掩膜板及其制造方法转让专利
申请号 : CN200710046209.1
文献号 : CN101393387B
文献日 : 2010-11-10
发明人 : 吴汉明 , 张海洋
申请人 : 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
摘要 :
本发明公开了一种掩膜板，包括透明衬底和遮光图形，所述遮光图形由复数个遮光线条组成，所述遮光线条具有顶面和底面，所述底面为遮光线条与所述透明衬底的接触面，所述遮光线条横截面的顶面的宽度大于底面的宽度。本发明掩膜板和掩膜板的制造方法能够进一步提升通过掩膜板在晶片表面形成图象的清晰度和分辨率。
权利要求 :
1.一种掩膜板，包括透明衬底和遮光图形，所述遮光图形由复数个遮光线条组成，所述遮光线条具有顶面和底面，所述底面为遮光线条与所述透明衬底的接触面，其特征在于：所述遮光线条的顶面的面积大于底面的面积。
2.如权利要求1所述的掩膜板，其特征在于：所述透明衬底的材料为石英。
3.如权利要求1所述的掩膜板，其特征在于：遮光图形的材料包括铬或氧化铬。
4.如权利要求1所述的掩膜板，其特征在于：所述遮光线条的横截面形状为“T”形。
5.如权利要求1所述的掩膜板，其特征在于：所述遮光线条横截面的形状为倒梯形。
6.一种掩膜板，包括透明衬底和遮光图形，所述遮光图形由复数个遮光线条组成，所述遮光线条具有顶面和底面，所述底面为遮光线条与所述透明衬底的接触面，其特征在于：所述遮光线条横截面的顶面的宽度大于底面的宽度。
7.如权利要求6所述的掩膜板，其特征在于：所述透明衬底的材料为石英。
8.如权利要求6所述的掩膜板，其特征在于：所述遮光图形的材料包括铬或氧化铬。
9.如权利要求6所述的掩膜板，其特征在于：所述遮光线条的横截面形状为“T”形。
10.如权利要求6所述的掩膜板，其特征在于：所述遮光线条横截面的形状为倒梯形。
11.一种掩膜板的制造方法，包括：
提供一透明衬底；
在所述衬底表面沉积遮光层；
向所述遮光层中注入金属杂质离子；
在所述遮光层表面形成光刻胶图形；
以所述光刻胶图形为掩膜刻蚀所述遮光层，形成遮光图形，所述遮光图形包括复数个遮光线条，所述遮光线条具有顶面和底面，所述顶面的面积大于底面的面积，或所述遮光线条的横截面的顶面宽度大于底面宽度，所述底面为遮光线条与所述透明衬底的接触面；
移除所述光刻胶图形。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述遮光层的材料为铬或氧化铬。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述杂质离子为金属离子。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：所述金属为铝、钽、金中的一种或组合。
15.如权利要求12、13或14所述的方法，其特征在于：刻蚀所述遮光层的气体包括SF6、CHF3或CF4中的一种或组合。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述遮光线条的横截面形状为“T”形。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述遮光线条横截面的形状为倒梯形。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述透明衬底为石英。
说明书 :
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种掩膜板和掩膜板的制造方法。
背景技术
在半导体制造工业中，光刻胶图形的形成是利用光刻曝光设备例如步进式曝光机或扫描式曝光机，在感光材料上曝光，通过显影和定影工艺以形成所需要的图案。晶片表面光刻胶进行曝光所需要的工具，除了曝光设备之外，还需要有用来提供线路图案以便进行图案转移的掩膜(mask)。具体的步骤是首先在半导体衬底上涂布一层光刻胶，然后利用曝光设备将掩膜上的图案投影在光刻胶层上，将光刻胶层曝光的部分使用显影剂进行显影，使光刻胶层显现出掩膜上的图案。之后利用该图案化的光刻胶图形为掩膜进行后续的刻蚀或离子注入等工艺。
通常，在曝光工艺中所使用的、用于形成光刻图形的掩膜，是在透明石英衬底上涂覆包括铬(Chrome)层或铝层的遮光膜，通过等离子刻蚀工艺刻蚀遮光膜，由此形成定义出所需的电路遮光图形。以辐射光源发出的辐射光照射到掩膜上，经过掩膜上的遮光图形形成图象，并经投影系统将所述图象投射在光刻胶层上。目前用于光刻的曝光光源主要使用KrF受激准分子激光器(248nm)和ArF受激准分子激光器(193nm)。
随着半导体器件的复杂程度不断提高，集成电路的设计准则(designrule)逐渐变得微细化，相应提高了掩膜图案的复杂度，遮光区域线条之间的距离更加缩短，导致数值孔径(Numerical Aperture)降低。当数值孔径减小，光穿过掩膜图案时，会发生光衍射和干涉现象，使得光强度和光刻图形的分辨率降低。
在众多的解决方法之中，如申请号为02119016.X的中国专利申请文件中所描述的，其中之一便是使用相移掩膜(Phase shifting mask，PSM)。PSM是在传统的掩膜上制作相位移层，利用相位移层将入射光的相位延迟180度，使通过相位移层的光的相位相反于原来的入射光的相位。通常使用不同厚度或是不同折射率的透光层来作为相位移层，使穿透相位移层的入射光与邻近的掩膜元件的入射光形成干涉，由此形成导线图案并改善光强度和分辨率。但随着半导体制造工艺进一步深入到45nm及以下技术节点，如何在现有曝光光源条件下继续提升普通掩膜和PSM的光强度和分辨率是急待解决的技术问题。
通常，在曝光工艺中所使用的、用于形成光刻图形的掩膜，是在透明石英衬底上涂覆包括铬(Chrome)层或铝层的遮光膜，通过等离子刻蚀工艺刻蚀遮光膜，由此形成定义出所需的电路遮光图形。以辐射光源发出的辐射光照射到掩膜上，经过掩膜上的遮光图形形成图象，并经投影系统将所述图象投射在光刻胶层上。目前用于光刻的曝光光源主要使用KrF受激准分子激光器(248nm)和ArF受激准分子激光器(193nm)。
随着半导体器件的复杂程度不断提高，集成电路的设计准则(designrule)逐渐变得微细化，相应提高了掩膜图案的复杂度，遮光区域线条之间的距离更加缩短，导致数值孔径(Numerical Aperture)降低。当数值孔径减小，光穿过掩膜图案时，会发生光衍射和干涉现象，使得光强度和光刻图形的分辨率降低。
在众多的解决方法之中，如申请号为02119016.X的中国专利申请文件中所描述的，其中之一便是使用相移掩膜(Phase shifting mask，PSM)。PSM是在传统的掩膜上制作相位移层，利用相位移层将入射光的相位延迟180度，使通过相位移层的光的相位相反于原来的入射光的相位。通常使用不同厚度或是不同折射率的透光层来作为相位移层，使穿透相位移层的入射光与邻近的掩膜元件的入射光形成干涉，由此形成导线图案并改善光强度和分辨率。但随着半导体制造工艺进一步深入到45nm及以下技术节点，如何在现有曝光光源条件下继续提升普通掩膜和PSM的光强度和分辨率是急待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掩膜板和掩膜板的制造方法，能够进一步提升通过掩膜板在晶片表面形成图象的清晰度和分辨率。
一方面，提供了一种掩膜板，包括透明衬底和遮光图形，所述遮光图形由复数个遮光线条组成，所述遮光线条具有顶面和底面，所述底面为遮光线条与所述透明衬底的接触面，其特征在于：所述遮光线条的顶面的面积大于底面的面积。
所述透明衬底的材料为石英。
遮光图形的材料包括铬或氧化铬。
所述遮光线条的截面形状为“T”形。
所述遮光线条横截面的形状为倒梯形。
另一方面，提供了一种掩膜板，包括透明衬底和遮光图形，所述遮光图形由复数个遮光线条组成，所述遮光线条具有顶面和底面，所述底面为遮光线条与所述透明衬底的接触面，其特征在于：所述遮光线条横截面的顶面的宽度大于底面的宽度。
所述透明衬底的材料为石英。
所述遮光图形的材料包括铬或氧化铬。
所述遮光线条的截面形状为“T”形。
所述遮光线条横截面的形状为倒梯形。
相应地，提供了一种掩膜板的制造方法，包括：
提供一透明衬底；
在所述衬底表面沉积遮光层；
向所述遮光层中注入杂质离子；
在所述遮光层表面形成光刻胶图形；
以所述光刻胶图形为掩膜刻蚀所述遮光层，形成遮光图形，所述遮光图形由复数个遮光线条组成，所述遮光线条具有顶面和底面，所述底面为遮光线条与所述透明衬底的接触面；
移除所述光刻胶图形。
所述遮光层的材料为铬或氧化铬。
所述杂质离子为金属离子。
所述金属为铝、钽、金中的一种或组合。
刻蚀所述遮光层的气体包括SF6、CHF3或CF4中的一种或组合。
所述遮光线条的截面形状为“T”形。
所述遮光线条横截面的形状为倒梯形。
所述透明衬底为石英。
为解决上述问题，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的掩膜板在石英衬底表面形成的遮光图形的遮光线条的形状为倒梯形或“T”形。遮光线条的两侧面为向内侧凹进的斜面或向内侧凹进的斜面和下部垂直面的组合，这两种侧面形状都能够降低入射光的漫反射。当入射光通过掩膜板时，垂直于掩膜板表面的入射光穿过掩膜板未被遮光条遮住的部分而照射到晶片表面。由于遮光条的侧面为向内侧倾斜的斜面，其对不是以垂直方向进入遮光条之间缝隙的光线的反射作用大大减小，有效降低了遮光条对入射光的漫反射作用，从而使更多的光线通过遮光条之间缝隙，增加了照射在晶片表面的光强度，提高了晶片表面的光强度和明暗对比度，从而使掩膜板图形在晶片表面的成像更加清晰。
一方面，提供了一种掩膜板，包括透明衬底和遮光图形，所述遮光图形由复数个遮光线条组成，所述遮光线条具有顶面和底面，所述底面为遮光线条与所述透明衬底的接触面，其特征在于：所述遮光线条的顶面的面积大于底面的面积。
所述透明衬底的材料为石英。
遮光图形的材料包括铬或氧化铬。
所述遮光线条的截面形状为“T”形。
所述遮光线条横截面的形状为倒梯形。
另一方面，提供了一种掩膜板，包括透明衬底和遮光图形，所述遮光图形由复数个遮光线条组成，所述遮光线条具有顶面和底面，所述底面为遮光线条与所述透明衬底的接触面，其特征在于：所述遮光线条横截面的顶面的宽度大于底面的宽度。
所述透明衬底的材料为石英。
所述遮光图形的材料包括铬或氧化铬。
所述遮光线条的截面形状为“T”形。
所述遮光线条横截面的形状为倒梯形。
相应地，提供了一种掩膜板的制造方法，包括：
提供一透明衬底；
在所述衬底表面沉积遮光层；
向所述遮光层中注入杂质离子；
在所述遮光层表面形成光刻胶图形；
以所述光刻胶图形为掩膜刻蚀所述遮光层，形成遮光图形，所述遮光图形由复数个遮光线条组成，所述遮光线条具有顶面和底面，所述底面为遮光线条与所述透明衬底的接触面；
移除所述光刻胶图形。
所述遮光层的材料为铬或氧化铬。
所述杂质离子为金属离子。
所述金属为铝、钽、金中的一种或组合。
刻蚀所述遮光层的气体包括SF6、CHF3或CF4中的一种或组合。
所述遮光线条的截面形状为“T”形。
所述遮光线条横截面的形状为倒梯形。
所述透明衬底为石英。
为解决上述问题，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的掩膜板在石英衬底表面形成的遮光图形的遮光线条的形状为倒梯形或“T”形。遮光线条的两侧面为向内侧凹进的斜面或向内侧凹进的斜面和下部垂直面的组合，这两种侧面形状都能够降低入射光的漫反射。当入射光通过掩膜板时，垂直于掩膜板表面的入射光穿过掩膜板未被遮光条遮住的部分而照射到晶片表面。由于遮光条的侧面为向内侧倾斜的斜面，其对不是以垂直方向进入遮光条之间缝隙的光线的反射作用大大减小，有效降低了遮光条对入射光的漫反射作用，从而使更多的光线通过遮光条之间缝隙，增加了照射在晶片表面的光强度，提高了晶片表面的光强度和明暗对比度，从而使掩膜板图形在晶片表面的成像更加清晰。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚明了，放大了层和区域的厚度。
图1至图3为说明光刻工艺的曝光过程示意图；
图4A至图4B为根据本发明实施例的掩膜板结构示意图；
图5至图7为说明根据本发明实施例的掩膜板的光刻工艺曝光过程示意图；
图8至图15为说明根据本发明实施例的掩膜板的制造过程剖面示意图。
图1至图3为说明光刻工艺的曝光过程示意图；
图4A至图4B为根据本发明实施例的掩膜板结构示意图；
图5至图7为说明根据本发明实施例的掩膜板的光刻工艺曝光过程示意图；
图8至图15为说明根据本发明实施例的掩膜板的制造过程剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
图1至图3为说明光刻工艺的曝光过程示意图。如图1所示，掩膜板10包括石英衬底11和由铬层所构成的遮光图形12。在进行曝光时，掩膜板10上的遮光图形12将反射来自曝光机光源的入射光13，而令掩膜板上无遮光图形12的部分得以透光，然后经曝光机的透镜系统投映在晶片表面的光刻胶层上。当入射光束13经过掩膜板10投射到晶片时，入射光的光幅度在晶片表面上的分布情况如图2所示，入射光的光强度在晶片表面上的分布情况如图3所示。由图2和图3可以看出，当入射光的波长一定时，如果图1中的遮光图形12的线条12’的间距太近，也就是图形很密的情况下，光束在晶片表面成像的光幅度分布将产生重叠，使得晶片表面光强度下降，图象的清晰度变差。因此必须采用波长更短的光源和曝光设备，例如上述的光波长为193nm的ArF受激准分子激光器。但是随着半导体制造工艺进入到45nm及以下技术节点后，如果依靠进一步缩短曝光光源的波长来提高掩膜成像的清晰度的话，那么势必要更换新曝光设备，预示着整个光刻工艺的变动，包括所使用的光刻胶、显影剂、掩膜和工艺参数等，带来的是制造成本的大幅度提高。
图4A至图4B为根据本发明实施例的掩膜板结构示意图，所述示意图只是实例，其在此不应过度限制本发明保护的范围。由图1可以看出，当掩膜板10的遮光图形12的线条12’之间的间距很小时，入射光13在晶片表面成像的光幅度产生重叠的原因，是由于入射光13在线条周围发生衍射和干涉造成的。衍射和干涉现象的产生与掩膜板上遮光图形12的线条12’的立体形状有关。我们注意到，目前普遍采用的掩膜板，如图1所示，掩膜板10上的遮光线条12’的立体形状为长方体或正方体。当入射光13经过掩膜板10的遮光图形12时，由于入射光13除了垂直于掩膜板10方向的以外，还有与掩膜板10成一定角度入射的光，照射在掩膜板10的遮光图形12的线条12’侧壁。遮光图形12的线条12’的侧壁为垂直于石英衬底10方向，当光线照射在侧壁表面时其相当于一个面光源，这些光线在侧壁表面会发生漫反射，从而削弱了通过遮光图形12的线条12’之间的缝隙的入射光13的强度，同时增加了遮光部分的光的强度，其结构就是降低了照射在晶片表面的光强对比度，降低了图形清晰度。
因此，本发明掩膜板的遮光条结构采用了图4A和图4B所示的结构形式。根据本发明的实施例，本发明实施例一的掩膜板20，在石英衬底21表面形成的遮光图形22的遮光线条22’的形状为如图4A所示的倒梯形，在本发明的另一个实施例中，如图4B所示，本发明另一实施例的掩膜板30，在石英衬底31表面形成的遮光图形32的遮光线条32’的形状为“T”形。
继续参照图4A和图4B，在本发明实施例的掩膜板中，遮光图形的遮光线条22’和32’的上表面的宽度大于下表面的宽度。遮光线条22’和32’的下表面亦即遮光线条22’和32’与石英衬底21和31的接触面，其宽度小于上表面的宽度，说明遮光线条22’和32’的下表面的面积小于遮光线条22’和32’的上表面面积。遮光线条22’的两侧面为向内侧凹进的斜面，该斜面与石英衬底21表面成一定角度；遮光线条32’的两侧面为向内侧凹进的斜面和下部垂直面的组合。这两种侧面形状都能够降低入射光的漫反射。
图5至图7为说明根据本发明实施例的掩膜板的光刻工艺曝光过程示意图，所述示意图只是实例，其在此不应过度限制本发明保护的范围。如图5所示，以掩膜板20为例，当入射光13通过掩膜板20时，垂直于掩膜板20表面的入射光穿过掩膜板未被遮光条22’遮住的部分而照射到晶片表面。由于遮光条22’的侧面为向内侧倾斜的斜面，其对不是以垂直方向、即从其它方向进入遮光条22’之间缝隙的光线的反射作用大大减小，有效降低了遮光条22’对入射光13的漫反射作用，从而使更多的光线通过遮光条22’之间缝隙，即未被遮光条22’遮住的部分而照射到晶片表面，因此增加了照射在晶片表面的光强度。
当入射光束13经过掩膜板20投射到晶片表面时，入射光13的光幅度在晶片表面上的分布情况如图6所示，入射光13的光强度在晶片表面上的分布情况如图7所示。由于本发明掩膜板的遮光条22’的侧面采用向内侧倾斜的斜面，使得遮光条22’对入射光的漫反射作用降低，增加了通过未被遮光条遮挡部分的光量，提高了晶片表面的光强度和明暗对比度，从而使掩膜板图形在晶片表面的成像更加清晰。
图8至图14为说明根据本发明实施例的掩膜板的制造过程剖面示意图，所述示意图只是实例，其在此不应过度限制本发明保护的范围。首先如图8所示，提供一石英衬底100，将其表面利用研磨技术磨平。在石英衬底100表面利用物理气相淀积(PVD)技术沉积遮光层130。该遮光层130的材料铬(Cr)层、氧化铬(CrO)层，或其他不透明材料，优选为铬(Cr)层。接着，向上述遮光层130中注入金属杂质离子150。金属杂质离子150的材料可以是例如金属铝(Al)、钽(Ta)、铜(Cu)、金(Au)中的一种或组合。然后对注入杂质的遮光层进行热退火。在遮光层130中注入金属杂质离子之后，所述遮光层130变为铬(Cr)层中包含杂质离子的遮光层140，如图9所示。杂质在遮光层140中的分布如图10所示。在图10中所示的曲线中，横坐标表示杂质离子在遮光层140中的深度，纵坐标表示杂质离子在遮光层140中的浓度。遮光层140中杂质离子的分布为沿从表层到深层的方向浓度逐渐降低。
在接下来的工艺步骤中，如图11所示，在遮光层140表面形成一光刻胶层160，覆盖于遮光层表面，用于形成光刻胶图形以制作掩膜图案。光刻胶图形可采用传统的光刻工艺形成，首先在遮光层140表面利用旋涂工艺涂布光刻胶160，然后通过曝光、显影、烘焙等步骤，去除不需要的部分，在遮光层140表面形成如图12所示的光刻胶图形160’。
随后，如图13所示，以光刻胶图形160’为掩膜，刻蚀所述遮光层140。在刻蚀过程中，刻蚀气体采用传统的铬层刻蚀气体，即溴化氢(HBr)、氯气(Cl2)和氧气(O2)的混合气体。为了增加刻蚀金属的刻蚀速率和刻蚀选择比，向刻蚀气体中加入了包括SF6、CHF3或CF4等气体。腔体压力为5-50mTorr，向反应室内通入刻蚀剂气体流量100-400sccm，石英衬底温度控制在20℃和90℃之间，等离子源射频输出功率1500W-2000W。
在利用上述刻蚀气体对遮光层140进行刻蚀的过程中，刻蚀气体从遮光层140的表面向底面进行纵向刻蚀。由于遮光层140中掺杂的金属杂质离子的浓度分布为从表面到底面浓度逐渐降低，掺杂后在遮光层140的密度和硬度因掺杂了杂质离子而变得不均匀。遮光层140从表层到底层的硬度和密度逐渐降低。在刻蚀过程中，表层的刻蚀速率较慢，随着刻蚀进程的深入，刻蚀速率逐渐增加，刻蚀逐渐由各向异性刻蚀变为各向同性刻蚀。因此，便形成了“T”形或倒梯形的遮光线条110。随后移除光刻胶掩膜图形160’。
由上述方法得到的掩膜板的遮光图形，遮光线条的形状可以是如图14所示的“T”形，或如图15所示的倒梯形。其是由杂质离子在遮光层中的浓度分布决定的。当注入的杂质剂量较低时，遮光层底部的杂质浓度相对较低，在刻蚀进程进行到底部时刻蚀趋于各向异性，形成的遮光线条形状为“T”形。当注入的杂质剂量较高时，遮光层底部的杂质浓度相对较高，在刻蚀进程进行到底部时刻蚀仍趋于各向同性，因此形成的遮光线条形状为倒梯形。
上述本发明的掩膜板及其制造方法同样适用于各种相移掩膜，即相移掩膜的遮光条形状也适用于本发明的掩膜板遮光条形状，并采用本发明制造形成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
图1至图3为说明光刻工艺的曝光过程示意图。如图1所示，掩膜板10包括石英衬底11和由铬层所构成的遮光图形12。在进行曝光时，掩膜板10上的遮光图形12将反射来自曝光机光源的入射光13，而令掩膜板上无遮光图形12的部分得以透光，然后经曝光机的透镜系统投映在晶片表面的光刻胶层上。当入射光束13经过掩膜板10投射到晶片时，入射光的光幅度在晶片表面上的分布情况如图2所示，入射光的光强度在晶片表面上的分布情况如图3所示。由图2和图3可以看出，当入射光的波长一定时，如果图1中的遮光图形12的线条12’的间距太近，也就是图形很密的情况下，光束在晶片表面成像的光幅度分布将产生重叠，使得晶片表面光强度下降，图象的清晰度变差。因此必须采用波长更短的光源和曝光设备，例如上述的光波长为193nm的ArF受激准分子激光器。但是随着半导体制造工艺进入到45nm及以下技术节点后，如果依靠进一步缩短曝光光源的波长来提高掩膜成像的清晰度的话，那么势必要更换新曝光设备，预示着整个光刻工艺的变动，包括所使用的光刻胶、显影剂、掩膜和工艺参数等，带来的是制造成本的大幅度提高。
图4A至图4B为根据本发明实施例的掩膜板结构示意图，所述示意图只是实例，其在此不应过度限制本发明保护的范围。由图1可以看出，当掩膜板10的遮光图形12的线条12’之间的间距很小时，入射光13在晶片表面成像的光幅度产生重叠的原因，是由于入射光13在线条周围发生衍射和干涉造成的。衍射和干涉现象的产生与掩膜板上遮光图形12的线条12’的立体形状有关。我们注意到，目前普遍采用的掩膜板，如图1所示，掩膜板10上的遮光线条12’的立体形状为长方体或正方体。当入射光13经过掩膜板10的遮光图形12时，由于入射光13除了垂直于掩膜板10方向的以外，还有与掩膜板10成一定角度入射的光，照射在掩膜板10的遮光图形12的线条12’侧壁。遮光图形12的线条12’的侧壁为垂直于石英衬底10方向，当光线照射在侧壁表面时其相当于一个面光源，这些光线在侧壁表面会发生漫反射，从而削弱了通过遮光图形12的线条12’之间的缝隙的入射光13的强度，同时增加了遮光部分的光的强度，其结构就是降低了照射在晶片表面的光强对比度，降低了图形清晰度。
因此，本发明掩膜板的遮光条结构采用了图4A和图4B所示的结构形式。根据本发明的实施例，本发明实施例一的掩膜板20，在石英衬底21表面形成的遮光图形22的遮光线条22’的形状为如图4A所示的倒梯形，在本发明的另一个实施例中，如图4B所示，本发明另一实施例的掩膜板30，在石英衬底31表面形成的遮光图形32的遮光线条32’的形状为“T”形。
继续参照图4A和图4B，在本发明实施例的掩膜板中，遮光图形的遮光线条22’和32’的上表面的宽度大于下表面的宽度。遮光线条22’和32’的下表面亦即遮光线条22’和32’与石英衬底21和31的接触面，其宽度小于上表面的宽度，说明遮光线条22’和32’的下表面的面积小于遮光线条22’和32’的上表面面积。遮光线条22’的两侧面为向内侧凹进的斜面，该斜面与石英衬底21表面成一定角度；遮光线条32’的两侧面为向内侧凹进的斜面和下部垂直面的组合。这两种侧面形状都能够降低入射光的漫反射。
图5至图7为说明根据本发明实施例的掩膜板的光刻工艺曝光过程示意图，所述示意图只是实例，其在此不应过度限制本发明保护的范围。如图5所示，以掩膜板20为例，当入射光13通过掩膜板20时，垂直于掩膜板20表面的入射光穿过掩膜板未被遮光条22’遮住的部分而照射到晶片表面。由于遮光条22’的侧面为向内侧倾斜的斜面，其对不是以垂直方向、即从其它方向进入遮光条22’之间缝隙的光线的反射作用大大减小，有效降低了遮光条22’对入射光13的漫反射作用，从而使更多的光线通过遮光条22’之间缝隙，即未被遮光条22’遮住的部分而照射到晶片表面，因此增加了照射在晶片表面的光强度。
当入射光束13经过掩膜板20投射到晶片表面时，入射光13的光幅度在晶片表面上的分布情况如图6所示，入射光13的光强度在晶片表面上的分布情况如图7所示。由于本发明掩膜板的遮光条22’的侧面采用向内侧倾斜的斜面，使得遮光条22’对入射光的漫反射作用降低，增加了通过未被遮光条遮挡部分的光量，提高了晶片表面的光强度和明暗对比度，从而使掩膜板图形在晶片表面的成像更加清晰。
图8至图14为说明根据本发明实施例的掩膜板的制造过程剖面示意图，所述示意图只是实例，其在此不应过度限制本发明保护的范围。首先如图8所示，提供一石英衬底100，将其表面利用研磨技术磨平。在石英衬底100表面利用物理气相淀积(PVD)技术沉积遮光层130。该遮光层130的材料铬(Cr)层、氧化铬(CrO)层，或其他不透明材料，优选为铬(Cr)层。接着，向上述遮光层130中注入金属杂质离子150。金属杂质离子150的材料可以是例如金属铝(Al)、钽(Ta)、铜(Cu)、金(Au)中的一种或组合。然后对注入杂质的遮光层进行热退火。在遮光层130中注入金属杂质离子之后，所述遮光层130变为铬(Cr)层中包含杂质离子的遮光层140，如图9所示。杂质在遮光层140中的分布如图10所示。在图10中所示的曲线中，横坐标表示杂质离子在遮光层140中的深度，纵坐标表示杂质离子在遮光层140中的浓度。遮光层140中杂质离子的分布为沿从表层到深层的方向浓度逐渐降低。
在接下来的工艺步骤中，如图11所示，在遮光层140表面形成一光刻胶层160，覆盖于遮光层表面，用于形成光刻胶图形以制作掩膜图案。光刻胶图形可采用传统的光刻工艺形成，首先在遮光层140表面利用旋涂工艺涂布光刻胶160，然后通过曝光、显影、烘焙等步骤，去除不需要的部分，在遮光层140表面形成如图12所示的光刻胶图形160’。
随后，如图13所示，以光刻胶图形160’为掩膜，刻蚀所述遮光层140。在刻蚀过程中，刻蚀气体采用传统的铬层刻蚀气体，即溴化氢(HBr)、氯气(Cl2)和氧气(O2)的混合气体。为了增加刻蚀金属的刻蚀速率和刻蚀选择比，向刻蚀气体中加入了包括SF6、CHF3或CF4等气体。腔体压力为5-50mTorr，向反应室内通入刻蚀剂气体流量100-400sccm，石英衬底温度控制在20℃和90℃之间，等离子源射频输出功率1500W-2000W。
在利用上述刻蚀气体对遮光层140进行刻蚀的过程中，刻蚀气体从遮光层140的表面向底面进行纵向刻蚀。由于遮光层140中掺杂的金属杂质离子的浓度分布为从表面到底面浓度逐渐降低，掺杂后在遮光层140的密度和硬度因掺杂了杂质离子而变得不均匀。遮光层140从表层到底层的硬度和密度逐渐降低。在刻蚀过程中，表层的刻蚀速率较慢，随着刻蚀进程的深入，刻蚀速率逐渐增加，刻蚀逐渐由各向异性刻蚀变为各向同性刻蚀。因此，便形成了“T”形或倒梯形的遮光线条110。随后移除光刻胶掩膜图形160’。
由上述方法得到的掩膜板的遮光图形，遮光线条的形状可以是如图14所示的“T”形，或如图15所示的倒梯形。其是由杂质离子在遮光层中的浓度分布决定的。当注入的杂质剂量较低时，遮光层底部的杂质浓度相对较低，在刻蚀进程进行到底部时刻蚀趋于各向异性，形成的遮光线条形状为“T”形。当注入的杂质剂量较高时，遮光层底部的杂质浓度相对较高，在刻蚀进程进行到底部时刻蚀仍趋于各向同性，因此形成的遮光线条形状为倒梯形。
上述本发明的掩膜板及其制造方法同样适用于各种相移掩膜，即相移掩膜的遮光条形状也适用于本发明的掩膜板遮光条形状，并采用本发明制造形成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。