TWI247340B - Reticle, semiconductor exposure apparatus and method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Description

1247340 (1) 九、發明說明 【發明所所屬的技術領域】 本發明關於要在半導體元件或液晶裝置製造中進行微 影處理的曝光設備，或用於此處理且形成有諸如電路圖形 之圖形的光罩。另一方面，本發明I關於使用此光罩的曝 ·

光方法或製造半導體元件或液晶裝置的方法。本發明特別 W 針對形成有諸如電路圖形之圖形的光罩。 【先前技術】 經由光微影處理製造諸如半導體元件的微裝置涉及使 用投射型曝光設備，將形成於光罩上的電路圖形等轉移到 塗以光敏材料之諸如半導體晶圓的基板。因進一步縮小半 導體元件或液晶裝置的近來需求，投射光學系統應有較高 數値孔徑 （να)。 使用透射型光罩的投射型曝光設備中，投射光學系統 的ΝΑ放大造成光罩上的光入射角增加，導致光罩的光反 φ 射增加。在光罩背面的光反射會造成雜散光。光罩圖形表 面所反射的光可再被光罩背面反射’可到達晶圓表面’在 相鄰區造成線寬成長。因此，光罩背面反射光的影響不能 ’ 忽視。此處，”光罩背面”意指遠離形成電路圖形之光罩 · 的表面。 配合圖6和2 A，詳述上述現象。圖6是傳統投射型曝 光設備的示意圖。圖6的1是將光從曝光光源投射於光罩的 照射光學系統，]1是形成有電路圖形1 2的光罩。2是將電 -4- 1247340 · (2) 路圖形1 2縮小投射於晶圓3的投射光學系統。圖2 A是圖6 之光罩11周圍之部分的放大剖面圖。形成光罩11的電路圖 形12包括透光部12a和阻光部12b。來自照射光學系統1的 照射光21a通過形成於圖形表面12上的透光部12a，經由 投射光學系統2投射於晶圓表面成爲曝光。另一方面， 同樣供自照射光學系統的照射光2 1 b被界定於圖形表面1 2 上的阻光部1 2b阻隔。一部分的照射光2 1 b會被阻光部1 2b 反射，可再被光罩背面15反射，產生通過透光部12a並進 入投射光學系統2的光23。在此情形，光23是雜散光，不 利地造成晶圓上之圖形轉移區相鄰部的線寬成長，或影像 性能退化。 通常，光罩形成約1 . 5 m m寬的阻光區，界定在形成 電路圖形之區域的外周。即使要由照射光學系統]照射之 光罩上的照射區稍微偏離形成電路圖形的區域，此區也防 止曝光照在電路圖形區外周。但因曝光設備的增大NA ，很可能因在光罩背面1 5的反射，來自形成電路圖形之光 罩區的反射光超過光罩阻光區，漏到形成電路圖形的區域 外。這意味不含於曝光區的區域被曝光。因此，圖形連續 轉移到不同點之諸如步進重複方法或步進掃瞄方法的曝光 方法中，不利影響相鄰點。因此，要避免來自光罩背面的 反射光。 日本公開特許公告08-1 23 00 7和09-2] 1 842揭露用於光 罩之抗反射膜的使用。 日本公開特許公告08-】23 00 7中，對具有半色調膜的 (3) 1247340 光罩進行光罩對正，由於對正反射光強度變小，故對對正 記號進行抗反射處理，以降低玻璃表面反射的外部干擾光 〇 日本公開特許公告09-2 1 1 842在曝光設備光學系統光 罩表面上提供細微表面不規則形狀，以增加曝光透射效率 【發明內容】 本發明的目標是在使用透射型光罩的投射曝光處理確 保在整體曝光區有均勻加工尺寸的曝光，而無諸如背面反 射之外部干擾光的不良影響。 本發明另一目標是提供曝光方法，依據要用於要曝光 之線寬不同之不同處理的曝光條件，可達成使用光罩的最 佳曝光。 依據本發明的觀點，提供光罩，包括：形成電路圖形 的圖形區；形成於圖形區外周之寬度d的阻光區；形成於 遠離圖形區之光罩表面上的抗反射膜，其中阻光膜寬度d 滿足關係式，特徵在於：

其中nl是在光罩之光進入側的介質折射率，n2是光 罩折射率，t是光罩厚度，Θ是對光罩的光入射角。 -6- 1247340 (4) 考慮本發明較佳實施例的以下說明並配合附圖，凸顯 本發明的這些及其他目標、特性、優點。 【實施方式】 參考附圖來說明本發明的較佳實施例。圖中，相同 數字分配給對應元件，省略重複說明。 參考圖1 - 5，說明本發明實施例的透射型光罩。圖 1是本發明用於縮小投射曝光設備之實例的示意圖。圖 2A和2B顯示光罩內的反射光。圖3顯示反射光造成之晶 圓表面上的光強度分布改變。圖4顯示單層抗反射膜的反 射比特性，圖5是示意圖，解釋以反射光照射裝置區外的 區域。 圖 5中，1是將光從光源投射於光罩的照射光學系統 ，11是形成有電路圖形12的光罩。2是將電路圖形12縮小 投射於晶圓3的投射光學系統。此實施例中，投射自照射 系統1的照射光2 1入射於透射型光罩1 1，形成於光罩圖形 區的圖形12經由投射光學系統2並以曝光22轉移到晶圓3 ( 見圖1)。依據步進重複方法或步進掃瞄方法，圖形連續轉 移到晶圓的不同點。 依據此實施例，抗反射膜1 3設在光罩1 1的背面，亦即 ，在遠離形成電路圖形12之光罩11表面的表面上（見圖2B) 。入射於光罩的照射光2 ] a通過形成於光罩圖形表面1 2上 的透光部1 2a，投射於晶圓表面成爲曝光22。另一方面， 入射於光罩的照射光2 ] b被阻光部1 2 b截斷。然後部分的 (5) 1247340 照射光1 2b反射，到達光罩背面。但由於有設在光罩背面 的抗反射膜1 3，故照射光2 1 b幾乎沒有光被光罩背面反射 。因此，實質上不可能照射光2 1 b通過透光部1 2a並經由 投射光學系統2照在晶圓 3。也就是說，可避免雜散光產 生。 以高斯強度分布解釋抗反射膜的效果（圖3)。圖3的曲 線3 2是當細線要產生於晶圓上時要界定於晶圓3上之曝光 的強度分布。在此情形，若假設曝光和顯影後的加工線寬 以某切片位準（由曝光量或抗蝕劑靈敏度決定）來決定，且 切片位準爲峰値強度的50%，則可得約140 nm加工線寬。 另一方面，曲線33是有5%光22之雜散光之情形的強 度分布。若光斑小之區域所決定之切片位準（曝光量）50% 的曲線寬度是要由曝光定出的區域，則相較於曲線3 2，曲 線3 3的曝光線寬增大約7.5 %。也就是說，相較於曝光量根 據具有小雜散光之區域來決定的情形，具有雜散光之區域 的線寬每1 %雜散光成長約1 . 5 %。這意味線寬增大1 . 5 %。 圖4顯示單層型抗反射膜設在光罩背面時所計算的反 射比特性。依據此反射比特性，若使用248 nm波長的曝 光，則反射比可抑制到0.5 %以下。考慮光垂直入射於玻璃 表面而無抗反射膜之情形的反射比約4%，雜散光產生可 降到1/8以下。因此，接近理想強度分布32的曝光分布可 產生於晶圓上，曝光可形成正確線寬。 抗反射膜不限於單層膜。可使用多層膜，在該情形反 射比可更下降。上述有利效果可擴展。 -8- 1247340 (6) 再者，曝光波長在上例雖爲248 nm，但可使用如157 η ni或1 3 4 n m的不同波長。 此實施例對設在形成電路圖形之光罩裝置區之區域外 周之阻光部的反射光對裝置區外之區域產生不良影響的情 形也有效。配合圖5解釋如下。 通常，考慮照射區的光屏蔽時，光罩在光罩圖形區外 周設有阻光區14。其寬度爲1.5 mm。當NA小（NA = sin0c)時，照射光21c從裝置區（圖中在阻光區14之左側的 光罩區）進入。阻光區所反射的照射光22c再度被光罩背面 反射，再度被阻光區阻隔。因此，不走到晶圓側成爲雜散 光。 在阻光區1 4與光罩背面間多次反射的照射光會朝向晶 圓側前進。但在此情形，強度很低，因而不影響曝光。另 一方面，若NA大（N A = sine d)，且從裝置區入射的照射 光2 1 d被阻光區和光罩背面反射二次，則光會超過阻光區 寬度，會漏向裝置區之外，如22d所示。也就是說，不含 在曝光區的區域被曝光。由於這對相鄰點區有不良影響， 故應避免來自光罩背面的反射光。 可使阻光區隨曝光NA變大。但通常，在裝置區外（ 也就是說，阻光區外）之光罩上的區域，有對正作業用的 記號。若阻光區變大，這些對正記號須向外放置。由於對 正記號應經由投射光學系統投射於晶圓，故須增大投射光 學系統的有效區。但因需要投射光學系統性能確保區的擴 展，故一方面生產困難大爲提升，另一方面尺寸增大。有 -9- (7) 1247340 鑑於此，應保持阻光區小。 考慮NA增大造成之反射光影響範圍與阻光區寬度的 關係。若光入射於光罩前的介質折射率爲η 1，光罩折射 率爲η2，光罩厚度爲t，阻光區寬度爲d，光入射角爲θ( 若ΝΑ低，則爲0c，若ΝΑ高，則爲0d)，則光超過阻光 區寬度並漏到裝置區外的條件如下：

若 nl = 1.0、n2 = 1.5、t = 6.35 mm、d = 15 mm 的數 値條件做爲一般曝光設備的條件，則在光罩上NA (sine) 須不小於約〇. 1 7 5，否則不能設立。因此，本發明可有效 用於NA不小於0.1 75的情形。 上述條件僅是例子，本發明不受其限。再者，不僅可 用來計算NA，也可用來計算某一 NA的d或t。若將光罩 圖形轉移到晶圓的投射倍率（縮小比）爲4x，則光罩上的數 値孔徑0.1 75以上意味晶圓上的數値孔徑爲0· 7以上。當然 ，若投射倍率不同，則晶圓上的NA變不同。 再者，此實施例可從光罩圖形表面提供較高反射比。 通常，雙層塗層光罩的反射比高於。例如，關於248 nm 曝光波長，三層塗層光罩圖形表面的反射比可約爲5 % ’ 而雙層塗層光罩圖形表面的反射比可約爲3 5 %。反射比數 値雖不限於此例，但會產生大反射比差異。因此，本發明 的效果優於雙層塗層光罩。 -10- (8) 1247340 半導體曝光處理包含各種處理，諸如從進行細曝光的 處理至進行相當粗糙線寬之曝光的處理。因此，可適當選 擇性生產光罩。亦即，可對要用於滿足上述條件之曝光 處理的光罩進行抗反射處理，而對要用於相當粗糙線寬之 處理（亦即，相當小N A的處理）的光罩可省略抗反射處 理。依此方式，生產成本可減少，仍確保均勻及滿意的細 曝光作業。 [裝置製造方法的實施例] 接著，參考圖7和8，解釋使用圖1之投射曝光設備之 裝置製造方法的實施例。 圖7是流程圖，解釋如半導體晶片（例如1C或LSI)、 液晶面板、CCD、薄膜磁頭或微機械之各種微裝置的製程 。步驟1是設計半導體元件電路的設計處理。步驟2是根據 電路圖形設計的光罩製程。步驟3是使用如矽之材料的晶 圓製程。步驟4是稱爲前處理的晶圓處理，其中依據微影 法，使用製備的光罩和晶圓，電路實際形成於晶圓上。其 後的步驟5是稱爲後處理的組合步驟，其中在步驟4處理的 晶圓形成半導體晶片。此步驟包含組合（切片和接合）處理 及封裝（晶片密封）處理。步驟6是檢查步驟，其中對步驟5 所生產的半導體元件進行操作檢查、耐久性檢查等。以這 些處理生產半導體元件並出貨（步驟7 )。 圖8是流程圖，解釋晶圓處理的細節。步驟1 1是氧化 晶圓表面的氧化處理。步驟1 2是在晶圓表面上形成絕緣膜 的CVD處理。步驟1 3是在晶圓上由蒸氣沉積形成電極的 1247340 Ο) 電極形成處理。步驟1 4是將離子植入晶圓的離子植入處理 。步驟1 5是將抗蝕劑（光敏材料）塗在晶圓的抗蝕劑處理。 步驟1 6是經由上述曝光設備由曝光將光罩電路圖形印在晶 圓上的曝光處理。步驟1 7是顯影曝光晶圓的顯影處理。步 驟1 8是除去顯影抗蝕劑影像除外之部分的蝕刻處理。步驟 ί9是在蝕刻處理後分離留在晶圓上之抗蝕劑材料的抗蝕劑 分離處理。重複這些處理，電路圖形重疊形成於晶圓上。 以這些處理，可製造高密度微裝置。 在光罩背面提供抗反射膜，依據本發明，反射光的影 響可重大降低。有效避免來自其他元件之雜散光的產生， 或防止圖形表面所反射的光被玻璃表面反射並照在晶圓表 面而在相鄰區造成不均勻線寬。再者，可有效避免光罩內 之照射光之不要的反射及非曝光區的照射。 詳言之，若阻光區設在圖形區外且對正記號應置於阻 光區外，則本發明的配置有效確保均勻和細曝光，而不增 大設備尺寸或增加成本。 本發明得由熟悉技藝之人任施匠思而爲諸般修飾，然 皆不脫如申請專利範圍所欲保護者。 【圖式簡單說明】 圖1是本發明用於縮小投射曝光設備之實施例的示意 圖。 圖2Α和2Β顯示在光罩周圍之部分的反射光，其中圖 2 Α藏不傳抓罩’圖2 Β顯不具有丨几反射膜之本發明實施 -12- 1247340 (10) 例的光罩。 圖3解釋反射光造成之晶圓表面上的光強度分布改變 〇 圖4解釋單層抗反射膜的反射比特性。 圖5是示意圖，解釋以反射光照射裝置區外之區域的 ~ 機率。 - 圖6是傳統曝光設備的示意圖。 圖7是裝置製程的流程圖。 · 圖8是流程圖，解釋圖7之程序之晶圓處理的細節。 【主要元件符號說明】 1 :照射光學系統 2 :投射光學系統 3 :晶圓 U :光罩 1 2 :電路圖形 φ 12a :透光部 12b :阻光部 2 1 s :照射光 2 1 b :照射光 ’ 1 5 :光罩背面 23 :光 21 :照射光 ]3 :抗反射膜 -13- 1247340 (11) 2 2 :曝光 3 2 :強度分布 3 3 :強度分布 2 1 c :照射光 1 4 :阻光區 2 1 d :照射光 * 22c :照射光 ❿

-14-

Claims (1)

1247340 十、申請專利範圍 1 · 一種光罩，具有形成電路圖形的圖形區，特徵在於 形成於圖形區外周之寬度d的阻光區和形成於遠離圖 形區之光罩表面上的抗反射膜，其中阻光膜寬度d滿足關 係式

其中nl是在光罩之光進入側的介質折射率，ιι2是光 罩折射率，t是光罩厚度，Θ是對光罩的光入射角。 2 .如申請專利範圍第1項的光罩，其中抗反射膜包括 多層膜。 3 ·如申請專利範圍第1項的光罩，其中入射於光罩之 光的數値孔徑不小於0.175。 4 .如申請專利範圍第1項的光罩，其中電路圖形有雙 層結構。 5 · —種曝光方法，以光罩圖形將基板曝光，該方法包 括下列步驟： 將光罩裝入曝光設備； 將基板裝入曝光設備； 使用曝光將光罩圖形轉移到基板， 其中光罩包括（i)形成電路圖形的圖形區，（ii)形成於 1247340 (2) 圖形區外周之寬度d的阻光區，（iii)形成於遠離圖形區之 光罩表面上的抗反射膜，其中阻光膜寬度d滿足關係式 d<2t· tanjsin"1 —sin ^j| 其中nl是在光罩之光進入側的介質折射率，n2是光 罩折射率，t是光罩厚度，Θ是對光罩的光入射.角。

6 . —種裝置製造方法，包括下列步驟： 以形成於光罩上的電路圖形將基板曝光； 將曝光基板顯影； 將基板裝入曝光設備， 其中光罩包括（i)形成電路圖形的圖形區，（Π)形成於 圖形區外周之寬度d的阻光區，（iii)形成於遠離圖形區之 光罩表面上的抗反射膜，其中阻光膜寬度d滿足關係式

d<2t· tanjsin — sin ^ j| 其中η]是在光罩之光進入側的介質折射率’ n2是光罩 折射率，t是光罩厚度，Θ是對光罩的光入射角。 -16-