灰阶光掩膜与制作方法以及以灰阶光掩膜形成沟渠方法
【专利摘要】本发明公开了一种灰阶光掩膜，包含有一第一图案以及一第二图案。其中第一图案具有一第一线宽，第二图案具有一第二线宽，且第二图案具有一灰阶密度。本发明另外还提供了一种灰阶光掩膜的制作方法，以及利用此灰阶光掩膜在基板上形成一沟渠的方法。
【专利说明】灰阶光掩膜与制作方法以及以灰阶光掩膜形成沟渠方法
【技术领域】
[0001]本发涉及了一种光掩膜的结构与其形成方法，特别来说，涉及一种准分子激光灰阶光掩膜的结构与其形成方法。
【背景技术】
[0002]在现代的信息社会中，由集成电路(integrated circuit, IC)所构成的微处理系统早已被普遍运用在生活的各个层面，例如自动控制的家电用品、行动通讯设备、电子计算器等，都有集成电路的使用。而随着科技的日益精进，以及人类社会对电子产品的各种想象，使得集成电路也往更多元、更精密、更小型的方向发展。
[0003]在半导体工艺中，为了将集成电路的图案顺利地转移到半导体芯片上，必须先将电路图案设计于一光掩膜(photomask)布局图上,之后依据光掩膜布局图所输出的光掩膜图案(photomask pattern)来制作一光掩膜,再通过光刻工艺将光掩膜上的图案转移到该半导体芯片上。目前发展出一种崭新的图案化技术，称为准分子激光。准分子激光的英文是Excimer Laser,而Excimer这个字是Excited Dimer的合并，即是被激发的二聚物。准分子激光的原理是以高压电流施加在混合气体中，以短暂的激发混合气体中的元素，以形成高能的不稳定二聚物。这个二聚物随即放出激光，此激光即可在半导体组件烧蚀出图案化的组件。
[0004]在现有的准分子激光中，仍有许多问题需要克服，其中最显著的是“折射角极限(refractive angle limitation) ” 以及“烟柱效应(plume effect)”。请参考图1，所不为现有技术中折射角极限影响烧蚀深度的示意图。如图1所示，激光100在穿过光掩膜102时会产生一折射现象，然后在基板104聚焦进行烧蚀。而随着目标线路越来越细(图1中越左边代表线宽越细)，其形成的沟渠形状也会由U型沟渠逐渐变成V型沟渠。在一些较细线路的图形中，当烧蚀深度在激光100两侧相交点以下时(如图1的A点)，激光100难以聚焦而造成烧蚀速度缓慢，常需要增加烧蚀时间才可以达到预定的深度，但这往往会影响其它粗线路图形的深度。
[0005]另一方面，在较大尺寸的线路中，图形深度常常会被烟柱效应所影响。烟柱效应是指在大面积或者粗线路的图形中，进行烧蚀时在界面上会产生大量的微粉屑，这些微粉屑会吸收一部份的激光能量，使得烧蚀的速率降低，因此造成图形深度不足。
[0006]因此，无论是“烟柱效应”或者是“折射角极限”都会使得产生的烧蚀深度不符合原先的设计，故会降低元件的质量，而成了一个亟欲解决的问题。
【发明内容】
[0007]本发明提出了一种灰阶光掩膜(Gray-Tone mask，又叫灰色调光掩膜)以及其形成方法。利用本发明的灰阶光掩膜，可以形成深度一致的图形线路。
[0008]根据本发明的一个实施方式，本发明提供了一种灰阶光掩膜，包含有一第一图案
以及一第二图案。第一图案具有一第一线宽，第二图案具有一第二线宽，其中第二图案具有一灰阶密度。
[0009]根据本发明的另外一个实施方式，本发明提供了一种灰阶光掩膜的形成方法。首先提供一基底，并提供一光掩膜，光掩膜具有一第一图形具有一第一线宽，以及一第二图形具有一第二线宽。接着以光掩膜进行一直接激光烧蚀工艺，以在基底中形成一第一沟渠对应第一图形并具有一第一深度，以及一第二沟渠对应第二图形并具有一第二深度。最后提供一灰阶光掩膜，灰阶光掩膜具有第一图形以及第二图形，其中第二图形具有一灰阶密度。
[0010]根据本发明的另外一个实施方式，本发明还提供了一种在基底上形成沟渠的方法。首先以前述方法形成一灰阶光掩膜后，接着以灰阶光掩膜进行另一直接激光烧蚀工艺，以在另一基底中形成一第四沟渠对应第一图形，以及一第五沟渠对应第二图形，其中第四沟渠以及第五沟渠都具有一预定深度。
[0011]本发明提出的灰阶光掩膜与其形成方法，是通过量测形成沟渠深度来进行灰阶图形的补偿，可以有效排除烟柱效应、折射角极限，或其它因子的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1所示为现有技术中折射角极限影响烧蚀深度的示意图。
[0013]图2至图5所示为本发明一种制作灰阶光掩膜的步骤示意图。
[0014]图6所示为本发明另一实施例中灰阶光掩膜的示意图。
[0015]图7所示为本发明又一实施例中灰阶光掩膜的示意图。
[0016]图8所示为本发明回归步骤的表示图。
[0017]其中，附图标记说明如下:
[0018] 100 激光310c第十沟渠
[0019]102 光掩膜312c第十一沟渠
[0020]104 基板314c第十二沟渠
[0021]300 基底316 激光
[0022]302 光掩膜320a灰阶光掩膜
[0023]304 第一图形 321 透明基板
[0024]306 第二图形 320b灰阶光掩膜
[0025]308 第三图形 320c灰阶光掩膜
[0026]310 第一沟渠 322 网点
[0027]312 第二沟渠 323 不透光材料
[0028]314 第三沟渠 wl 第一宽度
[0029]310a第四沟渠 w2 第二宽度
[0030]312a第五沟渠 w3 第三宽度
[0031]314a第六沟渠 dl 第一深度
[0032]310b第七沟渠 d2 第二深度
[0033]312b第八沟渠 d3 第三深度
[0034]314b第九沟渠 d’ 期望深度
【具体实施方式】[0035]为使本发明所属【技术领域】的一般技术人员能更进一步了解本发明，下文特别列举本发明的数个优选实施例，并配合所附图式，详细说明本发明的构成内容及所希望实现的效果。
[0036]本发明的主要特征是提出一种灰阶光掩膜的结构与其形成方法，特别是一种适合用于准分子激光烧蚀工艺的灰阶光掩膜。本发明所称准分子激光烧蚀工艺，是一种直接激光烧蚀(laser direct ablation, LDA)工艺,是指以准分子激光(如KrF的准分子激光)在半导体基底、玻璃基板、电路板或其它种类的基板上直接进行如钻孔、图案化等工艺，以形成各种激光形成嵌入电路(laser embedded circuit)。
[0037]请参考图2至图5，所示为本发明一种制作灰阶光掩膜的步骤示意图，其中图2至图4为剖面示意图，而图5则为灰阶光掩膜的平面示意图。如图2所示，首先提供一基底300以及一光掩膜302。基底300的表面上可以具有任何适合作为准分子激光烧蚀的材料，例如是 ABF (Ajinomoto Build-up Film)、苯环丁烯(benzocyclobutene, BCB)、液晶分子聚合物(liquid crystal polymer,LCP)、聚亚酸胺(polyimide,PI)、聚酌?醚(polyphenyleneether, PPE)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene, PTFE)等感光或非感光有机树脂,或亦可混合各种环氧树脂与玻璃纤维等材料。于本发明优选实施例中，基底300表面上的材质是ABF，其可以获得优选的烧蚀效果。光掩膜302上包含有一第一图案304、一第二图案306以及一第三图案308，其依序具有一第一线宽wl、一第二线宽《2以及一第三线宽w3。在本发明一实施例中，第一图案304是细线路的图案，其第一线宽wl介于3微米(ym)至8微米之间，例如是5微米；第二图案306具有中线路的图案，其第二线宽w2介于8微米至40微米，例如是15微米；第三图案308具有粗线路的图案，其第三线宽w3是大于40微米，例如是150微米。
[0038]如图3所示，利用此光掩膜302进行一直接激光烧蚀工艺，使得激光316穿过光掩膜302透光处(即第一图形304、第二图形306与第三图形308的地方)而在基底300表面上进行烧蚀，即可会在基底300中形成一第一沟渠310、一第二沟渠312以及一第三沟渠314。其中，第一沟渠310对应第一图案304且具有一第一深度dl，第二沟渠312对应第二图案306且具有一第二深度d2，第三沟渠314对应第三图案308且具有一第三深度d3。如前文所述，由于细线路的图案进行烧蚀时容易有折射角极限的现象，故产生的深度会较中线路的图案来的浅，举例来说，通过第一图案304所产生的第一沟渠310，其深度会小于通过第二图案306所产生的第二沟渠312，即dl < d2。另一方面，由于粗线路的图案进行烧蚀时容易有烟柱效应的现象，故产生的深度会较中线路的图案来的浅，通过第三图案308所产生的第一沟渠314，其深度会小于通过第二图案306所产生的第二沟渠312，即d3 < d2。然而，第一深度dl和第三深度d3彼此间的大小关系则不一定。下文为了方便说明，以第三深度d3大于第一深度dl为示例，即dl < d3 < d2。第一深度dl例如是8微米，第二深度d2例如是16微米，第三深度d3例如是12微米。
[0039]如图4与图5所示，根据第一深度dl、第二深度d2与第三深度d3之间的关系来形成一灰阶光掩膜320a。灰阶光掩膜320a与光掩膜302所具有的图形大致相同，也就是同样具有第一图形304、第二图形306以及第三图形308，但特别的是，这些图形的其中至少一个是具有灰阶密度。本实施例的灰阶密度是通过第一深度dl、第二深度d2与第三深度d3之间的关系来决定。于本发明的一个实施方式，灰阶密度是以下列公式来决定:[0040]灰阶密度=(1-预定深度/量测深度)
[0041]举例来说，本实施例中是以最深的第二深度d2为预定深度，然后计算其它图形的灰阶密度。例如第二图形306的期望透光率为dl/d2，即8/16 = 0.5，而得到1-0.5 = 0.5,即50%的灰阶密度。同理，第三图形308的期望透光率为dl/d3，即8/12 = 0.75，而得到1-0.75 = 0.25，即25%的灰阶密度。而第一图形304则维持100%的透光率，即0%的灰阶密度。如此一来，激光316通过第二图形306后仅具有50%的强度，激光316通过第三图形308后仅具有75%的强度。最后，如图4所示，即可利用此灰阶光掩膜320a同样进行另一直接激光烧蚀工艺，即可以在同样材质的基底300上形成一第四沟渠310a、一第五沟渠312a以及一第六沟渠314a，第四沟渠310a对应第一图案304，第五沟渠312a对应第二图案306，第六沟渠314a对应第三图案308，且第四沟渠310a、第五沟渠312a与第六沟渠314a的沟渠深度都相同，即都是dl。通过前述的步骤，即可以有效排除烟柱效应、折射角极限，或其它因子的影响，即便光掩膜上图形线宽大小不同，也可在基底中形成深度相同的图案。
[0042]请参考图6，所示为根据本发明另一实施例中灰阶光掩膜的示意图。如图6所示，前述实施例是以第一深度dl为预定深度，在其它实施例中，亦可选定小于第一深度dl的一期望深度d’为基准，例如期望深度d’为4微米。同理，第一图形304的灰阶密度为1-4/8，即25% ;第二图形306的灰阶密度为1-4/16，即75% ;第三图形308阶密度为1-4/12，即67%,而形成例如图6的灰阶光掩膜312b。同样的,利用此灰阶光掩膜320b可以形成第七沟渠310b、第八沟渠312b以及第九沟渠314b，且三者的沟渠深度都为d’。
[0043]请参考图7，所示为本发明又一实施例中利用灰阶光掩膜来形成沟渠的步骤示意图。前述实施例是以选定一预定深度而使形成的沟渠都具有相同的深度。而在本实施例中，也可使形成的沟渠各自具有不同的深度。举例而言，若希望在另一基底上形成一第十沟渠310c对应第一图案304时，假设第十沟渠310c的预定深度为dlO，则灰阶光掩膜320c上的第一图形304的灰阶密度为I_(dl0/dl);`若第十一沟渠312c的预定深度为dll，则灰阶光掩膜320c上的第二图形304的灰阶密度为l_(dll/dl);若第十二沟渠314c的预定深度为dl2，则灰阶光掩膜320c上的第三图形308的灰阶密度为1- (dl2/dl)。然后，通过此灰阶光掩膜320c，即可在另一基底上经由直接烧蚀工艺形成具有dlO深度的第十沟渠310c，具有dll深度的第十一沟渠312c，以及具有dl2深度的第十二沟渠314c。
[0044]值得注意的是，本发明的灰阶光掩膜320a，320b，320c并不同于公知技术中以不同厚度或以不同材质来形成不同透光率区域的灰阶光掩膜。如图5所示，本发明的准分子激光灰阶光掩膜320a包含有一透明基板321以及设置在其上的不透光材料323。在第一图形304、第二图形306以及第三图形308以外的区域，基底321完全被不透光材料323所覆盖，而在第一图形304、第二图形306以及第三图形308中，则是均匀分布有不透光网点322，其中全部不透光网点322面积与图形的比值决定了图形的透光率。举例来说，在第三图形308中，如图5右半的放大区域所示，网点322处是完全不透光，而在第三图案308中网点322以外的其它区域则是100%透光，而全部网点322在第三图案308中所占的面积为25%。通过改变网点322在光掩膜上的密度，可以改变光掩膜上不同区域的透光率。于本发明的优选实施例中，透明基板321可以包含各种透光的无机材料或有机材料，例如玻璃、石英、塑料、树脂、压克力、其它合适的材料、或前述材料的组合，但不限于此，组成网点322的不透光材料323例如是金属铬、不透光的树脂或是石墨等材质。网点322可以包含任何简单的几何形状，例如圆形、矩形、菱形或者是上述的组合。形成网点322的方法例如可以使用光刻与蚀刻工艺(photo-etching-process,PEP)工艺、喷墨涂布(ink jet printing)工艺或是激光工艺等，也可以是其它适合用来形成光掩膜的工艺。
[0045]在本发明另一实施例中，本发明形成准分子激光灰阶光掩膜320a，320b，320c的方法还可以包含一回归步骤。请参考图8，所示为本发明回归步骤的表示图。如图8所示，若光掩膜302上的图形过多且所形成的沟渠深度无法一一进行量测，可以仅选择数个不同线宽的图形来进行量测。举例来说，可以选定5个或5个以上的图形，量测烧蚀后的沟渠深度，以X轴为宽度，以y轴为烧蚀深度，而得到如图8的分布。接着例如这些数据进行一回归(regression)步骤,可以得到例如是开口向下的二次曲线的回归线(y = ax2+bx+c)。后续在设计准分子激光灰阶光掩膜320a，320b，320c的灰阶密度时，即可利用此方程式来求得到不同线宽图形的一计算深度，并如前文所述，选定一预定深度作为基准，并配合公式:
[0046]灰阶密度=(1-预定深度/量测深度)
[0047]即可求得不同图形的灰阶密度，如此一来，可省略大量量测沟渠深度的时间。
[0048]另外必须要说明的是，本发明的准分子激光灰阶光掩膜特别是用在准分子激光的图案化工艺中，例如是KrF准分子激光(248nm)的图案化工艺。在其它类型的光掩膜上，由于不是以激光光穿过光掩膜直接烧蚀基底，故不会有折射角极限以及烟柱效应的问题，其原理以及实施方式和本发明并不相同。
[0049]综上所述，本发明提的准分子激光灰阶光掩膜与其形成方法，是通过量测形成沟渠深度来进行灰阶图形的补偿，可以有效排除了烟柱效应或折射角极限，甚至是其它因子的影响。
[0050]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种灰阶光掩膜，其特征在于，包含: 一第一图案，具有一第一线宽；以及 一第二图案，具有一第二线宽，其中该第二图案具有一灰阶密度。
2.根据权利要求1所述的灰阶光掩膜，其特征在于该第二图案均匀地覆盖有多个网点。
3.根据权利要求2所述的灰阶光掩膜，其特征在于，该等网点包含不透光材质。
4.根据权利要求1所述的灰阶光掩膜，其特征在于，该第二图案的透光率小于100%。
5.根据权利要求1所述的灰阶光掩膜，其特征在于，该第一线宽不等于该第二线宽。
6.一种在基底中形成沟渠的方法，其特征在于，包含: 以根据权利要求1至5任一项所述的该灰阶光掩膜进行一直接烧蚀工艺，以在一基底中形成一第四沟渠对应该第一图形，以及一第五沟渠对应该第二图形，其中该第四沟渠以及该第五沟渠的深度相同。
7.一种在基底中形成沟渠的方法，其特征在于，包含: 以根据权利要求1至5任一项所述的该灰阶光掩膜进行一直接烧蚀工艺，以在一基底中形成一第十沟渠对应该第一图形，以及一第十一沟渠对应该第二图形，其中该第十沟渠以及该第十一沟渠的深度不同。
8.—种灰阶光掩膜的制作方法，其特征在于，包含: 提供一基底； 提供一光掩膜，该光掩膜具有一第一图形具有一第一线宽，以及一第二图形具有一第二线宽； 以该光掩膜进行一直接激光烧蚀工艺，以在该基底中形成一第第一沟渠对应该第一图形并具有一第一深度，以及一第二沟渠对应该第二图形并具有一第二深度；以及 形成一灰阶光掩膜，该灰阶光掩膜具有该第一图形以及该第二图形，其中该第二图形具有一第二灰阶密度。
9.根据权利要求8所述的灰阶光掩膜的制作方法，其特征在于，该第二灰阶密度=(1- 一第二预定深度/该第二深度)。
10.根据权利要求9所述的灰阶光掩膜的制作方法，其特征在于，该灰阶光掩膜的该第一图形具有一第一灰阶密度，且该第一灰阶密度=(1- 一第一预定深度/该第一深度)。
11.根据权利要求8所述的灰阶光掩膜的制作方法，其特征在于，还包含回归步骤。
12.—种在基底中形成沟渠的方法，其特征在于，包含: 以如权利要求10所述的灰阶光掩膜的制作方法形成该灰阶光掩膜；以及以该灰阶光掩膜进行另一直接激光烧蚀工艺，以在另一基底中形成一第四沟渠对应该第一图形，以及一第五沟渠对应该第二图形。
13.根据权利要求12所述的在基底中形成沟渠的方法，其特征在于，该第一预定深度等于该第二预定深度。
14.根据权利要求13所述的在基底中形成沟渠的方法，其特征在于，该第一预定深度等于该第二预定深度等于该第一深度。
15.根据权利要求10所述的在基底中形成沟渠的方法，其特征在于，该第一预定深度不等于该第二预定深度。
【文档编号】G03F1/44GK103513508SQ201210204320
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月20日 优先权日:2012年6月20日
【发明者】程石良, 陈琮瑜 申请人:欣兴电子股份有限公司