专利名称：减少透镜像差与图案移位的光罩与方法
技术领域：
本发明是有关于设计一光罩与应用该光罩的制程方法，特别是有关于一种减少透镜像差(lens aberration)以提高数组图案(array patterns)间关键尺寸(critical dimension，CD)一致性与消除因偏轴发光(off-axis illumination，OAI)造成的图案移位(pattern displacement)现象的光罩与方法。
背景技术：
半导体制程中，微影(lithography)是以步进(step-by-step)或是扫描(scan-by-scan)的曝光程序对一片晶圆分区曝光以渐次完成整片晶圆的曝光，在微影前必须将影响微影结果的参数做微调与最佳化，这些微影制程参数包括了光阻厚度，烘烤/冷却的温度与时间，显影方式和时间，曝光剂量，焦距补偿以及数值孔径(Numerical Aperture，NA)等。接下来利用蚀刻将微影制程所产生的光阻图案转移到光阻底下的材质上，同样地，蚀刻参数例如气体比例，气流速率，偏压功率，温度以及蚀刻模式等，亦需事先经过微调，如此才能达到最终所需的关键尺寸。然而，传统的制程在蚀刻后检查(After Etching Inspection，AEI)时会发现从晶圆中数组图案区的CD之间存在着差异，这种差异会导致某些无可挽回的缺失，像是在电性验收测试(Wafer Acceptance Test，WAT)所得到的接触窗(contact hole)断路现象，这些缺失将严重地影响良率。
导致晶圆中数组图案间的CD差异的原因之一是为微影设备中光学系统的透镜(lens)，其产生的透镜像差所致，常见的透镜像差如球面像差(spherical)、像散(astigmatism)、彗形像差(coma)、像场弯曲(fieldcurvature)与变形像差(distortion)等。而上述各种透镜像差之所以形成，除因透镜材料本身在设计制造上的先天缺陷外，与照射光线通过光罩图案时所产生的绕射现象及光罩图案本身透光度不足等原因亦有相关。
此外，不改变图罩设计，且维持原有的阻剂参数，便可增加聚焦深度(deep of focus，DOF)与改进解像度的偏轴发光技术，是进来改善微影品质的重大进展，使偏轴发光成了新的步进机的标准配备。但随着聚焦深度的增加，偏轴发光的光照强度亦须不断地增强，而持续增强光照强度的结果，往往造成阻剂上的获得剂量(received dose)不易控制，发生曝光图案移位偏差的现象。若此现象无法获得有效改善，在往后制作晶圆的过程中，如在进行对准前一层(previous underlying layer)组件位置的工作时，势必造成所谓的层迭失误(overlap errors)，而有非期望的开口(openings)或短路(shorts)的情形发生，造成产品的严重损失。
发明内容
本发明的目的包括设计一光罩与应用该光罩的制程方法，使在数组图案间能够获得较佳的关键尺寸一致性与有效减少图案移位的现象。
因此，本发明设计一种提高关键尺寸一致性与减少图案移位的光罩，包括一透光基底与一遮光层，该遮光层设置于该透光基底上，且具有一数组图案区与复数个辅助图案(assist patterns)，上述辅助图案是设置于该数组图案区内且其中各辅助图案与其上方及下方的两数组图案等距，并使上述辅助图案的长度与上述数组图案的宽度相等。
其中，该光罩透光基底是由石英材质制作，而遮光层为一铬金属层。
本发明另提供一种可减少透镜像差与图案移位的方法，包括下列步骤提供一半导体基底，于该半导体基底上覆盖有一光阻层，借由一光罩在该光阻层中形成图案，其中该光罩具有一数组图案区与复数个辅助图案，上述辅助图案是设置于该数组图案区内且其中各辅助图案与其上方及下方的两数组图案等距，并使上述辅助图案的长度与上述数组图案的宽度相等，以上述图案化光阻为罩幕，进行一蚀刻步骤以在该半导体基底中形成一数组沟槽区。
根据本发明的光罩，由于在数组图案间加设辅助图案，间接增加了数组图案的透光度且借辅助图案的设置亦可有效弥补因光线绕射而造成的图案边缘光强度降级的问题，结果使得数组图案间的关键尺寸具较佳的一致性。
再者，辅助图案亦有助于获得剂量的控制，若使阻剂上的图案有相同且稳定的获得剂量，则可有效地减少图案移位的情形发生，利于下一层的对准工作。
图1是显示传统光罩的示意图；图2是显示本发明光罩的示意图；图3是显示图2的剖面图；图4A是显示微影程序的示意图；图4B是显示蚀刻程序后的示意图；图5A是显示使用传统光罩于蚀刻程序后，数组图案间关键尺寸的差异(以3θ的变形像差为评估依据)；图5B是显示使用本发明光罩于蚀刻程序后，数组图案间关键尺寸的差异(以3θ的变形像差为评估依据)；图6A是显示使用传统光罩于蚀刻程序后，数组图案间关键尺寸的差异(以彗形像差为评估依据)；图6B是显示使用本发明光罩于蚀刻程序后，数组图案间关键尺寸的差异(以彗形像差为评估依据)。
符号说明10-光罩底材102-数组图案区103-透光基底104-遮光层106-辅助图案112-光罩118-晶圆120-光阻具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下首先，提供一光罩底材10，是由一透光基底103与一遮光层104所构成(如图3所示)。透光基底103例如由石英构成，遮光层104例如由铬金属构成。
接着，如图2所示，以电子束直接书写将一光罩图案转移至该光罩底材10上，形成一数组图案区102，同时亦转移辅助图案106至该光罩底材10上，在数组图案区102与辅助图案106之外，为未受电子束直接书写及显影的遮光层104区域。在本实施例中的数组图案为一数组沟槽图案，但本发明不限于此，亦可以是其它制程步骤所指定的数组图案。上述辅助图案106设置于数组图案区102内且各辅助图案与其上方及下方的两数组图案维持等距。辅助图案106的宽度大体介于60-80奈米，较佳为70奈米，其以在曝光后于光阻层中不产生额外的图案为原则，且辅助图案106的长度使其与上述数组图案的宽度相等。
一般常见的微影程序如图4A中所概要显示，由光源产生器(未显示)所产生的光线L经过光罩112中的图案区102、106，聚焦成像于晶圆118上的光阻120。之后，以上述图案化的光阻120为罩幕，进行一显影步骤以在该晶圆118上的光阻120中形成一图案区102、106，之后便可以传统的湿蚀刻或干蚀刻技术，将光阻上的图案转移至基底中，如图4B中所示，以形成例如数组沟槽。
由本发明的光罩结构(如图2所示)可看出，因辅助图案106的加入，使此光罩上数组图案区的透光度较传统光罩(如图1所示)上相同数组图案区的透光度略微增加，经蚀刻处理后，使用本发明的光罩，其数组图案区内的各图案，关键尺寸一致性较使用传统光罩佳。以下即配合试验数据做进一步说明。
上述习知所提及的五种透镜像差中，以变形像差与彗形像差对本试验的结果影响最大，其中，变形像差又以3θ对结果的影响最为显著，因此，本试验即以此两种透镜像差作为评估依据，分别获得两组试验数据第一组试验数据(此试验的进行以3θ的变形像差为评估依据)如下，并配合图5A、5B作详细说明。使用传统光罩，经曝光后蚀刻，所测得的沟槽关键尺寸如下左沟槽138.2nm；右沟槽120nm，两者尺寸差异为18.2nm(如图5A所示)。另使用本发明的光罩，经曝光后蚀刻，所测得的沟槽关键尺寸如下左沟槽140.5nm；右沟槽132.2nm，两者尺寸差异为8.3nm(如图5B所示)。由上组试验数据得知，若使用本发明的光罩，可有效降低3θ的变形像差，大体40％-60％。
第二组试验数据(此试验的进行以彗形像差为评估依据)如下，并配合图6A、6B作详细说明。使用传统光罩，经曝光后蚀刻，所测得的沟槽关键尺寸如下左沟槽134.2nm；右沟槽145.8nm，两者尺寸差异为11.6nm(如图6A所示)。另使用本发明的光罩，经曝光后蚀刻，所测得的沟槽关键尺寸如下左沟槽134.5nm；右沟槽141.1nm，两者尺寸差异为6.6nm(如图6B所示)。由上组试验数据得知，若使用本发明的光罩，可有效降低彗形像差，大体30％-50％。
此外，因偏轴发光造成的图案移位现象，在改用本发明的光罩后，程度上亦明显获得了改善，其数组图案区内各图案的移位现象较使用传统光罩者减少许多。以下就试验数据作具体的说明。使用传统光罩，经曝光后蚀刻，所测得的沟槽位置与原沟槽设定位置的偏离距离如下左沟槽10nm；右沟槽10nm。另使用本发明的光罩，经曝光后蚀刻，所测得的沟槽位置与原沟槽设定位置的偏离距离如下左沟槽2.5nm；右沟槽2.5nm。由上组试验数据得知，若使用本发明的光罩，可有效降低图案移位的现象，大体75％。
权利要求
1.一种可减少透镜像差(lens aberration)与图案移位(patterndisplacement)的光罩，其特征在于所述光罩包括一透光基底；一遮光层，设置于该透光基底上，其中该遮光层具有一数组图案(array patterns)区与复数个辅助图案(assist patterns)，上述辅助图案是设置于该数组图案区内且其中各辅助图案与其上方及下方的两数组图案等距，并使上述辅助图案的长度与上述数组图案的宽度相等。
2.根据权利要求1所述的可减少透镜像差与图案移位的光罩，其特征在于该透光基底是一石英基底。
3.根据权利要求1所述的可减少透镜像差与图案移位的光罩，其特征在于该透光基底是一氟化钙基底。
4.根据权利要求1所述的可减少透镜像差与图案移位的光罩，其特征在于该遮光层是一铬金属层。
5.根据权利要求1所述的可减少透镜像差与图案移位的光罩，其特征在于该遮光层的厚度大体介于150-200奈米。
6.根据权利要求1所述的可减少透镜像差与图案移位的光罩，其特征在于上述辅助图案的宽度大体介于60-80奈米。
7.一种可减少透镜像差与图案移位的方法，包括下列步骤提供一半导体基底，于该半导体基底上覆盖有一光阻层；借由该光罩在该光阻层中形成图案，其中该光罩具有一数组图案区与复数个辅助图案，上述辅助图案是设置于该数组图案区内且其中各辅助图案与其上方及下方的两数组图案等距，并使上述辅助图案的长度与上述数组图案的宽度相等；以上述图案化光阻为罩幕，进行一蚀刻步骤以在该半导体基底中形成一数组沟槽(array trench)区。
8.根据权利要求7所述的可减少透镜像差与图案移位的方法，其中该半导体基底是为一硅基底。
9.根据权利要求7所述的可减少透镜像差与图案移位的方法，其中上述辅助图案的宽度大体介于60-80奈米。
10.根据权利要求7所述的可减少透镜像差与图案移位的方法，其中借由该光罩在该光阻层中形成图案时，实质上该辅助图案在光阻层上并不产生额外图案。
11.根据权利要求7所述的可减少透镜像差与图案移位的方法，于蚀刻后，所得的数组图案间的线宽差异与未设置上述辅助图案光罩所得的数组图案间的线宽差异比较，大体减少40％-60％。
12.根据权利要求7所述的可减少透镜像差与图案移位的方法，于蚀刻后，造成的图案移位情形与未设置上述辅助图案光罩造成的图案移位情形比较，大体减少40％-80％。
全文摘要
一种可减少透镜像差与图案移位的光罩，包括一透光基底与一遮光层，遮光层设置于透光基底上，具有一数组图案区与复数个辅助图案，辅助图案是设置于数组图案区内且其中各辅助图案与其上、下方的两数组图案等距，并使辅助图案的长度与数组图案的宽度相等。一种可减少透镜像差与图案移位的方法，包括下列步骤提供一半导体基底，于该半导体基底上覆盖一光阻层，借由一光罩在光阻层中形成图案，各图案与其上、下方的两数组图案等距，并使图案的长度与数组图案的宽度相等，以图案化光阻为罩幕，进行一蚀刻步骤以在该半导体基底中形成一数组沟槽区。依照本发明的光罩与方法，可使数组图案间的关键尺寸获得较佳的一致性，且能有效减少图案移位的现象。
文档编号H01L21/027GK1549053SQ0313130
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月12日 优先权日2003年5月12日
发明者吴元薰 申请人:南亚科技股份有限公司