CN1818791A - 半导体制程中的微影系统及其方法和用于其中的光罩 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种半导体制程中的微影系统及其方法和用于其中的光罩。该在半导体制程中的微影方法，包括下列步骤：提供一种具有第一及第二聚焦面的光罩，其中该第一及第二聚焦面不同；使用该光罩以在一晶圆上进行第一曝光，以形成一第一影像，其中第一聚焦面是在第一曝光期间聚焦于晶圆；以及使用光罩以在晶圆上进行第二曝光，以形成一第二影像，其中第二聚焦面是在第二曝光期间聚焦于晶圆。本案揭示的一种在半导体制程中的微影方法，包括提供一种用于一晶圆的具有第一及第二聚焦面的光罩。该晶圆包含对应的第一及第二晶圆区。在使用第一聚焦面的第一曝光期间，第一晶圆区接收一第一影像，在使用第二聚焦面的第二曝光期间，该第二晶圆区接收二第二影像。
Description
相关申请案
本中请案是关于美国专利申请案TSMC第2004-0632号(序号未知)，标题名称为“改良疏松及致密孔图案区中的孔隙填充均匀度的方法”，其是合并于本案中以供参考。
技术领域
本发明大体上是有关于半导体制程，且更特别是有关于一种半导体制程中的微影方法，且特别是有关于一种半导体制程中的微影系统及其方法和用于其中的光罩。
背景技术
从半导体工业开始，已使用微影技术来形成集成电路的元件。由于微影技术的进步，特别是辐射波长的缩短，因而大大地持续增加了可放在晶片上的元件密度。只要元件的临界尺度大于用于曝光光阻的辐射波长，则在此技术领域的发展中就不需要对光罩做任何明显地改变。
然而，当成像辐射的波长大于临界尺度时，绕射效应(虽然总是存在)变为相当明显，并导致投射的影像产生显着失真。此等失真对于影像图案中的不同特征元件之间的距离特别敏感，且通常称为“近接效应(proximityeffect)”。
另一种与接近临界尺度的波长处的微影有关的问题是为聚焦深度(DOF，以下均称为DOF)。特别地，当DOF小于曝光光阻的厚度时，影像清晰度将丧失。实务上，由于绕射效应的缘故，所生成的影像经常变为模糊的圆形。
当解析度不重要时，藉由限制入射光进入透镜中心可提高DOF，进而降低光锥的角度，致使聚焦后的光线在留下模糊的圆形影像之前仍可以再进一步地行进。然而，当亦考量解析度时，此解决方式不再是可接受的。
传统上，用以提高DOF的方法已朝向使致密和疏松接触孔两者可以同时聚焦。然而，由于致密接触孔的DOF增加通常造成疏松接触孔的DOF减低，此等努力经常造成未聚焦的影像。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于，提供一种可提高聚焦深度(DOF)的微影方法。
本发明的另一目的即在于，提供一种可以使用单一光罩进行双重曝光的微影方法。
本发明的再一目的即在于，提供一种可以提高聚焦深度并进行双重曝光的光罩结构。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种在半导体制程中的微影方法，包括下列步骤：提供一种具有第一及第二聚焦面的光罩，其中该第一及第二聚焦面不同；使用该光罩以在一晶圆上进行第一曝光，以形成一第一影像，其中该第一聚焦面是在该第一曝光期间聚焦于该晶圆；以及使用该光罩以在该晶圆上进行第二曝光，以形成一第二影像，其中该第二聚焦面是在该第二曝光期间聚焦于该晶圆。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的在半导体制程中的微影方法，其中所述的第二聚焦面是在该第一曝光期间失焦。
前述的在半导体制程中的微影方法，其中所述的第一曝光期间，无影像从该第二聚焦面移转形成于该晶圆上。
前述的在半导体制程中的微影方法，其中所述的第一聚焦面是在该第二曝光期间失焦。
前述的在半导体制程中的微影方法，其中在该第二曝光期间，无影像从该第一聚焦面移转形成于该晶圆上。
前述的在半导体制程中的微影方法，其中所述的第一影像包含致密图案，且其中该第二影像包含疏松图案。
前述的在半导体制程中的微影方法，其中在该第一曝光后，进一步包含朝与该第一聚焦面垂直的方向调整该光罩。
前述的在半导体制程中的微影方法，其中在该第一与该第二聚焦面之间的厚度差为介于1微米与约10微米之间。
本发明的目的及解决其技术问题再采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种于用于微影系统的光罩，其包括：一第一聚焦面，用以提供一第一影像于一晶圆表面上；以及一第二聚焦面，用以提供一第二影像于该晶圆表面上，该第二聚焦面与该第一聚焦面是非共平面。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的用于微影系统的光罩，其中所述的第一及第二聚焦面经配置，使得在该第一曝光期间，该第一聚焦面聚焦，且该第二聚焦面失焦。
前述的用于微影系统的光罩，其中所述的第一及第二聚焦面经配置，使得在该第一曝光期间无影像从该第二聚焦面移转形成于该晶圆表面。
前述的用于微影系统的光罩，其中所述的第一影像包含至少一致密接触孔组。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种在半导体制程中的微影方法，其包括下列步骤：提供一种用于一晶圆的具有一致密孔聚焦面及一疏松孔聚焦面的光罩，其中该晶圆包含对应的第一及第二晶圆区；以该致密孔聚焦面上的一焦点使该晶圆曝光，以在该第一晶圆区中形成至少一致密孔影像；调整该光罩，使聚光于该疏松孔聚焦面上；以及以该疏松孔聚焦面上的一焦点使该晶圆曝光，以在该第二晶圆区中形成至少一疏松孔影像。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上的技术方案可知，本发明的技术内容如下：
根据上述的目的，本发明提供一种微影方法，首先提供一种具有一致密孔聚焦面及一疏松孔聚焦面的光罩，而此晶圆包含对应的第一及第二晶圆区，接着，利用该致密孔聚焦面上的一焦点使晶圆曝光，以在该第一晶圆区中形成至少一致密孔影像，然后调整光罩，使光聚于该疏松孔聚焦面上，最后，再以该疏松孔聚焦面上的一焦点使该晶圆曝光，在第二晶圆区中形成至少一疏松孔影像。
借由上述技术方案，本发明在半导体制程中的微影系统及其方法至少具有下列优点：本发明提供了一种可以提高聚焦深度(DOF)的微影方法。本发明另外还提供了一种可以使用单一光罩进行双重曝光的微影方法。
此外，本发明亦提供一种光罩结构，其特征包括：一第一聚焦面，用以提供一第一影像于一晶圆表面上；以及一第二聚焦面，用以提供一第二影像于该晶圆表面上，该第二聚焦面与该第一聚焦面是非共平面。
借由上述技术方案，本发明的光罩结构至少具有以下优点，其可以提高聚焦深度并进行双重曝光。
综上所述，本发明是有关一种半导体制程中的微影系统及其方法和用于其中的光罩。本案揭示了一种在半导体制程中的微影方法，其包括提供一种用于一晶圆的具有第一及第二聚焦面的光罩。该晶圆包含对应的第一及第二晶圆区。在使用该第一聚焦面的第一曝光期间，该第一晶圆区接收一第一影像。在使用该第二聚焦面的第二曝光期间，该第二晶圆区接收二第二影像。本发明不论在产品结构、或功能上皆有较大改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是一种实施本发明一个或更多实施例的微影方法的流程图。
图2a是一种实施本发明一个或更多实施例的微影系统的示意图。
图2b是一种用于图2a的微影系统的光罩的部分示意图。
图3a及图4a是图1的微影系统在中间处理阶段的选用元件的示意图。
图3b及图4b分别是图3a及图3b的中间处理阶段中的部分半导体基板的示意图。
图5a及图5b是图3b及图4b的部分半导体基板的断面示意图。
图6是用于实施本发明一个或更多实施例的部分半导体基板的示意图。
10：微影方法 12、14、16：微影方法的步骤
20a、20b、20c：光束 21：光源
22：聚光镜 22a、22b：光束
22c、22d：光束 23：光束
23a：致密接触孔 23b：疏松接触孔
24：光罩 24a：第一聚焦面
24b：第二聚焦面 25：光束
26：投影镜头 27：光束
28：晶圆 28a：第一晶圆区
28b：第二晶圆区 29a：第一影像
29b：第二影像 110：基板
112：导电层 114：介电层
120：抗反射涂覆层 122：光阻层
200：基板 201、203、205：图案
202、204、206：图案 207、209、211：图案
208、210、212：图案 h1：聚焦面之间的差距
Z：移动方向
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的在半导体制程中的微影系统及其方法其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
应了解以下说明书提供的许多不同的具体例或实施例，以完成本发明的不同特征。为了简化本说明书，元件及排列的特例说明如下。此等当然仅为实施例，且不欲受限于此。此外，本说明书在许多实施例中可能重复元件符号及/或字母。此种重复是为了简洁及清楚的目的，且并非本身表示所讨论的不同具体例及/或结构间的关联性。
为了平衡针对致密和疏松接触孔的个别DOFs，先前可行的技艺是使用具有双重曝光的双光罩。一般而言，第一光罩用于致密接触孔，而第二光罩则用于疏松接触孔。
然而，在微影制程期间交换光罩是耗费成本的。再者，使用双光罩亦可能造成覆盖不准确。
因此，使用单一光罩于双重曝光以提供所需影像是合宜的。如以下的进一步说明，本说明书将揭示一种具有二个或更多聚焦面的单一光罩，以适应不同的曝光。
请参阅图1所示，是一种实施本发明的一个或更多实施例的微影方法的流程图，是绘示实施本发明的一个或更多实施例的简化的微影方法10。该方法由步骤12开始，首先是提供一种具有第一及第二聚焦面的光罩。随后为步骤14，配合使用第一聚焦面提供第一曝光于一晶圆，以在第一晶圆区中形成第一影像，以及随后的步骤16，配合使用第二聚焦面提供第二曝光于该晶圆，以在第二晶圆区中形成第二影像。
方法10可用于制造许多半导体装置，例如记忆体装置(包含但不限于静态随机存储器(SRAM))、逻辑单元(包含但不限于金属氧化物半导体场效电晶体(MOSFET))及/或其他装置。方法10从步骤12开始，其中单一光罩中具有复数个聚焦面。
接着请参阅图2a所示，是一种实施本发明一个或更多实施例的微影系统的示意图。用于方法10的步骤12中的光罩24，是为部分经简化的例示微影系统。在本实施例中，光源21发出光束23，该光束23经聚光镜22聚光。因此，含有图案的光罩24均匀地受到经聚光镜22聚光后的光束27的照射。通过光罩24后的光束25是先受到投影镜头26聚焦后再投影于晶圆28。
接着请参阅图2b所示，是一种用于图2a的微影系统的光罩的部分示意图。光罩24可以为含有电子电路的显微影像的高精密度板。该光罩24可以包括许多材料，例如石英、钠钙(soda lime)、白冠玻璃及/或其他材料。一般而言，光罩24的一侧可含有一层铬，且可在铬层中蚀刻电子电路(通常称为几何形状)。光罩24的厚度可为技艺中已知的任一适合的厚度。
在另一实施例中，光罩24包含第一聚焦面24a及第二聚焦面24b。第一聚焦面24a可包含致密图案23a(虽然亦可使用其他图案，但是图中仅绘示了致密接触孔)。在一实施例中，在第一聚焦面24a中的接触孔23a与另一接触孔分开约0.18微米至约0.36微米的距离。应理解其他距离亦可涵盖于本发明中。
在另一实施例中，第二聚焦面24b可包含疏松图案23b(虽然亦可使用其他图案，但图中仅绘示了疏松接触孔)。在一实施例中，在第二聚焦面24b中的接触孔23b与另一接触孔分开约0.36微米的距离。应理解其他距离亦可涵盖于本发明中。
请再参阅图3a所示，图3a是图1的微影系统在中间处理阶段的选用元件的示意图。在一实施例中，第一聚焦面24a及第二聚焦面24b之间的差距h1可为约1微米至约10微米。然而，应理解差距h1可小于1微米或大于10微米。
请参阅图1、图3a及图3b所示，图3b是图3a及图3b的中间处理阶段中的部分半导体基板的示意图。在方法10的步骤14之后，配合使用第一聚焦面24a提供第一曝光，以在第一晶圆区28a中形成第一影像29a。在第一曝光期间，第一聚焦面24a可作为光罩聚焦面。在操作中，光束20a及光束20b是投影于晶圆28上，且来自第一聚焦面24a的图案可转移至对应的第一晶圆区28a。应理解虽然第二聚焦面24b失焦，但是光束20c及光束20b的投影聚焦点超过晶圆28。因此，第二聚焦面24b的影像不会转移至对应的第二晶圆区28b。
在完成第一曝光步骤之后，光罩24可朝Z方向移动一段约差距h1的距离或任一其他适合的距离，使得第二聚焦面24b可供第二曝光聚焦。预期可藉任一机械或其他适合的构件移动光罩24。
此时请参阅图1、图4a及图4b所示，图4a是图1的微影系统在中间处理阶段的选用元件的示意图，图4b是图3b的中间处理阶段中的部分半导体基板的示意图。在方法10的步骤16之后，配合使用第二聚焦面24b提供第二曝光，以在第二晶圆区28b中形成第二影像29b。在本实施例中，第二聚焦面24b可作为光罩聚焦面。因此，光束22c及光束22d是投影于晶圆28上，且来自第二聚焦面24b的图案可转移至对应的第二晶圆区28b。应理解虽然第一聚焦面24a失焦，但是光束22a及光束22b的投影聚焦点是在到达晶圆28之前。因此，第一聚焦面24a的影像不会转移至对应的第一晶圆区28a。
请参阅图5a及图5b所示，是图3b及图4b的部分半导体基板的断面示意图。在本实施例中，其是绘示在方法10之前(如图5a所示)及完成方法10之后(如图5b所示，晶圆28包含一基板110、一导电层112、一介电层114、一抗反射涂覆(ARC)层120及一光阻层122)的状态。
该基板110可以包含一种或多种绝缘体、导体及/或半导体层。举例来说，该基板110可以包含基础半导体，例如结晶硅、多晶硅、非结晶硅及/或锗；化合物半导体，例如碳化硅及/或砷化镓；合金半导体，例如硅化锗(SiGe)、磷化砷镓(GaAsP)、砷化铝镓(AlGaAs)及/或磷化铟镓(GaInP)。再者，该基板110可以包含块半导体(例如块硅)，且此类块半导体可以包含磊晶硅层。其亦可或另外地包含绝缘半导体基板，例如绝缘体硅(SOI)基板或薄膜电晶体(TFT)基板。该基板110亦可或另外地包含多晶结构或多层化合物半导体结构。
可以藉化学蒸气沉积(CVD)、电浆增强CVD(PECVD)、物理蒸气沉积(PVD)、离子PVD(I-PVD)、原子层沉积(ALD)、电镀及/或其他方法沉积导电层112。在形成导电层112期间可使用化学-机械平坦化及/或化学-机械研磨。导电层112的深度可在约1500埃与5000埃之间的范围内。举例来说，在一实施例中，深度可为约3500埃。该导电层112可以包含铝、铝合金、铜、铜合金、钨及/或其他导电材料。
经由许多技术，包含(但是不限于)旋转涂布、PVD、PCD及/或其他方法，使ARC层120可沉积于导电层112上方。
在一实施例中，抗反射涂覆(ARC)层120(以下称为ARC层)可吸收不慎穿透光阻层122的光线。为了进行光吸收，ARC层120可含有具有高消光系数及/或相当厚度的材料。就另一方面而论，ARC层120的高系数可能造成ARC层120的高反射率，此不利于ARC层的功效。因此，预期ARC层120可具有约0.2至约0.5的系数值，且可具有厚度为约200毫微米。然而，应理解其他范围的硅数值及厚度亦可涵盖于本发明中。
另外，就ARC层120而言，亦可采用折射率匹配方式。在此情形中，ARC层120可含有一种具有折射率及厚度匹配于光线的材料。在操作中，一旦光线照在ARC层120，则部分光线从其中反射。此时，其他部分光线进入ARC层120中，且转换为具有转移相的光线，此与从ARC层120反射的第一部分光线产生干涉，因而造成光反射率减少。
ARC层120可考虑使用光吸收且折射率亦匹配者，以期接近所欲达成的结果。在某些情况下，因为ARC层120的移除可能不容易完成，则ARC层120可单纯地余留于介电层114的上方，并作为晶圆28的扩散障壁。
在另一实施例中，光阻层122可以沉积于ARC层120的上方。可藉旋转涂覆及/或其他方法形成光阻层122。在操作中，将光阻溶液分配于ARC层120的表面上，并且快速地旋转晶圆28，直到光阻溶液几乎干燥为止。在一实施例中，光阻层122可为使用酸触媒的化学放大型阻剂。在此情形下，可藉溶解酸敏性聚合物于浇铸溶液中来调配光阻层。
在沉积光阻层后，在方法10(如上述)之后使晶圆28受到软烤及双重曝光。
此时请特别地参阅图5b所示，在已于导电层中图案化特征且已去除顶层(例如ARC层120及光阻层122)之后，介电层114可沉积于基板110的表面上及在导电层112周围。可藉化学气相沉积系统(CVD)、电浆辅助化学气相沉积系统(PECVD)、原子层沉积系统(ALD)、物理气相沉积系统(PVD)、高密度电浆系统(HDP)、旋转涂覆及/或其他方法形成介电层114。介电层114可为内金属介电层(IMD)，且可含有高介电质(k)材料、低介电质(k)材料、二氧化硅聚酰亚胺、旋涂式玻璃(SOG)、掺氟硅酸盐玻璃(FSG)、BlackDiamond(一种加州Applied Materials of Santa Clara的产品)、干凝胶(Xerogel)、气凝胶(Aerogel)、非结晶氟化碳及或其他材料。介电层114可经进一步处理，例如平坦化。
随后，利用其他步骤以形成完整的半导体装置。由于此等额外步骤是为技艺中已知，故在此不再赘述。
应当理解上述实施例的许多变化可以涵盖于本案。在一实施例中，该光罩24可包含至少三个聚焦面以供至少三次独立的曝光，以取代前述的二个聚焦面24a及24b的实施例。在第二实施例中，该光罩24可包含至少三个聚焦面以供一或多次独立的曝光。在第三实施例中，在一次曝光中可同时使二个或多个聚焦面聚焦。在第四实施例中，第一聚焦面24a可以包含疏松图案，而第二聚焦面24b可以包含致密图案。在第五实施例中，取代在第一曝光后使光罩24朝Z方向移动，可调整光束以供第二曝光。在第六实施例中，方法10可应用于线图案(例如在第一曝光期间可形成致密的线组合，而在第二曝光期间可形成至少一疏松线)。在第七实施例中且此刻请参阅图6所示，方法10可应用于基板200的致密图案。在一实施例中，可在第一曝光过程中形成某些选择图案，而可在第二曝光过程中形成其余的图案。在一实施例中，以奇数标出的图案(201、203、205、207、209以及211)可在第一曝光过程中形成，而以偶数标出的图案(202、204、206、208、210及212)可以在第二曝光过程中形成。此外，方法10可应用于非镶嵌、镶嵌或双重镶嵌程序。因此，本说明书涵盖许多变化润饰。
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，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是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作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (13)
1、一种在半导体制程中的微影方法，其特征在于其包括下列步骤：
提供一种具有第一及第二聚焦面的光罩，其中该第一及第二聚焦面不同；
使用该光罩以在一晶圆上进行第一曝光，以形成一第一影像，其中该第一聚焦面是在该第一曝光期间聚焦于该晶圆；以及
使用该光罩以在该晶圆上进行第二曝光，以形成一第二影像，其中该第二聚焦面是在该第二曝光期间聚焦于该晶圆。
2、根据权利要求1所述的在半导体制程中的微影方法，其特征在于其中所述的第二聚焦面是在该第一曝光期间失焦。
3、根据权利要求1所述的在半导体制程中的微影方法，其特征在于其中所述的第一曝光期间，无影像从该第二聚焦面移转形成于该晶圆上。
4、根据权利要求1所述的在半导体制程中的微影方法，其特征在于其中所述的第一聚焦面是在该第二曝光期间失焦。
5、根据权利要求1所述的在半导体制程中的微影方法，其特征在于其中在该第二曝光期间，无影像从该第一聚焦面移转形成于该晶圆上。
6、根据权利要求1所述的在半导体制程中的微影方法，其特征在于其中所述的第一影像包含致密图案，且其中该第二影像包含疏松图案。
7、根据权利要求1所述的在半导体制程中的微影方法，其特征在于其中在该第一曝光后，进一步包含朝与该第一聚焦面垂直的方向调整该光罩。
8、根据权利要求1所述的在半导体制程中的微影方法，其特征在于其中在该第一与该第二聚焦面之间的厚度差为介于1微米与约10微米之间。
9、一种于用于微影系统的光罩，其特征在于其包括：
一第一聚焦面，用以提供一第一影像于一晶圆表面上；以及
一第二聚焦面，用以提供一第二影像于该晶圆表面上，该第二聚焦面与该第一聚焦面是非共平面。
10、根据权利要求9所述的用于微影系统的光罩，其特征在于其中所述的第一及第二聚焦面经配置，使得在该第一曝光期间，该第一聚焦面聚焦，且该第二聚焦面失焦。
11、根据权利要求10所述的用于微影系统的光罩，其特征在于其中所述的第一及第二聚焦面经配置，使得在该第一曝光期间无影像从该第二聚焦面移转形成于该晶圆表面。
12、根据权利要求9所述的用于微影系统的光罩，其特征在于其中所述的第一影像包含至少一致密接触孔组。
13、一种在半导体制程中的微影方法，其特征在于其包括下列步骤：
提供一种用于一晶圆的具有一致密孔聚焦面及一疏松孔聚焦面的光罩，其中该晶圆包含对应的第一及第二晶圆区；
以该致密孔聚焦面上的一焦点使该晶圆曝光，以在该第一晶圆区中形成至少一致密孔影像；
调整该光罩，使聚光于该疏松孔聚焦面上；以及
以该疏松孔聚焦面上的一焦点使该晶圆曝光，以在该第二晶圆区中形成至少一疏松孔影像。
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