专利名称：利用相移孔隙的投影式光刻的制作方法
技术领域：
本发明乃是有关于半导体制造的光学微影制程。特别是，本发明乃是有关于利用相移孔隙的投影式微影制程中、空间凝像的改善方法及装置，藉以产生非相干光线(incoherentlight)，进而降低侧极大干扰效应形成(sidemaxima formation)导致的效应。
背景技术：
当半导体特征大小持续缩减至次微米范围以后，在微影制程期间的光学绕射效应亦会显得格外明显。常见的紫外线(UV)曝光工具乃是利用波长193nm、248nm、或365nm的光源。当这类工具用来形成特征大小仅有70nm至350nm的半导体装置时，光学绕射效应将会变得相当明显、并且产生影响这个半导体装置表面的印刷图案干扰。
一个干扰效应特别严重的区域通常会具有彼此正交的图案。这些干扰效应会降低这个空间凝像的品质，进而限制这个微影制程窗口的分辨率。特别是，这些干扰效应会发生在数组类型图案的边缘，其中，线路可能会更轻易地合并或降落在这些区域中。特别是，这些干扰效应可能会在一个半导体晶圆的图案印刷程序中，呈现侧极大干扰效应(side maxima)，进而对这个印刷图案造成负面影响。
已知，习知技术已经提出多种方法，藉以改善整体的图案分辨率。部分的习知技术方法乃是利用离轴(off-axis)照射或相移光罩。离轴(off-axis)照射乃是重新聚焦部分光线，其通常会被绕射到投影线路的外部，藉以增加整体的图案分辨率。相移光罩则是平移光束的相位，藉以产生在不同特征间具有相差的非相干光线。如此，这些特征的分辨率便可以改善。然而，本发明会进一步改善正交导向特征的微影成像品质，其只需要应用先前所述的习知技术方法。另外，本发明亦是成本较低的方法，其不仅简单、并且亦不需要改变现有的微影光学装置或设备。
发明内容
一种改善正交导向特征的微影成像品质的低成本及简易方法乃是利用本发明的较佳实施例达成，其具有一个具有光传导区域的平板，藉以提供改善成像品质的相移。在一个较佳实施例中，这个平板会具有第一不透明区域，位于这个平板的中央，及第二不透明区域，形成在这个平板的外缘。这个第一不透明区域及这个第二不透明区域可以在两者间定义一个环状区域。这个环状区域乃是光传导的、并且具有第一光传导区域，藉以对穿透光线施予第一相移，及第二光传导区域，藉以对穿透光线施予第二相移。
另外，本发明亦揭露一种方法，藉以在一个半导体晶圆表面进行光学微影，进而附加一个图案。这种方法包括下列步骤，亦即利用一个电阻层被覆这个半导体晶圆；提供一个相干光线照射光源；及将这个照射光源的光线穿透一个孔隙，这个孔隙会在其中央具有一个不透明区域、并具有第一光传导区域，藉以对穿透光线施予第一相移，及第二光传导区域，藉以对穿透光线施予第二相移。另外，这种方法更包括下列步骤，亦即将这个非相干光线穿透一个光罩，这个光罩会在表面形成一个图案、并在这个非相干光线穿透这个光罩后，利用这个非相干光线照射这个电阻层。
本发明较佳实施例的一个优点乃是这种方法可以提供一种较符合成本效益的方法，藉以改善正交导向特征的分辨率。
本发明较佳实施例的另一个优点乃是这种方法并不需要改变现有的微影光学装置。
本发明的上述及其它优点将会配合所附图式，利用较佳实施例详细说明如下，其中第1图表示一种习知技术装置，用以进行光学微影制程，进而形成半导体基底表面的图案特征；第2a图表示光罩特征的较佳实施例；第2b及2c图表示光学绕射及得到的侧极大干扰效应(side maxima)；第3图表示本发明的第一较佳实施例；第4图表示一种系统，其系利用本发明较佳实施例的方法，进行光学微影制程，进而在半导体基底表面形成图案特征；第5a及5b图表示图案特征的图案光栅；第6图表示具有侧极大干扰效应(side maxima)及相干及非相干重叠的强度曲线；以及第7及8图表示本发明的其它较佳实施例。
具体实施例方式
本发明较佳实施例的制造及使用将详细说明如下。不过，熟习此技术者应明白本发明乃是提供许多可应用的先进概念，其可以利用各种特定方式加以实施。因此，以下所述的特定较佳实施例仅是以特定方式介绍本发明的制造及使用，而不是用来限定本发明的范围。
第1图系表示一种习知技术的光学微影装置10。这种光学微影装置10会具有一个光源2、一个光罩8、一个聚焦透镜9、及一个感光层(一个光阻层)4，形成在一个半导体晶圆6或类似基底的表面。首先，将这个光源2的光线穿透这个光罩8，藉以在这个光阻层4表面形成图案，其中，这个光罩8表面会形成欲转移的图案。接着，在照射这个光阻层4以前，将这个光线穿透这个聚焦透镜9。不过，穿透这个光罩8的光线却会遭受干扰效应，并自这个光源2产生光线绕射13。
当这个光源2照射这个光罩8的时候，这个光罩8的上平面17将会形成一个圆形照射图案。这个饼图案乃是表示在第2a图中、这个上平面17的俯视图。对于正交特征而言，与轴线22平行的光线可以定义如同第一特征24的特征。另外，与轴线26平行的光线则可以定义如同第二特征28(与第一特征24铅直)的特征。不过，当这个光源2照射这个光罩8的时候，由这个光罩通过的光线，其系定义这个光罩表面的第一特征24及第二特征28，亦可能会绕射，如第2b图所示。这个图式符号m乃是表示绕射的阶度。举例来说，0阶乃是表示没有绕射，而部分绕射阶度则是利用沿着x轴的递增(这些递增可以指定为正数或负数，藉以参考其相对y轴的位置)来表示。这些光线的绕射会导致具有某个给定强度的侧极大干扰效应(side maxima)15，如第2c图所示。这个侧极大干扰效应(side maxima)15将会降低想要图案的对比性，进而减低想要的图案分辨率。另外，当第一特征24及第二特征28的侧极大干扰效应(side maxima)15发生重叠的时候，这个侧极大干扰效应(side maxima)15亦会相干地彼此相加，并进一步降低想要图案的对比性。
第3图系表示本发明孔隙的第一较佳实施例，藉以降低光线绕射所导致的重叠侧极大干扰效应(side maxima)。这个平板50会具有第一不透明区域54，其乃是一个基本上圆形的区域，位在这个平板50的中央。第二不透明区域56则会形成在这个平板50的第一不透明区域54及这个平板50的外缘52中间。藉此，一个环状区域58便可以利用第一不透明区域54及第二不透明区域56，形成在这个平板50周围。这个环状区域58会分别切割为第一区段60、第二区段62、第三区段64、及第四区段66。这些光传导区段乃是变动这个孔隙材料的厚度以形成，藉以如先前所述地施予想要的相移。
第一区段60及第二区段62乃是彼此相对、且最好能够基本上铅直导向。第一区段60及第二区段62具有第一厚度t1、并进行设定以对穿透第一区段60及第二区段62的光线施予第一相移θ1。另外，第三区段64及第四区段66亦是彼此相对、且最好能够基本上水平导向。第三区段64及第四区段66则具有第二厚度t2、并进行设定以对穿透第三区段64及第四区段66的光线施予第二相移θ2。第一相移θ1并不会等于第二相移θ2，因此会产生一个相差θΔ。这个相差θΔ最好能够介于45度至315度之间，且最好能是在180度附近。熟习此技术者应明白这个相差θΔ亦可以视需要进行调整，藉以产生最佳的图案分辨率。
在这个较佳实施例中，厚度t1及t2会在0.1mm至1.0mm的等级内、并且具有一个厚度差异ABS(t1-t2)，其乃是这个照射光源2的发射光线的1/(2nref)波长(其中，nref乃是这个平板50材料的折射率)。利用这种方法，这个最佳相移差异，相对于穿透第三区段64及第四区段66的光线，便可以施予穿透第一区段60及第二区段62的光线。
操作上，本发明的较佳实施例乃是实施为第4图所示装置的一个孔隙50。这个孔隙50乃是用来提供离轴(off-axis)照射。在离轴(off-axis)照射中，第n阶光线，无论正负，均可以用来改善图案特征的分辨率。需要注意的是，位于或接近y轴的光线13会利用这个孔隙50的不透明区域54阻挡。这个孔隙50中、较接近这个外缘52的光线(如第3图所示)则会利用这个孔隙50的环状不透明区域56阻挡。只有穿透这个环状区域58(包括第一区段60、第二区段62、第三区段64、及第四区段66)的光线会穿透并照射在这个光罩8表面。另外，这些光线会以某个角度，如图中所示，照射在这个光罩8表面。以远离y轴的角度σ照射这个光罩8表面，通常会绕射至这个聚焦透镜9外部的光线便可以穿透这个孔隙130，进而到达这个聚焦透镜9。需要注意的是，利用一个环状开口区域58，离轴(off-axis)照射便可以用在这个光罩8表面的任何特征，无论这个特征的导向为何(亦即铅直、水平、或与铅直或水平呈某个角度)。另外，这个孔隙130的环状区域58亦可以得到任何正交特征的改善分辨率，因为这个环状区域周围、任何方向的正负第n阶光线均可以利用这个聚焦透镜9捕捉到。
虽然这个图案分辨率可以借着这个环状区域58的绕射光线捕捉加以改善，但是，正交特征间的图案分辨率仍然可以进一步改善。这四个区段60、62、64、及66，如先前所述，所引进的相差θΔ乃是改善正交线路的图案分辨率，其乃是让穿透这个光罩8的不同特征的光线能够非相干地重叠。对于相干目标照射而言，这个目标的所有点均会具有固定相位关系的波幅。当这些相位逐点独立变动的时候，这个照射乃是非相干的。引进这个相差θΔ，这个光线照射便会变成非相干的，且这个图案分辨率亦可以降低先前所述的侧极大干扰形成(side maxima formation)效应，获得进一步的改善。
第6图系表示具有利用相干光线及非相干光线照射的特征的重叠侧极大干扰效应(side maxima)的光线强度曲线。第一强度曲线乃是利用曲线120表示。曲线120乃是表示光罩特征在水平方向的光线强度，诸如第5a图的特征104所示。曲线122乃是表示铅直光罩特征的强度曲线，诸如第第5b图所示的特征110。熟习此技术者当明白在实际情况中，特征104及特征110均会形成在相同的光罩表面。降低影像对比性(亦即正交线路间的对比性)的失真或侧极大干扰效应(side maxima)乃是利用曲线124及126表示。这个侧极大干扰效应(side maxima)会以自然相干方式重叠。换句话说，这两个特征(水平及铅直)的光波特性均会相同。这个相干重叠乃是利用曲线124表示。数学上，这个重叠强度会正比于(E1+E2)2，其中，E乃是表示这个光波电场的振幅。
当利用本发明的时候，借着在基本上铅直折射的光线及基本上水平折射的光线间附加一个相移，这类铅直及水平导向特征的侧极大干扰效应(side maxima)便可以利用非相干方式重复，如曲线126所示。如图中所示，这个侧极大干扰效应(side maxima)将可以大幅缩小，进而大幅改善这个图案分辨率。这个非相干重复会等于I1+I2，其正比于(E12+E22)。如此，在侧极大干扰效应(side maxima)重叠的区域中，光学强度便可以缩小(虽然无法完全去除)，藉以改善对比性及图案分辨率。
较佳实施例的孔隙设计及制造将进一步详细说明如下。如先前所述，孔隙50最好能够利用石英玻璃形成，虽然利用具有类似光学特性的其它光学质料亦可以用来取代石英玻璃。较佳者，这个孔隙的厚度通常会介于0.01cm及0.1cm之间，且直径通常会介于0.3cm及3cm之间。另外，不透明区域54及56则是将一个薄铬被覆层或其它已知的光学阻挡层被覆在这个平板50的上表面、并利用已知的光学微影技术定义图案以形成。
这些区段60、62、64、66最好能够利用机械研磨法或蚀刻技术，将这个平板50研磨至想要的深度以达成。或者，这些区段60、62、64、66亦可以利用光学兼容被覆，生长至想要的厚度。在这个较佳实施例中，这些区段60、62、64、66乃是利用蚀刻技术形成。
第7图系表示本发明的另一个较佳实施例。第7图系表示一个平板128，其具有一个基本上圆形的第一不透明区域130，位于这个平板128的中央，及第二不透明区域132，沿着这个平板128的外缘134的直径设置。第一不透明区域130及第二不透明区域132会形成一个环状开口136。在这个环状开口136内部，四个不透明区段138会交替地设置在四个光传导区段140间。这四个不透明区段138分别具有第一边缘142及第二边缘144。各个不透明区段138的第一边缘142乃是利用这个环状开口136的第一边缘146形成。各个不透明区段138的第二边缘144会无接缝地整合至第二不透明区段132。第四不透明区段138的第三边缘148及第四边缘150则会形成这四个光传导区段140的相邻边缘。
在这个例子中，这个孔隙中、彼此相对的光传导区段140会具有相同的厚度，而邻近传导区段则会具有平板，其厚度差异等于这个照射光源2的1/(2nref)发射光线波长(nref乃是这个平板128材料的折射率)。
第8图系表示本发明的另一个较佳实施例。在这个较佳实施例中，离轴(off-axis)照射并不是利用环形段落开口(诸如区段140)，而是利用圆形开口150。这些圆形开口的材料厚度则会与环形段落开口，如先前所述，的材料厚度类似。
虽然本发明已利用较佳实施例进行详细说明，但是，这些较佳实施例的说明却不是用来限定本发明的范围。熟习此技术者，在参考本发明说明后，应能够对本发明的较佳实施例及其它实施例进行各种变动及组合。因此，本发明的保护范围应以下列权利要求的范围为准，其将会包含上述各种变动或各种实施例。
权利要求
1.一种投影式微影制程的平板，其包括一第一不透明区域，位于该平板之中央；以及一第二不透明区域，形成在该平板之一外缘，该第一及该第二不透明区域系在两者间定义一环状区域，该环状区域系光传导的、且具有一第一光传导区域，其系对穿透光线施予一相移，及一第二光传导区域，其系对穿透光线施予一第二相移。
2.如权利要求1所述的平板，其中，该第一光传导区域系包括两相对区域，该两相对区域系基本上铅直导向、且位于该环状区域之相对部分。
3.如权利要求1所述的平板，其中，该第二光传导区域系包括两相对区域，该两相对区域系基本上水平导向、且位于该环状区域之相对部分。
4.如权利要求1所述的平板，其中，该第二相移及该第一相移之差异系介于45度及315度之间。
5.如权利要求4所述的平板，其中，该第二相移及该第一相移之差异系180度。
6.如权利要求1所述的平板，其中，该第一光传导区域系具有一第一厚度，该第二光传导区域系具有一第二厚度，且该第一光传导区域及该第二光传导区域之一厚度差异系等于一照射光源之1/(2nref)波长。
7.一种投影式微影制程的平板，其包括一不透明区域；以及一第一、一第二、一第三、及一第四光传导区域，形成在该平板之周边，该第一及该第二光传导区域系基本上铅直导向及相对设置、且对穿透光线施予一第一相移，该第三及该第四光传导区域系基本上水平导向及相对设置、且对穿透光线施予一第二相移。
8.如权利要求7所述的平板，其中，该第二相移及该第一相移之差异系介于45度及315度之间。
9.如权利要求8所述的平板，其中，该第二相移及该第一相移之差异系180度。
10.如权利要求7所述的平板，其中，该第一及该第二光传导区域系具有一第一厚度，该第三及该第四光传导区域系具有一第二厚度，且该第一及该第二光传导区域与该第三及该第四光传导区域之一厚度差异系等于一照射光源之1/(2nref)波长。
11.一种孔隙平板，用于一微影制程系统，其包括一平板，具有一不透明区域，位于该平板之中央；一第一光传导区域；一第二光传导区域，其基本上相对于该第一光传导区域；一第三光传导区域；以及一第四光传导区域，其基本上相对于该第三光传导区域；其中，穿透该第三及该第四光传导区域之光线系由穿透该第一及该第二光传导区域之光线相移一相位差。
12.如权利要求11所述的孔隙平板，更包括一第二不透明区域，沿着该平板之一外缘，其中，该不透明区域及该第二不透明区域系在两者间定义一环状区域。
13.如权利要求11所述的孔隙平板，其中，该第一、该第二、该第三、及该第四光传导区域系形成于该光传导环状区域内。
14.如权利要求11所述的孔隙平板，其中，该平板系利用玻璃形成。
15.如权利要求11所述的孔隙平板，其中，该不透明区域系包括一铬膜。
16.如权利要求11所述的孔隙平板，其中，该第一及该第二光传导区域系具有一第一厚度，且该第三及该第四光传导区域系具有一第二厚度。
17.一种投影式微影制程系统，其包括一照射光源；一光罩，具有一图案，形成于该光罩表面；一聚焦透镜，相邻该光罩、且校准以利用穿透该光罩之光线照射；以及一孔隙，包括一平板；一不透明区域，基本上位于该平板之中央；以及一第一光传导区域，藉以对穿透光线施予一第一相移，及一第二光传导区域，藉以对穿透光线施予一第二相移。
18.如权利要求17所速的系统，其中，该第一光传导区域系具有一第一及一第二区段，该第一及该第二区段系基本上铅直校准、并在该平板上基本上彼此相对，且其中，该第二光传导区域系具有一第三及一第四区段，该第三及该第四区段系基本上水平校准、并在该平板上基本上彼此相对。
19.如权利要求18所述的系统，其中，该第一相移或该第二相移系0度。
20.如权利要求17所述的系统，其中，该第一相移与该第二相移之差异系介于45度至315度之间。
21.如权利要求17所述的系统，其中，该孔隙系包括一环状孔隙，且该第一及该第二光传导区域系形成于该孔隙之一光传导环状区域内。
22.一种微影制程方法，用以附加一图案于一半导体晶圆表面，其包括下列步骤利用一电阻层被覆该半导体晶圆；提供一相干光之照射光源；将该照射光源之光线穿透一孔隙，藉以推导该照射光源之非相干光线，该孔隙系在其中央具有一不透明区域、并具有一第一光传导区域，藉以对穿透光线施予一第一相移，及一第二光传导区域，藉以对穿透光线施予一第二相移；将该非相干光线穿透一光罩，该光罩系具有一图案，形成在该光罩表面；以及在该非相干光线穿透该光罩以后，利用该非相干光线照射该电阻层。
23.如权利要求22所述的方法，其中，该第一相移是0度。
24.如权利要求22所述的方法，其中，该第一相移及该第二相移的差异是介于45度及315度之间。
全文摘要
本发明提供了一种用于投影式微影制程的平板50，其具有第一不透明区域54，位于这个平板50的中央，及第二不透明区域56，形成在这个平板50的外缘52。这个第一不透明区域及这个第二不透明区域会定义一个光传导环状区域58。这个环状区域58乃是包括第一光传导区域60、62，藉以对穿透光线施予一第一相移，以及第二光传导区域64、66，藉以对穿透光线施予一第二相移。
文档编号H01L21/027GK1483158SQ01821186
公开日2004年3月17日 申请日期2001年11月29日 优先权日2000年12月21日
发明者P·施罗伊德, T·莫诺, P 施罗伊德 申请人:因芬尼昂技术北美公司