TW201502694A - 使基板缺陷減到最少的雙遮罩光微影方法 - Google Patents

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Abstract

本發明是有關於光微影術，特別是極限紫外光微影術。 提出一種光微影方法，其方法產生可能具有缺陷之一第一空白光罩，建立使用一檢測機之該第一空白光罩之複數缺陷位置之一個別映射，並且，對於每一缺陷，定義一圍繞缺陷之排除區。然後，產生兩個互補式光罩，其中一個光罩具有第一空白光罩及所需設計型樣，且排除區為黑，另一個光罩具有第二空白光罩以及在排除區之所需設計型樣，第二光罩之其餘部份為黑，用兩個互補式光罩之用光微影處理之兩接續步驟之表面完成曝光。

Description

使基板缺陷減到最少的雙遮罩光微影方法
本發明係關於光微影光罩之製造。特別是關於極限紫外光(extreme ultraviolet,EUV)光微影。此波長小於20奈米並且通常為13.5奈米或6.8奈米。這些波長的使用是為了產生比那些可能用可見光或深紫外光(deep ultraviolet,DUV)光微影作出更小尺寸的型樣，但是本發明應用於任何波長。
極限紫外光光微影光罩之特徵為它們使用於反射模式而不是傳輸模式。對於有用的極限紫外光光微影波長而言它們為反射性，也就是說此一將使用於具備此光罩之光微影操作。此二位元極限紫外光光罩也相關於可吸收之有用極限紫外光波長之區域之型樣。具相位差之極限紫外光光罩相關於一相位移區域之型樣。為了簡化解釋，此後所指的光罩為二位元極限紫外光光罩，雖然本發明也可應用於具有相位差的光罩。
使用上，除了在吸收且不會反射光束之吸收區，極限紫外光光束將使光罩發光並且光罩反射此極限紫外光光束。極限紫外光光束具有良好的預定波長且藉由此型樣進行空間調變並且藉由具有在被曝光表面上之鏡片之聚焦光學儀器投射。被曝光表面為沉積在平坦基板上之極限紫外光感光樹脂層。此極限紫外光感光樹脂層包括在極限紫外光放射曝光後之樹脂之被蝕刻或被處理(例如被佈植)之複數層。樹脂之隨後化學發展為留下某些被蝕刻或被佈植之複數層之結構，結構由保護某些區域及揭露其他區域之一樹脂型樣所覆蓋。
投射光學儀減小投影並使其可定義在一樹脂，其具有比那些在光罩上被蝕刻之更小的型樣。減小比例大約為4。光罩通常由一電子束束寫成像方法製作而成。
典型地，二位元光罩型式之一反射模式光罩由一具有低膨脹係數、且由一反射結構覆蓋而成之一平坦基板組成；反射結構並不只是一布拉格鏡，也就是說其為具有不同折射係數之多透明層之結構。這些透明層之厚度由折射係數、極限紫外光光束之射入角度及其波長組成之函數計算得出，因而這些不同介面，部分反射、送回同相光波。一根據所需光罩型樣蝕刻之吸收層覆蓋此鏡，因此這光罩包括反射區(未被吸收層覆蓋之鏡)以及吸收區(被吸收層覆蓋之鏡)。舉例來說，對於一13.5奈米及一入射角度為6度之波長，將使用部分40或具有41.5埃 厚之矽層，交替著部分40或具有28埃厚之鉬層(1埃等於0.1奈米)。吸收區可由鉻(攙雜其他物)放置於鏡上製成；例如，一600埃之鉻層置於鏡上，其反射不超過百分之一之入射光。
基板在其整個表面上承載一多層鏡及一一致(因尚未被蝕刻)的吸收層稱為“空白光罩”。根據一所需型樣而蝕刻此空白光罩以形成一極限紫外光光微影光罩。由極限紫外光光微影產生之小尺寸之光罩型樣表示空白光罩之缺陷可產生損害光微影結構之缺陷。在光罩上之數十奈米尺寸之小缺陷可被轉化成不需要的型樣而最終成為無用結構。
空白光罩之缺陷可源自於空白光罩表面上之缺陷，或者甚至是源自於形成布拉格鏡之多層結構所引起的缺陷，或者源自於在下面之基板自身之表面缺陷，例如是刮痕，空洞，凸起，來自多層結構之傳導缺陷以及像是鏡缺陷。缺陷泛指廣大的缺陷(原先不應是吸收之吸收區等等)，或是光學相位之缺陷(當光微影光束穿透光罩之複數層而引起不想要之相位移，局部地損壞反射係數)。
為了給出量的級數，其中一個目標是產生具有一數目缺陷之光罩，其具有等於或大於60奈米尺寸之缺陷且少於每平方公分具有0.01個缺陷。然而，目前的技術尚無法使此可能。
目前已提出如下方式以修正缺陷：用每一空白光罩之缺陷之一個別映射來製造對應一連串複數個光罩 所產生之結構(例如一具有多個微電子電路之半導體晶圓)。於結構上產生對應之不同蝕刻或佈植需要複數個光罩。藉由使用市場標準設備偵測一系列之空白光罩之缺陷，在每個空白光罩上註明缺陷的位置及尺寸。
軟體決定了對於不同光罩而言那些空白光罩是可使用的，基於佈值或所產生電路之不同層之“佈局”圖，藉由提供小的X或Y軸補償或是光罩的小旋轉以使空白光罩之缺陷被移至設計結構之外(至少是設計中之最關鍵區域之外)。
在本案例中每個光罩上之缺陷數目依然為高，很難藉由此方法去找一個累積缺陷全置於一個吸收區之解答，因為有很低的機率於一個光罩的不同缺陷可全部被放置於當只有在兩個X，Y軸轉化自由度之光罩平面以及在此平面之一旋轉自由度。
為了較佳地避免這些缺陷所引起之結果，本發明提出一種光微影方法，其特徵在於包括對於根據一所需設計型樣之在一曝光表面之一光微影操作之下列步驟：產生可能具有缺陷之一第一空白光罩，使用一檢測機建立第一空白光罩之複數缺陷位置之一個別映射；對於每一缺陷，定義一圍繞該缺陷之排除區，以及，依據該所需設計型樣及根據一複數設計規則，產生一第一光罩設計在第一空白光罩之上，第一光罩設計包括除了排除區之所需設計 型樣，且該排除區為黑，以及產生一第二光罩設計在一第二空白光罩之上或在第一空白光罩之上，該第二光罩設計包括一互補式設計型樣，該互補式設計型樣包括與排除區相關之區域，部份所需設計型樣，該第二光罩設計之其餘部份為黑；最後，在曝光表面，依據第一光罩設計執行一光微影步驟以及依據第二光罩設計執行一光微影步驟，藉由疊置，在曝光表面上，為第一光罩設計之排除區及第二光罩設計之與排除區相關之區域。
因此，取代對每一光微影操作只使用一個光罩，使用兩個互補式光罩(無論它們是在一且相同的空白光罩之上的不是太大的設計型樣或是它們是在二個不同空白光罩之上的較大設計型樣)並且經由兩次連續曝光其表面：首先是其中之一光罩(或光罩設計之一)然後是另一光罩。此光罩或光罩設計為互補式因為當一個光罩曝光了其不被另一個光罩曝光之部分表面，此光罩或光罩設計並未重疊或僅有非常小的重疊使其可確保在曝光時並未省略。其中一個光罩(或是其中一個光罩設計)確保其曝光是根據除了定義基本上為光罩本身產生的缺陷之排除區之外之所需型樣之區域，那也就是說有缺陷之空白光罩被用來做第一光罩，另一光罩(或是另一光罩設計)確保根據所須型樣之曝光，只在由第一空白光罩之缺陷所定義之排除區。
更好地是，如果有兩個空白光罩，建立該第二空白光罩之缺陷之映射，以及建立一檢測以確定第二空 白光罩之缺陷不會位於該第一空白光罩之排除區。
若一表面之處理需要N個光微影操作，有可能對於每一個N個光微影操作是做同樣的事，也就是說產生2N個互補式光罩其中只有N個光罩會被正常地使用。
這兩個區域的分割是由光罩設計處理軟體所執行。此軟體包括了一個描述所需設計型樣的檔案；第一空白光罩之每一個缺陷的位置被引入軟體，軟體計算出圍繞在每個缺陷的排除區以及它建立一根據第一光罩之第一設計檔案(或是如只使用一單一空白光罩，對一第一光罩設計而言)以及一根據第二光罩之第二設計檔案(或是對一第二光罩設計而言)；藉由考量設計規則之二個互補式檔案的建立，例如是根據所觀察到的缺陷之尺寸之一可變動尺寸的排除區之建立；或是其他連結至生產實際設計之設計規則基礎；例如，它需要一個沒有被製作之分割，此分割相交到一個例如一電晶體之通道或閘極，或是源極或汲極之主動區。
10‧‧‧基板
20‧‧‧堆疊
22‧‧‧包覆層
30‧‧‧吸收層
32‧‧‧緩衝層
本發明的其他特徵及優點將藉由閱讀接下來詳細伴隨著附屬圖示參考之描述而變得更清楚：-圖1表示具有吸收區之一型樣之一二位元極限紫外光光罩結構；-圖2顯示一空白光罩之垂直剖面圖；-圖3顯示一包括數個缺陷之一空白光罩之俯 視圖；-圖4顯示在空白光罩所觀察到的圍繞在每一個缺陷的排除區圖；-圖5象徵性地表示對於在一處理表面之一光微影操作之一再製光罩設計；-圖6表示一第一光罩，其由圖3之空白光罩所產生，其中排除區為黑且因而並未參與處理表面之曝光，光罩的其餘部分包括了產生光罩設計；-圖7表示使用在一且相同光微影操作之第二光罩，一只有包括一設計型樣之排除區之光罩，光罩之其餘部分為黑且不參與處理表面之曝光；-圖8表示一只有在一空白光罩上形成之一第一光罩設計及一互補於第一光罩設計之第二光罩設計之完成方法。
圖1複習了極限紫外光光微影二次元光罩之一反射模式之通常結構。
光罩包括具有低熱膨脹係數之基板10。藉由薄層之一堆疊20之均勻覆蓋形成一於在極限紫外光光波長下使用光罩以及對於使光罩發光之極限紫外光之入射角(通常近似於6度)之布拉格鏡。此堆疊20，經常為多個間隔交替之矽層及鉬層。選擇矽層之厚度及鉬層之厚度是藉由個別矽及鉬的反射係數以建立由介於兩層之每一介 面反射之光之結構性干擾。堆疊20表現地像是一個對於入射極限紫外光光束具有強反射係數之鏡子。交替層可藉由包覆層22保護。
一吸收層30覆蓋堆疊20並吸收極限紫外光光束，局部蝕刻以定義一所需光微影型樣。吸收層可由鉻製成。介於堆疊20及吸收層30可提供一可為氧化矽之緩衝層32。緩衝層32明顯地作為蝕刻中止層而可能使在吸收層30蝕刻所需型樣卻不損壞布拉格鏡之表面。
操作中，光罩接收極限紫外光光束，特別是具有13.5奈米之波長，其由通常操作在反射模式之光學系統所聚焦。鏡之曝光區傳送光至一投射光學儀，其投射光至一具光微影層之平坦結構上。鏡區由不會反射任何光束之吸收層所覆蓋。投射光學儀通常投射縮小四倍之影像。
在光微影型樣之蝕刻前，由基板10、布拉格鏡20(堆疊20)、緩衝層32、以及均勻沉積吸收層之組成稱為空白光罩。圖2表示一空白光罩。如果空白光罩的表面包括缺陷，這些缺陷會破壞最後光罩的品質。缺陷可以在表面上(例如是在均勻層30(吸收層30)之洞)。在堆疊20或在堆疊20之下或在基板表面之深度之缺陷，將轉換為相缺陷並且會影響光罩品質。一旦製作完光罩，這些缺陷是無法修復的或者是難以修復。
近來，缺陷寬度超過60奈米是被認為禁止的並且一個光罩不應具有大於尺寸標準為每平方公分0.01 個之缺陷。
為了產生一個完整的結構，舉例來說一個微電子積體電路包括半導性、導性或絕緣性層，其根據對應之型樣蝕刻，並且包括根據對應之佈植型樣摻雜之半導體區域，一N組光罩是必需的(N大於1)。在連續的光微影步驟中藉由非常精確地疊置N組光罩中的每一光罩使型樣投射至結構以達成最後結構之建造。對於關鍵標準，這組光罩數目可包含例如8至15個光罩。基於經濟因素，例如，在深極限紫外光之微影術，將產生其他關鍵標準。
為了避免產生有缺陷的光罩，將在蝕刻空白光罩前大致上地檢查其表面並且除去具有太多缺陷的空白光罩。
根據本發明，仍實行此檢查，但不除去具有缺陷的空白光罩。實行空白光罩之缺陷映射，也就是說，使用檢測機以正確地判斷每一具有大於一給定值尺寸(例如是30奈米，但可能基於更高度安全使用更低值)的每一缺陷的精確位置。藉由相對於空白光罩參考之(幾何)橫座標及(幾何)縱座標以確認缺陷位置，例如是關於長方形光罩之邊緣或是在光罩上形成的參考標誌。
圖3表示一具有數個缺陷F之空白光罩BM1之俯視圖；在參考架構中的這些缺陷的位置被正確的表示及引入設計計算軟體，其亦包括在曝光感應表面上之光微影操作產生之設計描述元件。
在先前技術中，軟體創造一可使用於光微影 操作之單一光罩設計。光罩的設計是形成於感應表面之完整設計。對於多樣之技術理由而言，在此定義介於產生的設計及用來形成此設計的設計光罩可以有差異。在這些理由中有需要去導入光學鄰近校正圖案進光罩的設計。回憶光學鄰近校正圖案是用來補償，例如是位於角落或邊界等的設計圖案的邊界效應的曝光缺陷。為了簡化接下來的解釋，在此認為光罩的設計DE大致上與產生之設計相同。用來產生從空白光罩之光罩之一電腦檔包含光罩設計；此電腦檔控制，例如，一電子束束寫機。
在本發明中，對於每個觀察到的缺陷F，一個排除區ZE的尺寸足夠包圍定義在參考架構中的全部缺陷。
圖4表示具有缺陷之空白光罩BM1，由一個別的排除區ZE包圍每一缺陷。基於對設計的易識別性，排除區表示遠大於它們實際具有的尺寸。實務中，缺陷是非常小的(最多數百奈米)且排除區可以是邊線為數微米之正方形或長方形。
這些排除區將用來處理光罩設計的檔案以產生兩個考量排除區之互補式檔案。
這些互補式檔案將用來產生兩個在兩個分離空白光罩上之互補式光罩設計，或是，將在後續見到，當空白光罩足夠大到去包含至少兩個被產生的設計型樣之在一且相同的空白光罩。
首先認定所有的兩個空白光罩被用來產生兩 個互補式光罩設計。
圖5象徵性地表示將產生一光罩設計型樣DE在一矽晶圓的感光表面上。在此設計，或是更精確地說此設計描述，被包含在初始檔案。
從此初始檔案及空白光罩BM1的缺陷調節，設計計算軟體創造了兩個互補式光罩設計M1及M2。第一光罩設計M1於一空白光罩BM1上製作。第二光罩設計M2於另一空白光罩BM2上製作。較佳地，執行一第二光罩之檢查以檢測第二空白光罩並未與第一空白光罩之相同位置上具有缺陷。也有可能需要考慮不去檢測第二空白光罩因為第二空白光罩與第一空白光罩之相同位置上具有缺陷的可能性低，然而最好作此檢測以及若發現缺陷位於兩個空白光罩之相同位置時選擇另一空白光罩為第二空白光罩。
這兩個描述光罩設計M1及光罩設計M2的檔案藉由考量設計規則而建立，以及在特殊的規則中有可能畫出圍繞在每一缺陷之排除區的邊界。
第一檔案包含了一主要光罩設計M1，其為已移除置於排除區ZE中的元件之所需設計型樣DE；此設計變成一設計DEp，其為所需設計型樣但具有放置於黑區中的消失部；一“黑區”應被理解為將不參加處理表面之曝光之一個區域；在一二位元光罩，這些是光罩的吸收區。
第二檔案包含一基本上是黑區的光罩設計M2，除了在尺寸上是相同的區域ZEa之外，及對於排除 區ZE來說是設計之相同位置；這些區域將被稱為ZEa；其與排除區是相關的區域。第二檔案表示一個在設計DE之遺失部DEz組成的光罩設計M2，並且這些遺失部位於相關區域ZEa；檔案的其餘部分為黑。
光罩設計M1從第一檔案及從在圖6表示的空白光罩BM1產生；它包括了主要設計DEp但不含在黑排除區ZE的設計。光罩設計M2從第二檔案及從在圖7表示的第二空白光罩BM2產生；它包括了一僅分佈在排除區的互補式設計；其餘的全部區域為黑。
在打算曝光處理表面以因此形成設計DE的光微影操作期間，藉著小心使用相同的參考架構以校直每個光罩之處理表面以接續互補式光罩M1及M2來曝光表面(次序不重要)。排除區屬於光罩M1且與排除區相關之區域屬於光罩M2，排除區與排除區相關之區域於兩個光罩中位於相同位置。它們的投影在曝光表面上疊置。
安全地貼附兩個光罩M1及M2至同一支持物以促進此校直可能有優點。可使用一個具有容納一雙光罩M1+M2之膠盒之曝光機。
如果一個校直機包括一個雙盤以同時接收兩個要處理的矽晶圓，有可能，例如下列處理：當第一晶圓隨著光罩M1曝光時，第二晶圓預先校直。然後第二晶圓隨著光罩M1曝光。之後，光罩M2置入(曝光機)，第一晶圓曝光，接續的是第二晶圓曝光。一系列的操作隨著新的一組兩晶圓重新開始。
當設計DE之分割具有兩不同檔案DEp及DEz時，數個設計規則形式可被使用：-具有固定尺寸之排除區的使用，例如是2微米乘2微米；此尺寸特別依賴缺陷映射機之正確性，正確性通常有正/負1微米之狀況；-若缺陷的尺寸較大而有較大排除區的使用以及若缺陷的尺寸較小而有較小排除區的使用；-對於兩缺陷靠近另一個缺陷之單一區域之使用；-考量生產實際設計DE之設計規則之使用；在本案例中，排除區邊界將較佳地尋求與最少可能的設計線相交；排除區邊界通過介於兩設計線之間優於跨於一設計線之上，排除區邊界相交於某些型樣但無其他物等等。舉例來說，有可能禁止相交於一電晶體之閘極或源極或汲極之設計，但允許相交於一切斷導電性連結之設計。
排除區可以具任何形式。然而，較佳地使用排除區為正方形，長方形，或大多通常是多邊形(依據設計之線之主要方向)以簡化計算從設計檔DE之設計檔DEp及DEz之程式。
在二位元光罩或是具有相位移光罩之案例，黑區對應於光罩的吸收區。
在包括光學鄰近校正圖案之光罩之設計案例，可能需要使在兩個光罩設計之型樣適應排除區之邊界之位置以考量設計將在兩步驟曝光及在邊界曝光的位置將 受影響之事實。提供二階段曝光之事實創造了不應有之線結束，此為一排除區之邊界之一額外之邊際效應之處；有可能考量此處以修正在此處之設計以補償此效應，其在設計之其餘部份已做完。可於排除區之邊界及在與排除區相關之區域之邊界附近作此修正。
在圖6及圖7，認為產生DE之設計型樣佔據了光罩幾乎所有的表面。然而，若光罩的尺寸足夠包含產生兩設計型樣DE，可並列這兩個互補式光罩設計M1及M2於一單一空白光罩BM1之上。
本案例表示於圖8。空白光罩BM1包括兩個互補式光罩設計M1及M2以及其完美定義之相對位置以使其隨後可能在兩個光微影步驟疊置這些設計的投影物；第一設計M1的排除區ZE位於如第二設計M2之相關區之相對相同的位置；在光微影投影中，它們隨後被精確地疊置於第二設計的相關區ZEa之上，其包含光罩M1之遺失設計型樣。
更好必要檢查空白光罩BM1並不包括在相關區ZEa之缺陷，但在統計上，這未必發生。
在光微影從空白光罩BM1形成之單一光罩M1+M2，分離式使用是由第一光罩設計M1製作去投影設計DEp至曝光表面以及是由第二光罩設計M2，在光微影機中的補償以放置它在位置以投影互補式設計DEz而正確地在表面上疊置排除區ZE及相關區ZEa。步驟的次序不重要。
對於更小的設計型樣，有可能在單一空白光罩上具有數對互補式設計M1及M2。數對互補式設計M1及M2可能與另一個相同(對於複數晶片的多個曝光)或若它們對應不同的光微影步驟或是同時地曝光不同型樣其是與另一個不同的。
在相同空白光罩上的兩設計M1及M2之形成的優點是在投影中有可能有最大校直正確性，其可能在投影過程中不需要依賴接續校直兩光罩或是穩固附著兩光罩。

Claims (10)

  1. 一種光微影方法，其特徵在於包括對於根據一所需設計型樣(DE)之在一曝光表面之一光微影操作具有下列步驟：產生可能具有缺陷之一第一空白光罩(BM1)，使用一檢測機建立該第一空白光罩之複數缺陷(F)位置之一個別映射；對於每一缺陷，定義一圍繞該缺陷之排除區(ZE)，並依據該所需設計型樣及根據一複數設計規則，產生一第一光罩設計(M1)在該第一空白光罩之上，該第一光罩設計包括除了該排除區之該所需設計型樣，且該排除區為黑；產生一第二光罩設計(M2)在一第二空白光罩之上或在該第一空白光罩之上，該第二光罩設計包括一互補式設計型樣，該互補式設計型樣包括與排除區相關之區域，部份該所需設計型樣，該第二光罩設計之其餘部份為黑；最後，在曝光表面，依據該第一光罩設計執行一光微影步驟且依據該第二光罩設計執行一光微影步驟，藉由疊置，曝光表面為該第一光罩設計之該排除區及該第二光罩設計之與該排除區相關之區域。
  2. 如請求項1所述之方法，其中，該第一光罩設計及該第二光罩設計分別形成於該第一空白光罩及該第二空白光罩之上，該第二空白光罩之該相關區與該第一空白光罩之該排除區位於相同的位置。
  3. 如請求項2所述之方法，其中，建立該第二空白光罩之缺陷之映射，以及建立一檢測以確定第二空白光罩之缺陷不會位於該第一空白光罩之排除區。
  4. 如請求項2或3所述之方法，其中，該第一光罩設計(M1)及該第二光罩設計(M2)穩固地附著於一且相同的支持。
  5. 如請求項1所述之方法，其中，並置該第一光罩設計及該第二光罩設計於該第一空白光罩之上，以及補償介於兩光微影步驟中之該第一空白光罩之側邊以用來疊置，曝光表面為該第一光罩設計之排除區及該第二光罩設計之與排除區相關之區域。
  6. 如請求項1所述之方法，其中，該第一光罩設計及該第二光罩設計分別由一第一設計檔案及一第二設計檔案產生，由同一包含所需設計型樣(DE)以及由該第一空白光罩所觀察到的每一個缺陷(F)的位置建立這兩個檔案。
  7. 如請求項6所述之方法，其中，藉由考量設計規則建立該第一設計檔案及該第二設計檔案，以及在此設計規則中，有一設計規則用所觀察到的缺陷尺寸之函數來選擇排除區之面積。
  8. 如請求項6或7所述之方法，其中，藉由實際設計之生產之所考量的設計規則以建立該第一設計檔案及該第二設計檔案。
  9. 如請求項8所述之方法，其中，隨著限制一排除 區不與一例如一電晶體之源極、閘極或汲極之主動區交集之規則而建立該第一設計檔案及該第二設計檔案。
  10. 如請求項1所述之方法，其中，光罩設計包括光學鄰近校正圖案，包括限制排除區及與排除區相關區域之校正圖案。
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