TW201334028A - 形成自我對準之疊對標記之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明形成自我對準的疊對標記的方法，首先提供位在基材上定義第一邊界的第一區域、定義第二邊界的第二區域、以及第一區域和第二區域之間的主要特徵。其次，形成截切遮罩層來覆蓋第一區域與第二區域，同時又暴露主要特徵。然後，決定截切遮罩層是否與第一邊界或第二邊界自我對準，而建立自我對準之疊對標記。繼續，當截切遮罩層與第一邊界或第二邊界自我對準時，再進行主要特徵的蝕刻步驟，而將主要特徵轉移至基材中。
Description
本發明大致上關於一種形成自我對準於位在基材上先前所形成關鍵特徵(critical feature)之遮罩之方法。特別是，本發明係針對形成與先前所得之關鍵特徵有關之非關鍵遮罩層的方法，並決定此非關鍵的遮罩層是否自我對準於先前所形成之關鍵特徵，並同時作為自我對準之疊對標記的方法。
以矽材為基礎的晶片製備方法，通常會涉及多種黃光加工步驟。在其中的每個步驟裡，會將具有一個固定尺寸的特殊圖案印在晶圓上。在所有的特殊圖案都被處理過之後，就會製造出一個完整的工作電路。每一個特殊圖案都需要在某種誤差範圍以內，疊蓋(overlay)在之前所預先形成好的參考用特殊圖案上，這是非常關鍵的一件事，因為這樣一來，電子電路才會有功能。這種誤差範圍的幅度是作為疊對規範的參照。
套準框(registration box)是用來測量某一層和其他層之間的疊對狀況。套準測量框中通常有用於疊對測量(overlay measurement)的兩個部分：其中一個例子是，用來定位先前參考層(prior reference layer，亦即前層)的印刷
外框(printed inner box)，以及一個用來定位當層的印刷內框。經由測量內框及外框之間Y方向上和X方向上的距離，就可以進行疊對測量。這個距離然後再與理想的參考值作比較，就可以計算出層對層間的疊對情況。
如前所述，套準測量框是用來量測某一層位在另一層上的疊對情況到如何的程度。每次測量的目的是在於，確保都有符合疊對規範。
在大多數情況下，在基材上會有一些具有不同特徵的區域。例如，在基材上，可能會有陣列特徵(array features)較密集的陣列區域，與具有較不密集周邊特徵的周邊區域。因此，陣列特徵和周邊特徵在本質上就是不同的。特別是，陣列特徵在尺寸上通常是小於周邊特徵的。例如，周邊區域的電子元件在尺寸上，可能會比陣列區域中的電子元件還要來的大些。
此外，盡管周邊特徵因為具有較大的尺寸而可以經由一般的黃光技術來形成時，陣列特徵反而通常是要使用間距複減技術(pitch multiplication techniques)來形成。在製造過程中要防止不同的特徵彼此相互干擾，是件甚具有挑戰性的任務。
在陣列特徵經由間距複減過程而形成在基材上之後，基材上有些部分，例如周邊區域，需要使用遮罩來加以保護。然而，先前的光阻在經過之前的蝕刻步驟之後已經被剝除掉了。另外在間距倍減過程(pitch doubling process)中也會形
成一些不需要的特徵。這些特徵需要移除，或是至少要遮住這些特徵。
當需要將遮罩圖案形成在靠近陣列特徵的過程中，會出現要如何來測量關鍵性特徵(critical features)位置的問題，例如由較密集的線條/間隔所形成的陣列特徵，但是同時測量又不能受到相鄰遮罩的非關鍵性圖案所影響。
因此，尚需要有一種在基材上形成遮罩的方法，而可以建立出一個自我對準的疊對標記，但是不會損及先前所形成關鍵特徵的精確度，尤其是，在與間距複減技術一起結合使用時。
有鑑於上述的情況，本發明於是提出了一種在基材上形成遮罩的方法，而可以建立出得以自我對準的疊對標記，又無損於先前所形成的關鍵特徵的精確度。換句話說，本發明提出了一種用來解決如何測量由較密集的線條/間隔所形成關鍵性特徵的位置的方法，但是在測量時又不會受到後續所形成的遮罩非關鍵圖案所影響的問題。
本發明所提出形成自我對準的疊對標記的方法，首先提供位在基材上的第一區域、位在基材上的第二區域、以及位於第一區域和第二區域之間並位於基材上的第一主要特徵。第一區域定義特徵的第一邊界，而第二區域定義特徵的第二邊界。其次，形成一截切遮罩層(cut mask layer)，用
來分別覆蓋第一區域與第二區域，同時截切遮罩層還會暴露出主要特徵。然後，就要決定截切遮罩層是否會與第一邊界以及第二邊界其中之至少一者自我對準，而建立起自我對準之疊對標記。繼續，當截切遮罩層與第一邊界以及第二邊界其中之至少一者自我對準時，會再進行主要特徵的蝕刻步驟，而將主要特徵轉移至基材中。
在本發明的一個實施方式中，主要特徵是由間距倍減技術所形成的。
在本發明的另一個實施方式中，主要特徵具有較第一區域以及第二區域其中之至少一者更為密集之主要特徵圖案，使得截切遮罩層得以在對比上輪廓出(outline)和框出主要特徵圖案。
在本發明的另一個實施方式中，主要特徵具有線條/間隔陣列圖案，而在線條/間隔陣列圖案中則具有多個非連續的線段。特別是，截切遮罩層的邊界是落在多個非連續線段其中之某一者上，而不是落在線條/間隔陣列圖案中的某一個間隔中。
在本發明的另一個實施方式中，當截切遮罩層自我對準於第一邊界或是第二邊界時，截切遮罩層的邊緣是斜角的(tapered)。
在本發明的另一個實施方式中，主要特徵包括第一部分和第二部分。
在本發明的另一個實施方式中，當截切遮罩自我對準於
第一邊界以及套準測量框之邊界時，截切遮罩層有助於形成一套準測量框(registration measurement box)。
在本發明的另一個實施方式中，截切遮罩層有助於形成會被測量工具所檢測之測量環(measurement ring)，目的是要決定主要特徵之位置。
在本發明的另一個實施方式中，在主要特徵的蝕刻步驟後，要移除掉覆蓋第一區域和第二區域的截切遮罩層。
在本發明的另一個實施方式中，不管截切遮罩層對於主要特徵是否有X方向上或是Y方向上之偏移，截切遮罩層仍然都會與位於其下方的圖案自我對準。
本發明一方面，提供了一個在基材上形成保護性遮罩的方法，用來建立得以自我對準的疊對標記，而不會損害先前所形成的特徵的對準精確度。在另一方面，本發明還提供了一種解決問題的方法，可以測量由關鍵圖案所形成的特徵的位置，但是後來形成的遮罩其他非關鍵圖案則又不會影響此等量測。
第1圖繪示本發明形成一種會自我對準的疊對標記的方法。正如第5A圖所繪示，首先提供基材101(步驟10)。在基材101上會有一些區域和特徵。例如，會有第一區域110、第二區域120、和包括位於基材101上的線條/間隔陣列圖案131的主要特徵130，如第1圖所繪示。第5A圖繪示基材
101的上視圖，有第一區域110、第二區域120、主要特徵130和線條/間隔陣列圖案131。第5B圖繪示沿第5A圖中切線A-A’的橫截面視圖，基材101有第一區域110、第二區域120、主要特徵130和線條/間隔陣列圖案131。主要特徵130和線條/間隔陣列圖案131，可以一起位在基材101上的切割道區域102中。
在間距倍減技術中，可能會使用以下的操作步驟。
A)在第一黃光步驟中將光阻圖案化。此等圖案的間距是所需間距的「兩倍」寬。
B)在進行了一些光阻修整(trimming)的過程後，會將間隙壁氧化物(也稱為間隙壁)沉積光阻的表面上。
C)再進行間隙壁蝕刻步驟，而從光阻線條的頂部與光阻間隔的底部移除掉一些間隙壁氧化物，使得間隙壁蝕刻步驟會從水平的表面移除氧化物，但是又留下垂直表面上的氧化物。
四)然後剝除光阻，留下間距是只有原來間距一半的垂直間隙壁。此時由間隙壁所定義的圖案即為間距倍減後的圖案(pitch doubled pattern)。
請參照第2圖至第4圖所繪示內容來進一步瞭解主要特徵130的形成過程。首先，主光阻線134形成在基材101上。可經由傳統的黃光程序來形成主光阻線134，使得主光阻線134成為圖案化的光阻，而主光阻線134的線寬與間距都設定為預定值「F」，其可以是當前黃光技術的極限值。
其次，將具有線寬為「F」的主光阻線134進行修整的步驟，來降低主光阻線134的線寬。在經過適當的修整步驟後，主要光阻線134就會有減小的線寬，即有一個新的線寬「1/2F」。結果繪示第2圖中。
接下來，如第3圖所示，主要特徵層135是以共形(conformally)的方式沉積在主光阻線134之上，以覆蓋主光阻線134。主要特徵層135可包括氧化物。在主要特徵層135被部分移除之後，例如經由間隙壁的蝕刻步驟，主要特徵層135會形成了類似間隙壁狀的結構，或是有連接到主光阻線134兩側的垂直結構。部分去除主要特徵層135的結果，會造成主要特徵層135具有「1/2F」的線寬。還有，任何兩個相鄰的主要特徵層135之間間隔的寬度也會是「1/2F」。結果即繪示於第4圖中。
然後，如第5B圖所繪示，移除主光阻線134而單獨留下位在基材上101的主要特徵130。在移除主光阻線134後主要特徵130的線寬以及間距，現在都是「1/2F」。如此一來，一個新的圖案，也就是主要特徵130，特點是會具有新的緻密線條/間隔陣列131，其中即建立有一些非連續的線段132和間隔133，其間距則減為原始值的一半。主要特徵130就作為間距倍減後的最終產品。
在間隙壁蝕刻步驟之後，但是又在將此主要特徵130轉移到基材101上來定義圖案之前，有些區域，例如第一區域110或第二區域120，一方面，應該要被光阻所覆蓋，以防
止特定區域在後續的蝕刻步驟之中遭受蝕刻，但是先前的光阻已經在間隙壁蝕刻步驟完成之後被剝除掉了。在另一方面，在間距倍減過程之中也會形成了某些不需要的特徵。這些不需要的特徵，應該要被移除掉或是要被砍掉(chopped off)。本發明因此提供了一種遮罩，以防止此等特定區域在蝕刻步驟的過程中被轉移，使得不需要的部分不會影響在基材上的其他特徵的形成結果。
請參考第6圖，其繪示遮罩140(步驟20)位在基材101上。遮罩140，亦稱為截止遮罩層(cut mask layer)，可以使用一般之黃光程序形成在基材101上。遮罩140可以是光阻層，並定義有至少三個部分，稱為中心區域141、內部開放區域142以及測量環143。測量環143會被測量工具105所檢測，以決定主要特徵130之位置。
遮罩140覆蓋第一區域110，而形成了中心區域141。中心區域141形成一個乾淨的區域，以供後續層的框(box)之用。中心區域141，內部開放區域142和測量環143一起形成了一種框中框(box-in-box)的疊對標記150/150’，也就是一種套準框(registration box)。測量環143作為框中框的疊對標記150的外測量框(outer measurement box)。中心區域141則是作為後續層的套準或疊加框(overlay box)的位置。
內部開放區域142說明了經有由間距倍減技術所定義的特徵，並且被轉移到基材101中的線條/間隔陣列131。因此，
內部開放區域142不應被遮罩140所覆蓋。
在內部開放區域142中的線條/間隔陣列，指的是由特徵的密集線條/間隔圖案所形成的框中框疊對標記150中的空間，所謂特徵的密集線條/間隔圖案也就是第一部分134，這相對於中心區域141和測量環143，其沒有此等線條/間隔特徵的陣列。陣列圖案和非陣列圖案之間的過渡部分，創造出了視覺上的對比，就作為使用框中框結構在進行測量時當成參考點之用。
遮罩140的自我對準，能確保不會對關鍵層150產生干擾。透過這樣的作法，後續的疊對測量就只會專門針對間距倍減的關鍵層，而不是任何其他的非關鍵層。
在間距倍減的過程中，遮罩140有較為寬鬆的疊對寬容度，而遮罩140有助於保護基材101上不需要進行蝕刻的區域。重要的，是要確保遮罩140不會改寫某些邊緣，也就是間距倍減圖案的第一邊緣146和第二邊緣147。因此，遮罩140應該自我對準於間距倍減的圖案(線條/間隔圖案)，使得遮罩140不會影響已經定義好的關鍵線條/間隔圖案的邊緣(步驟30)。於是，後續的疊層才能回溯至關鍵線條/間隔圖案的套準規格。
本發明一個額外的優點在於，允許最終的圖案被其自身所測量。這意味著，在沒有其他層的干擾之下，在遮罩140製造過程中所產生的疊對誤差，可以被測量到並且被量化。這種技術在試圖決定套準誤差是在何處以及是如何發生的
時，會大大的有幫助。本發明的重點在於，因為遮罩140會自我對準於關鍵的線條/間隔圖案，所以遮罩140的任何疊對誤差都不具有致命的影響力。
如上所述，因間距複減技術所得的圖案，也就是內部開放區域142和第二主要特徵160，具有比遮罩140的還更重要的線條/間隔特徵。本發明的設計，允許得自間距複減技術的「關鍵」圖案，在遮罩140的存在下被轉移到基材101中，而無懼於遮罩140可能潛在有對準誤差的干擾。第7圖繪示在間隙壁蝕刻步驟之後的主要特徵。由於遮罩140得以與間距倍減技術的圖案自我對準，當間距倍減圖案與遮罩140一起終於經過蝕刻步驟(步驟40)之後，最後所蝕刻出來間距倍減圖案的邊緣不會受到遮罩140的影響。第8圖繪示移除了截止遮罩層的結果。
只有在測量環143的邊緣146的方向和線條/間隔陣列的主要特徵130是平行時，才會使得上述結果為真。有可能是遮罩140在X方向上，對於主要特徵130中的線條132與間隔133具有某種程度上的偏移，但是遮罩140仍然是與邊緣146自我對準。第9A圖和第9B圖即繪示兩種範例性的狀況。
在另一方面，因為會有許多非連續性的線段終止在線條/間隔陣列中，遮罩140的自我對準只發生在，當線段的終止位置與遮罩140相遇時。遮罩140可能在Y方向上對於主要特徵130的線條132和間隔133有某種程度上的偏移，但是遮罩140仍然是與第二邊緣147自我對準的。第10圖繪示
出一個例子來說明。
換句話說，遮罩140的邊緣始終應該都要落在線條132之上，而不是落在線條132之間。遮罩140的邊緣每次都應該一致地落在一個特定的，而且是相同的一只線條上，如第9A圖或第9B圖所繪示。遮罩140會作到如此的程度，使得遮罩140的邊緣不會落在任何一個間隔中。當遮罩140的邊緣因為遮罩140和線條/間隔圖案之間的疊對誤差，而導致沒有與線條/間隔圖案完美地對齊時，遮罩140會有殘餘(scum)或是朝向落在任何最近的間隙壁上的延伸趨勢。這種殘餘或延伸到最接近間隙壁的傾向，可能會導致一種斜角(tapered)的側寫(profile)，也就是遮罩140會有斜角的邊緣149，如第9A圖、第9B圖與第10圖所繪示。
倘若沒有本發明的好處，後續層的疊對測量是不可能回溯至關鍵的間距倍減線條/間隔圖案的。此外，原來的第一邊緣146和第二邊緣147，也會在後續的蝕刻步驟中消失而不再復得。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
101‧‧‧基材
102‧‧‧切割道區域
105‧‧‧測量工具
110‧‧‧第一區域
120‧‧‧第二區域
130‧‧‧主要特徵
131‧‧‧線條/間隔陣列圖案
132‧‧‧非連續線段
133‧‧‧間隔
134‧‧‧主光阻線
135‧‧‧主要特徵層
140‧‧‧遮罩
141‧‧‧中心區域
142‧‧‧內部開放區域
143‧‧‧測量環
146‧‧‧第一邊緣
147‧‧‧第二邊緣
149‧‧‧斜角的邊緣
150/150’‧‧‧疊對標記
160‧‧‧第二主要特徵
第1圖繪示本發明形成一種自我對準的疊對標記的方法。
第2圖至第4圖繪示主要特徵的形成過程。
第5A圖為基材的上視圖，繪示有第一區域、第二區域、主要特徵和線條/間隔陣列圖案。
第5B圖繪示沿第5A圖中切線A-A’的橫截面視圖。
第6圖繪示步驟的遮罩位在基材上。
第7圖繪示在間隙壁蝕刻步驟之後的主要特徵。
第8圖繪示移除了截止遮罩層的結果。
第9A圖與第9B圖繪示遮罩在X方向上對於主要特徵中的線條與間隔有某種程度的偏移，但是遮罩仍然是與邊緣自我對準。
第10圖繪示遮罩在Y方向上對於主要特徵的線條和間隔有某種程度的偏移，但是遮罩仍然是與第二邊緣自我對準的。
Claims (21)
- 一種形成自我對準的疊對標記(self-aligned overlay mark)的方法，包括：提供位在一基材上的一第一區域和一第二區域，和位於該第一區域和該第二區域之間與位於該基材上的一主要特徵，其中該第一區域定義一第一邊界，而該第二區域定義一第二邊界；形成一截切遮罩層(cut mask layer)以分別覆蓋該第一區域與該第二區域，其中該截切遮罩層暴露該主要特徵；決定該截切遮罩層是否與該第一邊界以及該第二邊界其中之至少一者自我對準，而建立一自我對準的疊對標記；進行一主要特徵的蝕刻步驟，而將該主要特徵轉移至該基材中，當該截切遮罩層與該第一邊界以及該第二邊界其中之至少一者自我對準時。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中該主要特徵是由一間距複減技術所形成的。
- 如請求項2形成自我對準的疊對標記的方法，其中該截切遮罩層只與該第二邊界自我對準。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中該主要特徵具有較該第一邊界以及該第二邊界其中之至少一者更密集之一主要特徵圖案。
- 如請求項4形成自我對準的疊對標記的方法，其中該截切遮罩層輪廓出和框出該主要特徵圖案。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中該主要特徵具有一線條/間隔陣列圖案。
- 如請求項6形成自我對準的疊對標記的方法，其中在該線條/間隔陣列圖案中具有多個非連續線段。
- 如請求項6形成自我對準的疊對標記的方法，其中該線條/間隔陣列圖案中的該間隔沒有該截切遮罩層的該邊界。
- 如請求項7形成自我對準的疊對標記的方法，其中該截切遮罩層的該邊界落在該多個非連續線段中最接近的之上。
- 如請求項7形成自我對準的疊對標記的方法，其中該截切遮罩層的該邊界落在該多個非連續線段的其中之一者上。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中該截切遮罩層的邊緣是斜角的(tapered)。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中該截切遮罩層包括一光阻。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中該截切遮罩層疊蓋在該主要特徵的上面。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中該主要特徵包括一第一部分和一第二部分。
- 如請求項14形成自我對準的疊對標記的方法，其中該第一部分和該第二部分在該主要特徵的蝕刻步驟後，在該截切遮罩層的存在下保持不變。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中該截切遮罩層有助於形成一套準測量框(registration measurement box)，當該截切遮罩自我對準於該套準測量框之該第一邊界以及該第二邊界時。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中該截切遮罩層有助於形成會被一測量工具所檢測之一測量環(measurement ring)，以決定該主要特徵之位置。
- 如請求項17形成自我對準的疊對標記的方法，其中該測量環的一個邊界位於與一第一主要特徵平行的方向上。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，進一步包含：在該主要特徵的蝕刻步驟後，從該第一區域和該第二區域移除 該截切遮罩層。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中不管該截切遮罩層對於該主要特徵是否有一X方向之偏移，該截切遮罩層仍然都與該第一邊界以及該第二邊界其中之至少一者自我對準。
- 如請求項1形成自我對準的疊對標記的方法，其中不管該截切遮罩層對於該主要特徵是否有一Y方向之偏移，該截切遮罩層仍然都與該第一邊界以及該第二邊界其中之至少一者自我對準。
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