专利名称：可抵减透镜像差影响的微影方法
技术领域：
本发明涉及半导体组件制造(semiconductor device manufacturing)，特别涉及一种可抵减透镜像差影响(lens aberration)的微影方法。
背景技术：
集成电路(ICs)的制造，是利用位于晶圆上不同层内的半导体组件间的接触而完成。故为达成不同层内的半导体组件间的良好电性接触，在每一层组件的制造过程中除了须对当层组件位置做准确的对准外，也需准确的对准前一层(previous underlying layer)组件的位置，当与前一层组件间的层迭失误(overlaperrors)情形出现时，便会造成不期望的开口(openings)或短路(shorts)情形而造成产品的损失。
在单一层组件的对准，通常藉由对准标记(alignment marks)的使用来达成，例如位于硅晶圆上外侧非晶方(chip)上的全面对准标记(global alignment marks)，以及标记在晶方(chip)间的切口(kerf)上的局部对准标记(local alignment marks)。而不同层组件之间的对准，通常是藉由位于晶方内产品区域的外围切口(kerf)附近的层迭目标(overlay targets)的使用来确认层迭的对准与否，例如一般常用的盒形层迭目标(box in box overlay targets)。
当前述的全面对准标记、局部对准标记以及层迭目标皆已妥善的对准时，便可假设在晶方内产品区域(product field)上的组件在微影程序后所转移的组件图案可位于适当的位置。然而，在半导体实际制程中，可发现有全面对准标记、局部对准标记以及层迭目标皆已妥善的对准后，而在产品区域上发现如转移后组件图形的不对称(asymmetry)、关键尺寸(critical diameter；CD)均一性不佳甚至误对准(misalignment)等因组件图形变形问题所导致的层迭失误(overlap errors)的情形发生。
造成上述层迭失误情形原因之一起因于配备在微影设备中投影光学系统中的投影透镜(projection lens)所产生的透镜像差影响(effects oflens aberrations)，而常见的透镜像差例如为球面像差(spherical)、乱视(astigmatism)、慧形像差(coma)、像场弯曲(field curvature)及扭曲(distortion)等情形。
一般常见的微影设备例如图1中所概要显示的扫描式步进机(step-scanner)，在本文中将简称为扫描机(scanner)5。在使用扫描机5的微影程序中，首先将由光源产生器(未显示)所产生的光线L经过遮光板10所形成的狭缝景域(slit field)S后，穿过配置在光罩平台14上的光罩12，并经由投影光学系统16内的投影透镜(projection lens；未显示)聚焦成像于配置在晶圆平台20上的晶圆18，并在微影程序中同步地移动光罩平台14与晶圆平台20，利用上述光线L扫描光罩12，以将光罩12上的图案步进地转移至晶圆18上，而完成此微影程序。而光罩平台14与晶圆平台20的移动方向则视实际的投影光学系统16内配置情形，可为同向地也可为反向地移动。
而在如图2a-图2d中所显示的采用习知微影方法制备沟槽型动态随机存取内存(trench-type DRAM)的部份程序中，在此所使用的微影设备例如图1所示的扫描机5。首先提供一如图2a所示的第一光罩12a，并将其配置在光罩平台14(未显示)上。此第一光罩12a内具有位于角落处的层迭目标(overlay targets)100以及如光罩上第一区域105内的特定的转移图案(pattern)。而第一区域105内特定的转移图案为在此仅以为不透光区110所围绕的复数个外型为等尺寸且两两对称的长方形图案透光区120表示。而此透光区120的长方形图案具有一平行于x方向的短边与一平行于y方向的长边。
请参照图2b，提供一晶圆，在此以晶圆18a表示，其上具有一定位标记130以显示相对位置之用，在此仅以如八寸晶圆上的一缺口(notch)表示，也可以一如六寸晶圆上的一平边(未显示)表示，但不于此加以限定。在此晶圆18a上至少涂布有一光阻层133，也可视情况，更可涂布如抗反射层(BARC)等具有增进微影效果的涂层。接着将晶圆18a配置在晶圆平台20上，并使晶圆18a的定位标记平行于第2b图内的y方向，并于完成当层的对准后，施行一微影程序，经由光罩平台14(未显示)与晶圆平台20沿平行于第一光罩12a上的长方形图案透光区120长边的扫描方向135，同向地或反向地移动将第一光罩12a上的透光区120内长方形图案转移至晶圆18a上。在经过一显影程序及一蚀刻程序后，可得到如图2b内所示的位于晶圆18a上第一区域140内的转移后第一图案120’，因透镜像差影响(lens aberrations)导致其关键尺寸(CD，短边)表现不佳，略大于第一光罩12a上长方形图案的透光区120，且两邻近的第一图案120’间图形不对称。接着配合后续的半导体制程，而在此等第一图案120’内完成如沟槽型电容器的制备。
接着请参照图2c，接着替换光罩平台14(未显示)上的光罩为一第二光罩12b，此第二光罩12b具有位于角落处的层迭目标(overlay targets)100’以及如光罩上第二区域150内的特定的转移图案(pattern)。而第二区域150内特定的转移图案在此仅以为不透光区160所环绕的复数个等尺寸的长方形图案透光区170，而透光区170的长方形图案具有一x方向的长边与一y方向的短边。
请参照图2d，接着提供一前述的晶圆18a，并在先前的第一图案120’内已具有一制备好的沟槽型电容器，而在18a上至少涂布有一光阻层183，也可视情况，更可涂布如抗反射层(BARC)等可增进微影效果的涂层。
接着将晶圆18a配置在晶圆平台20上，并使晶圆18a的定位标记130平行于第2d图内的y轴后，施行一微影程序，经由光罩平台14与晶圆平台20沿第二光罩12b内长方形图案透光区170短边的扫描方向165，同向地或反向地移动以完成此微影程序，以将第二光罩12b上透光区170的长方形图案转移到目标晶圆18a上。接着施行一显影程序及一蚀刻程序，以在晶圆18a上形成复数个转移后的第二图案170’，此等第二图案170’并与先前位于晶圆18a上的第一图案120’层迭。并配合后续的半导体制程，而于此转移后第二图案170’内完成如接受离子值布的主动区域的制备。
由于其前层(underlying)的第一图案120’受到透镜像差影响(lensaberrations)，其关键尺寸(CD，短边)表现不佳且两邻近的第一图案120’间不对称(asymmertry)，进而造成后续层迭于第一图案120’上的第二图案170’与第一图案120’间层迭区域D的层迭面积不固定，而形成制程上的层迭失误(overlaperrors)，而有损于组件的电性表现，影响组件的电性表现。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的就是可在曝光程序中抵减透镜像差影响(effects of lens aberrations)的曝光方法，可改善转移后图形受到透镜像差影响(effects of lens aberrations)所产生的组件图形不对称及组件图形的关键尺寸的偏差等问题，更可减低后续组件层迭时不同层间组件之间层迭失误(overlap errors)的情形。
本发明的另一目的在于提出一种可抵减透镜像差影响的微影方法，其包括下列步骤提供一微影设备，其内配置有一第一光罩，该第一光罩上具有至少一第一长方形图案；提供一晶圆，并藉由该微影设备，对该晶圆施行一微影程序，其中该第一光罩沿平行在该第一长方形图案的短边方向移动，而该晶圆也同步地沿平行在该第一光罩的移动方向移动，以转移该第一长方形图案在该晶圆上；替换该微影设备中的光罩为一第二光罩，且该第二光罩上具有至少一第二长方形图案；以及藉由该微影设备，施行一微影程序，其中该第二光罩沿平行在该第二长方形图案的短边方向移动，而该晶圆在旋转正负90度后，也同步地沿平行在该第二光罩的移动方向移动，以转移该第二长方形图案在该晶圆上。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该微影设备为一扫描式步进机。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该第一长方形图案为一沟槽型电容的图案。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该第二长方形图案为一主动区域的图案。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该晶圆具有一定位标记以显示相对位置。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该定位标记是一缺角(notch)。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于转移第一长方形图案的过程中，该晶圆的该定位标记是平行于该第一光罩的移动方向。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于转移第二长方形图案的过程中，该晶圆的该定位标记是垂直于该第二光罩的移动方向。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该晶圆的移动方向与该第一光罩与第二光罩的移动方向为同向或反向。
一种可抵减透镜像差影响的微影方法，包括提供一微影设备，其内配置有一第一光罩，该第一光罩上具有至少一第一长方形图案的透光区；提供一晶圆，在该晶圆上至少涂布有一光阻层；藉由该微影设备，施行一微影程序，其中该第一光罩沿平行于该第一长方形图案的短边方向移动，而至少涂布有一光阻层的该晶圆也同步地沿平行于该第一光罩的移动方向移动，以转移该第一长方形图案在该晶圆上；施行一显影程序及蚀刻程序，以在该晶圆上形成一转移后的第一图案，而该第一图案具有一长轴方向与一短轴方向，其中该长轴方向垂直于该晶圆的移动方向；替换该微影设备中的一光罩为一第二光罩，且该第二光罩上具有至少一第二长方形图案的透光区；提供一具有该第一图案的晶圆，且该晶圆上至少涂布一光阻层；
藉由该微影设备，施行一微影程序，其中该第二光罩沿平行于该第二长方形图案的短边方向移动，且具有该第一图案的晶圆在旋转正负90度后，也同步地沿该第二光罩的同向或反向移动，以转移该第二长方形图案在该晶圆上；以及施行一显影程序及蚀刻程序，以在该晶圆上形成一转移后的第二图案并层迭(overlap)在先前的第一图案上，其中该第二图案也具有一长轴方向与一短轴方向，而此长轴方向与先前该第一图案的短轴方向互为垂直。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该微影设备为一扫描式步进机。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该第一图案为一沟槽型电容图案。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该第二图案为一主动区域图案。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该晶圆具有一定位标记以显示相对位置。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该定位标记系一缺角(notch)。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于转移第一长方形图案的过程中，该晶圆的该定位标记系平行于该第一光罩的移动方向。
可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于转移第二长方形图案的过程中，该晶圆的该定位标记系垂直于该第二光罩的移动方向。
本发明是将两道光罩上欲转移的长方形图案的短边平行于微影程序中的扫描方向，并配合晶圆的定位标记的转动(在连续两次微影程序中相差正负90度)，以形成具有正交结构的两组件层的微影图案转移，并藉由微影扫描程序中的均化效应，以抵减透镜像差影响所造成的转移后图形不对称及关键尺寸表现不佳等情形，进而改善两组件层间的层迭失误(overlap errors)情形，并改善了组件的电性表现。
本发明的微影方法，在相同的微影条件下，具有抵减透镜像差影响(lensaberrations)的功效，可改善两邻近图案的关键尺寸差异值并提升其对称性，可进而减少后续制程上的层迭失误(overlap errors)情形，具有提升层迭图形准确性的功效。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1是概要显示一种扫描式步进机图；图2a-图2d是采用习知微影方法制备沟槽型动态随机存取内存(trench-typeDRAM)的部份程序；图3a-图3e是本发明的微影方法制备沟槽型动态随机存取内存(trench-typeDRAM)的部份程序；图4是本发明一微影效果的比较。
实施方式图3a-图3e是采用本发明的方法制备沟槽型动态随机存取内存(trench-type DRAM)的部份程序，以详细说明本发明的较佳实施例。
首先提供一微影设备，在本实施例中则以图1所示的扫描机5的使用为例，其内配置有一如图3a所示的第一光罩120a。在此第一光罩120a可经过重新制作，得到如图3a中角落处具有层迭目标(overlay targets)100以及如光罩上第一区域205内特定的转移图案(pattern)。而第一区域205内的转移图案在此仅以为不透光区210围绕的复数个外型为等尺寸且两两对称的长方形图案的透光区220表示。而此透光区220的长方形图案具有平行于y方向的一短边与平行于x方向的一长边。
此外，第一光罩120a可不需经重新制作，可仅修改如图2a中的第一光罩12a，将其旋转正/负90度后，在第一光罩120a上新增层迭目标200以作为新的层迭对准目标，而形成如图3b所示的与图3a中的第一光罩120具有相同配置的第一光罩12a。
请参照图3c，接着提供一晶圆，在此以晶圆18b表示，其上具有一定位标记230以显示相对位置之用，在此仅以如八寸晶圆上的一缺口表示，也可以一如六寸晶圆上的一平边(未显示)表示，但不于此加以限定。在此晶圆18b上至少涂布有一光阻层233，也可视情况，更可涂布如抗反射层(BARC)等具有增进微影效果的涂层。
接着将晶圆18b旋转负90度后(也可为正90度，视实际配置而定)置于晶圆平台20上，并使晶圆18b的定位标记230平行于图3c内的x方向，并施行一微影程序，经由光罩平台14(未显示)与晶圆平台20沿平行于第一光罩120上长方形图案透光区220短边的扫描方向235，同向地或反向地移动以完成此微影程序，并将第一光罩上透光区220内的长方形图案转移到晶圆18b上。接着施行一显影程序及一蚀刻程序以在晶圆18b上形成复数个转移后的第一图案220’，而此第一图案220’具有一长轴方向与一短轴方向。在此第一光罩上的长方形图案透光区220可视为一第一长方形图案，其功用例如制备一沟槽型电容的图案，并配合后续的半导体制程，在经由此第一长方形图案转移后而得到的第一图案220’内完成一沟槽型电容器的制备。
在此，可发现如上述的微影方法(晶圆18b移动方向平行于透光区220的短边扫描方向235，但其定位标记230垂直于晶圆18b的移动方向)，可藉由扫描过程中均化效应(averaging effects)将第一光罩120a上长方形图案的透光区220在微影程序中受透镜像差影响(effects of lens aberrations)抵减掉(trade-off)，以在晶圆18b第一区域240内得到两关键尺寸(CD，短边)表现相当的第一图案220’，且两邻近的第一图案220’间图形较对称，具有抵减因透镜像差影响(lensaberrations)的效果。
接着请参照图3d，接着将扫描机5内的光罩替换为一第二光罩120b，此第二光罩120b内具有位于角落处的层迭目标(overlay targets)100’以及如光罩上第二区域250内的特定的转移图案(pattern)。而第二区域250内特定的转移图案在此仅以为不透光区260所环绕的复数个等尺寸的长方形图案透光区270，而透光区270的长方形图案具有一x方向的长边与一y方向的短边。
请参照图3e，接着提供一先前的晶圆18b，并在晶圆18b内的第一图案220’内已具有一制备好的沟槽型电容器，而在18b上至少涂布有一光阻层283，也可视情况，更可涂布如抗反射层(BARC)等可增进微影效果的涂层。
接着将晶圆18b置于晶圆平台20上，并使晶圆18b的定位标记230平行于y轴后，施行一微影程序，经由光罩平台14(未显示)与晶圆平台20沿第二光罩120b内长方形图案透光区270短边的扫描方向265，同向地或反向地移动以完成此微影程序，而将第二光罩120b上透光区270的长方形图案转移到目标晶圆18b上。接着施行一显影程序及一蚀刻程序以在晶圆18b上形成复数个转移后的第二图案270’，此等第二图案270’具有一长轴方向与一短轴方向，并层迭于先前在晶圆18b上的第一图案220’，此第二图案270’的长轴方向并正交于第一图案220’的长轴方向。在此第二光罩120b上的长方形图案透光区270可视为一第二长方形图案，并配合后续的半导体制程，在此等经由第二长方形图案转移后所得到的第二图案270’内完成如主动区域的制备。
在此，由于其前层(underlying)的第一图案220’已藉由本发明的方法达到抵减透镜像差影响(lens aberrations)的功效，其关键尺寸(CD，短边)部份表现相当，两邻近的第一图案220’间图形较对称，且在后续转移第二图案270’的微影程序中所微影方法(晶圆18b移动方向平行于透光区270的短边扫描方向265，但其定位标记230平行于晶圆18b的移动方向)，已藉由扫描过程中的均化效应(averaging effects)将第二光罩120b上长方形图案的透光区270在微影程序中受透镜像差影响(effects of lens aberrations)抵减掉(trade-off)，以在晶圆18b第二区域270内得到关键尺寸(CD，短边)表现相当的第二图案270’已具有抵减因透镜像差影响(lens aberrations)的效果，故层迭在第一图案220’上的第二图案270’与第一图案220’间层迭区域D’间层迭面积表现更趋一致，较佳于如图2d所示受透镜像差影响(lens aberrations)的层迭区域D(D’＜D)，可改善制程上的层迭失误(overlap errors)情形，进而改善组件的电性表现。
值得注意的，本发明是将两道光罩上欲转移的长方形图案的短边平行于微影程序中的扫描方向，并配合晶圆的定位标记的转动(在连续两次微影程序中相差正负90度)，以形成具有正交结构的两组件层的微影图案转移，并藉由微影扫描程序中的均化效应，以抵减透镜像差影响所造成的转移后图形不对称及关键尺寸表现不佳等情形，进而改善两组件层间的层迭失误(overlap errors)情形，并改善了组件的电性表现。
本发明的微影方法，并非限定使用在制备沟槽型动态随机存取内存(trench-type DRAM)的程序中，举凡利用两次微影程序，以将位于两独立光罩上且具有至少一正交且具层迭关系的长方形图案转移至晶圆上的半导体制程，皆可适用本发明的可抵减透镜像差影响的微影方法，以得到较佳的微影效果。
微影效果比较请参照图4，使用本发明的微影方法(如图3c所示)与习知的微影方法(如图2b所示)中，对于前述的第一光罩内(分别为12a与120a)内长方形图案的透光区(分别为120与220)，在固定各项微影条件后，并经适当微影程序后所得到的两邻近第一图案(分别为120’与220’)其沿狭缝景域(slit field)S内12个取样点所得到的关键尺寸(CD，短边，目标值为155nm)差异值，将上述12个取样点所得的关键尺寸差异值平均后，采用习知微影方法所得到的两邻近第一图案的关键尺寸差异均值为9.26nm，而采用本发明的微影方法所得到的两邻近第一图案的差异均值则为6.11nm。以业界常见标准的关键尺寸5％的制程裕度(processwindow)判断(在此约为7.75nm)，本发明的微影方法，在相同的微影条件下，具有抵减透镜像差影响(lens aberrations)的功效，可改善两邻近图案的关键尺寸差异值并提升其对称性，可进而减少后续制程上的层迭失误(overlap errors)情形，具有提升层迭图形准确性的功效。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视专利要求范围所界定者为准。
权利要求
1.一种可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于提供一微影设备，其内配置有一第一光罩，该第一光罩上具有至少一第一长方形图案；提供一晶圆，并藉由该微影设备，对该晶圆施行一微影程序，其中该第一光罩沿平行在该第一长方形图案的短边方向移动，而该晶圆也同步地沿平行在该第一光罩的移动方向移动，以转移该第一长方形图案在该晶圆上；替换该微影设备中的光罩为一第二光罩，且该第二光罩上具有至少一第二长方形图案；以及藉由该微影设备，施行一微影程序，其中该第二光罩沿平行在该第二长方形图案的短边方向移动，而该晶圆在旋转正负90度后，也同步地沿平行在该第二光罩的移动方向移动，以转移该第二长方形图案在该晶圆上。
2.根据权利要求1所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该微影设备为一扫描式步进机。
3.根据权利要求1所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该第一长方形图案为一沟槽型电容的图案。
4.根据权利要求1所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该第二长方形图案为一主动区域的图案。
5.根据权利要求1所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该晶圆具有一定位标记以显示相对位置。
6.根据权利要求5所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该定位标记是一缺角(notch)。
7.根据权利要求5所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于转移第一长方形图案的过程中，该晶圆的该定位标记是平行于该第一光罩的移动方向。
8.根据权利要求5所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于转移第二长方形图案的过程中，该晶圆的该定位标记是垂直于该第二光罩的移动方向。
9.根据权利要求1所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该晶圆的移动方向与该第一光罩与第二光罩的移动方向为同向或反向。
10.一种可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于提供一微影设备，其内配置有一第一光罩，该第一光罩上具有至少一第一长方形图案的透光区；提供一晶圆，在该晶圆上至少涂布有一光阻层；藉由该微影设备，施行一微影程序，其中该第一光罩沿平行于该第一长方形图案的短边方向移动，而至少涂布有一光阻层的该晶圆也同步地沿平行于该第一光罩的移动方向移动，以转移该第一长方形图案在该晶圆上；施行一显影程序及蚀刻程序，以在该晶圆上形成一转移后的第一图案，而该第一图案具有一长轴方向与一短轴方向，其中该长轴方向垂直于该晶圆的移动方向；替换该微影设备中的一光罩为一第二光罩，且该第二光罩上具有至少一第二长方形图案的透光区；提供一具有该第一图案的晶圆，且该晶圆上至少涂布一光阻层；藉由该微影设备，施行一微影程序，其中该第二光罩沿平行于该第二长方形图案的短边方向移动，且具有该第一图案的晶圆在旋转正负90度后，也同步地沿该第二光罩的同向或反向移动，以转移该第二长方形图案在该晶圆上；以及施行一显影程序及蚀刻程序，以在该晶圆上形成一转移后的第二图案并层迭(overlap)在先前的第一图案上，其中该第二图案也具有一长轴方向与一短轴方向，而此长轴方向与先前该第一图案的短轴方向互为垂直。
11.根据权利要求10所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该微影设备为一扫描式步进机。
12.根据权利要求10所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该第一图案为一沟槽型电容图案。
13.根据权利要求10所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该第二图案为一主动区域图案。
14.根据权利要求10所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该晶圆具有一定位标记以显示相对位置。
15.根据权利要求14所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于该定位标记是一缺角(notch)。
16.根据权利要求14所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于转移第一长方形图案的过程中，该晶圆的该定位标记是平行于该第一光罩的移动方向。
17.根据权利要求14所述的可抵减透镜像差影响的微影方法，其特征在于转移第二长方形图案的过程中，该晶圆的该定位标记是垂直于该第二光罩的移动方向。
全文摘要
本发明提供一种可抵减透镜像差影响的微影方法，包括提供一微影设备，其内配置有一第一光罩，其上具有至少一第一长方形图案；提供一晶圆，并藉由此微影设备，对上述晶圆施行一微影程序，其中第一光罩沿平行在其上第一长方形图案的短边方向移动，而此晶圆也同步地沿平行在第一光罩的移动方向移动，以转移上述第一长方形图案在晶圆上；替换微影设备中的光罩为一第二光罩，且其上具有至少一第二长方形图案；以及藉由此微影设备，施行一微影程序，其中第二光罩沿平行在该第二长方形图案的短边方向移动，而晶圆在旋转正负90度后，也同步地沿平行在该第二光罩的移动方向移动，以转移该第二长方形图案在该晶圆上。
文档编号G03F7/22GK1519654SQ03100750
公开日2004年8月11日 申请日期2003年1月21日 优先权日2003年1月21日
发明者廖俊诚, 吴元薰 申请人:南亚科技股份有限公司