專利名稱：利用相移孔隙的投影式光刻的制作方法
技術領域：
本發(fā)明乃是有關于半導體制造的光學微影制程。特別是，本發(fā)明乃是有關于利用相移孔隙的投影式微影制程中、空間凝像的改善方法及裝置，藉以產(chǎn)生非相干光線(incoherentlight)，進而降低側極大干擾效應形成(sidemaxima formation)導致的效應。
背景技術：
當半導體特征大小持續(xù)縮減至次微米范圍以后，在微影制程期間的光學繞射效應亦會顯得格外明顯。常見的紫外線(UV)曝光工具乃是利用波長193nm、248nm、或365nm的光源。當這類工具用來形成特征大小僅有70nm至350nm的半導體裝置時，光學繞射效應將會變得相當明顯、并且產(chǎn)生影響這個半導體裝置表面的印刷圖案干擾。
一個干擾效應特別嚴重的區(qū)域通常會具有彼此正交的圖案。這些干擾效應會降低這個空間凝像的品質，進而限制這個微影制程窗口的分辨率。特別是，這些干擾效應會發(fā)生在數(shù)組類型圖案的邊緣，其中，線路可能會更輕易地合并或降落在這些區(qū)域中。特別是，這些干擾效應可能會在一個半導體晶圓的圖案印刷程序中，呈現(xiàn)側極大干擾效應(side maxima)，進而對這個印刷圖案造成負面影響。
已知，習知技術已經(jīng)提出多種方法，藉以改善整體的圖案分辨率。部分的習知技術方法乃是利用離軸(off-axis)照射或相移光罩。離軸(off-axis)照射乃是重新聚焦部分光線，其通常會被繞射到投影線路的外部，藉以增加整體的圖案分辨率。相移光罩則是平移光束的相位，藉以產(chǎn)生在不同特征間具有相差的非相干光線。如此，這些特征的分辨率便可以改善。然而，本發(fā)明會進一步改善正交導向特征的微影成像品質，其只需要應用先前所述的習知技術方法。另外，本發(fā)明亦是成本較低的方法，其不僅簡單、并且亦不需要改變現(xiàn)有的微影光學裝置或設備。

發(fā)明內容
一種改善正交導向特征的微影成像品質的低成本及簡易方法乃是利用本發(fā)明的較佳實施例達成，其具有一個具有光傳導區(qū)域的平板，藉以提供改善成像品質的相移。在一個較佳實施例中，這個平板會具有第一不透明區(qū)域，位于這個平板的中央，及第二不透明區(qū)域，形成在這個平板的外緣。這個第一不透明區(qū)域及這個第二不透明區(qū)域可以在兩者間定義一個環(huán)狀區(qū)域。這個環(huán)狀區(qū)域乃是光傳導的、并且具有第一光傳導區(qū)域，藉以對穿透光線施予第一相移，及第二光傳導區(qū)域，藉以對穿透光線施予第二相移。
另外，本發(fā)明亦揭露一種方法，藉以在一個半導體晶圓表面進行光學微影，進而附加一個圖案。這種方法包括下列步驟，亦即利用一個電阻層被覆這個半導體晶圓；提供一個相干光線照射光源；及將這個照射光源的光線穿透一個孔隙，這個孔隙會在其中央具有一個不透明區(qū)域、并具有第一光傳導區(qū)域，藉以對穿透光線施予第一相移，及第二光傳導區(qū)域，藉以對穿透光線施予第二相移。另外，這種方法更包括下列步驟，亦即將這個非相干光線穿透一個光罩，這個光罩會在表面形成一個圖案、并在這個非相干光線穿透這個光罩后，利用這個非相干光線照射這個電阻層。
本發(fā)明較佳實施例的一個優(yōu)點乃是這種方法可以提供一種較符合成本效益的方法，藉以改善正交導向特征的分辨率。
本發(fā)明較佳實施例的另一個優(yōu)點乃是這種方法并不需要改變現(xiàn)有的微影光學裝置。


本發(fā)明的上述及其它優(yōu)點將會配合所附圖式，利用較佳實施例詳細說明如下，其中第1圖表示一種習知技術裝置，用以進行光學微影制程，進而形成半導體基底表面的圖案特征；第2a圖表示光罩特征的較佳實施例；第2b及2c圖表示光學繞射及得到的側極大干擾效應(side maxima)；第3圖表示本發(fā)明的第一較佳實施例；第4圖表示一種系統(tǒng)，其系利用本發(fā)明較佳實施例的方法，進行光學微影制程，進而在半導體基底表面形成圖案特征；第5a及5b圖表示圖案特征的圖案光柵；第6圖表示具有側極大干擾效應(side maxima)及相干及非相干重疊的強度曲線；以及第7及8圖表示本發(fā)明的其它較佳實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明較佳實施例的制造及使用將詳細說明如下。不過，熟習此技術者應明白本發(fā)明乃是提供許多可應用的先進概念，其可以利用各種特定方式加以實施。因此，以下所述的特定較佳實施例僅是以特定方式介紹本發(fā)明的制造及使用，而不是用來限定本發(fā)明的范圍。
第1圖系表示一種習知技術的光學微影裝置10。這種光學微影裝置10會具有一個光源2、一個光罩8、一個聚焦透鏡9、及一個感光層(一個光阻層)4，形成在一個半導體晶圓6或類似基底的表面。首先，將這個光源2的光線穿透這個光罩8，藉以在這個光阻層4表面形成圖案，其中，這個光罩8表面會形成欲轉移的圖案。接著，在照射這個光阻層4以前，將這個光線穿透這個聚焦透鏡9。不過，穿透這個光罩8的光線卻會遭受干擾效應，并自這個光源2產(chǎn)生光線繞射13。
當這個光源2照射這個光罩8的時候，這個光罩8的上平面17將會形成一個圓形照射圖案。這個餅圖案乃是表示在第2a圖中、這個上平面17的俯視圖。對于正交特征而言，與軸線22平行的光線可以定義如同第一特征24的特征。另外，與軸線26平行的光線則可以定義如同第二特征28(與第一特征24鉛直)的特征。不過，當這個光源2照射這個光罩8的時候，由這個光罩通過的光線，其系定義這個光罩表面的第一特征24及第二特征28，亦可能會繞射，如第2b圖所示。這個圖式符號m乃是表示繞射的階度。舉例來說，0階乃是表示沒有繞射，而部分繞射階度則是利用沿著x軸的遞增(這些遞增可以指定為正數(shù)或負數(shù)，藉以參考其相對y軸的位置)來表示。這些光線的繞射會導致具有某個給定強度的側極大干擾效應(side maxima)15，如第2c圖所示。這個側極大干擾效應(side maxima)15將會降低想要圖案的對比性，進而減低想要的圖案分辨率。另外，當?shù)谝惶卣?4及第二特征28的側極大干擾效應(side maxima)15發(fā)生重疊的時候，這個側極大干擾效應(side maxima)15亦會相干地彼此相加，并進一步降低想要圖案的對比性。
第3圖系表示本發(fā)明孔隙的第一較佳實施例，藉以降低光線繞射所導致的重疊側極大干擾效應(side maxima)。這個平板50會具有第一不透明區(qū)域54，其乃是一個基本上圓形的區(qū)域，位在這個平板50的中央。第二不透明區(qū)域56則會形成在這個平板50的第一不透明區(qū)域54及這個平板50的外緣52中間。藉此，一個環(huán)狀區(qū)域58便可以利用第一不透明區(qū)域54及第二不透明區(qū)域56，形成在這個平板50周圍。這個環(huán)狀區(qū)域58會分別切割為第一區(qū)段60、第二區(qū)段62、第三區(qū)段64、及第四區(qū)段66。這些光傳導區(qū)段乃是變動這個孔隙材料的厚度以形成，藉以如先前所述地施予想要的相移。
第一區(qū)段60及第二區(qū)段62乃是彼此相對、且最好能夠基本上鉛直導向。第一區(qū)段60及第二區(qū)段62具有第一厚度t1、并進行設定以對穿透第一區(qū)段60及第二區(qū)段62的光線施予第一相移θ1。另外，第三區(qū)段64及第四區(qū)段66亦是彼此相對、且最好能夠基本上水平導向。第三區(qū)段64及第四區(qū)段66則具有第二厚度t2、并進行設定以對穿透第三區(qū)段64及第四區(qū)段66的光線施予第二相移θ2。第一相移θ1并不會等于第二相移θ2，因此會產(chǎn)生一個相差θΔ。這個相差θΔ最好能夠介于45度至315度之間，且最好能是在180度附近。熟習此技術者應明白這個相差θΔ亦可以視需要進行調整，藉以產(chǎn)生最佳的圖案分辨率。
在這個較佳實施例中，厚度t1及t2會在0.1mm至1.0mm的等級內、并且具有一個厚度差異ABS(t1-t2)，其乃是這個照射光源2的發(fā)射光線的1/(2nref)波長(其中，nref乃是這個平板50材料的折射率)。利用這種方法，這個最佳相移差異，相對于穿透第三區(qū)段64及第四區(qū)段66的光線，便可以施予穿透第一區(qū)段60及第二區(qū)段62的光線。
操作上，本發(fā)明的較佳實施例乃是實施為第4圖所示裝置的一個孔隙50。這個孔隙50乃是用來提供離軸(off-axis)照射。在離軸(off-axis)照射中，第n階光線，無論正負，均可以用來改善圖案特征的分辨率。需要注意的是，位于或接近y軸的光線13會利用這個孔隙50的不透明區(qū)域54阻擋。這個孔隙50中、較接近這個外緣52的光線(如第3圖所示)則會利用這個孔隙50的環(huán)狀不透明區(qū)域56阻擋。只有穿透這個環(huán)狀區(qū)域58(包括第一區(qū)段60、第二區(qū)段62、第三區(qū)段64、及第四區(qū)段66)的光線會穿透并照射在這個光罩8表面。另外，這些光線會以某個角度，如圖中所示，照射在這個光罩8表面。以遠離y軸的角度σ照射這個光罩8表面，通常會繞射至這個聚焦透鏡9外部的光線便可以穿透這個孔隙130，進而到達這個聚焦透鏡9。需要注意的是，利用一個環(huán)狀開口區(qū)域58，離軸(off-axis)照射便可以用在這個光罩8表面的任何特征，無論這個特征的導向為何(亦即鉛直、水平、或與鉛直或水平呈某個角度)。另外，這個孔隙130的環(huán)狀區(qū)域58亦可以得到任何正交特征的改善分辨率，因為這個環(huán)狀區(qū)域周圍、任何方向的正負第n階光線均可以利用這個聚焦透鏡9捕捉到。
雖然這個圖案分辨率可以借著這個環(huán)狀區(qū)域58的繞射光線捕捉加以改善，但是，正交特征間的圖案分辨率仍然可以進一步改善。這四個區(qū)段60、62、64、及66，如先前所述，所引進的相差θΔ乃是改善正交線路的圖案分辨率，其乃是讓穿透這個光罩8的不同特征的光線能夠非相干地重疊。對于相干目標照射而言，這個目標的所有點均會具有固定相位關系的波幅。當這些相位逐點獨立變動的時候，這個照射乃是非相干的。引進這個相差θΔ，這個光線照射便會變成非相干的，且這個圖案分辨率亦可以降低先前所述的側極大干擾形成(side maxima formation)效應，獲得進一步的改善。
第6圖系表示具有利用相干光線及非相干光線照射的特征的重疊側極大干擾效應(side maxima)的光線強度曲線。第一強度曲線乃是利用曲線120表示。曲線120乃是表示光罩特征在水平方向的光線強度，諸如第5a圖的特征104所示。曲線122乃是表示鉛直光罩特征的強度曲線，諸如第第5b圖所示的特征110。熟習此技術者當明白在實際情況中，特征104及特征110均會形成在相同的光罩表面。降低影像對比性(亦即正交線路間的對比性)的失真或側極大干擾效應(side maxima)乃是利用曲線124及126表示。這個側極大干擾效應(side maxima)會以自然相干方式重疊。換句話說，這兩個特征(水平及鉛直)的光波特性均會相同。這個相干重疊乃是利用曲線124表示。數(shù)學上，這個重疊強度會正比于(E1+E2)2，其中，E乃是表示這個光波電場的振幅。
當利用本發(fā)明的時候，借著在基本上鉛直折射的光線及基本上水平折射的光線間附加一個相移，這類鉛直及水平導向特征的側極大干擾效應(side maxima)便可以利用非相干方式重復，如曲線126所示。如圖中所示，這個側極大干擾效應(side maxima)將可以大幅縮小，進而大幅改善這個圖案分辨率。這個非相干重復會等于I1+I2，其正比于(E12+E22)。如此，在側極大干擾效應(side maxima)重疊的區(qū)域中，光學強度便可以縮小(雖然無法完全去除)，藉以改善對比性及圖案分辨率。
較佳實施例的孔隙設計及制造將進一步詳細說明如下。如先前所述，孔隙50最好能夠利用石英玻璃形成，雖然利用具有類似光學特性的其它光學質料亦可以用來取代石英玻璃。較佳者，這個孔隙的厚度通常會介于0.01cm及0.1cm之間，且直徑通常會介于0.3cm及3cm之間。另外，不透明區(qū)域54及56則是將一個薄鉻被覆層或其它已知的光學阻擋層被覆在這個平板50的上表面、并利用已知的光學微影技術定義圖案以形成。
這些區(qū)段60、62、64、66最好能夠利用機械研磨法或蝕刻技術，將這個平板50研磨至想要的深度以達成?；蛘?，這些區(qū)段60、62、64、66亦可以利用光學兼容被覆，生長至想要的厚度。在這個較佳實施例中，這些區(qū)段60、62、64、66乃是利用蝕刻技術形成。
第7圖系表示本發(fā)明的另一個較佳實施例。第7圖系表示一個平板128，其具有一個基本上圓形的第一不透明區(qū)域130，位于這個平板128的中央，及第二不透明區(qū)域132，沿著這個平板128的外緣134的直徑設置。第一不透明區(qū)域130及第二不透明區(qū)域132會形成一個環(huán)狀開口136。在這個環(huán)狀開口136內部，四個不透明區(qū)段138會交替地設置在四個光傳導區(qū)段140間。這四個不透明區(qū)段138分別具有第一邊緣142及第二邊緣144。各個不透明區(qū)段138的第一邊緣142乃是利用這個環(huán)狀開口136的第一邊緣146形成。各個不透明區(qū)段138的第二邊緣144會無接縫地整合至第二不透明區(qū)段132。第四不透明區(qū)段138的第三邊緣148及第四邊緣150則會形成這四個光傳導區(qū)段140的相鄰邊緣。
在這個例子中，這個孔隙中、彼此相對的光傳導區(qū)段140會具有相同的厚度，而鄰近傳導區(qū)段則會具有平板，其厚度差異等于這個照射光源2的1/(2nref)發(fā)射光線波長(nref乃是這個平板128材料的折射率)。
第8圖系表示本發(fā)明的另一個較佳實施例。在這個較佳實施例中，離軸(off-axis)照射并不是利用環(huán)形段落開口(諸如區(qū)段140)，而是利用圓形開口150。這些圓形開口的材料厚度則會與環(huán)形段落開口，如先前所述，的材料厚度類似。
雖然本發(fā)明已利用較佳實施例進行詳細說明，但是，這些較佳實施例的說明卻不是用來限定本發(fā)明的范圍。熟習此技術者，在參考本發(fā)明說明后，應能夠對本發(fā)明的較佳實施例及其它實施例進行各種變動及組合。因此，本發(fā)明的保護范圍應以下列權利要求的范圍為準，其將會包含上述各種變動或各種實施例。
權利要求
1.一種投影式微影制程的平板，其包括一第一不透明區(qū)域，位于該平板之中央；以及一第二不透明區(qū)域，形成在該平板之一外緣，該第一及該第二不透明區(qū)域系在兩者間定義一環(huán)狀區(qū)域，該環(huán)狀區(qū)域系光傳導的、且具有一第一光傳導區(qū)域，其系對穿透光線施予一相移，及一第二光傳導區(qū)域，其系對穿透光線施予一第二相移。
2.如權利要求1所述的平板，其中，該第一光傳導區(qū)域系包括兩相對區(qū)域，該兩相對區(qū)域系基本上鉛直導向、且位于該環(huán)狀區(qū)域之相對部分。
3.如權利要求1所述的平板，其中，該第二光傳導區(qū)域系包括兩相對區(qū)域，該兩相對區(qū)域系基本上水平導向、且位于該環(huán)狀區(qū)域之相對部分。
4.如權利要求1所述的平板，其中，該第二相移及該第一相移之差異系介于45度及315度之間。
5.如權利要求4所述的平板，其中，該第二相移及該第一相移之差異系180度。
6.如權利要求1所述的平板，其中，該第一光傳導區(qū)域系具有一第一厚度，該第二光傳導區(qū)域系具有一第二厚度，且該第一光傳導區(qū)域及該第二光傳導區(qū)域之一厚度差異系等于一照射光源之1/(2nref)波長。
7.一種投影式微影制程的平板，其包括一不透明區(qū)域；以及一第一、一第二、一第三、及一第四光傳導區(qū)域，形成在該平板之周邊，該第一及該第二光傳導區(qū)域系基本上鉛直導向及相對設置、且對穿透光線施予一第一相移，該第三及該第四光傳導區(qū)域系基本上水平導向及相對設置、且對穿透光線施予一第二相移。
8.如權利要求7所述的平板，其中，該第二相移及該第一相移之差異系介于45度及315度之間。
9.如權利要求8所述的平板，其中，該第二相移及該第一相移之差異系180度。
10.如權利要求7所述的平板，其中，該第一及該第二光傳導區(qū)域系具有一第一厚度，該第三及該第四光傳導區(qū)域系具有一第二厚度，且該第一及該第二光傳導區(qū)域與該第三及該第四光傳導區(qū)域之一厚度差異系等于一照射光源之1/(2nref)波長。
11.一種孔隙平板，用于一微影制程系統(tǒng)，其包括一平板，具有一不透明區(qū)域，位于該平板之中央；一第一光傳導區(qū)域；一第二光傳導區(qū)域，其基本上相對于該第一光傳導區(qū)域；一第三光傳導區(qū)域；以及一第四光傳導區(qū)域，其基本上相對于該第三光傳導區(qū)域；其中，穿透該第三及該第四光傳導區(qū)域之光線系由穿透該第一及該第二光傳導區(qū)域之光線相移一相位差。
12.如權利要求11所述的孔隙平板，更包括一第二不透明區(qū)域，沿著該平板之一外緣，其中，該不透明區(qū)域及該第二不透明區(qū)域系在兩者間定義一環(huán)狀區(qū)域。
13.如權利要求11所述的孔隙平板，其中，該第一、該第二、該第三、及該第四光傳導區(qū)域系形成于該光傳導環(huán)狀區(qū)域內。
14.如權利要求11所述的孔隙平板，其中，該平板系利用玻璃形成。
15.如權利要求11所述的孔隙平板，其中，該不透明區(qū)域系包括一鉻膜。
16.如權利要求11所述的孔隙平板，其中，該第一及該第二光傳導區(qū)域系具有一第一厚度，且該第三及該第四光傳導區(qū)域系具有一第二厚度。
17.一種投影式微影制程系統(tǒng)，其包括一照射光源；一光罩，具有一圖案，形成于該光罩表面；一聚焦透鏡，相鄰該光罩、且校準以利用穿透該光罩之光線照射；以及一孔隙，包括一平板；一不透明區(qū)域，基本上位于該平板之中央；以及一第一光傳導區(qū)域，藉以對穿透光線施予一第一相移，及一第二光傳導區(qū)域，藉以對穿透光線施予一第二相移。
18.如權利要求17所速的系統(tǒng)，其中，該第一光傳導區(qū)域系具有一第一及一第二區(qū)段，該第一及該第二區(qū)段系基本上鉛直校準、并在該平板上基本上彼此相對，且其中，該第二光傳導區(qū)域系具有一第三及一第四區(qū)段，該第三及該第四區(qū)段系基本上水平校準、并在該平板上基本上彼此相對。
19.如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中，該第一相移或該第二相移系0度。
20.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中，該第一相移與該第二相移之差異系介于45度至315度之間。
21.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中，該孔隙系包括一環(huán)狀孔隙，且該第一及該第二光傳導區(qū)域系形成于該孔隙之一光傳導環(huán)狀區(qū)域內。
22.一種微影制程方法，用以附加一圖案于一半導體晶圓表面，其包括下列步驟利用一電阻層被覆該半導體晶圓；提供一相干光之照射光源；將該照射光源之光線穿透一孔隙，藉以推導該照射光源之非相干光線，該孔隙系在其中央具有一不透明區(qū)域、并具有一第一光傳導區(qū)域，藉以對穿透光線施予一第一相移，及一第二光傳導區(qū)域，藉以對穿透光線施予一第二相移；將該非相干光線穿透一光罩，該光罩系具有一圖案，形成在該光罩表面；以及在該非相干光線穿透該光罩以后，利用該非相干光線照射該電阻層。
23.如權利要求22所述的方法，其中，該第一相移是0度。
24.如權利要求22所述的方法，其中，該第一相移及該第二相移的差異是介于45度及315度之間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于投影式微影制程的平板50，其具有第一不透明區(qū)域54，位于這個平板50的中央，及第二不透明區(qū)域56，形成在這個平板50的外緣52。這個第一不透明區(qū)域及這個第二不透明區(qū)域會定義一個光傳導環(huán)狀區(qū)域58。這個環(huán)狀區(qū)域58乃是包括第一光傳導區(qū)域60、62，藉以對穿透光線施予一第一相移，以及第二光傳導區(qū)域64、66，藉以對穿透光線施予一第二相移。
文檔編號H01L21/027GK1483158SQ01821186
公開日2004年3月17日 申請日期2001年11月29日 優(yōu)先權日2000年12月21日
發(fā)明者P·施羅伊德, T·莫諾, P 施羅伊德 申請人:因芬尼昂技術北美公司