CN1405627A - 一种交替式相位移光罩 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种交替式相位移光罩(alternatingphaseshifting mask，Alt－PSM)，特别应用于248nm光源的两次曝光(double exposure)微影制程中；本发明的相位移光罩主要包含有：(1)一透明基板；(2)至少一设于该透明基板上的半密集线条，其中该半密集线条的一侧为宽度至少大于2微米的透光区域，另一侧则相邻于一窄间距(pitch)密集线图案；(3)一第一相位移区域，设置于该密集线条图案以及该半密集线条之间，并紧邻于该半密集线条；以及(4)一具有一预定宽度的第二相位移区域，紧邻于该半密集线条，设置于与该第一相位移区域相反的一侧；其中该第一相位移区域与该第二相位移区域的相位差为180度。

Description

一种交替式相位移光罩
技术领域
本发明是关于一种相位移光罩(phase shifting mask，PSM)，尤指一种能够有效改善半密集线条(semi-dense line)球形像差(spherical aberration)的交替式相位移光罩(alternating phaseshift mask，Alt-PSM)，特别是应用于248nm光源的两次曝光(double exposure)微影制程中。本发明特别可以增加曝光制程宽裕度(process window)。
背景技术
在集成电路制程中，微影制程(lithographic process)早已成为一不可或缺的技术，同时，微影制程也成为限制组件尺寸(feature size)的主要因素之一。借由微影制程，半导体制造者才能够顺利将电子电路布局图案精确且清晰地转移至半导体芯片上。微影制程主要是先将设计的图案，诸如电路图案或者是布植区域布局图案等，形成于一个或多个光罩上，然后再借由曝光将光罩上的图案利用步进及扫瞄机台(stepper & scanner)转移到半导体芯片上。目前比较成熟的微影技术是利用光学微影技术，使用的光源包括有KrF激光(248nm)、ArF激光(193nm)以及F2激光(157nm)等，其中又以KrF激光曝光技术较为成熟，而其它两种曝光技术以及非光学(non-optical)微影技术，例如EUV(extreme UV)以及电子束(e-beam)等，则都还在发展阶段。
根据1999年美国半导体工业协会(Semiconductor IndustryAssociation，SIA)所发布的半导体技术发展进程图(International Technology Roadmap for Semiconductor，ITRS)，至公元2002年为止，工业界的半导体组件最小尺寸应可以缩小至0.13微米(相当于130奈米)以下。波长为193nm的ArF激光曝光技术虽然可以符合0.13世代的要求，然而，由于ArF激光曝光技术成本过高，因此为了达到与ArF激光曝光技术相当的微影效能(lithography performance)，并且延长248nm微影设备的生命周期，另一解决方案结合了分辨率强化技术(resolutionenhancement technique，RET)以及KrF激光曝光技术即在此前提下迅速地发展。
在目前许多的分辨率强化技术(RET)中，能够在某特定波长光源将组件尺寸缩至最小的技术，是利用交替式相位移光罩(alternating phase shifting mask，Alt-PSM)的两次曝光(doubleexposure)微影技术。两次曝光微影技术除了使用交替式相位移光罩之外，还需使用一修整光罩(trim mask)，才能完成图形的转移。这种技术首先由数值科技公司(Numerical Technologies，Inc.，NTI)的王耀丁(译名)等人发展出来，并详细揭露于美国专利第5,858,580号中。然而，此利用交替式相位移光罩的光学接近修正(optical proximity correction，OPC)技术仍然具有一些缺点，这些缺点包括在相位移(phase shifted)以及非相位移(non-phaseshifted)区域之间产生的光穿透不平衡(transmission imbalance)问题，以及交替式相位移光罩上的制造缺陷。
除此之外，随着组件堆积密度(packing density)的增加，组件(尤其指闸极)之间的间距(pitch)也随之缩小，造成在光罩上经常具有呈紧密排列的密集线条(dense line)图案、半密集(或半孤立)线条图案或孤立线条(isolated line)图案。不幸的是，习知的交替式相位移光罩设计并无法解决由于半密集线条图案所产生的球形像差(spherical aberration)问题。如此一来，使得要同时在一光阻中曝出密集线条图案以及半密集线条图案的制程宽裕度(process window)往往十分狭小，进而造成产品在微影制程阶段良率无法提升。
请参考图1，图1为习知交替式相位移光罩的部分区域放大示意图。为了方便说明习知技术的缺点，图1中只显示与本发明相关的区域10。如图1所示，区域10包含有一密集线条区域12以及一半密集线条区域14。密集线条区域12包括有复数条紧密排列的密集线条4a，b形成于一由石英(Quartz)所构成的光罩基板上。半密集线条区域14则包含有一半密集线条5，形成于密集线条区域12边缘。密集线条4a，b以及半密集线条5一般是由不透光材料例如铬(chromium，Cr)所构成。间距(pitch)20即定义为线宽(L)与线距(S)之和。通常，半密集线条5是指一侧具有与密集线条4a，b相当的间距(通常指400nm以下)，而在另一侧则具有较大的间距(通常指大于400nm以上)。另外，在密集线条4a以及密集线条b之间为一180度相位移区域(phase shifting area)1，在密集线条4a以及半密集线条5之间为一0度相位移区域2，在半密集线条5的另一侧则为一宽间距180度相位移区域3。
请参阅图2，图2为利用习知交替式相位移光罩所产生的中心焦距(center focus)对间距(pitch)的作图。其中纵轴为中心焦距，单位为微米，横轴为间距，单位为奈米(nm)。由图2可看出，当光罩上的线条间距超过500奈米以上，即所谓的半密集线条图案，则会发生中心焦距偏移的现象。在间距为300nm至400nm之间时，中心焦距约为-0.45微米至-0.4微米之间，然而当间距增加至650nm至700nm之间时，中心焦距偏移至-0.7微米左右。如此一来，造成密集线条图案(间距在400nm以下)与半密集线条图案(间距在400nm以上)的重叠制程宽裕度(process window)不足。如图3所示，纵轴为能量，横轴代表焦距，区域25为密集线条图案产生的制程宽裕度范围，区域26为半密集线条图案产生的制程宽裕度范围。由于半密集线条图案的中心焦距飘移，造成区域25以及区域26重叠区域27变小，而重叠区域27的大小即代表曝光制程宽裕度大小。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种能够有效改善半密集线条(semi-dense line)球形像差(spherical aberration)的交替式相位移光罩，可以增加曝光制程宽裕度(process window)，以应用在应用于248nm光源的两次曝光(double exposure)微影制程中。
为达成本发明的目的，本发明较佳实施例中的相位移光罩主要包含有：(1)一透明基板；(2)至少一设于该透明基板上的半密集线条，其中该半密集线条的一侧为宽度至少大于2微米的透光区域，另一侧则相邻于一窄间距(pitch)密集线图案；(3)一第一相位移区域，设置于该密集线条图案以及该半密集线条之间，并紧邻于该半密集线条；以及(4)一具有一预定宽度的第二相位移区域，紧邻于该半密集线条，设置于与该第一相位移区域相反的一侧；其中该第一相位移区域与该第二相位移区域的相位差为180度。
本发明另一实施例中交替式相位移光罩(Alt-PSM)，其包含有：(1)一透光基板；(2)一密集线条(dense line)图案，设于该透光基板上；(3)至少一半密集线条图案，设于该密集线条图案的边缘；(4)一具有一第一预定宽度的第一相位移区域(phase shiftingarea)，设置于该密集线条图案以及该半密集线条图案之间，并紧邻于该密集线条图案；(5)一与该第一相位移区域不相连接且具有一第二预定宽度的第二相位移区域，设置于该密集线条图案以及该半密集线条图案之间，并紧邻于该半密集线条图案；以及(6)一具有与该第二相位移区域相同宽度的第三相位移区域，设置于与该第二相位移区域相反的一侧，并紧邻于该半密集线条图案。
其中该第一相位移区域以及该第二相位移区域的相位差为0度，该第二相位移区域以及该第三相位移区域的相位差为180度。
附图说明
图1为习知交替式相位移光罩的部分区域放大示意图；
图2为利用习知交替式相位移光罩所产生的中心焦距对间距的作图；
图3为利用习知交替式相位移光罩能量对焦距的作图；
图4为本发明交替式相位移光罩的部分区域放大示意图；
图5至图7为本发明第二实施例交替式相位移光罩部分区域示意图；
图8为本发明第三实施例交替式相位移光罩部分区域的示意图；
图9为利用本发明交替式相位移光罩所产生中心焦距对间距作图；
图10为利用本发明交替式相位移光罩能量对焦距的作图。
图号说明：1      180度相位移区域    2        0度相位移区域3      180度相位移区域    4a，b    密集线条5      半密集线条         10       光罩的部分区域12     密集线条区域       14       半密集线条区域20     间距               25       区域26     区域               27       重叠区域100    光罩部分区域       101      相位移区域102    相位移区域         103      相位移区域104    透光区域           112      密集线条区域114    半密集线条区域     124a，b  密集线条125    半密集线条         200      线路图形201a   半密集线条         201b     半密集线条202    密集线条           203      接触窗图案301    透光区域           301a     透光区域301b   不透光区域         301c     不透光区域310    相位移区域         312      相位移区域314    相位移区域         316      相位移区域401    透光区域           410a     透光区域410b   透光区域           410c     透光区域500    相位移光罩         500a     透光区域501    半密集线条图案     502      半密集线条图案503    半密集线条图案     504      半密集线条图案505    半密集线条图案     510      相位移区域511    相位移区域         512      相位移区域513    相位移区域         514      相位移区域515    相位移区域         516      相位移区域517     相位移区域              518      相位移区域519     相位移区域
具体实施方式
请参阅图4，图4为本发明交替式相位移光罩(Alt-PSM)的部分区域放大示意图。为了方便说明本发明的技术特征，图4中只显示与本发明相关的区域100。如图4所示，区域100包含有一密集线条(dense line)区域112以及一半密集线条(semi-dense line)区域114。密集线条区域112包括有复数条紧密排列的密集线条124a，b形成于一由石英所构成的光罩基板上。在本发明的较佳实施例中，密集线条124a，b的线宽(L)约为0.15微米。半密集线条区域114则包含有一半密集线条125，形成于密集线条区域112边缘。在本发明的较佳实施例中，半密集线条125的线宽(L)约为0.15微米，而密集线条124a与半密集线条125之间的线距(S)约为0.2微米，因此密集线条124a与半密集线条125之间的间距约为0.35微米(350nm)。在半密集线条125的另一侧则为一大面积的透光区域104。密集线条124a，b以及半密集线条125一般是由不透光材料例如铬(Cr)所构成。在其它实施例中，密集线条124a，b以及半密集线条125则可以由铝(Al)或MoSi等类似材料所构成。本发明所使用的光源主要为KrF激光(254nm)，并使用高数值孔径(numerical aperture，NA)(＞0.6)的曝光条件。然而，本发明并不只限定在此曝光条件下。
同样地，在密集线条124a以及密集线条124b之间为一180度相位移区域(phase shifting area)101，在密集线条124a以及半密集线条125之间为一0度相位移区域102，在半密集线条125的另一侧则为一相位180度且具有固定宽度w的相位移区域103。在本发明的另一实施例中，相位移区域101的相位为0度，相位移区域102的相位为180度，相位移区域103的相位为0度。长条式的相位移区域103仅占透光区域104的一小部分，形成于半密集线条125的一侧。本发明与习知交替式相位移光罩最大的不同在于，习知交替式相位移光罩为了制作光罩的方便，往往在半密集线条具有较大的间距侧定义出较大面积的相位移区域，如此一来使球形像差在半密集线条区域更为严重，而本发明则限制半密集线条在具有较大的间距侧的相位移区域103，其宽度为w的范围介于200至1000nm，较佳在200至400nm之间。
请参阅图5至图7，图5至图7为本发明第二较佳实施例的示意图。其中图5为预计成像于一正光阻上的线路图形200，图6显示本发明欲形成图5中的线路图形所使用的交替式相位移光罩布局，图7显示一修整光罩图形。如图5所示，预计成像于光阻上的线路图形200包含有一线宽小于0.18微米的半密集线条201a，b以及一线宽小于0.18微米的密集线条202，设于半密集线条201a，b之间。在半密集线条201a以及密集线条202的末端各为一接触窗图案(viapattern)203。半密集线条201a以及密集线条202的间距为P1，密集线条202以及半密集线条201b的间距为P2。在此实施例中，P1约等于P2，皆约为350nm。
请参阅图6，为了在光阻层中曝出图5中的目标图形(targetpattern)，同时又能够获得较大的制程宽裕度，本发明采用一如图6中所示的交替式相位移光罩布局。在图6中，0度相位移区域(phaseshifting region)310、180度相位移区域312、0度相位移区域314、180度相位移区域316皆为透光区域。区域301以及区域301a，b，c则为不透光区域，可以铬(Cr)，铝(Al)或MoSi的材料所构成。其中0度相位移区域310具有一预定宽度w1，并紧邻于区域301a的一侧，180度相位移区域312填满区域301a以及区域301c之间的空间，0度相位移区域314填满区域301c以及区域301b之间的空间，180度相位移区域316具有一预定宽度w2，并紧邻于区域301b的一侧。为了得到分辨率较佳的影像，建议0度相位移区域310的宽度w1以及180度相位移区域316宽度w2皆大于200nm，一般而言，w1以及w2介于200nm至1000nm之间。
请参阅图7，图7显示第二次曝光所使用的修整光罩(trim mask)图案，主要用来形成半密集线条201a以及密集线条202的末端的接触窗图案203。其使用时机是在完成图5中相位移光罩的曝光后，再利用此修整光罩进行同一区域的曝光。如图7所示，修整光罩上包含有一透光区域401，一不透光区域410a、一不透光区域410b以及一不透光区域410c。同样地，不透光区域410a、不透光区域410b以及不透光区域410c可以铬(Cr)，铝(Al)或MoSi的材料所构成，用来完成图5中半密集线条201a、半密集线条b、密集线条202以及接触窗203的成像。由于本发明的技术重点并不在于修整光罩，因此对于两次曝光(double exposure)的细节步骤在此不再赘述。
请参阅图8，图8为本发明第三实施例交替式相位移光罩500部分区域的示意图。在此实施例中，交替式相位移光罩500上包含有一不透光区域500a，此不透光区域500a又包含有复数条线宽小于0.18微米的半密集线条图案501、502、503、504以及505。半密集线条图案501、502、503、504以及505具有约略相同的间距(即线宽加上线距)P3，约为400nm至700nm之间。此外，光罩500上还包含有具有宽度为w3的0度相位移区域510、513、514、517、518以及180度相位移区域511、512、515、516、519，其中w3介于200nm至1000nm之间。在本发明的另一实施例中，区域510、513、514、517、518则可以为180度相位，而区域511、512、515、516、519为0度相位。
请参阅图9，图9为利用本发明交替式相位移光罩所产生的中心焦距(center focus)对间距(pitch)的作图。其中纵轴为中心焦距，单位为微米，横轴为间距，单位为奈米(nm)。由图9可看出，当光罩上的线条间距超过500奈米以上，即所谓的半密集线条图案，的中心焦距偏移现象已经被消除。在间距为400nm至700nm之间(圆圈处所示)，中心焦距都维持在-0.35微米至-0.45微米之间。由此可知，习知相位移光罩的设计造成密集线条图案与半密集线条图案重叠制程宽裕度(process window)不足的现象，在使用本发明的相位移光罩后，能够被大幅改善，如图10所示。
相较于习知相移式光罩，本发明的最大不同在于习知交替式相位移光罩为了制作光罩的方便，往往在半密集线条具有较大的间距一例定义出较大面积的相位移区域，如此一来使球形像差在半密集线条区域更为严重，而本发明则限制半密集线条在具有较大的间距侧的相位移区域。本发明的交替式相位移光罩能够大幅改善半密集线条图案所造成的球形像差问题，从而增加曝光制程宽裕度。

Claims (14)

1.一种交替式相位移光罩(alternating phase shiftingmask，Alt-PSM)，其包含有：
一透光基板；
一密集线条(dense line)图案，设于该透光基板上；
至少一半密集线条图案，设于该密集线条图案的边缘；
一具有一第一预定宽度的第一相位移区域(phase shiftingarea)，设置于该密集线条图案以及该半密集线条图案之间，并紧邻于该密集线条图案；
一与该第一相位移区域不相连接且具有一第二预定宽度的第二相位移区域，设置于该密集线条图案以及该半密集线条图案之间，并紧邻于该半密集线条图案；以及
一具有与该第二相位移区域相同宽度的第三相位移区域，设置于与该第二相位移区域相反的一侧，并紧邻于该半密集线条图案；
其中该第一相位移区域以及该第二相位移区域的相位差为0度，该第二相位移区域以及该第三相位移区域的相位差为180度。
2.根据权利要求1所述的相位移光罩，其特征在于：该第一相位移区域与该第二相位移区域之间为一透光区域(clear area)。
3.根据权利要求1所述的相位移光罩，其特征在于：该第一与第二相位移区域的相位皆为0度，该第三相位移区域的相位为180度。
4.根据权利要求1所述的相位移光罩，其特征在于：该第一与第二相位移区域的相位皆为180度，该第三相位移区域的相位为0度。
5.根据权利要求1所述的相位移光罩，其特征在于：该密集线条图案以及该半密集线条图案是皆由不透光材料所构成。
6.根据权利要求5所述的相位移光罩，其特征在于：该不透光材料为铬(chromium，Cr)。
7.根据权利要求1所述的相位移光罩，其特征在于：该第一预定宽度以及该第二预定宽度皆介于200至1000奈米(nanometer，nm)之间。
8.根据权利要求1所述的相位移光罩，其特征在于：该第一预定宽度以及该第二预定宽度皆为200奈米。
9.一种相位移光罩(PSM)，其包含有：
一透明基板；
至少一设于该透明基板上的半密集线条，其中该半密集线条的一侧为宽度至少大于2微米(micrometer)的透光区域，另一侧则相邻于一窄间距(pitch)密集线图案；
一第一相位移区域，设置于该密集线条图案以及该半密集线条之间，并紧邻于该半密集线条；以及
一具有一预定宽度的第二相位移区域，紧邻于该半密集线条，设置于与该第一相位移区域相反的一侧；
其中该第一相位移区域与该第二相位移区域的相位差为180度。
10.根据权利要求9所述的相位移光罩，其特征在于：该第一相位移区域的相位为0度，该第二相位移区域的相位为180度。
11.根据权利要求9所述的相位移光罩，其特征在于：该第一相位移区域的相位为180度，该第二相位移区域的相位为0度。
12.根据权利要求9所述的相位移光罩，其特征在于：该密集线条图案以及该半密集线条是皆由不透光材料所构成。
13.根据权利要求12所述的相位移光罩，其特征在于：该不透光材料为铬(Cr)。
14.根据权利要求9所述的相位移光罩，其特征在于：该预定宽度为200至400奈米(nm)。
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