專利名稱：減少透鏡像差與圖案移位的光罩與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于設(shè)計(jì)一光罩與應(yīng)用該光罩的制程方法，特別是有關(guān)于一種減少透鏡像差(lens aberration)以提高數(shù)組圖案(array patterns)間關(guān)鍵尺寸(critical dimension，CD)一致性與消除因偏軸發(fā)光(off-axis illumination，OAI)造成的圖案移位(pattern displacement)現(xiàn)象的光罩與方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制程中，微影(lithography)是以步進(jìn)(step-by-step)或是掃描(scan-by-scan)的曝光程序?qū)σ黄A分區(qū)曝光以漸次完成整片晶圓的曝光，在微影前必須將影響微影結(jié)果的參數(shù)做微調(diào)與最佳化，這些微影制程參數(shù)包括了光阻厚度，烘烤/冷卻的溫度與時(shí)間，顯影方式和時(shí)間，曝光劑量，焦距補(bǔ)償以及數(shù)值孔徑(Numerical Aperture，NA)等。接下來(lái)利用蝕刻將微影制程所產(chǎn)生的光阻圖案轉(zhuǎn)移到光阻底下的材質(zhì)上，同樣地，蝕刻參數(shù)例如氣體比例，氣流速率，偏壓功率，溫度以及蝕刻模式等，亦需事先經(jīng)過(guò)微調(diào)，如此才能達(dá)到最終所需的關(guān)鍵尺寸。然而，傳統(tǒng)的制程在蝕刻后檢查(After Etching Inspection，AEI)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)從晶圓中數(shù)組圖案區(qū)的CD之間存在著差異，這種差異會(huì)導(dǎo)致某些無(wú)可挽回的缺失，像是在電性驗(yàn)收測(cè)試(Wafer Acceptance Test，WAT)所得到的接觸窗(contact hole)斷路現(xiàn)象，這些缺失將嚴(yán)重地影響良率。
導(dǎo)致晶圓中數(shù)組圖案間的CD差異的原因之一是為微影設(shè)備中光學(xué)系統(tǒng)的透鏡(lens)，其產(chǎn)生的透鏡像差所致，常見(jiàn)的透鏡像差如球面像差(spherical)、像散(astigmatism)、彗形像差(coma)、像場(chǎng)彎曲(fieldcurvature)與變形像差(distortion)等。而上述各種透鏡像差之所以形成，除因透鏡材料本身在設(shè)計(jì)制造上的先天缺陷外，與照射光線通過(guò)光罩圖案時(shí)所產(chǎn)生的繞射現(xiàn)象及光罩圖案本身透光度不足等原因亦有相關(guān)。
此外，不改變圖罩設(shè)計(jì)，且維持原有的阻劑參數(shù)，便可增加聚焦深度(deep of focus，DOF)與改進(jìn)解像度的偏軸發(fā)光技術(shù)，是進(jìn)來(lái)改善微影品質(zhì)的重大進(jìn)展，使偏軸發(fā)光成了新的步進(jìn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備。但隨著聚焦深度的增加，偏軸發(fā)光的光照強(qiáng)度亦須不斷地增強(qiáng)，而持續(xù)增強(qiáng)光照強(qiáng)度的結(jié)果，往往造成阻劑上的獲得劑量(received dose)不易控制，發(fā)生曝光圖案移位偏差的現(xiàn)象。若此現(xiàn)象無(wú)法獲得有效改善，在往后制作晶圓的過(guò)程中，如在進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)前一層(previous underlying layer)組件位置的工作時(shí)，勢(shì)必造成所謂的層迭失誤(overlap errors)，而有非期望的開(kāi)口(openings)或短路(shorts)的情形發(fā)生，造成產(chǎn)品的嚴(yán)重?fù)p失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的包括設(shè)計(jì)一光罩與應(yīng)用該光罩的制程方法，使在數(shù)組圖案間能夠獲得較佳的關(guān)鍵尺寸一致性與有效減少圖案移位的現(xiàn)象。
因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種提高關(guān)鍵尺寸一致性與減少圖案移位的光罩，包括一透光基底與一遮光層，該遮光層設(shè)置于該透光基底上，且具有一數(shù)組圖案區(qū)與復(fù)數(shù)個(gè)輔助圖案(assist patterns)，上述輔助圖案是設(shè)置于該數(shù)組圖案區(qū)內(nèi)且其中各輔助圖案與其上方及下方的兩數(shù)組圖案等距，并使上述輔助圖案的長(zhǎng)度與上述數(shù)組圖案的寬度相等。
其中，該光罩透光基底是由石英材質(zhì)制作，而遮光層為一鉻金屬層。
本發(fā)明另提供一種可減少透鏡像差與圖案移位的方法，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，于該半導(dǎo)體基底上覆蓋有一光阻層，借由一光罩在該光阻層中形成圖案，其中該光罩具有一數(shù)組圖案區(qū)與復(fù)數(shù)個(gè)輔助圖案，上述輔助圖案是設(shè)置于該數(shù)組圖案區(qū)內(nèi)且其中各輔助圖案與其上方及下方的兩數(shù)組圖案等距，并使上述輔助圖案的長(zhǎng)度與上述數(shù)組圖案的寬度相等，以上述圖案化光阻為罩幕，進(jìn)行一蝕刻步驟以在該半導(dǎo)體基底中形成一數(shù)組溝槽區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的光罩，由于在數(shù)組圖案間加設(shè)輔助圖案，間接增加了數(shù)組圖案的透光度且借輔助圖案的設(shè)置亦可有效彌補(bǔ)因光線繞射而造成的圖案邊緣光強(qiáng)度降級(jí)的問(wèn)題，結(jié)果使得數(shù)組圖案間的關(guān)鍵尺寸具較佳的一致性。
再者，輔助圖案亦有助于獲得劑量的控制，若使阻劑上的圖案有相同且穩(wěn)定的獲得劑量，則可有效地減少圖案移位的情形發(fā)生，利于下一層的對(duì)準(zhǔn)工作。


圖1是顯示傳統(tǒng)光罩的示意圖；圖2是顯示本發(fā)明光罩的示意圖；圖3是顯示圖2的剖面圖；圖4A是顯示微影程序的示意圖；圖4B是顯示蝕刻程序后的示意圖；圖5A是顯示使用傳統(tǒng)光罩于蝕刻程序后，數(shù)組圖案間關(guān)鍵尺寸的差異(以3θ的變形像差為評(píng)估依據(jù))；圖5B是顯示使用本發(fā)明光罩于蝕刻程序后，數(shù)組圖案間關(guān)鍵尺寸的差異(以3θ的變形像差為評(píng)估依據(jù))；圖6A是顯示使用傳統(tǒng)光罩于蝕刻程序后，數(shù)組圖案間關(guān)鍵尺寸的差異(以彗形像差為評(píng)估依據(jù))；圖6B是顯示使用本發(fā)明光罩于蝕刻程序后，數(shù)組圖案間關(guān)鍵尺寸的差異(以彗形像差為評(píng)估依據(jù))。
符號(hào)說(shuō)明10-光罩底材102-數(shù)組圖案區(qū)103-透光基底104-遮光層106-輔助圖案112-光罩118-晶圓120-光阻具體實(shí)施方式
為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下首先，提供一光罩底材10，是由一透光基底103與一遮光層104所構(gòu)成(如圖3所示)。透光基底103例如由石英構(gòu)成，遮光層104例如由鉻金屬構(gòu)成。
接著，如圖2所示，以電子束直接書(shū)寫(xiě)將一光罩圖案轉(zhuǎn)移至該光罩底材10上，形成一數(shù)組圖案區(qū)102，同時(shí)亦轉(zhuǎn)移輔助圖案106至該光罩底材10上，在數(shù)組圖案區(qū)102與輔助圖案106之外，為未受電子束直接書(shū)寫(xiě)及顯影的遮光層104區(qū)域。在本實(shí)施例中的數(shù)組圖案為一數(shù)組溝槽圖案，但本發(fā)明不限于此，亦可以是其它制程步驟所指定的數(shù)組圖案。上述輔助圖案106設(shè)置于數(shù)組圖案區(qū)102內(nèi)且各輔助圖案與其上方及下方的兩數(shù)組圖案維持等距。輔助圖案106的寬度大體介于60-80奈米，較佳為70奈米，其以在曝光后于光阻層中不產(chǎn)生額外的圖案為原則，且輔助圖案106的長(zhǎng)度使其與上述數(shù)組圖案的寬度相等。
一般常見(jiàn)的微影程序如圖4A中所概要顯示，由光源產(chǎn)生器(未顯示)所產(chǎn)生的光線L經(jīng)過(guò)光罩112中的圖案區(qū)102、106，聚焦成像于晶圓118上的光阻120。之后，以上述圖案化的光阻120為罩幕，進(jìn)行一顯影步驟以在該晶圓118上的光阻120中形成一圖案區(qū)102、106，之后便可以傳統(tǒng)的濕蝕刻或干蝕刻技術(shù)，將光阻上的圖案轉(zhuǎn)移至基底中，如圖4B中所示，以形成例如數(shù)組溝槽。
由本發(fā)明的光罩結(jié)構(gòu)(如圖2所示)可看出，因輔助圖案106的加入，使此光罩上數(shù)組圖案區(qū)的透光度較傳統(tǒng)光罩(如圖1所示)上相同數(shù)組圖案區(qū)的透光度略微增加，經(jīng)蝕刻處理后，使用本發(fā)明的光罩，其數(shù)組圖案區(qū)內(nèi)的各圖案，關(guān)鍵尺寸一致性較使用傳統(tǒng)光罩佳。以下即配合試驗(yàn)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步說(shuō)明。
上述習(xí)知所提及的五種透鏡像差中，以變形像差與彗形像差對(duì)本試驗(yàn)的結(jié)果影響最大，其中，變形像差又以3θ對(duì)結(jié)果的影響最為顯著，因此，本試驗(yàn)即以此兩種透鏡像差作為評(píng)估依據(jù)，分別獲得兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)第一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)(此試驗(yàn)的進(jìn)行以3θ的變形像差為評(píng)估依據(jù))如下，并配合圖5A、5B作詳細(xì)說(shuō)明。使用傳統(tǒng)光罩，經(jīng)曝光后蝕刻，所測(cè)得的溝槽關(guān)鍵尺寸如下左溝槽138.2nm；右溝槽120nm，兩者尺寸差異為18.2nm(如圖5A所示)。另使用本發(fā)明的光罩，經(jīng)曝光后蝕刻，所測(cè)得的溝槽關(guān)鍵尺寸如下左溝槽140.5nm；右溝槽132.2nm，兩者尺寸差異為8.3nm(如圖5B所示)。由上組試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，若使用本發(fā)明的光罩，可有效降低3θ的變形像差，大體40％-60％。
第二組試驗(yàn)數(shù)據(jù)(此試驗(yàn)的進(jìn)行以彗形像差為評(píng)估依據(jù))如下，并配合圖6A、6B作詳細(xì)說(shuō)明。使用傳統(tǒng)光罩，經(jīng)曝光后蝕刻，所測(cè)得的溝槽關(guān)鍵尺寸如下左溝槽134.2nm；右溝槽145.8nm，兩者尺寸差異為11.6nm(如圖6A所示)。另使用本發(fā)明的光罩，經(jīng)曝光后蝕刻，所測(cè)得的溝槽關(guān)鍵尺寸如下左溝槽134.5nm；右溝槽141.1nm，兩者尺寸差異為6.6nm(如圖6B所示)。由上組試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，若使用本發(fā)明的光罩，可有效降低彗形像差，大體30％-50％。
此外，因偏軸發(fā)光造成的圖案移位現(xiàn)象，在改用本發(fā)明的光罩后，程度上亦明顯獲得了改善，其數(shù)組圖案區(qū)內(nèi)各圖案的移位現(xiàn)象較使用傳統(tǒng)光罩者減少許多。以下就試驗(yàn)數(shù)據(jù)作具體的說(shuō)明。使用傳統(tǒng)光罩，經(jīng)曝光后蝕刻，所測(cè)得的溝槽位置與原溝槽設(shè)定位置的偏離距離如下左溝槽10nm；右溝槽10nm。另使用本發(fā)明的光罩，經(jīng)曝光后蝕刻，所測(cè)得的溝槽位置與原溝槽設(shè)定位置的偏離距離如下左溝槽2.5nm；右溝槽2.5nm。由上組試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，若使用本發(fā)明的光罩，可有效降低圖案移位的現(xiàn)象，大體75％。
權(quán)利要求
1.一種可減少透鏡像差(lens aberration)與圖案移位(patterndisplacement)的光罩，其特征在于所述光罩包括一透光基底；一遮光層，設(shè)置于該透光基底上，其中該遮光層具有一數(shù)組圖案(array patterns)區(qū)與復(fù)數(shù)個(gè)輔助圖案(assist patterns)，上述輔助圖案是設(shè)置于該數(shù)組圖案區(qū)內(nèi)且其中各輔助圖案與其上方及下方的兩數(shù)組圖案等距，并使上述輔助圖案的長(zhǎng)度與上述數(shù)組圖案的寬度相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少透鏡像差與圖案移位的光罩，其特征在于該透光基底是一石英基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少透鏡像差與圖案移位的光罩，其特征在于該透光基底是一氟化鈣基底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少透鏡像差與圖案移位的光罩，其特征在于該遮光層是一鉻金屬層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少透鏡像差與圖案移位的光罩，其特征在于該遮光層的厚度大體介于150-200奈米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可減少透鏡像差與圖案移位的光罩，其特征在于上述輔助圖案的寬度大體介于60-80奈米。
7.一種可減少透鏡像差與圖案移位的方法，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，于該半導(dǎo)體基底上覆蓋有一光阻層；借由該光罩在該光阻層中形成圖案，其中該光罩具有一數(shù)組圖案區(qū)與復(fù)數(shù)個(gè)輔助圖案，上述輔助圖案是設(shè)置于該數(shù)組圖案區(qū)內(nèi)且其中各輔助圖案與其上方及下方的兩數(shù)組圖案等距，并使上述輔助圖案的長(zhǎng)度與上述數(shù)組圖案的寬度相等；以上述圖案化光阻為罩幕，進(jìn)行一蝕刻步驟以在該半導(dǎo)體基底中形成一數(shù)組溝槽(array trench)區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可減少透鏡像差與圖案移位的方法，其中該半導(dǎo)體基底是為一硅基底。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可減少透鏡像差與圖案移位的方法，其中上述輔助圖案的寬度大體介于60-80奈米。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可減少透鏡像差與圖案移位的方法，其中借由該光罩在該光阻層中形成圖案時(shí)，實(shí)質(zhì)上該輔助圖案在光阻層上并不產(chǎn)生額外圖案。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可減少透鏡像差與圖案移位的方法，于蝕刻后，所得的數(shù)組圖案間的線寬差異與未設(shè)置上述輔助圖案光罩所得的數(shù)組圖案間的線寬差異比較，大體減少40％-60％。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可減少透鏡像差與圖案移位的方法，于蝕刻后，造成的圖案移位情形與未設(shè)置上述輔助圖案光罩造成的圖案移位情形比較，大體減少40％-80％。
全文摘要
一種可減少透鏡像差與圖案移位的光罩，包括一透光基底與一遮光層，遮光層設(shè)置于透光基底上，具有一數(shù)組圖案區(qū)與復(fù)數(shù)個(gè)輔助圖案，輔助圖案是設(shè)置于數(shù)組圖案區(qū)內(nèi)且其中各輔助圖案與其上、下方的兩數(shù)組圖案等距，并使輔助圖案的長(zhǎng)度與數(shù)組圖案的寬度相等。一種可減少透鏡像差與圖案移位的方法，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基底，于該半導(dǎo)體基底上覆蓋一光阻層，借由一光罩在光阻層中形成圖案，各圖案與其上、下方的兩數(shù)組圖案等距，并使圖案的長(zhǎng)度與數(shù)組圖案的寬度相等，以圖案化光阻為罩幕，進(jìn)行一蝕刻步驟以在該半導(dǎo)體基底中形成一數(shù)組溝槽區(qū)。依照本發(fā)明的光罩與方法，可使數(shù)組圖案間的關(guān)鍵尺寸獲得較佳的一致性，且能有效減少圖案移位的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1549053SQ0313130
公開(kāi)日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2003年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者吳元薰 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司