专利名称：曝光方法
技术领域：
本发明是有关于一种曝光方法，且特别是有关于一种具有偏轴照明系统的曝光方法。
背景技术：
光刻制作工艺(Photolithography)是集成电路制作工艺中最关键的制作工艺之一。由于在集成电路的尺寸不断限缩的趋势之下，光学光刻技术在高阶制作工艺会遭遇到瓶颈，因此各种光刻制作工艺的技术被持续地研发，如X射线光刻技术与电子束光刻技术等。然而，光学光刻技术经由不断地改进，仍然为目前最主要的光刻技术。
光学光刻技术的改进可从曝光设备、光罩以及光阻等方向着手。为了提高分辨率，这些改进过程遭遇到了各种物理限制，如常见的光绕射(Diffraction)。以曝光设备中的照明系统为例，提出了偏轴式照明系统(Off-Axis Illumination)，以减轻光绕射的问题。
偏轴式照明系统在光源(Source)处配置有光孔(Aperture)，此光孔配置必须针对不同的光罩来设计，以提供最佳的光分布。如图1A的光罩图案适用图1B的光孔102的配置方式，而图1C的光罩图案适用图1D的光孔104的配置方式。然而，请参照图1E，可以看出图1E的图案上半部适用图1B的光孔102的配置方式，而图1E的图案下半部适用图1D的光孔104的配置方式。在传统技术中，图1E的图案是以不同光罩的二次曝光来达成。也就是说，先对图1E的图案的上半部以图1B的光孔102配置方式进行曝光，换过光罩后再对图1E的下半部以图1D的光孔104配置方式进行曝光。然而，这种制造方法是低效率的，而且会浪费产能。
在实际的偏轴式照明系统中，一般只能针对几种典型的光罩图案提供数种光孔的配置，因此这些光孔的配置无法满足仅使用同一光罩时，光罩上所有的光罩图案的需求。曝光机台一般针对单一光罩的所有光罩图案提供最佳的偏轴式照明。然而在实际的应用上，光源的光源强度分布是预先计算好的定值，并无针对实际的单一光罩各区域图案进行调整。此外，若使用单一光源强度分布，对于制作工艺裕度(Process Window)会有挑战性的影响，如曝光裕度(Exposure Latitude)与聚焦深度(Depth of Focus)。因此，在实际应用上，偏轴式照明系统的光源控制仍有诸多需要面对的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种曝光方法，以针对所有的光罩图案提供最佳的偏轴式照明。
本发明的再一目的是提供一种曝光方法，以在调整光源强度分布时也增进制作工艺裕度。
本发明提出一种曝光方法，适用于一种偏轴照明(Off-Axis Illumination)系统。此方法是先提供一个光罩，此光罩至少包括第一图案与第二图案。然后，对此光罩进行分析以得到分别对应第一图案的第一光源强度分布与对应第二图案的第二光源强度分布，并储存分析结果在储存装置。进行曝光时，此偏轴照明系统的光源以储存在储存装置的第一光源强度分布对光罩的第一图案进行曝光。之后，改变此偏轴照明系统的光源，以储存在储存装置的第二光源强度分布对同一光罩的第二图案进行曝光。
在一实施例中，上述第一光源强度分布及第二光源强度分布是上述光罩的图案数据的函数，此光罩的图案数据例如是GDS格式的文件。
在一实施例中，上述第一光源强度分布及第二光源强度分布例如是部分干涉系数(Partial Coherence Coefficient)或可以构成部分干涉系数的数据。
在一实施例中，上述对光罩进行分析以得到对应该第一图案的该第一光源强度分布的步骤是以此偏轴照明系统的光源提供数个光束经过光罩的第一图案而在晶圆区形成数个第一影像。然后，光罩的这些第一影像被感测装置接收并转换为数个第一曝光函数。之后，依据光罩的第一曝光函数挑选一部分上述光束，并得到相应的第一光源强度分布。
在另一实施例中，上述对光罩进行分析以得到对应该第一图案的第一光源强度分布的步骤是以此偏轴照明系统的光源提供数个光束数据、并提供光罩的第一图案数据，仿真计算求得数个对应各光束的第一影像。然后，光罩的这些第一影像被转换为数个第一曝光函数。之后，依据光罩的第一曝光函数挑选一部分上述光束，并得到相应的第一光源强度分布。
在一实施例中，上述第一曝光函数例如是晶圆区上正规化影像对数斜率(Normalized Image Log Slope，NILS)或可以构成正规化影像对数斜率的数据，或是晶圆区上影像的对比度。
在一实施例中，上述对光罩进行分析以得到对应第二图案的第二光源强度分布的步骤是先以此偏轴照明系统的光源提供数个光束经过此光罩的第二图案而在晶圆区形成数个第二影像。然后，此光罩的这些第二影像被感测装置接收并转换为数个第二曝光函数。之后，依据此光罩的这些第二曝光函数挑选一部分光束，并得到相应的第二光源强度分布。
在另一实施例中，上述对光罩进行分析以得到对应该第二图案的第二光源强度分布的步骤是以此偏轴照明系统的光源提供数个光束数据、并提供光罩的第二图案数据，仿真计算求得数个对应各光束的第二影像。然后，光罩的这些第二影像被转换为数个第二曝光函数。之后，依据光罩的第二曝光函数挑选一部分上述光束，并得到相应的第二光源强度分布。
在一实施例中，上述第二曝光函数例如是晶圆区上正规化影像对数斜率或可以构成正规化影像对数斜率的数据，或是晶圆区上影像的对比度。
本发明先取得所有光罩或所有的光罩图案数据的优选光源强度分布，在进行曝光时，即可以根据各图案，实时的改变光源，以对应该图案的优选光源强度分布来进行曝光，可以应用于大量生产的晶圆曝光制作工艺，并可以大幅提升良率，减少重工以降低成本。
本发明另提出一种偏轴照明系统，包括储存装置与光源。储存装置储存一光罩的数个区域图案数据、数个对应该些区域图案的光源强度分布数据、数个产生于晶圆区的影像数据以及该些数据的数个对应关系数据。光源根据此储存装置的数据以及对应关系数据，在使用单一光罩曝光时以变更光源强度分布，而提供光束。
在一实施例中，上述光源强度分布例如是部分干涉系数或可以构成部分干涉系数的数据。
在一实施例中，上述偏轴照明系统还包括一个在晶圆区上的感测装置，此感测装置接收光源所提供的光束经由光罩在晶圆区所形成的影像。此感测装置依据经由光罩所形成的影像计算正规化影像对数斜率或是晶圆区上影像的对比度，以调整该光源的光源强度分布。
本发明的偏轴照明系统具有储存装置以储存光罩图案与光源强度分布等数据，以依光罩图案来调整光源强度分布，此偏轴照明系统更具有接收影像的感测装置，以依光束经过光罩所形成的影像来调整光源强度分布，以自动控制学的理念对光源进行控制，而在分辨率的提高之外，增加曝光裕度与聚焦深度。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1A、图1C及图1E是光罩图案。
图1B、图1D及图2B是一偏轴照明系统的光孔配置。
图2A是本发明的实施例的偏轴照明系统的示意图。
图2C是取得所有的光罩图案数据的优选光源强度分布的步骤流程图。
图2D是部分步骤201的示意图。
图2E是图1C的光罩图案在光源202上的优选光源强度分布d3。
主要组件符号说明102、104、212光孔S21、S23、S25、S27步骤202光源204储存装置205光罩206光罩区208光瞳210晶圆区214光束216、i1、i2影像σ1、σ2半径a第一图案区域b第二图案区域d1、d2、d3光源强度分布
具体实施例方式
图2A是本发明一实施例的偏轴照明系统的示意图。在图2A中，除了示出此偏轴照明系统的光源202及储存装置204之外，还示出了曝光机台的部分构件如光罩区206、光瞳(Pupil)208以及晶圆区210，以方便说明本发明的曝光方法。
请参照图2A，储存装置204例如是用来储存光罩相关数据，例如光罩的图案数据、对应各光罩图案的光源强度分布数据、晶圆区210所产生的影像数据以及这些数据的对应关系数据。因此，在进行曝光期间，可根据所使用的光罩及储存在储存装置204中的数据以及对应关系数据来变更光源202的光源强度分布，而改变光源202提供适当的光束。光罩区206例如是设置曝光用光罩的位置。光瞳208例如是用于滤除曝光时经过光罩的影像的高阶绕射部分。晶圆区210例如是设置晶圆的位置。
光源202能以一种以上的光源强度分布来提供光束。「光源强度分布」纪录光源上的光源分布与对应位置的光源强度，或者在一偏轴照明系统中光源强度分布例如是部分干涉系数或可以构成部分干涉系数的数据。例如图2B示出的一种的偏轴照明系统的光源配置，若要改变此曝光机台的光源强度分布，则可简化为改变代表参数，在此为光孔212的半径σ1。半径σ1一旦改变，此曝光机台的部分干涉系数也会随之改变。亦即，光源强度分布会影响到曝光机台的光瞳208内光的绕射角度分布与在晶圆区的曝光量(ExposureDose)分布，进而影响到分辨率、聚焦深度与曝光裕度。因此，本发明的曝光方法在曝光时，针对光罩上不同的图案，改变光源202的光源强度分布，实时的提供优选的光源强度分布来进行曝光，以得到所需的分辨率、聚焦深度与曝光裕度。此外，本发明并不限定仅以光孔的配置来改变光源强度分布。例如光源一般除可为单点光源外，亦可为二部组成(dipole)(例如图1B与图1D所示)、四部组成(quadruple)、或环型的光源等。
接着，说明本发明的曝光方法的优选实施方法。
首先，提供光罩205，并取得对应光罩205上所有区域图案的优选光源强度分布的数据。举例来说，光罩205例如是图1E所示图形的光罩，在此光罩205上至少具有第一图案区域a与第二图案区域b。对此光罩205进行分析以得到分别对应第一图案区域a的第一光源强度分布与对应第二图案区域b的第二光源强度分布。接着说明取得对应光罩上所有区域图案的优选光源强度分布的方法。
图2C所示出的取得光罩图案数据的优选光源强度分布的步骤流程图。图2D所示出为光源202的光源映像(source map)的示意图，其中将光源202分割为多个产生光束的网格区域。
请参照图2C，首先进行步骤S21，以光源202所提供的数个光束网格区域所产生的光束经过光罩205上的区域图案(例如为第一图案区域a)，而形成数个第一影像。如图2D所示，由光源202提供在光束网格区域d1产生的光束经过图1E的光罩的第一图案区域a而形成影像i1。另一由光源202提供在光束网格区域d2产生的光束经过相同的光罩的第一图案区域a而形成影像i2。影像例如可由图2A的晶圆区210处截取或由理论计算得到。「影像」例如是晶圆区210的曝光强度(Intensity)与曝光位置的函数。以图2D为例，光源映像(source map)中的网格区域位置不同，光源强度分布亦不相同，所形成影像具有不同的分辨率与曝光强度分布。在本实施例中，曝光强度的大小例如为理论计算求得，而可依图片i1与i2的颜色深浅来区分。
然后，进行步骤S23，光罩205的各第一图案的影像被晶圆区210的感测装置(未示出)接收截取或是经由处理器模拟计算产生后，转换为数个曝光函数。在处理器模拟计算中，转换方法例如下所述在已知光罩的图案数据下，光罩的图案数据例如是光罩布局(layout)函数G(x，y)，其如方程式(1)所示 其中x，y为光罩上坐标位置。接着将G(x，y)进行傅利叶转换得到g(fx，fy)＝F{G(x，y)}，再依据方程式(2)计算曝光强度I(x’，y’，α，β)，其定义为光源位置(α，β)上在晶圆区(x’，y’)上产生的曝光强度。
I(x′,y′,α,β)|F-1{g(fxλNA,fyλNA)k(α+fxλNA,β+fyλNA)}|2---------(2)]]>其中NA为数值孔径(numerical Aperture)，k(x，y)由方程式(3)所定义。
在被感测装置接收时，感测装置则是直接量取曝光强度。之后将不同光束网格区域所产生的曝光强度转换为数个第一曝光函数。「曝光函数」例如是晶圆区上正规化影像对数斜率(NILS)或可以构成正规化影像对数斜率的数据，或是晶圆区上影像的对比度。
接着，进行步骤S25，依据这些曝光函数挑选上述不同网格区域的光束，并得到相应的光源强度分布。例如挑选产生较大正规化影像对数斜率(NILS)的光束，或是挑选产生较大影像对比度的光束，以增加曝光裕度。在步骤S25中，依据第一曝光函数挑选出部分的光束，可以得知光源202是以那些光束来提供光源强度分布。
之后，进行步骤S27，依据挑选出来的各光束的光源强度分布，以决定光罩上区域图案的优选光源强度分布。例如运用累加(Sum)运算，若这些挑选出来的光束的光源强度分布为部分干涉系数，则上述优选光源强度包括所有挑选出来的光束的部分干涉系数的累计。举例来说，图2E的灰色网格区域集合示出对应图1E的光罩的第一图案区域a在光源202上的优选光源强度分布d3。显而易见，优选光源强度分布d3是数个网格区域的光源强度分布的累加结果。这些光源强度分布在光源202上具有数个不同的半径σ2。在步骤S27中，相对于第一图案区域a已取得了第一光源强度分布。
之后，根据上述分析步骤S21至S27，再取得对应第二图案区域b的第二光源强度分布，可一直重复步骤S21至S27进而可以取得光罩205上各区域图案的优选光源强度分布。然后，将所取得的光罩205的各区域图案数据及相应各区域图案数据的优选光源强度分布等分析结果储存在储存装置204中。各优选光源强度分布例如是光罩205的图案区域数据的函数。光罩205的图案区域数据例如是GDS格式的文件。
然后，请参照图2A，使用光罩205进行晶圆曝光制作工艺时，以储存于储存装置204的第一光源强度分布对光罩205的第一图案区域a进行曝光，以及在同一光罩下，改变偏轴照明系统的光源202，以储存于储存装置204的第二光源强度分布对光罩205上的第二图案区域b进行曝光。亦即，使用光罩205进行晶圆曝光制作工艺时，每一次步进与扫描(Step and Scan)的曝光顺序例如是先对光罩205的第一图案区域a进行曝光，再对第二图案区域b进行曝光。因此，当要对光罩205上的第一图案区域a进行曝光时，根据储存装置204所储存的对应光罩205的第一图案区域a的优选光源强度分布d3，控制光源202，使光源202以此光罩的优选光源强度分布d3来提供光束214。然后，当要对光罩205上的第二图案区域b进行曝光时，再根据储存装置204所储存的光罩205的第二图案区域b以及对应的优选光源强度分布，改变光源202的光源强度分布，使光源202以适合光罩的第二图案区域b的光源强度分布来提供光束214。因此，借由改变光源，以适当的光源强度分布来对光罩上不同的图案进行曝光，可以增加图案分辨率的极限，并且可以提高光罩所有区域的聚焦深度。当然，一块光罩上并不限于只有两种图案，也可以具有两种以上的图案，分别针对同一光罩上的各个区域图案进行分析，以取得对应各图案的优选光源强度分布，并储存于储存装置204中。在进行曝光时，即可以根据各区域图案，从储存装置204取得对应各区域图案的优选光源强度分布，并依据不同的区域图案改变光源的光源强度分布来进行曝光。
本发明的区域图案的区域划分例如是依据光罩图案的布局密度与图案形状类型等归类，例如在动态随机内存中，可简单划分为周边线路区域与内存阵列区域。
本发明先取得所有光罩或所有的光罩区域图案数据的优选光源强度分布，在进行曝光时，即可以根据各区域图案改变光源，以对应该图案的优选光源强度分布来进行曝光，可以应用于大量生产的晶圆曝光制作工艺，并可以大幅提升良品率，减少返工以降低成本。
综上所述，本发明的偏轴照明系统，利用储存装置依光罩区域图案来调整光源强度分布，从而可以自动的控制光源，以对应光罩图案的优选光源强度分布进行曝光。上述实施例并非用以限定本发明的偏轴照明系统的曝光方法，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种曝光方法，适用于一偏轴照明系统，该方法包括提供一光罩，该光罩至少包括一第一图案与一第二图案；对该光罩进行分析以得到分别对应该第一图案的一第一光源强度分布与对应该第二图案的一第二光源强度分布，并储存分析结果在一储存装置；以及进行曝光时，该偏轴照明系统的一光源以储存在该储存装置的该第一光源强度分布对该光罩的该第一图案进行曝光，以及改变该偏轴照明系统的该光源，以储存在该储存装置的该第二光源强度分布对该光罩的该第二图案进行曝光。
2.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，其中该第一光源强度分布及该第二光源强度分布是该光罩的图案数据的函数，该些光罩的图案数据包括GDS格式的文件。
3.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，其中该些第一光源强度分布及该第二光源强度分布包括部分干涉系数或构成部分干涉系数的数据。
4.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，其中对该光罩进行分析以得到对应该第一图案的该第一光源强度分布的步骤包括以该偏轴照明系统的该光源提供多数个光束经过该光罩的该第一图案而在一晶圆区形成多数个第一影像；该些第一影像被一感测装置接收并转换为多数个第一曝光函数；以及依据该光罩的该些第一曝光函数挑选一部分该些光束，并得到相应的该第一光源强度分布。
5.根据权利要求4所述的曝光方法，其特征在于，其中该些第一曝光函数为晶圆区上正规化影像对数斜率、构成正规化影像对数斜率的数据，或该晶圆区上影像的对比度。
6.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，其中对该光罩进行分析以得到对应该第二图案的该第二光源强度分布的步骤包括以该偏轴照明系统的该光源提供多数个光束经过该光罩的该第二图案而在一晶圆区形成多数个第二影像；该些第二影像被一感测装置接收并转换为多数个第二曝光函数；以及依据该光罩的该些第二曝光函数挑选一部分该些光束，并得到相应的该第二光源强度分布。
7.根据权利要求6所述的曝光方法，其特征在于，其中该些第二曝光函数为晶圆区上正规化影像对数斜率、构成正规化影像对数斜率的数据、或该晶圆区上影像的对比度。
8.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，其中对该光罩进行分析以得到对应该第一图案的该第一光源强度分布的步骤包括提供该光源的多数个光束数据以及该光罩的一第一图案数据；根据该些光束数据以及该第一图案数据仿真计算出对应该些光束的多数个第一影像；该些第一影像被转换为多数个第一曝光函数；以及依据该光罩的该些第一曝光函数挑选一部分该些光束，并得到相应的该第一光源强度分布。
9.根据权利要求8所述的曝光方法，其特征在于，其中该些第一曝光函数为晶圆区上正规化影像对数斜率、构成正规化影像对数斜率的数据，或该晶圆区上影像的对比度。
10.根据权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，其中对该光罩进行分析以得到对应该第二图案的该第二光源强度分布的步骤包括提供该光源的多数个光束数据以及该光罩的一第二图案数据；根据该些光束数据以及该第二图案数据仿真计算出对应该些光束的多数个第二影像；该些第二影像被转换为多数个第二曝光函数；以及依据该光罩的该些第二曝光函数挑选一部分该些光束，并得到相应的该第二光源强度分布。
11.根据权利要求10所述的曝光方法，其特征在于，其中该些第二曝光函数为晶圆区上正规化影像对数斜率、构成正规化影像对数斜率的数据、或该晶圆区上影像的对比度。
12.一种偏轴照明系统，包括一储存装置，储存一光罩的多数个区域图案数据、多数个对应该些区域图案的光源强度分布数据、多数个产生于一晶圆区的影像数据以及该些数据的多数个对应关系数据；以及一光源，根据该储存装置的该些数据以及该些对应关系数据，在使用该光罩曝光时，以变更光源强度分布，而提供光束。
13.根据权利要求12所述的偏轴照明系统，其特征在于，其中光源强度分布包括部分干涉系数或构成部分干涉系数的数据。
14.根据权利要求12所述的偏轴照明系统，其特征在于，还包括在该晶圆区上的一感测装置，接收该光源所提供的光束经由光罩在该晶圆区所形成的影像。
15.根据权利要求14所述的偏轴照明系统，其特征在于，其中该感测装置依据经由光罩所形成的影像计算正规化影像对数斜率、或该晶圆区上影像的对比度，以调整该光源的光源强度分布。
全文摘要
一种曝光方法，适用于一种偏轴照明系统。此方法是先提供一个具有第一图案与第二图案的光罩，并对此光罩进行分析以得到分别对应第一图案的第一光源强度分布与对应第二图案的第二光源强度分布。提供数个光束经过此光罩的第一图案而形成数个第一影像，以取得相对应的第一光源强度分布。接着，提供数个光束经过光罩的第二图案而形成数个第二影像，以取得相对应的第二光源强度分布。将光源调整为第一光源强度分布，以对此光罩的第一图案进行曝光。然后，将此偏轴照明系统的光源调整为第二光源强度分布，以对此光罩的第二图案进行曝光。
文档编号H01L21/02GK1952783SQ20051011811
公开日2007年4月25日 申请日期2005年10月20日 优先权日2005年10月20日
发明者林俊羽 申请人:茂德科技股份有限公司