TW393593B - Multiple exposure masking system for forming multi-level resist profiles - Google Patents

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1‘行wr:;ri 年月筹號專利申請案 中修疋頁(87年2月) A7 B7 五、發明说明（6 ) 轉移至間層絕緣物。 圖ό係圖5所示的轉移之後形成的部份通路血、 ^、互 線 平面圖 上 阻 圖7係如圖2的橫截面圖，其顯示經由第— 布二罩幕圖案將光 曝光而在光阻層中產生第三曝光圖案的步锻。 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 中產生 三種厚度。 20 半導體晶圓 62 光線 22 光微影裝置 66 氧化鉻 28 可移動平台 68 縫隙 32 光源 70, 72 第—曝光圖案 36 光栅機構 85 罩幕圖案 38 方孔檔板 88 光罩 39 目標區域 90 光線 40 光罩 92, 94 光罩缝隙 * 44 縮小光學部件 100 第二曝光圖案 50 基板（間層絕緣層） 102, 104 矛·—曝光圖案 52 光阻 115 光阻 54 預定厚度 130, 132 缝隙 58 絕緣層之表面 135 導體 60 光罩 138, 140 通路 148 缝隙 鼓隹具體實施例誣诚 圖1係使用於積體電路製程的光微影裝置22之選用零件 ___ -9 - 本纸張尺度適標準（⑽---~~~~. .(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 装 訂 經濟部中央榇準局員工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景與摘述 本發明一般地係關於積體電路製造方法，以及更特別地 係關於應用於積禮電路中互聯與通路之形成的方法_。 超大型積體電路之製造之一個重要部份是不同電路元件 間通路與其它導電互聯之準備。用於在一 1C電路中形成一 通路或互聯的傳統方法是蝕刻方法。在這個方法中，鋁或其 它適合的金屬係以此技藝中眾所周知的濺鍍技術沉積於基板 表面。铭形成一完全覆蓋基板表面的層。接著一圖案化的光 阻分布係形成於鋁之上以便保護欲留下來的鋁。基板與光阻 接著典型地以異向型電漿蝕刻劑進行蝕刻，以便準確地移除 不要的銘。接著先前由被移除的鋁所佔據的區域填充一種絕 緣材料’例如氧化物。氧化物和鋁延伸整個原始基板表面。 同樣地’這個新層之表面具有一個以此技藝中眾所周知的化 學機械研磨法（CMP)所平坦化的表面。該新的研磨表面露出 鋁區域，以便形成更進一步的互聯。 當半導體晶圓上的裝置縮小至次微米大小及晶片上的個 別凡件數目需要儘可能高的封裝密度時，互聯之建構複雜度 持續成長》—個已發展用於改善上述鋁蝕刻方法以提供大量 多層互聯的技術已知爲金屬鑲嵌方法或鑲嵌方法。 在金屬讓嵌方法中，包括形成於晶圓上的電晶體與其它 裝置的基板表面係首先以一絕緣層覆蓋，例如氧化物。—圖 案化的光阻分布係接著形成於絕緣層表面。在光阻中對應於 絕緣層中形成通路的區域，光阻分布具有縫隙或孔洞。光阻 之其έ«區域係形成伸長狀缝隙，以便產生互聯線。光阻覆言 本紙張从適用中國國家揉车: — ----；--；----^------1T------^ C请先閲tr背面之注意事項寫本頁) 五 發明説明（2) A7 B7 經濟部中央椟率局貝工消費合作杜印裝 的絕緣層接著蝕刻移除光阻縫隙下方的氧化物。光阻接著被 剥除。銅或其它適合的金屬接著用於填充通路與互聯，該金 屬典型地係利用化學蒸氣沉積法（CVD)沉積》結果在絕緣層 中具有不同程度的導電金屬。絕緣層之表面典型地係使用— 種CMP方法平坦化。接著添加額外的絕緣層，以便完成須要 的晶片互聯。此種具有由金屬鑲嵌或鑲嵌方法形成的互聯與 通路的絕緣層有時稱爲間層緣緣物物或稱爲間層絕緣層。 使用金屬鎮炎方法的積體電路製造牵涉到高解析度微影 ’以便在絕緣物中產生超薄的線與通路。缝隙之圖案係藉由 將須要的光圖案引導至光阻上而形成於上層感光性光阻（下 文中稱爲“光阻（photoresist)”或“光阻（resist)，，）中，該光線具 有光阻敏感的波長。隨後，光阻“顯影”移除曝光的區域， 留下絕緣物表面上光阻罩幕背面的區域β接著光阻罩幕用作 爲隨後下層絕緣物之蚀刻的圖案。 一種廣泛使用於1C製造的技術係應用光罩，須要的罩幕 圖案形成於光罩上，該光罩通常重覆多次而同時暴露晶圓上 的多重區域。光線係經由光罩照射於晶圓上的光阻層表面， 將目標區域暴露於罩幕圖案。當在絕緣層如二氧化碎中形成 多層互聯線與通路時，形成光阻罩幕的程序係重覆數次。在 絕緣物之每一層上的必須的結構如線或通路係藉由下列步骤 形成：（1)在絕緣物上鋪設一層光阻；（2)暴露光阻於具有 須要的結構的光圖案；（3 )顯影光阻以移除曝光的光阻區域 ;(4)經由圖案化的光阻蝕刻絕緣物以轉移圖案至絕緣物； (5)剥除光阻層；（6)沉積導電金屬於通路與互聯及研磨氧化 ------ --5-_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公嫠） 請 先 閲 讀- 背 Φ 之- 注 項 頁 裝 訂 線 五、發明説明（3 ) 物表面；（7)添加一層須圖案化的新絕緣層；（8)形成 阻層；以及（9)重覆步裸2、3、4等0 〆另一光 •^衣7F光阻在每次曝 光於罩幕圖案之後顯影，以及在隨後的製程（只要増加新的 結構)（後’-層新光阻層再被添加、曝光、及顯影。每一 個此種處理步驟須要罩幕與晶圓之精細對位。 在高密度晶圓製造中，不同的罩幕遮蔽步驟間即使是次微米 大小的對位變化也會劣化或毁壞晶圓上所有或大多數的晶片 。因爲每個光阻圖案之形成須要許多製程步驟及牵涉到：位 偏移之可能性發生’所以如果積體電路製程中須要的光阻罩 幕圖案數可在互聯與通路形成期間減少，則這是有利的。 單-光阻層充作爲-個用以在間層絕緣層内㈣二層或 多層的罩幕圖案也是有利的。這使得製程步骤安全及確保因 此結合的製程步驟之罩幕是自動自我校正的。 於是，本發明提供-㈣成光阻罩幕的方法，該罩幕使 用於在間層絕緣層中形成積體電路連接。本發明方法包含 提供一層在間層絕緣物上具有預定厚度的光阻層的步驟。接 著光線經由第一罩幕圖案照射至光阻而在光阻中產生第—曝 光圖案。在光阻顯影之前，光線經由第二罩幕圖案再照射至 光阻而在光阻中產生第二曝光圖案。接著光阻顯影，在第— 曝光圖案區域中移除小於光阻層之總預定厚度的第一光阻厚 度，以及在第二曝光圖案區域中移除第二光阻厚度。因此， 顯影過的光阻罩幕包括許多不同厚度的光阻區域β 本發明方法較佳地係包括在光阻中產生第一曝光圖案時 使用第一選擇曝光能量的光線，以及在光阻中產生第二 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印聚 五、發明説明（4 ) 光圖案時使用不同於第_曝光能量的第二選擇曝光能量的 光線帛#第-曝光能量係藉由控制光強度之程度、或控 制光線曝光持續時間 '或以上二者而選擇。第一與第二曝光 能量之差異使得顯影步驟期間移㈣光阻量產生㈣。暴露 於較间光子量的區域將比暴露於較低光子量的區域顯影得快 。藉由在顯影步驟期間控制時間、溫度與顯影劑濃度，可以 只移除接收較低光子量之區域中總光阻厚度之―部份，即第 -曝光㈣，以及移除接收較高光子量之區域中整個光阻層 厚度’即第二曝光圖案。 本發明万法特別適用於覆在.晶圓之積體電路元件上的間 層絕緣層中使互聯與通路圖案H曝光能量的光線照射 =由第-罩幕圖案所限定之選定的光阻區域而在光阻中產生 第-曝光圖案。在未顯影光阻之下，由第二罩幕圖案所限定 之選定的光阻區域接著暴露於第二、較高或較低的曝光能 量而在光阻中產生第二曝光圖案。接著光阻顯影而移除第 一曝光圖案區域中的光阻第—厚度及移除第二曝光圖案區 域中的第二厚度。假設用於曝光第一曝光圖案的光線之第 一曝光能量爲低於用以曝光第二曝光圖案的光線之第二曝 光能量的曝光能量，則顯影步驟可控制從暴露於第一曝光 圖案的區域移除較少的光阻。較佳地，光阻之總厚度係從接 收較高曝光能量的區域中移除（例如，第二曝光能量之第二 曝光圖案），小於總厚度的係從較低曝光能量的區域中移除（ 例如，第一曝光能量之第一曝光圖案）。顯影之後的結果是 光阻罩幕存在於具有許多不同厚度區域的基板上，包括具有 ( CNS ) A4«^ ( 210X297^« )-~ -----------^------II------^ (請先閲诜背面之注意事項ί寫本頁) A7 --- —— __B7___ 五、發明説明（5 ) ' ’ 幾乎光阻層之總預定厚度的未曝光區域、具有低於總預定厚 度之厚度的第一曝光圖案區域、以及第二曝光圖案區域中已 移除光阻的孔洞或缝隙。 產生的多層光阻罩幕係適用於在使用圖案轉換技術的間 層絕緣物中形成多層互聯與通路。用於此目的之適當的圖案 轉換技術係描述於1996年6月1 〇日提出的共同專利應用系列 第〇8/665,014號’標題爲“用於轉換多層光阻圖案之方法”， 由涂固元（Tue Nguyen)、宣添樹（sheng Teng Hsu)、馬傑生 (Jer-shen Maa)與布魯斯戴爾烏理齊（Bruce Daie Ulrich)等人 所發明，代理人判決摘要第SMT 162號，其被認定爲相同於 本發明之受託人。 圖案簡述 圖1係使用於半導體積體電路製造的適合的微影製程設備 之選用零件之邵份示意圖（先前技藝）。 圖2係光罩與晶圓上的目標區域之部份側邊橫截面圖，與 圖1中之相似元件比較起來係相當放大的’其顯示將光線照 射於選定的光阻區域而在光阻層中產生第一曝光圖案的第— 罩幕圖案化步驟β "圖3係如圖2的側邊橫截面圖，其顯示將光線照射於選定 的光阻區域而在光阻層中產生第二曝光圖案的第二軍幕圖案 化步驟。 圖4係圖2與3之光阻層之侧邊橫截面_，其説明本發明之 顯影步驟。 圖5係如圖2的橫截面圖，其顯示光阻與多層光阻分布之 本紙張適用中國國家標準（CNS }八视^> ( 2l〇x29?公釐) ----~~ (請先閱讀背面之注意事項f4、寫本頁) *裝_ 線 1‘行wr:;ri 年月筹號專利申請案 中修疋頁(87年2月) A7 B7 五、發明说明（6 ) 轉移至間層絕緣物。 圖ό係圖5所示的轉移之後形成的部份通路血、 ^、互 線 平面圖 上 阻 圖7係如圖2的橫截面圖，其顯示經由第— 布二罩幕圖案將光 曝光而在光阻層中產生第三曝光圖案的步锻。 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 中產生 三種厚度。 20 半導體晶圓 62 光線 22 光微影裝置 66 氧化鉻 28 可移動平台 68 縫隙 32 光源 70, 72 第—曝光圖案 36 光栅機構 85 罩幕圖案 38 方孔檔板 88 光罩 39 目標區域 90 光線 40 光罩 92, 94 光罩缝隙 * 44 縮小光學部件 100 第二曝光圖案 50 基板（間層絕緣層） 102, 104 矛·—曝光圖案 52 光阻 115 光阻 54 預定厚度 130, 132 缝隙 58 絕緣層之表面 135 導體 60 光罩 138, 140 通路 148 缝隙 鼓隹具體實施例誣诚 圖1係使用於積體電路製程的光微影裝置22之選用零件 ___ -9 - 本纸張尺度適標準（⑽---~~~~. .(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 装 訂

3號專利申請案 t修正頁⑽车：?. 3

經濟部中央標準局員工消費合作社印装 五、發明説明（ 示意圖。該圖顯示在-個可移動的可程式化平台Μ上的半 導體晶S12G，以及光線經由光微影裝置22照射於晶圓⑼上 選定的區域。 晶圓20係半導體晶圓，其充作爲用於許多積體電路晶片 &製造的基板m個別晶片之數目、佈置、密度與設計 係無關於本發明的設計選擇問題^假設晶圓⑼係在裝置 22中處理而複製許多陳列在晶圓之行與列中的相同積體電 路晶片。在圖1所説明的製造平台上，晶圓2〇表面係塗佈一 層由一光阻層覆蓋住的絕緣層。該光阻先前已在通稱爲塗佈 線的不同製程階段（未顯示出）中塗佈至晶圓。在塗佈線上， 光阻係均勻地塗佈覆蓋晶圓表面。如此準備之後，晶圓2 〇 接著轉移至裝置22底部之可移動平台28，在此處光阻選擇 性地暴露於光能量而在光阻中形成不同的曝光圖案。 微影裝置22之目的是將晶圓20上光阻之選定區域暴露於 在精密地詳細的、受到遮蔽的光圖案。光源32係配備在裝 -9a 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、發明説明（7 ) A7 B7 經 濟 部 中 央 揉 準 局 Λ 費 合 作 社 印 製 置上，其產生可使晶圓20上的光阻反應的適當波長的光線 。典型地，水銀電弧燈係用作爲光源32。光線係經由一個 適用於每次控制光線曝光之持續時間的光柵機構3 6而照射 ，因而一個光線圖案照射在晶圓上。光線通過—個限定晶圓 20表面上需求的罩幕圖案的光罩4〇。光罩4〇係刻有需求的 罩幕圖案或用於曝光晶圓的圖案。在半導體製造中，圖案係 在每次曝光完成之後藉由替換光罩而改變。方孔擋板38遮 住光罩之不含需求的圖案的部份。此種擋板可重新放置及與 可移動平台2 8 —起工作，以確認正確的圖案到達晶圓2〇上 之目標區域39。適合的縮小光學部件44將通過光罩4〇的光 線集中於晶圓2 0上的目標區域3 9。縮小光學部件容許光罩 40上的圖案實質地大於晶圓2〇上的曝光圖案。本發明不需 要光罩與晶圓間的光學縮小之使用，以及在隨後的方法描述 中，爲了簡化起見省略縮小光學部件4 4 ^不過，因爲此種 光學郅件在微影中是典型的，所以在圖丨中顯示此種縮小光 學部件。微影光學部件之典型縮小比例是5 : 1，即光罩上 的圖案係目標區域圖案尺寸之5倍。 每個光罩4 0典型地係具有一個或多個形成於其上的罩幕 圖案的石英或玻璃板。罩幕圖案具有容許光線通過光罩的缝 隙及阻斷光線通過的遮蔽或不透明區域。罩幕之不透明區域 典型地係塗佈鉻或氧化鉻。用於微影製程的光罩之設計與構 造係進行中的研發之一主題。例如，某些光罩類型已設計成 在選定的光線波長下用於超細線曝光^對於本發明之目的 ，係假設光罩4 0爲一種適用於以—光線罩幕圖案曝光晶圓 - 本紙張用中國國家標準(CNS)八4胁（2Ι0χ2ϋ釐. - ----------^.— (請先閲请背面之注意事項寫本頁) 訂 線· ^1— m· · 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裂 A7 B7 五、發明説明（8) 20表面的類型，其包括光線通過光軍的區域，及阻斷光線 到達晶圓表面的不透明區域。 放置晶圓2 0的可移動平台2 8係設計成在通過光罩4 0的光 線圖案範圍内引導晶圓2〇之選定的區域。典型地，光罩4〇 與光學部件44係設計成只在一小塊晶圓表面區域中曝光晶 圓2 0上之光阻。例如，一個8吋晶圓可能包含數十個或甚至 數百個個別積體電路晶片。裝置22之光學部件使得在一時 間内只曝光一小塊目標區域3 9，該目標區域可能包含1至6 個晶片。光罩40係設計成同時複製每次曝光中被覆蓋的每個 個別積體電路晶片所需的罩幕.圖案。光柵3 6控制每次曝光 時間。在晶圓2 0之每個小區域曝光後，可移動平台28在適 當的X ' y方向上移動晶圓而曝光晶圓之另一個區域。此程 序是重覆的，直到整個晶圓2〇已暴露於通過光罩4〇的來自 光源32的罩幕圖案或光線圖案。 圖2係一個橫截面示意圖，其極放大地顯示類似於圖1之 裝置22的微影光裝置之選用零件。圖2之下半部顯示以橫截 面説明的晶圓20(如同圖1)之一小部份目標區域。其省略晶 圓之基板，以及顯示覆於晶圓基板及任何形成於基板上的裝 置上的一部份間層絕緣層50。間層絕緣層5〇典型地係一層 氧化物，例如二氧化矽（Si〇2)。本發明之用於形成一用以 在間層絕緣層50中形成積體電路連接的光阻罩幕的方法之 第一步驟係在絕緣層50之表面58上提供一層光阻52。光 阻層52具有一個在光阻之上表面56與基板5(j之表面”之 間的預定厚度54 »光阻層52典型地係藉由在一塗佈線（未 -----—_ -11- 本紙浪尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（21 〇 X ：297公着） -----黎------#------^ (請先閲請背面之注意事寫本頁) A7 B7 經 中 央 標 準 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明说明（9 ) 顯示出）上實施的眾所周知的程序形成—a rr -ny 均勻的厚度。適 合的光阻層52厚度爲HU微米（㈣。如同熟諸此技藝 者所知的，光阻層將使用圖j之裝置22暴露於其可反應的波 長的光線。光阻接著隨之顯影而移除光阻之某些區域，於其 中形成線與孔洞及其它適當的圖案。一旦圖案化，光阻52 随後像罩幕-樣用於每個基板5G。本發明係針對在光阻層 52中形成一多層分布的方法。 圖2之上半部顯示相似於圖1所示的光罩4〇的光罩之一 小部份。圖2中的光罩60延伸整個基板5〇與光阻52。爲了 簡化本發明之説明，圖i中的裝.置22之縮小光學部件以係從 圖2、3、與7中消除掉，以及從與其相關的描述中消除掉。 頃假設光罩60具有相等於光阻層52中形成的圖案之尺寸的 圖案。即，來自適當光源（未顯示出）的光線62通過光罩6〇 及在光阻層52之表面56上形成相等於光罩上之圖案尺寸的 線及缝隙圖案。換句話説，光罩與晶圓上的目標區之尺寸比 爲1:1。爲了簡化，圖i所示的裝置22之其它元件亦從圖2、 3、與7中省略，包括光源32、光栅3 6及方孔擋板38 β 在上述的本發明方法之提供光(I且層5 2於絕緣層5 〇上的第 一步驟之後，如同圖2所説明的，下一個步驟係經由第一罩 幕圖案將光線照射於光阻而在光阻中產生第一曝光圖案。第 一曝光圖案係光罩6〇上所説明的圖案64，其爲典型的光罩 圖案之一小部份，這裏相當地簡化以更容易地解釋本發明 。類似地’圖2顯示的光阻5 2之區域係典型的晶圓上的目標 區域之一小部份。在説明的具體實施例中，圖案包括覆蓋大 ( CNS ) A4MM- ( 210X297^* ) ^,1T-------^ (請先«请背面之注意事項ί寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印袈 五、發明説明（10) 部份光罩6 0的不透明材料，例如氧化鉻6 6，以及圖案具有 一個缝隙68，來自適當光源（未顯示出）的光線62通過之。 通過光罩缝隙68的光線曝光光阻層52上的區域72。如同眾 所周知的，光阻對光子係敏感的，以及在光線進入光阻的區 域上發生化學變化。進入光阻的光子“劑量’，愈大，則化學 反應愈大。 圖2顯示經由第一罩幕圖案照射光線於光阻層5 2而在光阻 中產生第一曝光圖案70的步驟，該第一罩幕圖案係光罩6〇 上的圖案62。曝光圖案70係接收通過罩幕圖案62之缝隙68 的光線的區域72。區域72藉由曝光而化學變化，以及化學 變化的程度或量係由曝光能量所決定。在圖2説明的步驟中 ’光阻層5 2係使用第一罩幕圖案6 2，以第一曝光能量曝光 產生第一曝光圖案7〇。第一曝光能量係選用的光子“劑量” 之一參考。在這個與隨後的步驟中，照射至光阻層5 2的光 子劑量係由照射經過光罩的光線6 2之強度或能量或由裝置 2 2之光柵3 6 (參照圖〗）控制的光線閃光持續時間所控制。典 型地’在裝置22中’曝光劑量或曝光能量係藉由光柵36所 控制。較低的劑量表示較短的曝光持續時間；較高的劑量表 示較長的曝光持續時間。 像圖2—樣及複製絕緣層5〇與光阻52且亦顯示類似於光 罩6 0的光罩8 8 (但不須是相同的光罩）的圖3説明本發明方法 之下一個步驟。圖3顯示經由形成於光罩88上的第二罩幕圖 案照射光線於光阻層5 2而在光阻中產生第二曝光圖案〗〇〇的 步骤。這個步驟係在圖2顯示與描述的步驟之後及光阻顯影 ----1--：----^------IT------.^ (請先閲请背面之注意事項寫本貫) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 Α7 Β7 五、發明説明（n) I則實施。在圖3顯示的步驟中，在相同的或不同的光罩88 上的不同罩幕圖案85係置於晶圓之整個目標區域上。來自 使用於上述步驟的光線62之具有不同曝光能量的光線9〇係 照射經過第二罩幕圖案85，在本文中稱爲具有第二曝光能 量的光線。在本實例中’第二罩幕圖案係打算在光阻下方的 基板50中產生通路，其包括二個不同的不透明擴展的狹窄 缝隙92、94。第二曝光能量的光線9〇通過光罩88之罩幕圖 案85及進入光阻層52而在光阻中產生第二曝光圖案1〇〇。 第二曝光圖案包括二個分別記载光罩縫隙9 2、9 4的狹窄曝 光光阻區域102、104。 在本實例中頃假設使用於圖3所説明的第二曝光步驟的光 線之第二曝光能量係實質地高於圖2所説明的第一曝光步驟 所使用的光源62之第一曝光能量（即每單位面積有較大的光 子劑量）。爲了概要地説明光阻層5 2中曝光圖案之差異，只 在第一曝光步驟期間曝光的光阻區域係以顯示爲72的虛線 淡淡地斜向表示。第二曝光圖案102、1 〇4係以粗黑的線交又 表示爲102、104。如同圖3中可看到的，第一與第二曝光圖 案在區域72中重疊。重疊的效應將在下文中描述。 本發明方法之下一個步驟係説明於圖4，其爲顯影步驟。 如同上面提到的，在光阻層52中產生曝光圖案70、ι〇〇的二 個曝光係在光阻層顯影之前產生》爲了顯影光阻，曝光的晶 圓20(參考圖1)係從可移動平台28移開及送至實施微影類影 程序的顯影劑線（未顯示出）。在光阻之顯影中，已暴露於光 線能量的光阻區域被洗掉。顯影程序係眾所周知的，且將不 ____ -14- 本紙張Λ度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -- , ' (請先閲请背面之注意事項Ϊ寫本頁) 、*! 線_ 詳細描述，除非對本發明而言是重要的技術β參考圖4，光 阻層52受到傳統的顯影劑，例*ΤΜΑΗ，其以取決於光阻接 收到的光線曝光量的速率侵蝕或移除光阻。例如，在光阻中 接收到重光子劑量的區域中，顯影劑將以較周圍未曝光光阻 快約1〇〇〇倍的速率侵蝕光阻。在接收較輕光子劑量的區域中 ，曝光與未曝光區域間的侵蝕速率差異可能例如只有5⑼比 1。爲了以不同速率選擇性地侵蝕光阻，衣發明採用丰決於 光阻接收光線曝光量的微影顯影劑侵蝕速率差異的優點。 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 在圖4中，圖3之光阻層52複製圖中顯示的第一與第二曝 光圖案7 0、100。在圖3中顯示的交叉影線係省略掉。如同 上述的，區域72(即第一曝光圖案）接收到光線之第一曝光 能量，假設爲低光子劑量。區域1〇2、1〇4 (即第二曝光圖案） 接收到光線之第二曝光能量，假設爲高光子劑量。顯影劑之 作用時間係概要地以等高線tl 'h't3來説明。在顯影程序之 初期的時間t!時，顯影劑開始從第一曝光圖案區域7 2移除光 阻及更進一步地侵蝕第二曝光圖案區域1〇2、1〇4中的光阻。 在時間t2時，略多的區域72被移除掉，以及幾乎區域1〇2、 104之光阻層52之全部厚度被移除掉β在第二曝光圖案之重 叠第一曝光圖案的部份’即區域102中，顯影程序係略快於 區域104。這是因爲區域1〇2在第二曝光步驟（圖3)之前的第 一曝光步驟（圖2)期間暴露於額外的光子。因此，區域丨〇2 中的總光子劑量係稍微大於區域104，以及在區域1〇2中顯影 劑工作稍微較快。 在時間h時，顯影劑已移除一部份第一曝光圖案區域72， ___- H_____ 本紙張从剌t國國家揉準（CNS )八4胁（21GX297公釐） “ ~^—""一> A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 五、發明説明（） 但-部份光阻仍保留。以及區域1〇2、1〇4之光阻扣之整 個厚度已移除。廷時’根據本發明，顯影程序係停止的。 説明於圖4的顯影步驟之結果是第-曝光圖案區域72中口移 除光阻層52之第-厚度11G，以及第二曝光圖案區域⑽、 m中移除光阻之第二厚度112。在較佳具體實施例中，第二 厚度112通常等於綠層52之預定總厚度54。換句話説，穿 過光阻的孔洞或缝㈣形成於第二曝域案區域m 以及薄光阻區域係形成於第—曝光圖案區域72。未暴露於 任何光線的其餘光阻區域115保留幾乎光 戶 …因而，本發明方法產生-個光阻軍幕，其包括= 户不同厚度u5、u〇及第二曝光圖案區域1〇21()4中之 度的光阻區。 下面係如何使用上述方法以根據本發明在間層絕緣層上 產生多層光阻分布： 實例 在晶圓上提供-廣氧化物了蓋層，錢化物層上形成—

層大約K5-U微米厚之實質地均句表面的光阻層H 種微影照明裝置，例如gl所概要説明的，晶圓之選定 係以-水銀電歸曝光。燈光譜之T '線部份係作爲曝光用 ，其波長爲㈣微米。在這個實例中，光阻將暴露於 在光阻中產生第—與第二曝光圖案的罩幕圖案。使用單-光 罩，其結合光罩上不同位置的第—與第二罩幕圖案。 來自水銀電弧燈的光線通過第—置 早承圈案62，如圖2所示 。用以產生圖2之第一罩幕圖案7〇的當 ______的第—曝光能量係17〇毫 ( CNS ) A4W^· ( 210X297/^^ ----------裝------訂------.^ (請先閲故背面之注意事寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印衮 A7 ---------B7______ 五、發明説明（Μ)

I 秒持續時間的曝光。第一曝光之持續時間係由光柵3 6控制 。晶圓2 0 (參考圖1)之每個目標區係曝光歷時170毫秒，以 及接著指引可移動平台28至下一個位置，以便曝光晶圓之 另—個區域。例如，在一個分割成10〇個積體電路晶片的晶 圓上’且假設光罩能夠同時曝光二個複製第一軍幕圖案的晶 片’可移動平台2 8將指引不同的5 0次至新的位置，而且在 每個位置上光柵3 6將打開170毫秒。 —旦第一罩幕圖案已施加至晶圓上的每個積體電路晶片 ’則將用於第二曝光的軍幕圖案載入裝置22(圖1)。在本發 月中’第一與第二軍幕圖案可在相同的光罩上。藉由從光罩 之某一區域偏移方孔擋板38(圖1)至另一個區域，可選擇須 要的軍幕圖案。任意地，在第二曝光步驟期間可裝載不同的 光罩至裝置22。無論光罩是否改變，在前段中描述的第— 曝光之後，晶圓上的目標區暴露於第二曝光能量的第二罩幕 圖案。假設弟一軍幕圖案係如圖3所示’重光子劑量將經由 第二罩幕圖案85之缝隙92、94而提供。光栅3 6將打開500 毫秒以咒成光阻上的每個第二曝光圖案。像前面一樣，假設 —個積體電路晶片係在每個500毫秒曝光期間曝光，且在晶 圓2 0上製造1〇〇個積體電路晶片，則可移動平台2 8將指引 5〇次以完成每個晶片上的第二曝光圖案。在第二曝光完成 之後’晶圓將轉移至顯影劑線’以便用微影顯影劑處理。 在室溫下顯影’使用2.3 8重量百分比的TMAH(氫氧化四 甲基按），在約60秒内，顯影劑將部份侵蝕受到第一曝光能 量（170毫秒）的區域，以及將移除暴露於第二曝光能量（5〇〇 ___ -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------^------、玎------0 (请先閲请背面之注意事寫本頁) 經濟部中央榇準局貝工消費合作社印褽 五、發明説明（15, 毫秒）的區域之+却土 h β —: 邵先阻層52厚度。在正常的環境狀態（即 "·心劑將移除第一曝光圖案域 約1微米的光阻，产丫叼中

在顯衫程序完成之後留下約〇 5_〇 8微米的 光阻。 J 狀j則逑的實例中，係使用單—光罩，其包含曝光光阻的 :-與第二罩幕圖案。不同的光罩可任意地使用，一個具有 弟-罩幕圖案’以及另—個具有第二罩幕圖案。 圖5概要也明根據上述方法產生的多層光阻罩幕$ 2如何使 用於積路製程。圖5顯示一層具有-個顯示爲120的多 層罩幕圖案的光阻層52，其大約爲圖2、3、及4所説明的步 驟之U。藉由使用_種用於轉移光阻52之多層圖案至間 層絕緣層50的適當技術，光阻圖案在絕緣層中複製。此種 用於轉移夕層光阻圖案至半導體基板的技術係揭示於共同申 請專利應用系列第08/665 〇14號，由涂固元、宣添樹馬傑 生、及布魯斯戴爾烏理齊所發明，1996年6月i 〇日提出，標 題爲“用於轉移多層光阻圖案的方法”，其屬於相同於本發 明的受託者。一旦光阻圖案已轉移至絕緣層50，則接著移 除或剝除絕緣物上的光阻層5 2。這時，使用金屬鑲嵌程序 、化學蒸氣沉積的銅（CVD銅）或其它適合的金屬係提供於絕 緣層50内的缝隙130' 132。一旦導電金屬裝載入缝隙13〇、 132 ’金屬變成積體電路晶片中互聯與通路之—部份。例如 ，相鄰絕緣層5 0之表面5 8的缝隙130之較寬的部份典型地可 形成水平延伸進出紙面的伸長狀金屬互聯135，如圖5所示 。窄的導體l38係延伸於導體I35與另一個導體（未顯示出）間 ___ - 18 - Κ紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 一 ----^丨_-----裝------訂-----Ί線 (請先閲沐背面之注意事^寫本頁) 經濟部中央棣準局貝工消費合作社印裝 Α7 Β7 五、發明説明（16) 的通路。通路140係垂直延伸於其它導體（未顯示出）間的導 體0 圖6提供導體135與通路138、14〇之上視圖，其爲經由間層 絕緣層50(圖5)之表面58向下看。導體135係隱藏在絕緣層 5〇义表面内的伸長狀導體。通路138從導體135向下延伸進 入紙面，如圖6中看到的。類似地，通路14〇延伸進出紙面 ’如圖6中看到的。 本發明方法之-特別優點是使多層分布能在光阻層52中 形成。在傳統的先前技藝金屬鑲嵌程序中，形成如圖5之基 板5〇所示的多層缝隙130須要至少二個光阻曝光與顯影步驟 。一層光阻先塗佈至基板。對應於導體135或通路138的罩幕 圖案形成於光阻。光阻顯影及罩幕圖案轉移至下面的絕緣層 。接著光阻#彳除，以及-層新光轉著塗佈至基板以形成剩 餘的圖案。根據本發明之方法論，多層光阻分布係使用二 個不同的光線曝光步驟及只有_個顯影步驟而形成。因而， 本發明減少用於產生光阻罩幕的製程步驟數目及消除當二 個不同光阻罩幕必須在不同時間安置於基板上時產生的對位 問題。 圖7與8説明本發明之用於在光阻層52中產生額外層的可 行具體實施例。像圖3與4 一樣假設光軍上的罩幕圖案與光 阻層52上產生的曝光圖案間的1:1尺寸關係，圖7顯示光阻 之曝光至第三罩幕圖案。頃假設光阻層52已分別暴露於圖2 與3所説月的第-與第二罩幕圖案。在圖7之具體實施例中 ，光源1 40係用於將光阻之選定區域暴露於由光罩145中的 -一- 19 本纸張纽適用中國固家榇準（CNS ) M'S ί 2丨0乂前、------ -~^1Τ------^ (請先閲_讀背面之注意事項寫本I) 經 中 央 梯 準 局 貝 工 消 费 合 作 社 印 製 五、發明説明（17 ) A7 B7 第三罩幕圖案所限定圖案中的第三曝光能量光線。頃打算光 軍I45上的第三軍幕圖案在光阻層52中產生第三曝光圖 案’其在光罩88之第二曝光圖案（圖3)產生的區域1〇2、1〇4 足第二曝光能量及光罩6〇之第一曝光圖案（圖2)產生的第— 曝光區域72之中間。爲了完成此目標，第三曝光能量140較 佳地爲通過罩幕縫隙148之非常低的光子劑量。因爲額外光 線能量之效應在光阻層5 2中累積，所以只須要低的光子劑 量。因爲第一曝光圖案72已接收一光子劑量，所以在接收 來自第三曝光圖案的光線的十字形交叉影線區域15〇中，產 生稍微f高的曝光圖案只須要一小的額外光子劑量。因爲區 域10 2趨向於作爲一個通路及所有光阻將在顯影步驟期間移 除，所以在重劑量區域102中的小的額外光子劑量之效應爲 零。 將光阻層52曝光於使用第三曝光能量的第三罩幕圖案的 結果疋產生第二曝光圖案區域150。因而，在圖7之實例中 ’光阻層5 2包括照射輕微劑量的光阻區域7 2、照射稍微較 重劑量的區域150及照射實質地較重劑量的區域1 〇2、1 。 當圖7中的曝光光阻52顯影時，結果是具有三個不同厚度的 光阻層，如圖8所示。使用相同於參考圖4所描述的方法論 ，在接收最低光子劑量的區域72中，顯影劑將更慢地侵蝕 光蚀。接收稍微較重光子劑量的區域15〇將侵蝕稍微較快， 藉此從區域150移除附加的光阻層厚度。顯影劑將從區域1〇2 、104移除光阻層之總厚度。結果係如圖8所示的三層光阻分 布。 -----20- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210X297公着） 裝 訂 線 五、發明説明（18) 每個光罩之尺寸與組態係熟諳此技藝者之知識中的設計 選擇問題，例如每個曝光步驟期間曝光的光阻之選定區域之 尺寸與排列。本發明提供—種方法論，其在光阻層上的不 同的需求圖案及組態中進行多重曝光而且中產S多層分 布。在光阻顯影之前，使用不同光線曝光能量的許多不同曝 光圖案將在具有不同光線曝光能量的光阻中產生許多區域。 每個暴露於不同光能量或光子劑量的區域可在顯影步驟期間 處理而在最後光阻分布中產生不同的厚度。只要不同的劑量 程度滬在顯影步驟期間區分開而產生不同的光阻厚度，則該 程序可用以在單一光阻罩幕中產生許多不同的光阻厚度。上 述的較佳具體實施例使用第一（較低）曝光能量於第一圖案及 使用第二（較高）曝光能量於第二圖案。較低與較高曝光能量 之處理順序係隨意的，首先以較高的曝光能量曝第二圖案及 第二以較低的曝光能量曝第一圖案係同樣有效的。重要的是 移除較少光阻的區域使用較低的曝光能量。雖然前面的描述 包括在一個單一光阻軍幕中高至三個不同厚度的製程，但是 該程序不限於任何特別的層數，以及在光阻中可提供超過三 層’其藉由以足夠的不同曝光能量照射光阻之選定區域而在 顯影步驟期間移除不同的厚度。熟諳此技藝者將可想到本發 明範圍内之其它變化。 良紙張尺度適用中國國家標準（cNS ) A4規格（210X297公釐） ! ! 装-- f請先閲讀背面之注意事項寫本頁} -訂 經濟却中央標準局員工消費合作社印製 >ΓΙ. 24-

Claims (1)

1. 經濟部中央蒙局貝工消费合作社印製 h 種形成光阻罩幕的方法，該罩幕用以在間層絕緣材料 中形成積體電路連接，其特徵在於包含下列步驟： a) 提供一層在間層絕緣物表面上具有一預定厚度的光阻 層； b) 經由第一罩幕圖案照射光線於光阻而在光阻中產生第 一曝光圖案； c) 在顯影光阻之前，經由第二罩幕圖案照射光線於光阻 而在光阻中產生第二曝光圖案；以及 d) 顯影光阻而在該第一曝光圖案區域中移除小於該預定 厚度的光阻第一厚度，以及在該第二曝光圖案區域中移 除光阻第二厚度，藉此罩幕包括具有許多不同厚度的光 阻區域。 2.根據申請專利範圍第1項之方法，在步驟c)之後與步驟 d)之前’經由第三罩幕圖案照射光線於光阻而在光阻中 產生第三曝光圖案，以及其中步驟d)更進一步包括移除 孩第三曝光圖案區域中的光阻第三厚度，藉此罩幕包括 具有至少三個不同厚度的光阻區域。 3·根據申請專利範圍第1項之方法，其中步驟…包括暴露 光阻於第一曝光能量之光線而產生第一曝光圖案，以 及步驟c)包括暴露光阻於高於該第—曝光能量的第二曝 光能量之光線而產生第二曝光圖案。 4.根據申s青專利範圍第1項之方法’其中在步驟c)中產生 -22- 本紙張XJt逋用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210 X 297公簸 ----1.-----装! (請先《讀背面之注$項|8^寫本頁) 訂 镍 ABCD 經濟部中央標牟局真工消费合作社印装 六、申請專利範圍 的該弟二曝光圖案至少部份重疊步驟b)中產生的該第_ 曝光圖案。 5·根據中請專利範園第1項之方法，其中使用於步骤c)的 光線具有大於使用於步驟b)的光線的每單位面積光子劑 量，以及步驟d)包括顯影光阻而在第二曝光圖案區域中 移除實質的光阻之總預定厚度’以及在該第—曝光圖案 區域中只移除小於該預定厚度的該光阻第一厚度。 6. —種形成光阻罩幕的方法，該罩幕用以在間層絕緣材料 中形成積體電路連接，其特徵在於包含下列步驟： a) 提供一層在絕緣物與光阻表’面間具有一預定厚度的光 阻層； b) 經由第一罩幕圖案照射第一曝光能量的光線進入光阻 而在光阻中產生第一曝光圖案； c) 經由第二罩幕圖案照射第二曝光能量的光線進入光阻 而在光阻中產生第二曝光圖案；以及 d) 在步驟b)與c)之後，顯影光阻而在暴露於光線之該 第一與罘一曝光能量之較低者的區域中移除小於該預定 厚度的光阻第一厚度，以及在暴露於光線之該第一與第 一曝光说量之較高者的區域中移除幾乎光阻之總預定厚 度，藉此光阻罩幕包括具有許多不同厚度的光阻區域β 7，_根據申請專利範圍第6項之方法，其中在步驟c)中產生 的該第二曝光圖案至少部份重疊步骤b)中產生的該第一 曝光圖案》 冬紙伕尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210><297公釐）

   -裝- 訂 (請先閲讀背面之注$項f寫本頁)

   申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部+央橾牟局負工消費合作社印製 8.根據申請專利範圍第6項之方法，其中該第二曝光圖案 重疊一部份該第一曝光圖案，以及在步驟c)中照射經過 該第二罩幕圖案的光線之該第二曝光能量係高於步驟b) 中照射經過該第一罩幕圖案的光線之該第—曝光能量， 以便步驟d)中在該第二曝光圖案區域移除幾乎光阻之 總預定厚度，以及在該第一曝光圖案區域中移除小於該 預定厚度的光阻。 9 . 一種形成光阻罩幕的方法，該罩幕用以在間層絕緣材料 中形成積體電路連接，該連接包括圖案化的互聯與通路 ，其特徵在於包含下列步驟：’ a) 提供一層在間層絕緣物表面上具有一預定厚度的光阻 層； b) 將第一罩幕圖案所限定的光阻之選定區域暴露於第一 曝光能量之光線而在光阻中產生第一曝光圖案； c) 在顯影光阻之前，將第二罩幕圖案所限定的光阻之選 疋區域暴露於第二曝光能量之光線而在光阻中產生第一 曝光圖案；以及 句顯影光阻而在該第一曝光圖案區域中移除光阻第—厚 度，以及在該第二曝光圖案區域中移除光阻第二厚度， 藉此從步驟d)產生的光阻軍幕包括具有許多不同厚度的 光阻區域。 10·根據:請專利範圍第9項之方法，其中在步骤中移除 的β第一與第二厚度之一係實質地等於光阻之預定厚度

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   經濟部中央楳牟局貞工消費合作社印«. ，以便在對應於該第一與第二曝光圖案之_的區域中移 除整個光阻層。 11.根據申請專利範圍第9項之方法，在步驟幻之後與步驟 d)之前，以第三曝光能量曝光第三軍幕圖案所限定的光 阻I選定區域而在光阻中產生第三曝光圖案，以及其中 步驟d)更進一步包括顯影光阻而移除該第三曝光圖案區 域中的光阻第三厚度，藉此光阻罩幕包括具有至少三個 不同厚度的光阻區域。 1Z根據申請專利範圍第9項之方法，其中使用於步驟c)的 光線之第—曝光能量高於使用於步驟b)的光線之第一曝 光能量，以便顯影步驟d)期間從第二曝光,圖案區域移除 的光阻厚度大於從第一曝光圖案區域移除的光阻厚度。 13·根據申請專利範圍第12項之方法’其中第二曝光圖案重 疊一部伤第一曝光圖案，以及在顯影步驟d)期間從第二曝 光圖案區域移除的光阻厚度幾乎爲光阻層之總預定厚度 ，藉此第二曝光圖案用以規範基板中通路形成的位置。 14. 根據申請專利範圍第1 2項之方法，其中在顯影步驟d) 期間從第二曝光圖案區域移除的光阻厚度幾乎爲光阻層 之總預定厚度，藉此第二曝光圖案用以規範基板中通路 形成的位置。 15. 根據申请專利範圍第9項之方法’其中步驟b)包括經由 光罩以該第一曝光能量照射光線於光阻之選定區域，光 罩具有该第一罩幕圖案形成於其上，藉此第一曝光圖案 - - (請先«讀背面之注意事項寫本頁) 裝. ,ιτ 旅 -25 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 產生於光阻中。 I6·根據申請專利範圍第1 5項乏古法# . 、” 負（万法，其中步驟c)包括經由 光軍以孩第：曝光能量照射光線於光阻之選定區域 罩具有該第二罩幕圖案形成於其上，藉此第二曝光 產生於光阻中。 17.根據申請專利範圍第16項之方法，其中具有該第— 圖案形成於其上的光罩與具有該第二軍幕圖案形成於其 上的光罩係相同的光罩，以及步驟…與幻每個皆包括移 動光罩至光線分別以該第—與第二曝光能量照射的位置 ，在步驟b)中係照射經過光軍上形成該第一罩幕圖案形 成的邵份，以及在步驟c)中係照射經過光罩上形成該第 二罩幕圖案的部份。 «ί 面· SI % 裝 π 訂 經濟部中央揲率局貝工消费合作社印装 娜 準 橾 家 國 國 中 用 逋 Μ I釐 公 7 9 2 X