CN101038435A

CN101038435A - 晶圆光刻掩模和其制造方法与其晶圆光刻方法

Info

Publication number: CN101038435A
Application number: CNA2006100570848A
Authority: CN
Inventors: 蔡士成; 林荣彬
Original assignee: Individual
Current assignee: Yuan Ze University
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-19
Also published as: US20070216891A1; US7838175B2

Abstract

本发明提供一种多项目晶圆(MPW)制造的光刻掩模与其制造方法和其应用所述掩模的晶圆制造方法，所述掩模包含一遮光层和至少一个可透光区域，所述掩模用以选择MPW光罩上项目的图案曝光到晶圆表面光阻层。所述多项目晶圆制造的光刻制程方法主要是利用配置一可以选择MPW光罩曝光成像区域的掩模于一MPW光罩与一光刻光源或所述MPW光罩与晶圆之间的光线行进路线上，用以避免一些在所述MPW光罩上不希望制造的图案在晶圆上被制造出来，因而降低晶圆和光刻制程的浪费。

Description

晶圆光刻掩模和其制造方法与其晶圆光刻方法

技术领域

本发明涉及一种晶圆光刻(photolithography)掩模和其制造方法与相关的晶圆光刻方法，尤其涉及一种多项目晶圆(multi-project wafers；MPW)的光刻掩模和其制造方法与相关的晶圆光刻方法。

背景技术

目前的多项目晶圆制造的技术，可以让多个项目的图案放在同一光罩(reticle)中，使得光罩的花费得以被各项目分担。这边所指的项目的图案是指为了产出可以工作的芯片，而需要在光罩上形成的图案。但因不同长或宽的项目的图案同处于一个光罩中，为了节省光罩的花费，因而产生针对多项目晶圆的平面规划(floorplan)和切割(dicing)问题。平面规划问题是决定项目的图案在光罩上的位置，而切割的问题则是在制造晶圆前，进行切割计划的评估，借此决定所需的晶圆个数和制造后的每一晶圆的切割线(dicing line)。

常规的光刻制程的装置如图1所示，其是将一MPW光罩101置于一光刻光源102和缩影透镜103之间，所述光刻光源102射出的光线经所述MPW光罩101形成具有图案的光线后，再经所述缩影透镜103将图案缩小照射于一晶圆104的光阻表面，其中晶圆104表面的箭号为曝光的步进方向。虽然MPW的光罩101花费可以被各项目分担，但以MPW光罩和传统仅包含一个项目图案的光罩甚至和一包含多个相同项目图案的光罩相比，用在MPW的光刻制程与所需晶圆的成本却大幅度增加，其主要原因在于：目前被广泛使用在切割的钻石刀只能允许从晶圆的一端开始直线切割直到晶圆的另一端。也因为这个限制，经常为了切出某一个芯片而破坏其它芯片。且因各项目间需求产量各不相同，在进行光刻制程时，MPW光罩无法被选择只制造特定项目的芯片，在满足最大芯片需求产量的项目时，一些已满足产量的项目芯片仍旧会经由MPW光罩制造出来。综合以上各点，MPW制造费用之所以大幅度增长都是因为制造了一些无用或者会被切坏的芯片。

在芯片被实际切割出来通过测试后，如果某个项目要大量生产时，直接使用MPW的光罩来进行所述项目的制造是既昂贵又没效率的一件事。当产量需求大到使用MPW光罩来制造芯片的成本大于做一个所述项目专属的光罩加上用所述光罩来制造芯片的成本时，势必要做一个所述项目专属的光罩，这也是一笔很可观的花费，目前仍没有有效的解决办法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种晶圆光刻(photolithography)掩模和其制造方法与相关的晶圆光刻方法，以降低晶圆光刻的成本。

为达到上述目的，本发明揭露一掩模，其包含一遮光层和至少一个可透光区域。所述可透光区域的位置和形状必须得以让所述MPW光罩上待制造芯片的项目曝光到所述晶圆表面光阻层，并使得所述项目在所述光罩上的图案得以完整的被转移到所述晶圆表面的光阻层上。所述掩模可配置于所述MPW光罩到光刻光源之间的光线行进路线上，还可配置于所述MPW光罩到所述晶圆之间的光线行进路线上。

本发明的晶圆光刻方法包括以下步骤：(1)配置一可以选择MPW光罩曝光成像区域的掩模于一MPW光罩到一光刻光源之间的光线行进路线上，或配置一掩模于所述MPW光罩到所述晶圆之间的光线行进路线上。(2)移动一晶圆到待曝光的位置，打开一遮光器(shutter)进行曝光，经由所述掩模的可透光区域选择一光刻光源投射分布范围，使得所述MPW光罩上待制造芯片的项目图案被转移到已涂上一层光阻的所述晶圆。经过一段曝光的时间后，关闭所述遮光器。(3)移动所述晶圆到下一个尚未曝光的位置，打开所述遮光器进行曝光。(4)当所述晶圆上所有待曝光区域均完成曝光，即可进行光阻显影，移除被曝光处的光阻，然后对已显影后的所述晶圆上未被光阻所覆盖的区域进行蚀刻，最后再移除晶圆上的光阻层。

本发明提供的晶圆光刻方法，可避免制造出一些在所述MPW光罩上不希望制造的图案，因而降低晶圆和光刻制程的浪费，并在所述MPW光罩上的少数项目需要大量生产芯片时，仍可利用所述MPW光罩上已有的项目的图案，加上选择光刻光源投射分布范围的掩模来选择待制造的芯片。

附图说明

图1显示常规的光刻装置；

图2(a)～2(d)显示本发明一实施例中应用于多项目晶圆制造的光刻掩模的制造流程；

图2(e)～2(h)显示本发明另一实施例中应用于多项目晶圆制造的光刻掩模的制造流程；

图2(i)～2(j)显示本发明又一实施例中应用于多项目晶圆制造的光刻掩模的制造流程；

图3(a)显示本发明一实施例的光刻装置；和

图3(b)显示本发明另一实施例的光刻装置。

具体实施方式

图2(a)～2(d)显示本发明实施例中应用于多项目晶圆制造的光刻掩模的制造流程。

如图2(a)所示，首先提供一透明基底201，如玻璃片(供波长为436纳米的g-line、波长为405纳米的h-line和波长为365纳米的i-line使用)或熔融硅土(fused silica)(供波长为248纳米或193纳米的深紫外光(DUV)使用)。

如图2(b)所示，在透明基底201上形成一如铬薄膜的遮光层203。所述遮光层203的厚度约为100～120纳米。此外，还可以在遮光层203上形成一厚度约20纳米的一铬氧化物(如二氧化铬)(图未显示)，以降低金属铬膜在曝光时的反射。

如图2(c)所示，在遮光层203上旋转涂布适当的光阻层204。并利用电子束(electronbeam)投射于光阻层204预定透光区域上。之后经显影，去除被电子束照射区域的部分光阻层204，而形成未受光阻层204保护的遮光层203。光阻层204可以是脂肪族二元醇酸聚酯PBS(poly-butene sulfone)或化学倍增(chemical amplification)光阻。

之后，对未受光阻层204保护的遮光层203进行蚀刻，移除暴露的遮光层203而露出其下方的透明基底201，借此形成可透光区域206。之后再将光阻层204移除，使得原先被光阻层204覆盖的遮光层203再现，如此即形成做为选择MPW光罩曝光成像区域的掩模20，如图2(d)所示。

图2(e)～2(h)显示本发明的晶圆光刻掩模的另一制造流程。

如图2(e)所示，首先提供一透明基底207，并在所述透明基底207上放置一些阻绝溅射(sputtering)元件209，以避免溅射时渗透到其下层的透明基底207，如图2(f)所示。所述阻绝溅射元件209可以与所述透明基底207的材料相同，所述阻绝溅射元件209所覆盖的区域用以将来形成可透光区域。

如图2(g)所示，将遮光材质例如铬，溅射于所述透明基底207上以形成一遮光层210。所述遮光层210的厚度约为100～120纳米。此外，还可以在遮光层210上形成一厚度约20纳米的铬氧化物(如二氧化铬)(图未显示)，以降低金属铬膜在曝光时的反射。

之后，移除覆盖遮光层210的所述阻绝溅射元件209使露出所述透明基底207，借此形成可透光区域211。如此即形成做为选择MPW光罩曝光成像区域的掩模22，如图2(h)所示。

图2(i)～2(j)显示本发明的晶圆光刻掩模的又一制造流程。

如图2(i)所示，首先提供一不透光的遮光基底212，如铬板或其它镀上铬的不透光的遮光平板。接着可于其表面形成一厚度约20纳米的铬氧化物(如二氧化铬)(图未显示)，以降低金属铬膜在曝光时的反射。

接着，将待透光区域在不透光的遮光基底212上切割出来，即形成可透光区域214。切割方式可利用如激光切割。最后，清除切割所产生的污染，如此即形成做为选择MPW光罩曝光成像区域的掩模24，如图2(j)所示。

此掩模在应用上会根据在MPW光罩上要制造的图案而在所述掩模的遮光层形成可透光区域，使光能透过所述遮光层的可透光区域到达晶圆表面的光阻层以实现曝光。

在用以选择MPW光罩曝光成像区域的掩模基本结构完成后，其表面通常会以薄且光学透明的薄膜(pellicle)保护掩模表面，以防污染。所述薄膜通常以具有高透射率(约99％)的酯化或硝化纤维制备，如Cellulose Acetate(CA)、Nitro-Cellulose(NC)。假如灰尘的微粒落于所述薄膜上，它在曝光时将会远离聚焦平面而不会在晶圆上呈现。

图3(a)示范本发明实施例的光刻装置。其中MPW光罩301在制造时已在一些项目的图案预留的切割线空间加上细微对准标记(fine alignment mark)，如细微对准标记303m和细微对准标记304m所示。所述细微对准标记用于待曝光图案与晶圆上已形成的图案间的对准，以避免待制造的项目的图案无法进行细微对准。

首先，参考MPW光罩301的平面规划来选择待制造芯片的项目图案以进行曝光，即选择曝光计划(exposure plan)。在本实施例中是挑选项目的图案303和项目的图案304来进行曝光，项目的图案303和项目的图案304在相邻边也就是303h跟304h是等长且起始的参考坐标在Y方向是相等，并且共用切割线309和310。

选择MPW光罩301曝光成像区域的掩模302位于MPW光罩301与光刻光源317之间的光线行进路线上。在制造选择MPW光罩301曝光成像区域的掩模302时，可透光区域330必须至少能够使光刻光源317的光线照射到项目的图案303和304以进行曝光。光罩301表面的虚线仅为一虚拟的切割线(切割线309、310)代表切割芯片时的可能切线位置。可透光区域314和可透光区域315是对准用的可透光区域，其功能是使得所述光罩上的光罩对准标记可透过所述对准用可透光区域，而完成步进机与光罩的对准。

接着，利用步进机(stepper)将晶圆319移到待曝光的位置，在对准系统完成对准后，将关闭的遮光器(图上未显示)打开，使光刻光源317的光线经由掩模302、MPW光罩301和缩影透镜318后曝光成像在晶圆319的光阻层320上。经过一段曝光的时间后，将所述遮光器关闭，并把晶圆319移到下一个待曝光的位置进行曝光，直到所有的可曝光位置均完成曝光。

图3(a)中晶圆319上的曝光步进(step)方式只是一种步进方式，还可选择其它步进方式，其重点在于有效利用晶圆的可曝光面积以产出更多的芯片。一般使用的步进机分为步进且重复式对准机和步进且扫描式系统。本实施例是以前者为例，也能采用后者实行。如果采用后者时，扫瞄只需要在至少包含选择MPW光罩曝光成像区域的掩模302的可透光区域330上进行即可，不需要针对整个MPW光罩301进行扫描。另外，一般使用的光刻光源317用汞弧灯管(Mercury Arc Lamp)可产生波长436纳米的g-line、波长405纳米的h-line和波长365纳米的i-line等曝光光线，而使用激能激光的有波长248纳米的KrF激能激光、193纳米的ArF激能激光和157纳米的F2激能激光。

接着，将已曝光完成的晶圆319的光阻层320进行显影，移除被曝光处的光阻。基本上，光阻显影是利用一种化学显影液，借此将被曝光处的光阻溶去。

然后，对已显影后的晶圆319上未被光阻层320所覆盖的区域进行蚀刻。蚀刻的方式可以是干蚀刻、湿蚀刻或者两者混合使用。

最后，进行晶圆319上光阻层320的移除，即一般所谓的去光阻步骤，移除已经无用的光阻层。进行去光阻的方式主要有两种，一种是湿式剥除法，另一种是干式剥除法。湿式剥除法为使用有机溶液或无机溶液对光阻进行结构性的破坏。干式剥除法是以等离子的方式去除光阻。一般而言，干湿式均会搭配着使用，以彻底地将光阻层除去并避免留下等离子反应所残留的物质。

图3(b)显示本发明另一实施例的光刻制程装置。其中MPW光罩301在制造时已在一些项目的图案预留的切割线空间加上细微对准标记，如细微对准标记303m和细微对准标记305m所示。所述细微对准标记用于待曝光图案与晶圆上已形成的图案间的对准，以避免待制造的项目的图案无法进行细微对准。

首先，参考图3(b)的MPW光罩301的平面规划来选择图案进行曝光，在此是挑选项目的图案303和项目的图案305来进行曝光，项目的图案303和项目的图案305成对角线相邻放置，且项目的图案303的一边303w和项目的图案305的一边305w等长，其共用切割线309和310。

所选择MPW光罩曝光成像区域的掩模333位于所述MPW光罩301到所述晶圆319之间的光线行进路线上，在制造掩模333时，可透光区域331和332必须至少能够选择MPW光罩301上的项目的图案303和项目的图案305以进行曝光。在本实施例中，选择MPW光罩曝光成像区域的掩模333的形状和位置需不影响对准系统针对MPW光罩301的运作。

接着，利用步进机将晶圆移到待曝光的位置，在对准系统完成对准后，将关闭的遮光器(图上未显示)打开，使光刻光源317的光线经由MPW光罩301、掩模333和缩影透镜318后曝光成像在晶圆319的光阻层320上。经过一段曝光的时间后，将所述遮光器关闭；并利用步进机将所述晶圆319移到下一个待曝光的位置进行曝光，直到所有的可曝光位置都完成曝光。

类似地，如图3(b)所示的曝光还可选择其它步进方式，如果采用步进且扫描式系统，扫瞄只需要在至少包含选择MPW光罩曝光成像区域的掩模333的可透光区域331和可透光区域332上进行即可，不需要针对整个MPW光罩301进行扫描。

依据上述实施例，当晶圆被制造完成后，每个芯片都可以被完整切割出来，没有芯片会因要切其它芯片而被切坏。再者，因为只有待制造的芯片会被制造出来，所以可大幅降低晶圆和光刻制程的浪费。

本发明还允许第3(b)图中项目的图案303、305和306同时进行曝光。在晶圆被制造完成后，虽然在同一曝光区域以项目的图案306制成的芯片沿Y轴的切割线会切坏以项目的图案303制成的芯片，而选择切出以项目的图案303制成的芯片时以项目的图案306制成的芯片也无法正常封装使用。但是在同一片晶圆上的不同曝光区域的以项目的图案303制成的芯片和以项目的图案306制成的芯片仍旧有机会可以于同一晶圆中切割出来，因而分担了光刻制程的费用。且因只有待制造的芯片会被制造出来，所以可大幅降低晶圆和光刻制程的成本。

本发明的技术内容和技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本发明的教示和揭示而作种种不背离本发明精神的替换和修改。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换和修改，并为所附的权利要求书所涵盖。

Claims

1.一种晶圆光刻掩模，搭配一光罩设于一光刻光源与一晶圆间的光线行进路线上，其包含：

一遮光层，和

至少一个可透光区域；

其中所述可透光区域的位置和形状可让所述光罩上的图案转移到一晶圆表面的光阻层。

2.根据权利要求1所述的晶圆光刻掩模，其中所述图案为多项目晶圆(MPW)图案。

3.根据权利要求1所述的晶圆光刻掩模，其设于所述光罩与所述光刻光源之间的光线行进路线上。

4.根据权利要求1所述的晶圆光刻掩模，其设于所述光罩与所述晶圆之间的光线行进路线上。

5.根据权利要求1所述的晶圆光刻掩模，其另外包含至少一对准用的可透光区域，使得所述光罩上的光罩对准标记可透过所述对准用的可透光区域，而完成步进机与所述光罩的对准。

6.一种晶圆光刻掩模的制造方法，包含下列步骤：

提供一透明基底；

形成一遮光层于所述透明基底上；

形成一光阻层于所述遮光层上；

曝光所述光阻层的一预定可透光区域；

去除所述预定可透光区域的所述光阻层；

蚀刻去除所述预定可透光区域下的所述遮光层；和

移除所述光阻层。

7.根据权利要求6所述的晶圆光刻掩模的制造方法，其中曝光所述光阻层的一预定可透光区域是利用电子束进行。

8.一种晶圆光刻掩模的制造方法，包含下列步骤：

提供一透明基底；

设置至少一阻绝溅射元件于所述透明基底上的至少一预定可透光区域；

溅射一遮光层于所述透明基底和所述阻绝溅射元件上；和

移除所述阻绝溅射元件。

9.一种晶圆光刻掩模的制造方法，包含下列步骤：

提供一不透光的遮光基底；和

切割所述遮光基底形成可透光区域。

10.根据权利要求9所述的晶圆光刻掩模的制造方法，其中所述切割是采激光切割。

11.一种晶圆光刻方法，包含下列步骤：

设置一掩模和一光罩于一光刻光源与一晶圆间的光线行进路线上，所述掩模包含一遮光层和至少一可透光区域；和

所述光刻光源的光线经由所述可透光区域对所述晶圆进行曝光，将所述光罩的图案转移到所述晶圆的光阻层。

12.根据权利要求11所述的晶圆光刻方法，其中所述掩模配置于所述光罩与所述光刻光源之间的光线行进路线上。

13.根据权利要求11所述的晶圆光刻方法，其中所述掩模配置于所述光罩与所述晶圆之间的光线行进路线上。

14.根据权利要求11所述的晶圆光刻方法，其中所述掩模另外包含至少一对准用的可透光区域。

15.根据权利要求14所述的晶圆光刻方法，其中所述对准用的可透光区域的功能在于使得所述光罩上的光罩对准标记得以进行步进机与所述光罩的对准。

16.根据权利要求11所述的晶圆光刻方法，其中所述光罩上待转移的图案包含至少一细微对准标记。

17.根据权利要求16所述的晶圆光刻方法，其中所述细微对准标记是用于待曝光图案与晶圆上已形成的图案间的对准。

18.根据权利要求11所述的晶圆光刻方法，其中所述图案为多项目晶圆(MPW)图案。