TWI669566B - 用於拼接式微影製程的光罩、半色調光罩及其製作方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種用於拼接式微影製程的光罩，其用來將佈局圖轉移至基底上，其中佈局圖包括重複並排的圖案單元。光罩包括透光基材、遮光層以及半色調層。透光基材表面定義有至少一曝光區、至少一遮光區以及作為曝光區與遮光區邊界之拼接線。遮光層設置在透光基材表面且至少設於遮光區，且遮光層於透光基材表面的投影範圍不同於遮光區的範圍。部分半色調層設於曝光區內且其圖案對應於佈局圖的圖案單元。當光罩應用於拼接式微影製程時，係利用拼接線作為拼接邊界進行複數次曝光，以在基底上形成互相拼接且對應圖案單元的轉移圖案。

Description

用於拼接式微影製程的光罩、半色調光罩及其製作方法

本發明係關於一種半色調(halftone)光罩以及半色調光罩的製作方法，尤指用於拼接式(stitching)微影製程的半色調光罩及其相關的製作方法。

現行用於半導體與微影製程的晶圓直徑為約200毫米(mm)至300毫米，而傳統光罩單次曝光的最大曝光區域為約26毫米x 33毫米，微影圖案在晶圓上最小特徵尺寸為約0.35微米。當需要製作尺寸超過最大曝光區域的晶片時(例如X光影像感測器的晶片)，便會需要利用拼接式微影製程進行多次曝光微影，使微影圖案拼接後以完成大尺寸晶片的製作。然而，習知技術中在微影圖案的拼接處容易發生缺陷，導致所製作的電子元件發生短路、斷路或電性改變等間題，因此業界仍須持續研究改善拼接式微影製程的相關技術。

本發明之一實施例提供一種用於拼接式微影製程的光罩，用來將佈局圖經由一拼接式微影製程轉移至基底上，其中該佈局圖包括一圖案單元，圖案單元係重複並排於佈局圖內。該光罩包括透光基材、遮光層以及半色調層。透光基材表面定義有至少一曝光區、至少一拼接線與至少一遮光區，其中拼接 線為曝光區與遮光區之邊界。遮光層設置在透光基材表面且至少設於遮光區，其中遮光層於透光基材表面的投影範圍不同於遮光區的範圍。半色調層設於遮光層與透光基材之間，其中部分半色調層設於遮光區內，部分半色調層設於曝光區內，且位於曝光區內之部分半色調層的圖案對應於圖案單元。當光罩應用於拼接式微影製程時，係利用光罩進行複數次曝光步驟，並以光罩的拼接線作為曝光步驟的拼接邊界，以在基底上形成互相拼接且對應於圖案單元的複數個轉移圖案。

根據本發明之一實施例，另提供了一種用於拼接式微影製程的光罩，用來將佈局圖經由一拼接式微影製程而轉移至基底上，其中該佈局圖包括至少一第一圖案單元以及一第二圖案單元，且第一圖案單元係重複併排於佈局圖內。該光罩包括透光基材、遮光層以及半色調層。透光基材表面定義有一曝光區、一周邊遮光區以及一間隔遮光區，其中曝光區至少包括一第一曝光區單元與一第二曝光區單元，周邊遮光區位於透光基材的外緣並包圍曝光區，間隔遮光區至少位於第一曝光區單元與第二曝光區單元之間。遮光層設置在透光基材表面且至少設於周邊遮光區內以及間隔遮光區內。半色調層設於遮光層與透光基材之間，且位於第一曝光區單元的部分半色調層之圖案對應於第一圖案單元，位於第二曝光區單元的部分半色調層之圖案對應於第二圖案單元。當光罩應用於拼接式微影製程時，包括利用光罩的第一曝光區單元進行複數次第一曝光步驟，以及利用第二曝光區單元進行至少一第二曝光步驟，以在基底上形成互相拼接且對應於第一圖案單元的複數個第一轉移圖案與對應於第二圖案單元的至少一第二轉移圖案，其中在進行第一曝光步驟時，會遮蓋第二曝光區單元以使其不能透光，而在進行第二曝光步驟時，會遮蓋第一曝光區單元以使其不能透光。

根據本發明之一實施例，另提供了用於拼接式微影製程的光罩的製作方法，該光罩用來將佈局圖經由一拼接式微影製程轉移至基底上，該佈局圖包括一圖案單元，且圖案單元係重複並排於佈局圖內。該製作方法包括先提供一透光基材，其表面定義有至少一曝光區、至少一拼接線與至少一遮光區，其中拼接線為曝光區與遮光區之邊界。接著，於透光基材上形成圖案化之一半色調層與圖案化之一遮光層，其中半色調層位於透光基材與遮光層之間，部分半色調層設於遮光區內，部分半色調層設於曝光區內，且位於曝光區內之部分半色調層的圖案對應於圖案單元，而遮光層至少設於遮光區內，且遮光層於透光基材表面的投影範圍不同於遮光區的範圍。當該光罩應用於拼接式微影製程時，係利用光罩進行複數次曝光步驟，並以光罩的拼接線作為曝光步驟的拼接邊界，以在基底上形成互相拼接且對應於圖案單元的複數個轉移圖案。

根據本發明之一實施例，另提供了半色調光罩的製作方法。首先，提供一透光基材並於其上定義出一膜層檢測記號之一預定區域。接著，於透光基材表面上依序全面形成一半色調層與一遮光層。接著，對半色調層與遮光層進行一第一圖案化製程，於預定區域內的中央部分定義出一遮光圖案，並移除預定區域內之遮光圖案之外的部分遮光層與部分半色調層。然後對遮光層進行一第二圖案化製程，於預定區域內的中央部分定義出一半遮光圖案，並移除半遮光圖案內之部分遮光層，暴露出半遮光圖案內的半色調層，其中半遮光圖案小於遮光圖案，且在第二圖案化製程後，預定區域內的遮光層定義為膜層檢測記號的遮光記號部，預定區域內被遮光層暴露出的部分半色調層定義為膜層檢測記號的半色調記號部。然後，檢測半色調記號部的中心點與遮光記號部的中心點是否重疊，若沒有重疊，則判斷半色調光罩的製作發生誤差。

10‧‧‧佈局圖

10a‧‧‧線形元件

10b‧‧‧孔洞元件

100、200‧‧‧光罩

100’‧‧‧微影圖案

102‧‧‧透光基材

104‧‧‧半色調層

106‧‧‧遮光層

108‧‧‧線形圖案

1081‧‧‧第一微影線形圖案

1082‧‧‧第二微影線形圖案

110‧‧‧虛設圖案

1101‧‧‧第一微影虛設圖案

1102‧‧‧第二微影虛設圖案

112‧‧‧開孔

202‧‧‧膜層檢測記號

204‧‧‧預定區域

206‧‧‧遮光圖案

208‧‧‧半遮光圖案

300‧‧‧第一記號定義圖

302‧‧‧遮光記號部圖案

350‧‧‧第二記號定義圖

352‧‧‧半色調記號部圖案

A‧‧‧區域

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

DE‧‧‧重複曝光區

DP‧‧‧虛設圖案部

d1‧‧‧距離

EP‧‧‧延伸部

HM‧‧‧半色調記號部

L1‧‧‧長度

MR‧‧‧記號範圍部

R1‧‧‧曝光區

R11‧‧‧第一曝光區單元

R12‧‧‧第二曝光區單元

R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19‧‧‧曝光區單元

R2‧‧‧遮光區

R2a‧‧‧周邊遮光區

R2b‧‧‧間隔遮光區

SM‧‧‧遮光記號部

SP‧‧‧遮光部

ST‧‧‧拼接線

ST’‧‧‧基底拼接線

U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9‧‧‧圖案單元

W1、W2、W3、W4、W5‧‧‧寬度

第1圖為欲經由微影製程以轉移至基底表面的一原始佈局圖的示意圖。

第2圖為本發明第一實施例之圖案單元的局部放大示意圖。

第3圖至第5圖為本發明第一實施例用於拼接式微影製程的光罩及其製作方法的示意圖。

第6圖為本發明第一實施例用於拼接式微影製程的光罩所形成的微影圖案的部分示意圖。

第7圖為本發明第二實施例用於拼接式微影製程的光罩的局部放大示意圖。

第8圖為本發明第二實施例用於拼接式微影製程的光罩沿著第7圖剖面線C-C’的剖面示意圖。

第9圖為本發明第三實施例對應第1圖圖案單元的局部放大示意圖。

第10圖為本發明第三實施例用於拼接式微影製程的光罩的局部放大示意圖。

第11圖為本發明第三實施例用於拼接式微影製程的光罩沿著第10圖剖面線D-D’的剖面示意圖。

第12圖為本發明第四實施例用於拼接式微影製程的光罩示意圖。

第13圖至第17圖為本發明第四實施例用於拼接式微影製程的光罩及其製作方法的示意圖。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步瞭解本發明，下文特列舉較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的光罩及其製作方法及所欲達成的功效。

請參考第1圖至第5圖，其中第1圖為欲經由微影製程以轉移至基底表面的一原始佈局圖的示意圖，第2圖為本發明第一實施例對應第1圖圖案單元的局部放大示意圖，第3圖至第5圖為本發明第一實施例應用於拼接式微影製程的光罩及其製作方法的示意圖，其中第3圖為本發明第一實施例用於拼接式微影製程的光罩示意圖，第4圖為本發明用於拼接式微影製程的光罩對應第3圖所示區域A的局部放大示意圖，而第5圖為本發明用於拼接式微影製程的光罩沿著第3圖剖面線B-B’的剖面示意圖。本發明提供一種用於拼接式微影製程的光罩，其用來將第1圖所示的佈局圖10經由拼接式微影製程轉移至一基底上。其中，第1圖所繪示的佈局圖10是指產品中一顆晶片的整個電路或電子元件的佈局圖，其包括多個重複圖案並排於佈局圖10內，第1圖以圖案單元U1代表這些重複圖案的圖案單元。值得一提的是，轉移佈局圖10至基底時是利用拼接式微影製程製作將圖案單元U1的圖案重複製作於基底上的不同位置，並使這些圖案彼此拼接，因此佈局圖10的長度或面積可以不受限於微影製程中單一曝光區域大小的限制。例如，當佈局圖10欲轉移至基底的長度或面積大於一般微影製程中步進機(stepper)或掃描機(scanner)的單一照射區域時，便進行多次微影製程(或稱曝光製程或曝光步驟)並藉由拼接技術而將整個佈局圖10完整轉移至基底，換言之，本實施例介紹的光罩，特別適用於拼接式微影製程中，以將長度或面積大於一般微影製程中單一照射所能完成的區域的佈局圖轉移至基底上，例如重複地曝光微影圖案單元U1，並使其互相並排拼接，但不限於此。如第2圖所示，在本實施例中，圖案單元U1包括至少一線形元件10a沿著第一方向D1延伸至圖案單元U1的邊界，其中第2圖以3條線形元件10a為例。具體而言，在進行拼接式微影製程時，微影在基底上的圖案單元U1會彼此並排，使相鄰微影圖案中的線形元件10a拼接連成長條且超過單一曝光區域的直線圖案，藉此以製作出長度大於單一圖案單 元U1尺寸的線形元件，但不以此為限。

如第3圖至第5圖所示，本發明提供一種用於拼接式微影製程的光罩100，用來將佈局圖10內的圖案單元U1轉移至基底上。光罩100包括透光基材102、半色調層104以及遮光層106。其中，透光基材102表面定義有至少一曝光區R1、至少一拼接線ST與至少一遮光區R2，且拼接線ST為曝光區R1與遮光區R2之邊界。透光基材102的材料包括石英，但不以此為限。半色調層104設置在透光基材102表面，其中部分半色調層104設於遮光區R2內，而部分半色調層104設於曝光區R1內，且位於曝光區R1內之半色調層104的圖案對應於圖案單元U1，亦即位於曝光區R1內之半色調層104用來定義出對應於圖案單元U1之圖案。在進行微影製程時，經由對曝光區R1曝光以將曝光區R1內之半色調層104圖案轉移到基底上。本發明半色調層104的透光率範圍為約3%至約20%，例如為6%。半色調層104的材料舉例包含氮氧化鉻(CrON)、氧化鉻(CrO)、鉬矽之氮氧化物(MoSizOxNy)或非結晶碳與氮化矽(SiN)，但不以此為限。遮光層106設置在透光基材102表面與半色調層104上，亦即半色調層104設於遮光層106與透光基材102之間。遮光層106至少設於遮光區R2內，並且，根據本發明，遮光層106於透光基材102表面的投影範圍不同於遮光區R2的範圍，換句話說，遮光層106的形狀或面積不完全相同於遮光區R2的形狀或面積。遮光層106的透光率為0%，材料例如為鉻(Cr)，但不以此為限。根據本發明，當光罩100應用於拼接式微影製程時，係利用光罩100進行複數次曝光步驟，並以光罩100的拼接線ST作為曝光步驟的拼接邊界，以在基底上形成互相拼接且對應於圖案單元U1的複數個轉移圖案。詳細而言，在本實施例中，由於圖案單元U1包含如第2圖所示的線形元件10a延伸至圖案單元U1邊界，因此光罩100的曝光區R1內之部分半色調層104包含至少一線形圖案108沿著第一方向D1延伸，連接至拼接線ST，對應於線形元件10a。如第4圖所示，本實施例 以半色調層104在曝光區R1包含三條線形圖案108為例。再者，請同時參考第4圖與第5圖，半色調層104位於遮光區R2的部分包括一遮光部SP與一虛設圖案部DP，其中虛設圖案部DP包括至少一虛設圖案110，位於遮光部SP與線形圖案108之間，且虛設圖案110之兩端分別連接至線形圖案108與遮光部SP。根據本發明，虛設圖案110在一第二方向D2上的寬度W1實質上相同於線形圖案108在第二方向D2上的寬度，因此也可以視為虛設圖案110是線形圖案108在第一方向D1上的延伸，其中第二方向D2與第一方向D1相交，本實施例以兩者互相垂直為例。虛設圖案110在第一方向D1上的長度L1範圍為約0.08微米(micrometer，μm)至約0.4微米，本實施例是以0.2微米為例，但不以此為限。換言之，可視為本發明設計使線形圖案108的直線圖形沿著第一方向D1延伸了0.2微米，直至半色調層104的遮光部SP。需注意的是，虛設圖案110在第一方向D1上的長度L1可根據微影機台的允許誤差(tolerance)而定，例如可以是微影機台的允許誤差的一半。舉例而言，當微影機台的允許誤差反映在光罩上為0.4微米時，則可將虛設圖案110在第一方向D1上的長度L1設計為0.2微米，但不以此為限。另一方面，半色調層104的遮光部SP與遮光層106於透光基材102表面之投影至少部分重疊，在本實施例中，接近線形圖案108與虛設圖案110附近的遮光部SP的圖案大致相同於遮光層106，亦即兩者於透光基材102表面之投影大致相同，具有相同的圖形或面積，且遮光層106與遮光部SP於透光基材102表面之投影小於遮光區R2。再者，遮光層106會暴露出虛設圖案部DP，亦即遮光層106與虛設圖案部DP在透光基材102表面之投影不重疊。遮光部SP與遮光層106會覆蓋遮光區R2的大部分，用來阻擋光線通過光罩100。此外，與虛設圖案部DP的虛設圖案110相較，遮光部SP在第二方向D2上的寬度大於虛設圖案110在第二方向D2上的寬度W1。簡而言之，根據本實施例，由於曝光區R1的半色調層104具有線形圖案108，因此遮光區R2的半色調層104特別設計成具有虛設圖案部DP與遮光部SP，且虛設圖案部DP的虛設圖案110的寬度對 應於線形圖案108，為線形圖案108的延伸圖形，位於線形圖案108與鄰近的遮光層106之間，而遮光部SP與遮光層106則會與拼接線ST間隔一段距離，該距離即為虛設圖案110的長度L1。

請參考第6圖，第6圖為本發明第一實施例用於拼接式微影製程的光罩所形成的微影圖案的部分示意圖。如第6圖所示，本實施例中，微影圖案100’是利用光罩100在不同位置進行多次曝光步驟而形成。具體而言，其中兩次曝光步驟互相以共同相鄰的基底拼接線ST’(對應第4圖所示的拼接線ST)為曝光區域的邊界，藉此拼接相鄰的曝光區域以形成微影圖案100’。換句話說，使用光罩100進行曝光以形成微影圖案100’，至少包括分別在基底拼接線ST’的兩側各進行一次微影製程(亦即各進行一次曝光步驟)，以光罩100上的拼接線ST對應基底拼接線ST’作為曝光區R1的曝光邊界。舉例而言，其中一次曝光步驟在基底拼接線ST’的左側形成了對應線形圖案108的第一微影線形圖案1081與對應虛設圖案110的第一微影虛設圖案1101，並且第一微影線形圖案1081鄰接基底拼接線ST’，而第一微影虛設圖案1101位在基底拼接線ST’的右側，亦即基底拼接線ST位在第一微影線形圖案1081與第一微影虛設圖案1101的交界處。在另一次微影製程中，則在基底拼接線ST’的右側形成了第二微影線形圖案1082與第二微影虛設圖案1102，其中第二微影線形圖案1082位在基底拼接線ST’的右側，而第二微影虛設圖案1102位在基底拼接線ST’的左側。因此，基底上第二微影線形圖案1082與第一微影虛設圖案1101重疊的部分表示在兩次曝光步驟中被重複曝光，而基底上第一微影線形圖案1081與第二微影虛設圖案1102重疊的部分在兩次曝光步驟中也被重複曝光，為重複曝光區DE。本實施例中，微影圖案100’中的第一微影虛設圖案1101以及第二微影虛設圖案1102是對應光罩100中的虛設圖案110，由於虛設圖案110在第一方向D1上的長度L1範圍例如為約0微米至0.2微米， 那麼若以1/4尺寸的微影製程而言，則第一微影虛設圖案1101以及第二微影虛設圖案1102在第一方向D1上的長度範圍分別為約0微米至約0.05微米，因此重複曝光區DE在第一方向D1上的長度為兩者的總和，即範圍為約0微米至約0.1微米，但不以此為限。本發明利用前述以拼接線ST為元件圖案曝光區R1的邊界做重複曝光，特別設計在遮光區R2具有虛設圖案110，因此可以減少光罩100的線形圖案108所對應製作的微影圖案100’的誤差。例如，當線形圖案108所對應製作的微影圖案100’包含金屬導線圖案時，可以降低拼接金屬導線圖案時發生短路或斷路的機會，並提升金屬導線的電性表現，藉此以提升重複曝光區DE的微影圖案100’的精準度。

由上述可知，根據本發明一種用於拼接式微影製程的光罩的製作方法，包括提供透光基材102，其表面定義有曝光區R1、遮光區R2以及位於曝光區R1與遮光區R2之邊界的拼接線ST，接著於透光基材102上形成圖案化之半色調層104與圖案化之遮光層106，其中半色調層104位於透光基材102與遮光層106之間，位於曝光區R1內之部分半色調層104的圖案對應於圖案單元U1，遮光層106至少設於該遮光區R2，且遮光層106於透光基材102表面的投影範圍不同於遮光區R2的範圍。值得注意的是，當欲轉移至基底上之佈局圖10中的圖案單元U1包括沿著第一方向D1延伸至圖案單元U1邊界的線形元件10a時，則在製作光罩100時，形成於曝光區R1內之部分半色調層104除了包括對應於線形元件10a的線形圖案108沿著第一方向D1延伸並連接至拼接線ST，且遮光區R2內之部分半色調層104還包括遮光部SP與虛設圖案部DP，其中虛設圖案部DP包括至少一虛設圖案110位於遮光部SP與線形圖案108之間，作為線形圖案108的延伸，其兩端分別連接至線形圖案108與遮光部SP。並且，遮光部SP在第二方向D2上的寬度大於虛設圖案110在第二方向D2上的寬度，例如遮光部SP與遮光層106於透光基材102表面 之投影至少部分重疊。再者，本實施例遮光層106於透光基材102表面之投影面積小於遮光區R2，暴露出虛設圖案部DP，以使虛設圖案110在微影製程中可以被微影至基底上。藉由虛設圖案部DP的設計，在拼接微影製程時可以形成重複曝光區DE，以改善微影後在拼接處附近之線形元件的微影效果。

本發明用於拼接式微影製程的光罩及其製作方法並不限於以上所述的實施例，且可以具有其他實施例或變化實施例。為了清楚並簡單地描述，後續實施例或變化實施例中相同的部件將標示為相同的標號。為了簡單比較第一實施例和其變化實施例之間的差異，以及第一實施例和其他實施例之間的差異，後續將描述不同實施例或變化實施例中的不同之處，而相同部分的特徵將不再贅述。

請參考第7圖至第8圖，第7圖為本發明第二實施例用於拼接式微影製程的光罩的局部放大示意圖，所繪示部分對應於第3圖的區域A，第8圖為本發明第二實施例用於拼接式微影製程的光罩沿著第7圖剖面線C-C’的剖面示意圖。與第4圖所示的第一實施例相較，本實施例遮光部SP於透光基材102表面的投影面積大於遮光層106於透光基材102表面的投影面積，亦即遮光層106鄰近於拼接線ST的邊界沿著第一方向D1向外偏移一段距離d1，其等於所暴露出的遮光部SP的寬度。換句話說，在第一方向D1上，遮光層106與虛設圖案110之間具有距離d1，且本實施例的距離d1舉例為約0.4微米至約2微米，但不以此為限。由於一般製作光罩時，所形成的圖案化遮光層側壁容易產生缺陷，例如有凹凸不平的側壁，會影響後續使用光罩形成微影圖案的品質，因此本實施例設計使光罩100的遮光層106的全部或部分內側邊界往外側偏移距離d1，使全部或部分的遮光層106和虛設圖案部DP或拼接線ST之間保持距離，可以減少遮光層106側壁缺陷對虛設圖案110造成不良影響，或是影響後續的微影圖案。在本實施例的一變化實施例 中，光罩100的半色調層104沒有設置虛設圖案部DP，因此半色調層104的遮光部SP內緣會緊鄰著拼接線ST，而遮光層106與拼接線ST之間仍然具有距離d1，亦即遮光層106在遮光區R2暴露出相同於距離d1之寬度的半色調層104，此設計同樣將遮光層106的內緣向外側偏移，可以避免因遮光層106在製作時產生的側壁缺陷而影響曝光區R1內的微影效果。

請參考第9圖至第11圖，其中第9圖為本發明第三實施例對應第1圖圖案單元的局部放大示意圖，第10圖為本發明第三實施例用於拼接式微影製程的光罩的局部放大示意圖，其對應第2圖中的區域A，而第11圖為本發明第三實施例用於拼接式微影製程的光罩沿著第10圖剖面線D-D’的剖面示意圖。在本實施例中，欲轉移之佈局圖10的圖案單元U1包括孔洞元件10b，第9圖以包括九個孔洞元件10b為例。因此，本發明第二實施例的光罩100位於曝光區R1內之部分半色調層104也包含至少一開孔112，對應於孔洞元件10b。再者，在本實施例中，配合曝光區R1內半色調層104的圖案設計，遮光層106另包括一延伸部EP位於曝光區R1內並設置在開孔112與拼接線ST之間。其中，由開孔112至拼接線ST最短距離的方向上(亦即第10圖中的第一方向D1)，延伸部EP具有一寬度W2，亦即遮光層106的內緣由拼接線ST向內偏移了寬度W2，而寬度W2範圍為約0.4微米至約4.0微米，例如為2.0微米，但不以此為限。

根據本實施例，本發明用於拼接式微影製程的光罩的製作方法與第一實施例的不同處在於，當圖案單元U1包括孔洞元件10b時，也就是光罩100之曝光區R1內的半色調層104包含對應於孔洞元件10b的開孔112時，那麼在製作光罩100時，將遮光層106設計為使其內緣向曝光區R1內偏移，亦即所形成的圖案化遮光層106會包括延伸部EP位於曝光區R1內且設置在開孔108b與拼接線ST之 間，減少孔洞112與遮光層106之間的距離。遮光層106之內緣由拼接線ST外內移至曝光區R1內的設計可以改善以往微影製程時在拼接處發生漏光而導致光阻損失之問題，藉此以改善微影效果，使得在顯影製程後，拼接處附近能保留足夠厚度的光阻，提高微影製程的精確度與製作元件的良率。

請參考第12圖至第16圖，並同時參看第1圖，其中第12圖為本發明第四實施例用於拼接式微影製程的光罩示意圖，第13圖至第17圖為本發明第四實施例用於拼接式微影製程的光罩及其製作方法的示意圖，其中第13圖與第14圖分別為本發明第四實施例用於拼接式微影製程的光罩的膜層檢測記號的放大剖面示意圖與俯視示意圖。如第12圖所示，本實施例光罩200用來將第1圖所示佈局圖10經由拼接式微影製程轉移至基底上，其中光罩200為半色調光罩，佈局圖10包括至少一第一圖案單元以及一第二圖案單元，第一圖案單元重複併排於佈局圖10內，且第一圖案單元與第二圖案單元內的元件圖案不相同。舉例而言，第1圖所示的佈局圖10包括圖案單元U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9，且這些圖案單元的元件圖案與分佈各不相同，其中圖案單元U1重複並排於佈局圖10的中間區域，而其他圖案單元則位在佈局圖10的外圍區。類似於第一實施例，本實施例之光罩200包括透光基材102、半色調層104以及遮光層106。其中，透光基材102表面定義有一曝光區R1、一周邊遮光區R2a以及一間隔遮光區R2b，為使圖式清楚易於解讀，第12圖中的曝光區R1以點狀網點圖案表示。周邊遮光區R2a位於透光基材102的外緣並包圍曝光區R1，而間隔遮光區R2b位於曝光區R1的各曝光區單元之間，以使各曝光區單元彼此相隔。曝光區R1至少包括一第一曝光區單元R11與一第二曝光區單元R12，分別對應佈局圖10的圖案單元U1與圖案單元U2，間隔遮光區R2b至少位在第一曝光區單元R1a與第二曝光區單元R1b之間使兩者相隔。本實施例的間隔遮光區R2b的圖案為「井」字型，將曝光區R1劃分為九 塊曝光區單元，因此曝光區R1還包括其他曝光區單元R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19，分別對應佈局圖10的圖案單元U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9，但不以此為限。本實施例的遮光層106至少設於周邊遮光區R2a內以及間隔曝光區R2b內，而半色調層104設於遮光層106與透光基材102之間，且同時位於曝光區R1、周邊遮光區R2a以及間隔曝光區R2b。再者，位於第一曝光區單元R11的部分半色調層104之圖案對應於第一圖案單元，例如第1圖所示的圖案單元U1，位於第二曝光區單元R12的部分半色調層104之圖案對應於第二圖案單元，例如第1圖所示的圖案單元U2，其他依此類推，不再贅述。當光罩200應用於拼接式微影製程時，包括利用光罩200的第一曝光區單元R11進行複數次第一曝光步驟，以及利用第二曝光區單元R12進行至少一第二曝光步驟，以在基底上形成互相拼接且對應於第一圖案單元的複數個第一轉移圖案與對應於第二圖案單元的至少一第二轉移圖案，其中在進行第一曝光步驟時，會遮蓋光罩200上第一曝光區單元R11以外的區域，例如第二曝光區單元R12與曝光區單元R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19，以使其不能透光，而在進行第二曝光步驟時，會遮蓋光罩200上第二曝光區單元R12以外的區域，例如第一曝光區單元R11與曝光區單元R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19，以使其不能透光。

值得注意的是，本實施例光罩200另包含至少一膜層檢測記號202設於第一曝光區單元R11與第二曝光區單元R12的至少其中一者的角落。本實施例是以光罩200包含八個膜層檢測記號202為例，其中有四個膜層檢測記號202設於第一曝光區單元R11的四個角落，另四個膜層檢測記號202分別設於第二曝光區單元R11、曝光區單元R14、R16、R19的一個角落，但不以此為限。如第13圖及第14圖所示，膜層檢測記號202包括一記號範圍部MR、一遮光記號部SM以及一半色調記號部HM，其中遮光記號部SM是指遮光層106設置在膜層檢測記號202 中的部分，半色調記號部HM是指半色調層104在膜層檢測記號202中被遮光層106所暴露的部分，而記號範圍部MR是指整個膜層檢測記號202的外緣部分在透光基材102上所佔的範圍，如第14圖所示的俯視圖。根據本發明，在膜層檢測記號202中的遮光記號部SM與半色調記號部HM的外緣形狀實質上相同，例如外緣形狀都是矩形或正方形，但遮光記號部SM的外緣尺寸大於半色調記號部HM的外緣尺寸。舉例而言，本實施例的膜層檢測記號202的最大寬度W3為約45微米，遮光記號部SM的最大寬度W4為約15微米，而半色調記號部HM的最大寬度W5為約5微米，但不以此為限。需注意的是，在膜層檢測記號202中，半色調層104同時設置於遮光記號部SM與半色調記號部HM內而不設置在記號範圍部MR，遮光層106僅設置在遮光記號部SM內而不設置在半色調記號部HM與記號範圍部MR。

根據本發明，在製作光罩200時，可選擇性的一併製作膜層檢測記號202，藉此以瞭解光罩200的製作良率。請參考第15圖與第16圖，首先，提供透光基材102，於透光基材102上定義出欲製作膜層檢測記號202之預定區域204，其尺寸即為記號範圍部MR的外緣尺寸。然後，於透光基材102表面上依序全面形成半色調層104以及遮光層106覆蓋透光基材102。接著，對半色調層104與遮光層106進行一第一圖案化製程，利用第15圖所示的第一記號定義圖300定義出在預定區域204中欲移除的遮光層106與半色調層104，其中第一記號定義圖300包括遮光記號部圖案302，其定義出遮光記號部SM的範圍，因此第一圖案化製程於預定區域204內的中央部分定義出遮光圖案206的外緣，並移除預定區域204內之遮光圖案206之外的部分遮光層106與部分半色調層104，形成圖案化的半色調層104。接著，對遮光層106進行一第二圖案化製程，於預定區域204內中央部分的遮光圖案206中定義出半遮光圖案208，移除半遮光圖案208內之部分遮光層106，並暴露出半遮光圖案208內的半色調層104，其剖面圖如第13圖所示。第二圖案化製程是利 用第17圖所示的第二記號定義圖350定義出半遮光圖案208，其中第二記號定義圖350包括半色調記號部圖案352，在第二圖案化製程中，移除對應於半色調記號部圖案352的部分遮光層106，進一步形成圖案化的遮光層106，以使暴露出的半色調層104形成半遮光圖案208。因此，由前述可知，半色調記號部圖案352小於遮光記號部圖案302。在第二圖案化製程之後，便完成膜層檢測記號202的製作，其中預定區域204內的遮光層106定義為膜層檢測記號202的遮光記號部SM，而預定區域204內暴露出的半色調層104定義為膜層檢測記號202的半色調記號部HM。前述的第一圖案化製程與第二圖案化製程，舉例為分別先在遮光層106上形成光阻層(圖未示)，然後根據第一記號定義圖300與第二記號定義圖350以電子束照射光阻層，經顯影後再對遮光層106與半色調層104進行蝕刻，但不以此為限。根據本發明，在製作完膜層檢測記號202後，可以檢測半色調記號部HM的中心點與遮光記號部SM的中心點是否重疊，若沒有重疊，則可判斷半色調光罩200的製作發生誤差，亦即第一圖案化製程與第二圖案化製程的圖形沒有精確對應。在本實施例中，光罩200包含八個膜層檢測記號202，因此若各個膜層檢測記號202中的半色調記號部HM中心點重疊於遮光記號部SM中心點，或是兩者位置差異在預定誤差範圍內，則可判定在第一圖案化製程與第二圖案化製程中所定義的半色調層104與遮光層106的圖案有良好的對準，確認所製作出光罩200的精確度。

需注意的是，本實施例中製作膜層檢測記號202及檢測半色調層104與遮光層106圖案對應的方法可不只應用在拼接式微影製程的光罩中，任何需要製作兩層以上膜層的光罩(例如半色調光罩)都可利用製作膜層檢測記號202以瞭解光罩的良率。

由前述可知，本發明光罩是應用於拼接式微影製程，將佈局圖中重 複的圖案單元經由多次曝光步驟，轉移至基底上以定義出重複的電路圖案，所製作出的單一電子元件或晶片的長度或面積可以不受限於單一曝光區域大小的限制。換言之，當整個電路佈局或電子元件的尺寸長度或面積大於一般微影製程的單一照射區域時，利用本發明用於拼接式微影製程的光罩重複性地曝光微影圖案單元，可以製作出大於單一圖案單元尺寸的電路或電子元件，例如像素數量較高且尺寸較大的影像感測器元件，或是一基底只包含單一晶片的大尺寸元件，上述元件舉例為X光感測器晶片，但不限於此。此外，本發明設計遮光層的範圍不同於拼接線外的遮光區範圍，可以提高拼接式微影製程的良率。例如當佈局圖包含線形元件時，使光罩上所對應的線形圖案向遮光區延伸形成虛設圖案，並使遮光層的內緣向外偏移並減少遮光層面積，而當佈局圖包含孔洞元件時，則設計使遮光層向拼接線內延伸，使遮光層更接近半色調層的開孔，藉由上述設計，可以有效改善微影製程後在基底上微影圖案在拼接處的微影效果。另一方面，本發明第四實施例中所介紹的光罩可具有多個曝光區單元，分別對應佈局圖的不同圖案單元，還可另外具有一至多個膜層檢測記號設於不同曝光區單元中。在光罩製作完成後，可檢測膜層檢測記號中半色調記號部的中心點與遮光記號部的中心點是否重疊，藉此以判定光罩的製造良率。

以上所述僅為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，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (22)

1. 一種用於拼接式(stitching)微影製程的光罩，其用來將一佈局圖經由一拼接式微影製程轉移至一基底上，該佈局圖包括一圖案單元，該圖案單元係重複並排於該佈局圖內，該光罩包括：一透光基材，其表面定義有至少一曝光區、至少一拼接線與至少一遮光區，其中該拼接線為該曝光區與該遮光區之邊界；一遮光層，設置在該透光基材表面且至少設於該遮光區，其中該遮光層於該透光基材表面的投影範圍不同於該遮光區的範圍；以及一半色調(halftone)層，設於該遮光層與該透光基材之間，其中部分該半色調層設於該遮光區內，部分該半色調層設於該曝光區內，且位於該曝光區內之部分該半色調層的圖案對應於該圖案單元；其中當該光罩應用於該拼接式微影製程時，係利用該光罩進行複數次曝光步驟，並以該光罩的該拼接線作為該等曝光步驟的拼接邊界，以在該基底上形成互相拼接且對應於該圖案單元的複數個轉移圖案。
2. 如請求項1所述之用於拼接式微影製程的光罩，其中位於該曝光區內之部分該半色調層包含至少一線形圖案沿著一第一方向延伸，且該線形圖案連接至該拼接線，而該半色調層位於該遮光區的部分包括一遮光部與一虛設圖案部，其中該虛設圖案部包括至少一虛設圖案，該虛設圖案位於該遮光部與該線形圖案之間以及位於該線形圖案與該遮光層之間，且該虛設圖案之兩端分別連接至該線形圖案與該遮光部，該遮光部在一第二方向上的寬度大於該虛設圖案在該第二方向上的寬度，該第二方向與該第一方向相交，該遮光層與該虛設圖案部在該透光基材表面之投影不重疊，且該遮光部與該遮光層在該透光基材表面之投影至少部分重疊。
3. 如請求項2所述之用於拼接式微影製程的光罩，其中該虛設圖案在該第一方向上的長度範圍為0.08微米(micrometer，μm)至0.4微米，而該虛設圖案在該第二方向上的寬度實質上相同於該線形圖案在該第二方向上的寬度。
4. 如請求項2所述之用於拼接式微影製程的光罩，其中該遮光部於該透光基材表面的投影面積大於該遮光層於該透光基材表面的投影面積。
5. 如請求項4所述之用於拼接式微影製程的光罩，其中在該第一方向上，該遮光層與該虛設圖案之間的最小距離為0.4微米至2.0微米。
6. 如請求項1所述之用於拼接式微影製程的光罩，其中位於該曝光區內之部分該半色調層包含至少一開孔，且該遮光層包括一延伸部位於該曝光區內並設置在該開孔與該拼接線之間。
7. 如請求項6所述之用於拼接式微影製程的光罩，其中在由該開孔至該拼接線最短距離的方向上，該延伸部的寬度範圍為0.4微米至4.0微米。
8. 如請求項1所述之用於拼接式微影製程的光罩，其中該半色調層的透光率範圍為3%至20%，該遮光層的透光率為0%。
9. 一種用於拼接式微影製程的光罩，其用來將一佈局圖經由一拼接式微影製程轉移至一基底上，該佈局圖包括至少一第一圖案單元以及一第二圖案單元，且該第一圖案單元係重複併排於該佈局圖內，該光罩包括：一透光基材，其表面定義有一曝光區、一周邊遮光區以及一間隔遮光區，其中該曝光區至少包括一第一曝光區單元與一第二曝光區單元，該周邊遮光區位於該透光基材的外緣並包圍該曝光區，該間隔遮光區至少位於該第一曝光區單元與該第二曝光區單元之間；一遮光層，設置在該透光基材表面且至少設於該周邊遮光區內以及該間隔遮光區內；一半色調層，設於該遮光層與該透光基材之間，且位於該第一曝光區單元的部分該半色調層之圖案對應於該第一圖案單元，位於該第二曝光區單元的部分該半色調層之圖案對應於該第二圖案單元；其中當該光罩應用於該拼接式微影製程時，包括利用該光罩的該第一曝光區單元進行複數次第一曝光步驟，以及利用該第二曝光區單元進行至少一第二曝光步驟，以在該基底上形成互相拼接且對應於該第一圖案單元的複數個第一轉移圖案與對應於該第二圖案單元的至少一第二轉移圖案，其中在進行該些第一曝光步驟時，會遮蓋該第二曝光區單元以使其不能透光，而在進行該第二曝光步驟時，會遮蓋該第一曝光區單元以使其不能透光。
10. 如請求項9所述之用於拼接式微影製程的光罩，其中該間隔遮光區的圖案為「井」字型，並且該間隔遮光區將該曝光區劃分為九塊曝光區單元。
11. 如請求項9所述之用於拼接式微影製程的光罩，其另包含一膜層檢測記號設於該第一曝光區單元與該第二曝光區單元的至少其中一者的角落，該膜層檢測記號包括一記號範圍部、一遮光記號部以及一半色調記號部，其中在該膜層檢測記號中，該半色調層設置於該遮光記號部與該半色調記號部而不設置在該記號範圍部，該遮光層僅設置在該遮光記號部而不設置在該半色調記號部與該記號範圍部，該遮光記號部與該半色調記號部的外緣形狀實質上相同，但該遮光記號部的外緣尺寸大於該半色調記號部的外緣尺寸。
12. 如請求項11所述之用於拼接式微影製程的光罩，其中該膜層檢測記號的最大寬度為45微米，該遮光記號部的最大寬度為15微米，而該半色調記號部的最大寬度為5微米。
13. 一種用於拼接式微影製程的光罩的製作方法，該光罩用來將一佈局圖經由一拼接式微影製程轉移至一基底上，該佈局圖包括一圖案單元，且該圖案單元係重複並排於該佈局圖內，該製作方法包括：提供一透光基材，其表面定義有至少一曝光區、至少一拼接線與至少一遮光區，其中該拼接線為該曝光區與該遮光區之邊界；以及於該透光基材上形成圖案化之一半色調層與圖案化之一遮光層，其中該半色調層位於該透光基材與該遮光層之間，部分該半色調層設於該遮光區內，部分該半色調層設於該曝光區內，且位於該曝光區內之部分該半色調層的圖案對應於該圖案單元，而該遮光層至少設於該遮光區，且該遮光層於該透光基材表面的投影範圍不同於該遮光區的範圍；其中當該光罩應用於該拼接式微影製程時，係利用該光罩進行複數次曝光步驟，並以該光罩的該拼接線作為該等曝光步驟的拼接邊界，以在該基底上形成互相拼接且對應於該圖案單元的複數個轉移圖案。
14. 如請求項13所述之用於拼接式微影製程的光罩的製作方法，其中當該圖案單元包括一線形元件沿著一第一方向延伸至該圖案單元的邊界時，形成於該曝光區內之部分該半色調層包括至少一線形圖案對應於該線形元件，且該線形圖案沿著該第一方向延伸並連接至該拼接線，而形成於該遮光區內之部分該半色調層包括一遮光部與一虛設圖案部，其中該虛設圖案部包括至少一虛設圖案，該虛設圖案位於該遮光部與該線形圖案之間以及位於該線形圖案與該遮光層之間，且該虛設圖案之兩端分別連接至該線形圖案與該遮光部，該遮光部在一第二方向上的寬度大於該虛設圖案在該第二方向上的寬度，該第二方向與該第一方向相交，該遮光層與該虛設圖案部在該透光基材表面之投影不重疊，且該遮光部與該遮光層在該透光基材表面之投影至少部分重疊。
15. 如請求項14所述之用於拼接式微影製程的光罩的製作方法，其中該虛設圖案在該第一方向上的長度範圍為0.08微米至0.4微米，而該虛設圖案在該第二方向上的寬度實質上相同於該線形圖案在該第二方向上的寬度。
16. 如請求項14所述之用於拼接式微影製程的光罩的製作方法，其中該遮光部於該透光基材表面的投影面積大於該遮光層於該透光基材表面的投影面積。
17. 如請求項16所述之用於拼接式微影製程的光罩的製作方法，其中在該第一方向上，該遮光層與該虛設圖案之間的距離為0.4微米至2.0微米。
18. 如請求項13所述之用於拼接式微影製程的光罩的製作方法，其中當該圖案單元包括一孔洞元件時，形成於該曝光區內的部分該半色調層包含一開孔對應於該孔洞元件，且該遮光層包括一延伸部位於該曝光區內，並設置在該開孔與該拼接線之間。
19. 如請求項13所述之用於拼接式微影製程的光罩的製作方法，其中該半色調層的透光率範圍為3%至20%，該遮光層的透光率為0%。
20. 一種半色調光罩的製作方法，其包括：提供一透光基材，於該透光基材上定義出一膜層檢測記號之一預定區域；於該透光基材表面上依序全面形成一半色調層與一遮光層；對該半色調層與該遮光層進行一第一圖案化製程，於該預定區域內的中央部分定義出一遮光圖案，並移除該預定區域內之該遮光圖案之外的部分該遮光層與部分該半色調層；對該遮光層進行一第二圖案化製程，於該預定區域內的中央部分定義出一半遮光圖案，並移除該半遮光圖案內之部分該遮光層，並暴露出該半遮光圖案內的該半色調層，其中該半遮光圖案小於該遮光圖案，且在該第二圖案化製程後，該預定區域內的該遮光層定義為該膜層檢測記號的一遮光記號部，該預定區域內被該遮光層暴露出的部分該半色調層定義為該膜層檢測記號的一半色調記號部；以及檢測該半色調記號部的中心點與該遮光記號部的中心點是否重疊，若沒有重疊，則判斷半色調光罩的製作發生誤差。
21. 如請求項20所述之半色調光罩的製作方法，其中該半色調記號部與該記號範圍部的外緣形狀實質上相同。
22. 如請求項20所述之製作方法，其中該預定區域的最大寬度為45微米，該遮光記號部的最大寬度為15微米，而該半色調記號部的最大寬度為5微米。