TWI512390B - 微影系統、微影遮罩、及微影方法 - Google Patents

微影系統、微影遮罩、及微影方法 Download PDF

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Description

微影系統、微影遮罩、及微影方法
本揭露書是有關於微影製程，且特別是有關於微影遮罩、系統、及微影方法。
在半導體製程中，通常使用多重的微影步驟以形成半導體晶片。這些步驟一般包括在將要被形成為半導體晶片之基底上形成光阻，使光阻曝光於大致由遮罩所控制之光線圖案下，於光阻中顯影該圖案而露出下方之基底，以及於下方之基底中蝕刻該圖案。下方之基底中所蝕刻之圖案可為一些結構的形成基礎，例如為了摻雜例如源極及汲極區之離子佈植、類似閘極圖案之結構的形成、或例如是金屬化圖案中之導電材料的圖案。
半導體製程之進展已使半導體晶片之最小特徵尺寸(minimum feature size)得以持續縮小。然而，每一個尺寸上之縮小一般伴隨著各自的挑戰。隨著最小特徵尺寸的縮小，重疊問題(overlay concern)一般更為嚴重。最小特徵尺寸之縮減允許於給定之區域中形成更高密度之結構，其亦增加不適當重疊結構的可能性，可使晶片失效。
為了幫助避免結構之不適當重疊，結構之關鍵尺寸(critical dimensions)一般需準確。如果結構之尺寸僅稍微大於對應的關鍵尺寸，該結構可與其他結構重疊。因此，形成具有與所設計之尺寸相同的準確尺寸之結構是有助益的。
如先前所提，微影步驟一般用以形成這些結構，而微影步驟之源頭為遮罩。如果遮罩無法於光阻中準確地形成圖案，後續所形成之結構可能無法符合關鍵尺寸需求(critical dimension requirement)。遮罩無法準確地形成圖案之一原因可能在於光線之源頭無法適當地朝向遮罩。這可於將圖案化之光阻上造成遮蔽效應(shadowing effect)。再者，與遮罩共同使用之投射透鏡可與多個遮罩使用多次。投射透鏡之大量使用可使投射透鏡經歷過量的熱。過量的熱可改變投射透鏡之物理性質，導致光阻中之不準確圖案。
本發明一實施例提供一種系統，包括：一輻射源；以及一微影遮罩，包括具有一非平坦表面之一透明基底，該微影遮罩配置成將來自該輻射源之輻射以一輻射圖案傳送至一基底，該透明基底具有一單一聚焦點。
本發明一實施例提供一種微影遮罩，包括：一透鏡式透明基底；以及一光罩圖案，位於該透鏡式透明基底之一表面上，該光罩圖案對於光學輻射是不透光的。
本發明一實施例提供一種微影方法，包括：自一輻射源投射輻射；使用一微影遮罩折射該輻射，該微影遮罩包括一透鏡式透明基底，該透鏡式透明基底具有一單一聚焦點且包括一光罩圖案，該光罩圖案對於該輻射是不透光的；以及將該輻射之一圖案照射至一基底之一區域上，該輻射之該圖案對應於該光罩圖案。
以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然應注意的是，本揭露書提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。此外，本揭露書可能於許多實施例重複使用標號及/或文字。此重複僅為了簡化與清楚化，不代表所討論之不同實施例之間必然有關聯。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層之情形。為了簡單與清楚化，許多結構可能會繪成不同的尺寸。
第1圖顯示根據一實施例之微影製程中的非平面遮罩(non-planar mask)10及系統。非平面遮罩10包括透明基底12及光罩圖案(reticle pattern)14。在此實施例中，透明基底12為彎月形式透鏡(meniscus type lens)，其具有凹面表面(concave surface)及凸面表面(convex surface)。透明基底12具有單一聚焦點(focal point)。光罩圖案14係位於透明基底12之凹面表面上。應注意的是，在其他實施例中，光罩圖案係形成於透明基底12之凸面表面上。其他用於微影製程中及/或系統中之元件包括光學源(optical source，未特別標示)、投射透鏡16、晶圓20、及具有步進機(stepper)26之晶圓支撐(wafer holder)。晶圓20包括晶粒區(die areas)，且具有光阻形成於其上以使用非平面遮罩10而圖案化。
非平面遮罩10接近光學源，而投射透鏡16設置於非平面遮罩10與具有步進機26之晶圓支撐之間。透明基底 12之凸面表面接近光學源，而透明基底12之凹面表面相對遠離光學源。非平面遮罩10與投射透鏡16係經裝配而使穿過非平面遮罩10及緊接之投射透鏡16的光學輻射24入射於具有步進機26之晶圓支撐上之晶圓20上的晶粒區22之上。
在一實施例中，光學源提供光學輻射24，用以將晶圓20上之光阻圖案化。在此實施例中，如指出光學輻射24之範例路徑的箭頭所示，光學輻射24在照射於晶粒區22上之光阻之前，穿過透明基底12及投射透鏡16。如所示，當穿過每一透明基底12及投射透鏡16時，光學輻射24經歷折射而將光學輻射24之圖案聚焦於光阻之上。
在此實施例中，非平面遮罩10為二元遮罩(binary mask)。光學輻射24穿過透明基底12之凸面表面而產生一程度之折射而改變光學輻射24之方向。光學輻射24接著穿過透明基底12之凹面表面而產生一程度之折射而改變光學輻射24之方向。一些光學輻射24在穿過光罩圖案14之開口之後，繼續傳至投射透鏡16。光學輻射24之其他部分大致被光罩圖案14阻擋而不穿過，其中不透光材料避免穿透及/或抗反射塗佈(anti-reflection coating，ARC)吸收光學輻射24之其他部分。穿過光罩圖案14之光學輻射24定義光阻中將產生之圖案。
穿過光罩圖案14之光學輻射24穿過投射透鏡16之第一凸面表面，並接著穿過投射透鏡16之第二凸面表面。在每個入射的凸面表面，光學輻射24皆經歷一程度之折射而改變光學輻射24之方向。在穿過投射透鏡16之第二凸面 表面之後，光學輻射24入射於晶圓20上之光阻上，而在晶粒區22中具有聚焦且尺寸縮小之光學圖案。
如第1圖所述，光學圖案係入射於晶粒區22之上。在實施例中，晶圓20係步進的，使得每一晶粒區在後續的相應步驟中，具有入射於相應晶粒區中之光阻上的光學圖案。具有步進機26之適當的晶圓支撐可用以於每一道曝光中步進晶圓20。
光學圖案通常對給定的晶粒區定義形成於光阻中之圖案。例如，如果光阻為正型光阻，光阻之受到光學輻射24所入射之部分(例如，露出的部分)，一般會變成可溶的而通常會被移除。因此，在微影製程中，曝光製程一般定義光阻不存在之區域，以利後續蝕刻製程之進行。在另一例中，如果光阻為負型光阻，光阻之曝露於光學輻射24的部分一般會變成不可溶的而通常不會在後續製程步驟中移除。因此，在微影製程中，曝光製程一般定義光阻存在之區域，以利後續蝕刻製程之進行。
本領域具有通常知識者當可明瞭，可對第1圖所述之元件進行變化，其係在各種實施例的涵蓋範圍之內。投射透鏡16可在或可不在系統中。例如，如果由非平面遮罩10所提供之折射是足夠的，可省去投射透鏡16。不同的透鏡形式可用於透明基底12及投射透鏡16，而且透鏡形式之各種組合變化可用於透明基底12及投射透鏡16。例如，可使用雙凸面(biconvex)透鏡、彎月形(meniscus type)透鏡(例如，正或負)、平-凹面(plano-concave)透鏡、雙凹面(biconcave)透鏡、或其相似透鏡為透明基底12或投射透鏡 16。可使用各種不同曲率半徑之透鏡，且可使用各種不同的透明材料。不同的曲率半徑與材料可影響折射的程度及光學圖案之聚焦。亦可變化系統中之元件間的距離，其可影響光學圖案之聚焦。
第2圖顯示根據另一實施例之用於微影製程中的非平面遮罩30及系統。非平面遮罩30包括透明基底32及光罩圖案34。在此實施例中，透明基底32為平-凸面式透鏡(plano-convex type lens)，其具有平坦表面(planar surface)及凸面表面(convex surface)。透明基底32具有單一聚焦點。光罩圖案34係位於透明基底32之平坦表面上。應注意的是，在其他實施例中，光罩圖案係形成於透明基底32之凸面表面上。其他用於微影製程中及/或系統中之元件包括光學源(未特別標示)、晶圓20、及具有步進機26之晶圓支撐(wafer holder)。晶圓20包括晶粒區(die areas)，且具有光阻形成於其上以使用非平面遮罩30而圖案化。
非平面遮罩30設置於光學源與具有步進機26之晶圓支撐之間。在此實施例中，不使用投射透鏡，雖然投射透鏡可於相似的實施例中使用。透明基底32之平坦表面接近光學源，而透明基底32之凸面表面相對遠離光學源。非平面遮罩30係經裝配而使穿過非平面遮罩30的光學輻射36入射於具有步進機26之晶圓支撐上之晶圓20上的晶粒區22之上。
在一實施例中，光學源提供光學輻射36，用以將晶圓20上之光阻圖案化。在此實施例中，如指出光學輻射36之範例路徑的箭頭所示，光學輻射36在照射於晶粒區22 上之光阻之前，穿過透明基底32。如所示，當穿過透明基底32時，光學輻射36經歷折射而將光學輻射36之圖案聚焦於光阻之上。
在此實施例中，非平面遮罩30為二元遮罩。一些光學輻射36穿過由光罩圖案34所露出之透明基底32的平坦表面。光學輻射36之其他部分大致被光罩圖案34阻擋而不穿過，其中不透光材料避免穿透及/或抗反射塗佈(anti-reflection coating，ARC)吸收光學輻射36之其他部分。穿過光罩圖案34之光學輻射36定義光阻中將產生之圖案。光學輻射36在穿過平坦表面時可經歷或可不經歷一程度之折射。光學輻射36穿過透明基底32之凸面表面而產生一程度之折射而改變光學輻射36的方向。在穿過透明基底32之凸面表面之後，光學輻射36入射於晶圓20上之光阻上，而在晶粒區22中具有聚焦且尺寸縮小之光學圖案。
如第2圖所述，光學圖案係入射於晶粒區22之上。在實施例中，晶圓20係步進的，使得每一晶粒區在後續的相應步驟中，具有入射於相應晶粒區中之光阻上的光學圖案。具有步進機26之適當的晶圓支撐可用以於每一道曝光中步進晶圓20。
與第1圖中之系統相同，在第2圖之系統中，可修飾或包括各種元件。在系統中可有或可沒有投射透鏡。透明基底32可使用不同形式之透鏡。可使用各種曲率半徑之透鏡，且可使用不同的透明材料。亦可改變系統中之元件間的距離。
第3圖顯示根據又一實施例之用於微影製程中的非平面遮罩40及系統。第3圖中之系統類似於第2圖中之系統。非平面遮罩40包括透明基底42及光罩圖案44。在此實施例中，透明基底32為平-凸面式透鏡，其具有平坦表面及凸面表面。透明基底32具有單一聚焦點。
非平面遮罩40設置於光學源與具有步進機26之晶圓支撐之間。透明基底42之凸面表面接近光學源，而透明基底42之平坦表面相對遠離光學源。非平面遮罩40係經裝配而使穿過非平面遮罩40的光學輻射46入射於具有步進機26之晶圓支撐上之晶圓20上的晶粒區22之上。
在一實施例中，光學源提供光學輻射46，用以將晶圓20上之光阻圖案化。在此實施例中，如指出光學輻射46之範例路徑的箭頭所示，光學輻射46在照射於晶粒區22上之光阻之前，穿過透明基底42。如所示，當穿過透明基底42時，光學輻射46經歷折射而將光學輻射46之圖案聚焦於光阻之上。
在此實施例中，非平面遮罩40為二元遮罩。光學輻射46穿過透明基底42之凸面表面而產生一程度之折射而改變光學輻射46之方向。光學輻射46穿過透明基底42之平坦表面而可能產生一程度之折射而改變光學輻射46之方向。一些光學輻射36在穿過光罩圖案44之開口之後，繼續朝向晶圓20。光學輻射46之其他部分大致被光罩圖案44阻擋而不穿過，其中不透光材料避免穿透及/或抗反射塗佈(anti-reflection coating，ARC)吸收光學輻射46之其他部分。穿過光罩圖案44之光學輻射46定義光阻中將產生之 圖案。在穿過透明基底42之平坦表面之後，光學輻射46入射於晶圓20上之光阻上，而在晶粒區22中具有聚焦且尺寸縮小之光學圖案。
如第3圖所述，光學圖案係入射於晶粒區22之上。在實施例中，晶圓20係步進的，使得每一晶粒區在後續的相應步驟中，具有入射於相應晶粒區中之光阻上的光學圖案。具有步進機26之適當的晶圓支撐可用以於每一道曝光中步進晶圓20。
與第1圖及第2圖中之系統相同，在第3圖之系統中，可修飾或包括各種元件。在系統中可有或可沒有投射透鏡。透明基底42可使用不同形式之透鏡。可使用各種曲率半徑之透鏡，且可使用不同的透明材料。亦可改變系統中之元件間的距離。
第4-8圖顯示根據一實施例之第一範例方法以形成非平面遮罩。在第4圖中，提供非平面透明基底50。在此範例方法中以彎月形之基底作敘述，雖然亦可使用其他透明形式基底。在此例中，透明基底50為玻璃，而在其他實施例中，透明基底50可為石英、矽硼玻璃(borosilicate)、密拉(mylar，聚酯薄膜，商標名)、鈉鈣玻璃(soda-lime glass)、或其相似物。可使用例如環氧樹脂52將透明基底50黏著至處理基底(handle substrate)54以容易化透明基底50之處理。透明基底50之凸面表面係黏著至環氧樹脂52，而使透明基底50之凹面表面露出。
在第5圖中，將光阻56形成於透明基底50之凹面表面上。光阻56係使用例如旋轉塗佈製程而塗佈。光阻56 可為任何可接受之光阻材料。在第6圖中，將光阻56圖案化以形成圖案化光阻58。光阻56係使用雷射曝光而圖案化。其他實施例採用其他可接受的曝光技術，例如電子束曝光(e-beam exposure)。光阻56經烘烤與顯影而形成圖案化光阻58。後續將可明白圖案化光阻58為所完成之光罩圖案的反相圖案(inverse pattern)。
在第7圖中，在圖案化光阻58之開口中之透明基底50的凹面表面上形成有光罩圖案60。在此實施例中，光罩圖案60包括銀乳膠(silver emulsion)、鉻(chromium)、氧化鐵、鋁、其相似物、或前述之組合。光罩圖案60例如係使用熱蒸鍍(thermal evaporation)而沉積。亦可使用其他沉積製程。在第8圖中，例如藉由可接受的灰化製程(ashing process)移除圖案化光阻58。可接著將所形成之非平面遮罩自處理基底54及環氧樹脂52移下，並可用於例如是第1圖中的微影系統之中。
第9-13圖顯示根據一實施例之第二範例方法以形成非平面遮罩。在第9圖中，提供非平面透明基底70。在此範例方法中以平-凸面型基底作敘述，雖然亦可使用其他透明形式基底。在此例中，透明基底70為玻璃，而在其他實施例中，透明基底70可為石英、矽硼玻璃(borosilicate)、密拉(mylar，聚酯薄膜，商標名)、鈉鈣玻璃(soda-lime glass)、或其相似物。可使用例如環氧樹脂72將透明基底70黏著至處理基底(handle substrate)74以容易化透明基底70之處理。透明基底70之凸面表面係黏著至環氧樹脂72，而使透明基底70之平坦表面露出。例如，可自雙凸面透鏡(例 如，一般用於投射透鏡者)之一側進行平坦化以將之切半而獲得平-凸面型基底。
在第10圖中，於透明基底70之平坦表面上形成光罩材料(reticle material)層76，並於光罩材料層76上形成光阻78。可使用物理氣相沉積、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)、其相似製程、或前述之組合沉積光罩材料層76。在此實施例中，光罩材料層76包括銀乳膠(silver emulsion)、鉻(chromium)、氧化鐵、鋁、其相似物、或前述之組合。。光阻78係使用例如旋轉塗佈製程而塗佈。光阻78可為任何可接受之光阻材料。
在第11圖中，將光阻78圖案化以形成圖案化光阻80。光阻78係使用雷射曝光、電子束曝光、或其相似製程而圖案化。光阻78經烘烤與顯影而形成圖案化光阻80。後續將可明白圖案化光阻80為所完成之光罩圖案的圖案。
在第12圖中，在透明基底70的平坦表面上形成有光罩圖案82。透過使用可接受的蝕刻製程將光阻80之圖案轉移至光罩材料層76以形成光罩圖案82。在第13圖中，藉由例如可接受的灰化製程移除圖案化光阻80。所形成之非平面遮罩可接著自處理基底74及環氧樹脂72移出，並用於微影系統中，如第2及3圖所述。
實施例可實現許多優點。在微影製程中使用非平面遮罩可縮小晶圓表面上之光阻的圖案。藉著具有透鏡之組合，可更容易地控制光學圖案之折射與聚焦。再者，非平面遮罩可排除投射透鏡之需求。在已知的製程中，投射透鏡可能會在不同的光阻圖案化步驟期間而持續使用並過度 加熱。在一實施例中，特定遮罩可僅用於一個圖案化步驟，其可允許遮罩不會過度加熱，並可於其他圖案化步驟期間冷卻。如此可避免圖案化製程中的一些不規則，其可隨著投射透鏡之熱膨脹發生而影響光線之折射與聚焦。此外，在一些實施例中，非平面遮罩可作為聚光鏡(condenser)以將光線聚焦至投射透鏡，使得光學源不必然地需要垂直於非平面遮罩。
一實施例為一種系統，包括一輻射源及一微影遮罩。微影遮罩包括具有一非平坦表面之一透明基底。該微影遮罩配置成將來自該輻射源之輻射以一輻射圖案傳送至一基底。該透明基底具有一單一聚焦點。
另一實施例為一種微影遮罩，包括一透鏡式透明基底及一光罩圖案，位於該透鏡式透明基底之一表面上。該光罩圖案對於光學輻射是不透光的。
又另一實施例為一種微影方法。方法包括自一輻射源投射輻射；使用一微影遮罩折射該輻射；以及將該輻射之一圖案照射至一基底之一區域上。該微影遮罩包括一透鏡式透明基底，該透鏡式透明基底具有一單一聚焦點且包括一光罩圖案，該光罩圖案對於該輻射是不透光的。該輻射之該圖案對應於該光罩圖案。
又另一實施例為一種形成微影遮罩的方法。方法包括提供一透明基底，該透明基底具有一彎曲表面，用以以一單一聚焦點折射；以及於該透明基底之一表面上形成一光罩圖案。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧非平面遮罩
12‧‧‧透明基底
14‧‧‧光罩圖案
16‧‧‧投射透鏡
20‧‧‧晶圓
22‧‧‧晶粒區
24‧‧‧光學輻射
26‧‧‧步進機
30‧‧‧非平面遮罩
32‧‧‧透明基底
34‧‧‧光罩圖案
36‧‧‧光學輻射
40‧‧‧非平面遮罩
42‧‧‧透明基底
44‧‧‧光罩圖案
46‧‧‧光學輻射
50‧‧‧透明基底
52‧‧‧環氧樹脂
54‧‧‧處理基底
56、58‧‧‧光阻
60‧‧‧光罩圖案
70‧‧‧透明基底
72‧‧‧環氧樹脂
74‧‧‧處理基底
76‧‧‧光罩材料層
78、80‧‧‧光阻
82‧‧‧光罩圖案
第1圖顯示根據一實施例之使用於微影製程的非平面遮罩及系統。
第2圖顯示根據另一實施例之使用於微影製程的非平面遮罩及系統。
第3圖顯示根據又一實施例之使用於微影製程的非平面遮罩及系統。
第4-8圖顯示根據又一實施例之第一範例方法形成非平面遮罩。
第9-13圖顯示根據又一實施例之第二範例方法形成非平面遮罩。
10‧‧‧非平面遮罩
12‧‧‧透明基底
14‧‧‧光罩圖案
16‧‧‧投射透鏡
20‧‧‧晶圓
22‧‧‧晶粒區
24‧‧‧光學輻射
26‧‧‧步進機

Claims (11)

  1. 一種微影系統，包括：一輻射源；以及一微影遮罩，包括具有一非平坦表面之一透明基底，該微影遮罩配置成將來自該輻射源之輻射以一輻射圖案傳送至一基底，該透明基底具有一單一聚焦點，其中該非平坦表面為一凹面表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微影系統，其中該微影遮罩包括一光罩圖案，對應該輻射圖案，且該光罩圖案位於該透明基底之該非平坦表面上。
  3. 一種微影系統，包括：一輻射源；以及一微影遮罩，包括具有一非平坦表面之一透明基底，該微影遮罩配置成將來自該輻射源之輻射以一輻射圖案傳送至一基底，該透明基底具有一單一聚焦點，其中該微影遮罩包括一光罩圖案，對應該輻射圖案，且該光罩圖案位於該透明基底之一平坦表面上。
  4. 如申請專利範圍第1-3項任一項所述之微影系統，更包括：一投射透鏡，該微影遮罩設置於該輻射源與該投射透鏡之間；以及一基底支撐，該投射透鏡設置於該微影遮罩與該基底支撐之間。
  5. 一種微影遮罩，包括：一透鏡式透明基底；以及 一光罩圖案，位於該透鏡式透明基底之一表面上，該光罩圖案對於光學輻射是不透光的，其中透鏡式透明基底具有一凹面表面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之微影遮罩，其中該透鏡式透明基底具有一單一聚焦點。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之微影遮罩，其中該透鏡式透明基底為一彎月形透鏡。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之微影遮罩，其中該光罩圖案位於該透鏡式透明基底之一凹面表面上。
  9. 一種微影遮罩，包括：一透鏡式透明基底；以及一光罩圖案，位於該透鏡式透明基底之一表面上，該光罩圖案對於光學輻射是不透光的，其中該光罩圖案位於該透鏡式透明基底之一平坦表面上。
  10. 一種微影方法，包括：自一輻射源投射輻射；使用一微影遮罩折射該輻射，該微影遮罩包括一透鏡式透明基底，該透鏡式透明基底具有一單一聚焦點且包括一光罩圖案，該光罩圖案對於該輻射是不透光的，該透鏡式透明基底(i)為一彎月形透鏡或(ii)包括具有光照圖案之一平坦表面；以及將該輻射之一圖案照射至一基底之一區域上，該輻射之該圖案對應於該光罩圖案。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之微影方法，更包括步進該基底，使得該輻射之該圖案照射於該基底之一不同 區域上。
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