專利名稱：形成光阻圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種半導(dǎo)體工藝中的微影工藝，且特別是有關(guān)一種能夠縮小集成電路線寬或是間距的一種形成光阻圖案的方法。
現(xiàn)今因應(yīng)組件尺寸縮小、提高分辨率的發(fā)展方向，主要朝向使用相移式光罩(Phase Shift Mask，PSM)、偏軸照明(Off-AxisIllumination)等的分辨率增強(qiáng)技術(shù)(Resolution Enhancement Technology，RET)，或是使用更小波長(zhǎng)的光源例如是氟化氪(KrF，248nm)、氟化氬(ArF，193nm)、氟(F2，157nm)、氬(Ar2，126nm)等氣體準(zhǔn)分子激光(excimer laser)的方面發(fā)展，以使組件能夠得到更小的線寬，并進(jìn)一步得到更小的組件尺寸。
然而，分辨率增強(qiáng)技術(shù)在應(yīng)用上具有一些問題存在，例如相移式光罩的必須形成特定的圖形、光罩的制作困難復(fù)雜、且不易進(jìn)行修改。偏軸照明會(huì)使得光源減弱，因而需要提供更高功率的光源，尚且具有曝光圖案變形的疑慮。上述的問題都將會(huì)導(dǎo)致工藝成本的升高。
另一方面，使用更小的波長(zhǎng)的光源并非僅是單純的替換光源即可達(dá)成，例如透鏡的改良、光阻的改變、工藝參數(shù)的調(diào)配、曝光機(jī)臺(tái)成熟度等工藝整合上的問題，都是在使用更小的波長(zhǎng)的光源時(shí)必須克服的問題，同樣的會(huì)導(dǎo)致曝光成本的升高，不利于生產(chǎn)成本的降低與控制。
本發(fā)明提出一種形成光阻圖案的方法，此方法為提供一個(gè)基底，且在基底上已形成有待蝕刻材料層，首先在待蝕刻材料層上形成正光阻層，再以光罩對(duì)正光阻層進(jìn)行第一曝光工藝。接著，進(jìn)行第一顯影工藝以使正光阻層形成圖案化正光阻層。然后，直接對(duì)第一圖案化正光阻層進(jìn)行第二曝光工藝，以使部分第一圖案化正光阻層曝光分解，以形成曝光分解層。其后，進(jìn)行第二顯影工藝，以去除曝光分解層以形成第二圖案化正光阻層，其中第二圖案化正光阻層的圖案尺寸小于第一圖案化正光阻層的圖案尺寸，因此能達(dá)到縮小光阻圖案的目的。
本發(fā)明提出另一種形成光阻圖案的方法，此方法提供一個(gè)基底，且在基底上已形成有待蝕刻材料層，首先在待蝕刻材料層上形成正光阻層，再以光罩對(duì)正光阻層進(jìn)行第一曝光工藝，以使正光阻層形成第一曝光區(qū)與第一未曝光區(qū)。接著移除光罩，再對(duì)正光阻層進(jìn)行第二曝光工藝，以使第一未曝光區(qū)形成第二曝光區(qū)以及第二未曝光區(qū)，其中第二未曝光區(qū)小于第一未曝光區(qū)。然后，進(jìn)行顯影工藝移除第二曝光區(qū)，以使第二未曝光區(qū)形成光阻圖案，由于第二未曝光區(qū)小于第一未曝光區(qū)，因此能達(dá)到縮小光阻圖案的目的。
本發(fā)明提出的另外一種形成光阻圖案的方法，此方法提供一個(gè)基底，且在基底上已形成有待蝕刻材料層，首先在待蝕刻材料層上形成負(fù)光阻層，再以光罩對(duì)負(fù)光阻層進(jìn)行第一曝光工藝，以使負(fù)光阻層形成第一曝光區(qū)與第一未曝光區(qū)。接著移除光罩，再對(duì)負(fù)光阻層進(jìn)行第二曝光工藝，以使第一未曝光區(qū)形成第二曝光區(qū)以及第二未曝光區(qū)，其中第二未曝光區(qū)小于第一未曝光區(qū)。然后，進(jìn)行顯影工藝，以移除第二未曝光區(qū)，以使第一曝光區(qū)以及第二曝光區(qū)形成光阻圖案，其中由于第二未曝光區(qū)小于第一未曝光區(qū)，因此能達(dá)到加大光阻圖案，進(jìn)而縮小光阻圖案間距的目的。
綜上所述，本發(fā)明對(duì)正光阻層不使用光罩直接進(jìn)行第二道的曝光工藝，以使第一道微影工藝所形成的未曝光區(qū)的一部份照光分解，從而能夠得到具有更小線寬的光阻圖案。
而且，本發(fā)明對(duì)負(fù)光阻層不使用光罩直接進(jìn)行第二道的曝光工藝，以使第一道微影工藝所形成的未曝光區(qū)的一部份照光鏈接，而能夠得到具有更大線寬的光阻圖案，也即是得到具有更小圖案間距的光阻圖案。
此外，由于第二道曝光工藝不使用光罩，且直接對(duì)基底進(jìn)行全面性的照射，因此所有的光阻圖案都呈等比例的縮小或放大，所得的光阻圖案能夠保持原本的形狀縮小或是放大，不會(huì)有光阻圖案產(chǎn)生偏差或變形的疑慮。
100、200、300基底102、202、302待蝕刻材料層104、204、304光阻層104a、204a、204a’、304a、304a’曝光區(qū)
104b、204b、204b’、304b、304b’未曝光區(qū)106、206、306光罩108、112、208、210、308、310曝光工藝110、114圖案化光阻層116、212曝光分解區(qū)312曝光鏈接區(qū)首先，請(qǐng)參照

圖1A，提供基底100，在基底100中形成有組件結(jié)構(gòu)(未標(biāo)出)，在此基底100上已形成有待蝕刻材料層102，此待蝕刻材料層102例如為金屬層、多晶硅層、氮化硅層或氧化硅層。并且在待蝕刻層102上形成有光阻層104，其中光阻層104的材質(zhì)例如是正光阻。
請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1A，以光罩106對(duì)光阻層104進(jìn)行曝光工藝108，以使光阻層104分為曝光區(qū)104a以及未曝光區(qū)104b。其中曝光區(qū)104a受光照射分解，未曝光區(qū)104b則轉(zhuǎn)移光罩106上未透光區(qū)的圖案。其中于曝光工藝108中所使用的光罩106為明光罩，曝光光源例如是選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，經(jīng)由顯影工藝將光阻層104中的曝光區(qū)104a移除，以使未曝光區(qū)104b形成圖案化光阻層110。其中于此處所進(jìn)行的顯影工藝，并未包括進(jìn)行軟烤、固化等步驟。此處不進(jìn)行顯影后軟烤、固化的原因在于經(jīng)由軟烤、固化后，光阻將失去分解的能力，而無法繼續(xù)進(jìn)行本發(fā)明形成光阻圖案的方法。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，對(duì)圖案化光阻層110直接進(jìn)行曝光工藝112，以使部份的圖案化光阻層110由表面向內(nèi)部均勻曝光分解，并使圖案化光阻層110形成圖案化光阻層114以及曝光分解區(qū)116。其中曝光工藝112所使用的曝光光源例如是選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群，并且曝光工藝112所使用的曝光量小于曝光工藝108所使用的曝光量。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1D，經(jīng)由顯影工藝將形成于圖案化光阻層114上的曝光分解區(qū)116移除。此處所殘留的圖案化光阻層114的圖案尺寸將小于圖案化光阻層110的圖案尺寸。
上述工藝中，僅需增加一道曝光工藝112，并通過對(duì)曝光工藝112的曝光能量做適當(dāng)?shù)目刂?，即能夠使圖案化光阻層110均勻的曝光分解，而形成較小的圖案化光阻層114。并進(jìn)而在待蝕刻層102中得到較小的線寬。
由于曝光工藝112不使用光罩，且對(duì)基底100進(jìn)行全面性的照射，因此所有的圖案化光阻層110呈等比例的縮小，所得的光阻圖案能夠保持原本的形狀縮小，不會(huì)有光阻圖案產(chǎn)生偏差或變形的疑慮。
第二實(shí)施例圖2A至圖2C為本發(fā)明第二實(shí)施例形成光阻圖案的步驟示意圖。
首先，請(qǐng)參照?qǐng)D2A，首先提供基底200，在基底200中形成有組件結(jié)構(gòu)(未標(biāo)出)，在此基底200上已形成有待蝕刻材料層202，此待蝕刻材料層202例如為金屬層、多晶硅層、氮化硅層或氧化硅層。并且在待蝕刻層202上形成有光阻層204，其中光阻層204的材質(zhì)例如是正光阻。
請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D2A，以光罩206對(duì)光阻層204進(jìn)行曝光工藝208，以使光阻層204分為曝光區(qū)204a以及未曝光區(qū)204b。其中的曝光區(qū)204a經(jīng)由光罩206的透光區(qū)照射光光線而分解，未曝光區(qū)204b則經(jīng)由光罩206的不透光區(qū)的遮蔽而未受光線的照射。其中于曝光工藝208中所使用的光罩206例如是明光罩，曝光光源例如是選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，將光罩206移開，對(duì)光阻層204直接進(jìn)行曝光工藝210，以使部份的未曝光區(qū)204b經(jīng)曝光分解而形成曝光分解區(qū)212以及未曝光區(qū)204b’，并且且曝光區(qū)204a與曝光分解區(qū)212合起來形成新的曝光區(qū)204a’。因此，曝光工藝210所形成的曝光區(qū)204a’將會(huì)大于曝光工藝208所形成的曝光區(qū)204a，相對(duì)的，曝光工藝210所形成的未曝光區(qū)204b’將會(huì)小于曝光工藝208所形成的未曝光區(qū)204b。其中曝光工藝210所使用的曝光光源例如是選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群，并且曝光工藝210所使用的曝光量小于曝光工藝208所使用的曝光量。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2C，經(jīng)由顯影工藝將光阻層204中曝光區(qū)204a’移除，并于待蝕刻材料層202上留下未曝光區(qū)204b’，未曝光區(qū)204b’經(jīng)由顯影后軟烤、固化等步驟后，即形成線寬縮小的光阻圖案。
同樣的，通過對(duì)光阻層204進(jìn)行曝光工藝210，并對(duì)曝光的能量做適當(dāng)?shù)目刂?，能夠進(jìn)一步縮小光阻圖案的線寬。尚且，由于曝光工藝210對(duì)基底200進(jìn)行全面性的照射，因此所有的圖案化光阻層110呈等比例的縮小，同樣不會(huì)使光阻圖案產(chǎn)生偏差或變形。
第三實(shí)施例圖3A至圖3C為本發(fā)明第三實(shí)施例形成光阻圖案的流程示意圖。
首先，請(qǐng)參照?qǐng)D3A，首先提供基底300，在基底300中形成有組件結(jié)構(gòu)(未標(biāo)出)，在此基底300上已形成有待蝕刻材料層302，此待蝕刻材料層302例如為金屬層、多晶硅層、氮化硅層或氧化硅層。并且在待蝕刻層302上形成有光阻層304，其中光阻層304的材質(zhì)例如是負(fù)光阻。
請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D3A，以光罩306對(duì)光阻層304進(jìn)行曝光工藝308，以使光阻層304分為曝光區(qū)304a以及未曝光區(qū)304b。其中的曝光區(qū)304a經(jīng)由光罩306的透光區(qū)照射光光線而產(chǎn)生鏈接，未曝光區(qū)304b則經(jīng)由光罩306的不透光區(qū)的遮蔽而未受光線的照射。其中于曝光工藝308中所使用的光罩306例如是暗光罩，曝光光源例如是選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D3B，將光罩306移開，對(duì)光阻層304直接進(jìn)行曝光工藝310，以使部份的未曝光區(qū)304b經(jīng)曝光鏈接而形成曝光鏈接區(qū)312以及未曝光區(qū)304b’，并且且曝光區(qū)304a與曝光鏈接區(qū)312合起來形成新的曝光區(qū)304a’。因此，曝光工藝310所形成的曝光區(qū)304a’將會(huì)大于曝光工藝308所形成的曝光區(qū)304a，相對(duì)的，曝光工藝310所形成的未曝光區(qū)304b’將會(huì)小于曝光工藝308所形成的未曝光區(qū)304b。其中曝光工藝310所使用的曝光光源例如是選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群，并且曝光工藝310所使用的曝光量小于曝光工藝308所使用的曝光量。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D3C，經(jīng)由顯影工藝將光阻層304中未曝光區(qū)304b’移除，并于待蝕刻層302上留下曝光區(qū)304a’。曝光區(qū)304b’經(jīng)由顯影后軟烤、固化等步驟后，此處得到線寬加大，也即是線距縮小的光阻圖案。
在第三實(shí)施例中，由于所使用的光阻為負(fù)光阻，因此對(duì)光阻層304進(jìn)行曝光工藝310后，能夠進(jìn)一步的加大的光阻圖案的線寬，并通過光阻圖案的線寬加大以縮小光阻圖案的間距。因此，通過本發(fā)明第三實(shí)施例的方法能夠在待蝕刻材料層302中形成更小的開口或是溝渠。
由于曝光工藝310對(duì)基底300進(jìn)行全面性的照射，因此所有的圖案化光阻層310呈等比例的放大，同樣的不會(huì)使光阻圖案產(chǎn)生偏差或變形。
請(qǐng)參照?qǐng)D4A至圖4D，圖4A至圖4D所示為正光阻經(jīng)顯影后檢視的電子式掃描顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)照相圖，其中圖4A所顯示為只有經(jīng)由第一道曝光工藝(使用光罩)的光阻層SEM圖，第4B至4D圖所示為經(jīng)由本發(fā)明的第二道曝光工藝的光阻層SEM圖，其中第二道曝光量的大小依次為圖4B＜圖4C＜圖4D。由圖4A至圖4D所顯示的結(jié)果可以得知，圖4A未經(jīng)第二道曝光工藝的光阻層的線寬最大，為165.4nm。并且，隨著曝光量的增加，光阻層的線寬也隨之縮小，由圖4B至圖4D的線寬依次為139.4nm、114.1nm、88.5nm。
請(qǐng)參照?qǐng)D5A至圖5D，圖5A至圖5D所示為負(fù)光阻經(jīng)顯影后檢視的SEM圖，其中圖5A所顯示為只有經(jīng)由第一道曝光工藝(使用光罩)的光阻層SEM圖，第5B至5D圖所示為經(jīng)由本發(fā)明的第二道曝光工藝的光阻層SEM圖，其中第二道曝光量的大小依次為圖5B＜圖5C＜圖5D。由圖5A至圖5D所顯示的結(jié)果，圖5A未經(jīng)第二道曝光工藝的光阻層的線寬/線距為220nm/180nm。隨著曝光量的增加，光阻層的線寬隨之增加，相對(duì)的光阻層的線距隨之縮小，由圖5B至圖5D的線寬/線距依次為275nm/125nm、317nm/84nm、335nm/65nm。
綜上所述，本發(fā)明的重要特征是，對(duì)正光阻層不使用光罩直接進(jìn)行第二道的曝光工藝，并通過第二道微影工藝，以使第一道微影工藝所形成的未曝光區(qū)的一部份照光分解，因此能夠得到具有更小線寬的光阻圖案。
而且，本發(fā)明對(duì)負(fù)光阻層不使用光罩直接進(jìn)行第二道的曝光工藝，并通過第二道微影工藝，以使第一道微影工藝所形成的未曝光區(qū)的一部份照光鏈接，而能夠得到具有更大線寬光阻圖案，也即是得到具有更小間距的光阻圖案。
此外，由于第二道曝光工藝為不使用光罩，且直接對(duì)基底進(jìn)行全面性的照射，因此所有的光阻圖案皆呈等比例的縮小或放大，所得的光阻圖案能夠保持原本的配列縮小或是放大，不會(huì)有光阻圖案產(chǎn)生偏差或變形的疑慮。
由于本發(fā)明的形成光阻圖案的方法不須使用任何的分辨率增強(qiáng)技術(shù)，也不須更換具有更小波長(zhǎng)的光源，因此不僅工藝較為簡(jiǎn)單，也有利于降低工藝的生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種形成光阻圖案的方法，其特征是，該方法包括下列步驟提供一基底；在該基底上形成一光阻層；進(jìn)行一第一曝光工藝，以使該光阻層形成一第一曝光區(qū)與一第一未曝光區(qū)；對(duì)該光阻層進(jìn)行一第二曝光工藝，以使該第一未曝光區(qū)內(nèi)形成一第二曝光區(qū)；以及進(jìn)行一顯影工藝，以形成圖案化的該光阻層。
2.如權(quán)利要求1所述的形成光阻圖案的方法，其特征是，該光阻層包括正光阻。
3.如權(quán)利要求2所述的形成光阻圖案的方法，其特征是，該顯影工藝包括移除該第一曝光區(qū)以及該第二曝光區(qū)以形成圖案化的該光阻層。
4.如權(quán)利要求1所述的形成光阻圖案的方法，其特征是，該光阻層包括負(fù)光阻。
5.如權(quán)利要求4所述的形成光阻圖案的方法，其特征是，該顯影工藝包括移除未曝光的該光阻層，以使該第一曝光區(qū)以及該第二曝光區(qū)形成圖案化的該光阻層。
6.如權(quán)利要求1所述的形成光阻圖案的方法，其特征是，該第一曝光工藝的光源為選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
7.如權(quán)利要求1所述的形成光阻圖案的方法，其特征是，該第二曝光工藝的光源為選自氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
8.如權(quán)利要求1所述的形成光阻圖案的方法，其特征是，該第二曝光工藝的曝光量小于該第一曝光工藝的曝光量。
9.如權(quán)利要求1所述的形成光阻圖案的方法，其特征是，該方法還包括于該基底上形成一待蝕刻材料層，再于該待蝕刻材料層形成該光阻層。
10.一種縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，該方法包括下列步驟提供一基底；在該基底形成一光阻層；對(duì)該光阻層進(jìn)行一第一曝光工藝；進(jìn)行一第一顯影工藝，以形成一第一圖案化光阻層；對(duì)該第一圖案化光阻層進(jìn)行一第二曝光工藝，以使部分該第一圖案化光阻層曝光分解，形成一曝光分解層；以及進(jìn)行一第二顯影工藝，以去除該曝光分解層以形成一第二圖案化光阻層，其中該第二圖案化光阻層的圖案尺寸小于該第一圖案化光阻層的圖案尺寸。
11.如權(quán)利要求10所述的縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，該光阻層包括正光阻。
12.如權(quán)利要求10所述的縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，該第一曝光工藝的光源為選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
13.如權(quán)利要求10所述的縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，該第二曝光工藝的光源為選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
14.如權(quán)利要求10所述的縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，該第二曝光工藝的曝光量小于該第一曝光工藝的曝光量。
15.如權(quán)利要求10所述的縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，該方法還包括于該基底上形成一待蝕刻材料層，再于該待蝕刻材料層形成該光阻層。
16.一種縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，該方法包括下列步驟提供一基底；在該基底上形成一正光阻層；進(jìn)行一第一曝光工藝，以使該正光阻層形成一第一曝光區(qū)與一第一未曝光區(qū)；對(duì)該正光阻層進(jìn)行一第二曝光工藝，以使該第一未曝光區(qū)形成一第二曝光區(qū)以及一第二未曝光區(qū)，該第二未曝光區(qū)小于該第一未曝光區(qū)；以及進(jìn)行一顯影工藝，以移除該第一曝光區(qū)以及該第二曝光區(qū)，以使該第二未曝光區(qū)形成光阻圖案。
17.如權(quán)利要求16所述的縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，該第一曝光工藝的光源為選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
18.如權(quán)利要求16所述的縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，該第二曝光工藝的光源為選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
19.如權(quán)利要求16所述的縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，該第二曝光工藝的曝光量小于該第一曝光工藝的曝光量。
20.如權(quán)利要求16所述的縮小光阻圖案線寬的方法，其特征是，包括于該基底上形成一待蝕刻材料層，再于該待蝕刻材料層形成該正光阻層。
21.一種縮小光阻圖案間距的方法，其特征是，該方法包括下列步驟提供一基底；在該基底上形成一負(fù)光阻層；進(jìn)行一第一曝光工藝，以使該負(fù)光阻層形成一第一曝光區(qū)與一第一未曝光區(qū)；對(duì)該負(fù)光阻層進(jìn)行一第二曝光工藝，以使該第一未曝光區(qū)內(nèi)形成一第二曝光區(qū)以及一第二未曝光區(qū)，其中該第二未曝光區(qū)小于該第一未曝光區(qū)；以及進(jìn)行一顯影工藝，以移除該第二未曝光區(qū)，以使該第一曝光區(qū)以及該第二曝光區(qū)形成光阻圖案。
22.如權(quán)利要求21所述的縮小光阻圖案間距的方法，其特征是，該第一曝光工藝的光源為選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
23.如權(quán)利要求21所述的縮小光阻圖案間距的方法，其特征是，該第二曝光工藝的光源為選自i線、氟化氪激光、氟化氬激光、氟激光所組成的族群。
24.如權(quán)利要求21所述的縮小光阻圖案間距的方法，其特征是，該第二曝光工藝的曝光量小于該第一曝光工藝的曝光量。
25.如權(quán)利要求21所述的縮小光阻圖案間距的方法，其特征是，包括于該基底上形成一待蝕刻材料層，再于該待蝕刻材料層形成該負(fù)光阻層。
全文摘要
一種形成光阻圖案的方法，此方法是在基底上形成光阻層，再以光罩對(duì)光阻層進(jìn)行第一曝光工藝。接著，進(jìn)行第一顯影工藝以使光阻層形成圖案化光阻層。然后，直接對(duì)第一圖案化光阻層進(jìn)行第二曝光工藝，以使部分第一圖案化光阻層曝光分解，以形成曝光分解層。其后，進(jìn)行第二顯影工藝，以去除曝光分解層而形成第二圖案化正光阻層，其中第二圖案化光阻層的圖案尺寸小于第一圖案化光阻層的圖案尺寸。
文檔編號(hào)G03F7/26GK1421745SQ0114003
公開日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2001年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月22日
發(fā)明者張慶裕, 洪齊元 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司