专利名称：具有多次照射步骤的微影制程的制作方法
技术领域：
本发明有关一种微影制程；特别是有关一种使用投影照射法的微影制程。
(2)背景技术微影制程是一种为人熟知将光罩上的几何形状转移至一硅晶片表面的制程。在集成电路微影制程领域中，通常被称做光阻的一光敏化高分子薄膜是形成于一硅晶片上，并经干燥。一照射装置是经过具有一适当几何图案的一光罩以一光源或辐射源照射在此硅晶片上。经照射后，晶片经显影处理以将光罩上的图案转移至此光敏化高分子薄膜上。此光罩图案是用以产生集成电路上的元件线宽。
图1是一传统照射装置的简单示意图。由图1可看出，光源100是经过一光阑101的孔径102投射光波108。聚焦镜105收集来自孔径102的光束并将之聚焦于光罩106上，以使光束均匀地照射在光罩106上。当照射光束103通过光罩106，产生一图像光束(imaging beam)109。图像光束109经过投影镜107投影，以使光罩106上的图案聚焦于硅晶片110上。如图1所示，孔径102是位于光阑101的中心位置。因此，照射光束103是沿着光轴(虚线104)从孔径102投影至聚焦镜105及光罩106。此种照射方式称做轴向发光，意指发光光束是在光轴上。
任何照射装置的一重要特性是其解像度(resolution)。一照射装置的解像度限定成此照射装置可重复照射在晶片上的最小线宽，其接近于许多现今集成电路布局设计的关键尺寸(critical dimension)。
照射装置的另一重要特性是其聚焦深度(depth of focus)(DOF)。照射装置的聚焦深度限定成停留在焦距上的空间图像范围。在微影制程中，图像是转移至一光阻层，因此需要一最小的聚焦深度。此一最小的聚焦深度可确使图像穿越光阻层时仍保持停留在焦距上。因此，最小聚焦深度通常是大于或等于光阻层的厚度。
照射装置的解像度及聚焦深度是正比于照射波长λ及反比于照射装置的投影系统的数值孔径(numerical aperture)(NAlens)，两者分别以式(1)及式(2)表示如下R=K1λNAlens.........(1)]]>DOF=K2λ(NAlens)2.........(2)]]>照射装置的聚焦深度决定此照射装置可用解像度的设定。例如，若一照射装置可解析0.4μm的线宽大小，但聚焦深度小于将此线宽尺寸清晰地聚焦在整个光阻上所需要的焦距范围，则无法使用此0.4μm解像度设定。若可降低照射装置可使用的解像度，则更小的图像可被转印至光阻上。
参照图1，传统的微影制程中，是以一固定的照射条件包括数值孔径(NAlens)、相扰度(sigma value)(σ)及照射能量照射具有一光阻层形成于其上的晶片10，以在关键尺寸上产生足够的光酸。
相扰度(Sigma值)(Sigma value)(σ)是指照射装置的发光系统的数值孔径(NAill)相对照射装置的投影系统的数值孔径(NAlens)的比值，是以式(3)表示如下σ=NAillNAlens..............(3)]]>参照图2A至图2C，曲线A1、A2及A3是代表照射条件是在照射装置的投影系统一定数值孔径(NA)0.68下，其sigma值从低至高(0.35、0.6，0.85)，分别所获得的密集线图案(dense pattern)的关键尺寸相应照射装置的焦距范围的关系图。曲线B1、B2及B3是代表照射条件是在照射装置的投影系统一定数值孔径(NA)0.68下，其sigma值从低至高(0.35、0.6，0.85)，分别所获得的孤立线图案(isolated pattern)的关键尺寸相应照射装置的焦距范围。明显地，当sigma值增加时，密集线图案相应的照射装置聚焦深度增加。相反地，孤立线图案相应的照射装置的聚焦深度是变浅。
使用固定单一照射条件的传统微影制程，密集线图案及孤立线图案是从相同光罩上同时转移至光阻层。然而，图2A至图2C的结果显示，未有一照射条件对于密集线图案与孤立线图案的转移是皆最佳化。此外，对同一光罩而言，当光罩上的间隙(pitch)愈小时，绕射现象使得关键尺寸变大，而当间隙增大时，光学效应使得关键尺寸缩小。在此，间隙是指一线宽大小(linewidth)加上一间距(space)。另外，光罩偏差因素(mask error factor)(MEF)亦严重影响光罩上相应所有间距的关键尺寸大小的控制。光罩偏差因素是指晶片上的关键尺寸的偏差(ΔCDwafer)相对光罩上关键尺寸的偏差(ΔCDmask)的比值。因此，必须在密集线图案转移效果与孤立线图案转移效果上取得一折衷。
传统上，亦使用两光罩进行两次照射的微影制程以克服上述的问题。但，此一方法面临两光罩的对齐精确度的问题。况且，微影制程的产出量亦被降低。
使用单一照射条件的一次照射步骤的传统微影制程无法满足相应所有间隙的图案转移的最佳化照射条件。因此，亟待发展一种使用可匹配的照射条件的多次照射步骤的改进的微影制程。
(3)发明内容本发明的主要目的是提供一种具有多次照射步骤的微影制程，其中每一照射步骤的个别照射条件相应一光罩上的占空率(duty ratio)为最佳化，藉此本发明可结合不同照射条件的优点，获得相应所有间隙较佳的制程能力，包括聚焦深度(DOF)、邻近效应(proximity)及光罩偏差因素(MEF)，进而增大本发明的制程空间。
本发明的另一目的是提供一种具有多次照射步骤的微影制程，其是使用单一光罩进行多次照射步骤，不需经过光罩载入/载出对齐的步骤，可获得较佳的重叠精确度。
本发明的又一目的是提供一种具有多次照射步骤的微影制程，其适用于不同的波长，包括I-线、深紫外光(deep UV ray)、极短紫外光(extreme UV ray)、X-射线及离子投影微影(ion projection lithography)等。
本发明的具有多次照射步骤的微影制程，其特点是，包括提供一晶片，其中一光阻是形成于该晶片上；对齐地置放一光罩于该晶片上方的一预定位置上；经由该光罩，依序执行多次照射步骤于该光阻上，该每一照射步骤的一个别照射条件相应该光罩的一占空率(duty ratio)是最佳化，藉此获致从该光罩上转移至该光阻的一最佳化全间隙(through-pitch)图案转移；及执行一显影步骤于该光阻上。
为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将配合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。
(4)
图1是一传统投影式照射装置的简单示意图；图2A至图2C是照射条件分别为低sigma值、中间sigma值及高sigma值下，使用传统微影制程所获得分别相应密集线图案与孤立线图案的关键尺寸相对照射装置的焦距的关系图；图3是本发明微影制程的流程图；图4A是本发明第一较佳实施例中关键尺寸相对照射装置的焦距的关系图；及图4B是本发明第二较佳实施例中关键尺寸相对照射装置的焦距的关系图。
(5)具体实施方式
本发明提供一种具有多次照射步骤的微影制程，其是经由一光罩藉助多次照射步骤于一晶片的光阻上进行图案转移。每一照射步骤的个别照射条件设有照射参数包括使用于此多次照射步骤的照射装置的数值孔径(NA)、sigma值(σ)、照射能量、焦距位置及光瞳型态(pupil type)。在此，数值孔径(NA)是指照射装置的投影系统(projection optical system)的数值孔径，sigma值是指照射装置的发光系统(illuminating optical system)的sigma值。上述所有的照射参数可藉由调整照射装置的设定而获得。每一照射步骤的个别照射条件相应光罩上一特定占空率(duty ratio)为最佳化。占空率是指光罩上的间隙(pitch)相对关键尺寸(critical dimension)的比值。据此，本发明可结合此多次照射步骤的个别图案转移结果，而获得一相应所有间隙(through pitch)良好的图案转移。
图3是本发明具有多次照射步骤的微影制程的流程图。在步骤31，一光阻是先形成于一晶片上。形成光阻于晶片上的方法包括旋涂涂布光阻。接着，将一光罩对齐地置放于晶片上方一适当距离处。光罩上具有一图案是用以转印至光阻上。此图案具有一组特定的占空率(duty ratio)，即一组间隙(pitch)相应关键尺寸(critical dimension)的比值。
接下来，在步骤32，经过此光罩，依序执行第一照射步骤至第n照射步骤于具有光阻形成于其上的此晶片上。照射步骤的次数是根据光罩上的此组占空率而决定。执行一第一照射步骤，其照射条件是相应光罩的一占空率为最佳化。此照射条件可藉由调整照射装置的设定而获得。接着，以一第二照射条件执行一第二照射步骤，此第二照射条件相应光罩的另一占空率为最佳。以不同的照射条件重复执行照射步骤，直至满足光罩上所有的占空率。藉此，可获得结合此多次照射步骤的个别图案转移结果的一最终图案转移。由于每一照射步骤的个别照射条件是相应光罩上一占空率为最佳化，因此藉本发明方法可获得一相应光罩上所有间隙良好的图案转移。
在步骤33，一显影步骤是接续此多次照射步骤施行于光阻上。此光阻显影步骤可以习知方法例如干式显影或湿式显影来执行。
本发明的多次照射步骤可适用于不同的波长，包括I-线、深紫外光(deep UVray)、极短紫外光(extreme UV ray)、X-射线及离子投影微影(ion projectionlithography)等。
如
背景技术：
部分所提及，若一照射装置的聚焦深度(depth of focus)(DOF)可增深，则可缩小此照射装置的解像度(resolution)，并可将更小的图像转印至光阻上。另外，当照射装置的sigma值增加时，其相应密集线图案(densepattern)(其占空率为小)的照射装置的聚焦深度会增深，而相应孤立线图案(isolated pattern)(其占空率为大)的照射装置的聚焦深度会变浅。
本发明的一第一较佳实施例中，照射条件为sigma值约0.85及数值孔径约0.68的一第一照射步骤是经过具有一密集线图案与一孤立线图案的一光罩执行于具有一光阻形成于其上的一晶片上。此第一照射步骤的照射条件是对密集线图案转移有利。照射条件为sigma值约0.35及数值孔径约0.68的一第二照射步骤接着经过此一光罩执行于此晶片上。此第二照射步骤的照射条件是对孤立线图案转移有利。藉此，获得一结合第一照射步骤与第二照射步骤的最终图案转移。图4A显示第一较佳实施例的第一照射步骤与第二照射步骤的个别图案转移的结合结果，其是关键尺寸对应使用于此二照射步骤的照射装置的焦距关系图。较之使用单一照射条件的传统微影制程，明显地，本发明照射装置的聚焦深度是被增深。
上述第一较佳实施例中的第一照射步骤与第二照射步骤的执行次序可互相对调。
藉助增深照射装置的聚焦深度(DOF)以缩小照射装置可用解像度(resolution)的另一方法，是使用偏轴发光方式(off-axis illumination)。偏轴发光方式是以一偏移光轴的一角度方向投影一发光光束，藉此以增深照射装置的聚焦深度。偏轴发光方式可以是四极发光方式(quadruple typeillumination)、环形发光方式(annular type illumination)及二极发光方式(dipole type illumination)等。然而，对于密集线图案，偏轴发光方式可明显地增深照射装置的聚焦深度，但对于孤立线图案，并未明显增深照射装置的聚焦深度。本发明的一第二较佳实施例中，是结合偏轴发光方式对于密集图案的优点及低sigma值对于孤立线图案的优点。
在第二较佳实施例中，采用偏轴发光方式及数值孔径约0.68的一第一照射步骤是经过具有一密集线图案与一孤立线图案的一光罩执行于一具有一光阻形成于其上的一晶片上。此第一照射步骤对于密集线图案转移较有利。偏轴发光方式可藉助改变使用于第二较佳实施例的一照射装置的发光系统(illuminating optical system)的光瞳类型(pupil type)来决定。具有sigma值约0.35及数值孔径约0.64的一第二照射步骤是经过此光罩接着执行于此晶片上。此第二照射步骤对于孤立线图案转移较有利。藉此，获得结合第一照射步骤与第二照射步个别图案转移结果的一最终图案转移。图4B显示第二较佳实施例的第一照射步骤与第二照射步骤的个别图案转移的结合结果，其是关键尺寸对应使用于此二照射步骤的照射装置的焦距关系图。较之使用单一照射条件的传统微影制程，明显地，本发明照射装置的聚焦深度是被增深。
上述第二较佳实施例中的第一照射步骤与第二照射步骤的执行次序可互相对调。
本发明微影制程的多次照射步骤是使用单一光罩及不同的照射条件，其可结合不同照射条件的优点，以获得较佳的图案转移效果。本发明微影制程不需经过光罩载入/载出的对齐步骤，故可得到较佳的重叠精确度。另外，本发明方法可增深所使用照射装置的聚焦深度，故可增大本发明微影制程的制程空间(process window)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非以限定本发明的范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或替换，均应包含在权利要求所限定的专利保护范围内。
权利要求
1.一种具有多次照射步骤的微影制程，其特征在于，包括提供一晶片，其中一光阻是形成于该晶片上；对齐地置放一光罩于该晶片上方的一预定位置上；经由该光罩，依序执行多次照射步骤于该光阻上，该每一照射步骤的一个别照射条件相应该光罩的一占空率是最佳化，藉此获致从该光罩上转移至该光阻的一最佳化全间隙图案转移；及执行一显影步骤于该光阻上。
2.如权利要求1所述的微影制程，其特征在于，所述的多次照射步骤是以一照射装置执行。
3.如权利要求2所述的微影制程，其特征在于，所述的个别照射条件的照射参数是包括该照射装置的数值孔径、sigma值、焦距及光瞳型态。
4.如权利要求1所述的微影制程，其特征在于，所述的多次照射步骤的照射波长是选自I-线、深紫外光、极短紫外光、X-射线及离子投影微影。
5.如权利要求2所述的微影制程，其特征在于，所述的多次照射步骤的照射波长是选自I-线、深紫外光、极短紫外光、X-射线及离子投影微影。
6.一种具有二次照射步骤的微影制程，其特征在于，包括提供一晶片，其中，一光阻是形成于该晶片上；对齐地置放一光罩于该晶片上方的一预定位置上，该光罩具有一密集线图案及一孤立线图案；经由该光罩，以一第一照射条件执行一第一照射步骤于该光阻上，该第一照射条件相应该密集线图案的转移为最佳化；经由该光罩，以一第二照射条件执行一第二照射步骤于该光阻上，该第二照射条件相应该孤立线图案的转移为最佳化；及执行一显影步骤于该光阻上。
7.如权利要求6所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射步骤与第二照射步骤是以一照射装置执行。
8.如权利要求7所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射条件的照射参数是包括该照射装置的数值孔径、sigma值、焦距及光瞳型态。
9.如权利要求7所述的微影制程，其特征在于，所述的第二照射条件的照射参数是包括该照射装置的数值孔径、sigma值、焦距及光瞳型态。
10.如权利要求6所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射条件包括偏轴发光方式。
11.如权利要求7所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射条件包括偏轴发光方式。
12.如权利要求7所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射条件包括该照射装置的一sigma值不小于0.85。
13.如权利要求7所述的微影制程，其特征在于，所述的第二照射条件包括该照射装置的一sigma值不大于0.35。
14.如权利要求7所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射条件包括偏轴发光方式及该第二照射条件包括该照射装置的一sigma值不大于0.35。
15.如权利要求7所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射条件包括该照射装置的一sigma值不小于0.85及该第二照射条件包括该照射装置的一sigma值不大于0.35。
16.如权利要求6所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射步骤及第二照射步骤的照射波长是选自I-线、深紫外光、极短紫外光、X-射线及离子投影微影。
17.如权利要求7所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射步骤及第二照射步骤的照射波长是选自I-线、深紫外光、极短紫外光、X-射线及离子投影微影。
18.一种具有二次照射步骤的微影制程，其特征在于，包括提供一晶片，其中，一光阻是形成于该晶片上；对齐地置放一光罩于该晶片上方一预定位置上，该光罩具有一密集线图案及一孤立线图案；经由该光罩，以一第一照射条件执行一第一照射步骤于该光阻上，该第一照射条件相应该孤立线图案的转移为最佳化；经由该光罩，以一第二照射条件执行一第二照射步骤于该光阻上，该第二照射条件相应该密集线图案的转移为最佳化；及执行一显影步骤于该光阻上。
19.如权利要求18所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射步骤及第二照射步骤是以一照射装置执行。
20.如权利要求19所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射条件的照射参数是包括该照射装置的数值孔径、sigma值、焦距及光瞳型态。
21.如权利要求19所述的微影制程，其特征在于，所述的第二照射条件的照射参数是包括该照射装置的数值孔径、sigma值、焦距及光瞳型态。
22.如权利要求18所述的微影制程，其特征在于，所述的第二照射条件包括偏轴发光方式。
23.如权利要求19所述的微影制程，其特征在于，所述的第二照射条件包括偏轴发光方式。
24.如权利要求19所述的微影制程，其特征在于，所述的第二照射条件包括该照射装置的一sigma值不小于0.85。
25.如权利要求19所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射条件包括该照射装置的一sigma值不大于0.35。
26.如权利要求19所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射条件包括该照射装置的-sigma值不大于0.35及该第二照射条件包括偏轴发光方式。
27.如权利要求19所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射条件包括该照射装置的一sigma值不大于0.35及该第二照射条件包括该照射装置的一sigma值不小于0.85。
28.如权利要求18所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射步骤及第二照射步骤的照射波长是选自I-线、深紫外光、极短紫外光、X-射线及离子投影微影。
29.如权利要求19所述的微影制程，其特征在于，所述的第一照射步骤及第二照射步骤的照射波长是选自I-线、深紫外光、极短紫外光、X-射线及离子投影微影。
全文摘要
一种具有多次照射步骤的微影制程。一光罩是对齐地放置于具有一光阻形成于其上的一晶片上方的一预定位置上。多次照射步骤是经过此一光罩依次执行于此光阻上。每一照射步骤的个别照射条件是相应光罩上一占空率(duty ratio)为最佳化。藉此多次照射步骤，可获得从光罩转移至光阻的一最佳化全间隙(through－pitch)图案转移。最后，一显影步骤施予在此光阻上。
文档编号G03F7/20GK1430244SQ0214332
公开日2003年7月16日 申请日期2002年9月23日 优先权日2002年1月3日
发明者严永松, 黄义雄, 黄俊仁, 洪圭钧, 张景旭 申请人:联华电子股份有限公司