多光罩平放器裝置及其改善疊加微影的方法
2023-09-23 09:48:45 1
專利名稱：多光罩平放器裝置及其改善疊加微影的方法
技術領域：
本發明是有關於半導體微影製程，特別是指一種需要使用多個疊加光罩的微影製程情況，應用多光罩平放裝置以達到節省時間的方法。
此外，線幅的要求更隨著製程的進步，而對細線化要求日益殷切。在不改變製程而可以達到增進像解析度與增加聚焦深度的要求下，相位移光罩(phase shift mask)已然受到極大的重視。不管是I線微影，深紫外光微影，甚至X光微影，搭配相位移光罩已是提高解析度必要的微影步驟。
圖1說明相位移光罩的原理，其中圖1A中是利用傳統光罩照光，光罩由上而下，包含一玻璃10，及一鍍鉻箔圖案層20。標號30示在光罩位置的電場，標號40則是在晶圓位置的電場大小，標號50是在晶圓位置的光的強度。因此傳統光罩對於線距緊密時，由於繞射效應，而造成解析度不足。圖1B示利用180°相位移器25加在其中的一個狹縫上，以使其中一狹縫的電場改變的相位移光罩照光的結果。由圖1B的結果可以發現加了相位移光罩，兩狹縫之間因破壞性幹涉而抵削，因此狹縫解析度明顯大增。
例如，時下以波長λ＝193nm為照射光源，若數值孔徑NA＝0.63時，要求解析度FS＝0.1μm的微影。Rayleigh係數(光阻及製程條件的相關係數)k1＝FS*NA/λ＝0.39，要達到如此低值的k值，幾乎不可能，因此，要達到上述的解析度，利用相位移光罩，是典型的微影技術，用以加強影像的解析度。
僅管相位移光罩具有提高解析度的功能，然而光罩圖案加入相位移裝置的相位移光罩，卻有邊線的問題，例如圖2是一典型的例子，正型光阻，所要的圖案一「工」圖案60，因此，除了圖案「工」圖案60外，其他地方都要照光，使正型光阻成為可溶性的PAC。然而當180°相位移裝置25加入原始光罩以產生相位移光罩效果後尚有邊線65產生於上、下部分未曝到光。僅管邊線細小，但由於仍非所要，因此，在第一次照光後，不要先顯影，再使用一第二光罩70(遮罩所要圖案72但曝露出邊線)以進行照光，邊線也因此受到照光。
僅管上述微影步驟簡單，然而每次換光罩步驟需要比較複雜的對準步驟，因此傳統方法，通常是將圖案光罩加相位移裝置的第一光罩沿掃描方向循列進行照光，直至一晶圓所有欲照光的像場結束，再換上第二晶圓，第三晶圓，依序至整批量結束後，再輪迴第一晶圓，換上具有輔助消除邊界的第二光罩，再次循列進行照光至第一晶圓所有像場均有第一光罩及第二光罩的疊加圖案，再依序換上第二晶圓進行如第一晶圓的照光，直至全部批量皆有兩個光罩的疊加圖案為止。
上述的傳統方法，由於每次晶圓上一次晶圓照光平臺就得進行一次的位置校準，因此，每一晶圓就得要校準兩次的位置。這對於產能或疊對誤差而言，是不利的。
本發明目的是提出一種新的光照平放裝置以改善傳統微影，特別是需要至少兩次照光時費時費力的問題，凡任何需要應用疊加圖案的場合，都可以應用，並不限於相位移光單和一般光罩的疊加，且可以因此而減少錯誤的發生並提高產能。
本發明所設計的光罩平放裝置，可以以兩個實施例說明，在第一實施例中，光罩平放裝置，一次可同時容置兩並排的兩光罩，且並排後長邊沿著掃描方向，因此，第一次照光後，晶圓的相鄰像場被使用以不同的光罩照光，在第二次照光時，再將每一像場補以另一光罩照光，例如先前已使用第一光罩照光的，第二次照光時則改用第二光罩，反之先前已使用第二光罩照光的，第二次照光時則改用第一光罩，進而達到每一像場皆使用兩個光罩照光的效果。
在第二實施例中，光罩平放裝置，容置的兩並排光罩，長邊垂直掃描方向，因此，第一次照光後，晶圓的每一像場被使用相同的光罩照光，在第二次照光時，再將每一像場補以另一光罩照光，而達到每一像場皆使用兩個光罩照光的效果。由於，晶圓上晶圓座後可以一次在不需要離開晶圓座前就已進行兩次照光。因此，可以減少校準時間而達到提高產能的效果。
圖1顯示傳統光罩及相位移光罩解析度的比較；圖2顯示利用相位移光罩時需要兩次照光以消除光罩邊線的一實施例；圖3顯示依據本發明的方法第一實施例設計的光罩平放裝置、鏡頭與晶圓的相對位置關係圖；圖4顯示依據本發明的方法第一實施例，進行每一像場第一次照光後，晶圓分別被標示以「1」或「2」以代表該像場已使用第一光罩或第二光罩照光；圖5顯示依據本發明的方法第一實施例，進行每一像場第二次照光後，晶圓的各像場已先後被第一光罩及第二光罩照光，因此每一像場皆被標示以「1」及「2」；圖6A顯示依據本發明的方法第二實施例設計的光罩平放裝置，圖6B顯示依據本發明的方法第一實施例設計的光罩平放裝置，圖中同時示光罩附有校準裝置的示意圖；圖7顯示依據本發明的方法第二實施例，進行每一像場第一次照光後，晶圓每一像場被標示以「1」以代表該像場已使用第一光罩照光；圖8顯示依據本發明的方法第二實施例，進行每一像場第二次照光後，晶圓的各像場已先後被第一光罩及第二光罩照光，因此每一像場皆被標示以「1」及「2」。
因此，本發明將設計一種光罩平放裝置並依此提出可以解決上述問題的方法，不但具有節省時間成本的效果，同時也可以避免不必要的疊加誤差的問題。凡任何需要應用疊加圖案的場合，都可以應用，並不限於相位移光罩和一般光罩的疊加。
本發明的光罩平放裝置可以以兩個實施例加以說明請注意以下的實施例都是以兩個光罩橫向順序排列及垂直順序排列做說明，但並不代表限制本發明的範圍，例如如果光阻圖案需要更多光罩(超過兩個)重覆曝光的場合，本發明的光罩平放裝置也可以改成多個光罩橫向順序沿掃描方向平放，或者沿垂直掃描方向順序平放，其使用方法，應用以上第一及第二實施例的說明，當可輕易推廣，因此亦應包含在本發明範圍內。
本發明的第一較佳實施例，請參考圖3，首先晶圓定位，並校準，並假設光罩擺放順序如圖3所示，第一光罩110在右，第二光罩120在左，由一光罩承載器121所支持是在一X-Y移動式平臺122上，光罩承載器可以在X-Y-Φ三個方向校正。移動式平臺122可以水平X方向移動，也可以垂直丫方向移動。晶圓130則是放置於另一具有X-Y-Φ移動的平臺131上。光源自一矩形狹縫光柵118向下照射第一光罩110的一邊，例如最右邊，再經由透鏡125至晶圓130，以開始進行掃描。此時相對於晶圓130的第一像場131的最左邊。光罩平臺122向右移動前進時(第一光罩110的最右)，待照光晶圓130也同步向左移動。待第一光罩110被照光的部位由右至左全部被掃描，晶圓的第一像場131也全部由左至右照光結束，記為像場「1」。請參考圖4。
接著，光罩平臺繼續向右移動，以便繼續經由矩形狹縫光柵曝第二光罩120，以對晶圓的第二像場132曝光。如同第一像場的照光方式，第二光罩120由右向左掃描結束時，第二像場132也由左向右曝光完畢，記為像場「2」。接著，此時矩形光柵狹縫118在第二光罩120的最左邊。此時，可以選擇由第二光罩120的最左邊先照光。即光罩平臺122先不移動。但晶圓130則需一次移動兩個像場。以使預定像場134的最右邊對應第二光罩120的最左邊。光罩平臺122向左移動。如同先前所述，當第二光罩120的最左掃描至第一光罩110的最右時，新的像場134和像場133對應第二光罩120與第一光罩110先後完成照光。
再重覆以上所述順序，光罩由110-120-120-110曝像場1-2-2-1。即每次兩個光罩照光結束後，晶圓平臺才以兩個像場為單位步進一次。此外光罩的結束點又是另一次掃描照光的起點。直至一橫列結束，再調整晶圓的Y位置，至晶圓的最右下角的最後一像場140照光結束。當然，上述的移動方式，也可以再變化，例如，光罩平臺也可以每次在兩個光罩被由右至左，或由左至右都照光後，光罩平臺與晶圓平臺同步位移兩個像場。
上述的曝光都是對晶圓130的完整像場曝光，至於部分像場142、143、144、145、146、147、148、149等等，可以視是否至少可以形成一個晶圓以上，而選擇性地照光，以充分利用晶圓上可利用區域。請參考如圖4所示的晶圓上每一像場，均已照光一次。
隨後，光罩平放裝置，再做調整，例如左移一光罩單位，以便進行晶圓上每一像場的第二次照光以達到每一像場皆以第一光罩110及第二光罩為120罩幕，各曝光一次。此外，如上述每次兩個光罩照光結束後，晶圓平臺才以兩個像場為單位步進一次，光罩的結束點又是另一次掃描照光的起點。直至所有像場都已輪流被兩個光罩所照光。
由上述可知，本發明可以減少極為可觀的照光時間。
本發明的第二較佳實施例，是使用如圖6A所示的光罩平放裝置，第一光罩110及第二光罩120並排後長邊與掃描方向垂直，因此，此種照光的方式如同傳統方法，每次對一光罩照光後，晶圓都得以像場為單位步進一次。例如圖7的實施例中，是先使用第一光罩110為罩幕，對晶圓的每一像場照光，直至晶圓上每一像場皆標示為1。晶圓被照光後的結果如所示。其中上述的步驟中該每一像場照光結束後，該晶圓需先沿掃描方向平移一像場單位，每一橫列結束後，晶圓需先沿垂直掃描方向平移一像場單位，才進行照光。
隨後，光罩平臺以Y方向水平移動，以使第二光罩120在掃描方向。再次如同傳統照光方式，使得每一像場再次以第二光罩120為罩幕進行照光，而達到如圖8結果。
上述第二較佳實施例，雖然掃描時間比第一較佳實施例花費較多的時間，然使用本發明的光罩平放裝置，都可以達到在晶圓未離開晶圓座前，就已先後使用第一光罩110及第二光罩120為罩幕照光。因此將可以比傳統方法減少許多校準的時間，並可以降低錯誤，達到提高產能的目的。
請注意本發明的光罩平放裝置為使得校準容易，一可以使第一光罩及第二光罩獨立進行前後左右，及角度調整的校準裝置170(請參考圖6A及圖6B)可附加於第一光罩110及第二光罩120的周邊，用以在第一次及第二次照光前校準第一光罩110及第二光罩120的位置。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明的申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在所述的權利要求範圍內。
權利要求
1.一種多光罩平放器裝置，該裝置至少包含一光罩平放器，沿掃描方向同時可平放一第一光罩及一第二光罩；一校準器，用以校準該光罩平放器的該第一光罩及第二光罩。
2.根據權利要求1所述的一種多光罩平放器裝置，其特徵在於更包含第三光罩或更多的光罩同時順序沿掃描方向橫放，以應用於需要多個光罩為罩幕以對光阻重覆照光。
3.根據權利要求1所述的一種多光罩平放器裝置，其特徵在於上述的校準器，允許該第一光罩及該第二光罩單獨校準其位置。
4.根據權利要求1所述的一種多光罩平放器裝置，其特徵在於上述的校準器具有水平方向，垂直方向，及方位角的移動方式，以單獨校準該第一光單及該第二光罩的位置。
5.一種多光罩平放器裝置，該裝置至少包含一光罩平放器，沿垂直於掃描方向同時平放一第一光罩及一第二光罩；一校準器，用以校準該光罩平放器的該第一光罩及第二光罩。
6.根據權利要求5所述的一種多光罩平放器裝置，其特徵在於更包含第三光罩或更多的光罩同時順序沿垂直掃描方向橫放，以應用於需要多個光罩為罩幕以對光阻重覆照光。
7.根據權利要求5所述的一種多光罩平放器裝置，其特徵在於上述的校準器，允許該第一光罩及該第二光罩單獨校準其位置。
8.根據權利要求5所述的一種多光罩平放器裝置，其特徵在於上述的校準器具有水平方向，垂直方向，及方位角的移動方式，以校準該第一光罩及該第二光罩的位置。
9.一種多光罩平放器裝置的改善疊加微影的方法，該方法至少包含以下步驟(1)提供一光罩平放器，沿掃描方向加長以使該光罩平放器同時承載一第一光罩及一第二光罩，該第一光罩及第二光罩相鄰；(2)定位該晶圓至第一橫列預定的第一像場；(3)利用該第一光罩及該第二光罩為罩幕，對晶圓進行照光，以分別產生第一像場及第二像場；(4)移位該晶圓至預定的第四像場；(5)利用該第二光罩及該第一光罩為罩幕以分別產生第四像場及第三像場，上述第奇數像場是利用第一光罩曝光，第偶數像場是利用第二光罩曝光；及(6)重覆步驟(3)、(4)、(5)至一橫列預定像場結束。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於更包合使用一校準裝置，用以分別在第一次照光及第二次照光前對第一光罩及一第二光罩進行校準。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於上述的校準器具有水平方向，垂直方向，及方位角的移動方式，以校準該第一光罩及該第二光罩的位置。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於更包含在第一橫列像場結束後，垂直掃描方向平移該晶圓的第二預定橫列的第一個預定像場於被照光位置以重覆上述第(2)至第(6)步驟。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於更包含在第二預定橫列的像場被曝光後，進行更多的預定橫列的像場被照光，且至該晶圓最後一橫列像場的最後一預定像場結束。
14.根據權利要求13所述的方法，其特徵在於更包含在最後一橫到像場的最後一預定像場結束後，以該最後一像場，為起線，以該第一光罩及該第二光罩為互補罩幕進行照光，其中上述互補罩幕是指若該像場已利用該第一光罩照光，互補罩幕就選用第二光罩互補罩幕，若該像場已利用該第二光罩，互補罩幕就選用第一光罩為互補罩幕以疊加曝光。
15.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於其中上述第(2)及第(4)步驟中，晶圓與光罩是與相反反向，同步位移。
16.一種多光罩平放器裝置的改善疊加微影的方法，該方法至少包含以下步驟(1)提供一光罩平放器，沿掃描方向加長以使該光罩平放器同時承載一第一光罩及一第二光罩，該第一光罩及第二光罩相鄰；(2)定位該晶圓至第一橫列預定的第一像場；(3)利用該第一光罩及該第二光罩為罩幕，對晶圓進行照光，以分別產生第一像場及第二像場；(4)移位該晶圓至預定的第四像場；(5)利用該第二光罩及該第一光罩為罩幕以分別產生第四像場及第三像場，上述第奇數像場是利用第一光罩曝光，第偶數像場是利用第二光罩曝光，且每次該光罩平放器的該兩個光罩順序掃描後，該光罩的位置即為該晶圓平移後的起線位置；(6)重覆步驟(3)、(4)、(5)至一橫列預定像場結束；(7)垂直掃描方向平移該晶圓的第二預定橫列的第一個預定像場於被照光位置。(8)重覆步驟(3)、(4)、(5)至該晶圓的最後一預定像場被照光；(9)水平掃描方向平移該光罩平放器一光罩的平移量；及(10)以該晶圓的最後一預定像場為起線，以重覆步驟(3)至(8)至該晶圓的第一預定像場也被照光，因此達到每一像場皆以該第一光罩及該第二光罩為罩幕重疊曝光。
17.根據權利要求16所述的方法，其特徵在於上述第(2)及第(10)步驟中，晶圓與光罩是與相反方向，同步位移。
18.一種多光罩平放器裝置的改善疊加微影的方法，該方法至少包含以下步驟(1)提供一光罩平放器，沿垂直掃描方向加長以使該光罩平放器同時承載一第一光罩及一第二光罩，該第一光罩及第二光罩相鄰，因此只有該第一光罩在掃描橫列；(2)對晶圓進行第一次照光，被照光的晶圓上沿掃描方向的每一橫列將順序產生第一像場，依序照光每一橫列，直至該晶圓第一次照光終了；(3)垂直掃描方向平移該光罩平放器一光單的平移量，以使該第二光罩在被掃描位置以便進行每一像場的第二次照光；及(4)重覆步驟(2)、(3)直至每一像場皆已利用該第一光罩及一第二光罩為罩幕而曝光兩次。
19.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於上述第(2)及第(4)步驟中，晶圓與光罩是與相反方向，同步位移。
20.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於上述的步驟(2)中該每一像場照先結束後，該晶圓需先沿掃描方向平移一像場單位，每一橫列結束後，晶圓需先沿垂直掃描方向平移一像場單位，才進行照光。
全文摘要
一種光罩平放裝置，在第一實施例中，光罩平放裝置，同時容置兩並排的兩光罩，並排後長邊沿著掃描方向，因此，第一次照光後，晶圓的相鄰像場被使用以不同的光罩照光，在第二次照光時，再將每一像場補以另一光罩照光，而達到每一像場皆使用兩個光罩照光的效果；在第二實施例中，光罩平放裝置，並排的兩光罩，是長邊垂直掃描方向，因此，第一次照光後，晶圓的相鄰像場以同一光罩照光，在第二次照光時，再將每一像場補以另一光罩照光，而達到每一像場皆使用兩個光罩照光的效果。
文檔編號G03F9/00GK1448800SQ0210613
公開日2003年10月15日 申請日期2002年4月4日 優先權日2002年4月4日
發明者林本堅 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司