專利名稱：光罩及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于半導(dǎo)體制程中的曝光系統(tǒng)的光罩及其制作方法，特別是涉及光
罩圖案的遮光區(qū)。
背景技術(shù)：
隨著科技的進步，半導(dǎo)體組件的制造技術(shù)一日千里，其中微影技術(shù)扮演著重要的 角色，只要關(guān)于圖形上的定義(patterning)，均需要使用微影技術(shù)，而隨著組件尺寸持續(xù)縮 小，微影技術(shù)已成為半導(dǎo)體制程的最大瓶頸，若是無法加以突破，半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展將受到 阻礙。 根據(jù)雷利準(zhǔn)則(Rayleigh criterion)，光學(xué)系統(tǒng)所能夠分辨出的最小寬度(相當(dāng) 于分辨率)，與光的波長(A)成正比而與數(shù)值孔徑(NA)成反比，因此當(dāng)使用較短波長的光 源或是數(shù)值孔徑(NA)較大的透鏡時，理論上可提高解析能力，以獲得較小的線寬，但卻必 須考慮聚焦深度(D印th ofFocus，D0F)變小的問題及其它因素。目前在微影制程中常用的 分辨率增強技術(shù)(Resolution Enhancement Technology, RET)，包括離軸照明(Off-Axis Illumination,0AI)，相偏移光罩(Phase Shift Mask，PSM)，以及光學(xué)鄰近修正術(shù)(Optical Proximity Correction, 0PC)等等。 當(dāng)線寬尺寸逼近光波長時，光線穿過光罩后會產(chǎn)生衍射效應(yīng)(diffraction effect)，這些衍射光迭加的結(jié)果會與光罩上的圖形相去甚遠(yuǎn)，曝光后的圖形因而嚴(yán)重失 真，而OPC技術(shù)則將衍射效應(yīng)考慮進去，以補償曝光后圖形的失真。經(jīng)過修改光罩上的圖 形，可以使產(chǎn)生的衍射光在迭加后能得到符合實際要求的圖形與線寬。然而此方法會帶來 一些缺點，例如使光罩的復(fù)雜性倍增，進而提高了整個制程的成本。 此外，當(dāng)來到45納米或者是更細(xì)微的制程發(fā)展時，采用超紫外線光(EUV)作為新 的光源，雖然不再需要搭配0PC或其它RET技術(shù)，但其以鉬和硅在玻璃上進行40層涂布的 光罩基底成本高昂，以及光罩基底能否達到零缺陷的能力也是一大考驗。

發(fā)明內(nèi)容
申請人:鑒于現(xiàn)有技術(shù)的光微影制程中確實存在亟待克服的難題，于是經(jīng)悉心試驗 與研究，并本著鍥而不舍的精神，終于構(gòu)思出本發(fā)明-一種光罩以及其設(shè)計方法，以克服前 述的諸多缺失。 本發(fā)明的目的在于提供一種光罩，其包含一透光區(qū)以及一遮光區(qū)，其中該遮光區(qū) 包含多個光子晶胞，每一個該光子晶胞具有正六邊形的受光面，且多個該光子晶胞的晶格 常數(shù)與光源的波長的比值為一特定值，從而該光源無法通過該遮光區(qū)。 根據(jù)上述構(gòu)想，該特定值被設(shè)定在多個該光子晶胞的光子頻隙內(nèi)；此外，該晶格常 數(shù)為該正六邊形的邊長。 根據(jù)上述的構(gòu)想，每一個該光子晶胞由一第一電介質(zhì)以及一第二電介質(zhì)所構(gòu)成， 該第一電介質(zhì)與該第二電介質(zhì)的介電常數(shù)不相同；該第一電介質(zhì)為多個圓柱體，且每一圓柱體具有一圓形受光面，而每一光子晶胞中包含兩個圓柱體，且兩個該圓柱體的兩個該圓 形受光面的圓心之間的距離等于該晶格常數(shù)。 根據(jù)上述的構(gòu)想，該光源可為一橫電場波(TE wave)或一橫磁場波(TM wave)，且 該特定值可設(shè)在0. 4088至0. 4322之間，或是在0. 4886至0. 5364之間。此外，該光源還可 為一超紫外線光(EUV)。 根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第一電介質(zhì)為硅或金屬，該第二電介質(zhì)為空氣；在實際應(yīng)
用上任何可用來構(gòu)成光子晶體的介電材料相互搭配后，均可應(yīng)用于本發(fā)明。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種光罩，該光罩包含一具有表面的光罩基板，以及
一設(shè)置在該表面的遮光區(qū)。其中該遮光區(qū)由多個光子晶胞以六角形的晶格形狀排列而成。 根據(jù)上述的構(gòu)想，多個該光子晶胞以正六角晶格排列并形成圓柱系統(tǒng)；此外，每一
光子晶胞內(nèi)包含兩個圓柱體，且兩個該圓柱體的圓心間的距離與該六角形的邊長相等。 根據(jù)上述的構(gòu)想，本發(fā)明所提供的光罩應(yīng)用于半導(dǎo)體組件的微影制程，其中該透
光區(qū)或該遮光區(qū)形成待移轉(zhuǎn)至該半導(dǎo)體組件的電路圖案。 本發(fā)明的又一目的在于提供一種光罩制作方法，該方法包含下列步驟
提供一光罩基板； 將該光罩基板的表面劃分為一透光區(qū)以及一遮光區(qū)；以及 設(shè)置多個光子晶胞在該遮光區(qū)，其中每一個該光子晶胞具有六角形的晶格形狀。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該六角形晶格的邊長與光源的波長的比值被設(shè)定在多個該光子 晶胞的光子頻隙內(nèi)，從而該光源無法通過該遮光區(qū)。 綜上所述，本發(fā)明以光子晶體作為光罩的遮光區(qū)，并且利用不同介電材料搭配而 成的六角形光子晶胞，以形成無論是TE波或TM波均無法通過的光子晶體遮光區(qū)。如此以 來，即使組件尺寸持續(xù)縮小，也無須再擔(dān)心衍射效應(yīng)造成圖形失真的問題，進而克服現(xiàn)有技 術(shù)中因OPC等修正技術(shù)所造成的制程復(fù)雜與高成本等的缺失。 通過下列的附圖及具體實施例的詳細(xì)說明，能夠?qū)Ρ景l(fā)明得到更深入的了解。


圖1是本發(fā)明的光罩的一實施例的示意圖；
圖2是圖1的光罩的遮光區(qū)的部分放大圖；
圖3是圖2的光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)圖；及
圖4是本發(fā)明的光罩制作方法的實施例流程圖。
具體實施例方式
請參考圖l，其為本發(fā)明的光罩的實施例示意圖，該光罩1包含透光區(qū)2以及遮光 區(qū)3，其中該遮光區(qū)3由多個光子晶胞30所構(gòu)成，如圖1所示，每一個該光子晶胞30具有一 正六邊形的受光面，且該正六邊形的邊長即為多個該光子晶胞30所構(gòu)成的光子晶體的晶 格常數(shù)(a)，當(dāng)此光罩l應(yīng)用于半導(dǎo)體組件的微影制程時，只要將該晶格常數(shù)(a)與光源的 波長(A)的比值設(shè)定在該光子晶體的光子頻隙(photonic band g鄰)內(nèi)，該光源即無法通 過由多個該光子晶胞30所構(gòu)成的該遮光區(qū)3。 在上述實施例中，該遮光區(qū)3配置以形成待移轉(zhuǎn)至組件的電路圖案，當(dāng)然也可作為非電路圖案的部分，所述組件通常為半導(dǎo)體組件，例如集成電路(IC)芯片；此外，當(dāng)在 微影制程中使用本發(fā)明所提供的光罩1時，這種由六角晶格所構(gòu)成的光子晶體，可經(jīng)由不 同介電材料的配置與尺寸設(shè)計而產(chǎn)生TE波與TM波的共通頻隙(common frequency band g即)，因此只要將晶格常數(shù)(a)與該光源的波長(A)的比值設(shè)定在該共通頻隙內(nèi)，不需再 調(diào)整極化方向，無論是TE波或TM波均無法通過該遮光區(qū)3。 請參考圖2，其為圖1的遮光區(qū)3的部分放大圖，其包含多個六角晶格狀的光子晶 胞30，每一光子晶胞30包含第一電介質(zhì)301和第二電介質(zhì)302，該第一電介質(zhì)301為多個 圓柱體，而第二電介質(zhì)302圍繞第一電介質(zhì)301以形成受光面為正六邊形的每一光子晶胞 30。如圖2所示，每一光子晶胞30內(nèi)包含兩個由第一電介質(zhì)301所形成的圓柱體，且每一 圓柱體各自具有圓形受光面；在此實施例中，每一光子晶胞30內(nèi)的兩個圓柱體的兩個圓形 受光面的圓心之間的距離，與該正六邊形的邊長a相等，且該正六邊形的邊長a即為由多個 光子晶胞30所組成的光子晶體的晶格常數(shù)；當(dāng)該晶格常數(shù)a與特定光源的波長A的比值 為一特定值時，該特定光源即無法通過多個該光子晶胞30。 接著說明該特定值的設(shè)計方式。設(shè)第一電介質(zhì)的介電常數(shù)為、且第二電介質(zhì) 的介電常數(shù)為^，圓柱體的圓形受光面的半徑為ra，利用馬克斯威爾方程式(Maxwell' s Equations)整理得出電場(E)與磁場(H)的波動方程式，并結(jié)合布洛赫定理，以平面波展開 法(Plane Wave ExpansionMethod)經(jīng)計算后便可求得光子晶體的光子頻帶圖(photonic frequencyband diagram)，相關(guān)i十算式如下
<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 5</formula>
<formula>formula see original document page 5</formula> 其中，G表示倒晶格向量(reciprocallattice vector) ， f表示體積分率(volume fraction) ， K(G)表不結(jié)構(gòu)因子(structure factor)。
將上列方程式代入下列公式中 <formula>formula see original document page 5</formula>
系式<formula>formula see original document page 5</formula>
再利用平面波展開法與3n的傅立葉轉(zhuǎn)換(Fourier transfer)，得出下列分散關(guān)<formula>formula see original document page 5</formula>
^
1for
_^
0for-A
人
J(^7) +》^(0。)[2cos(
s6 O。 其中，w表示頻率，c表示光速，k表示波數(shù)，E表示電場，H表示磁場。
利用上述原理和公式即可獲得光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)圖。 請參考圖3，其為本發(fā)明的多個光子晶胞30的一實施例所構(gòu)成的光子晶體的能帶 結(jié)構(gòu)圖，在此實施例中，設(shè)定圓形受光面的半徑ra與晶格常數(shù)a的比例為ra/a = 0. 2875， e a = 13. 0，以及e b = 1. 0，即可利用上述原理和公式得到具有對TE波和TM波的共通頻隙 區(qū)域的能帶結(jié)構(gòu)。如圖3所示，圖中出現(xiàn)了兩個空白區(qū)間，即a/A = 0. 4088至0. 4322之 間，以及O. 4886至O. 5364之間的區(qū)域，這表明當(dāng)晶格常數(shù)a與特定光源的波長A的比值 設(shè)定在0. 4088至0. 4322之間，或是在0. 4886至0. 5364之間時，TE波和TM波均無法通過 由多個光子晶胞30所構(gòu)成的遮光區(qū)3。 在上述實施例中，第一電介質(zhì)301為硅或金屬等具有自然晶格排列的材料，以圓 柱體形狀周期性地排列在光罩基板表面而形成正六角晶格的光子晶體，而該第二電介質(zhì) 302則為空氣。然而在實際應(yīng)用上，只要是兩種具有不同介電常數(shù)的材料經(jīng)過周期性地排 列并形成具有光子頻隙的六角晶格光子晶體時，便可作為本發(fā)明的光罩1的遮光區(qū)3。此 外，光源在現(xiàn)今的半導(dǎo)體制程中，多為紫外線光束，而本發(fā)明的光罩將可應(yīng)用于使用超紫外 線光(EUV，波長約為13.4納米)的微影制程中。 請參考圖4，其為本發(fā)明的光罩制作方法的實施例流程圖，該方法包含以下步驟 步驟41、提供一光罩基板，該光罩基板為例如石英玻璃； 步驟42、接著將該光罩基板的表面劃分為透光區(qū)以及遮光區(qū)； 步驟42也就是光罩上的待轉(zhuǎn)移圖案(Pattern)的設(shè)計，例如將待轉(zhuǎn)移至IC芯片
的電路圖案設(shè)計為光罩上遮光區(qū)的部分， 步驟43、接著在該遮光區(qū)設(shè)置多個光子晶胞，其中每一個該光子晶胞具有六角形 的晶格形狀，也就是以正六角晶格排列介電材料，以形成圓柱系統(tǒng)的光子晶體，并使用此類 型的光子晶體作為光罩的遮光區(qū)。 在上述實施例中，作為遮光區(qū)的光子晶體具有晶格常數(shù)，當(dāng)該晶格常數(shù)與光源的
波長的比值落在該光子晶體的光子頻隙時，該光源即無法通過該遮光區(qū)。 因此，本發(fā)明的光罩制作方法還可包含下列步驟 步驟40、計算多個該光子晶胞的能帶結(jié)構(gòu)以獲得多個該光子晶胞的光子頻隙。
步驟40可在步驟41至步驟43的任一步驟之前。預(yù)設(shè)光子晶體材料與晶格排列 方式，經(jīng)由步驟40獲得光子頻隙區(qū)域后，即可配合微影制程中預(yù)定使用的光源波長，計算 出適當(dāng)?shù)木Ц癯?shù)以在該遮光區(qū)排列多個該光子晶胞；但在實際應(yīng)用上也可先固定光子晶 體的晶格常數(shù)，再執(zhí)行步驟40計算能帶結(jié)構(gòu)和獲得光子頻隙區(qū)域，并根據(jù)該能帶結(jié)構(gòu)來設(shè) 定微影制程中光源的波長。
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本發(fā)明雖以上述數(shù)個較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技 術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作很多的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍 當(dāng)以后附的權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種光罩，包含一透光區(qū)；以及一遮光區(qū)，其包含多個光子晶胞，且每一所述光子晶胞具有一受光面；其中所述受光面為一正六邊形，且多個所述光子晶胞的晶格常數(shù)與光源的波長的比值為一特定值，從而所述光源無法通過所述遮光區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光罩，其中所述特定值被設(shè)定在多個所述光子晶胞的光子頻 隙內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光罩，其中所述晶格常數(shù)為所述正六邊形的邊長。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光罩，其中每一所述光子晶胞包含 一第一電介質(zhì)；以及一第二電介質(zhì)，其與所述第一電介質(zhì)共同形成每一所述光子晶胞。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光罩，其中所述第一 電介質(zhì)為多個圓柱體，且每一圓柱體具 有圓形受光面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光罩，其中每一光子晶胞包含兩個圓柱體，且所述兩個圓柱 體的兩個圓形受光面的圓心之間的距離等于所述晶格常數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光罩，其中所述光源為橫電場波或橫磁場波。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光罩，其中所述特定值在0. 4088至0. 4322之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光罩，其中所述特定值在0. 4886至0. 5364之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光罩，其中所述第一電介質(zhì)為硅或金屬。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光罩，其中所述第二電介質(zhì)為空氣。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光罩，其中所述光源為超紫外線光。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光罩，其設(shè)置成應(yīng)用于半導(dǎo)體組件的微影制程。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的光罩，其中所述透光區(qū)或所述遮光區(qū)形成待移轉(zhuǎn)至所述半 導(dǎo)體組件的電路圖案。
15. —種光罩，包含 一光罩基板，其具有一表面；以及一遮光區(qū)，其設(shè)置在所述表面，其中所述遮光區(qū)由多個光子晶胞以六角形的晶格形狀 排列而成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的光罩，其中多個所述光子晶胞以正六角晶格排列并形成圓 柱系統(tǒng)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的光罩，其中所述每一光子晶胞內(nèi)包含兩個圓柱體。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的光罩，其中所述兩個圓柱體的圓心間的距離與所述六角形 的邊長相等。
19. 一種光罩制作方法，包含下列步驟 提供一光罩基板；將所述光罩基板的表面劃分為一透光區(qū)以及一遮光區(qū)；以及在所述遮光區(qū)設(shè)置多個光子晶胞，其中所述每一光子晶胞具有六角形的晶格形狀。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的光罩制作方法，其中所述六角形的邊長與光源的波長的比 值被設(shè)定在多個所述光子晶胞的光子頻隙內(nèi)，從而所述光源無法通過所述遮光區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種光罩及其制作方法，該光罩包含一透光區(qū)以及一遮光區(qū)，其中該遮光區(qū)包含多個光子晶胞，每一個該光子晶胞具有一正六邊形的受光面，且多個該光子晶胞的晶格常數(shù)與光源的波長的比值為一特定值，從而該光源無法通過由多個該光子晶胞所組成的遮光區(qū)。
文檔編號G03F1/68GK101738845SQ20081018817
公開日2010年6月16日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者林佳蔚, 黃登煙 申請人:南亞科技股份有限公司