于此前在平面上发挥功能的光掩模，导入立体结构，实现了能够延长光刻寿命的掩模。 目前，这种结构的Levenson型相移掩模已经在量产水平上用于部分用户的特定器件，对于65nm技术节点，其适用范围将会扩大。