照明系统以及使用其形成鳍状结构的方法与流程

本发明涉及一种照明系统以及一使用其形成鳍状结构的方法，尤指一种使用包括一环形开口以及一双极开口的不透明板作为光瞳的一种照明系统以及使用其形成鳍状结构的方法。

背景技术：

随着半导体制造技术的发展，集成电路的尺寸也越来越小，且运作速度也越来越快。在集成电路的制造过程中，最关键的技术莫过于所谓的光刻制作工艺(photolithography process)，其肩负着将光掩模上图案精确地转移至晶片上不同元件层的重责大任。光刻制作工艺主要是通过曝光装置将光掩模上的图案投影至形成于晶片上的光致抗蚀剂，因此决定形成于晶片上的图案的分辨率(resolution)，即所谓的关键尺寸(critical dimension，CD)，主要由曝光装置所决定。由于曝光装置通过投影的方式将图案转移至光致抗蚀剂上，因此曝光装置的照明系统与其光线波长是决定这关键尺寸的因素。因此，不断地改善照明系统，以缩小关键尺寸一直是业界努力的目标。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种照明系统以及使用其形成鳍状结构的方法，以提升曝光光线入射至光掩模的角度，进而可有效地缩小关键尺寸。

为达上述的目的，本发明提供一种照明系统，其包括一光源以及一不透明板。光源用于产生一光线。不透明板设置于光源以及一光掩模之间，且不透明板包括一环形开口以及一第一双极开口。环形开口具有一内侧边以及一外侧边。第一双极开口包括至少一第一开口以及至少一第二开口，其中第一开口与第二开口分别与环形开口相连接，并分别从环形开口的外侧边延伸出，且第一开口与第二开口对称于环形开口的一中心点设置。

为达上述的目的，本发明还提供一种使用照明系统形成鳍状结构的方 法。首先，提供照明系统，其中照明系统包括一光源以及一第一不透明板。光源用于产生一光线。第一不透明板包括一第一环形开口以及一第一双极开口。第一环形开口具有一第一内侧边以及一第一外侧边。第一双极开口包括至少一第一开口以及至少一第二开口，其中第一开口与第二开口分别与第一环形开口相连接，并分别从第一环形开口的第一外侧边延伸出，且第一开口与第二开口对称于第一环形开口的一第一中心点设置，并沿着一第一方向排列。然后，提供一第一光掩模、多个环形间隙物以及一基板，其中环形间隙物设置于基板上，且第一光掩模包括多个第一条状开口，分别沿着一第二方向延伸。接着，将照明系统的第一不透明板设置于光源以及第一光掩模之间，并使第一方向垂直于第二方向。随后，在环形间隙物上形成一第一掩模层。接着，利用照明系统与第一光掩模进行一第一曝光制作工艺，以于第一掩模层中定义出多个第一切割开口的位置。

在本发明的不透明板中，双极开口至少设置于环形开口的外侧边，因此曝光光线在经过双极开口与环形开口之后入射至光掩模的角度可被提升，进而可有效地缩小关键尺寸。

附图说明

图1为本发明一实施例的曝光装置的示意图；

图2为本发明第一实施例的不透明板的上视示意图；

图3为本发明第二实施例的不透明板的上视示意图；

图4为本发明第三实施例的不透明板的上视示意图；

图5为本发明第四实施例的不透明板的上视示意图；

图6为本发明第五实施例的不透明板的上视示意图；

图7为本发明第六实施例的不透明板的上视示意图；

图8为本发明第七实施例的不透明板的上视示意图；

图9为本发明第八实施例的不透明板的上视示意图；

图10为本发明第九实施例的不透明板的上视示意图；

图11至图14为本发明一实施例使用照明系统形成鳍状结构的方法示意图。

主要元件符号说明

100 曝光装置 102 照明系统

104 光掩模座 106 投影镜头

108 基板座 110、130 光掩模

110a 第一条状开口 112 基板

114 光源

116、 132、216、316、416、516、616、716、 不透明板

816、916

116a 中央部 116b 周边部

118、134 环形开口 118a、134a 内侧边

118b、134b 外侧边

120、220、320、420、520、620、720、820、 第一双极开口

920

120a、220a、320a、420a、520a、620a、720a、 第一开口

820a、920a

120b、220b、320b、420b、520b、620b、720b、 第二开口

820b、920b

136a、422a、522a、622a、722a、822a 第三开口

136b、422b、522b、622b、722b、822b 第四开口

124 环形间隙物 124a 第一部分

124b 第二部分 126 第一掩模层

128 第一切割开口 130a 第二条状开口

138 第二切割开口 140 鳍状结构

136、422、522、622、722、822 第二双极开口

924a 弓形部 924b 长条部

D1 第一方向 D2 第二方向

P1、P2 位置

W1、W2、W3、W4、W5 宽度

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明一实施例的曝光装置的示意图。如图1所示，本实施例的曝光装置100可包括一照明系统102、一光掩模座104、一投影镜头106以及一基板座108。照明系统102用于产生曝光光线，且光掩模座 104、投影镜头106与基板座104依序设置于曝光光线的光路径上。因此，在进行曝光制作工艺时，光掩模110与待图案化的基板112会分别设置于光掩模座104与基板座108上，使曝光光线可依序经过光掩模110与投影镜头106，进而聚焦在基板112上的一光致抗蚀剂层中(图未示)。照明系统102包括一光源114以及一不透明板116。光源114可产生曝光光线，例如：KrF激光(248nm)或ArF激光(193nm)等，但不限于此。不透明板116设置于光源114与光掩模110之间，其上设置有至少一开口，用以作为照明系统102的光瞳(pupil)，使得曝光光线在通过不透明板116的开口之后可产生所欲的光线图案。

请参考图2，图2为本发明第一实施例的不透明板的上视示意图。如图2所示，本实施例的不透明板116包括一环形开口118以及一第一双极开口120。环形开口118具有一内侧边118a与一外侧边118b，并围绕一部分的不透明板116。具体来说，不透明板116可包括一中央部116a与一周边部116b，且环形开口118围绕出中央部116a，因此中央部116a的形状与环形开口118的内侧边118a相同。举例来说，环形开口118的形状与中央部116a可为圆形或椭圆形。并且，周边部116b围绕环形开口118与第一双极开口120，且中央部116a与周边部116b形成环形开口118与第一双极开口120。第一双极开口120可包括至少一第一开口120a与至少一第二开口120b。在本实施例中，第一双极开口120仅包括单一第一开口120a与单一第二开口120b。第一开口120a与第二开口120b分别与环形开口118的外侧边118b相连接，并从环形开口118的外侧边118b延伸向周边部116b突出。并且，第一开口120a与第二开口120b对称于环形开口118的一中心点设置，且第一开口120a与第二开口120b沿着一第一方向D1排列。举例来说，第一开口120a与第二开口120b的形状可分别为正方形、矩形等多边形或弧形、拱形等的几何或非几何形状。并且，第一开口120a与第二开口120b的一侧边与环形开口118的外侧边118b相连接。本发明并不限于此。在其他实施态样中，第一开口以及第二开口与环形开口相连接之处可为多边形开口的一顶角。另外，当环形开口118的形状为椭圆形时，第一方向可优选平行环形开口118的长轴，但本发明不限于此。在其他实施态样中，第一方向可平行于环形开口的短轴或不平行于环形开口的长轴与短轴。

值得一提的是，相较于将第一开口与第二开口设置于环形开口的内侧边 并向内凹入圆形部116a中，本实施例的不透明板116将第一开口120a与第二开口120b完全设置于环形开口118的外侧边118b外，使得曝光光线在经过第一开口120a、第二开口120b与环形开口118之后入射至光掩模110的角度可被提升。由于曝光装置100的数值孔径与曝光光线入射光掩模110的入射角成正比，且数值孔径与关键尺寸成反比，因此提升入射角可有效地缩小关键尺寸。

此外，本实施例的第一开口120a于第一方向D1上的宽度W1可大于环形开口118的宽度W2。同理，第二开口120b于第一方向D1上的宽度W3也可大于环形开口118的宽度W2。由此，相对于从环形开口118通过的光线亮度，从第一双极开口120通过的光线亮度可被提高，以增加入射角被提升的光线亮度，进而可更有效地缩小关键尺寸。

本发明的不透明板并不以上述实施例为限。下文将继续揭示本发明的其它实施例或变化型，然而为了简化说明并突显各实施例或变化型之间的差异，下文中使用相同标号标注相同元件，并不再对重复部分作赘述。

请参考图3，图3为本发明第二实施例的不透明板的上视示意图。如图3所示，相较于第一实施例，本实施例的不透明板216的第一双极开口220的第一开口220a与第二开口220b并非完全设置于环形开口118的外侧边118b外，而是分别横跨环形开口118的一部分。也就是说，第一开口220a与第二开口220b均分别从环形开口118的内侧边118a延伸向圆形部116a凹入与从外侧边118b延伸向周边部116b突出。

请参考图4，图4为本发明第三实施例的不透明板的上视示意图。如图4所示，相较于第二实施例，本实施例的不透明板316的第一双极开口320包括多个第一开口320a以及多个第二开口320b。在本实施例中，各第一开口320a与各第二开口320b仍对称于环形开口118的中心点设置，且各第一开口320a与各第二开口320b分别横跨环形开口118的一部分，因此均分别从环形开口118的内侧边118a延伸向圆形部116a凹入与从外侧边118b延伸向周边部116b突出。本发明并不限于此。在其他实施例中，各第一开口与各第二开口可不横跨环形开口，而仅从环形开口的外侧边延伸向周边部突突出，并完全设置于环形开口的外侧边外。

请参考图5，图5为本发明第四实施例的不透明板的上视示意图。如图5所示，相较于第一实施例，本实施例的不透明板416除第一双极开口420(包 括第一开口420a与第二开口420b)外，还包括一第二双极开口422，包括一第三开口422a以及一第四开口422b。其中，第一开口420a、第二开口420b、第三开口422a与第四开口422b分别与环形开口118的外侧边118b相连接，并均从环形开口118的外侧边118b延伸向周边部116b突出。此外，第一开口420a与第二开口420b对称于环形开口118的中心点设置，并沿着第一方向D1排列，且第三开口422a与第四开口422b对称于环形开口118的中心点设置，并沿着不同于第一方向D1的一第二方向D2排列。在本实施例中，第一方向D1与第二方向D2的夹角小于90度。举例来说，当环形开口118的形状为椭圆形时，第一开口420a与第三开口422a的排列方向与第二开口420b与第四开口422b的排列方向可平行于环形开口118的长轴，且第一开口420a与第四开口422b的排列方向与第二开口420b与第三开口422a的排列方向可平行于环形开口118的短轴。本发明并不限于此。。另外，第三开口422a与第四开口422b的形状可分别相同或不同于第一开口420a与第二开口420b而可为矩形或拱形等。在本实施例中，第一开口420a、第二开口420b、第三开口422a与第四开口422b分别于其角落与环形开口118的外侧边118b相连接。此外，第一开口420a与第二开口420b于第一方向D1上的宽度W1、W3可大于环形开口118的宽度W2，且第三开口422a与第四开口422b于第二方向D2上的宽度W4、W5可大于环形开口118的宽度W2。

请参考图6，图6为本发明第五实施例的不透明板的上视示意图。如图6所示，相较于第四实施例，本实施例的不透明板516的第一双极开口520的第一开口520a与第二开口520b以及第二双极开口522的第三开口522a与第四开口522b分别横跨环形开口118的一部分。也就是说，第一开口520a、第二开口520b、第三开口522a与第四开口522b均分别从环形开口118的内侧边118a向中央部116a凹入与从外侧边118b延伸向周边部116b突出。此外，在本实施例中，向中央部116a凹入或向周边部116b突出者均为开口的一顶角，但于其他实施态样中，也可为开口的一侧边。

请参考图7，图7为本发明第六实施例的不透明板的上视示意图。如图7所示，相较于第四实施例，本实施例的不透明板616的第一双极开口620的第一开口620a与第二开口620b所排列的第一方向D1垂直于第二双极开口622的第三开口622a与第四开口622b所排列的第二方向D2。举例来说，当环形开口118的形状为椭圆形时，第一方向D1与第二方向D2可分别平 行于椭圆形的环形开口118的长轴与短轴，但本发明并不限于此。并且，本实施例的第一开口620a、第二开口620b、第三开口622a与第四开口622b均于侧边与环形开口118的外侧边118b相连接。此外，本实施例的第一开口420a与第二开口420b于第一方向D1上的宽度W1、W3可大于环形开口118的宽度W2，且第三开口422a与第四开口422b于第二方向D2上的宽度W4、W5可大于环形开口118的宽度W2。

请参考图8，图8为本发明第七实施例的不透明板的上视示意图。如图8所示，相较于第六实施例，本实施例的不透明板716的第一双极开口720的第一开口720a与第二开口720b以及第二双极开口722的第三开口722a与第四开口722b分别横跨环形开口118的一部分。同样的，在本实施例中，向中央部116a凹入或向周边部116b突出者均为开口的一侧边，但于其他实施态样中，也可为开口的一顶角。

请参考图9，图9为本发明第八实施例的不透明板的上视示意图。如图9所示，相较于第七实施例，本实施例的不透明板816的第一双极开口820包括多个第一开口820a以及多个第二开口820b，且第二双极开口822包括多个第三开口822a以及多个第四开口822b。在本实施例中，第一开口820a与第二开口820b仍对称于环形开口118的中心点设置，且各第一开口820a与各第二开口820b分别横跨环形开口118的一部分，因此均分别从环形开口118的内侧边118a延伸向中央部116a凹入与从外侧边118b延伸向周边部116b突出。并且，第三开口822a与第四开口822b也分别对称于环形开口118的中心点设置，且各第三开口822a与各第四开口822b分别横跨环形开口118的一部分。本实施例并不限于此。在其他实施态样中，各第一开口、各第二开口、各第三开口与各第四开口也可不横跨环形开口，而均仅从环形开口的外侧边延伸出一顶角或一侧边。

请参考图10，图10为本发明第九实施例的不透明板的上视示意图。如图10所示，相较于第一实施例，本实施例的不透明板916的第一双极开口920的第一开口920a与第二开口920b分别为长条状，且沿着第二方向D2延伸，并彼此平行。并且，第一开口920a与第二开口920b分别横跨环形开口118的两不相邻的部分的内侧边118a与外侧边118b，因此第一开口920a与第二开口920b可将环形开口118所围绕的圆形部区分为彼此不相连的两弓形部924a以及一长条部924b。此外，在本实施例中，第二方向D2平行 于椭圆形的环形开口的长轴延伸，但于其他实施态样中，也可平行于椭圆形的环形开口的短轴。本发明另提供使用前述照明系统形成鳍状结构的方法。为清楚说明如何使用照明系统，下述实施例的不透明板以上述第一实施例为例来做说明，但不以此为限，也可为上述任一实施例的不透明板。请参考图11至图14。图11至图14为本发明一实施例使用照明系统形成鳍状结构的方法示意图。首先，如图11所示，提供一曝光装置100，其包括照明系统102、光掩模座104、投影镜头106以及基板座108。照明系统102可包括光源114与不透明板116。本实施例的不透明板116与第一实施例相同，因此不多赘述。

然后，提供光掩模110、多个环形间隙物124以及基板112，并将光掩模110设置于照明系统102与基板112之间以及将环形间隙物124设置于基板112上，使照明系统102所产生的曝光光线可通过光掩模110照射至基板112上的环形间隙物124。并且，光掩模110可用于定义第一切割开口128的位置P1，其包括多个第一条状开口110a，分别沿着第二方向D2延伸。举例来说，环形间隙物124可利用侧壁影像转移(sidewall image transfer，SIT)制作工艺或多重侧壁影像转移制作工艺制作而成，以具有小于曝光机台可制作出的关键尺寸的宽度。

接着，将照明系统102的不透明板116设置于光源114以及光掩模110之间，并使第一方向D1垂直于第二方向D2。随后，在环形间隙物124上形成一第一掩模层126。第一掩模层126可包括光致抗蚀剂材料。

然后，利用不透明板116与光掩模110进行一第一曝光制作工艺，以于第一掩模层126中定义出多个第一切割开口128的位置P1。于此步骤中，以第一掩模层126包括负型光致抗蚀剂材料，因此对应光掩模110的第一条状开口110a的第一掩模层126会受到光线照射，使被照射的第一掩模层126定义出第一切割开口128的位置。

如图12所示，在定义出第一切割开口128的位置P1之后，提供另一光掩模130，以用于定义第二切割开口138的位置P2，光掩模130可包括多个第二条状开口130a。并且，照明系统102可包括另一不透明板132，其包括另一环形开口134以及一第二双极开口136。环形开口134具有一内侧边134a以及一外侧边134b。第二双极开口136包括一第三开口136a以及一第四开口136b，其中第三开口136a与第四开口136b分别与环形开口134相连接， 并分别从环形开口134的外侧边134b延伸出，且第三开口136a与第四开口136b对称于环形开口134的中心点设置，并沿着第二方向D2排列。本实施例的第三开口136a与第四开口136b于第二方向D2上的宽度W4、W5可大于环形开口134的宽度W2。

然后，将不透明板116替换为不透明板132，且将光掩模110替换为光掩模130。意即，将光掩模130设置于照明系统102与基板112之间，且将照明系统102的不透明板132设置于光源114以及光掩模130之间，并使各第二条状开口130a的延伸方向沿着第一方向D1设置。接着，利用不透明板132与光掩模130进行一第二曝光制作工艺，以于第一掩模层128中另定义出多个第二切割开口138的位置P2。光掩模130的第二条状开口130a对应第一切割开口138的位置P2。

如图13所示，在定义出第一切割开口128的位置P1与第二切割开口138的位置P2之后，进行一显影制作工艺，以形成第一切割开口128与第二切割开口138，因此第一切割开口128分别暴露出环形间隙物124的多个第一部分124a，且第二切割开口138分别暴露出环形间隙物124的多个第二部分124b。第一切割开口128与第二切割开口138分别由第一条状开口110a与第二条状开口130a所定义出，因此也为条状。

如图14所示，以第一掩模层126为一掩模，进行一蚀刻制作工艺，以移除暴露出的环形间隙物124的第一部分124a与第二部分124b，进而形成鳍状结构140。然后，可进一步移除第一掩模层126。值得一提的是，本实施例于进行第一曝光制作工艺时，使第一开口120a与第二开口120b所排列的第一方向D1垂直于各第一条状开口110a延伸的第二方向D2，因此第一切割开口128的位置P1可被精确的定义出。换句话说，欲形成沿着第二方向D2延伸的第一切割开口128时，不透明板116的第一开口120a与第二开口120b的排列方向，即第一方向D1，优选垂直于光掩模110上的第一条状开口110a(或图案)延伸的方向，即第二方向D2。同理，在第二曝光制作工艺时，第三开口136a与第四开口136b所排列的第二方向D2垂直于各第二条状开口130a延伸的第一方向D1，因此第二切割开口138的位置P2可被精确的定义出。所以，欲形成沿着第一方向D1延伸的第二切割开口138时，不透明板132的第三开口136a与第四开口136b的排列方向，即第二方向D2，优选垂直于光掩模130上的第二条状开口130a(或图案)延伸的方向，即 第一方向D1。

由上述可知，本实施例的环形间隙物124通过两次曝光制作工艺以及一次显影制作工艺将其不需要的部分移除，以形成鳍状结构140，因此需先将用于切割环形间隙物124的切割开口拆解成沿着第二方向D2延伸的第一切割开口128与沿着第一方向D1延伸的第二切割开口138。因此，需提供两光掩模110、130，以分别用于定义出第一切割开口128与第二切割开口138。在其他实施态样中，环形间隙物也可通过两次曝光制作工艺以及两次显影制作工艺来移除不需要的部分。例如：第一曝光制作工艺之后可先进行显影制作工艺，以形成第一切割开口，并以第一掩模层为一掩模，移除暴露出的环形间隙物的第一部分。然后，移除第一掩模层，并于环形间隙物上形成一第二掩模层。并且，随后，利用不透明板132与光掩模130进行第二曝光制作工艺与第二显影制作工艺，以于第二掩模层中形成多个第二切割开口，并暴露出环形间隙物的第二部分。接着，以第二掩模层为一掩模，移除暴露出的环形间隙物的第二部分，以形成鳍状结构。

另外，在其他实施例中，不透明板也可应用上述第四实施例至第八实施例，使得不透明板具有排列于第一方向的第一开口与第二开口以及排列于第二方向的第三开口与第四开口。如此一来，可搭配整合有第一条状开口与第二条状开口的光掩模，在同一道曝光制作工艺中在第一掩模层中形成精确定义的第一切割开口与第二切割开口。因此，环形间隙物仅需通过一次曝光制作工艺以及一次显影制作工艺即可移除不需要的部分。另外，当环形开口的形状为椭圆形，第一开口与第二开口沿着平行于长轴方向排列，且第三开口与第四开口沿着平行于短轴方向排列时，光掩模优选可具有数量较多或排列较密集的沿着垂直长轴方向延伸的第一条状开口，而具有数量较少或排列较稀疏的沿着短轴方向延伸的第二条状开口。

综上所述，本发明的不透明板将双极开口至少设置于环形开口的外侧边，使得曝光光线在经过双极开口与环形开口之后入射至光掩模的角度可被提升，进而可有效地缩小关键尺寸。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。