CN1206701C - 光掩模组结构与微影制程 - Google Patents
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Abstract
一种光掩模组结构与微影制程，适用于光致抗蚀剂层上，在该光致抗蚀剂层中形成预定的曝光图案。此光掩模组结构包括各具不同图案的数个光掩模；而在微影制程时，分别以每一个光掩模对光致抗蚀剂层进行一次曝光，并于多次曝光后形成预定图案于光致抗蚀剂层之中。
Description
技术领域
本发明是关于一种半导体业所使用的设备与制程，特别是关于一种光掩模组(Photo Mask Set)结构与使用此光掩模组结构的微影(Lithography)制程。
背景技术
随着半导体组件的尺度日渐缩小，曝光制程的分辨率也须持续提高。根据Rayleigh’s理论，曝光时曝光图案的分辨率(Resolution)可以表示如下：
R(分辨率)＝K1×λ/NA (1)
其中λ为曝光光源的波长，NA为曝光光学仪器的数值孔径(NumericalAperture)，而K1为与制程相关的参数，其值依光致抗蚀剂层的材质、厚度，或曝光的方式而定。由式(1)可见，为提高图案的分辨率，除了使用波长较短的曝光光源外，还可通过降低K1值来达到。
然而，当K1值小于0.4时，如果形成于光致抗蚀剂层中的图案图形间距/宽度(Pitch/Size)过小，或图形间距/宽度差异过大，则最佳曝光条件不易找到，其原因解释如下。当图形间距/宽度过小时，由于曝光部分过于靠近，使得透出光波的干涉现象较为严重，所以曝光图案常常产生变形。另外，当欲形成的图案的图形间距/宽度不一时，由于使用单一光掩模时的曝光条件并不能满足此图案中每一种间距/宽度的图形的需求，所以形成的曝光图案容易产生扭曲，或是使得光掩模中微细图形(Features)的转移不够精确，此即表示微影制程裕度(Lithography Process Window)的降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种光掩模组结构与微影制程，以解决上述公知技艺中所遭遇的微影制程裕度降低的问题。
本发明所提出的光掩模组结构包含各具不同图案的数个光掩模，而在微影制程时分别以每一个光掩模对光致抗蚀剂层进行一次曝光，并在多次曝光后形成预定图案于光致抗蚀剂层之中。其中，每一个光掩模本身的图形间距/宽度大于预定图案的图形间距/宽度，或是每一个光掩模本身的图形间距/宽度大致相同，但预定图案的图形间距/宽度不同。此外，在本发明所提出的光掩模组结构中，各光掩模的图形特征可以是线状、岛状(Island)、或是接触窗开口(Contact Hole)形状等等。
如上所述，由于在本发明所提出的光掩模组结构与微影制程中，是以数个光掩模进行多次曝光来形成预定的曝光图案，而每一个分解的光掩模的图形间距/宽度增大，或是图形间距/宽度大致相同，所以每次曝光的微影制程裕度皆可以提升。因此，整体来说，最后所得的曝光图案的微影制程裕度也可以增加。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图，作详细说明：
附图说明
图1A-1C是本发明的较佳实施例中，连续使用两个本身图形间距/宽度较大且相同的光掩模对光致抗蚀剂层曝光后，得到图形间距/宽度较小且不一致的图案的情形，其中图1A是两个光掩模的剖面图。
图2A-2B是本发明的较佳实施例中，两个图形间距/宽度相同的光学近接修正光掩模以辅助线(Assistant Bar)作为图案修正的情形。图2A与图2B的上方为剖面图，下方为正视图。另外，图2C为角块(Serifs)光学近接修正的示意图。
图3A是本发明的较佳实施例中，衰减相移式光掩模的剖面图(上)与正视图(下)。图3B为环相移式光掩模的剖面图(上)与正视图(下)。图3A与图3B中仅以两个光掩模所组成的光掩模组中之一个光掩模为例。
附图标记说明：
104 光致抗蚀剂层
115、125 光掩模
110、120、130、140、150、160透光部分
114、124、134、144、154、164曝光图形
188 光源
215、225 光掩模
210、220、230、240、250、260主要透光部分
214、224、234、244、254、264辅助线
285 角块
315、355 光掩模
310、350 透光部分
320、370 半透光相移层
360 不透光部分
a1、b1、a2、b2、d1、d2 间距/宽度(光掩模图形)
a1′、b1′、a2′、b2′、d1′、d2′间距/宽度(曝光图形)
具体实施方式
为便于清楚说明起见，在本发明的较佳实施例中，仅以使用两个光掩模对光致抗蚀剂层进行两次曝光(每次曝光只使用一个光掩模)的过程为例，并以图1A-1C帮助了解。
请参照图1A-1C，其是本发明之一较佳实施例中，连续使用本身图形间距/宽度较大且相同的光掩模115与125对光致抗蚀剂层104曝光后，得到图形间距/宽度较小且不一致的图案的情形。请参照图1A，光掩模115本身的不透光部分宽度皆为b1，其间的透光部分110、120、130宽度皆为a1。而光掩模125不透光部分宽度皆为b2，其值例如与光掩模115的不透光部分宽度b1相同，而透光部分140、150、160的宽度皆为a2，其值例如与光掩模115中透光部分110、120、130宽度a1相同。相对于光掩模115与光掩模125，其各自透光部分110、120、130及透光部分140、150、160的位置错开一段距离，使得各自透光部分的位置交错排列。例如，光掩模115的透光部分110与光掩模125的透光部分140之间距为d1，而光掩模125的透光部分140与光掩模115的透光部分120之间距为d2。在此例中，间距d1与间距d2的值是不相同的。
接着，请参照图1B，以光源188与光掩模115对光致抗蚀剂层104曝光，则光源188会穿过光掩模115的透光部分110、120、130，而在光致抗蚀剂层中形成曝光图形114、124、134。请参照图1C，接着以光源188与光掩模125对光致抗蚀剂层104曝光，则光源188会穿过光掩模125的透光部分140、150、160，而于光致抗蚀剂层104中加上曝光图形144、154、164。在曝光图形114～164的中，如图1B所示，对于曝光图形114、124、134而言，其宽度同为a′1且间距同为b′1，因此具有较大的制程裕度；而如图1C所示，对于曝光图形144、154、164而言，其宽度同为a′2且间距同为b′2，因此同样具有较大的制程裕度。
如图1C所示，光致抗蚀剂层104中曝光图形114与曝光图形144之间距为d′1，而曝光图形144与曝光图形124之间距则为d′2，其中间距d′1与间距d′2并不相同，且二者皆小于使用单一光掩模115、125所得的曝光图形间距b′1(图1B)或b′2，这是由于光掩模115与光掩模225中图形位置错开的关系。因此，通过两个光掩模图形位置的变化，即可使用两个图形间距/宽度相同的光掩模来形成图形间距/宽度不同的曝光图案，或是说可使用两个图形间距/宽度较大的光掩模来形成图形间距/宽度较小的曝光图案。显然地，图形间距/宽度相同的光掩模在微影制程的裕度大于图形间距/宽度不同光掩模的制程裕度；或者图形间距/宽度较大的光掩模的制程裕度也大于图形间距/宽度较小光掩模的制程裕度，因而本发明显然可以提高微影的制程裕度。
除此之外，为使曝光图案更靠近原先的设计，可以使用一些不同类型的光掩模，例如光学近接修正(Optical Proximity Correction；OPC)光掩模与相移式光掩模(Phase Shifting Mask；PSM)的结构。其中光学近接修正光掩模包括辅助线(Assistant Bars)、锤形(Hammerhead)、角块(Serifs)、与凹凸(Jogs)型式的光学近接修正图形；而相移式光掩模包括衰减(Attenuated)相移式光掩模、环(Rim)相移式光掩模等等。
请参照图2A-2B，其是本发明的较佳实施例中，两个图形间距相同的光学近接修正光掩模以辅助线作为图案修正的情形，图2A与图2B的上方为剖面图，下方为俯视图。其中，光掩模215具有用来形成图案的主体的主要透光部分210、220、230，以及用来修正图案的辅助线214、224、234；而光掩模225则具有用来形成图案的主体的主要透光部分240、250、260，以及用来修正图案的辅助线244、254、264。
在本实施例中，两个光掩模215与225的图形的辅助线位于同一光掩模之上，请对比图2A与图2B中各透光部分与辅助线的位置，此处辅助线214、224、234分别为主要透光部分210、220、230的辅助线，而辅助线244、254、264分别为主要透光部分240、250、260的辅助线。
另外，光学近接修正光掩模尚包括角块形图形修正，此角块修正例如存在于光掩模215的上。请参照图2C，角块285位于图中所示的线状图形的末端，在曝光时会产生光学近接修正效应，而形成如图2C中点线所标示的近于直角的曝光图形。
接着说明本发明的较佳实施例中，所使用光掩模为相移式光掩模的情形，并以衰减相移式光掩模与环相移式光掩模为例，如图3A与图3B所示。此处须特别说明的是，由于两个图形间距相同的光掩模的图案变化相似，此处仅以两个相移式光掩模中之一为例，另一光掩模的情形可类推而得。
请参照图3A，其为衰减相移式光掩模的剖面图(上)与正视图(下)。在图3A所示的光掩模315中，透光部分310与半透光相移层320间隔排列。在进行曝光时，与通过透光部分310的光波相较，通过半透光相移层320的光波的电磁场相角差异为180°，且振幅会减弱。因此在曝光时，透光部分310边缘的外的光波电磁场可被抵消，而使曝光图案品质更好。
此外，图3B为环相移式光掩模的剖面图(上)与正视图(下)。在图3B所示的环相移式光掩模355中，半透光相移层370系位于不透光部分360的边缘。在进行曝光时，与通过透光部分350的光波相较，通过半透光相移层370的光波的电磁场相角差异为180°，且振幅会减弱。因此在曝光时，透光部分350边缘的外的光波电磁场可被抵消，而使曝光图案品质更好。
因此，通过上述光学近接修正光掩模、衰减相移式光掩模或环相移式光掩模，可以进一步提高本发明制程的裕度及精度。
如上所述，由于在本发明较佳实施例的光掩模组结构与微影制程中，是使用本身具有相同图形间距/宽度的两个光掩模分别进行一次曝光，而在两次曝光后得到具不同图形间距/宽度的曝光图案，所以制程中可以依照每一个光掩模图案的图形间距/宽度，而以其最佳曝光条件对光致抗蚀剂层曝光。因为每一个分解后的曝光图案的微影制程裕度皆可调整至最佳状况，所以整体来说，最后所得的完整曝光图案的微影制程裕度也可以增加。
另外，由于在本发明较佳实施例的光掩模组结构与微影制程中，是使用两个图形间距/宽度较大的光掩模分别进行一次曝光，而在两次曝光后得到具有较小图形间距/宽度的曝光图案，所以相邻透光部分的干扰得以减少，使得曝光图案品质提升。
除此之外，对于图形间距/宽度过小，或是变化过大的曝光图案，更可将其分解而制出两个以上图形间距/宽度大致相同的光掩模，再分别以每一个光掩模进行一次曝光。在每一次曝光过程中，皆可以使用每一个光掩模的最佳曝光条件，以于多次曝光完成后得到较佳的整体图案。
另外，除本发明举例说明的线状图形的外，如果欲形成间距/宽度有差异(或过小)的岛状图形或接触窗开口图形，也可使用本发明所提出的光掩模组结构与微影制程，将其拆解为间距/宽度大致相同(或较大)的岛状图形或接触窗开口图形的数个光掩模，并分别使用每一个光掩模进行一次曝光来形成预定图案，以提升图案的品质。
虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书范围所界定为准。
Claims (15)
1、一种光掩模组结构，其适用于光致抗蚀剂层的微影制程中，其特征在于：其在光致抗蚀剂层中形成预定曝光图案，其包含各具不同图案的复数个光掩模，且在分别以每一光掩模对该光致抗蚀剂层进行一次曝光之后，即可得到该预定曝光图案。
2、根据权利要求1所述的光掩模组结构，其特征在于：其中每一光掩模本身的图形间距/宽度相同，而预定曝光图案的图形间距/宽度不同。
3、根据权利要求1所述的光掩模组结构，其特征在于：其中每一光掩模本身的图形间距/宽度大于该预定曝光图案的图形间距/宽度。
4、根据权利要求1所述的光掩模组结构，其特征在于：其中光掩模组结构是使用相移式方法或光学近接修正方法之一、或同时使用该两种方法所形成。
5、根据权利要求4所述的光掩模组结构，其特征在于：这些相移式光掩模的型式包括环相移式或衰减少相移式或该两种相移型式同时使用的光掩模。
6、根据权利要求4所述的光掩模组结构，其特征在于：这些光学近接修正式光掩模中的光学近接修正图形的样式包括辅助线、锤形、角块与凹凸。
7、根据权利要求4所述的光掩模组结构，其特征在于：这些光掩模的图案特征包括线状图形。
8、根据权利要求4所述的光掩模组结构，其特征在于：这些光掩模的图案特征包括接触窗型式的图形。
9、一种光掩模组结构，适用于光致抗蚀剂层的微影制程中，其特征在于：其在该光致抗蚀剂层中形成图形间距/宽度不同且图形间距/宽度较小的一预定曝光图案，该光掩模组结构包含各具不同图案的复数个光掩模，其中每一这些光掩模本身之图案的图形间距/宽度相同且图形间距/宽度较大，且在分别以每一这些光掩模对该光致抗蚀剂层进行一次曝光之后，即可得到该预定曝光图案。
10、根据权利要求9所述的光掩模组结构，其特征在于：其中光掩模组结构是使用相移式方法或光学近接修正方法之一，或同时使用该两种方法所形成。
11.如权利要求10所述的光掩模块结构，其特征在于，该些相移式光掩模的型式包括环相移式或衰减相移式或该两种相移型式同时使用的光掩模。
12.如权利要求10所述的光掩模块结构，其特征在于，该些光学近接修正式光掩模中的光学近接修正图形的样式包括辅助线、锤形、角块与凹凸。
13、根据权利要求10所述的光掩模组结构，其特征在于：这些光掩模的图案特征包括线状图形。
14、根据权利要求10所述的光掩模组结构，其特征在于：这些光掩模的图案特征包括接触窗型式的图形。
15、一种使用根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14中任何一项所述的光掩模组结构的微影制程，其特征在于：其中是分别以每一个光掩模对光致抗蚀剂层进行一次曝光，以得到预定曝光图案。
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