灰階光掩膜與制作方法以及以灰階光掩膜形成溝渠方法
【專利摘要】本發明公開了一種灰階光掩膜，包含有一第一圖案以及一第二圖案。其中第一圖案具有一第一線寬，第二圖案具有一第二線寬，且第二圖案具有一灰階密度。本發明另外還提供了一種灰階光掩膜的制作方法，以及利用此灰階光掩膜在基板上形成一溝渠的方法。
【專利說明】灰階光掩膜與制作方法以及以灰階光掩膜形成溝渠方法
【技術領域】
[0001]本發涉及了一種光掩膜的結構與其形成方法，特別來說，涉及一種準分子激光灰階光掩膜的結構與其形成方法。
【背景技術】
[0002]在現代的信息社會中，由集成電路(integrated circuit, IC)所構成的微處理系統早已被普遍運用在生活的各個層面，例如自動控制的家電用品、行動通訊設備、電子計算器等，都有集成電路的使用。而隨著科技的日益精進，以及人類社會對電子產品的各種想象，使得集成電路也往更多元、更精密、更小型的方向發展。
[0003]在半導體工藝中，為了將集成電路的圖案順利地轉移到半導體芯片上，必須先將電路圖案設計于一光掩膜(photomask)布局圖上,之后依據光掩膜布局圖所輸出的光掩膜圖案(photomask pattern)來制作一光掩膜,再通過光刻工藝將光掩膜上的圖案轉移到該半導體芯片上。目前發展出一種嶄新的圖案化技術，稱為準分子激光。準分子激光的英文是Excimer Laser,而Excimer這個字是Excited Dimer的合并，即是被激發的二聚物。準分子激光的原理是以高壓電流施加在混合氣體中，以短暫的激發混合氣體中的元素，以形成高能的不穩定二聚物。這個二聚物隨即放出激光，此激光即可在半導體組件燒蝕出圖案化的組件。
[0004]在現有的準分子激光中，仍有許多問題需要克服，其中最顯著的是“折射角極限(refractive angle limitation) ” 以及“煙柱效應(plume effect)”。請參考圖1，所不為現有技術中折射角極限影響燒蝕深度的示意圖。如圖1所示，激光100在穿過光掩膜102時會產生一折射現象，然后在基板104聚焦進行燒蝕。而隨著目標線路越來越細(圖1中越左邊代表線寬越細)，其形成的溝渠形狀也會由U型溝渠逐漸變成V型溝渠。在一些較細線路的圖形中，當燒蝕深度在激光100兩側相交點以下時(如圖1的A點)，激光100難以聚焦而造成燒蝕速度緩慢，常需要增加燒蝕時間才可以達到預定的深度，但這往往會影響其它粗線路圖形的深度。
[0005]另一方面，在較大尺寸的線路中，圖形深度常常會被煙柱效應所影響。煙柱效應是指在大面積或者粗線路的圖形中，進行燒蝕時在界面上會產生大量的微粉屑，這些微粉屑會吸收一部份的激光能量，使得燒蝕的速率降低，因此造成圖形深度不足。
[0006]因此，無論是“煙柱效應”或者是“折射角極限”都會使得產生的燒蝕深度不符合原先的設計，故會降低元件的質量，而成了一個亟欲解決的問題。

【發明內容】

[0007]本發明提出了一種灰階光掩膜(Gray-Tone mask，又叫灰色調光掩膜)以及其形成方法。利用本發明的灰階光掩膜，可以形成深度一致的圖形線路。
[0008]根據本發明的一個實施方式，本發明提供了一種灰階光掩膜，包含有一第一圖案
以及一第二圖案。第一圖案具有一第一線寬，第二圖案具有一第二線寬，其中第二圖案具有一灰階密度。
[0009]根據本發明的另外一個實施方式，本發明提供了一種灰階光掩膜的形成方法。首先提供一基底，并提供一光掩膜，光掩膜具有一第一圖形具有一第一線寬，以及一第二圖形具有一第二線寬。接著以光掩膜進行一直接激光燒蝕工藝，以在基底中形成一第一溝渠對應第一圖形并具有一第一深度，以及一第二溝渠對應第二圖形并具有一第二深度。最后提供一灰階光掩膜，灰階光掩膜具有第一圖形以及第二圖形，其中第二圖形具有一灰階密度。
[0010]根據本發明的另外一個實施方式，本發明還提供了一種在基底上形成溝渠的方法。首先以前述方法形成一灰階光掩膜后，接著以灰階光掩膜進行另一直接激光燒蝕工藝，以在另一基底中形成一第四溝渠對應第一圖形，以及一第五溝渠對應第二圖形，其中第四溝渠以及第五溝渠都具有一預定深度。
[0011]本發明提出的灰階光掩膜與其形成方法，是通過量測形成溝渠深度來進行灰階圖形的補償，可以有效排除煙柱效應、折射角極限，或其它因子的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1所示為現有技術中折射角極限影響燒蝕深度的示意圖。
[0013]圖2至圖5所示為本發明一種制作灰階光掩膜的步驟示意圖。
[0014]圖6所示為本發明另一實施例中灰階光掩膜的示意圖。
[0015]圖7所示為本發明又一實施例中灰階光掩膜的示意圖。
[0016]圖8所示為本發明回歸步驟的表示圖。
[0017]其中，附圖標記說明如下:
[0018] 100 激光310c第十溝渠
[0019]102 光掩膜312c第十一溝渠
[0020]104 基板314c第十二溝渠
[0021]300 基底316 激光
[0022]302 光掩膜320a灰階光掩膜
[0023]304 第一圖形 321 透明基板
[0024]306 第二圖形 320b灰階光掩膜
[0025]308 第三圖形 320c灰階光掩膜
[0026]310 第一溝渠 322 網點
[0027]312 第二溝渠 323 不透光材料
[0028]314 第三溝渠 wl 第一寬度
[0029]310a第四溝渠 w2 第二寬度
[0030]312a第五溝渠 w3 第三寬度
[0031]314a第六溝渠 dl 第一深度
[0032]310b第七溝渠 d2 第二深度
[0033]312b第八溝渠 d3 第三深度
[0034]314b第九溝渠 d’ 期望深度
【具體實施方式】[0035]為使本發明所屬【技術領域】的一般技術人員能更進一步了解本發明，下文特別列舉本發明的數個優選實施例，并配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所希望實現的效果。
[0036]本發明的主要特征是提出一種灰階光掩膜的結構與其形成方法，特別是一種適合用于準分子激光燒蝕工藝的灰階光掩膜。本發明所稱準分子激光燒蝕工藝，是一種直接激光燒蝕(laser direct ablation, LDA)工藝,是指以準分子激光(如KrF的準分子激光)在半導體基底、玻璃基板、電路板或其它種類的基板上直接進行如鉆孔、圖案化等工藝，以形成各種激光形成嵌入電路(laser embedded circuit)。
[0037]請參考圖2至圖5，所示為本發明一種制作灰階光掩膜的步驟示意圖，其中圖2至圖4為剖面示意圖，而圖5則為灰階光掩膜的平面示意圖。如圖2所示，首先提供一基底300以及一光掩膜302。基底300的表面上可以具有任何適合作為準分子激光燒蝕的材料，例如是 ABF (Ajinomoto Build-up Film)、苯環丁烯(benzocyclobutene, BCB)、液晶分子聚合物(liquid crystal polymer,LCP)、聚亞酸胺(polyimide,PI)、聚酌?醚(polyphenyleneether, PPE)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene, PTFE)等感光或非感光有機樹脂,或亦可混合各種環氧樹脂與玻璃纖維等材料。于本發明優選實施例中，基底300表面上的材質是ABF，其可以獲得優選的燒蝕效果。光掩膜302上包含有一第一圖案304、一第二圖案306以及一第三圖案308，其依序具有一第一線寬wl、一第二線寬《2以及一第三線寬w3。在本發明一實施例中，第一圖案304是細線路的圖案，其第一線寬wl介于3微米(ym)至8微米之間，例如是5微米；第二圖案306具有中線路的圖案，其第二線寬w2介于8微米至40微米，例如是15微米；第三圖案308具有粗線路的圖案，其第三線寬w3是大于40微米，例如是150微米。
[0038]如圖3所示，利用此光掩膜302進行一直接激光燒蝕工藝，使得激光316穿過光掩膜302透光處(即第一圖形304、第二圖形306與第三圖形308的地方)而在基底300表面上進行燒蝕，即可會在基底300中形成一第一溝渠310、一第二溝渠312以及一第三溝渠314。其中，第一溝渠310對應第一圖案304且具有一第一深度dl，第二溝渠312對應第二圖案306且具有一第二深度d2，第三溝渠314對應第三圖案308且具有一第三深度d3。如前文所述，由于細線路的圖案進行燒蝕時容易有折射角極限的現象，故產生的深度會較中線路的圖案來的淺，舉例來說，通過第一圖案304所產生的第一溝渠310，其深度會小于通過第二圖案306所產生的第二溝渠312，即dl < d2。另一方面，由于粗線路的圖案進行燒蝕時容易有煙柱效應的現象，故產生的深度會較中線路的圖案來的淺，通過第三圖案308所產生的第一溝渠314，其深度會小于通過第二圖案306所產生的第二溝渠312，即d3 < d2。然而，第一深度dl和第三深度d3彼此間的大小關系則不一定。下文為了方便說明，以第三深度d3大于第一深度dl為示例，即dl < d3 < d2。第一深度dl例如是8微米，第二深度d2例如是16微米，第三深度d3例如是12微米。
[0039]如圖4與圖5所示，根據第一深度dl、第二深度d2與第三深度d3之間的關系來形成一灰階光掩膜320a。灰階光掩膜320a與光掩膜302所具有的圖形大致相同，也就是同樣具有第一圖形304、第二圖形306以及第三圖形308，但特別的是，這些圖形的其中至少一個是具有灰階密度。本實施例的灰階密度是通過第一深度dl、第二深度d2與第三深度d3之間的關系來決定。于本發明的一個實施方式，灰階密度是以下列公式來決定:[0040]灰階密度=(1-預定深度/量測深度)
[0041]舉例來說，本實施例中是以最深的第二深度d2為預定深度，然后計算其它圖形的灰階密度。例如第二圖形306的期望透光率為dl/d2，即8/16 = 0.5，而得到1-0.5 = 0.5,即50%的灰階密度。同理，第三圖形308的期望透光率為dl/d3，即8/12 = 0.75，而得到1-0.75 = 0.25，即25%的灰階密度。而第一圖形304則維持100%的透光率，即0%的灰階密度。如此一來，激光316通過第二圖形306后僅具有50%的強度，激光316通過第三圖形308后僅具有75%的強度。最后，如圖4所示，即可利用此灰階光掩膜320a同樣進行另一直接激光燒蝕工藝，即可以在同樣材質的基底300上形成一第四溝渠310a、一第五溝渠312a以及一第六溝渠314a，第四溝渠310a對應第一圖案304，第五溝渠312a對應第二圖案306，第六溝渠314a對應第三圖案308，且第四溝渠310a、第五溝渠312a與第六溝渠314a的溝渠深度都相同，即都是dl。通過前述的步驟，即可以有效排除煙柱效應、折射角極限，或其它因子的影響，即便光掩膜上圖形線寬大小不同，也可在基底中形成深度相同的圖案。
[0042]請參考圖6，所示為根據本發明另一實施例中灰階光掩膜的示意圖。如圖6所示，前述實施例是以第一深度dl為預定深度，在其它實施例中，亦可選定小于第一深度dl的一期望深度d’為基準，例如期望深度d’為4微米。同理，第一圖形304的灰階密度為1-4/8，即25% ;第二圖形306的灰階密度為1-4/16，即75% ;第三圖形308階密度為1-4/12，即67%,而形成例如圖6的灰階光掩膜312b。同樣的,利用此灰階光掩膜320b可以形成第七溝渠310b、第八溝渠312b以及第九溝渠314b，且三者的溝渠深度都為d’。
[0043]請參考圖7，所示為本發明又一實施例中利用灰階光掩膜來形成溝渠的步驟示意圖。前述實施例是以選定一預定深度而使形成的溝渠都具有相同的深度。而在本實施例中，也可使形成的溝渠各自具有不同的深度。舉例而言，若希望在另一基底上形成一第十溝渠310c對應第一圖案304時，假設第十溝渠310c的預定深度為dlO，則灰階光掩膜320c上的第一圖形304的灰階密度為I_(dl0/dl);`若第十一溝渠312c的預定深度為dll，則灰階光掩膜320c上的第二圖形304的灰階密度為l_(dll/dl);若第十二溝渠314c的預定深度為dl2，則灰階光掩膜320c上的第三圖形308的灰階密度為1- (dl2/dl)。然后，通過此灰階光掩膜320c，即可在另一基底上經由直接燒蝕工藝形成具有dlO深度的第十溝渠310c，具有dll深度的第十一溝渠312c，以及具有dl2深度的第十二溝渠314c。
[0044]值得注意的是，本發明的灰階光掩膜320a，320b，320c并不同于公知技術中以不同厚度或以不同材質來形成不同透光率區域的灰階光掩膜。如圖5所示，本發明的準分子激光灰階光掩膜320a包含有一透明基板321以及設置在其上的不透光材料323。在第一圖形304、第二圖形306以及第三圖形308以外的區域，基底321完全被不透光材料323所覆蓋，而在第一圖形304、第二圖形306以及第三圖形308中，則是均勻分布有不透光網點322，其中全部不透光網點322面積與圖形的比值決定了圖形的透光率。舉例來說，在第三圖形308中，如圖5右半的放大區域所示，網點322處是完全不透光，而在第三圖案308中網點322以外的其它區域則是100%透光，而全部網點322在第三圖案308中所占的面積為25%。通過改變網點322在光掩膜上的密度，可以改變光掩膜上不同區域的透光率。于本發明的優選實施例中，透明基板321可以包含各種透光的無機材料或有機材料，例如玻璃、石英、塑料、樹脂、壓克力、其它合適的材料、或前述材料的組合，但不限于此，組成網點322的不透光材料323例如是金屬鉻、不透光的樹脂或是石墨等材質。網點322可以包含任何簡單的幾何形狀，例如圓形、矩形、菱形或者是上述的組合。形成網點322的方法例如可以使用光刻與蝕刻工藝(photo-etching-process,PEP)工藝、噴墨涂布(ink jet printing)工藝或是激光工藝等，也可以是其它適合用來形成光掩膜的工藝。
[0045]在本發明另一實施例中，本發明形成準分子激光灰階光掩膜320a，320b，320c的方法還可以包含一回歸步驟。請參考圖8，所示為本發明回歸步驟的表示圖。如圖8所示，若光掩膜302上的圖形過多且所形成的溝渠深度無法一一進行量測，可以僅選擇數個不同線寬的圖形來進行量測。舉例來說，可以選定5個或5個以上的圖形，量測燒蝕后的溝渠深度，以X軸為寬度，以y軸為燒蝕深度，而得到如圖8的分布。接著例如這些數據進行一回歸(regression)步驟,可以得到例如是開口向下的二次曲線的回歸線(y = ax2+bx+c)。后續在設計準分子激光灰階光掩膜320a，320b，320c的灰階密度時，即可利用此方程式來求得到不同線寬圖形的一計算深度，并如前文所述，選定一預定深度作為基準，并配合公式:
[0046]灰階密度=(1-預定深度/量測深度)
[0047]即可求得不同圖形的灰階密度，如此一來，可省略大量量測溝渠深度的時間。
[0048]另外必須要說明的是，本發明的準分子激光灰階光掩膜特別是用在準分子激光的圖案化工藝中，例如是KrF準分子激光(248nm)的圖案化工藝。在其它類型的光掩膜上，由于不是以激光光穿過光掩膜直接燒蝕基底，故不會有折射角極限以及煙柱效應的問題，其原理以及實施方式和本發明并不相同。
[0049]綜上所述，本發明提的準分子激光灰階光掩膜與其形成方法，是通過量測形成溝渠深度來進行灰階圖形的補償，可以有效排除了煙柱效應或折射角極限，甚至是其它因子的影響。
[0050]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種灰階光掩膜，其特征在于，包含: 一第一圖案，具有一第一線寬；以及 一第二圖案，具有一第二線寬，其中該第二圖案具有一灰階密度。
2.根據權利要求1所述的灰階光掩膜，其特征在于該第二圖案均勻地覆蓋有多個網點。
3.根據權利要求2所述的灰階光掩膜，其特征在于，該等網點包含不透光材質。
4.根據權利要求1所述的灰階光掩膜，其特征在于，該第二圖案的透光率小于100%。
5.根據權利要求1所述的灰階光掩膜，其特征在于，該第一線寬不等于該第二線寬。
6.一種在基底中形成溝渠的方法，其特征在于，包含: 以根據權利要求1至5任一項所述的該灰階光掩膜進行一直接燒蝕工藝，以在一基底中形成一第四溝渠對應該第一圖形，以及一第五溝渠對應該第二圖形，其中該第四溝渠以及該第五溝渠的深度相同。
7.一種在基底中形成溝渠的方法，其特征在于，包含: 以根據權利要求1至5任一項所述的該灰階光掩膜進行一直接燒蝕工藝，以在一基底中形成一第十溝渠對應該第一圖形，以及一第十一溝渠對應該第二圖形，其中該第十溝渠以及該第十一溝渠的深度不同。
8.—種灰階光掩膜的制作方法，其特征在于，包含: 提供一基底； 提供一光掩膜，該光掩膜具有一第一圖形具有一第一線寬，以及一第二圖形具有一第二線寬； 以該光掩膜進行一直接激光燒蝕工藝，以在該基底中形成一第第一溝渠對應該第一圖形并具有一第一深度，以及一第二溝渠對應該第二圖形并具有一第二深度；以及 形成一灰階光掩膜，該灰階光掩膜具有該第一圖形以及該第二圖形，其中該第二圖形具有一第二灰階密度。
9.根據權利要求8所述的灰階光掩膜的制作方法，其特征在于，該第二灰階密度=(1- 一第二預定深度/該第二深度)。
10.根據權利要求9所述的灰階光掩膜的制作方法，其特征在于，該灰階光掩膜的該第一圖形具有一第一灰階密度，且該第一灰階密度=(1- 一第一預定深度/該第一深度)。
11.根據權利要求8所述的灰階光掩膜的制作方法，其特征在于，還包含回歸步驟。
12.—種在基底中形成溝渠的方法，其特征在于，包含: 以如權利要求10所述的灰階光掩膜的制作方法形成該灰階光掩膜；以及以該灰階光掩膜進行另一直接激光燒蝕工藝，以在另一基底中形成一第四溝渠對應該第一圖形，以及一第五溝渠對應該第二圖形。
13.根據權利要求12所述的在基底中形成溝渠的方法，其特征在于，該第一預定深度等于該第二預定深度。
14.根據權利要求13所述的在基底中形成溝渠的方法，其特征在于，該第一預定深度等于該第二預定深度等于該第一深度。
15.根據權利要求10所述的在基底中形成溝渠的方法，其特征在于，該第一預定深度不等于該第二預定深度。
【文檔編號】G03F1/44GK103513508SQ201210204320
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月20日 優先權日:2012年6月20日
【發明者】程石良, 陳琮瑜 申請人:欣興電子股份有限公司