TWI402892B - 使用光罩護膜以圖案化一層之方法 - Google Patents

Description

使用光罩護膜以圖案化一層之方法

本發明關於一般使用一光罩護膜以形成一半導體器件。

一光罩護膜係一經使用在一半導體基板上圖案化一層以保護一光罩遠離空氣微塵污染(例如塵埃)之薄膜，使得該空氣微塵污染不會導致該半導體基板上之圖案遭到印錯。因為該光罩護膜會收集不希望的塵埃，所以該光罩護膜需充分遠離(例如數公釐)該主光罩，使得不會印出在該光罩護膜上的塵埃與其他粒子。為避免影響微影蝕刻製程，該光罩護膜係一透明薄膜。

當光行進通過該光罩然後通過該光罩護膜，光在介於環境(外部反射)與該光罩護膜間之第一介面反射，而某些光於該光罩護膜之中(內部反射)反射。選擇該光罩護膜之材料與厚度使得該光行進正交於該光罩護膜之內部與外部反射相互取消，使得光透射為最佳化。

在半導體製造先前技術中所使用的光罩護膜係薄(即厚度少於3微米)有機聚合物薄膜。先前技術亦包括研究厚(即厚度大於600微米)無機基板在光學上提供光罩汙染控制與功能如可移動的微影蝕刻透鏡元件。此些厚無機基板經命名為"硬質光罩護膜"且由如改良熔融矽之材料所製成。光罩護膜的先前技術僅最佳化光進入該光罩護膜時與該光罩護膜成正交角度，雖然在設計微影蝕刻系統與厚無機硬質光罩護膜的透鏡時已將非正交角度納入考量。另外，光罩 護膜之先前技術並未包含抗反射塗層，雖然此等塗層已經使用在半導體晶圓上以減少微影蝕刻圖案化期間在光學透鏡元件上的反射，且已針對厚無機硬質光罩護膜列入考量。另外，已知在光學系統中四分之一波片係有效於最佳化所透射之光強度。

當半導體器件特徵(例如電晶體長度)尺寸變小，光行進通過該光罩護膜的角度則增加。因此，當半導體器件特徵尺寸變小時，大型器件特徵所使用之光罩護膜對於小型尺寸非最佳化。因此，需要一種用以決定如何製造可使用於該等較小器件特徵中之光罩護膜。

本發明提供一種使用如說明於隨附申請專利範圍中經最佳化之光罩護膜以形成一半導體器件之方法。

當器件尺寸縮小(例如至45奈米或更小)，在微影蝕刻步驟期間光行進以一非正交角度通過一光罩護膜(即任何角度實質上不同於(例如大於10度)一垂直(或正交)於該光罩護膜)。如此處所使用之所有角度皆從該正交測量。因此，0度係正交。該等發明者已發現其用於微影蝕刻圖案化之器件尺寸在45奈米或更小，光行進通過一傳統之薄(厚度少於3微米)光罩護膜的非正交角度對於該圖案化製程將具有重大的負面影響。因此，如同先前技術已達成，對於光行進正交於該光罩護膜者則最佳化該光罩護膜，對於光以非正交角度通過該光罩護膜者則未最佳化該光罩護 膜。

如圖1所示，一光罩護膜10具有一厚度△Z。光12係正交於該光罩護膜10並行進通過該光罩薄膜10，如光14。某些光經反射回來，如光18，然後離開該光罩護膜，如光20。離開該光罩護膜10的光20與進入該光罩護膜10的光12在光罩護膜的同一側邊。因此，為使進一步解釋後更瞭解，該光20未經使用在半導體基板上圖案化一層，因為離開該光罩護膜10的光20與進入該光罩護膜10的光12在同一側邊。因此，光20未行進通過該光罩護膜10。相對的，行進通過該光罩護膜且離開該光罩護膜的非反射光，如光16，與進入該光罩護膜的光12在光罩護膜的相對側邊。該光14所行進通過該光罩護膜10之距離係該光罩護膜之厚度△Z。為了在進一步解釋後將更暸解，該光16可用以在半導體基板上圖案化一層。

相對於該光12，光22與該光罩護膜10成一角度進入該光罩護膜10。該光22的一部分行進通過該光罩護膜，如光24，其行進距離大於該厚度△Z。更特定的係，該光24行進之距離係該厚度△Z除以cos α。然而，該光22之某部份，如光12，在該光罩護膜10之中經反射，如光28，然後光28離開光罩護膜，如光30，其與進入該光罩護膜10的光22在該光罩護膜10之同一側邊。未經反射的光離開該光罩護膜，如光26，其與進入該光罩護膜的光22在相對側邊，且可用以在半導體基板上圖案化一層。該角度α係介於該光26離開該光罩護膜與正交於該光罩護膜10，特別係該光罩 護膜10之底層的方向之間的角度。該光罩護膜10底層係光16離開該光罩護膜10之側邊。若該光罩護膜之透射對於光16為最佳化，則該光罩護膜對於離開該光罩護膜的光26同樣非為最佳化，因為光14行進之距離係該光罩護膜的厚度△Z，而且光24行進之距離係該光罩護膜之厚度△Z除以cos α。因此，需要最佳化該光罩護膜10。

如圖2所示，係一種使用一第一光罩護膜以獲得一第二光罩護膜之方法130。在一項具體實施例中，此包含修正一第一製程，其用以形成該第一光罩護膜進而形成一第二製程，其用以形成該第二光罩護膜。首先，在步驟32決定正交於該第一光罩護膜之第一光的第一透射(例如光12)。其次，針對預定光罩護膜在步驟34決定一非正交角度之第二光的第二透射(例如光22)。在一項具體實施例中，該預定光罩護膜係一傳統光罩護膜，其僅具有一層。換句話說，該第二光係非正交於該第一光罩護膜。在一項具體實施例中，所選擇之角度係會發生於微影蝕刻圖案化中的最大角度。例如，該角度可能大於或等於10或12度。在另一項具體實施例中，該角度事實上係一角度範圍，例如10至15度。

在一項具體實施例中，該第一與第二透射係基於使用一包含光電倍增管之光檢測器在各種角度測量之透射值所決定。該測量可能於一次或一段時間所執行。在另一項具體實施例，非正交入射光之兩種不同偏光模式的測量可分開執行(即橫向電場與橫向磁場)。在又一項具體實施例中， 該第一與第二透射係基於間接測量所決定，例如使用Fresnel與Snell方程式模擬。

在一項具體實施例中，基於該等已決定透射，該光罩護膜經最佳化使得光以正交及非正交角度進入該光罩護膜的透射強度在它們離開該光罩護膜10時彼此更加類似。換而言之，使用如圖2所示之第一透射與第二透射，一第一光罩護膜在步驟36經修正以形成一第二光罩護膜。當該離開光行進通過該光罩護膜10時之不同距離不會導致不同的相位與透射百分比時，其透射強度在正交與非正交角度二者彼此之間更加類似。在一項具體實施例中，該光罩護膜係一聚合物材料，例如一有機氟聚合物。該光罩護膜可以各種方式最佳化；說明如下的該等方法可單獨或合併使用進而最佳化該光罩護膜。

在某些具體實施例中，最佳化該光罩護膜包括修正該第一光罩護膜的薄膜性質。在一項具體實施例中，減少該第一光罩護膜之厚度。然而，若該等薄膜較薄，則在正交於該光罩護膜之光與以非正交角度進入該光罩護膜之光行進通過該光罩護膜之距離間之強度差異變小。換而言之，若該光罩護膜越薄，則非正交入射光與正交入射光行進之距離越類似，(因此)該透射強度越類似。因此，理想的係該等薄膜越薄越好，例如少於約5微米，或較佳的係少於約3微米，或更佳的係少於約0.7微米。所選擇的厚度較佳的係其提供用於隨後之微影蝕刻製程中光在所有角度的最高透射。在另一項具體實施例中，該光罩護膜的厚度經修正 使得其不是一正交於該光罩護膜之光透射的較佳厚度。取而代之，選擇一厚度以提供正交於該光罩護膜之光的較少透射，以及以最大角度行進至該光罩護膜之光的較多透射。在一項具體實施例中，選擇正交光與最大角度光之所欲厚度的平均值。在另一項具體實施例中，選擇對於光以最大角度行進通過該光罩護膜而言較佳且對於該正交光而言較差之任何厚度。若任何光進入該光罩護膜的最大角度約為15至20度，則此最後一項具體實施例係最有用。

如上述所說明，該光罩護膜的厚度可經修正。該厚度可係該光罩護膜之整體厚度，其可能包括一層或多層。在另一項具體實施例中，若該光罩護膜包括多層，則修正該光罩護膜之各層厚度。在某些具體實施例中，使用一多層光罩護膜。該多層光罩護膜包括至少二層。(一多層光罩護膜可能較一單層光罩護膜更為需要，因為相較於一單層光罩護膜其可改善光罩護膜在多重角度之透射一致性。)該等不同層可能具有不同折射率。各層之厚度與折射率可能經最佳化，使得該光以相對於該光罩護膜為最大角度行進通過該光罩護膜時具有充分的透射。在一項具體實施例中，充分透射係約95%透射率。在一項具體實施例中，一具有約500奈米厚度與折射率約為1.53的層形成在一具有約500奈米厚度與折射率約1.8之層上。因此，在一項具體實施例中，可使用折射率差異約大於或等於10%的二層。

在另一項具體實施例中，該光罩護膜具有漸變折射率。該漸變折射率可來自於一有漸變的層，其單獨或多層使用 以共同形成一漸變折射率。在該光罩護膜包括一漸變層的具體實施例中，一漸變層可經單獨使用或作為一多層光罩護膜之一或多層。該(等)漸變層對於經使用於隨後之微影蝕刻製程之光波長係遞變的。因此，若以193奈米光執行微影蝕刻則該漸變層會相對於193奈米的光而遞變。該漸變層係經形成使得該折射率隨著該漸變層的深度而變化。因此，該漸變層之一表面將具有一與該漸變層之其他表面不同之折射率。

一漸變層可藉由慣用之製程所形成。在一項具體實施例中，該漸變層係藉由以一波長暴露該層所形成，該波長不同於隨後在該微影蝕刻製程所使用之波長且由該層所吸收。該波長將與該層的頂端反應以改變其中執行該反應的區域中之折射率。在一項具體實施例中，使用一類似於製造全像薄膜製程的製程。在一項具體實施例中，一聚合物薄膜對於193奈米光係高透明度，但其強力吸收157奈米光可經暴露於157奈米光。該157奈米光吸收可招致該聚合物薄膜中之化學變化而其導致該折射率的改變。因為該聚合物薄膜中之157奈米光吸收，該聚合物薄膜中之157奈米光強度將與該聚合物薄膜表面之距離成一函數。因此，該折射率結果亦將與該聚合物薄膜表面之距離成一函數。

在另一項具體實施例中，該第一光罩護膜可藉由增加一層至該光罩護膜來修正。如上述說明，該層可係一漸變層。在另一項具體實施例中，一塗層例如一抗反射塗層可經塗敷在該第一光罩護膜。在一項具體實施例中，一第一 有機聚合物塗層可溶於一第一溶劑中(例如，一有機溶劑)，其經旋轉塗佈進入一第一光罩護膜薄膜。一第二有機聚合物塗層可溶於一第二溶劑中(例如水)，其可經旋轉塗佈在該第一光罩護膜薄膜之頂端以製造一具有二層之薄光罩護膜。欲避免該第一光罩護膜薄膜膨脹，該第一有機聚合物較佳係不可溶於該第二溶劑中。該第一與第二塗層二者可係有機氟聚合物，但若該第一與第二塗層二者為有機氟聚合物則它們包含不同的功能基。在一項具體實施例中，該第一光罩護膜薄膜具有40至70奈米厚度與1.80的折射率而該第二光罩護膜薄膜具有厚度約35奈米厚與連同一光罩一起之折射率1.45。在此項具體實施例中，該第二光罩護膜薄膜作為一波長為193奈米之入射光的四分之一波抗反射塗層。在另一項具體實施例中，藉由放置約35奈米之第二光罩護膜薄膜在該第一光罩護膜薄膜的頂端及底部而製造三層薄光罩護膜。

在另一項具體實施例中，一第一有機聚合物從一聚合物取樣(polymer pull)經拉取以形成該第一光罩護膜薄膜，該聚合物取樣係一大量乾燥熱聚合物。一第二抗反射薄膜係經汽相沉積在該第一光罩護膜薄膜上。該第二薄膜可係無機或有機材料之任一種。該等第一與第二薄膜之組合產生一二層光罩護膜。多層額外薄膜可係汽相沉積在該第一光罩護膜薄膜上以製造一多層光罩護膜。

在步驟36修正該第一光罩護膜製程以形成一第二光罩護膜後，在步驟38使用該第二光罩護膜與該光罩在一半導體 基板上圖案化一層，作為在一半導體基板上用以圖案化一層之方法的部份，其係用以形成一半導體器件之一步驟。如將於下方所討論的，顯示於圖3中之裝置180可用以圖案化該半導體基板上之層。

在該等第一與第二透射已決定後，該等第一與第二透射係在步驟37經合併進入該圖案化或微影蝕刻製程之一光學近接校正(OPC)預測。(應在步驟38使用該第二光罩護膜前執行使用該OPC製程以產生特徵之合併與後續步驟。然而，可在步驟36之後、之前或同步執行使用該OPC製程以產生特徵之合併或後續步驟。)例如，該裝置180(如圖3所示)之一圖案化行為模式可經使用以在該半導體基板上獲得最佳特徵尺寸。(光罩特徵尺寸調整之最佳化先前技術使用未合併透射過該光罩護膜之光之微影蝕刻製程模式，透射過該光罩護膜之光與進入該光罩護膜之光的角度成函數。)在一項具體實施例中，該透射強度與入射光在該光罩護膜上之角度的關係可以在一光學系統中之一空間頻率濾波器來說明。使用合併透鏡像差或透鏡變跡至OPC光學影像模擬的先前技術方法，可將此空間頻率濾波器合併至該OPC製程中。該空間頻率濾波器之合併將會修正OPC晶圓光強度計算至更精確地符合圖3中裝置180的行為。可使用，例如總部座落在奧勒岡Wilsonville的Mentor Graphics^®或是總部座落在加州Mountainview的Synopsys,Inc.所販賣之習用OPC軟體。然後在步驟39使用該OPC製程以在該光罩上產生特徵，例如預定特徵尺寸，其將與該第二光罩護 膜一起使用在一半導體基板上圖案化一層。可使用習用製程以產生該光罩上之特徵。

如圖3所示係可利用該裝置180使用一光罩護膜185暴露一光罩184，該光罩護膜185係圖2方法中之第二光罩護膜。該裝置180包含一光源181、一聚光器系統182、該光罩184、該光罩護膜185、投影光學元件186、與一半導體晶圓189置放在該裝置中，其中該半導體晶圓189具有一覆蓋於其上的光阻層。該聚光器系統182接收從該光源181所產生的光並將其應用至整個光罩184，該光罩具有欲應用至該晶圓189的特徵。在一項具體實施例中，該等特徵包括圖2中該等OPC步驟37與39之結果特徵。然後該光罩184阻擋部份從該聚光器系統182所接收之光。光行進通過該光罩184與通過該光罩護膜185(防止來自該光罩184的空氣微塵污染)，至該投影光學元件186。然後該投影光學元件186將該光聚焦在該光阻上，使得光阻根據該光罩184所呈現之圖案選擇性地暴露。繼續習用的製程以形成一半導體器件。

在一項具體實施例中，光行進通過該光罩護膜185所有角度之透射強度係非完全地一致。例如，對於角度約15度的透射光強度可能高於正交角度之透射光強度。此透過該光罩護膜185之透射強度之差異可能改變在一半導體基板上一層之圖案化。欲更精確地定義晶圓189上之特徵，當執行該裝置180之圖案化效能的OPC時，可包括此透過該光罩護膜185之透射強度的差異。

因為在另一項具體實施例中該光罩護膜185經修正使得該光在任何角度通過該光罩護膜時之透射更類似，該光經透射至該投影光學元件186，然後最後至應與自該光罩184傳輸至該光罩護膜185之光具有類似強度之晶圓189。現在應該瞭解其提供一種用以在半導體層上使用一經修正的光罩護膜形成一層之方法。當使用該已修正(第二)光罩護膜時該光以一正交角度進入，而離開該光罩護膜之光實質上在強度上類似於離開該光罩護膜但是以一非正交角度進入該光罩護膜之光。以不同角度進入該光罩護膜之光之間的透射與強度百分比類似。在以上說明書中，已參考特定具體實施例而說明本發明。然而，熟悉本技術人士應瞭解可進行各種修改而不脫離如以下申請專利範圍所提出的本發明之範疇。據此，說明書及附圖應視為解說意義而非限制意義，並且希望所有此類修改均在本發明之範疇內。

以上已針對特定具體實施例而說明利益、其他優點及問題的解決方案。然而，利益、優點、問題解決方案及產生或彰顯任何利益、優點或解決方案的任何元件，均不應視為限制為任何或所有申請專利範圍的關鍵、必要項或基本特徵或元件。

10‧‧‧光罩護膜

12‧‧‧光

14‧‧‧光

16‧‧‧光

18‧‧‧光

20‧‧‧光

22‧‧‧光

24‧‧‧光

26‧‧‧光

28‧‧‧光

30‧‧‧光

180‧‧‧裝置

181‧‧‧光源

182‧‧‧聚光器系統

184‧‧‧光罩

185‧‧‧光罩護膜

186‧‧‧投影光學元件

189‧‧‧晶圓

圖1係根據本發明一項具體實施例藉由範例說明之一光罩護膜的剖面圖；圖2係根據本發明一項具體實施例藉由範例說明之一種藉由使用一第一光罩護膜以獲得一第二光罩護膜的方法； 以及圖3係根據本發明一項具體實施例藉由範例說明之一種利用圖2中之方法所形成之光罩護膜，藉以形成一圖案化半導體層的裝置說明圖。

180‧‧‧裝置

181‧‧‧光源

182‧‧‧聚光器系統

184‧‧‧光罩

185‧‧‧光罩護膜

186‧‧‧投影光學元件

189‧‧‧晶圓

Claims (10)

1. 一種用以在一半導體基板上圖案化一層之方法，該方法之特徵在於：在該半導體基板上形成該層；以及將該層暴露於光中，其中：該光行進通過一第二光罩護膜，其中該第二光罩護膜具有一少於約5微米之厚度；以及該第二光罩護膜藉由一種方法所製造，其特徵在於：決定一第一光透過一第一光罩護膜之一第一透射，其中該第一光係正交於該第一光罩護膜；決定一第二光透過該第一光罩護膜之一第二透射，其中該第二光係非正交於該第一光罩護膜；以及使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜。
2. 如請求項1之方法，其中使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜進一步特徵在於：使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜，其中該第二光罩護膜具有少於1微米之厚度。
3. 如請求項1之方法，其中使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜進一步特徵在於：使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜，其中該第二光罩護膜包括一第一層與一在該第一層之上的第二層，其中該第一層的一折射率大於該第二層的一折射率。
4. 如請求項3之方法，其中使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜進一步特徵在於：使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜，其中該第一層之折射率與該第二層之折射率係至少10%相異。
5. 如請求項1之方法，其中使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜進一步特徵在於：使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜，其中該第二光罩護膜具有一漸變折射率。
6. 如請求項1之方法，其中使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜進一步特徵在於：增加光行進通過該第一光罩護膜之透射強度，使得該第二光罩護膜具有以一非正交角度行進之光的第二透射強度，且該第一光罩護膜具有以該非正交角度行進之光的第一透射強度，其中該第二透射強度係較大於該第一透射強度。
7. 如請求項1之方法，其中決定該第二光透過該第一光罩護膜之第二透射進一步特徵在於：決定該第二光透過該第一光罩護膜之第二透射，其中該第二光以一相對於該第一光罩護膜而言為大於12度的角度進入該第一光罩護膜。
8. 如請求項1之方法，其中使用該第一光罩護膜以獲得該第二光罩護膜進一步特徵在於：將以一正交角度行進通過該第二光罩護膜的光強度改變成更類似於以一非正交角度行進通過該第二光罩護膜的光強度。
9. 如請求項1之方法，其中使用該第一光罩護膜以獲得該 第二光罩護膜進一步特徵在於：增加一層至該第一光罩護膜以形成該第二光罩護膜。
10. 一種用以在一半導體基板上圖案化一層之方法，該方法之特徵在於：在該半導體基板上形成該層；以及將該層暴露於光中；其中：該光以一第一角度與一第二角度行進通過一光罩護膜與一光罩，其中該第一角度係正交於該光罩護膜，該第二角度係非正交於該光罩護膜，以及該光罩包括一特徵；以及該光罩護膜係藉由一種方法所製造，其特徵在於：決定以該第一角度透過該光罩護膜之光的一第一透射；決定以該第二角度透過該光罩護膜之光的一第二透射；將光之第一透射與第二透射併入該圖案化製程之一光學近接校正預測；以及使用具有該第一透射與該第二透射之該光學近接校正預測以在該光罩上產生一特徵。