TWI386757B - 微影之光罩，製造此等光罩之方法及使用此等光罩之方法 - Google Patents

Description

微影之光罩，製造此等光罩之方法及使用此等光罩之方法

本揭示案係關於使用於微影工具之光罩，及製造及使用此等光罩之方法。

通常藉由選擇性地自晶圓移除材料及向晶圓上沈積絕緣、半導電及/或導電材料而在半導體晶圓或其他微特徵工件之中及/或之上形成微電子特徵。微影廣泛使用於半導體處理中以將小特徵圖案化至晶圓上。典型微影製程包括在晶圓上沈積輻射敏感材料之層(例如，光阻)，在光阻層上方定位經圖案之光罩或光罩，且接著以所選擇之輻射照射經遮蔽之光阻層之所選擇區域。晶圓接著被曝露於移除光阻層之經照射之區域或者未經照射之區域的諸如含水鹼或溶劑之顯影劑。在一情形下，光阻層最初大體可溶於於顯影劑中，且透過光罩中經圖案化之開口曝露於輻射的光阻層之部分自大體可溶改變為大體對顯影劑具有抵抗力(例如，從而具有低溶解度)。另外，光阻層最初可為大體不可溶於顯影劑中，且透過光罩中之開口曝露於輻射的光阻層之部分變得更加可溶。在任一情形下，對顯影劑具有抵抗力之光阻層之部分保留於晶圓上，且光阻層之其餘部分由顯影劑移除以在光阻層中形成開口之圖案。

在光阻層中形成開口之後，晶圓常常經歷若干蝕刻或沈積製程。在蝕刻製程中，蝕刻劑藉由光阻層中之開口移除材料，而不移除在光阻層之剩餘部分下方的受保護之材 料。因此，蝕刻劑在晶圓材料中或在沈積於晶圓上之材料中產生特徵(諸如凹槽、通道或孔)之圖案。可在隨後之沈積製程中以絕緣、導電或半導電材料填充此等特徵以在晶圓上建置微電子特徵之層。在其他沈積製程中，可使用無電極或電解技術將金屬或其他材料電鍍於光阻層之開口中。晶圓隨後在該處理之後經單一化以形成個別晶片，該等個別晶片可被併入於諸如電腦及其他消費型或工業電子器件之廣泛種類之電子產品中。

由於圖案化逐漸變得更小之電路特徵且同時仍然維持節省成本之製造係複雜的，故微影可為電路設計中之限制因素。舉例而言，高密度接點陣列中之接點之某些位點可能具有減少之焦點深度以使得其不具有與鄰近接點相同之對比度等級。此限制接點之間之間隔以致於存在針對密集接點圖案之最小間距，其又限制減小晶粒尺寸及/或降低製造半導體產品之成本之能力。

以下揭示內容描述用於微影裝置之光罩，用於製造此等光罩之方法，及用於使用此等光罩使光敏材料曝光以在半導體晶圓上形成微特徵之陣列之方法之若干特定實施例。儘管下文參考接點描述微特徵，微特徵亦可為溝槽、摻雜之區域，或製造於半導體晶圓之上或之中之其他特徵。另外，即使參考處理半導體晶圓描述製程，製程亦可使用於其他基板上，其上或之中裝配有微電子器件、微機械器件、資料儲存元件、光學器件、讀取/寫入組件及其他特 徵。舉例而言，SRAM、DRAM(例如，DDR/SDRAM)、快閃記憶體(例如，NAND快閃記憶體)、處理器、成像器及其他類型之器件可建構於半導體晶圓或其他基板上。此外，本發明之若干其他實施例可具有與此部分中描述之該等組態、組件或程序不同的組態、組件或程序。因此，一般熟習此項技術者將相應地理解本發明可具有其他具有額外元件之實施例，或者本發明可具有其他不具有下文參考圖1－圖6展示且描述之若干其他特徵的實施例。

圖1為根據本發明之一實施例之光罩10之部分的示意橫截面圖。光罩10大體為使用於向晶圓上圖案化極小特徵之掃描器、步進機或其他類型之微影工具中之主光罩的組件。將瞭解，光罩之特徵在圖1－圖3中未按比例繪製。

在圖1中展示之實施例中，光罩10包括具有經組態以面向晶圓之前側22及經組態以面對輻射源或發射機之後側24的基板20。基板20可為石英，或另一能透射經定向朝向基板20之後側24之輻射R的材料。光罩10在基板20之前側22處進一步包括光罩層30。光罩層30可為鉻，或另一對於輻射R為不透明、非透射性或半透射性之材料。光罩層30具有包括至少一第一開口32及至少一第二開口34之複數個開口。開口32及34係以將被圖案化於工件W上之微特徵之合意組態排列。舉例而言，光罩層30可具有複數個第一開口32及第二開口34，其經排列以在工件W處之接觸位點C處形成接點之陣列。因而，開口32及34經組態以具有直徑D 及在開口之間之間距P，使得通過開口32及34之輻射照射對應於接觸位點C之光可成像層L中之曝露的區域E。

在接觸位點處之輻射強度可能在整個使用習知光罩之陣列上之位置處變化以使得某些接觸位點處之輻射強度為不充分的。在對應於此等低輻射接觸位點之光阻層之所曝露區域的邊界處之對比度小於其他曝露之區域處，且此可不利地影響所得接點之尺寸及形狀之均一性。本發明之發明者相信來自光罩層30中某些開口之一階繞射破壞性地干擾其他開口以使得僅所選擇之開口具有較低輻射強度。

為解決此問題，光罩10經組態以使得通過第二開口34之輻射建設性地干擾通過鄰近第一開口32之輻射(否則其將遭受來自通過第二開口34之輻射之破壞性干擾)。結果，在與第一開口32相關聯之接觸位點C處之輻射強度增加與一或多個鄰近第二開口34相關聯之輻射，而非減少來自相鄰第二開口34之輻射。更特定地，在圖1中說明之特定實施例中，光罩10在對應之第一開口32處具有第一表面41且在對應之第二開口34處具有第二表面42，第一表面41及第二表面42經組態以使得出射第二表面42之輻射在工件W處建設性地干擾出射鄰近第一表面41之輻射。在圖1中展示之實施例中，第一表面41凹入於在前側22與後側24之間的位置處之基板20中，且第二表面42最接近於前側22。第一表面41因此相對於第二表面42偏移了偏移O，該偏移O經選擇以在通過第一開口32之輻射與通過第二開口34之輻射之間產生相位移位。舉例而言，偏移O可經選擇以使得通 過第二開口34之輻射之一階繞射建設性地干擾通過鄰近第一開口32之輻射。在特定實施例中，偏移O為如此從而出射第一表面41之輻射之相位自出射第二表面42之輻射之相位移位180°。當通過第一開口32之輻射之相位自通過第二開口34之輻射之相位移位180°時，可根據以下方程式判定偏移O： 其中λ為輻射之光波長且n 為基板20之折射率。

在操作中，光罩10相對於工件W定位以使得第一開口32及第二開口34與對應之接觸位點C對準。輻射R通過第一開口32及第二開口34以準確地照射光可成像層L中之曝露區域E。舉例而言，在自光罩10在聚焦範圍F_d 處之聚焦區內，通過第一開口32之輻射增加了通過第二開口34之輻射。因而，選擇第一開口32否則將具有較低輻射強度之接觸位點時，光罩10增強在與對應之第一開口32相關聯的該等接觸位點處之輻射強度。此又增強與對應之第一開口32相關聯的曝露區域E之對比度。結果，第一開口32及第二開口34可與習知光罩相比彼此更近地間隔以致能微特徵之高密度陣列之準確圖案化。

圖2說明光罩10之另一實施例，在光罩10中第一開口32仍然對應於相對於與第二開口34相關聯之接觸位點而言遭受較低輻射強度之接觸位點。在此實施例中，第二表面42凹入於在前側22與後側24之間的位置處之基板20中，且第一表面41至少最接近於前側22。第二表面42可在基板20中 凹入與上文關於圖1所說明之偏移相同之偏移O。圖2中說明之光罩10之實施例相應地進行操作以使得通過第二開口34之輻射之一階繞射建設性地干擾通過第一開口32之輻射以增大在與第一開口32對準或另外與第一開口32相關聯的接觸位點C處之輻射強度。

可藉由在基板20上形成光罩層30來建構圖1及圖2中展示之光罩10的實施例，使得光罩層具有以對應於將在工件W之晶粒中形成之特徵之合意圖案之陣列進行排列之至少一第一開口32及複數個第二開口34。第一開口32係選擇於一接觸位點處，否則在該接觸位點處聚焦區中之輻射強度於第一表面41與第二表面42之間不具有適當偏移的情況下將小於鄰近接觸位點之輻射強度。方法之若干實施例因此包括識別特徵位點之位置，其中特徵位點之位置處輻射強度於開口中之表面之間不具有偏移之情況下小於鄰近位點或其他位點處之輻射強度。舉例而言，可藉由蝕刻光罩層30中之所有開口，在基板20之前側22處形成凹座之前使輻射通過開口，及量測聚焦區中特徵位點處之輻射強度來識別第一開口。每一第一開口可經選擇以對應於具有比鄰近位點更低之量測輻射強度的位點。在另一實施例中，可藉由模擬聚焦區中之位點處的輻射強度及選擇具有比鄰近特徵位點更低之輻射強度的位點來識別第一開口。在識別光罩層30中之開口之中的第一開口32之後，第一表面41與第二表面42彼此相對地偏移，使得通過第二開口34之輻射建設性地干擾通過鄰近第一開口32之輻射。舉例而言，在圖1 中展示之光罩10之實施例中，藉由經由此項技術中已知之第一開口32蝕刻基板20而形成第一表面41。可藉由將第二表面42蝕刻至基板20中而形成圖2中說明之實施例。

圖3說明根據本發明之另一實施例之光罩100。圖3中展示之光罩100具有與光罩10一樣之若干特徵，且因此在圖1－圖3中相同參考數字指代相同組件。然而，光罩100在所選擇之開口中具有相位移位元件140，以選擇性地使通過開口之輻射之相位相對於其他開口移位。在圖3中展示之特定實施例中，光罩100在第一開口32中具有相位移位元件140。相位移位元件140在對應之第一開口32中界定第一表面141，且基板20之前側22在對應之第二開口34中界定第二表面142。相位移位元件140係由基於使用於基板20及相位移位元件140之材料的不同性質而使通過第一開口32之輻射的相位相對於通過第二開口34之輻射移位的材料所組成。在替代實施例中，相位移位元件140可在第二開口34中界定第二表面142以使通過第二開口34之輻射的相位相對於通過第一開口32之輻射移位。在又一實施例中，第一相位移位元件可在第一開口32中，且具有不同於第一相位移位元件之性質之第二相位移位元件可在第二開口中。

圖4為說明根據另一實施例之製造用於微影工具中裝配半導體器件之光罩的方法400之流程圖。方法400包括在基板上形成通過光罩層之開口之陣列(方塊410)。開口之陣列可對應於半導體晶圓上晶粒的特徵之圖案，且開口包括至少一第一開口及複數個第二開口。方法400進一步包括在 第一或第二開口之一者中形成一表面(方塊420)。表面經組態以使得通過第一開口之輻射相對於通過第二開口之輻射異相。

圖5為使光敏材料曝光以在半導體晶圓上形成微特徵之陣列的方法500之流程圖。方法500包括在晶圓上之晶粒的特徵之陣列中識別第一特徵之第一位點及第二特徵之第二位點(方塊510)。第一位點服從於接收較少輻射或另外具有比第二位點更低之輻射強度。方法500進一步包括針對通過光罩之輻射將晶圓定位於聚焦區處(方塊520)及照射第一及第二位點(方塊530)。第一及第二位點經照射以使得對應於第二位點之輻射在聚焦區處建設性地干擾對應於第一位點之輻射。

圖6為說明用於使光敏材料曝光以在半導體晶圓上形成接點之方法600之流程圖。方法600包括定位光罩之第一及第二開口以分別照射半導體晶圓上晶粒之特徵的陣列之第一及第二位點(方塊610)。方法600進一步包括使輻射通過第一及第二開口(方塊620)。使輻射通過第一及第二開口以使得通過第二開口之輻射之一階繞射在合意之聚焦區處建設性地干擾通過第一開口之輻射(方塊630)。

自前文將瞭解，已出於說明之目的在本文描述本發明之特定實施例，但未詳細展示或描述熟知結構及功能以避免不必要地混淆本發明之實施例。在本文允許的情況下，單數或複數術語亦可分別包括複數或單數術語。此外，除非單詞"或"明確限制為僅意謂單一項而排除關於兩項或更多 項之列表中的其他項，否則在此列表中"或"之使用應解釋為包括(a)該列表中任何單一項，(b)該列表中所有項，或(c)該列表中之項之任何組合。另外，術語"包含"遍及全文使用，用以意謂包括至少該(等)所述特徵以使得並不排除任何更大數量之相同特徵及/或額外類型之特徵。

將進一步瞭解，在不偏離本發明之情形下可對前述實施例作出各種修改。舉例而言，除了其他實施例中之元件以外或代替其他實施例中之元件，一實施例之許多元件可與其他元件相組合。舉例而言，圖3中說明之相位移位元件140可與圖1及圖2中說明之實施例之開口之任一者進行組合。因此，除了由所附申請專利範圍限制之外，本發明不受限制。

10‧‧‧光罩

20‧‧‧基板

22‧‧‧前側

24‧‧‧後側

30‧‧‧光罩層

32‧‧‧第一開口

34‧‧‧第二開口

41‧‧‧第一表面

42‧‧‧第二表面

100‧‧‧光罩

140‧‧‧相位移位元

141‧‧‧第一表面

142‧‧‧第二表面

C‧‧‧接觸位點

D‧‧‧直徑

F_d ‧‧‧聚焦範圍

L‧‧‧光可成像層

O‧‧‧偏移

P‧‧‧間距

R‧‧‧輻射

W‧‧‧工件

圖1為根據本發明之一實施例的用於微影裝置中之光罩的部分之示意橫截面圖。

圖2為根據本發明之另一實施例的用於微影裝置中之光罩的部分之示意橫截面圖。

圖3為根據本發明之又一實施例的用於微影裝置中之光罩的部分之示意橫截面圖。

圖4為說明根據本發明之一實施例製造光罩的方法之流程圖。

圖5為根據本發明之一實施例的用於使光敏材料曝光以在半導體晶圓上形成微特徵之陣列的方法之流程圖。

圖6為根據本發明之一實施例的用於使光敏材料曝光以 在半導體晶圓上形成微特徵之陣列的方法之流程圖。

(無元件符號說明)

Claims (24)

1. 一種製造一用於半導體處理中之一微影裝置之光罩的方法，其包含：在一基板上形成一光罩層，其中該基板能透射一輻射且該光罩層具有以一陣列排列之複數個開口，該複數個開口相對於且對應於一將在一半導體晶圓之一晶粒中形成之特徵的合意圖案；在該光罩層中識別一對應於一第一特徵位點之第一開口，在該第一特徵位點於一聚焦區處之輻射強度小於一第二特徵位點於該聚焦區處之輻射強度，該第二特徵位點對應於該光罩中最接近於該第一開口之一第二開口；及在該第一開口處形成一第一表面且在該第二開口處形成一第二表面，使得通過該第二開口之輻射在該聚焦區處建設性地干擾通過該第一開口之輻射。
2. 如請求項1之方法，其中在識別該光罩中之該第一開口之前形成該光罩層，且識別該第一開口包含：在形成該第一及該第二開口之一者中之一表面之前，使輻射通過該光罩之該等開口；及在該聚焦區中量測諸位點處之輻射強度，其中該第一開口對應於一具有一較低之量測輻射強度之位點。
3. 如請求項1之方法，其中識別該第一開口包含在該聚焦區中模擬諸特徵位點處之輻射強度，及選擇一具有比其他位點更低之一輻射強度之位點。
4. 如請求項1之方法，其中形成該第一及該第二表面包含 蝕刻該基板，使得該第一表面自該第二表面偏移一距離。
5. 如請求項1之方法，其中形成該第一及該第二表面包含蝕刻該光罩層以在該第一及該第二開口處曝露該基板，及在該第一開口處進一步蝕刻該基板以形成該第一表面，使得該第一表面相對於該第二表面凹入於該基板中。
6. 如請求項5之方法，其中該第一表面係蝕刻至一使通過該第一開口之該輻射之相位移位大約180°的深度。
7. 如請求項1之方法，其中形成該第一及該第二表面包含將該基板上之一相位移位元件定位於該第一及該第二開口之至少一者中。
8. 一種製造一用於半導體處理中之一微影裝置之光罩的方法，其包含：在一基板上形成穿過一光罩層之一陣列之開口，該陣列之開口對應於一半導體晶圓之一晶粒之特徵之一圖案，其中該等開口包括一第一開口及一第二開口，該等開口相對於對應於該晶粒之特徵；在一聚焦區識別一第一強度之輻射及一第二強度之輻射，該第一強度具有較低於該第二強度之一值，該第一強度通常對應於該第一開口且該第二強度通常對應於該第二開口；及之後，藉由凹陷該基板之表面的對應部分而在該第一或該第二開口之一者中形成一表面，使得通過該第一開 口之輻射在一聚焦區處藉由通過該第二開口之輻射而增加。
9. 如請求項8之方法，其中形成該表面包含藉由蝕刻該基板在該第一開口處形成一第一表面且在該第二開口處形成一第二表面，使得該第一表面自該第二表面偏移一距離。
10. 如請求項9之方法，其中形成該第一及該第二表面包含蝕刻該光罩層以在該第一及該第二開口處曝露該基板，及進一步在該第一開口處蝕刻該基板以形成該第一表面，使得該第一表面相對於該第二表面凹入於該基板中。
11. 如請求項9之方法，其中形成該第一及該第二表面包含蝕刻該光罩層以在該第一及該第二開口處曝露該基板，及進一步在該第二開口處蝕刻該基板使得該第二表面相對於該第一表面凹入。
12. 如請求項8之方法，其中形成該表面包含將一相位移位元件定位於該第一開口或該第二開口之一者中。
13. 一種用於半導體製造中之一微影裝置之光罩，其包含：一具複數個開口的光罩層，該複數個開口包括一第一開口及一第二開口，該等開口以一相對於將在一半導體晶圓上形成對應之特徵之陣列排列；及一基板，其具有一支撐該光罩層之前側及一後側，其中該基板具有一自該基板之該前側凹陷的第一表面，其中該第一表面與該第一開口及該第二開口之一者校準， 其中該基板經組態使得通過該第二開口之輻射建設性地干擾通過該第一開口之輻射，否則其中一聚焦區中之對應於該第一開口之一第一位置處之一第一輻射強度將小於該聚焦區中之對應於該第二開口之一第二位置處之一第二輻射強度。
14. 如請求項13之光罩，其中一凹座在該第一開口處，且該基板具有在該凹座中之一第一表面，及在該第二開口處之一第二表面。
15. 如請求項14之光罩，其中該第一表面在該前側與該後側之間凹入於該基板中，且該第二表面至少最接近於該前側。
16. 如請求項14之光罩，其中該第一表面相對於該第二表面偏移一距離，使出射該第一表面之輻射相對於出射該第二表面之輻射為大約180°異相。
17. 如請求項13之光罩，其中該光罩進一步在該第一開口或該第二開口處包含一相位移位元件。
18. 一種用於半導體製造中之一微影裝置之光罩，其包含：一具有複數個開口的光罩層，該複數個開口包括一第一開口及一第二開口，該等開口以一相對於將在一半導體晶圓上形成對應之特徵之一陣列排列；及一基板，其具有一支撐該光罩層之前側及一後側，其中該基板在該光罩層之該第一開口處具有一第一表面且在該光罩層之該第二開口處具有一第二表面；一相位移位元件，其與在該光罩層中之該第一開口及 該第二開口之一者校準，該相位移位元件經組態使得通過該第二開口之輻射相對於通過該第一開口之輻射異相，且否則其中一聚焦區中之對應於該第一開口之一第一位置處之一第一輻射強度將小於該聚焦區中之對應於該第二開口之一第二位置處之一第二輻射強度。
19. 如請求項18之光罩，其中該第一表面相對於該前側處之該第二表面偏移。
20. 如請求項19之光罩，其中該第一表面相對於該第二表面凹入於該基板中，且其中該第一表面位於該前側與該後側之間。
21. 如請求項19之光罩，其中該第一表面在該前側與該後側之間凹入於該基板中，且該第二表面至少最接近於該前側。
22. 如請求項21之光罩，其中該第一表面相對於該第二表面偏移一距離，使出射該第一表面之輻射相對於出射該第二表面之輻射大約180°異相。
23. 一種使光敏材料通過在一光罩上之開口曝光以在一半導體晶圓上形成一陣列之微特徵之方法，其包含：在該晶圓上之一晶粒之特徵之一陣列中識別一第一特徵之一第一位點及一第二特徵之一第二位點，其中該第一位點受制於接收比來自相對於該第二位點之一對應第二開口之該第二位點更少之來自相對於該第一位點之一對應第一開口之輻射；將該晶圓定位於通過該光罩之輻射之一聚焦區處；及 照射該第一及該第二位點，使得通過該第二開口對應於該第二位點之輻射在該聚焦區處建設性地干擾通過該第一開口對應於該第一位點之輻射。
24. 一種使光敏材料曝光以在一半導體晶圓上形成接點之方法，其包含：定位一光罩之第一及第二開口，以分別照射一半導體晶圓上之一晶粒之特徵之一陣列的第一及第二位點，其中該第一開口係相對於該第一位點且該第二開口係相對於該第二位點；及使輻射通過該第一及該第二開口，其中通過該第二開口之輻射之一階繞射在一合意之聚焦區建設性地干擾通過該第一開口之輻射。