TWI306271B - A system and method for lithography in semiconductor manufacturing - Google Patents

Description

1306271 九、發明說明： 相關申請案 。本中請案係關於美國專利巾請案TSMC第2綱_〇632 號（序號未知），標題為「改良疏鬆及緻密孔圖案區中之孔隙 填充均勾度的方法」，其係合併於本案以供參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上是有關於半導體製程，且更特別是有關 於一種半導體製程中之微影方法。 【先前技術】 半導體業開始，已使用微影技術來形成積體電路 的元件。由於«技術之進步’特別是輻射波長的縮短， 因而大大地持續增加可放在晶片上的元件密度。只要元件 的臨界尺度大於用於曝光光阻之輻射波長，則在此技術領 域的發展中就不需要對光罩做任何明顯地改變。 然而，當成像輻射的波長大於臨界尺度時，繞射效應 (雖然總是存在）變為相當明顯，並導致投射的影像產生顯著 失真。此等失真對於影像圖案中之不同特徵元件之間的距 離特別敏感，且通常稱為「近接效應（pr〇ximityeffect)」。 另一種與接近臨界尺度的波長處之微影有關的問題為 聚焦深度（DOF)。特別地，當D〇F小於曝光光阻的厚度時， 影像清晰度將喪失。實務上，由於繞射效應之緣故，所生 成的影像經常變為模糊的圓形。 1306271 菖解析度不重要時，藉由限制入射光進入透鏡中心可 提同DOF ’進而降低光錐的角度，致使聚焦後的光線於留 下模糊的圓形影像之前仍可再進—步地行進。然而，當亦 考量解析度時，此解決方式不再是可接受的。 傳統上，用以提高D〇F之方法已朝向使緻密和疏鬆接 觸孔兩者可以同時聚焦。然而，由於緻密接觸孔之增 加通常造成疏鬆接觸孔之_減低，此#努力时造成未 聚焦的影像。 【發明内容】 因此，本發明之主要目的即係在提供一種可提高 之微影方法。 本發明之另一目的即係在提供一種可使用單一光罩進 行雙重曝光之微影方法。 根據上述之目的，本發明提供一種微影方法，首先提 供一種具有一緻密孔聚焦面及一疏鬆孔聚焦面之光罩，而 此曰曰:圓包含對應的第一及第二晶圓區，接著，用此緻密 孔聚焦面上之一焦點使晶圓曝光，俾於該第一晶圓區中形 成至/ 一緻岔孔影像，然後調整光罩，使光聚於該疏鬆孔 聚焦面上，最後，再以此疏鬆孔聚焦面上之一焦點使該晶 圓曝光，於第二晶圓區中形成至少一疏鬆孔影像。 【實施方式】 應瞭解以下說明書提供許多不同的具體例或實施例 1306271 俾完成本發明之不同特 特试為簡化本說明書，元件及排列 、歹糸°兄明如下°此等當然僅為實施例，且不欲受限於 此。此外，本說明書於哞客眘 ' 今夕實施例中可能重複元件符號及/ ^:母：此種重複係為了簡潔及清楚之目的，且並非本身 、不所之不同具體例及/或結構間之關聯性。 為了平衡針對緻雄、和疏鬆接觸孔之個別，先前可 行的技藝係使用具有雙重曝光之雙光罩。一般而言，第一 光罩用於«接觸孔，而第二光罩則詩疏鬆接觸孔。 然而，於微影製程期間交換光罩是耗成本的。再者， 使用雙光罩亦可能造成覆蓋不準確。 因此，使用單—光罩於雙重曝光以提供所需影像是合 宜的。如以下之推_ + % an , ^步說明，本說明書將揭示一種且有- 或更：聚焦面之單一光罩，俾適應不同曝光。’、一 "月看第1圖，其係緣示一種實施本發明一或更多 例之簡化的微影方法1G。此方法由步驟12開始，首先係提 i、種具有第-及第二聚焦面之光罩。隨後為步驟Η，配 合使用第一聚焦面提供第一曝光於一晶圓，以於第—晶圓 區中形成第-影像，以及隨後之步驟16，配合使用第 焦面提供第二曝光於該晶圓，以於第二晶圓區中形成第L 影像。 一 方法10可用於製造許多半導體裝置，例如記憶體裝置 (包含㈣限於靜態隨機存儲器（SRAM))、邏輯單元（包含但 不限於金屬氧化物半導體場效電晶體_SFET))及/或其他 裝置。方法10從步驟12開始，其中單—光罩中具有複數 1306271 個聚焦面。 接著S青看第2a圖，用於方法1〇的步驟12中之光罩 係為部分經簡化的例示微影系統。於本實施例中，光源2ι 發出光束23，光束23經聚光鏡22聚光。因此，含有圖案 之光罩24均勻地受到經聚光鏡22聚光後之光束27的照 射。通過光罩24後之光束25係先受到投影鏡頭％聚焦後 投影於晶圓28。 接著凊看第2b圖，光罩24可為含有電子電路的顯微 影像之高精密度板。光罩24可包括許多材料，例如石英、 鈉鈣（soda lime)、白冠玻璃及/或其他材料。一般而言，光 罩24的一側可含有一層鉻，且可於鉻層中蝕刻電子電路（通 常稱為幾何形狀）。光罩24的厚度可為技藝中已知的任— 適合的厚度。 於另一實施例中，光罩24包含第一聚焦面24a及第二 聚焦面24b。第一聚焦面24a可包含緻密圖案23a(雖然亦可 使用其他圖案，但僅繪示緻密接觸孔）。於一實施例中，於 第-聚焦面24a中之接觸孔23a與另一接觸孔分開約〇18 微米至約0.36微米之距離。應理解其他距離亦可涵蓋於本 發明中。 於另貝施例中，第一聚焦面24b可包含疏鬆圖案 23b(雖然亦可使用其他圖案，但僅繪示疏鬆接觸孔）。於二 實施例中，於第二聚焦面24b中之接觸孔23b與另一接觸 孔分開約0.36微米之距離。應理解其他距離亦可涵蓋於本 發明中。 1306271 亦叫看第3a圖，於一實施例中，第一聚焦面24a及第 二聚焦面24b之間的差距hl可為約"敬米至約1〇微米。 然而，解差距111可小於1微米或大於1〇微米。 、 請看第1、3aA 3b圖’於方法10之步驟Η之後，配 α使用第一聚焦面24a提供第一曝光，以於第一晶圓區28a ' 中形成第—影像2如。於第-曝光期間，第-聚焦面24a可 作為光罩聚焦面。於操作中，光束20a及20b係投影於晶 • f 28上’且來自第-聚焦面24a的圖案可轉移至對應的第 一晶圓區、。應理解雖然第二聚焦面24b失焦，但光束 2〇C及2〇b之投影聚焦點超過晶圓28。因此，第二聚焦面 ⑽之影像不會轉移至對應的第二晶圓區28b。 於π成第一曝光步驟之後，光罩24可朝z方向移動一 奴力差距hi之距離或任—其他適合的距離，使得第二聚焦 面24b可供第二曝光聚焦。預期可藉任一機械或其他適合 的構件移動光罩24。 _ 此刻β看第卜4a及4b圖’於方法1 〇之步驟丨6之後， 配合使用第二聚焦面24b提供第二曝光，以於第二晶圓區 28b中形成第二影像2外。於本實施例巾第二聚焦面⑽ -可作為光罩聚焦®。因此，光束22c及22d係投影於晶圓 28上，且來自第二聚焦面24b的圖案可轉移至對應的第二 晶圓區28b。應理解雖然第一聚焦面2牝失焦，但光束 及22b之投影聚焦點係於到達晶圓28之前。因此，第—聚 焦面24a之影像不會轉移至對應的第一晶圓區28&。 請看第5a及5b圖，於本實施例中，其係繪示於方法 1306271 l〇之前（第5a圖）及完成方法10之後（第5b圖，晶圓28包 含一基板110、一導電層112' —介電層114、一抗反射塗 覆（ARC)層120及一光阻層122)的狀態。 基板110可包含一或多種絕緣體、導體及/或半導體 層。舉例來說，基板110可包含基礎半導體，例如結晶矽、 多晶矽、非結晶矽及/或鍺；化合物半導體，例如碳化矽及 /或坤化鎵；合金半導體’例如SiGe、GaAsP、AlGaAs及/ 或GalnP。再者，基板110可包含塊半導體（例如塊矽），且 此類塊半導體可包含磊晶矽層。其亦可或另外地包含絕緣 半導體基板，例如絕緣體矽（s〇I)基板或薄獏電晶體（TFT) 基板。基板110亦可或另外地包含多晶結構或多層化合物 半導體結構。 可藉化予蒸氣沉積（CVD)、電漿增強CVD (PECVD)、 物理蒸氣沉積（PVD) '離子pvD (I_pVD)、原子層沉積 (ALD)、電鍍及/或其他方法沉積導電層112。於形成導電層 112 J間可使用化學_機械平坦化及/或化學-機械研磨。導電 層112的'未度可於約1500埃與5000埃之間之範圍内。舉 例來說，於-實施例中，深度可為約3500埃。導電層ϊ 12 可。:紹.合金、銅、銅合金、鶴及/或其他導電材料。 、、玉由許夕技術，包含（但不限於）旋轉塗佈、PVD、PCD 及或他方去，使ARC層12〇可沉積於導電層II2上方。 一於一實施例中，ARC層120可吸收不慎穿透光阻層122 之光線。為了進行光吸收，ARC層120可含有具高消光係 數及或相田厚度之材料。就另一方面而論，ARC層120之 1306271 高係數可能造成ARC層12〇之高反射率，此不利於arc 層的功效。因此，預期就層12〇可具有約〇2至約〇 5 之係數值，且可具厚度為約携毫微米。然而，應理解其 他範圍之矽數值及厚度亦可涵蓋於本發明中。 另外’就ARC層120而言，亦可採用折射率匹配方式。 於此情财，ARCg 120彳含有一種具折射率及厚度匹配 於光線之材料。於操作中，—旦光線照在ARC層120,則 部分光線從其中反射。此時，其他部分光線進入概層12〇 中’且轉換為具有轉移相之光線’此與從ARc層12〇反射 之第-部分光線產生干涉，因而造成光反射率減少。 ARC層12〇可考慮使用光吸收且折射率亦匹配者，以 期接近所欲達成的結果。於某些情況下，因為獄層12〇 之移除可能不容易完成’則就層12〇可單純地餘留於介 電層114上方，並作為晶圓28之擴散障壁。 於另一實施例中，光阻層122可沉積於ARC層12〇上 方。可藉旋轉塗覆及/或其他方法形成光阻層122。於操作 中，將光阻溶液分配於ARC層12〇的表面上，並且快速地 旋轉晶圓28’直到光阻溶液幾乎乾燥為止。於—實施例中， 光阻層122可為使用酸觸媒之化學放大型阻劑。於此情形 下，可藉溶解酸敏性聚合物於澆鑄溶液中來調配光阻層。 於>儿積光阻層後，於方法10(如上述）之後使晶圓Μ受 到軟烤及雙重曝光。 此刻請特別地看第5b圖，於已於導電層中圖案化特徵 且已去除頂層（例如ARC層120及光阻層122)之後，介電 12 1306271 層114可沉積於基板110的表面上及於導電層112周圍。 可藉CVD、PECVD、ALD、PVD、HDP、旋轉塗覆及/或其 他方法形成介電層114。介電層i14可為内金屬介電層 (IMD) ’且可含有高k材料、低k材料、二氧化矽聚醯亞胺、 旋塗式玻璃（SOG)、摻氟矽酸鹽玻璃（FSG)、mack Diam〇nd@ (一種加州 Applied Materials 〇f Santa Clara 之產品）、乾凝 膠（Xerogel)、氣凝膠（Aer〇gel)、非結晶氟化碳及或其他材 料。介電層114可經進一步處理，例如平坦化。 後，利用其他步驟以形成完整的半導體襞置。由於 此·#額外步驟係為技藝中已知，在此不贅述。 〜二町丄必員她例之許多變化可涵蓋於本案。於一實 鞑例中’光罩24可包含至少三個聚焦面以供至少三次獨立 的曝光，以取代前述之二個聚焦面24a及⑽的實施例。 於：二實施例中’光軍24可包含至少三個聚焦面以供一或 多：獨立的曝光。於第三實施例中’於一次曝光中可同時 使-或多個聚焦面聚焦。於第四實施例中，第一聚焦面％ 可：T疏鬆圖案’而第二聚焦面24b可包含緻密圖案。於 五只％例中’取代於第-曝光後使光罩24朝Z方向移動， Z整光束以供第二曝光。於六實施例中，方法 :線圖案(例如於第-曝光期間可形成緻密的線Μ合二： 請可形成至少一疏鬆線）。於七實施例中且此刻 與 θ方法10可應用於基板200之緻密圖案。於一 灵方也例中，可协货 於第_ s、. 曝光過程中形成某些選擇圖案，而可 —+光過程中形成其餘的圖案。於一實施例中，以奇 13 1306271 #出之圖案（2()1、203、2〇5、2〇7、谢及2ΐι)可於第— 、光過私中形成，而以偶數標出之圖案（202、204、206、 0及212)可於第二曝光過程中形成。此外，方法1〇 可!、用於非鑲嵌、鑲叙或雙重鑲嵌程序。因此，本說明書 涵蓋許多潤飾。 曰 、雖然本發明已以-較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何孰塑 7 “、、^此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作久# 4 s ^ w了作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 圍§錢附之巾請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他㈣、特徵、優點與實施例 此更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 方法 弟1圖是繪'示一錄丄 種K施本發明一或更多實 施例之微影 弟2 a圖是繪·示一種眚故+ α 系統。 、本么明一或更多實施例之微影 弟2b圖是續' 部分視圖 Λ種用於帛2a ®之微影系、统之光罩的 弟3a及4a圖是缯示第1 段之選用元件。 圖之微影糸統於中間處理 階 第3b及4b圖是分别给一〜 9不第3a及3 b圖之中間處理階 段中之部分半導體基板。 』处里P白 14 1306271 第5a及5b圖是繪示第3b及4b圖之部分半導體基板 的斷面圖。 第6圖是繪示用於實施本發明一或更多實施例之部分 半導體基板。 【主要元件符號說明】 10 :微影方法 20a、20b、20c :光束 22 :聚光鏡 22c ' 22d ：光束 23a :緻密接觸孔 24 :光罩 24b ··第二聚焦面 26 :投影鏡頭 2 8 ·晶圓 28b :第二晶圓區 29b :第二影像 112 :導電層 120 :抗反射塗覆層 200 :基板 207、 209 及 211 :圖案 208、 210 及 212 :圖案 Z :移動方向 12、14、16 :微影方法之步驟 21 :光源 22a ' 22b ：光束 23 :光束 23b :疏鬆接觸孔 24a :第一聚焦面 25 :光束 27 :光束 28a :第一晶圓區 29a :第一影像 110 :基板 114 :介電層 122 :光阻層 201 、 203 、 205 :圖案 202 ' 204 ' 206 ：圖案 h 1 :聚焦面之間的差距 15

Claims (1)

1306271 7J\ 十、申請專利範圍： 1.一種於半導體製程中之微影方法，其包含下列 提供一種具有第-及第二聚焦面之光罩， 及第二聚焦面不同； 逼第一 ，使用該光罩以於-晶圓上進行第—曝光，俾 一影像，其中該第—聚焦面係於# Λ 晶圓；以Λ ⑽第-曝先期間聚焦於該 二 晶圓 史使用該光罩㈣該晶圓上進行第二曝光，俾形成 =像’其中該第二聚焦面係於該第二曝光期間聚焦於該 3.如申睛專利範圍第1 曝光期門、斤迷之方法，其中於該第 曝尤期間，無影像從該第_ 只弟 聚焦面移轉形成於該晶圓上 4·如申請專利範園第工 間失焦 焦面係於該第二曝光期一 $所述之方法，其中該第-聚 5·如申請專 曝光期門& 1項所述之方法，其中於竽第一 ‘先期間’無影像從？於該第— 圓上。 聚焦面移轉形成於該晶 如申請專利範圍第 16 1 項所述之方法’其中該第—影 ^06271 像包含 織密圖案’且其中該第二影像包含疏鬆圖案 7 Ί •如申請專利範圍 項所述之方 像包含至小Μ 农再中該第一影 主夕一緻密接觸孔圖案。 8.如申請專利範圍第i項所述之方法，其中該第二影 像包含至少 疏鬆圖案 ^如:請專利範㈣i項所述之方法，料第 步包含朝與該第—聚焦面垂直之方向調整該光罩 —2·第"?請專利範圍第1項所述之方法，其中於該第 之〜聚焦面之間的厚度差為介於W米與約10微米 11. 一—種於用於微影系統之光罩，其包含： 第一聚焦面，用以提供一第一 上，其中該坌一 n豕於日日圓表面 及 第聚焦面形成於該光罩之一第一表面上 一第 二二表: 第二聚焦 面與該第一聚焦面係非共平 面。 12·如申請專利範圍第π項所述之光罩，其中該第一 17 1306271 及第一聚焦面經配置，使得於該第一曝光期間，該第一聚 焦面聚焦，且該第二聚焦面失焦。 13·如申請專利範圍第12項所述之光罩，其中該第一 ^第二聚焦面經配置’使得於該第一曝光期間無影像從該 弟一聚焦面移轉形成於該晶圓表面。 14·如申請專利範圍第12項所述之光罩，其中該第一 及第一聚焦面經配置，使得於該第二曝光期間，該第二聚 焦面聚焦，且該第一聚焦面失焦。 15_如申請專利範圍第14項所述之光罩，其中該第一 ::聚焦面經配置，使得於該第二曝光期間無影像從該 聚焦面移轉形成於該晶圓表面。 16. *申請專利範圍“項所述之光罩，其中該第一 知像包含至少一緻密接觸孔組。 ’其中該第二 ,17·如申請專利範圍第11項所述之光罩 影像包含至少一疏鬆接觸孔。 像包含二請=第11項所述之光罩’其中該第- 18 1306271 19.如申請專利範圍第11項所述之光罩，其中該第二 影像包含至少一疏鬆線。 20· 一種於半導體製程中之微影方法，其包含下列步 驟： 提心、種用於一晶圓之具有一緻密孔聚焦面及一疏鬆 孔聚焦面之光罩，其争該緻密孔聚焦面及該疏鬆孔聚焦面 位於該光罩上； 以該緻密孔聚焦面上之一焦點使該晶圓曝光，俾於一 第一晶圓區中形成至少一緻密孔影像； 調整該光罩，使聚光於該疏鬆孔聚焦面上；以及 以該疏鬆孔聚焦面上之一焦點使該晶圓曝光，俾於一 第二晶圓區中形成至少一疏鬆孔影像。 21_如申請專利範圍第20項所述之方法，其中於以該 緻密孔聚焦面上之一焦點曝光期間，該疏鬆孔聚焦面失焦。 22. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中於以該 緻密孔聚焦面上之一焦點曝光期間，無影像形成於該第二 晶圓區中。 23. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中於以該 疏鬆孔聚焦面上之一焦點曝光期間，該緻密孔聚焦 19 1306271 24.如申請專利範圍第20項所述之方法，其中於以該 疏鬆孔聚焦面上之一焦點曝光期間，無影像形成於該第一 晶圓區中。

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