CN105988292A - 具有非典型图案的光刻胶及其蚀刻基材与形成洞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有非典型图案的光刻胶以及其蚀刻基材的方法，所述光刻胶包含第一图案与第二图案。第一图案与第二图案的重叠部分为集合区域，而界定一种非典型图案。非典型图案中的任何一边都不是直线。

Description

具有非典型图案的光刻胶及其蚀刻基材与形成洞的方法

技术领域

本发明涉及一种使用光刻胶来辅助蚀刻基材的方法与所得的蚀刻洞，特别是涉及一种具有非典型图案的光刻胶、使用此光刻胶来辅助蚀刻基材的方法与所得的蚀刻洞。使用此具有非典型图案的光刻胶来蚀刻基材的方法所得的蚀刻洞，其开口的横截面图形会具有扇形或是卵形的几何特征。

背景技术

在半导体工艺中一般习用光刻工艺来定义基材上的电路布局图案。在进行光刻工艺时，大多是使用曝光的方式将光掩膜上的图案转移至光刻胶上。光掩膜上的图案一般是由直线与直角组合所形成的几何图案。例如，在光掩膜上用来界定蚀刻洞的图案通常是由直线与直角组合所形成的正方形或是长方形。

但是在曝光的过程中，由于受到了光学邻近效应(optical proximity effect)的影响，光掩膜上由直线与直角组合所形成的几何图案在转移到光刻胶上时已不再是原本的图案。另外，如图1所绘示，在此图案化光刻胶的辅助下进行基材(未示于图中)的蚀刻时，原始的几何图案1在蚀刻后更可能会失去直角的特征，此现象通常称为转角钝化(corner rounding)，而得到圆形或是圆角矩形的蚀刻洞2，因而造成基材中的蚀刻洞变形，甚至导致后续蚀刻洞的功能失效。

故此现今业界需要一种具有特别图案的光刻胶。使用此具有特别图案的光刻胶来蚀刻基材时可以得到截面有别于传统圆形或是圆角矩形的蚀刻洞，以避免蚀刻洞功能失效等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种具有非典型特别图案的光刻胶。使用此具有非典型图案的光刻胶来蚀刻基材时可以得到截面有别于传统圆形或是圆角矩形的蚀刻洞。

本发明首先提出了一种具有非典型图案的光刻胶。本发明具有非典型图案的光刻胶包含光刻胶、复数个图案与集合区域。复数个图案中的第一图案位于光刻胶中并沿着第一方向延伸。第一图案包含由第一材料与第二材料所界定出的曲线。由于第一材料与第二材料呈交错排列，所以任一第一材料系会夹置于相邻的第二材料之间。复数个图案中的第二图案位于光刻胶中并沿着不平行于第一方向的一第二方向延伸。第二图案包含由第三材料与第四材料所界定出的曲线。由于第三材料与第四材料呈交错排列，所以任一第三材料会夹置于相邻的第四材料之间。第二材料以及第四材料的重叠部分为集合区域，以界定出一种非典型图案。非典型图案中的任何一边都是曲线。

在本发明一实施方式中，第一材料以及第三材料为未经曝光的光刻胶。

在本发明另一实施方式中，第二材料以及第四材料为不完全曝光的光刻胶。

在本发明另一实施方式中，不完全曝光的光刻胶为经过曝光但无法显影的光刻胶。

在本发明另一实施方式中，集合区域为经过充分曝光的光刻胶。

在本发明另一实施方式中，第一图案是由第一材料、第二材料与集合区域所界定出的曲线所组成。

在本发明另一实施方式中，第二图案是由第三材料、第四材料与集合区域所界定出的曲线所组成。

在本发明另一实施方式中，集合区域为由两个相邻的凸边与两个相邻的凹边所组成的非典型四边形。

在本发明另一实施方式中，凸边或是凹边的至少一者的边长会接近由非典型图案所界定出的临界尺寸。

在本发明另一实施方式中，集合区域是显影后形成的凹穴。

其次，本发明提出了一种蚀刻基材的方法。首先，在基材上形成具有非典型图案的光刻胶。具有非典型图案的光刻胶包含第一图案、第二图案与集合区域。第一图案位于光刻胶中并沿着第一方向延伸。第一图案包含由第一材料与第二材料所界定出的曲线。由于第一材料与第二材料呈交错排列，所以任一第一材料会夹置于相邻的第二材料之间。第二图案位于光刻胶中并沿着不平行于第一方向的一第二方向延伸。第二图案包含由第三材料与第四材料所界定出的曲线。由于第三材料与第四材料呈交错排列，所以任一第三材料会夹置于相邻的第四材料之间。集合区域为凹穴并位于第二材料以及第四材料的重叠区域中。经由第二材料以及第四材料会界定出集合区域的非典型图案。非典型图案中的任何一边都是曲线。其次，以具有非典型图案的光刻胶作为蚀刻掩膜对基材进行蚀刻步骤而在基材中形成蚀刻洞。特别是蚀刻洞开口的横截面图形只有一个对称轴。

在本发明一实施方式中，集合区域为由两相邻的凸边与两相邻的凹边所组成的非典型四边形。

在本发明另一实施方式中，凸边与凹边的其中至少一者的边长会接近非典型图案所界定出的临界尺寸。

在本发明另一实施方式中，蚀刻洞的横截面图形为扇形或是卵形。

本发明又提出了一种位于基材中的蚀刻洞。此蚀刻洞经由如前所述的方法来制得，其横截面图形具有扇形或是卵形的几何特征。

为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附图式，作详细说明如下。然而如下之较佳实施方式与图式仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1绘示出现有技术中，图案化光刻胶原始的几何图案在蚀刻后失去直角的特征，进而成为圆形或是圆角矩形的蚀刻洞。

图2至图4绘示出基材上所形成具有非典型图案的光刻胶。

图3A绘示出本发明光刻胶的第一图案是弯曲图案。

图4A绘示出本发明光刻胶的第二图案是非直线型的图案。

图5绘示出本发明集合区域是由两个相邻的凸边与两个相邻的凹边所组成的非典型四边形。

图6绘示出显影步骤后所形成的集合区域是残留下来具有非典型图案的岛状光刻胶柱。

图6A绘示出显影步骤后的集合区域是移除光刻胶材料后所残留下的凹穴。

图7绘示出本发明以具有非典型图案的光刻胶作为蚀刻掩膜来对基材进行蚀刻步骤。

图7A绘示出本发明以具有非典型图案的光刻胶作为蚀刻掩膜来对基材进行蚀刻步骤。

其中，附图标记说明如下：

1 几何图案

2 蚀刻洞

100 基材

101 柱状结构

102 蚀刻洞

103 对称轴

104 光刻胶材料

110 光刻胶

118 经过曝光的光刻胶

119 图案化光刻胶

111 第一材料

112 第二材料

113 第三材料

114 第四材料

121 光掩膜

122 图案

123 第一区域

124 第二区域

125 第三区域

126 第四区域

127 光掩膜

128 图案

130 集合区域

131 凸边

132 凹边

140 第一图案

141 第一方向

142 第二方向

150 第二图案

160 岛状光刻胶柱

161 凹穴

具体实施方式

下文中将参照附图来说明本发明细节，该些附图中的内容构成了说明书细节描述的一部分，并且以可实行的特例描述方式来绘示。下文中的实施例会描述足够的细节，使得本领域的一般技术人员得以具以实施。当然，本发明也可实行其他的实施例，或是在不悖离文中所述实施例的前提下作出任何结构性、逻辑性、及电性上的改变。因此，下文中的细节描述不应被视为是对本发明的限制，反之，其中所包含的实施例将由随附的权利要求来加以界定。

有鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种以具有特别图案的光刻胶来辅助蚀刻基材的方法。当使用此具有特别图案的光刻胶来蚀刻基材时可以得到开口截面有别于传统圆形或是圆角矩形的蚀刻洞，例如所得到的蚀刻洞截面是具有单一对称轴的特殊几何图案。

请参考图2至图4A，其绘示出形成本发明具有非典型图案的光刻胶的方法。首先，如图2所绘示，提供一覆盖有尚未经过图案化的光刻胶110的基材100。光刻胶110可以是任何光敏性的潜变材料，其可在适当的波长与功率曝光操作下以化学反应的方式记录下光掩膜上的图案(未示于图中)，并在适当的显影操作后成为具有转移的光掩膜图案(未示于图中)的图案化光刻胶。例如，光刻胶110可以是正型光刻胶或是负型光刻胶，其具有理想的厚度。基材100可以是一种半导体基材，例如硅基板、外延硅基板(epitaxial siliconsubstrate)、硅锗半导体基板、碳化硅基板或硅覆绝缘(silicon-on-insulator,SOI)基底等等，但并不限于此。

其次，对于覆盖有未经图案化光刻胶的基材进行曝光步骤，使得光刻胶中的光敏性材料以化学反应的方式记录下光掩膜上的图案。在本发明一优选实施方式中，对于覆盖有未经图案化的光刻胶的基材可以进行一次以上的曝光步骤，并通过多次的曝光叠合在光刻胶中形成组合的曝光图案。例如如图3所绘示，在光掩膜121的辅助下，以适当的波长与功率对于覆盖有未经图案化的光刻胶的基材先进行第一次曝光步骤，使得光刻胶中的光敏性材料得以化学反应的方式记录下光掩膜121的图案122。

在本发明一优选实施方式中，光掩膜121的图案122可以是非直线型的图案，例如是交错排列的弯曲图案，较佳为交错排列的波浪图案。此等弯曲图案可以是由复数个相连的半圆曲线所组成，进而界定出交错排列的第一区域123与第二区域124。如图3A所绘示，第一次曝光步骤会使得光刻胶110成为曝光过的光刻胶118。曝光过的光刻胶118具有由第一材料111与第二材料112所界定出的曲线，进而形成了沿着第一方向141延伸的第一图案140，所以第一材料111与第二材料112即分别对应图3中的第一区域123与第二区域124。由于第一材料111与第二材料112呈交错排列，所以任一第一材料111都会夹置于相邻的第二材料112之间，反之亦同。

须注意此处第一材料111与第二材料112是不同的材料，例如其中一者经过曝光之后会产生化学变化，因而变性(denature)为不同的材料。借此，曝光过的光刻胶118便记录下图3中所示光掩膜121上的图案122。需要特别注意的是，第一材料111与第二材料112中其中一者的曝光步骤不需要达到足以显影的完全曝光，其可以是不能充分显影的不足曝光。例如，可以调整第一次曝光的波长与功率，使得第一材料111与第二材料112中的其中一者为完全未曝光，而另一者为不能充分显影的不足曝光。无论如何，只要第一材料111与第二材料112中的其中一者经过曝光后产生化学变化变性为不同的材料即可。调整第一次曝光的波长与功率来达到不足曝光的技术是本领域一般技艺人士所公知的，故于此不多加赘述。

再者，对于覆盖有未经图案化的光刻胶的基材进行另一次的曝光步骤。在本发明一优选实施方式中，曝光后的光刻胶可以再与先前曝光产生的图案叠合，进而得到具有组合曝光图案的图案化光刻胶。例如如图4所绘示者，在具有图案128的光掩膜127的辅助下，以适当的波长与功率对覆盖有曝光后光刻胶的基材再进行第二次曝光步骤，使得曝光后的光刻胶中的光敏性材料得以化学反应的方式记录下光掩膜127的图案128。

在本发明另一优选实施方式中，光掩膜127的图案128也可以是非直线型的图案，如交错排列的弯曲图案，较佳为交错排列的波浪图案。此弯曲图案可以是由复数个相连的半圆曲线所组成，进而界定出交错排列的第三区域125与第四区域126。如图4A所绘示，第二次曝光步骤会使得曝光后的光刻胶118成为图案化光刻胶119。图案化光刻胶119还具有由第三材料113与第四材料114所界定出的曲线，进而形成沿着第二方向142延伸的的第二图案150，故第三材料113与第四材料114即分别对应图4中的第三区域125与第四区域126。由于第三材料113与第四材料114呈交错排列，所以任一第三材料113会夹置于相邻的第四材料114之间，反之亦同。为了正确表现出第一图案140与第二图案150的重叠形状，图4A采用上视图视角来表示。

须注意此处第三材料113与第四材料114也是不同的材料，例如其中一者经过曝光后会产生化学变化，因而变性成不同的材料。借此，请同时参照图4与图4A，图案化光刻胶119便会记录下光掩膜127的图案128。需要特别注意的是，第三材料113与第四材料114中的其中一者的曝光步骤不需要达到足以显影的完全曝光，其可以是不能充分显影的不足曝光。例如，可以调整第二次曝光的波长与功率来使得第三材料113与第四材料114的其中一者为完全未曝光，而另一者为不能充分显影的不足曝光。无论如何，只要第三材料113与第四材料114中的其中一者经过曝光后能产生化学变化而变性成不同的材料即可。视情况需要，还可以对光刻胶再进行第三次曝光或更多次的曝光。调整曝光的波长与功率来达到不足曝光的技术是本领域一般技艺人士所公知的，故于此不多加赘述。

在经过以上的步骤之后，就可以得到覆盖有具有非典型图案光刻胶119的基材。如图4A所绘示，具有非典型图案的光刻胶109包含光刻胶材料104、复数个图案与集合区域130。复数个图案可以包含第一图案140与第二图案150。第一图案140与第二图案150分别均为非典型图案。所谓非典型图案即是代表第一图案140与第二图案150中都没有直线。

在一方面，复数个图案中的第一图案140位于光刻胶109中并沿着任意指定的第一方向141延伸。第一图案包含由第一材料111与第二材料112所界定出的曲线。第一材料111为未经过曝光的光刻胶104，而第二材料112是不完全曝光的光刻胶118。不完全曝光的光刻胶118是代表经过曝光但无法显影的光刻胶。由于第一材料111与第二材料112呈交错排列，所以任一第一材料111会夹置于相邻的第二材料112之间，反之亦同。

另一方面，复数个图案中的第二图案150位于光刻胶109中并沿着第二方向142延伸，例如第二方向142与第一方向141不平行，较佳为第二方向142与第一方向141垂直。第二图案150包含由第三材料113与第四材料114所界定出的曲线。第三材料113为未经过曝光的光刻胶，而第四材料114为不完全曝光的光刻胶118。不完全曝光的光刻胶118代表经过曝光但无法显影的光刻胶。由于第三材料113与第四材料114呈交错排列，所以任一第三材料113会夹置于相邻的第四材料114之间，反之亦同。

如果第二材料112以及第四材料114分别都代表不充分曝光的光刻胶时，则呈栅格状排列的第二材料112以及第四材料114一定会产生重叠部分，此重叠部在本文中称为集合区域130，也就是一种经过多次不充分曝光的区域。在本发明一实施方式中，第一图案140是由第一材料111、第二材料112与集合区域130所界定出的曲线所组成。同样地，第二图案150则由第三材料113、第四材料114与集合区域130所界定出的曲线所组成。本发明的集合区域130的特征在于，集合区域130因为经过多次不充分的曝光，而显影成为充分曝光的区域，是一种经过完全曝光的光刻胶。

集合区域130在这点上与相邻的其他第二材料112以及其他第四材料114完全不同。相邻的其他第二材料112以及其他第四材料114经过程度不足的曝光，无论经过多少次的曝光，因为这样的第二材料112以及第四材料114的曝光程度不足，即使经过至少一次的曝光仍然是无法显影的。

集合区域130也是一种非典型图案。在本发明一实施方式中，集合区域130中的任一边都是曲线而没有直线。在本发明另一实施方式中，如图5所绘示，集合区域130为由两个相邻的凸边131与两个相邻的凹边132所组成的非典型四边形，凸边131与凹边132可以分别是部分的圆弧线，如半圆的弧线。凸边131或是凹边132的至少一者的边长会接近由非典型图案所界定出的临界尺寸D，换句话说圆的直径会接近临界尺寸D。

接下来，对覆盖有图案化光刻胶119的基材100进行适当的显影步骤，使得图案化光刻胶119的图案得以显现出来。此适当的显影步骤会依据图案化光刻胶119的材料而定，其为本领域的一般技术人员所公知，故不多赘述。在显影步骤后，图案化光刻胶119中的集合区域130会因此与其他的第一材料111、第二材料112、第三材料113、第四材料114区分开来。依据图案化光刻胶119的材料而定，在本发明的一实施方式中，如图6所绘示，显影步骤之后的集合区域130可能是残留下具有非典型图案的岛状光刻胶柱160。在本发明另一实施方式中，如图6A所绘示，显影步骤之后的集合区域130也可能是移除光刻胶材料后所残留下来的凹穴161。在经过以上步骤之后即可以得出覆盖有图案化光刻胶119的基材100。此时的图案化光刻胶119包含显现出非典型图案的集合区域130。

在接下来的步骤即可使用图案化光刻胶119对基材100进行蚀刻工艺，以将光刻胶119的图案转移到基材100上。承上，本发明于此再提出一种蚀刻基材的方法。首先，如图2至图6A所绘示，在基材110上形成具有非典型图案的光刻胶119。具有非典型图案的光刻胶119，包含第一图案140、第二图案150与集合区域130。第一图案140是位于光刻胶119中并沿着第一方向141延伸、且由第一材料111与第二材料112所界定出的交错曲线。第二图案150是位于光刻胶中119并沿着不平行于第一方向141的一第二方向142延伸、且由第三材料113与第四材料114所界定出的交错曲线。

第一图案140与第二图案150所重叠的部分界定出了集合区域130，例如位于第二材料112以及第四材料114的重叠区域。由于第一图案140与第二图案150是由曲线所组成，所以集合区域130界定出了一种非典型图案。换句话说，非典型图案中的任何一边都是由第一图案140与第二图案150所形成的曲线。在本发明一实施方式中，集合区域为由两个相邻凸边131与两个相邻的凹边132所组成的非典型四边形，凸边131与凹边132可能分别是部分的圆弧线，如半圆的弧线。凸边131或是凹边132的至少一者的边长会接近由非典型图案所界定出的临界尺寸D。换句话说，圆的直径会接近临界尺寸D。依据图案化光刻胶119的材料而定，在本发明一实施方式中，集合区域130可能是具有非典型图案的岛状光刻胶柱160。在本发明另一实施方式中，集合区域130也有可能是移除光刻胶材料后所残留下来的具有非典型图案的凹穴161。

其次，以具有非典型图案的光刻胶119作为蚀刻掩膜来对基材100进行蚀刻步骤。如图7所绘示，如果集合区域130是具有非典型图案的岛状光刻胶柱，其会在基材100中形成孤立的柱状结构101。如图7A所绘示，如果集合区域130是移除光刻胶材料后残留下的凹穴161，其会在基材中形成蚀刻洞102。由于集合区域130的横切面是一种非典型的图案，故使得此蚀刻洞102的横截面几何图形只有一个对称轴103，例如是扇形或是卵形，而不是具有复数个对称轴的几何图形，例如圆形或是圆角矩形。

上述的蚀刻步骤可以是干蚀刻及/或湿蚀刻、单次的蚀刻工序或是分成多次的蚀刻工序，端视情况需要而定。同样地，上述的蚀刻步骤也可以采用单次的蚀刻配方或是复合的蚀刻配方，视情况需要而定。完成蚀刻步骤之后即可剥除光刻胶。

剥除图案化光刻胶119可以使用一般公知的方式，例如干式氧化、湿式氧化、湿式化学、或是无氧环境的条件等。干式氧化法可以是气体氧及/或等离子氧。无氧的条件，例如可以使用无氧的气体来达成低耗损的清除方法(lowloss clean,LLC)。无氧的条件不会影响基材100以及基材100中的其他部分。例如，可以使用不含氧气的气体混合物，在等离子的辅助下剥除图案化光刻胶119。剥除图案化光刻胶119的过程可以分为多个阶段。例如进行预热、剥除光刻胶表皮(crust)、剥除光刻胶主体、光刻胶过灰化(over ashing)等多个阶段。

经过以上的步骤之后即可得到具有非典型图案的基材100。基材100可能是孤立的柱状结构101，或是具有非典型图案开口的洞102。非典型图案的开口会呈现只有一个对称轴103的几何图形，例如是扇形或是卵形。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种具有非典型图案的光刻胶，其特征在于，包括：

一光刻胶层；

一第一图案，位于所述光刻胶中、沿着一第一方向延伸、并包含由一第一材料与一第二材料所界定出的曲线，其中任何一所述第一材料夹置于相邻的所述第二材料之间；

一第二图案，位于所述光刻胶中、沿着不平行于所述第一方向的一第二方向延伸、并包含由一第三材料与一第四材料所界定出的曲线，其中任何一所述第三材料夹置于相邻的所述第四材料之间；以及

一集合区域，位于所述第二材料以及所述第四材料中而界定出一非典型图案，其中所述非典型图案的任何一边都是曲线。

2.根据权利要求1所述的具有非典型图案的光刻胶，其特征在于，所述第一材料以及所述第三材料为未经曝光的所述光刻胶。

3.根据权利要求1所述的具有非典型图案的光刻胶，其特征在于，所述第二材料以及所述第四材料为不完全曝光的所述光刻胶。

4.根据权利要求3所述的具有非典型图案的光刻胶，其特征在于，不完全曝光的所述光刻胶为经曝光但无法显影的所述光刻胶。

5.根据权利要求1所述的具有非典型图案的光刻胶，其特征在于，所述集合区域为经完全曝光的所述光刻胶。

6.根据权利要求1所述的具有非典型图案的光刻胶，其特征在于，所述第一图案由所述第一材料、所述第二材料与所述集合区域所界定的曲线所组成。

7.根据权利要求1所述的具有非典型图案的光刻胶，其特征在于，所述第二图案由所述第三材料、所述第四材料与所述集合区域所界定出的曲线所组成。

8.根据权利要求1所述的具有非典型图案的光刻胶，其特征在于，所述集合区域为由两个相邻的凸边与两个相邻的凹边所组成的一非典型四边形。

9.根据权利要求8所述的具有非典型图案的光刻胶，其特征在于，所述凸边与所述凹边的其中至少一者的边长等于所述非典型图案所界定出的一临界尺寸。

10.根据权利要求1所述的具有非典型图案的光刻胶，其特征在于，所述集合区域是显影后的一凹穴。

11.一种蚀刻基材的方法，其特征在于，包括：

在一基材上形成具有一非典型图案的一光刻胶，所述光刻胶包含：

一第一图案，位于所述光刻胶中、沿着一第一方向延伸、并包含由一第一材料与一第二材料所界定出的曲线，其中任何一所述第一材料夹置于相邻的所述第二材料之间；

一第二图案，位于所述光刻胶中、沿着不平行于所述第一方向的一第二方向延伸、并包含由一第三材料与一第四材料所界定出的曲线，其中任何一所述第三材料夹置于相邻的所述第四材料之间；以及

一集合区域，其为一凹穴、位于所述第二材料以及所述第四材料的一重叠区域中并界定出所述非典型图案，其中所述非典型图案的任何一边都是曲线；

以具有所述非典型图案的所述光刻胶作为一蚀刻掩膜对所述基材进行一蚀刻步骤；以及

在所述基材中形成一蚀刻洞，其中所述蚀刻洞的横截面图形只有一个对称轴。

12.根据权利要求11所述的蚀刻基材的方法，其特征在于，所述集合区域为由两个相邻的凸边与两个相邻的凹边所组成的一非典型四边形。

13.根据权利要求12所述的蚀刻基材的方法，其特征在于，所述凸边与所述凹边的其中至少一者的边长等于所述非典型图案所界定出的一临界尺寸。

14.根据权利要求11所述的蚀刻基材的方法，其特征在于，所述蚀刻洞的横截面图形为扇形或卵形。

15.一种位于一基材中的一蚀刻洞，所述蚀刻洞经由根据权利要求11至权利要求13中的任一项所述方法所制得，其特征在于，所述蚀刻洞的横截面图形为扇形或卵形。