TWI274374B - Multiple photolithographic exposures with different clear patterns - Google Patents

Description

Ϊ27鄉谢頁 祕月日( 1) ^ 發明所屬之技術領域 本發明係有關於一微影製程。 先前技術

:影已被廣泛應用於積體電路製造過程中，使其於半 導體曰曰圓上形成圖案。請參閱第一圖，其係為一習知光阻 曝光系統之側視圖。如第一圖所示，一晶圓n 0上覆蓋一 ^阻層120。該光阻層12 〇由一光源13〇所照射。一光罩或 了線片（r e t i c 1 e ) 1 4 〇則位於該光源1 3 0與該光阻層1 2 0之 =。該光軍1 4 〇帶有具不透光及透光部分圖案。此圖案決 &該光阻層1 2 〇的那些區域會暴露於該光源1 3 〇所發出之光 線中。於曝光後，該光阻層1 2 〇則進行顯影，因此部分該 光阻層1 2 0會被移除而顯露出位在其下之基板π 〇。若該光 阻為正光阻（Positive photo-resist)，則該光阻層12 0曝 光口F刀會被移除，若該光阻為負光阻（negative photons s 1 s t )’ 則該 光阻層 1 2 0未曝光 部分會 被移除 。在 此兩種 =形中’剩餘之光阻層1 2 0與該基板i丨〇顯露出來（未被覆 ^ )之區域則會將該光罩1 4 0上之圖案再現。然後，該晶 圓^ 1 0再接著進行其餘所需之步驟（例如：該基板n 〇曝光 之區域可能被蝕刻，以及被摻入雜質等）。 然而’該晶圓1 0上之圖案並不一定都能很準確忠實地 再現出光罩1 40上之圖案。請參閱第二圖，其係為一習知 光罩與其相對應形成在光阻層上圖案之平面圖。如第二圖 所示’該光罩14 0上之一不透明區域（opaque feature)

第5頁 ΙΕ"Μ3Ι?4ι I___ 丨泰(、辦9¼¾丨⑵ 2ΊΓ〇1ίί Ϊ —凹角2 2 Ο Μ。理論上，該不透明區域 2 1 Ο Μ應被 真實轉印（再現）至該光阻層1 2 0上，就像不透明區域2 1 0 R '樣，而具有一凹角220R。但事實上，在此凹角220 R所形 成凹處之一光阻區域23 0並未曝光，因此，此一凹角在光 阻圖案中則成為一平滑曲線2 4 0，如第二圖中虛線段所 示。此可見於2 0 0 1年8月28日所核准Lu之美國專利第 6，2 8 0，8 8 7號。 請參閱第三圖，其係為另一習知光罩之平面圖。如第 三圖所示，該光阻圖案可因一截角（serif) 310之存在而 被矯正。該截角3 1 0是在不透明區域2 1 0 Μ中除去以增加該 光阻區域2 3 0曝光量之區域。然而，如果該不透明區域 2 1 0Μ很狹窄時，如第三圖中長度D1及D 2都很小，則該截角 3 1 0將很難在該光罩1 4 0中形成。 發明内容 本發明係藉由在此節中被合併之申請專利範圍而加以 定義。此節中其餘的部分則概括地敘述本發明的一些特 徵。 本案之主要目的為提供一種微影製程，以減少在一般 光罩中，不透明圖案之凹角角落曝光不足的問題。

本發明之一些較佳實施例提供一些替代技術，用以減少該 光阻未完全曝光之現象。在一些較佳實施例中，該光阻被 曝光兩次。一次曝光是透過如習知技術之光罩及其類似 物，如第二或第三圖所示；而另一次曝光則是由依第一次

第6頁 wmrW-Yt·史…---------------ίτ — 11- n I , , I ,,fWMM± 光罩之不 過的）光 光能劑量 光阻的情 除該光阻 區域，如 一個具更 修飾 在一些較 罩 而是 其他 (3) 透明區域而決定其光阻區域之另一不同的（修飾 罩所引導。此一 π修飾過”的曝光並非由一足量之 所引導而在該晶圓上增加'一光阻圖案。例如在正 形中’該修飾過的曝光是不足以在顯影過程中移 層。然而，該修飾過的曝光卻增加了傳遞到光阻 光阻區域2 3 0之總能量。在一些情況下，會得到 準確轉印圖案之結果。 過與未修飾過的曝光可以在任何情形下進行。 佳實施例中，該修飾過的曝光並不需使用一光 整個光阻層的表面皆進行曝光。 特徵與實施例則在之後敘述。

簡單圖式說明 第一圖：其係為一習知之光阻曝光系統之側視圖，其 亦適用於本案之一些實施例； 第二圖：其係為一習知光罩與其相對應形成在光阻層 上圖案之平面圖； 第三圖 第四圖 第五圖 案平面圖； 其係為另一習知光罩之平面圖；

其係為本案一些較佳實施例之光罩平面圖； 其係為一相對於第四圖中該光罩之一光阻圖 以及 第六〜十圖··其係為本案一些較佳實施例之光罩平面 圖

第7頁 Ψ\--—— d雙歷】」⑷ 圖示符號說明 11 0 :晶圓 1 2 0 :光阻層 1 30 :光源 140 :光罩 2 1 0 Μ :不透明區域 2 2 0 Μ :凹角 2 1 0 R :不透明區域 220R:凹角 2 3 0 :光阻區域 24 0 :平滑曲線 310:截角（serif) 41 0Μ :透明區域 420M:不透明區域 43 0Μ :垂直間隔 440:凸角端 450:角落 410R:對應於區域 4 1 0 Μ之光阻區域 42 0R:對應於區域 4 2 0Μ之光阻區域 430R :對應於區域 4 3 0Μ之光阻區域 6 0 2 :修飾過之光罩 610 :透明區域 73 0 :水平延伸區域 8 3 0 :水平條狀區域 9 3 0 :透明區域 1 0 3 0 :條狀區域

實施方式

請參閱第四圖，其舉例說明一示範性可用於本案之光 罩或標線片（reticle) 140 ( π光罩”與π標線片（reticle)” 於此是可互換的）。該光罩14 0具有被一不透明區域420M 所包圍之一些透明區域410M。在一實施例中，該光罩140 與一正光阻一起使用，以定義彼此分離且形成於一做為記 憶體陣列（memory array)之單晶矽基板的溝渠。其示範 性的規格如下所述：每一個透明區域41 0M為一高度H = l. 38

第8頁 ¥ ⑸ a丨每_膊日g— m m，寬度W = Ο · 1 8 m m之矩形，每一個在相鄰矩形透明區域 4 10M間之垂直間隔4 3 0Μ具有一高度V = 0. 22 mm，而每一個 水平間隔A = 0· 3 mm。該光源1 30 (如第一圖所示）為一波 長為24 8 nm之深紫外光（DUV)光源（這些規格及其他詳 盡資料是作為舉例之用，並不受其所限制。同時，在一實 施例中，其規格為前述之四倍長，因為藉由一 4倍的因 子，該光罩1 4 0與一投影鏡片一起使用，以減少在晶圓上 之影像）。 每一個矩形透明區域410 Μ具有兩個凸角端440，每一 個凸角端440在該不透明區域42 0Μ中定義出一個凹角。該 矩形4 1 0 Μ的每一個角落4 5 0也同時定義出該不透明區域 420Μ中的一個凹角。 第五圖中則顯示形成在該晶圓上之光阻圖案。區域 4 1 0 R，4 2 0 R以及4 3 0 R分別對應於區域4 1 0 Μ，4 2 0 Μ以及 4 3 0 Μ。但該矩形4 1 0 R卻是呈圓形端狀，其中高度Η減少， 而寬度W則增加。在一實施例中，一習知光阻曝光之垂直 間隔V，在光阻圖案中變為0.456 mm，換言之，其為該光 罩140中0· 22 mm垂直間隔（如第四圖中）的兩倍長。

一個準確真實的影像可以透過一修飾過的光罩6 0 2以 增加一多餘的曝光而得到（如第六圖所示）。在該修飾過 的光罩602中，每一個透明區域610透過與該矩形透明區域 410M(第四圖）整欄一致之區域而垂直延伸。該矩形透明 區域4 1 0 Μ短邊的位置由虛線表示。每一個透明區域6 1 0所 覆蓋之面積即為其相對應欄之該矩形透明區域4 1 0Μ與該垂

第9頁 -1274374; _ ϊ簡隔13力Μ之面積。該透明區域61 0在該矩 410 Μ之該凸角端440(第四圖）的位置並沒 在一實施例中，該光阻圖案是由下述之製弃 的： 製程步驟一 1·於該晶圓110上覆蓋一厚度〇. 〇78 mm之抗 (antireflective coating)(圖中並未蔡 馬爾伯勒之Shi p ley公司所生產之AR2型。为 該晶圓1 1 0 (此為標準步驟）。 2·沈積一層厚度0.0609 mm之正光阻層，為 U V 6型。 3·透過於第六圖中之該修飾過的光罩6〇2, 路於一般習用劑量一半之紫外光下。在一 ^ 曝光是由一 ASML之ASML5 0 0型掃描式對準機 所推薦之最佳劑量為27· 5 mJ/cm2，所以， 式對準機所產生之曝光量為13. 75 mj/em 2。 來之顯影步驟（步驟7，如下所示）而言， 被曝光之光阻並顯露出該晶圓1 i 〇。 4 ·烘烤，然後冷卻該晶圓11 0。 5·透過於第四圖中之該光罩41〇，將該晶圓 量為13.75 mJ/cm2之紫外光下。 6 ·供烤，然後冷卻該晶圓。 7 ·顯影該光阻。 形透明區域 有形成凹處。 【步驟一所形成 反射層 I示），為麻州 h烤，然後冷卻 Shipl ey生產之 將該晶圓11 0暴 ^實施例中，其 所執行， 在此步驟掃描 此劑量對接下 是不足以移除 11 0暴露於一劑

Wmm¥\ |(7) 在一實施例中，該光阻曝光是由亞利桑納州Tempe2 A S M L公司所生產之ASML 50 0型掃描式對準機使用波長2 4 8 nm之光源所引導，而且該光阻曝光是由零級和一級照度 (zero and first order illumination)及一負 〇 1聚 焦（focus)所執行。投影鏡片的數值口徑（NA，

Numerical Aperture) 為0.6°此*實施例可以減少在古亥 光阻圖案中之該垂直間隔4 3 0 R之南度V到大約Q.317 mm。

若該光罩1 4 0中有圖案區域（f e a t u r e)很短小時，則製作 一個如第六圖之修飾過的光罩60 2會比形成一截角（如第 三圖）來的容易。特別是，若該矩形4 1 0 Μ的寬度W為最小 的顯像規格（feature size)，則該截角將會需要次微影 (sub-lithographic)的規格（例如：比最小顯後指格澴 要小）。但是，該光罩嶋丨可以不需要次規格還 (sub-lithographic feature)而形成。然而，本案之一 些實施例結合了在第四圖中圖案與截角之設計。相同的， 本發明並不限定於此一不需要次微影區域的修飾過的光罩 6 0 2 0 在光罩6 0 2中，將間隔43 0刪除則排除了在矩形透明區 域410M短邊上之繞射及光破壞性的干涉（destructive 1 ight interference)，因此會得到較佳之解析度。

在一些貝施例中’製程步驟一中步驟3之曝光並不需要一 光罩，而另一些實施例中，則可能需要兩次以上的曝光。 例如，於製程步驟一之程序中可以額外增加一無須光罩之 光阻曝光步驟。 …'

第11頁 2Μ¥Ιή κ： 在製^呈步驟一中之步驟3及5可以互相交換。 本案之另一實施例中，該光罩i 4 〇中，該矩形4 1 Ο Μ之 寬度W為0 · 1 4 mm，並透過該光罩6 〇 2利用偏軸式照明 off-axis illumination)而曝光（偏軸式照明可見於 P. Rai-Choudhury所著之”Handb〇〇k 〇f

Microlithography, Microraachining, and Microfabrication'1 第一冊，第 71 — 7 3頁，（99 7年出版，在 此做為參考資料）。相同的，一環狀孔則被用來阻止一些 零級光（zero order 1 ight)。另一些實施例中，該光罩 140中，該矩形41 0M之高度η為〇. 9 5 6 mm，該間隔高度V為 0 · 1 5 6 mm，以及該水平間隔寬度a為〇 · 1 4 mm，每一個透明 區域610的寬可以略大於〇」4 mm以調和在該光罩60 2與1 4 0 之間的可能調準錯誤（misalignment)，而寬為〇·16 mm 之規格亦可以使用。 第七至第十圖則為該光罩6 〇 2之其他替代設計。在第 七圖中，該光罩與第六圖是一樣的，除了每一個透明區域 61 0在每一個間隔43 0M處有一個水平延伸區域73 0，而每一 個該水平延伸區域7 3 0皆水平且垂直地於兩方向（左與右） 超過該相對應之該矩形透明區域41〇M (如在光罩14〇中超 過矩形41 0M之位置）。該水平延伸區域730使角落45 0的光 曝光量增加，並且減少該光罩14〇中，這些角落對截角31〇 (如第3圖所不）的需求。然而，在一些實施例中，該截 角3 1 0是需要的。 第八圖亦為相同的光罩，除了該水平延伸區域73〇合

{(年、敢鐵f —) 〜—一-----一一一辦…和-ΛΤ.一―《^一 _________,.^.., } 併成為橫跨整個拓 830，該水平條狀%\透明區域410M陣列之水平條狀區域 狀區域83 0會鱼Ϊ ^域83〇比該間隔430M高，所以該水平 實施例中，該水^平\形透明區域41〇Μ的位置重疊。在其他' 重疊。 v、狀區域8 3 0並沒有與該矩形透明區域 在 也較快 在該間 之曝光 垂直邊 在第九 個透明 能垂直 沒有覆 的期間 此 有輕微 如果這 光罩時 當使用 題，所 劑量的 第八圖中> & 寫入 罩比起第六圖中之光罩，將會較容易 隔4301^ ^ 相同的，第八圖中之光罩有利於 旦另外、即與間隔43 〇 M相對應之面積）提供較高 :的繞射及2;;比較：該水平延伸區域830在 次先破壞性之干涉將可以被排除。 w該透明區域構成獨立的透明區域930。每一 二蓋一個間隔4 3 0 Μ (如第四圖），並且可 # 平地超過該間隔43〇Μ，但該透明區域93 0並 >盆^私形透明區域41 〇Μ。在透過該光罩140曝光 二二二射劑量為百分之百的最佳劑量。 =4 助的，因為在光罩6 0 2與140之間可能會 此〉misalignment)(例如約 2G nm)。 ^邊了^兩次曝光的話（當使用第六至八圖所示之 第九圖之ϊ ΐ T能減少沿著矩形410M長邊之對比。 u# &罩牯，對比的損失將較不會成為一個問 5 0% ) Y 一罩6 0 2可以使用較高的劑量（大於最佳 在第十圖中，該透明區域9 3 0合 透明區域41_車列之條狀區域103。，

：1〇) 因此 年晴咧 驟 的 隔4 3 Ο Μ。Η此’百分之百的最佳劑量可以用在步驟5 (透 過該光罩140) ’而大於百分之五十之最佳劑量可用於步 。此光罩比第九圖中之光罩容易寫入（write)。相同 與第八圖比較’在該條狀區域1 0 3 0之垂直邊緣的繞射 與光破壞性的干涉將可以被排除。 =上之微影技術可以合併其他的微影技術。例如··一 些或^所有f不透明區域可被部分透光之不透明區域所取 代。月見之&所 & 到之"Handbook of Microlithography，

Micromachining，an(j Microfabrication’’第一冊、第 79 % 頁，在此做為參考資料。與本發明有關的光罩可以是雙重 光罩衫像位移光罩（phase sh i f t masks)、戋是其他 形式已知或是被發明的光罩。本發明並不被任何特殊之光 罩圖案或規格、光阻形式、曝光量、波長或其他來 或 ::特殊之物質或設備所限制。本發明並不被烘烤及冷卻 循裱或反反光射層之使用所限制。 比本案得由熟悉此技藝之人任施匠思而為諸般修飾，然 白不脫如附申請範圍所欲保護者。 ^

第14頁 mmm\ 11' i _. mw ’ i_ " _ 丨_ 丨丨 Μ2340ΜΈ 單柳牌明q 第一圖：其係為一習知之光阻曝光系統之側視圖，其亦適 用於本案之一些實施例； 第二圖：其係為一習知光罩與其相對應形成在光阻層上圖 案之平面圖； 第三圖：其係為另一習知光罩之平面圖； 第四圖：其係為本案一些較佳實施例之光罩平面圖； 第五圖：其係為一相對於第四圖中該光罩之一光阻圖案平 面圖；以及 第六〜十圖：其係為本案一些較佳實施例之光罩平面圖。

第15頁

Claims (1)

1. WMM4\ .〆 °ll 声(、(申鱗圍 ϋ成一層對放射線敏感之物質的方法，其中該物 質層係形成於一基板上，該方法包括下列步驟： 以該放射線照射該物質；以及 顯影該物質以移除該物質之一部分及顯露該基板之一 部分，並產生由該基板顯露部分所定義之一圖案； 其中，該照射包括下列步驟： (a)以該放射線，透過一第一光罩照射該物質、其中 該第一光罩具有一透明區域及一不透明區域，以及 (b )以該放射線，在沒有光罩之下，或透過一第二光 罩照射該物質，其中，在該第二光罩之一透明區域上至少 有一部位為該第一光罩上之一不透明區域，其中，在此步 i (b )之一照射劑量不足以顯影該基板顯露及不顯露部分 之一圖案。 2. 如申請專利 照射劑量不足 3. 如申請專利 光阻，則在該 被照射之該物 4. 如申請專利 光阻，則在該 被照射之該物 5. 如申請專利 括照射該物質 該第二光罩。 範圍第1項所述之方法，其中該步驟（a )之該 以修飾該物質以顯影該圖案。 範圍第1項所述之方法，其中該物質為一正 步驟（b)之該照射劑量不足以使該步驟（b)中 質在顯影過程中被移除。 範圍第1項所述之方法，其中該物質為一負 步驟（b)之該照射劑量不足以使該步驟（b)中 質在顯影過程中抵抗被移除。 範圍第1項所述之方法，其中該步驟（b)更包 ，透過在該透明區域外具有一不透明區域之

   第16頁 6 ·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第一光罩之 該不透明區域具有一凹角，以及該第二光罩之該透明區 域，與該第一光罩之該不透明區域在該凹角相互重疊。 7 ·如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該第二光罩之 該不透明區域在該第一光罩之該凹角部位，不具有一凹 角。 8 ·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第一光罩之 該透明區域包含由一不透明間隔分開之二透明次區域，以 及該第二光罩之該透明區域覆蓋到該不透明間隔。

   9 ·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第二光罩在 該第一光罩為透明的位置上皆為透明。 1 0 ·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第二光罩之 該透明區域並沒有完全重疊到該第一光罩之所有該透明區 域上。

   1 1 ·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第一光罩之 該透明區域包含被該第一光罩之該不透明區域所環繞之一 連續延長區域，且該連續延長區域具有鄰接該第一光罩之 該不透明區域之一凸角端；以及該第二光罩之該透明區域 與該第一光罩在該凸角端之該不透明區域相重疊，並且至 少延伸至該凸角端與該第一光罩之該不透明區域間之一邊 界。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項所述之方法，其中該第二光罩 之該透明區域覆蓋該凸角端邊界，並且延伸超過與橫斷該 連續延長區域方向之該邊界。

   第17頁 1274374: 述之方法，其中該第一光罩之 延長區域被該第一光罩之該不 該複數個連續延長區域具有鄰 域之一凸角端；以及該第二光 續區域，且該連續區域與該第 疊，並且至少延伸至每一該凸 述之方法，其中該第二光罩之 罩之該透明區域之一位置，並 之該透明區域之該位置。 用於一半導體製程上，該方 1 3 .如申請專利範圍第5項所 該透明區域包括複數個連續 透明區域所環繞，且每一個 接該第一光罩之該不透明區 罩之該透明區域，包括一連 一光罩之該不透明區域相重 角端之位置。 1 4.如申請專利範圍第5項所 該透明區域覆蓋到該第一光 且延伸超過橫跨該第一光罩 15.—種多重微影曝光方法， 法包括下列步驟： 提供一層對放射線敏感之物質，其中該物質係形成於 一基板上； 以該放射線照射該物質；以及 顯影該物質以移除該物質之一部分及顯露該基板之一 部分，並產生由該基板顯露部分所定義之一圖案； 其中，該照射包括下列步驟： (a) 以該放射線，透過一第一光罩照射該物質，其中 該第一光罩具有一透明區域及一不透明區域，以及 (b) 以該放射線，在沒有光罩之下，或透過一第二光 罩照射該物質，其中，在該第二光罩之一透明區域上至少 有一部位為該第一光罩上之一不透明區域，其中，在此步 驟（b)之一照射劑量不足以顯影該基板顯露及不顯露部分

   第18頁 li mnmm 之一圖案。 t

   ϋΐ·ί 第19頁 ,f274374 _ 四ug發明摘要~^名稱：具不同透明_之7^影曝光^ 、厂光阻層被曝光兩次或更多次。至少一次曝光是透過 一普通之光罩所引導，而至少一次曝光則是透過一個修飾 過而具有與第=光罩之一不透明區域位置重疊之一透明區 域之光罩所引導。用於該修飾過之光罩所使用之照射劑量 並不足以在一基板上形成一光阻圖案。透過該修飾過的光 罩之曝光，可以減少在一般光罩中，不透明圖案之凹角角 落曝光不足的問題。亦有利用沒有使用光罩的曝光方式而 取代該修飾過之光罩的曝光。

   伍、（一）、本案代表圖為：第一六圖 (二）、本案代表圖之元件代表符號簡單說明 410M:透明區域 430M:垂直間隔 602:修飾過之光罩 610:透明區域 陸、英文發明摘要（發明名稱：Multiple photolithographic exposures with different clear patterns)

   A photoresist layer is exposed two or more times. At least one exposure is conducted through a regular mask, and at least one exposure through a modified mask with a clear region overlapping the position of a non-clear region of the first mask. The rediation dose used with the modified mask is insufficient by itself to create a resist pattern on the substrate. The exposure through

   第2頁