TWI570773B - 微影系統中的微影製程、光罩與其產生方法 - Google Patents

Description

微影系統中的微影製程、光罩與其產生方 法

本發明是有關於一種透過具兩種狀態之光罩以增強解析度的微影方法與結構。

半導體積體電路產業經歷了指數級的增長。積體電路於材料和設計方面上的技術進步已經造就了幾個世代的積體電路，其中每一個世代比前一個世代具有更小且更複雜的電路。在積體電路的演進中，功能性密度(即，每一單位的晶片面積所具有之互連結構的數量)已普遍地增加，而幾何尺寸(即，生產製程中可以產生的最小元件(或線))也已經有所減少。此尺寸下降的製程提供了提高生產效率和降低相關成本的效益。如此的尺寸下降也提升了積體電路加工和製造上的複雜程度。對於這些待實現的優點，需要於積體電路之加工與製程中有更小尺寸的發展。例如，需要於所進行的微影製程有更高解析的進步。各種微影技術包含相位平移光罩和離軸照明。但是，現有技術尚需克服各自所擁有的極限，像是遮蔽效應。

因此，在現有之微影技術僅能達到一般預期用途的情況下，現有的微影技術在各方面尚無法達到完全滿意的程度。

本揭露內容根據部分實施方式提供一種一種微影系統中的微影製程，包含下列步驟。裝載光罩，其中光罩具有用以定義積體電路圖案之二光罩狀態。積體電路圖案包含主多邊形與背景，其中相鄰的主多邊形被指定為不同的該些光罩狀態，背景包含二光罩狀態的其中之一狀態的場域和二光罩狀態的另一狀態的次解析輔助多邊形。配置照明器，以於微影系統中的照明光瞳面上產生照明圖案。配置光瞳濾光片於微影系統中的投射光瞳面上，其中光瞳濾光片具有根據照明圖案而決定的濾光圖案。運用照明器、光罩與光瞳濾光片對目標進行曝光製程，其中曝光製程於光罩之後產生繞射光與非繞射光，且光瞳濾光片移除大部分的非繞射光。

本揭露內容根據部分實施方式提供一種光罩，包含基板與吸收材料層。基板與吸收材料層，形成於基板上，其中吸收材料層被圖案化以產生二光罩狀態，二光罩狀態定義具有複數個主多邊形與背景的積體電路圖案，其中相鄰的主多邊形被指定為不同的光罩狀態，以及，背景包含二光罩狀態的其中之一狀態中的場域以及於二光罩狀態之另一者中的次解析輔助多邊形。

本揭露內容根據部分實施方式提供一種一種產生光罩的方法，包含下列步驟。接收具有主多邊形與背景的積體電路圖案。指定不同的主多邊形至各自的光罩狀態，使得相鄰的主多邊形被指定至不同的光罩狀態。將次解析輔助多邊形加入至背景。

10、110‧‧‧方法

12-24、112-122‧‧‧操作程序

30‧‧‧微影系統

32‧‧‧輻射光源

34‧‧‧照明器

36‧‧‧光罩

35‧‧‧光罩平台

38‧‧‧投影光學箱

40‧‧‧目標

42‧‧‧基板平台

52、54‧‧‧主多邊形

56‧‧‧背景

58‧‧‧場域

60‧‧‧次解析輔助多邊形

70‧‧‧光罩基板

72‧‧‧吸收材料層

80‧‧‧入射光線

82‧‧‧第0階之繞射光

84‧‧‧第-1階之繞射光

86‧‧‧第+1階之繞射光

88‧‧‧光瞳濾光片

90‧‧‧照明圖案

92‧‧‧照明部分

94‧‧‧遮蔽部分

110‧‧‧方法

NA‧‧‧數值孔徑

AA’、BB’‧‧‧線段

w‧‧‧寬度

S1‧‧‧第一光罩狀態

S2‧‧‧第二光罩狀態

細讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式，可了解到本揭露之多個態樣。須注意的是，圖式中的多個特徵並未依照該業界領域之標準作法繪製實際比例。事實上，為了討論的清楚，所述之特徵的尺寸可以任意的增加或減少。

第1圖為依照部分實施方式中所建構的微影製程的流程圖。

第2圖為依照部分實施方式中所建構之將第1圖的方法與光罩結構實現於微影系統中的方塊圖。

第3圖為依照部分實施方式中所建構的光罩的上視圖。

第4圖與第5圖為依照部分實施方式中所建構之光罩於多個製造階段的側視示意圖。

第6圖為依照部分實施方式中所建構之第2圖的微影系統之部分的立體示意圖。

第7圖繪示依照部分實施方式中所建構之透過第1圖的方法實現照明圖案的示意圖。

第8圖繪示依照部分實施方式中所建構之透過第1圖的方法實現濾光圖案的示意圖。

第9A圖為依照部分實施方式中所建構之光罩的上視圖。

第9B圖為第9A圖的光罩於灰階形式中的曝光能量分布的示意圖。

第9C圖為第9A圖的光罩的曝光能量分布的示意圖。

第10A圖為依照部分實施方式中所建構之光罩的上視圖。

第10B圖為第10A圖的光罩於灰階形式中的曝光能量分布的示意圖。

第10C圖為第10A圖的光罩的曝光能量分布的示意圖。

第11A圖為依照部分實施方式中所建構之光罩的上視圖。

第11B圖為第11A圖的光罩於灰階形式中的曝光能量分布的示意圖。

第11C圖為第11A圖的光罩沿圖中X方向上的曝光能量分布的示意圖。

第11D圖為第11A圖的光罩沿圖中Y方向上的曝光能量分布的示意圖。

第12A圖與第12B圖繪示依照部分實施方式中所建構之數值孔徑與來自光罩的繞射光的示意圖。

第13圖為依照部分實施方式中所建構的製照光罩之方法的流程圖。

本揭露將提供許多個實施方式或實施方法以實現本揭露之多個不同的特徵。許多元件與排列將以特定實施方法在以下敘述以簡化本揭露。當然，這些敘述僅止於範例，且不 應用以限制本揭露。舉例而言，敘述「第一特徵形成於第二特徵上」包含多種實施方式，其中涵蓋第一特徵與第二特徵直接接觸，以及額外的特徵形成於第一特徵與第二特徵之間而使兩者不直接接觸。此外，本揭露在多個範例中會重複參考號碼與字母。這樣的重複方式是為了簡單與明瞭的目的而其本身並不會決定多個範例以及/或所討論的配置之間的關係。

此外，方位相對詞彙，如「在...之下」、「下面」、「下」、「上方」或「上」或類似詞彙，在本文中為用來便於描述繪示於圖式中的一個元件或特徵至另外的元件或特徵之關係。方位相對詞彙除了用來描述裝置在圖式中的方位外，其包含裝置於使用或操作下之不同的方位。當裝置被另外設置(旋轉90度或者其他面向的方位)，本文所用的方位相對詞彙同樣可以相應地進行解釋。

第1圖為依照本揭露內容之多個實施方式中所建構之於積體電路製程中執行微影製程的方法10的流程圖。方法10、微影系統與使用於方法10的光罩之敘述為參照第1圖與其他圖式。

請參照第1圖，方法10包含操作程序12，其為將具有二光罩狀態的光罩36(遮罩或分劃板)裝載至微影系統30。於本揭露內容之中，光罩36被設計成具有異於彼此之透射係數的光罩狀態。以下為分別對微影系統30與光罩36的描述。

根據部分實施方式，微影系統30被繪示於第2圖的示意圖之中。微影系統30被設計成對感光材料層(例如，光 阻層或是抗蝕劑層)執行微影曝光製程。微影系統30被操作於適當的曝光模式。於部分實施方式中，透過實施曝光模式，光罩之圖案於一道製程中形成在積體電路基板上。於部分實施方式中，實施步驟重複性的曝光模式將使得光罩之圖案重複形成於積體電路基板上之多個場區上。於部分實施方式中，實施步驟重複性的掃描模式將使得光罩之圖案被重複掃描至積體電路基板上之多個場區。

微影系統30利用輻射光源32作為產生輻射能量，像是紫外光。於多個實施方式中，輻射光源32可以包含紫外光光源或深紫外光光源(deep ultraviolet；DUV)。舉例而言，輻射光源32所具有之波長可為436奈米(nm)(G-line)或是365奈米(nm)(I-line)，例如氪氟準分子雷射具有波長436奈米(nm)、氬氟準分子雷射具有波長193奈米(nm)，或是可為其他具有符合要求波長之光源。

於部分的其他實施方式，輻射光源32包含氟氣(F₂)準分子雷射並具有波長157奈米(nm)，或是包含超紫外光(extreme ultraviolet；EUV)光源並具有大約1奈米(nm)至100奈米(nm)的波段範圍。於一個特定的範例中，超紫外光輻射光源32產生超紫外光，並具有波長大約集中於13.5奈米(nm)。

微影系統30也包含光學子系統，其接收來自輻射光源32的輻射能量，並透過光罩之圖案調制輻射能量，以及將輻射能量導向至積體電路基板上的抗蝕劑層。光學子系統包含照明器與投影光學箱(projection optics box；POB)。於部分 實施方式中，光學子系統被設計成具有折射機制。於此配置下，光學子系統包含多個折射元件，像是透鏡組。

欲輻射能量為來自氟氣準分子雷射或超紫外光輻射光源之部分的其他實施方式中，光學子系統被設計成具有反射機制。於此配置下，光學子系統包含多個反射元件，像是面鏡組。

具體而言，微影系統30使用照明器34(例如，聚光器)。於光學子系統具有折射機制的部分實施方式中，照明器34可以包含單一透鏡或是具有多個透鏡(波帶片)的透鏡模組，以及/或其他的透鏡元件。舉例而言，照明器34可以包含微透鏡陣列、陰影光罩，以及/或其他被設計以助於將輻射能量自輻射光源32指向至光罩36(同樣對照至遮罩或分劃板)上的結構。

照明器34可被操作以提供軸上照明(on-axis illumination；ONI)，以照明光罩36，其中軸上照明之設計為根據本揭露內容之多個態樣，於後會有進一步之敘述。於部分實施方式中，照明孔徑設置以提供軸上照明。於部分實施方式中，照明器34包含多個透鏡，其對重新配置具有可調諧性，以將輻射光導向至不同的照明位置，藉以達到軸上照明。於部分的其他實施方式，於照明器34之前的平台可以額外包含對將輻射光導向至不同的照明位置之具有可控性的透鏡或其他光學元件，藉以達到軸上照明。

於光學子系統具有反射機制之部分的其他實施方式中，照明器34可以透過單一面鏡或是具有多個面鏡的面鏡系 統，以將光束自輻射光源導向至光罩，藉以達到軸上照明。於一個範例中，照明器的面鏡組具有可調性，以將超紫外光反射至不同的照明位置。於另外的實施方式中，於照明器34之前的平台額外包含其他可調的面鏡組，以透過照明器的面鏡組對導引超紫外光至不同的照明位置具可控性。對此，微影系統可以在不用犧牲照明能量之情況下達成軸上照明。

微影系統30也包含光罩平台35，設置以藉由適當的夾固機制固定光罩36，像是真空夾固或是靜電吸盤。根據部分實施方式，光罩平台35被設計且設置以對平移與旋轉運動具可操作性。

光罩36可以是穿透式的光罩或是反射式的光罩。於本實施方式中，光罩36為穿透式的光罩，其進一步細節的設計將於之後描述。

微影系統30也透過投影光學箱38，將光罩36之圖案成像至目標40(積體電路基板，像是半導體晶圓或是單一晶圓)，目標40被固定於微影系統30的基板平台42上。於光學子系統具有折射機制的部分實施方式中，投影光學箱38具有折射光學儀器。自光罩36穿過的輻射光可以藉由投影光學箱38收集。於一實施方式中，投影光學箱38可以包含小於1的放大率(藉以降低被包含於輻射中的圖案化之圖形)。

於光學子系統具有反射機制之部分的其他實施方式中，投影光學箱38具有反射光學儀器。自光罩36反射的輻射光(圖案化之輻射光)藉由投影光學箱38被收集。

請回到光罩36，光罩36包含兩個所具有之透射係數異於彼此的光罩狀態。具體而言，此兩個的光罩狀態分別具有透射係數t1與t2，並分別具有光學相位(純相位)φ1與φ2。

於部分實施方式中，二光罩狀態於一定範圍內具有180度的相位差。此二光罩狀態為對應至不同相位。此部分之描述為於一定範圍內所作之評定，且其為可合理地選擇，例如15度。舉例而言，當於一定範圍內之相位差為180度，像是180±15度，且二光罩狀態為對應至不同相位。除此之外，於部分實施方式中，第一多邊形被定義於第一光罩狀態中，毗鄰第一多邊形的第二多邊形被定義於第二光罩狀態中。背景對應至不具有主多邊形(電路特徵或虛擬特徵)的區域。然而，背景被定義於二光罩狀態的其中之一，並被併入於另一光罩狀態的次解析特徵。次解析特徵於對應的微影圖案化之期間為具有不可印性之特徵。反之，主多邊形於微影圖案化之期間為具有可印性。

第3圖繪示根據部分實施方式所建構之光罩36的上視圖。光罩36設計成具有兩種光罩狀態S1與S2，且其透射係數彼此相異。於部分實施方式中，第一光罩狀態S1與第二光罩狀態S2因其透射係數t1與t2而異於彼此。於進一步的實施方式中，第一光罩狀態S1與第二光罩狀態S2為不同相位。

光罩36被圖案化以定義積體電路佈局圖案(或純積體電路圖案)。積體電路圖案包含多個主多邊形，像是52與54。光罩36被圖案化以包含二光罩狀態，藉以於光罩36上定義積體電路圖案。尤其，相鄰的主多邊形被分別指定至光罩狀 態。舉例而言，主多邊形52被指定至第一光罩狀態S1(被定義於第一光罩狀態之中)，而與主多邊形52相鄰的主多邊形54被指定至第二光罩狀態S2(被定義於第二光罩狀態之中)。光罩36也包含背景56。背景包含不具有主多邊形的區域。背景56包含場域58與多個次解析輔助多邊形60。不具有主多邊形與次解析輔助多邊形的區域被稱為場域。於本實施方式中，場域58被指定至第一光罩狀態S1。於替代的實施方式中，場域58被指定至第二光罩狀態S2，且次解析輔助多邊形60被指定至第一光罩狀態S1。

次解析輔助多邊形60為被標示成多邊形之尺寸，以於微影製程期間的目標(像是半導體晶圓)上具不可印性。因此，背景56於微影製程期間被成像至抗蝕劑層，並具有實質上為均勻灰階之透射係數t3，其相異於t1與t2。次解析輔助多邊形60可以被改變以於背景56之中具有一定程度之圖形密度，使得對應的透射係數t3可以根據需求作調諧。於部分實施方式中，次解析輔助多邊形60可以被改變以於背景56之中具有一定程度之圖形密度，使得對應的透射係數t3於微影製程期間被調諧以增強主多邊形的成像對比度。亦即，光罩36具有二光罩狀態，然而其可達成三種形式之具有異於彼此的透射係數(或是平均透射係數)的區域，因此可以被稱作是三階式光罩(三階明暗狀態)。特別是，三階光罩包含第一光罩狀態、第二光罩狀態與具有異於第一光罩狀態與第二光罩狀態之平均透射係數的背景。光罩36具有二光罩狀態，然而其為三階式之光罩。於部分實施方式中，藉由相同機制，光罩36可以被設計以 包含二光罩狀態，且為超過三階式之光罩。舉例而言，於背景之中，次解析輔助多邊形60被改正成各自的局部圖形密度，因此可達成超過三階式之光罩。

次解析輔助多邊形60可以包含矩形、正方形或是其他適當的幾何圖案。舉例而言，對於寬度為W之相同矩形所成之矩形陣列(W為矩形之短邊的尺寸)，當W<λ/NA，則這些輔多邊形將不會於微影製程期間被印至目標40上。

當光罩36被使用於微影系統30與方法10時，具有二光罩狀態而具有三階式光罩之光罩36被設計以達成增強照明解析度與焦點深度(depth of focus；DOF)。光罩36之結構與其製造方法將根據部分實施方式而進一步描述於下。

光罩的製造程序包含兩個步驟：空白光罩的製造程序與光罩的圖案化程序。於空白光罩的製造程序期間，空白光罩藉由沉積適當的層類物(例如，多個反射層與一個吸收層)於適當的基板上。空白的光罩於光罩的圖案化程序期間被圖案化以具有積體電路的層類物之設計。圖案化之光罩接著用以轉移電路圖案(積體電路圖案)於半導體晶圓上。所成圖案可以透過多個微影製程而被一遍又一遍地轉移至多個晶圓上。光罩組(舉例而言，一組為15至30個的光罩組)可被用以建構一個完整的積體電路。

第4圖至第5圖為繪示根據部分實施方式所建構之光罩36於多個製造階段的側剖面圖。第4圖所示的光罩36為空白且於圖案化之前的光罩製造階段。光罩36包含光罩基板70，其為對輻射光源32之輻射光為透明之材料所構成。於部 分範例中，透明基板70包含熔融石英或其他適當的材料，像是硼矽酸鹽玻璃與相對無缺陷之鈉鈣玻璃。

光罩36更包含吸收材料層72，形成於基板70之上。吸收材料層72吸收來自輻射光源32之投射至光罩36上的輻射光。於部分實施方式中，吸收材料層72被設計對應其組成與厚度以實質吸收輻射光。於本實施方式中，吸收材料層72包含鉻，或是其他適當的材料。

於部分的其他實施方式中，吸收材料層包含鉻、氧化鉻、氮化鉻、氧氮化鉻、鈦、氧化鈦、氮化鈦、氧氮化鈦、鉭、氧化鉭、氮化鉭、氮氧化鉭、鋁銅合金、三氧化二鋁、鈀、鉬、鉬矽或其組合。

吸收材料層72可以透過多種方法形成，包含物理氣相沉積法(physical vapor deposition；PVD)製程，像是蒸鍍與直流式磁控濺鍍。電鍍製程，像是電鍍製程，像是無電無電極電鍍。化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)製程，像是常壓化學氣相沉積、低壓化學氣相沉積、電漿輔助化學氣相沉積或高密度電漿化學氣相沉積。以及，離子束沉積、旋轉塗佈法、金屬有機分解法(metal-organic decomposition；MOD)，以及/或其他已知的方法。金屬有機分解法為一種沉積技術，其為於非真空環境之中使用溶液作為背景之方式。藉由使用金屬有機分解法，溶於溶劑中之金屬有機的前驅物可以被旋轉塗佈於基板上，且溶劑將蒸發。真空紫外光光源用以將金屬有機的前驅物轉換成金屬組成之元素。

接著，根據包含有次解析輔助多邊形的積體電路圖案，吸收材料層72被圖案化以定義具三階式光罩的二光罩狀態。尤其是，三階式光罩狀態分別於光罩36上定義積體電路圖案的多個特徵。吸收材料層72的圖案化可以透過具有微影製程與蝕刻之步驟實行。圖案化步驟的其中之一實施方式將配合第5圖描述於下。

請參照第5圖，圖案化之步驟應用於吸收材料層72，以於光罩36上形成第一光罩狀態S1與第二光罩狀態S2。圖案化之步驟包含微影製程與蝕刻製程。微影製程可以更包含光阻塗佈法(旋轉塗佈法)、軟烤、光罩對準、曝光、後曝光軟烤、光阻顯影、水洗、乾燥(硬烤)、其他適當的方法以及/或其組合。於本實施方式中，曝光使用電子束技術。或者，蝕刻製程透過或置換為其他適合的方法實施，像是無光罩式光蝕刻法，或是離子束刻劃法。微影製程形成圖案化之具有開口的抗蝕劑層，開口被定義成對應至第一光罩狀態S1的區域。

微影製程接續於移除部份之吸收材料層72，藉以形成第一光罩狀態S1與第二光罩狀態S2。蝕刻製程可以包含乾(電漿)蝕刻、溼蝕刻，以及/或其他蝕刻方式。於部分實施方式中，電漿蝕刻製程被應用以有選擇性地透過以氯作為背景之氣體移除吸收材料層72。圖案化之抗蝕劑層於蝕刻期間被使用作為蝕刻光罩，因此只有位於圖案化之抗蝕劑層的開口內的部分吸收材料層72被移除。

亦即，吸收材料層72被圖案化以形成積體電路圖案，如第3圖所示。特別是，光罩36被圖案化以包含二光罩狀 態以及三階式光罩，使得相鄰之主多邊形分別被定義於第一光罩狀態S1與第二光罩狀態S2。背景56被圖案化以包含場域58與次解析輔助多邊形60。背景58被定義為第三階之光罩，並異於第一光罩狀態與第二光罩狀態。

請持續參照第3圖，光罩36包含二光罩狀態S1與S2並分別具有透射係數t1與t2。於部分實施方式中，t1之絕對數值大於t2之絕對數值。於本實施方式中，t1實質上接近1，而t2實質上接近0。次解析輔助多邊形60為不可印性，藉以使背景具有準均勻之透射係數t3，且其絕對數值為介於t1與t2之間。

請回到第1圖，方法10中的操作程序12可以更包含其他步驟，像是於光罩36被固定於光罩平台後將其校正。

請持續參照第1圖，方法10也包含操作程序14，其為裝載目標40至微影系統30的基板平台42。於本實施方式中，目標40為半導體基板，像是矽基板。對輻射光具感光性之抗蝕劑層被塗佈於目標40。抗蝕劑層將透過微影曝光製程進行圖案化，使得光罩36的積體電路圖案被轉移至抗蝕劑層。

參照第1圖，方法10包含操作程序16，其為設定微影系統30之照明器34為近似軸上照明模式。照明模式被配置為部分同調性大致小於0.1，以產生繞射光與非繞射光。請參照第6圖，入射光線80於自光罩36反射後，將因光罩圖案的存在而繞射為多階繞射光，像是第0階之繞射光82、第-1階之繞射光84與第+1階之繞射光86。於所描述之實施方式中，大部分之非繞射光82透過光瞳濾光片88而被移除。第-1階之照明 光84與第+1階之繞射光86為透過光學投射箱38收集並被導向以曝光目標40。

軸上照明模式可以透過像是具有一定程度照明圖案之光孔的機制完成，其像是根據部分實施方式所建構之如第7圖所繪之盤狀照明圖案90。照明圖案90包含照明部分92與遮蔽部分94。光孔設置於照明光瞳面上，以達成軸上照明模式。然而，光孔造成輻射損失。

於部分實施方式中，照明器34包含多個可調式透鏡或其他具有其他適當機制之光學元件，以調諧來自此可調式透鏡或此其他光學元件之輻射光之透射係數。於更進一步之實施方式中，軸上照明模式可以藉由配置照明平台中的可調式透鏡達成，以實行軸上照明。照明圖案90可以更進一步藉由參數σ_im定義，其為照明部分92之半徑，且其值之評定關聯於數值孔徑(numerical aperture；NA)。於部分實施方式中，參數σ_im係大約選自小於0.3。於部分實施方式中，照明圖案90可以由積體電路圖案決定。

參照第1圖，方法10可以包含操作程序18，其為設置光瞳濾光片於微影系統30中。光瞳濾光片設置於微影系統30中的投射光瞳面之中。光瞳濾光片被放置於投射光瞳面之中，以濾除來自光罩36之輻射光的特定空間頻率成分。

於光瞳濾光片之中所定義之圖案為由照明模式所決定。光瞳濾光片之圖案設計以移除來自光罩36之至少一部分的非繞射光，其大約為至少70%的非繞射光之強度，其為來自光罩36的第0階之繞射光。於部分實施方式中，光瞳濾光片之 中的圖案實質上互補於照明模式的圖案。舉例而言，當照明圖案90被定義成第12圖的盤狀圖案時，光瞳濾光片之對應的圖案為似於並反向於第8圖所繪之圖案100(濾光圖案100)。濾光圖案100包含遮蔽部分102(相似之)盤狀與收集部分104。於光瞳面到達遮蔽部分102之輻射光將會被遮蔽。於光瞳面到達收集部分104之輻射光將會被投影光學箱38收集且被導向至目標40。濾光圖案100更進一步藉由參數σ_pf定義，其為遮蔽部分102之半徑。在此，參數σ_pf之評定是關聯於數值孔徑。於部分範例中，照明圖案90具有盤狀且部分同調性大致小於0.3之照明區域。濾光圖案100為由依據照明圖案90而決定，使得大部分的非繞射光藉由光瞳濾光片被濾除，並使超過90%的非繞射光被移除，藉以主要利用來自對稱的位置(於光瞳濾光片上)且強度為平衡之第-1階與第+1階的繞射光對半導體晶圓曝光。於前述所記之部分的實施方式中，照明圖案90為互補於濾光圖案100，其套用σ_pf=σ_im。於部分實施方式中，濾光圖案可以略異於照明圖案，其套用σ_pf>σ_im。於σ_im為小於0.3之一範例中，σ_pf為大於0.3。

請再回到第1圖，方法10進行操作程序20，其為對目標40於所配置之照明模式與光瞳濾光片之中進行微影曝光製程。來自輻射光源32的輻射光之對應軸上照明的輻射能量藉由照明器34進行調制，並自光罩36被導向，且進一步被光瞳濾除，且輻射光透過增強之能量範圍與焦點深度將光罩36的積體電路圖案成像至目標40上。

持續參照第1圖，方法10可以更包含其他操作程序。舉例而言，方法10包含操作程序22，其為將塗佈於目標40上的受曝光之抗蝕劑層顯影，藉以形成具有自光罩36上所定義之積體電路圖案所成像之一或多個開口的圖案化抗蝕劑層。

於另一範例中，方法10更包含操作程序24，其為透過圖案化之抗蝕劑層對目標40進行製造程序。於一實施方式中，目標之基板或材料層透過圖案化之抗蝕劑層的開口被蝕刻，藉以將積體電路圖案轉移至基板或是底層的材料層。於更進一步之實施方式中，底層的材料層為層間介電層(interlayer dielectric；ILD)，其設置於半導體基板之上。蝕刻製程將於層間介電層之中形成接點或通孔。於另一實施方式中，離子注入製程透過圖案化之抗蝕劑層的開口被施行於半導體基板，藉以根據積體電路圖案於半導體基板之中形成摻雜特徵。於此狀況中，圖案化之抗蝕劑層發揮作為離子注入的光罩功能。

方法10與光罩36的多個實施方式將依據本揭露內容描述。其他的替代與修正內容可以於不違背本揭露內容之精神下實行。於一實施方式中，定義於光罩36上的積體電路圖案可以更包含多個虛擬多邊形。於一範例中，虛擬多邊形與積體電路圖案的電路多邊形有類似的指定方式，使得相鄰的主多邊形(電路多邊形與虛擬多邊形)被指定至不同的光罩狀態。於多個範例中，塗佈於目標上以接收微影曝光製成的抗蝕劑材料可以是正光阻式抗蝕劑或是負光阻式抗蝕劑。

除此之外，光罩36與方法10可用以形成具有增強成像效果之多個積體電路圖案。第一個範例繪示於第9A圖至第9C圖。第9A圖繪示根據部分實施方式之光罩36的上視圖。第一光罩狀態S1、第二光罩狀態S2與具有第三階之光罩(如第三透射率t3)的背景56為分別標示。第9B圖繪示抗蝕劑層上所對應之曝光能量分布的灰階圖像。第9C圖繪示抗蝕劑層上之沿線段AA’所對應之曝光能量分布的圖像，其中橫軸表示沿線段AA’上之距離，而縱軸表示曝光能量。光罩36上所定義之積體電路圖案包含多個線條特徵。線條與線條之間的空間為透過方法10而清晰地成像。

第二個範例繪示於第10A圖至第10C圖。第10A圖繪示根據部分實施方式之光罩36的上視圖。第一光罩狀態S1、第二光罩狀態S2與具有第三階之光罩的背景56為分別標示。第10B圖繪示抗蝕劑層上所對應之曝光能量分布的灰階圖像。第10C圖繪示抗蝕劑層上之沿線段AA’所對應之曝光能量分布的圖像，其中橫軸表示沿線段AA’上之距離，而縱軸表示曝光能量。光罩36上所定義之積體電路圖案包含多個孔洞特徵。孔洞特徵透過方法10以增強的對比度清晰地成像。

第三個範例繪示於第11A圖至第11C圖。第11A圖繪示根據部分實施方式之光罩36的上視圖。第一光罩狀態S1、第二光罩狀態S2與具有第三階之光罩的背景56為分別標示。第11B圖繪示抗蝕劑層上所對應之曝光能量分布的灰階圖像。第11C圖繪示抗蝕劑層上之沿線段AA’所對應之曝光能量分布的圖像，第11D圖繪示抗蝕劑層上之沿線段BB’所對應之 曝光能量分布的圖像。光罩36上所定義之積體電路圖案包含多個線條。於X方向中的線條/空間與於Y方向中之一端至一端的線條階同時達到最高的對比度。

於另一實施方式中，微影製程包含形成具有二光罩狀態與三階式光罩之光罩、將光罩之不同狀態指定至相鄰的多邊形與背景、透過準軸上照明並搭配小於0.3的部分同調性σ曝光光罩以產生繞射光與非繞射光，移除超過70%之非繞射光，以及，透過投影光學箱收集並導向繞射光與未被移除之非繞射光以曝光目標40。

第13圖繪示根據部分實施方式所建構之用以產生光罩之方法110的流程圖。方法110以操作程序112作為起始，其為接收積體電路圖案。積體電路圖案包含待轉移至目標的具有多個電路多邊形之電路佈局。

方法110可以包含操作程序114，其為增加額外特徵至積體電路圖案，像是虛擬多邊形。虛擬多邊形可為了一或多個製造功能而被增加至積體電路圖案，像是為了化學機械平坦化(chemical-mechanical planarization；CMP)之均勻性的化學機械平坦化之虛擬多邊形，或是，為了熱退火之均勻性的熱虛擬多邊形。電路多邊形與虛擬多邊形可被統稱為主多邊形。

方法110包含操作程序116，其為指定多個多邊形至分別的光罩狀態。尤其，相鄰的主多邊形是被指定至不同的光罩狀態。舉例而言，第一主多邊形被指定至第一光罩狀態 S1，而毗鄰第一主多邊形的第二主多邊形被指定至第二光罩狀態S2。

方法110更包含操作程序118，其為增加次解析輔助多邊形至積體電路的背景。次解析輔助多邊形可以被設計為長方形、正方形、其他合適的幾何圖案或是其組合。尤其，次解析輔助多邊形被指定至相同的光罩狀態，而場域被指定至另一與指定有次解析輔助多邊形之光罩狀態相異的光罩狀態。

於部分實施方式中，場域被指定至第一光罩狀態S1，而次解析輔助多邊形被指定至第二光罩狀態S2。於部分的其他實施方式中，場域被指定至第二光罩狀態S2，而次解析輔助多邊形被指定至第一光罩狀態S1。因此背景會於微影製程期間成像至抗蝕劑層，以具有實質均勻之灰階並與t1與t2不同之第三透射係數t3。次解析輔助多邊形被指定以於背景之中具有一定程度之圖形密度，使得對應的透射係數t3於微影製程期間被調諧至增強主多邊形的對比度。亦即，光罩為具有二光罩狀態，而卻實現三階式之光罩，且其透射係數為異於彼此。於部分實施方式中，藉由相同的機制，積體電路圖案可以被設計以具有二光罩狀態與超過三階式的光罩。舉例而言，於背景之中，次解析輔助多邊形被修正以具有分別局部之圖形密度，因此可完成超過三階式之光罩。

方法110可以更包含操作程序120，其為產生定義積體電路圖案之下線資訊。積體電路圖案包含指定至分別的光罩狀態之主多邊形，並包含指定至一個光罩狀態的次解析輔助多邊形以及指定至另一個光罩狀態的場域。

方法110可以更包含操作程序122，其為根據下線資訊形成光罩。於部分實施方式中，光罩之形成包含沉積、電子束微影製程與蝕刻，如前述之關聯至第3圖至第5圖之描述。

本揭露內容根據多個實施方式提供一種光罩結構、微影製程與產生光罩之方法。光罩以多個主多邊形定義積體電路圖案，並具有二光罩狀態與三階之光罩。相鄰之主多邊形被指定至不同之光罩狀態。積體電路圖案之背景包含多個被指定至相同光罩之次解析輔助多邊形，以及被指定至另一光罩之場域。微影製程使用光罩與軸上照明。微影製程使用根據照明圖案所設計之照明圖案與光瞳濾光片。用以產生光罩之方法包含指定多個多邊形至各自的光罩狀態，使得相鄰之主多邊形被指定至不同之光罩狀態，以及包含將次解析輔助多邊形加入至背景。

本揭露內容之實施方式提供克服已存在技術之優點，然而，可以理解到，其他實施方式可以提供不同的優點，且不是所有的優點皆需於此被討論，且也沒有特別的優點是必須存在於所有的實施方式中。方法10可以於所設定的數值孔徑下達到與離軸照明(off-axis illumination；OAI)相同的最小間距。當使用離軸照明時，由於於光瞳面上的第0階之繞射光的位置為固定的，一旦間距自最佳化的間距偏離，焦點深度會開始降低。焦點深度之最低P大致可達大於1.5倍的P_min。由於間距之範圍為介於1倍的P_min至2倍的P_min，實施輔助功能(implementing assist feature；AF)對焦點深度之增加為無助益的。此為禁用間距之問題。透過使用方法10，焦點深度維持 最大化直至第2階之繞射光進入。亦即，焦點深度於介於1倍的P_min至2倍的P_min的間距範圍中最大化，其如第12A圖與第12B圖所繪示。於此，其無禁用間距之問題。

第+1階與第-1階之繞射光於強度上互為平衡，其能量範圍為最大化。除此之外，於光瞳面上，由於第+1階與第-1階之繞射光與光瞳中心之距離相同(如第6圖所示)，焦點深度也同時為最大化。

本揭露內容根據部分實施方式提供一種微影系統中的微影製程，包含下列步驟。裝載光罩，其中光罩具有用以定義積體電路圖案之二光罩狀態。積體電路圖案包含主多邊形與背景，其中相鄰的主多邊形被指定為不同的該些光罩狀態，背景包含二光罩狀態的其中之一狀態的場域和二光罩狀態的另一狀態的次解析輔助多邊形。配置照明器，以於微影系統中的照明光瞳面上產生照明圖案。配置光瞳濾光片於微影系統中的投射光瞳面上，其中光瞳濾光片具有根據照明圖案而決定的濾光圖案。運用照明器、光罩與光瞳濾光片對目標進行曝光製程，其中曝光製程於光罩之後產生繞射光與非繞射光，且光瞳濾光片移除大部分的非繞射光。

本揭露內容根據部分實施方式提供一種光罩，包含基板與吸收材料層。基板與吸收材料層，形成於基板上，其中吸收材料層被圖案化以產生二光罩狀態，二光罩狀態定義具有複數個主多邊形與背景的積體電路圖案，其中相鄰的主多邊形被指定為不同的光罩狀態，以及，背景包含二光罩狀態的其 中之一狀態中的場域以及於二光罩狀態之另一者中的次解析輔助多邊形。

本揭露內容根據部分實施方式提供一種產生光罩的方法，包含下列步驟。接收具有主多邊形與背景的積體電路圖案。指定不同的主多邊形至各自的光罩狀態，使得相鄰的主多邊形被指定至不同的光罩狀態。將次解析輔助多邊形加入至背景。

上敘概述了多個實施方法的特徵，使得本技術領域中具有通常知識者更可以理解本發明所揭露之內容。本技術領域中具有通常知識者應當理解，其可以適當地以本發明作為基礎以設計或修改其他製程以及結構以實現相同目的和/或達到本文所教示之實施方法的相同優點。本技術領域中具有通常知識者應該也要瞭解到，等效的構造並不脫離本發明的精神和範圍，且作出各種改變、替換和變更仍不脫離本發明的精神和範圍。

10‧‧‧方法

12-24‧‧‧操作程序

Claims (10)

1. 一種微影系統中的微影製程，包含：裝載一光罩，該光罩具有用以定義一積體電路圖案之二光罩狀態，其中該積體電路圖案包含：複數個主多邊形，其中相鄰的該些主多邊形被指定至不同的兩個光罩階層，且該兩個光罩階層分別為透過不同之該二光罩狀態形成；以及一背景，被指定至一第三光罩階層，且該第三光罩階層為透過該二光罩狀態之一組合體而形成，其中該組合體包含被指定為該二光罩狀態的其中之一狀態的一場域和該二光罩狀態的另一狀態的複數個次解析輔助多邊形；配置一照明器，以產生入射光照明該光罩，並於該微影系統中的一照明光瞳面上產生一照明圖案；配置一光瞳濾光片於該微影系統中的一投射光瞳面上，該光瞳濾光片具有根據該照明圖案而決定的一濾光圖案；以及運用該照明器、該光罩與該光瞳濾光片對一目標進行曝光製程，其中該入射光在通過該光罩之後產生繞射光與非繞射光，且該光瞳濾光片移除大部分的非繞射光。
2. 如申請專利範圍第1項之微影製程，其中該照明圖案對應於一軸上照明或一部分同調照明。
3. 如申請專利範圍第1項之微影製程，其中該濾光圖案互補於該照明圖案。
4. 如申請專利範圍第1項之微影製程，其中，該照明圖案具有一照明區塊σ_im；以及該濾光圖案具有一遮蔽區塊σ_pf，其中σ_pf σ_im。
5. 如申請專利範圍第1項之微影製程，其中，該二光罩狀態的一第一光罩狀態與一第二光罩狀態分別具有透射係數t1與t2；該背景的平均透射係數為t3；以及t1大於t3且t2小於t3。
6. 如申請專利範圍第1項之微影製程，其中該光罩包含：一基板；以及一吸收材料層，形成於該基板上，其中該吸收材料層被圖案化以產生該二光罩狀態的一第一光罩狀態與一第二光罩狀態。
7. 一種光罩，包含：一基板；以及一吸收材料層，形成於該基板上，其中該吸收材料層被圖案化以產生二光罩狀態，該二光罩狀態定義具有複數個主多邊形與一背景的一積體電路圖案，其中相鄰的該些主多邊形被指定至不同的兩個光罩階層，且該兩個光罩階層分別為透過不同之該二光罩狀態形成，以及該背景被指定至一第三 光罩階層，且該第三光罩階層為透過該二光罩狀態之一組合體而形成，其中該組合體包含該二光罩狀態的其中之一狀態中的一場域以及於該二光罩狀態之另一者中的複數個次解析輔助多邊形。
8. 一種產生光罩的方法，包含：接收具有複數個主多邊形與一背景的一積體電路圖案；指定相鄰的該些主多邊形至二光罩狀態的其中一者，以使相鄰的該些主多邊形被指定至不同的兩個光罩階層，且該兩個光罩階層分別為透過不同之該二光罩狀態形成；以及將複數個次解析輔助多邊形加入至該背景，以形成一第三光罩階層，其中該第三光罩階層為透過該二光罩狀態之一組合體而形成。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該些次解析輔助多邊形被指定至相同的一個光罩狀態，且該背景中之該些次解析輔助多邊形以外的區域被指定為另一光罩狀態。
10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中將該些次解析輔助多邊形加入至該背景之步驟包含調整該些次解析輔助多邊形的一圖形密度，以於進行一微影製程的期間調諧該背景的平均穿透率，藉以增加該些主多邊形之一成像對比度。