TW469506B - Pattern transfer method - Google Patents

Description

46 95 ϋ 〇 ^____________ 五、發明說明（ι) 發明之領域 本發明係提供一種光阻圖案的轉移方法，尤指一種將 複數個以陣列方式排列之光阻圖案自一光罩轉移至一半導 體晶片上的方法。 背景說明 微影製程（photolithography)是半導體製程中最重要 的一個步驟，其可將積體電路（integrated circuits)的 佈局（1 ay out)圖案順利地轉移到半導體晶片上。晶圓廠為 了在半導體晶片上形成一設計的積體電路，必須先製作一 光罩並在光罩上形成一設計的圖案’再藉由微影製程將光 罩上的圖案以一定的比例轉移（transfer)到該半導體晶片 表面的光阻層上。 隨著積體電路的複雜度與積集度（integration)的不 斷提昇’光覃上的圖案亦被設計得越來越小。然而在進行 圖案轉移時’由於曝光（expo sure)製程所能製作出的圖案 的臨界尺寸（critical dimension，CD)會受限於曝光機台 (optical exposure tool)的解析度極限（res〇iuti〇n limit)，因此在對於這些高密度排列的光罩圖案進行曝光 製程以形成光阻圖案時，便非常容易產生光學接近效應 (optical proximity effect)，使得形成於光阻層上圖

46 95 0 6 五、發明說明（2) 案的轉角處（corner)將會因為過度曝光（overexP〇se)或是 曝光不足（underexpose)，造成解析度減損（resolution 1 〇 s s )，進而導致所設計圖案之尺寸的縮小化，使得光罩 上的圖案與光阻層上的圖案不一致或是發生轉角圓形化效 應（corner rounding effect)，隶後造成於光阻層上的圖 案會與原始的設計尺寸差異甚遠° 請參考圖一至圖六，圖一至圖六為習知於一半導體晶 片10上定義一動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory, DRAM)之電容下層健存電極（storage node)的尺寸與位置的示意圖。如圖一所示，半導體晶片 10包含有一基底16，以及一光阻層^設於基底16的表面。 基底1 6包含一矽基底1 2，一絕緣層1 3設於矽基底1 2之上， 複數個由摻雜多晶矽（doped poly silicon)所構成之接觸 電極（node contact) 14設於絕緣層13之中，以及一用來形 成該下層儲存電極之非晶矽層1 5設於絕缘層1 3的表面並覆 蓋住各接觸電極14。 如圖二所示，習知在進行微影製程前，係先依據一設 計的積體電路圖案來製作一光罩2L·光罩21包含有一透明 的石英基板2 3，以及複數個以矩陣方式排列的不透明之鉻 ， 膜圖案25設於透明基板23的表面。如圖三所示，在完成光 罩2 1的製作後，接著將光罩2 1安置於曝光系統3 0之中，並 利用曝光系統3 0對半導體晶片1 0進行一曝光製程，然後將

第5頁 46 95 0 6 五、發明說明（3) 曝光後的半導體晶片1 〇置於一顯影液中’以進行一顯影製 程。 曝光系統30包含有一光源32’用以曝光半導體晶片10 表面的光阻層1 7，一光源遮板3 3設於光源3 2與半導體晶片 1 0之間，一透鏡3 4設於光源遮板3 3與半導體晶片1 0之間， 用以將光源3 2發出的光束聚焦於光罩2 1上，光罩2 1設於透 鏡3 4與半導體晶片1 0之間，以及一透鏡3 6設於光罩2 1與半 導體晶片1 0之間，用以將通過光罩2 1之光束聚焦於半導體 晶片1 0表面的光阻層1 7。如圖四所示，光源遮板3 3包含有 一開口 3 5設於光源遮板3 3的中心。 如圖五所示，在顯影製程之後，半導體晶片1 0必須再 進行數次的清洗製程，以去除顯影液以及被溶解的光阻， 而於半導體晶片10表面留下一組光阻圖案19。如圖六所 示，隨後進行一蝕刻製程，以光阻圖案1 9為硬罩幕垂直向 下去除未被光阻圖案1 9覆蓋的非晶矽層1 5直到絕緣層1 3的 表面，形成了動態隨機存取記憶體（DRAM)之電容的下層儲 存電極20的輪廓。 然而在上述的微影製程中，光學接近效應會造成半導 體晶片10上每一個孤立的（isolated)光阻圖案19發生轉角 圓形化的現象，亦即光阻圖案1 9的四個頂角係呈現一圓角 而非原始設計的直角。這是因為在曝光的過程中，雖然光

第6頁 469506 五、發明說明（4) 源的照射能量相同，但是光阻層1 7上各部位的獲得照射能 I 量卻不盡相同。所以在半導體晶片1 0上光阻圖案1 9的轉角 處將會因為獲得過多的照射能量，造成過度曝光，使得光 阻圖案19的轉角處形成圓形的輪廓。甚至產生更嚴重的光 學接近效應，會使得光阻圖案1 9的尺寸縮小化，即光阻圖 案1 9的尺寸小於原始的設計尺寸而呈現如島嶼般的形狀。 I 因為光阻圖案1 9的尺寸小於原始的設計圖案（圖五中以虛 I 線表示之圖案），使得後續形成的電容下層儲存電極2 0的 | 尺寸小於原先的設計尺寸，進而降低了電容下層儲存電極 丨 2 0所能儲存的電荷容量，影響了積體電路的電性表現。 | 發明概述 t ! 本發明之主要目的在於提供一種光阻圖案的轉移方 | 法，以解決上述問題。 i ] 本發明係提供一種光阻圖案的轉移方法，該方法是用 I來將複數個以陣列方式排列之光阻圖案自一光罩轉移至一 i '1 半導體晶片上，該半導體晶片包含有一基底，以及一光阻 :1 I 層設於該基底表面。該方法係先提供一光源以及一光罩， | 用以曝光該光阻層，接著將該光罩安置於該光源與該光阻 I層之間。然後安置一具有設於一共同軸上之兩個偶極孔的 光源遮板於該光源與該光罩之間，使該光源偏軸曝光該光 阻層。當該使用該光源進行曝光製程時，該偶極孔光源遮

第7頁 469506 五、發明說明（5) 板將增長轉移至該光阻層之光阻圖案在平行於共同軸方向 的尺寸而縮短在垂直共同軸方向的尺寸3 本發明可以縮短呈陣列方式排列之光阻圖案的間隔距 離，以符合下一世代半導體製程之設計尺寸的要求。該光 源遮板可使該光源偏轴照射於該半導體晶片表面的光阻層 上，進而增長轉移至該半導體晶片上之光阻圖案在平行於 共同軸方向的尺寸，並縮短該光阻圖案在垂直共同軸方向 的尺寸。由於該光源遮板可以縮短該光阻圖案在垂直共同 軸方向的尺寸，因此利用本發明可縮短以陣列方式排列之 光阻圖案的間隔距離，即本發明可以縮短呈陣列方式排列 之電容下層儲存電極、接觸洞或閘極的間隔距離，以符合 下一世代半導體製程之設計尺寸的要求。 發明之詳細說明 請參考圖七至圖十二，圖七至圖十二為應用本發明於 於一半導體晶片4 0上形成一動態隨機存取記憶體之電容下 層儲存電極的尺寸與位置的示意圖。如圖七所示，半導體 晶片40包含有一基底46，以及一光阻層47設於基底4 6的表 面。基底46包含一矽基底42，一由矽氧化合物所構成之絕 緣層4 3，複數個由摻雜多晶矽所構成之接觸電極4 4設於絕 緣層4 3之中，以及一用來形成該下層儲存電極之非晶矽層 4 5設於絕緣層4 3的表面並覆蓋住各接觸電極4 4。其中接觸

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J 469506 五、發明說明（6) 電極44係用來電連接一設於石夕基底42表面上之M〇S電晶體 的汲極（未顯示）以及後續所形成的電容下層儲存電極50。 如圖八所示，利用本發明方法來進行微影製程之前’ 必須先依據設計的積體電路圖案製作光草51。光罩51包含 有一透明的石英基板53，以及複數個以矩陣方式排列的不 透明之鉻膜圖案5 5設於透明基板53的表面。每一個絡膜圖 案5 5均相對應並且涵蓋一個欲形成於半導體晶片表面之光 阻圖案4 9的位置。如圖九所示’完成光罩51的製作之後， 接著將光罩5 1安置於曝光系統6 0之中’並利用一曝光系統 6 0對半導體晶片4 0進行一曝光製程，使光阻層4 7相對應光 罩5 1上的光罩圖案5 5進行圖案轉移。 曝光系統6 0包含有一光源6 2，用以曝光半導體晶片4 0 表面的光阻層4 7，一光源遮板6 3設於光源6 2與半導體晶片 4 0之間，一透鏡6 4設於光源遮板6 3與半導體晶片4 0之間， 用以將光源6 2發出的光束聚焦於光罩5 1上，光罩5 1設於透 鏡6 4與半導體晶片4 0之間，以及一透鏡6 6設於光罩5 i與半 導體晶片4 0之間，用以將通過光罩5 1之光束聚焦於半導體 晶片40表面的光阻層47。 請參考圖十，圖十為本發明之光源遮板6 3的俯視圖。 光源遮板6 3具有設於一共同軸上的兩個偶極孔65，當以爆 光乐統6 0對半導體晶片表面的光阻層47進行曝光製程時，

第9頁 i 46 95 0 6 五、發明說明（7) 光源遮板6 3上的偶極孔6 5將增長轉移至半導體晶片4 0表面 之光阻圖案49在平行於共同軸方向的尺寸’並縮短光阻圖 案49在垂直共同轴方向的尺寸。 如圖十一所示，在完成曝光製程之後，半導體晶片40 必須放置於一顯影液中以進行一顯影製程。在顯影製裎之 後，半導體晶片4 0必須再進行數次的清洗製程，以去除顯 影液與被溶解的光阻，而於半導體晶片4 0上形成複數個以 陣列方式排列的光阻圖案4 9。如圖十二所示，隨後進行一 蝕刻製程，以光阻圖案49為硬幕罩垂直向下去除未被光阻 圖案4 9覆蓋的非晶矽層4 5直到絕缘層4 3表面，形成動態隨 機存取記憶體之電容下層儲存電極50的輪廓。 由於偶極孔光源遮板6 3可使由光源6 2偏軸照射於半導 體晶片4 0表面的光阻層4 7上，進而增長轉移至半導體晶片 40上之光阻圖案49在平行於共同軸方向的尺寸，並縮短光 阻圖案49在垂直共同轴方向的尺寸，使得最後形成於半導 體晶片4 0上的光阻圖案4 9係呈現一橢圖形》也就是說，本 發明方法即利用偶極孔光源遮板6 3來縮短光阻圖案4 9在垂 直共同韩方向的尺寸，以減小各種以陣·列方式排列之光阻 圖案49的間隔距離，進而能於越來越小的半導體製程中精 確地定義接觸洞（contact hole)、儲存電極（st〇rage node)或閘極（gate)等呈陣列方式排列元件的尺寸與位 置。 、

第10頁 46 95 0 6 五、發明說明（8) 因此即使光學接近效應使得形成於半導體晶片表面的 光阻圖案呈現轉角圓形化，導致發生解析度受損以及無法 符合下一世代半導體製程之設計尺寸（design rule)要求 的情形，但是利用本發明之方法則可突破光學接近效應的 影響，而於半導體晶片上形成一具有較小間隔距離且呈陣 列方式排列之電容下層儲存電極、接觸洞或閘極的製程 上，使得本發明可以符合下一世代半導體製程之設計尺寸 的要求。 相較於習知技術，本發明可以縮短以陣列方式排列之 光阻圖案的間隔距離。由於本發明使用偶極孔光源遮板所 形成之橢圓形光阻圖案的間隔距離A大於使用傳統圓孔光 源遮板所形之圓形光阻圖案的間隔距離B (如圖十一所 示），因此利用本發明可將以陣列方式排列之光阻圖案的 間隔距離縮短，即本發明可以縮短呈陣列方式排列之電容 下層儲存電極、接觸洞或閘極之間隔距離，以符合下一世 代半導體製程之設計尺寸（design rule)的要求β 以上所述僅本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專 利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利之涵蓋 範圍。

第11頁 469506 圖式簡單說明 圖示之簡單說明 圖一至圖六為習知於一半導體晶片上形成一動態隨機 存取記憶體之電容下層儲存電極的尺寸與位置的示意圖。 圖七至圖十二為應用本發明於於一半導體晶片上形成 一動態隨機存取記憶體之電容下層儲存電極的尺寸與位置 的示意圖。 圖示之符號說明 10 半 導 體 晶 片 12 矽 基 底 13 絕 緣 層 14 接 觸 電 極 15 非 晶 矽 層 16 基 底 17 光 阻 層 19 光 阻 圖 案 20 下 層 儲 存 電 極 21 光 罩 23 透 明 基 板 25 光 罩 圖 案 30 曝 光 系 統 32 光 源 33 光 源 遮 板 34 透 鏡 35 開 〇 36 透 鏡 40 半 導 體 晶 片 42 矽 基 底 43 絕 緣 層 44 接 觸 電 極 45 非 晶 矽 層 46 基 底 47 光 阻 層 49 光 阻 圖 案 50 下 層 儲 存 電 極 51 光 罩

第12頁 469506 圖式簡單說明

53 透明基板 55 光罩圖案 60 曝光系統 62 光源 63 光源遮板 64 透鏡 65 開口 66 透鏡

Claims (1)

1. 4 6 9 b U 6 六、申請專利範圍 1. 一種光阻圖案（pat tern)的轉移方法’該方法是用來 將複數個以陣列方式排列之光阻圖案自一光罩轉移至一半 導體晶片上，該半導體晶片包含有一基底（substrate)’ 一光阻（photo resist)層設於該基底表面，該方法包含 有： 提供一光源，用以曝光該光阻層； 安置該光罩於該光源與該光阻層之間，該光罩包含有 一透明基板，以及一光罩圖案（photo mask pattern)設於 該透明基板表面，該光罩圖案係由複數個以陣列狀排列的 不透明區所構成，且每一不透明區均相對應並涵蓋有一個 光阻圖案的相對位置；以及 ~ 安置一偶極孔光源遮板於該光源與該光罩之間，該光 源遮板具有設於一共同軸上之兩個偶極孔，使該光源偏轴 曝光該光阻層； 其中當該使用該光源進行曝光製程時，該偶極孔光源 遮板將增長轉移至該光阻層之光阻圖案在平行妓同軸方 向的尺寸而縮短在垂直共同轴方向的尺订於/、门軸方 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該光阻圖案係用 以定義接觸洞（contact hole)、儲存電極（st〇rage n〇de) 或閘極（g a t e )之尺寸與位置。 ί申請專利範圍第1項之方法，其中該透明基板係由 玻璃或石英（quartz)所構成。

   第14頁 J 46950b 六、申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該不透明區係由 鉻膜（chromium film)所構成。 5. 一種於一半導體晶片上形成複數個以陣列方式排列之 光阻圖案的方法，該半導體晶片包含有一基底，一光阻層 設於該基底表面，該方法包含有下列步驟： 提供一光源，用以曝光該光阻層； 安置一光罩於該光源及該光阻層之間，該光罩包含有 一透明基板，以及一光罩圖案設於該透明基板表面，該光 罩圖案係由複數個以陣列方式排列之不透明區所構成，且 每一不透明區均相對應並涵蓋有一個光阻圖案的相對位 置； 安置一偶極孔光源遮板於該光源與該光罩之間，該光 源遮板具有設於一共同軸上之兩個偶極孔，使該光源偏軸 曝光該光阻層； 進行一曝光製程，使該光阻層相對應該光罩上之光罩 圖案進行圖案轉移；以及 進行一顯影（development)製程，於該半導體晶片上 形成該複數個以陣列方式排列的光阻圖案； 其中在曝光製程中，該偶極孔光源遮板將增長轉移至 光阻層之光阻圖案在平行於共同軸方向的尺寸而縮短在 垂直共同軸方向的尺寸。

   第15頁 4 6 9 5 .0 6 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該光阻圖案係用 以定義接觸洞、儲存電極或閘極之尺寸與位置。 7. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該透明基板係由 玻璃或石英所構成。 8. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該不透明區係由 鉻膜所構成。

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