CN110058484A - 拼接式光刻制作工艺的光掩模、半色调光掩模及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于拼接式光刻制作工艺的光掩模、半色调光掩模及其制作方法，该用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其用来将布局图转移至基底上，其中布局图包括重复并排的图案单元。光掩模包括透光基材、遮光层以及半色调层。透光基材表面定义有至少一曝光区、至少一遮光区以及作为曝光区与遮光区边界的拼接线。遮光层设置在透光基材表面且至少设于遮光区，且遮光层于透光基材表面的投影范围不同于遮光区的范围。部分半色调层设于曝光区内且其图案对应于布局图的图案单元。当光掩模应用于拼接式光刻制作工艺时，是利用拼接线作为拼接边界进行多次曝光，以在基底上形成互相拼接且对应图案单元的转移图案。
Description
技术领域
本发明涉及一种半色调(halftone)光掩模以及半色调光掩模的制作方法，尤其是涉及拼接式(stitching)光刻制作工艺的半色调光掩模及其相关的制作方法。
背景技术
现行用于半导体与光刻制作工艺的晶片直径为约200毫米(mm)至300毫米，而传统光掩模单次曝光的最大曝光区域为约26毫米x 33毫米，光刻图案在晶片上最小特征尺寸为约0.35微米。当需要制作尺寸超过最大曝光区域的芯片时(例如X光影像感测器的芯片)，便会需要利用拼接式光刻制作工艺进行多次曝光光刻，使光刻图案拼接后以完成大尺寸芯片的制作。然而，现有技术中在光刻图案的拼接处容易发生缺陷，导致所制作的电子元件发生短路、断路或电性改变等问题，因此业界仍需持续研究改善拼接式光刻制作工艺的相关技术。
发明内容
本发明的一实施例提供一种用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，用来将布局图经由一拼接式光刻制作工艺转移至基底上，其中该布局图包括一图案单元，图案单元是重复并排于布局图内。该光掩模包括透光基材、遮光层以及半色调层。透光基材表面定义有至少一曝光区、至少一拼接线与至少一遮光区，其中拼接线为曝光区与遮光区的边界。遮光层设置在透光基材表面且至少设于遮光区，其中遮光层于透光基材表面的投影范围不同于遮光区的范围。半色调层设于遮光层与透光基材之间，其中部分半色调层设于遮光区内，部分半色调层设于曝光区内，且位于曝光区内的部分半色调层的图案对应于图案单元。当光掩模应用于拼接式光刻制作工艺时，是利用光掩模进行多次曝光步骤，并以光掩模的拼接线作为曝光步骤的拼接边界，以在基底上形成互相拼接且对应于图案单元的多个转移图案。
根据本发明的一实施例，另提供了一种用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，用来将布局图经由一拼接式光刻制作工艺而转移至基底上，其中该布局图包括至少一第一图案单元以及一第二图案单元，且第一图案单元是重复并排于布局图内。该光掩模包括透光基材、遮光层以及半色调层。透光基材表面定义有一曝光区、一周边遮光区以及一间隔遮光区，其中曝光区至少包括一第一曝光区单元与一第二曝光区单元，周边遮光区位于透光基材的外缘并包围曝光区，间隔遮光区至少位于第一曝光区单元与第二曝光区单元之间。遮光层设置在透光基材表面且至少设于周边遮光区内以及间隔遮光区内。半色调层设于遮光层与透光基材之间，且位于第一曝光区单元的部分半色调层的图案对应于第一图案单元，位于第二曝光区单元的部分半色调层的图案对应于第二图案单元。当光掩模应用于拼接式光刻制作工艺时，包括利用光掩模的第一曝光区单元进行多次第一曝光步骤，以及利用第二曝光区单元进行至少一第二曝光步骤，以在基底上形成互相拼接且对应于第一图案单元的多个第一转移图案与对应于第二图案单元的至少一第二转移图案，其中在进行第一曝光步骤时，会遮盖第二曝光区单元以使其不能透光，而在进行第二曝光步骤时，会遮盖第一曝光区单元以使其不能透光。
根据本发明的一实施例，另提供了用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的制作方法，该光掩模用来将布局图经由一拼接式光刻制作工艺转移至基底上，该布局图包括一图案单元，且图案单元是重复并排于布局图内。该制作方法包括先提供一透光基材，其表面定义有至少一曝光区、至少一拼接线与至少一遮光区，其中拼接线为曝光区与遮光区的边界。接着，在透光基材上形成图案化的一半色调层与图案化的一遮光层，其中半色调层位于透光基材与遮光层之间，部分半色调层设于遮光区内，部分半色调层设于曝光区内，且位于曝光区内的部分半色调层的图案对应于图案单元，而遮光层至少设于遮光区内，且遮光层于透光基材表面的投影范围不同于遮光区的范围。当该光掩模应用于拼接式光刻制作工艺时，利用光掩模进行多次曝光步骤，并以光掩模的拼接线作为曝光步骤的拼接边界，以在基底上形成互相拼接且对应于图案单元的多个转移图案。
根据本发明的一实施例，另提供了半色调光掩模的制作方法。首先，提供一透光基材并于其上定义出一膜层检测记号的一预定区域。接着，在透光基材表面上依序全面形成一半色调层与一遮光层。接着，对半色调层与遮光层进行一第一图案化制作工艺，在预定区域内的中央部分定义出一遮光图案，并移除预定区域内的遮光图案之外的部分遮光层与部分半色调层。然后对遮光层进行一第二图案化制作工艺，在预定区域内的中央部分定义出一半遮光图案，并移除半遮光图案内的部分遮光层，暴露出半遮光图案内的半色调层，其中半遮光图案小于遮光图案，且在第二图案化制作工艺后，预定区域内的遮光层定义为膜层检测记号的遮光记号部，预定区域内被遮光层暴露出的部分半色调层定义为膜层检测记号的半色调记号部。然后，检测半色调记号部的中心点与遮光记号部的中心点是否重叠，若没有重叠，则判断半色调光掩模的制作发生误差。
附图说明
图1为欲经由光刻制作工艺以转移至基底表面的一原始布局图的示意图；
图2为本发明第一实施例的图案单元的局部放大示意图；
图3至图5为本发明第一实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模及其制作方法的示意图；
图6为本发明第一实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模所形成的光刻图案的部分示意图；
图7为本发明第二实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的局部放大示意图；
图8为本发明第二实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模沿着图7剖面线C-C’的剖面示意图；
图9为本发明第三实施例对应图1图案单元的局部放大示意图；
图10为本发明第三实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的局部放大示意图；
图11为本发明第三实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模沿着图10剖面线D-D’的剖面示意图；
图12为本发明第四实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模示意图；
图13至图17为本发明第四实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模及其制作方法的示意图。
符号说明
10 布局图
10a 线形元件
10b 孔洞元件
100、200 光掩模
100’ 光刻图案
102 透光基材
104 半色调层
106 遮光层
108 线形图案
1081 第一光刻线形图案
1082 第二光刻线形图案
110 虚设图案
1101 第一光刻虚设图案
1102 第二光刻虚设图案
112 开孔
202 膜层检测记号
204 预定区域
206 遮光图案
208 半遮光图案
300 第一记号定义图
302 遮光记号部图案
350 第二记号定义图
352 半色调记号部图案
A 区域
D1 第一方向
D2 第二方向
DE 重复曝光区
DP 虚设图案部
d1 距离
EP 延伸部
HM 半色调记号部
L1 长度
MR 记号范围部
R1 曝光区
R11 第一曝光区单元
R12 第二曝光区单元
R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19 曝光区单元
R2 遮光区
R2a 周边遮光区
R2b 间隔遮光区
SM 遮光记号部
SP 遮光部
ST 拼接线
ST’ 基底拼接线
U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9 图案单元
W1、W2、W3、W4、W5 宽度
具体实施方式
为使熟悉本发明所属技术领域的一般技术者能更进一步了解本发明，下文特列举优选实施例，并配合所附的附图，详细说明本发明的光掩模及其制作方法及所欲达成的功效。
请参考图1至图5，其中图1为欲经由光刻制作工艺以转移至基底表面的一原始布局图的示意图，图2为本发明第一实施例对应图1图案单元的局部放大示意图，图3至图5为本发明第一实施例应用于拼接式光刻制作工艺的光掩模及其制作方法的示意图，其中图3为本发明第一实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模示意图，图4为本发明用于拼接式光刻制作工艺的光掩模对应图3所示区域A的局部放大示意图，而图5为本发明用于拼接式光刻制作工艺的光掩模沿着图3剖面线B-B’的剖面示意图。本发明提供一种用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其用来将图1所示的布局图10经由拼接式光刻制作工艺转移至一基底上。其中，图1所绘示的布局图10是指产品中一颗芯片的整个电路或电子元件的布局图，其包括多个重复图案并排于布局图10内，图1以图案单元U1代表这些重复图案的图案单元。值得一提的是，转移布局图10至基底时是利用拼接式光刻制作工艺制作将图案单元U1的图案重复制作于基底上的不同位置，并使这些图案彼此拼接，因此布局图10的长度或面积可以不受限于光刻制作工艺中单一曝光区域大小的限制。例如，当布局图10欲转移至基底的长度或面积大于一般光刻制作工艺中步进机(stepper)或扫描机(scanner)的单一照射区域时，便进行多次光刻制作工艺(或称曝光制作工艺或曝光步骤)并通过拼接技术而将整个布局图10完整转移至基底，换言之，本实施例介绍的光掩模，特别适用于拼接式光刻制作工艺中，以将长度或面积大于一般光刻制作工艺中单一照射所能完成的区域的布局图转移至基底上，例如重复地曝光光刻图案单元U1，并使其互相并排拼接，但不限于此。如图2所示，在本实施例中，图案单元U1包括至少一线形元件10a沿着第一方向D1延伸至图案单元U1的边界，其中图2以3条线形元件10a为例。具体而言，在进行拼接式光刻制作工艺时，光刻在基底上的图案单元U1会彼此并排，使相邻光刻图案中的线形元件10a拼接连成长条且超过单一曝光区域的直线图案，由此以制作出长度大于单一图案单元U1尺寸的线形元件，但不以此为限。
如图3至图5所示，本发明提供一种用于拼接式光刻制作工艺的光掩模100，用来将布局图10内的图案单元U1转移至基底上。光掩模100包括透光基材102、半色调层104以及遮光层106。其中，透光基材102表面定义有至少一曝光区R1、至少一拼接线ST与至少一遮光区R2，且拼接线ST为曝光区R1与遮光区R2的边界。透光基材102的材料包括石英，但不以此为限。半色调层104设置在透光基材102表面，其中部分半色调层104设于遮光区R2内，而部分半色调层104设于曝光区R1内，且位于曝光区R1内的半色调层104的图案对应于图案单元U1，亦即位于曝光区R1内的半色调层104用来定义出对应于图案单元U1的图案。在进行光刻制作工艺时，经由对曝光区R1曝光以将曝光区R1内的半色调层104图案转移到基底上。本发明半色调层104的透光率范围为约3％至约20％，例如为6％。半色调层104的材料举例包含氮氧化铬(CrON)、氧化铬(CrO)、钼硅的氮氧化物(MoSizOxNy)或非结晶碳与氮化硅(SiN)，但不以此为限。遮光层106设置在透光基材102表面与半色调层104上，亦即半色调层104设于遮光层106与透光基材102之间。遮光层106至少设于遮光区R2内，并且，根据本发明，遮光层106于透光基材102表面的投影范围不同于遮光区R2的范围，换句话说，遮光层106的形状或面积不完全相同于遮光区R2的形状或面积。遮光层106的透光率为0％，材料例如为铬(Cr)，但不以此为限。根据本发明，当光掩模100应用于拼接式光刻制作工艺时，是利用光掩模100进行多次曝光步骤，并以光掩模100的拼接线ST作为曝光步骤的拼接边界，以在基底上形成互相拼接且对应于图案单元U1的多个转移图案。详细而言，在本实施例中，由于图案单元U1包含如图2所示的线形元件10a延伸至图案单元U1边界，因此光掩模100的曝光区R1内的部分半色调层104包含至少一线形图案108沿着第一方向D1延伸，连接至拼接线ST，对应于线形元件10a。如图4所示，本实施例以半色调层104在曝光区R1包含三条线形图案108为例。再者，请同时参考图4与图5，半色调层104位于遮光区R2的部分包括一遮光部SP与一虚设图案部DP，其中虚设图案部DP包括至少一虚设图案110，位于遮光部SP与线形图案108之间，且虚设图案110的两端分别连接至线形图案108与遮光部SP。根据本发明，虚设图案110在一第二方向D2上的宽度W1实质上相同于线形图案108在第二方向D2上的宽度，因此也可以视为虚设图案110是线形图案108在第一方向D1上的延伸，其中第二方向D2与第一方向D1相交，本实施例以两者互相垂直为例。虚设图案110在第一方向D1上的长度L1范围为约0.08微米(micrometer，μm)至约0.4微米，本实施例是以0.2微米为例，但不以此为限。换言之，可视为本发明设计使线形图案108的直线图形沿着第一方向D1延伸了0.2微米，直至半色调层104的遮光部SP。需注意的是，虚设图案110在第一方向D1上的长度L1可根据光刻机台的允许误差(tolerance)而定，例如可以是光刻机台的允许误差的一半。举例而言，当光刻机台的允许误差反映在光掩模上为0.4微米时，则可将虚设图案110在第一方向D1上的长度L1设计为0.2微米，但不以此为限。另一方面，半色调层104的遮光部SP与遮光层106于透光基材102表面的投影至少部分重叠，在本实施例中，接近线形图案108与虚设图案110附近的遮光部SP的图案大致相同于遮光层106，亦即两者于透光基材102表面的投影大致相同，具有相同的图形或面积，且遮光层106与遮光部SP于透光基材102表面的投影小于遮光区R2。再者，遮光层106会暴露出虚设图案部DP，亦即遮光层106与虚设图案部DP在透光基材102表面的投影不重叠。遮光部SP与遮光层106会覆盖遮光区R2的大部分，用来阻挡光线通过光掩模100。此外，与虚设图案部DP的虚设图案110相较，遮光部SP在第二方向D2上的宽度大于虚设图案110在第二方向D2上的宽度W1。简而言之，根据本实施例，由于曝光区R1的半色调层104具有线形图案108，因此遮光区R2的半色调层104特别设计成具有虚设图案部DP与遮光部SP，且虚设图案部DP的虚设图案110的宽度对应于线形图案108，为线形图案108的延伸图形，位于线形图案108与邻近的遮光层106之间，而遮光部SP与遮光层106则会与拼接线ST间隔一段距离，该距离即为虚设图案110的长度L1。
请参考图6，图6为本发明第一实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模所形成的光刻图案的部分示意图。如图6所示，本实施例中，光刻图案100’是利用光掩模100在不同位置进行多次曝光步骤而形成。具体而言，其中两次曝光步骤互相以共同相邻的基底拼接线ST’(对应图4所示的拼接线ST)为曝光区域的边界，由此拼接相邻的曝光区域以形成光刻图案100’。换句话说，使用光掩模100进行曝光以形成光刻图案100’，至少包括分别在基底拼接线ST’的两侧各进行一次光刻制作工艺(亦即各进行一次曝光步骤)，以光掩模100上的拼接线ST对应基底拼接线ST’作为曝光区R1的曝光边界。举例而言，其中一次曝光步骤在基底拼接线ST’的左侧形成了对应线形图案108的第一光刻线形图案1081与对应虚设图案110的第一光刻虚设图案1101，并且第一光刻线形图案1081邻接基底拼接线ST’，而第一光刻虚设图案1101位于基底拼接线ST’的右侧，亦即基底拼接线ST位于第一光刻线形图案1081与第一光刻虚设图案1101的交界处。在另一次光刻制作工艺中，则在基底拼接线ST’的右侧形成了第二光刻线形图案1082与第二光刻虚设图案1102，其中第二光刻线形图案1082位于基底拼接线ST’的右侧，而第二光刻虚设图案1102位于基底拼接线ST’的左侧。因此，基底上第二光刻线形图案1082与第一光刻虚设图案1101重叠的部分表示在两次曝光步骤中被重复曝光，而基底上第一光刻线形图案1081与第二光刻虚设图案1102重叠的部分在两次曝光步骤中也被重复曝光，为重复曝光区DE。本实施例中，光刻图案100’中的第一光刻虚设图案1101以及第二光刻虚设图案1102是对应光掩模100中的虚设图案110，由于虚设图案110在第一方向D1上的长度L1范围例如为约0微米至0.2微米，那么若以1/4尺寸的光刻制作工艺而言，则第一光刻虚设图案1101以及第二光刻虚设图案1102在第一方向D1上的长度范围分别为约0微米至约0.05微米，因此重复曝光区DE在第一方向D1上的长度为两者的总和，即范围为约0微米至约0.1微米，但不以此为限。本发明利用前述以拼接线ST为元件图案曝光区R1的边界做重复曝光，特别设计在遮光区R2具有虚设图案110，因此可以减少光掩模100的线形图案108所对应制作的光刻图案100’的误差。例如，当线形图案108所对应制作的光刻图案100’包含金属导线图案时，可以降低拼接金属导线图案时发生短路或断路的机会，并提升金属导线的电性表现，由此以提升重复曝光区DE的光刻图案100’的精准度。
由上述可知，根据本发明一种用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的制作方法，包括提供透光基材102，其表面定义有曝光区R1、遮光区R2以及位于曝光区R1与遮光区R2的边界的拼接线ST，接着在透光基材102上形成图案化的半色调层104与图案化的遮光层106，其中半色调层104位于透光基材102与遮光层106之间，位于曝光区R1内的部分半色调层104的图案对应于图案单元U1，遮光层106至少设于该遮光区R2，且遮光层106于透光基材102表面的投影范围不同于遮光区R2的范围。值得注意的是，当欲转移至基底上的布局图10中的图案单元U1包括沿着第一方向D1延伸至图案单元U1边界的线形元件10a时，则在制作光掩模100时，形成于曝光区R1内的部分半色调层104除了包括对应于线形元件10a的线形图案108沿着第一方向D1延伸并连接至拼接线ST，且遮光区R2内的部分半色调层104还包括遮光部SP与虚设图案部DP，其中虚设图案部DP包括至少一虚设图案110位于遮光部SP与线形图案108之间，作为线形图案108的延伸，其两端分别连接至线形图案108与遮光部SP。并且，遮光部SP在第二方向D2上的宽度大于虚设图案110在第二方向D2上的宽度，例如遮光部SP与遮光层106于透光基材102表面的投影至少部分重叠。再者，本实施例遮光层106于透光基材102表面的投影面积小于遮光区R2，暴露出虚设图案部DP，以使虚设图案110在光刻制作工艺中可以被光刻至基底上。通过虚设图案部DP的设计，在拼接光刻制作工艺时可以形成重复曝光区DE，以改善光刻后在拼接处附近的线形元件的光刻效果。
本发明用于拼接式光刻制作工艺的光掩模及其制作方法并不限于以上所述的实施例，且可以具有其他实施例或变化实施例。为了清楚并简单地描述，后续实施例或变化实施例中相同的部件将标示为相同的标号。为了简单比较第一实施例和其变化实施例之间的差异，以及第一实施例和其他实施例之间的差异，后续将描述不同实施例或变化实施例中的不同之处，而相同部分的特征将不再赘述。
请参考图7至图8，图7为本发明第二实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的局部放大示意图，所绘示部分对应于图3的区域A，图8为本发明第二实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模沿着图7剖面线C-C’的剖面示意图。与图4所示的第一实施例相较，本实施例遮光部SP于透光基材102表面的投影面积大于遮光层106于透光基材102表面的投影面积，亦即遮光层106邻近于拼接线ST的边界沿着第一方向D1向外偏移一段距离d1，其等于所暴露出的遮光部SP的宽度。换句话说，在第一方向D1上，遮光层106与虚设图案110之间具有距离d1，且本实施例的距离d1举例为约0.4微米至约2微米，但不以此为限。由于一般制作光掩模时，所形成的图案化遮光层侧壁容易产生缺陷，例如有凹凸不平的侧壁，会影响后续使用光掩模形成光刻图案的品质，因此本实施例设计使光掩模100的遮光层106的全部或部分内侧边界往外侧偏移距离d1，使全部或部分的遮光层106和虚设图案部DP或拼接线ST之间保持距离，可以减少遮光层106侧壁缺陷对虚设图案110造成不良影响，或是影响后续的光刻图案。在本实施例的一变化实施例中，光掩模100的半色调层104没有设置虚设图案部DP，因此半色调层104的遮光部SP内缘会紧邻着拼接线ST，而遮光层106与拼接线ST之间仍然具有距离d1，亦即遮光层106在遮光区R2暴露出相同于距离d1的宽度的半色调层104，此设计同样将遮光层106的内缘向外侧偏移，可以避免因遮光层106在制作时产生的侧壁缺陷而影响曝光区R1内的光刻效果。
请参考图9至图11，其中图9为本发明第三实施例对应图1图案单元的局部放大示意图，图10为本发明第三实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的局部放大示意图，其对应图2中的区域A，而图11为本发明第三实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模沿着图10剖面线D-D’的剖面示意图。在本实施例中，欲转移的布局图10的图案单元U1包括孔洞元件10b，图9以包括九个孔洞元件10b为例。因此，本发明第二实施例的光掩模100位于曝光区R1内的部分半色调层104也包含至少一开孔112，对应于孔洞元件10b。再者，在本实施例中，配合曝光区R1内半色调层104的图案设计，遮光层106另包括一延伸部EP位于曝光区R1内并设置在开孔112与拼接线ST之间。其中，由开孔112至拼接线ST最短距离的方向上(亦即图10中的第一方向D1)，延伸部EP具有一宽度W2，亦即遮光层106的内缘由拼接线ST向内偏移了宽度W2，而宽度W2范围为约0.4微米至约4.0微米，例如为2.0微米，但不以此为限。
根据本实施例，本发明用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的制作方法与第一实施例的不同处在于，当图案单元U1包括孔洞元件10b时，也就是光掩模100的曝光区R1内的半色调层104包含对应于孔洞元件10b的开孔112时，那么在制作光掩模100时，将遮光层106设计为使其内缘向曝光区R1内偏移，亦即所形成的图案化遮光层106会包括延伸部EP位于曝光区R1内且设置在开孔108b与拼接线ST之间，减少孔洞112与遮光层106之间的距离。遮光层106的内缘由拼接线ST外内移至曝光区R1内的设计可以改善以往光刻制作工艺时在拼接处发生漏光而导致光致抗蚀剂损失的问题，由此以改善光刻效果，使得在显影制作工艺后，拼接处附近能保留足够厚度的光致抗蚀剂，提高光刻制作工艺的精确度与制作元件的良率。
请参考图12至图16，并同时参看图1，其中图12为本发明第四实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模示意图，图13至图17为本发明第四实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模及其制作方法的示意图，其中图13与图14分别为本发明第四实施例用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的膜层检测记号的放大剖面示意图与俯视示意图。如图12所示，本实施例光掩模200用来将图1所示布局图10经由拼接式光刻制作工艺转移至基底上，其中光掩模200为半色调光掩模，布局图10包括至少一第一图案单元以及一第二图案单元，第一图案单元重复并排于布局图10内，且第一图案单元与第二图案单元内的元件图案不相同。举例而言，图1所示的布局图10包括图案单元U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9，且这些图案单元的元件图案与分布各不相同，其中图案单元U1重复并排于布局图10的中间区域，而其他图案单元则位于布局图10的外围区。类似于第一实施例，本实施例的光掩模200包括透光基材102、半色调层104以及遮光层106。其中，透光基材102表面定义有一曝光区R1、一周边遮光区R2a以及一间隔遮光区R2b，为使附图清楚易于解读，图12中的曝光区R1以点状网点图案表示。周边遮光区R2a位于透光基材102的外缘并包围曝光区R1，而间隔遮光区R2b位于曝光区R1的各曝光区单元之间，以使各曝光区单元彼此相隔。曝光区R1至少包括一第一曝光区单元R11与一第二曝光区单元R12，分别对应布局图10的图案单元U1与图案单元U2，间隔遮光区R2b至少位于第一曝光区单元R1a与第二曝光区单元R1b之间使两者相隔。本实施例的间隔遮光区R2b的图案为「井」字型，将曝光区R1划分为九块曝光区单元，因此曝光区R1还包括其他曝光区单元R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19，分别对应布局图10的图案单元U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9，但不以此为限。本实施例的遮光层106至少设于周边遮光区R2a内以及间隔曝光区R2b内，而半色调层104设于遮光层106与透光基材102之间，且同时位于曝光区R1、周边遮光区R2a以及间隔曝光区R2b。再者，位于第一曝光区单元R11的部分半色调层104的图案对应于第一图案单元，例如图1所示的图案单元U1，位于第二曝光区单元R12的部分半色调层104的图案对应于第二图案单元，例如图1所示的图案单元U2，其他依此类推，不再赘述。当光掩模200应用于拼接式光刻制作工艺时，包括利用光掩模200的第一曝光区单元R11进行多次第一曝光步骤，以及利用第二曝光区单元R12进行至少一第二曝光步骤，以在基底上形成互相拼接且对应于第一图案单元的多个第一转移图案与对应于第二图案单元的至少一第二转移图案，其中在进行第一曝光步骤时，会遮盖光掩模200上第一曝光区单元R11以外的区域，例如第二曝光区单元R12与曝光区单元R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19，以使其不能透光，而在进行第二曝光步骤时，会遮盖光掩模200上第二曝光区单元R12以外的区域，例如第一曝光区单元R11与曝光区单元R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19，以使其不能透光。
值得注意的是，本实施例光掩模200另包含至少一膜层检测记号202设于第一曝光区单元R11与第二曝光区单元R12的至少其中一者的角落。本实施例是以光掩模200包含八个膜层检测记号202为例，其中有四个膜层检测记号202设于第一曝光区单元R11的四个角落，另四个膜层检测记号202分别设于第二曝光区单元R11、曝光区单元R14、R16、R19的一个角落，但不以此为限。如图13及图14所示，膜层检测记号202包括一记号范围部MR、一遮光记号部SM以及一半色调记号部HM，其中遮光记号部SM是指遮光层106设置在膜层检测记号202中的部分，半色调记号部HM是指半色调层104在膜层检测记号202中被遮光层106所暴露的部分，而记号范围部MR是指整个膜层检测记号202的外缘部分在透光基材102上所占的范围，如图14所示的俯视图。根据本发明，在膜层检测记号202中的遮光记号部SM与半色调记号部HM的外缘形状实质上相同，例如外缘形状都是矩形或正方形，但遮光记号部SM的外缘尺寸大于半色调记号部HM的外缘尺寸。举例而言，本实施例的膜层检测记号202的最大宽度W3为约45微米，遮光记号部SM的最大宽度W4为约15微米，而半色调记号部HM的最大宽度W5为约5微米，但不以此为限。需注意的是，在膜层检测记号202中，半色调层104同时设置于遮光记号部SM与半色调记号部HM内而不设置在记号范围部MR，遮光层106仅设置在遮光记号部SM内而不设置在半色调记号部HM与记号范围部MR。
根据本发明，在制作光掩模200时，可选择性的一并制作膜层检测记号202，由此以了解光掩模200的制作良率。请参考图15与图16，首先，提供透光基材102，在透光基材102上定义出欲制作膜层检测记号202的预定区域204，其尺寸即为记号范围部MR的外缘尺寸。然后，在透光基材102表面上依序全面形成半色调层104以及遮光层106覆盖透光基材102。接着，对半色调层104与遮光层106进行一第一图案化制作工艺，利用图15所示的第一记号定义图300定义出在预定区域204中欲移除的遮光层106与半色调层104，其中第一记号定义图300包括遮光记号部图案302，其定义出遮光记号部SM的范围，因此第一图案化制作工艺于预定区域204内的中央部分定义出遮光图案206的外缘，并移除预定区域204内的遮光图案206之外的部分遮光层106与部分半色调层104，形成图案化的半色调层104。接着，对遮光层106进行一第二图案化制作工艺，在预定区域204内中央部分的遮光图案206中定义出半遮光图案208，移除半遮光图案208内的部分遮光层106，并暴露出半遮光图案208内的半色调层104，其剖视图如图13所示。第二图案化制作工艺是利用图17所示的第二记号定义图350定义出半遮光图案208，其中第二记号定义图350包括半色调记号部图案352，在第二图案化制作工艺中，移除对应于半色调记号部图案352的部分遮光层106，进一步形成图案化的遮光层106，以使暴露出的半色调层104形成半遮光图案208。因此，由前述可知，半色调记号部图案352小于遮光记号部图案302。在第二图案化制作工艺之后，便完成膜层检测记号202的制作，其中预定区域204内的遮光层106定义为膜层检测记号202的遮光记号部SM，而预定区域204内暴露出的半色调层104定义为膜层检测记号202的半色调记号部HM。前述的第一图案化制作工艺与第二图案化制作工艺，举例为分别先在遮光层106上形成光致抗蚀剂层(图未示)，然后根据第一记号定义图300与第二记号定义图350以电子束照射光致抗蚀剂层，经显影后再对遮光层106与半色调层104进行蚀刻，但不以此为限。根据本发明，在制作完膜层检测记号202后，可以检测半色调记号部HM的中心点与遮光记号部SM的中心点是否重叠，若没有重叠，则可判断半色调光掩模200的制作发生误差，亦即第一图案化制作工艺与第二图案化制作工艺的图形没有精确对应。在本实施例中，光掩模200包含八个膜层检测记号202，因此若各个膜层检测记号202中的半色调记号部HM中心点重叠于遮光记号部SM中心点，或是两者位置差异在预定误差范围内，则可判定在第一图案化制作工艺与第二图案化制作工艺中所定义的半色调层104与遮光层106的图案有良好的对准，确认所制作出光掩模200的精确度。
需注意的是，本实施例中制作膜层检测记号202及检测半色调层104与遮光层106图案对应的方法可不只应用在拼接式光刻制作工艺的光掩模中，任何需要制作两层以上膜层的光掩模(例如半色调光掩模)都可利用制作膜层检测记号202以了解光掩模的良率。
由前述可知，本发明光掩模是应用于拼接式光刻制作工艺，将布局图中重复的图案单元经由多次曝光步骤，转移至基底上以定义出重复的电路图案，所制作出的单一电子元件或芯片的长度或面积可以不受限于单一曝光区域大小的限制。换言之，当整个电路布局或电子元件的尺寸长度或面积大于一般光刻制作工艺的单一照射区域时，利用本发明用于拼接式光刻制作工艺的光掩模重复性地曝光光刻图案单元，可以制作出大于单一图案单元尺寸的电路或电子元件，例如像素数量较高且尺寸较大的影像感测器元件，或是一基底只包含单一芯片的大尺寸元件，上述元件举例为X光感测器芯片，但不限于此。此外，本发明设计遮光层的范围不同于拼接线外的遮光区范围，可以提高拼接式光刻制作工艺的良率。例如当布局图包含线形元件时，使光掩模上所对应的线形图案向遮光区延伸形成虚设图案，并使遮光层的内缘向外偏移并减少遮光层面积，而当布局图包含孔洞元件时，则设计使遮光层向拼接线内延伸，使遮光层更接近半色调层的开孔，通过上述设计，可以有效改善光刻制作工艺后在基底上光刻图案在拼接处的光刻效果。另一方面，本发明第四实施例中所介绍的光掩模可具有多个曝光区单元，分别对应布局图的不同图案单元，还可另外具有一至多个膜层检测记号设于不同曝光区单元中。在光掩模制作完成后，可检测膜层检测记号中半色调记号部的中心点与遮光记号部的中心点是否重叠，由此以判定光掩模的制造良率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。
Claims (22)
1.一种用于拼接式(stitching)光刻制作工艺的光掩模，其用来将一布局图经由一拼接式光刻制作工艺转移至一基底上，该布局图包括一图案单元，该图案单元是重复并排于该布局图内，其特征在于，该光掩模包括：
透光基材，其表面定义有至少一曝光区、至少一拼接线与至少一遮光区，其中该拼接线为该曝光区与该遮光区的边界；
遮光层，设置在该透光基材表面且至少设于该遮光区，其中该遮光层于该透光基材表面的投影范围不同于该遮光区的范围；以及
半色调(halftone)层，设于该遮光层与该透光基材之间，其中部分该半色调层设于该遮光区内，部分该半色调层设于该曝光区内，且位于该曝光区内的部分该半色调层的图案对应于该图案单元；
其中当该光掩模应用于该拼接式光刻制作工艺时，是利用该光掩模进行多次曝光步骤，并以该光掩模的该拼接线作为该多次曝光步骤的拼接边界，以在该基底上形成互相拼接且对应于该图案单元的多个转移图案。
2.如权利要求1所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其中位于该曝光区内的部分该半色调层包含至少一线形图案沿着一第一方向延伸，且该线形图案连接至该拼接线，而该半色调层位于该遮光区的部分包括遮光部与虚设图案部，其中该虚设图案部包括至少一虚设图案，该虚设图案位于该遮光部与该线形图案之间以及位于该线形图案与该遮光层之间，且该虚设图案的两端分别连接至该线形图案与该遮光部，该遮光部在一第二方向上的宽度大于该虚设图案在该第二方向上的宽度，该第二方向与该第一方向相交，该遮光层与该虚设图案部在该透光基材表面的投影不重叠，且该遮光部与该遮光层在该透光基材表面的投影至少部分重叠。
3.如权利要求2所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其中该虚设图案在该第一方向上的长度范围为约0.08微米(micrometer，μm)至约0.4微米，而该虚设图案在该第二方向上的宽度实质上相同于该线形图案在该第二方向上的宽度。
4.如权利要求2所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其中该遮光部于该透光基材表面的投影面积大于该遮光层于该透光基材表面的投影面积。
5.如权利要求4所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其中在该第一方向上，该遮光层与该虚设图案之间的最小距离为约0.4微米至约2.0微米。
6.如权利要求1所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其中位于该曝光区内的部分该半色调层包含至少一开孔，且该遮光层包括延伸部，位于该曝光区内并设置在该开孔与该拼接线之间。
7.如权利要求6所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其中在由该开孔至该拼接线最短距离的方向上，该延伸部的宽度范围为约0.4微米至约4.0微米。
8.如权利要求1所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其中该半色调层的透光率范围为约3％至约20％，该遮光层的透光率为0％。
9.一种用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其用来将一布局图经由一拼接式光刻制作工艺转移至一基底上，该布局图包括至少一第一图案单元以及一第二图案单元，且该第一图案单元是重复并排于该布局图内，其特征在于，该光掩模包括：
透光基材，其表面定义有曝光区、周边遮光区以及间隔遮光区，其中该曝光区至少包括第一曝光区单元与第二曝光区单元，该周边遮光区位于该透光基材的外缘并包围该曝光区，该间隔遮光区至少位于该第一曝光区单元与该第二曝光区单元之间；
遮光层，设置在该透光基材表面且至少设于该周边遮光区内以及该间隔遮光区内；
半色调层，设于该遮光层与该透光基材之间，且位于该第一曝光区单元的部分该半色调层的图案对应于该第一图案单元，位于该第二曝光区单元的部分该半色调层的图案对应于该第二图案单元；
其中当该光掩模应用于该拼接式光刻制作工艺时，包括利用该光掩模的该第一曝光区单元进行多次第一曝光步骤，以及利用该第二曝光区单元进行至少一第二曝光步骤，以在该基底上形成互相拼接且对应于该第一图案单元的多个第一转移图案与对应于该第二图案单元的至少一第二转移图案，其中在进行该些第一曝光步骤时，会遮盖该第二曝光区单元以使其不能透光，而在进行该第二曝光步骤时，会遮盖该第一曝光区单元以使其不能透光。
10.如权利要求9所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其中该间隔遮光区的图案为井字型，并且该间隔遮光区将该曝光区划分为九块曝光区单元。
11.如权利要求9所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其另包含膜层检测记号，设于该第一曝光区单元与该第二曝光区单元的至少其中一者的角落，该膜层检测记号包括记号范围部、遮光记号部以及半色调记号部，其中在该膜层检测记号中，该半色调层设置于该遮光记号部与该半色调记号部而不设置在该记号范围部，该遮光层仅设置在该遮光记号部而不设置在该半色调记号部与该记号范围部，该遮光记号部与该半色调记号部的外缘形状实质上相同，但该遮光记号部的外缘尺寸大于该半色调记号部的外缘尺寸。
12.如权利要求11所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模，其中该膜层检测记号的最大宽度为约45微米，该遮光记号部的最大宽度为约15微米，而该半色调记号部的最大宽度为约5微米。
13.一种用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的制作方法，该光掩模用来将一布局图经由一拼接式光刻制作工艺转移至一基底上，该布局图包括一图案单元，且该图案单元是重复并排于该布局图内，该制作方法包括：
提供一透光基材，其表面定义有至少一曝光区、至少一拼接线与至少一遮光区，其中该拼接线为该曝光区与该遮光区的边界；以及
在该透光基材上形成图案化的半色调层与图案化的遮光层，其中该半色调层位于该透光基材与该遮光层之间，部分该半色调层设于该遮光区内，部分该半色调层设于该曝光区内，且位于该曝光区内的部分该半色调层的图案对应于该图案单元，而该遮光层至少设于该遮光区，且该遮光层于该透光基材表面的投影范围不同于该遮光区的范围；
其中当该光掩模应用于该拼接式光刻制作工艺时，利用该光掩模进行多次曝光步骤，并以该光掩模的该拼接线作为该多次曝光步骤的拼接边界，以在该基底上形成互相拼接且对应于该图案单元的多个转移图案。
14.如权利要求13所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的制作方法，其中当该图案单元包括一线形元件，沿着一第一方向延伸至该图案单元的边界时，形成于该曝光区内的部分该半色调层包括至少一线形图案对应于该线形元件，且该线形图案沿着该第一方向延伸并连接至该拼接线，而形成于该遮光区内的部分该半色调层包括遮光部与虚设图案部，其中该虚设图案部包括至少一虚设图案，该虚设图案位于该遮光部与该线形图案之间以及位于该线形图案与该遮光层之间，且该虚设图案的两端分别连接至该线形图案与该遮光部，该遮光部在一第二方向上的宽度大于该虚设图案在该第二方向上的宽度，该第二方向与该第一方向相交，该遮光层与该虚设图案部在该透光基材表面的投影不重叠，且该遮光部与该遮光层在该透光基材表面的投影至少部分重叠。
15.如权利要求14所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的制作方法，其中该虚设图案在该第一方向上的长度范围为约0.08微米至约0.4微米，而该虚设图案在该第二方向上的宽度实质上相同于该线形图案在该第二方向上的宽度。
16.如权利要求14所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的制作方法，其中该遮光部于该透光基材表面的投影面积大于该遮光层于该透光基材表面的投影面积。
17.如权利要求16所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的制作方法，其中在该第一方向上，该遮光层与该虚设图案之间的距离为约0.4微米至约2.0微米。
18.如权利要求13所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的制作方法，其中当该图案单元包括一孔洞元件时，形成于该曝光区内的部分该半色调层包含开孔，对应于该孔洞元件，且该遮光层包括延伸部，位于该曝光区内，并设置在该开孔与该拼接线之间。
19.如权利要求13所述的用于拼接式光刻制作工艺的光掩模的制作方法，其中该半色调层的透光率范围为约3％至约20％，该遮光层的透光率为0％。
20.一种半色调光掩模的制作方法，其特征在于，包括：
提供一透光基材，在该透光基材上定义出一膜层检测记号的一预定区域；
在该透光基材表面上依序全面形成一半色调层与一遮光层；
对该半色调层与该遮光层进行一第一图案化制作工艺，在该预定区域内的中央部分定义出一遮光图案，并移除该预定区域内的该遮光图案之外的部分该遮光层与部分该半色调层；
对该遮光层进行一第二图案化制作工艺，在该预定区域内的中央部分定义出一半遮光图案，并移除该半遮光图案内的部分该遮光层，并暴露出该半遮光图案内的该半色调层，其中该半遮光图案小于该遮光图案，且在该第二图案化制作工艺后，该预定区域内的该遮光层定义为该膜层检测记号的一遮光记号部，该预定区域内被该遮光层暴露出的部分该半色调层定义为该膜层检测记号的一半色调记号部；以及
检测该半色调记号部的中心点与该遮光记号部的中心点是否重叠，若没有重叠，则判断半色调光掩模的制作发生误差。
21.如权利要求20所述的半色调光掩模的制作方法，其中该半色调记号部与该记号范围部的外缘形状实质上相同。
22.如权利要求20所述的半色调光掩模的制作方法，其中该预定区域的最大宽度为45微米，该遮光记号部的最大宽度为15微米，而该半色调记号部的最大宽度为5微米。
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