掩模组的制作方法

本发明是有关于一种掩模，且特别是有关于一种用于双重曝光(Double Exposure，简称：DE)的掩模组。

背景技术：

微影工艺(photolithography process)是整个半导体工艺中很关键的一个程序，而如何把关键尺寸(critical dimension)进一步缩小将是所有研发人员须持续面对的挑战。在图案微缩(pattern shrinkage)的挑战中，已有多种先前技术相继地被提出，例如双重曝光(DE)、双重微影蚀刻(Litho-Etch Litho-Etch，简称：LELE)、远紫外光微影(Extreme Ultraviolet Lithography，简称：EUVL)、自对准双重图案化(Self-Alignment Double Patterning，简称：SADP)、负调显影(Negative-Tone Development，简称：NTD)、定向自我组装(Directed Self-Assembly，简称：DSA)等方式。由于目前远紫外光微影(EUVL)所需的光源功率(power)尚未提升至可量产的状态，而定向自我组装(DSA)所需的材料尚在研发阶段，因此，现行半导体工艺多半仰赖多重图案化(Multi Pattering)的技术以缩小关键尺寸。举例而言，双重曝光(DE)搭配负调显影(NTD)的工艺技术能够有效缩小接触窗(Contact Hole)尺寸。

微影工艺的挑战除了图形的微缩之外，工艺裕度(Process Window)的提升也是该工艺能否导入量产的另一个关键因素。一般而言，良好的掩模图案设计对于工艺裕度的提升有绝对的帮助。承上述，在双重曝光(DE)搭配负调显影(NTD)的工艺技术中，如何通过适当的掩模图案设计来提升工艺裕度，为目前研发人员企图解决的问题之一。

技术实现要素：

本发明提供的掩模组，其可提升微影工艺的工艺裕度。

本发明提供的微影工艺，其具有良好的工艺裕度。

本发明的掩模组用以对一负型显影光致抗蚀剂层进行双重曝光，此掩模组包括一第一掩模以及一第二掩模。第一掩模包括多个彼此平行排列的第一主要图案、多个第一次解析辅助图案(sub-resolution assistant feature，简称：SRAF)以及多个第二次解析辅助图案，第二次解析辅助图案彼此分离设置于第一主要图案的一侧，第一次解析辅助图案彼此分离设置于第一主要图案与第二次解析辅助图案之间，且第一主要图案的延伸方向平行于第二次解析辅助图案的延伸方向。第二掩模包括多个彼此平行排列的第二主要图案，当第一掩模与第二掩模置于负型显影光致抗蚀剂层上方的一预定位置以分别进行曝光时，第二主要图案与第一主要图案交错，且第二主要图案与第一次解析辅助图案重叠。

本发明的微影工艺包括下列步骤。首先，提供前述的掩模组。接着，分别以第一掩模以及第二掩模为罩幕，对负型显影光致抗蚀剂层进行二次的曝光。之后，对负型显影光致抗蚀剂层进行显影。

在本发明的一实施例中，当第一掩模与第二掩模置于前述的预定位置以分别进行曝光时，第一主要图案的延伸方向垂直于第二主要图案的延伸方向。

在本发明的一实施例中，当第一掩模与第二掩模置于前述的预定位置以分别进行曝光时，第一次解析辅助图案的延伸方向平行于第二主要图案的延伸方向。

在本发明的一实施例中，上述的第一次解析辅助图案的排列间距与第二主要图案的排列间距相同。

在本发明的一实施例中，当第一掩模与第二掩模置于预定位置以分别进行曝光时，第二次解析辅助图案不与第一主要图案以及第二主要图案重叠。

在本发明的一实施例中，上述的第二掩模可进一步包括多个第三次解析辅助图案以及多个第四次解析辅助图案，第四次解析辅助图案彼此分离设置于第二主要图案的一侧，第三次解析辅助图案彼此分离设置于第二主要图案与第四次解析辅助图案之间，且第二主要图案的延伸方向平行于第四次解析辅助图案的延伸方向。

在本发明的一实施例中，当第一掩模与第二掩模置于预定位置以分别进行曝光时，第三次解析辅助图案的延伸方向平行于第一主要图案的延伸方向。

在本发明的一实施例中，上述的第三次解析辅助图案的排列间距与第一 主要图案的排列间距相同。

在本发明的一实施例中，当第一掩模与第二掩模置于预定位置以分别进行曝光时，各个第三次解析辅助图案分别设置于相邻二第一主要图案之间，且第三次解析辅助图案不与第一主要图案重叠。

在本发明的一实施例中，当第一掩模与第二掩模置于预定位置以分别进行曝光时，第四次解析辅助图案不与第一主要图案以及第二主要图案重叠。

基于上述，由于本发明采用第一次解析辅助图案与第二次解析辅助图案的设计，因此本发明可以改善微影工艺的工艺裕度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明第一实施例的微影工艺的示意图；

图2A与图2B分别是第一实施例中第一掩模与第二掩模的上视图；

图3是将第一实施例的第一掩模与第二掩模置于负型显影光致抗蚀剂层上方的预定位置以分别进行曝光时，二掩模相对关系的示意图；

图4A与图4B是通过不同的掩模设计对负型显影光致抗蚀剂层经过曝光显影后所形成的图案化光致抗蚀剂层的示意图；

图5是将第二实施例的第一掩模与第二掩模置于负型显影光致抗蚀剂层上方的预定位置以分别进行曝光时，二掩模相对关系的示意图；

图6A与图6B是通过不同的掩模设计对负型显影光致抗蚀剂层经过曝光显影后所形成的图案化光致抗蚀剂层的示意图。

附图标记说明：

M1、M1’：第一掩模；

M2、M2’：第二掩模；

PR：负型显影光致抗蚀剂层；

P：预定位置；

W：晶圆；

110：第一主要图案；

120：第一次解析辅助图案；

130：第二次解析辅助图案；

210：第二主要图案；

220：第三次解析辅助图案；

230：第四次解析辅助图案。

具体实施方式

【第一实施例】

图1是本发明第一实施例的微影工艺的示意图。请参照图1，本实施例的微影工艺包括下列步骤。首先，提供包含第一掩模M1与第二掩模M2的掩模组。接着，分别以第一掩模M1以及第二掩模M2为罩幕对一负型显影光致抗蚀剂层PR进行二次的曝光。此处，本实施例可先采用第一掩模M1为罩幕对负型显影光致抗蚀剂层PR进行第一次的曝光，再采用第二掩模M2为罩幕对负型显影光致抗蚀剂层PR进行第二次的曝光；或者，可先采用第二掩模M2为罩幕对负型显影光致抗蚀剂层PR进行第一次的曝光，再采用第一掩模M1为罩幕对负型显影光致抗蚀剂层PR进行第二次的曝光。换言之，本实施例不限定第一掩模M1与第二掩模M2的使用顺序。在本实施例中，负型显影光致抗蚀剂层PR例如是形成于晶圆W或是其他基材上。通常，负型显影光致抗蚀剂层PR会覆盖于待图案化的导电或介电薄膜上。在完成重复曝光之后，对此负型显影光致抗蚀剂层PR进行显影。举例而言，前述的显影例如为负调显影。

为了使微影工艺中所采用的掩模在其边缘处保有良好的曝光解析度，进而改善微影工艺的工艺裕度，本实施例在第一掩模M1与第二掩模M2上采用了特殊设计的解析辅助图案(sub-resolution assistant feature，简称：SRAF)。以下将搭配图2A、图2B以及图3至图4针对第一掩模M1与第二掩模M2做详细的描述。

图2A与图2B分别是第一实施例中第一掩模与第二掩模的上视图，图3是将第一实施例的第一掩模与第二掩模置于负型显影光致抗蚀剂层上方的预定位置以分别进行曝光时，二掩模相对关系的示意图。

请参照图2A与图2B，本实施例的第一掩模M1包括多个彼此平行排列的第一主要图案110、多个第一次解析辅助图案120以及多个第二次解析辅 助图案130。如图2A与图2B所示，第二次解析辅助图案130彼此分离设置于第一主要图案110的至少一侧，而第一次解析辅助图案120彼此分离设置于第一主要图案110与第二次解析辅助图案130之间，且第一主要图案110的延伸方向平行于第二次解析辅助图案130的延伸方向。举例而言，第一次解析辅助图案120与第二次解析辅助图案130通常是分布于第一主要图案110的外围，以强化第一掩模M1在其边缘处的曝光解析度。此外，第二掩模M2至少包括多个彼此平行排列的第二主要图案210。

请参照图1至图3，当第一掩模M1与第二掩模M2置于负型显影光致抗蚀剂层PR上方的一预定位置P(示出于图1)以分别进行曝光时，而第二主要图案210与第一主要图案110交错，且第二主要图案210可与第一次解析辅助图案120重叠。如图3所示，第一次解析辅助图案120与第二主要图案210的重叠面积即为第一次解析辅助图案120本身的面积。此外，第一次解析辅助图案120的排列间距与第二主要图案210的排列间距相同。

如图3所示，当第一掩模M1与第二掩模M2被置于前述的预定位置P以分别进行两次的曝光时，第一主要图案110的延伸方向例如是垂直于第二主要图案210的延伸方向。第一次解析辅助图案120的延伸方向例如是平行于第二主要图案210的延伸方向。此外，第二次解析辅助图案130不与第一主要图案110以及第二主要图案210重叠。

除了第二主要图案210之外，第二掩模M2可进一步包括多个第三次解析辅助图案220以及多个第四次解析辅助图案230，第四次解析辅助图案230彼此分离设置于第二主要图案210的一侧，第三次解析辅助图案220彼此分离设置于第二主要图案210与第四次解析辅助图案230之间，且第二主要图案210的延伸方向平行于第四次解析辅助图案230的延伸方向。举例而言，第三次解析辅助图案220与第四次解析辅助图案230通常是分布于第二主要图案210的外围，以强化第二掩模M2在其边缘处的曝光解析度。

如图3所示，当第一掩模M1与第二掩模M2被置于前述的预定位置P以分别进行两次的曝光时，第三次解析辅助图案220的延伸方向平行于第一主要图案110的延伸方向，且第三次解析辅助图案220的排列间距与第一主要图案110的排列间距相同。各个第三次解析辅助图案220分别设置于相邻二第一主要图案110之间，且第三次解析辅助图案220不与第一主要图案110 重叠。此外，第四次解析辅助图案230不与第一主要图案110以及第二主要图案210重叠。

在前述的第一实施例中，同时使用第一次解析辅助图案120与第二次解析辅助图案130可以明显地改善第一掩模M1与第二掩模M2在其边缘处的曝光解析度，以下将搭配图4进行详细的说明。

图4A与图4B是通过不同的掩模设计对负型显影光致抗蚀剂层经过曝光显影后所形成的图案化光致抗蚀剂层的示意图。请参照图4A与图4B，在第一实施例中，第一掩模具有第一主要图案、第一次解析辅助图案以及第二次解析辅助图案，而第二掩模具有第二主要图案、第三次解析辅助图案以及第四次解析辅助图案；在比较例1中，第一掩模仅具有第一主要图案以及第二次解析辅助图案，而第二掩模仅具有第二主要图案以及第四次解析辅助图案；在比较例2中，第一掩模仅具有第一主要图案以及第一次解析辅助图案，而第二掩模仅具有第二主要图案以及第三次解析辅助图案。

从图4A与图4B可知，在比较例1与比较例2中，图案化光致抗蚀剂层在对应于掩模边缘处(图中左侧边缘)的解析度不佳。反观第一实施例，由于第一次解析辅助图案、第二次解析辅助图案、第三次解析辅助图案以及第四次解析辅助图案的设计，掩模边缘处(图中左侧边缘)的曝光解析度可获得明显的改善。

从图4A与图4B可清楚得知，不论是在最佳对焦位置或者是在偏离最佳对焦位置60纳米处，采用本实施例的第一掩模与第二掩模的微影工艺具有十分良好的工艺裕度。

【第二实施例】

图5是将第二实施例的第一掩模与第二掩模置于负型显影光致抗蚀剂层上方的预定位置以分别进行曝光时，二掩模相对关系的示意图。请参照图5，本实施例的第一掩模M1’以及第二掩模M2’与第一实施例的第一掩模M1以及第二掩模M2(示出于图3)类似，二者主要差异的处在于：本实施例中的第一主要图案110与第二主要图案210的重叠位置不同，且第二掩模M2’上仅具有第二主要图案210。

图6A与图6B是通过不同的掩模设计对负型显影光致抗蚀剂层经过曝光 显影后所形成的图案化光致抗蚀剂层的示意图。请参照图6A与图6B，在第二实施例中，第一掩模具有第一主要图案、第一次解析辅助图案以及第二次解析辅助图案，而第二掩模仅具有第二主要图案；在比较例1中，第一掩模仅具有第一主要图案以及第二次解析辅助图案，而第二掩模仅具有第二主要图案；在比较例2中，第一掩模仅具有第一主要图案以及第一次解析辅助图案，而第二掩模仅具有第二主要图案。

从图6A与图6B可知，在比较例3与比较例4中，图案化光致抗蚀剂层在对应于掩模边缘处的解析度不佳。反观第二实施例，由于第一次解析辅助图案以及第二次解析辅助图案的设计，掩模边缘处的曝光解析度可获得明显的改善。

从图6A与图6B可清楚得知，不论是在最佳对焦位置或者是在偏离最佳对焦位置60纳米处，采用本实施例的第一掩模与第二掩模的微影工艺具有十分良好的工艺裕度。

值得注意的是，本发明不限定第一掩模与第二掩模上第一、第二主要图案的设计型态，本领域技术人员可依据实际设计需求更动第一、第二主要图案。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。