TWI336425B - Vortex phase shift mask for optical lithography - Google Patents

Description

1336425 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之領域為對各種基板之用於光罩外型（feature) 之極高解析度影像的微影術光罩之領域。特別是，本發明 之領域為相位移光罩之領域，其中，光罩圖樣至少部分藉 由改變與光罩表面互相影響之光線的相來定義。 【先前技術】 光微影術 本發明關於用於製造積體電路、磁性裝置及其他例如微 機器之其他微裝置之微影術領域。在此領域中，最終產品 在連續方法中被製造，其中，各種圖樣利用隨後定義產品 特質之各個圖樣而首先製造於「光阻」材料中。此「光阻」 材料，係一般聚合物組成物，對光線或其他形式之輻射敏 感。圖樣藉由將不同區域之光阻材料曝光至不同輻射劑量 來形成於光阻中。在清晰（高劑量）區域中，化學變化發生 於光阻中，而造成其溶解於化學清洗槽中，或是藉由氣體 或更容易地藉由電漿（對於正光阻）來蝕刻去除，或較模糊 (低劑量）區域更不容易（負光阻）以蝕刻去除。若光阻上之 輻射通量太少，光阻被稱為曝光不足，且一般而言，正光 阻之曝光不足區域將不會全部溶解，以及當光阻被「顯影」 時，負光阻將只會部分溶解（I E被溶解或蝕刻）。隨著足夠 輻射通量用於曝光，光阻之未曝光及曝光區域將與全部溶 解之一區域及持續作為晶圓加工中之下個步驟的保護塗層 之其他區域顯影。對於過大的輻射通量，光阻會過度曝光， 5 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931 1336425 以及傾向「大量出現（b 1 ο 〇 m )」曝光及顯現線之區域，例如， 會較僅為足夠曝光之區域為寬廣。對於良好之光阻，「製造 視窗」存在於此曝光不足與過度曝光通量之間。 清晰及模糊區域利用曝光工具來形成，曝光工具一般由 一光罩或圖罩（reticle)轉移對應外型至光阻。光罩或圖罩 由光罩基板來形成，其為可穿透用於曝光光阻及以非透明 材料（例如鉻黃）塗佈之輻射之石英板或其他材料。鉻黃在 圖樣中被蝕刻去除，以形成一光罩。所應用之輻射可為（但 未被限制為）紫外光及X射線，以及當均勻照亮時，非透明 及透明之光罩區域形成一明亮及暗的圖樣。在此技術之最 普通的實施中，投射透鏡在平面基板上之光阻膜中形成光 罩圖樣之影像。包含高及低劑量區域之影像產生光阻圖 樣。當光線之某些形式應用在此過程中，被稱為光微影術。 前導波工程（Wavefront Engineering) 在光阻中形成之圖樣並未與光罩上之圖樣一致，以及不 論微影術過程中之缺點，獲得有利於最終製造裝置之圖樣 的方法稱為「前導波工程」。在各種裝置中，用於此目的之 裝置為相位移光罩（PSM)，儘管被干擾，其建立預期暗之區 域。相位移光罩首先由本發明之發明人公佈於標題為「利 用相位移光罩來改良光微影術之解析度（Improving resolution in photolithography with a phase shifting mask) j ， M. D. Levenson ， N. S. V i swanathan 及 R. A. Simpson， IEEE Trans. Electron Devices ED-29， 1828-1836(1982)之文獻。從那時起，已有數以百計之專利 6 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931 1336425 及數以千計之文獻主張包含「相位移光罩」之用語。相位 移光罩允許製造具有較習知光微影術小之線寬外型 (feature)，其中，光阻之低劑量部分遠比高劑量部分窄。 然而，此窄線寬外型之像距限制為λ / N . A ·，其中，λ為用 於曝光之光線波長以及 Ν. Α·為用於曝光光阻之光學系統 的數值孔徑。 現今使用兩種類型之 PSM :弱-PSM，例如減光型 -PSM(Attenuated-PSM)及強-PSM ，例如替換孔徑型 -PSM( A 1 ternating-Aperture-PSM) 〇 此兩種 PSM 之不同點 為：弱-PSM僅具有一型式之清晰外型，而強-PSM包含兩形 式之除了光學相之外（〜180°之不同）其餘相同的清晰外 型 ° 請參見，例如，M.Shibuya， Japanese Patent Showa 62-50811，M.D.Levenson 等人，IEEE Trans. Elect. Dev. ED-29 ， 1828-1836(1982)，以及 M.D.Levenson ，

Microlithograpy World 6-12(三月 /四月 1992)。窄和「暗」 線典型上藉由相位移方法來製造，其中，相位移由光罩之 兩鄰近區域產生，其將與光罩互相影響之光線的相位移 180°。光罩之兩區域藉由在光罩中為直線之邊框（border) 來分開，以及當光罩在光阻上呈現影像時，在兩清晰區域 之間產生具有少或無照明之非常窄的線。可獲得此窄線， 例如，在半導體裝置中之閘極線（gateline)»然而，線之 長度遠大於線之寬度。 需要在光阻中具有儘可能小之區域或I禋之孔洞的外 型。使用此孔洞，例如，來製造接觸位置，以構成半導體 7 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931 1336425 裝置之導線或其他部分。圖1顯示藉由用於製 之三個習知技術方法所產生之光強度的略圖。 在覆蓋產生曲線10所給予之強度的正常光罩 中之孔洞。光線圖樣之最小直徑藉由繞射來定 如在某一位置之外減少之鉻黃中的孔洞般地變 PSM(曲線 14)及邊緣位移型（Rimshift)PSM(曲 在稍小直徑清晰區域中產生。 美國專利第5 , 8 0 7，6 4 9號教示一種用於利用 來曝光一光阻之雙重曝光系統1且具有第二光 相位移光罩所殘留之非預期暗區域。美 5, 620, 816號教示一種雙重曝光系統，其中，ί 或欄中進行之線之外，無鉻黃相邊緣位移光罩 部光阻，以及接著使用一定製光罩（customize 光線及/或欄之非預期部分。若使用相同或另一 邊緣光罩來曝光相同光阻時，其中，暗線垂直 所殘留之該等暗線進行，一些第一曝光所殘留 光區域將被曝光，將產生一列具有非常小直徑 置。先前技術並未顯示任何使用單一曝光製造 之極小區域的方法。 PSM設計 各種電子設計自動化（E D A )工具為習知用於 統及相位移光罩之圖樣。此外，0PC工具改變 以說明曝光系統之真實性（r e a 1 i t i e s )。至少未 蔽光罩（block-out mask)應用於與第一曝光有 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931 造此種孔洞 T-光罩僅為 基板之絡黃 義，且並未 小。減光型 線1 2 )技術 相位移光罩 罩，以曝光 .國專利第 备了在列及/ 用於曝光全 d mask)來曝 個無鉻黃相 於第一曝光 光阻之未曝 之未曝光位 未曝光光阻 製備用於傳 該等圖樣， 在當傳統遮 關且使用替 8 1336425 換孔徑型PSM之光阻膜上之第二曝光時，相位移光罩上之 孔徑的圖樣不需要相當靠近最終電路圖樣。此種第二曝光 消除由於相衝突之異常。Numerical Technologies公司， 在美國專利第 5 , 8 5 8，5 8 0號中，已特別地闡述同相位 (I η - P h a s e )設計系統，其應用與最終電路外型於幾何學上 相似之遮蔽光罩以及由一對小孔徑（位移器）所組成之替換 孔徑PSM，其中之一具有0°C相，同時另一個具有180°-其定義介於兩者之間之最窄暗外型。 核准予本發明之發明人之相關美國專利為美國專利第 6,287,732及6, 251,549號，分別於2001年9月11日及 2001年6月26日所申請。本發明之發明人的相關美國專 利申請案係 2 0 0 1年 9月 6日申請之美國專利申請案第 09/947, 336號，其名稱為「一般相位移光罩」，以及2002 年2月25曰申請之美國專利申請案第10/083049號，名稱 為「光微影術方法及裝置」。以上已確認之文獻、美國專利 及美國專利申請案合併於此，以供參考。 【發明内容】 本發明之一目的在於提供用於在裝置上製造非常小區 域外型之裝置、方法及系統。 本發明之一目的在於提供一種具有提供用於在裝置上 製造非常小區域外型之外型的相位移光罩基板。 本發明之一目的在於提供一種具有提供用於在裝置上 製造非常小區域外型之外型的相位移光罩。 本發明之一目的在於提供一種製造具有提供用於在裝 9 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931 1336425 置上製造非常小區域外型之外型的相位移光罩基板。 本發明之一目的在於提供一種使用具有提供用於 置上製造非常小區域外型之外型的一般相位移光罩基 本發明之一目的在於提供一種用於製造具有<1/1 像距之小區域外型的二維陣列之光微影術曝光，其1 光微影術曝光系統所使用之光線波長，以及N . A.為光 術系統之數值孔徑。 本發明為用於在裝置上製造非常小區域之系統、裝 方法。製造相位移光罩基板，其中，光罩基板上之區 位置周圍具有相位移變化，以致於與位置周圍之區域 影響之光線具有光線位移之相，因此，具有在對應於 之第一區域中之光線強度的清晰及最小值，以及環繞 度遠大於穿過整個環狀區域之最小值之第一區域的環 二區域。相位移隨著位置周圍之螺旋圖樣來改變，以 當沿著穿越位置之線測量時，相突然位移約1 8 0 °，以 沿著橫越相對於第二環狀區域之光罩上的區域之任何 線測量時，相緩慢地或突然地位移小於1 3 0 °或是大於 之量。特別地，最佳具體例具備含有類似一組由表面 蝕刻進入基板之「階梯」之旋轉螺旋樓梯的基板，且 步製造相位移之每個階梯的高度小於或遠小於1 3 0 °， 由底階回到第一階之相位移約遠大於2 3 0 °。 【實施方式】 圖2顯示本發明之較佳具體例之透視略圖。相位移 基板之平坦表面20具有蝕刻進入基板之外型21之相 3丨2/發明說明書(補件)/92-09/92丨17931 在裝 板。 A_之 ’ λ為 微影 置及 域在 互相 位置 光強 狀第 致於 及當 其他 2 3 0。 向下 由逐 以及 光罩 位移 10 1336425 光罩基板。外型21之圓形邊緣22顯示切成表面20。略圖 顯示繞著中心線2 4循環之螺旋斜面2 3。斜面開始在關於 最初表面2 0所製造相位移之相位移為0。之線2 4之相位移 光罩基板的最初表面（original surface)20，以及繞著中 心線2 5順時針方向行進。依據切割的深度，斜面給予一相 位移於打在相位移光罩之光線上。關於最初表面2 0之相位 移 9 0 °、1 8 0 °、2 7 0 °及3 6 0 °顯示於標記在圖中之位置。相 位移產生相對於外型2 1之光線圖樣，其中，光線在相對於 中心線2 5與相位移光罩基板2 0之交叉位置的位置具有極 小強度。由螺旋斜面之一區域至另一區域之相位移並未有 明顯變化，因此在環繞交叉位置之電場中未產生暗線，以 及介於螺旋斜面2 3之底部2 6與螺旋斜面2 4之頂點之間的 相改變為3 6 0 °，其亦未產生暗線外型。當介於最初表面2 0 及斜面2 3之間的相位移接近1 8 0 °時，邊緣2 2在照明圖樣 中產生暗線。所產生之未曝光光阻將於下一步驟中被曝光。 圖2之外型產生環形區域所圍繞之最小強度的隔離區域 (isolated area) *其中，遍佈該環形區域之強度遠大於最 小曝光時間之曝光。 圖3顯示圖2之外型所產生之相位移，以做為中心線2 5 周圍所測量之極角Θ之函數。在較佳具體例中，圖 2所顯 示之螺線將具有由幾乎環繞中心線2 5之線2 7之一端至另 一端之接近 720°之相改變，以致於當穿過線26時，強度 改變仍為極小。一般而言，圖2所顯示之螺線將具有由線 27之一端至另一端之接近 mx360°之相改變（其中 m為整 11 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931 1336425 數），以致於當穿過線2 6時，強度改變仍為極小。 圖2及3所顯示及描述之螺線圖樣藉由相似於該等使 於重製CD錄製品之方法、或是製造表面外型之本項技術 所習知之其他方法壓製至相位移光罩基板。 圖4顯示相位移光罩基板之平面圖，其中，表面在六 形型式中形成一些平坦平行區域。在圖4中，造成3階 之0。、120。及240。相位移。六邊形區域之三個邊緣的每 交叉位置 40將產生極小值之與表面互相影響之光線的 射圖樣。取代圖2之螺旋斜面，具有3階梯之螺旋樓梯 形成每一位置。須注意鄰接位置通常分享兩階梯，以及 線之效用（s e n s e )(順時針或逆時針下降）與兩鄰接位置 反。介於圖4所註釋之兩鄰接相位移區域之間的相邊界 在對於同調光具有約 2 5 %之全強度的理論強度之圖樣中 生暗線，同時相對於位置4 0之理論強度為零。實際上， 於光學系統之散射，最小強度約為2 %。因此，光阻必須 度曝光，以確保相對於介於相位移區域之間的邊界4 2之 線足夠地依據相對於位置4 0之區域來曝光，以致使暗線 會打印（p r i n t )以及暗點不會打¢(3 。 就一半最大強度之全部寬度而言，會給予光學系統中 解析度及位置之聚焦或光線之線的規格。在此例中，在 位置之強度最小為 /·/«，以及最大強度 /«η發生於環繞 位置之環形區域。強度之改變遍佈環形區域。例如，沿 在中心具有位置之環形區域所繪製之圓形線，強度下降 光罩上相對於相改變之圓形線上的位置之強度。強 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931 用 者 邊 級 個 輻 約 螺 相 42 產 由 過 暗 不 之 該 著 至 度 12 1336425 最小值之「全部寬度」的規格仍可參考最大強度或是沿著 定義線測量之最小強度來繪製。在本說明書之觀念中，強 度最小值之全部寬度定義為沿著線測量之最小強度的一半 (/’，,.《/ 2 )所測量之強度最小值之全部寬度。本發明之強度 最小值之全部寬度較佳小於λ / 2 N · A .。 圖5顯示位置4 0周圍所產生之相位移做為位置4 0周圍 所測量之極角Θ的函數。當沿著線對照距離繪製時，沿著 幾乎環繞位置40之線所測量之相位移將會相似於圖5出 現。顯示於圖2之螺線將具有由線2 7之一端至另一端之接 近 7 2 0 °的相改變，以致於當穿過線2 6時，強度改變仍為 極小。 圖6 A顯示本發明之最佳具體例，其中，相位移光罩基 板以正方形型式形成一些平坦平行區域。在圖6A中，造成 四階級之 0 °、9 0 °、1 8 0 °及 2 7 0 °之相位移。正方形之四個 角交會的交叉位置將會產生取消投射在光阻上之強度的相 位移，以及在相對於正方形之角的位置上產生極小強度。 邊界62之相位移僅為90°，相反地，圖4之邊界42產生 1 2 0。之相位移，以致使相對於邊界6 2之線的強度遠大於圖 4之線的強度之25%。圖6A顯示覆蓋圖6A所顯示正方形之 角的光學非透明區域6 0。非透明區域減少相對於圖6 A之 光罩基板的正方形之角的光阻區域中之光線強度。須注意 鄰接非透明區域6 0通常具有兩階梯之螺旋樓梯，以及螺線 之效用將再次與每對鄰接區域60相反。 圖 6 B顯示環繞區域 6 0之螺旋樓梯之四個階梯之透視 13 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931 1336425 圖。 圖 7顯示非透明區域 6 0周圍所產生之相位移做為非 明區域6 0之中心周圍所測量之極角Θ之函數。 圖8顯示圖6之光罩所產生之光線的強度側繪之計算 果。平行及垂直行進的暗線為人造假象（artifact)，且 被忽視。須注意相對於圖6之區域6 0之最小值8 0由環 區域82所圍繞，其中，強度實質上遠大於最小值80之 度。 圖9顯示用於在使用4個不同相位移階級之六邊形格 上產生強度最小值之可替代具體圖樣。非透明區域9 0顯 相對於光阻上所預期之強度最小值之相位移光罩基板之 邊形格子位置。相對於交叉位置92之區域亦將具有強度 小值，且必須利用第二光罩及第二曝光來曝光，俾產生 期之非曝光光阻之六邊形圖樣。 圖1 0顯示非透明區域9 0所產生之相位移做為圖9之 體例之非透明區域9 0之中心周圍所測量之極角Θ之函數 本發明之許多修改及變化明顯地按照以上之教示。 此，可瞭解在隨附之申請專利範圍的範圍内，除了特別 述之外可實行本發明。 【圖式簡單說明】 圖1顯示藉由先前技術光微影術光罩所產生之光強度 略圖； 圖2顯示較佳具體例之透視略圖； 圖3顯示圖2之相位移作為極角Θ之函數關係圖； 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931 透 結 可 形 強 子 示 六 最 預 具 〇 因 敘 之 14 1336425 圖4顯示相位移光罩基板之平面圖； 圖 5顯示位置周圍所產生之相位移作為極角Θ之函數關 係圖； 圖6 A顯示本發明之最佳實施例之平面圖； 圖 6 B顯示環繞區域 6 0之螺旋樓梯之四個階梯之透視 圖； 圖7顯示非透明區域6 0周圍所產生之相位移作為極角Θ 之函數關係圖； 圖8顯示強度側繪之計算結果； 圖9顯示可替代之具體圖樣之平面圖； 圖1 0顯示非透明區域9 0周圍所產生之相位移作為極角 Θ之函數關係圖。 (元件符號說明） 10 曲線 12 曲線 14 曲線 20 相位移光罩基板之平坦表面 2 1 外麼 22 圓形邊緣 2 3 螺旋斜面 24 線 2 5 中心線 2 6 螺旋斜面之底部 27 線 15 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931 1336425 4 0 交又位置 42 邊界 60 光學非透明區域 62 邊界 8 0 最小值 82 環形區域 9 0 非透明區域 9 2 交叉位置 16 312/發明說明書(補件)/92-09/92117931

Claims (1)

1336425 SEP 1 7 2010 替換本 拾、申請專利範圍 1. 一種裝置，係包含： 一具有一表面及一表面圖樣之相位移光罩（PSM)基板， 該表面係用於與波長λ及強度 Λ之光線交互作用而改變該 表面圖樣所決定之圖樣中之光線的相，其中，光線在與該 表面交互作用之後的強度係至少部分決定於該表面圖樣所 引起之相變化；當光線通過具有一數值孔徑（N . A ·)之光微 影系統的透鏡而使該表面成像於一影像平面時，成像於該 影像平面之光線強度具有複數個點影像，每個點影像之強 度為被一環形區域所圍繞的強度最小值 ，在遍佈環繞 該強度最小值之整個環形區域中該環形區域之強度遠大於 /m，以及該強度最小值之全部寬度小於λ / 2 N . A 該相變 化顯示環繞該強度最小值之點的螺旋變化。 2 . —種裝置，係包含： 一具有多數個相位移區域之相位移光罩（P S Μ )基板，至 少一些該多數個相位移區域具有至少一楔形區域邊界，其 中，由該多數個相位移區域中配合在一起而環繞該PSM基 板上之第一點之/?個相位移區域的個楔形區域邊界形成 一外型，該/?個相位移區域共同協作產生與該/?個相位移 區域交互作用之波長λ及強度 Λ之光線的光線強度之圖 樣；該光線強度之圖樣具有一對應於該PSM上之該點之光 線強度的極小值 /»〜，以及光線在與該表面交互作用之後 的強度遠大於環繞該第一點之環形區域中之 ;以及 Λ 為大於或等於4，/?個相位移區域各個具有不同的相位移， 17 92117931 1336425 該/?個相位移區域形成一環繞該P S Μ基板上之該第一點的 螺旋樓梯形狀。 3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中，該多數個相位 移區域為具有彼此平行之表面的平坦區域。 4. 如申請專利範圍第 3項之裝置，其中，/7 = 4，以及該 四個相位移區域之相位移約為 0 °、9 0 °、1 8 0 °及 2 7 0 °，以 環繞該第一點於一方向上移動的順序計算；該四個相位移 區域形成一環繞該第一點的螺旋樓梯形狀。 5 .如申請專利範圍第4項之裝置，其中，該楔形區域邊 界具有楔形角，以及該〇°及180°之相位移區域具有近乎相 等之楔形角，而該90°及270°之相位移區域具有近乎相等 之楔形角。 6 .如申請專利範圍第4項之裝置，其中，一第二點位於 接近該第一點，以及環繞該第一點及第二點之螺旋樓梯各 自具有不同的手性（handedness)，以及每個螺旋樓梯之一 階梯為相同相位移區域。 7.如申請專利範圍第6項之裝置，其中，該PSM基板係 設計用於具有放大倍率 #及數值孔徑 N . A.的光微影系統 中，以及該第一點及第二點係間隔小於2 / N . A .之距離。 8 . —種裝置，係包含： 一具有一表面及一表面圖樣之相位移光罩（PSM)基板， 該表面係用於與波長λ及強度 /,之光線交互作用而改變該 表面圖樣所決定之圖樣中之光線的相，其中，光線在與該 表面交互作用之後的強度係至少部分決定於該表面圖樣所 18 92117931 1336425 引起之相變化；該表面上之複數個點具有形成環繞各個點 之螺旋樓梯形狀的表面圖樣，以致於存在有接近環繞每個 點之線，致使相沿著該線而改變，以及相不會沿著該線跳 躍改變大於1 2 0 °，以及相由該線之一端改變至少2 4 0 °至另 一端。 9.如申請專利範圍第8項之裝置，其中，由該線之一端 至另一端的相變化约為mx360。，其中m為大於或等於1之 整數。 19 92117931