CN1224078C - 多层薄光阻的微影制程 - Google Patents
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Abstract
一种多层薄光阻的微影制程，可以用来在基底上形成具有预定厚度的复合光致抗蚀剂层。本方法的步骤如下：首先形成一光致抗蚀剂层于基底之上，然后使用光掩模来图案化光致抗蚀剂层，再稳定化光致抗蚀剂层，着重复上述步骤，继续累积并图案化至少另一层光致抗蚀剂层于基底之上，使得每一层光致抗蚀剂层的图案皆与前一层光致抗蚀剂层之图案相同，直至形成预定厚度之复合光致抗蚀剂层为止。
Description
本发明是关于一种微影(Lithography)制程所使用的方法，且特别是关于一种使用多层薄光阻以增加微影制程裕度(Lithography ProcessWindow)的方法。
在半导体的微影制程中，分辨率(Resolution)与聚焦深度(Depth ofFocus；DOF)是两个重要的参数。根据Rayleigh’s theory，微影制程中的分辨率与聚焦深度可以表示如下：
R(分辨率)＝K1×λ/NA
DOF(聚焦深度)＝K2×λ/NA2
其中λ为曝光光源的波长，NA为曝光光学仪器的数值孔径(NumericalAperture)，而K1与K2为与制程相关的参数，其值依光致抗蚀剂层的材质，光致抗蚀剂层的厚度或曝光的方式而定。
一般情形下，当光致抗蚀剂层的厚度愈薄，则K1值愈小，K2值愈大，且曝光裕度(Exposure Margin)愈高，其中K1减小即表示分辨率增加，而K2增大则表示聚焦深度增加。因此，光致抗蚀剂层厚度愈小，形成图案的品质愈好，即微影制程裕度(Lithography ProcessWindow)愈大。然而，过薄的光致抗蚀剂层通常不能在稍后的蚀刻制程中抵挡电浆的蚀刻，因此光致抗蚀剂层必须具有一定的厚度，才足以作为罩幕。
为解决上述问题，在公知技术中，有一种使用双层光阻(BilayerPhoto Resist)的方法。此公知方法是先在晶圆上连续涂布两层厚度与材质不同的光致抗蚀剂层，即一较薄之上光致抗蚀剂层及一较厚的下光致抗蚀剂层，然后先图案化上光致抗蚀剂层，再以上光致抗蚀剂层与下光致抗蚀剂层的蚀刻速率的差异来蚀刻下光致抗蚀剂层，接着以下光致抗蚀剂层与基底的蚀刻速率的差异来蚀刻基底。然而，由于双层光阻法是将两层光阻相叠后再图案化上光致抗蚀剂层，所以对上光致抗蚀剂层曝光时，下光致抗蚀剂层必须不能对所使用的光源感光。因此，上下光致抗蚀剂层必须选用蚀刻速率差异大，且对曝光光源的感光度不同的材质，所以在材质的选择与设计上是一大问题。
为解决前述的光阻厚度与图案品质无法兼顾的问题，本发明的目的即为提出一种多层薄光阻的微影制程，其中是以多层薄光阻累积成预定厚度的复合光致抗蚀剂层。
本发明的另一目的即为提出一种双层光阻以形成复合光致抗蚀剂层的方法，以解决公知双层光阻法的问题。
为达成本发明之上述目的，本发明所提出的方法包括下列步骤：首先形成一光致抗蚀剂层于基底之上，然后使用一光掩模对此光致抗蚀剂层曝光，再进行显影以图案化此光致抗蚀剂层，并接着稳定化此光致抗蚀剂层，使其不受后段其它光致抗蚀剂层的形成步骤的影响。接下来重复上述步骤，继续累积并图案化至少另一层光致抗蚀剂层于基底之上，使得每一层光致抗蚀剂层的图案皆约与前一层光致抗蚀剂层的图案相同，直至形成预定厚度的复合光致抗蚀剂层为止。在此方法中，任一层光致抗蚀剂层的材质可为商用的正光阻或负光阻。
在本发明所提出的方法中，为使每一层光致抗蚀剂层的图案皆约与前一层光致抗蚀剂层相同，当任一层光致抗蚀剂层的型态与前一层光致抗蚀剂层的型态相同时，即皆为正光阻或皆为负光阻时，图案化此光致抗蚀剂层时所使用光掩模与图案化前一层光致抗蚀剂层时所使用光掩模相同。反之，如任一层光致抗蚀剂层的型态与前一层光致抗蚀剂层的型态相异时，即一为正光阻而另一为负光阻，或一为负光阻而另一为正光阻时，则图案化此光致抗蚀剂层时所使用的光掩模图案约与图案化前一层光致抗蚀剂层所使用的光掩模图案互补(Complementary)。
如前所述，由于在本发明所提出的方法中，预定厚度的光致抗蚀剂层是分为多层较薄的光致抗蚀剂层来形成，而每一层光致抗蚀剂层的厚度皆比预定厚度小，所以每一层光致抗蚀剂层的微影制程裕度皆比预定厚度的单一光致抗蚀剂层大。因此，本发明所提供的方法的微影制程裕度比预定厚度的单一光致抗蚀剂层为大。
另外，由于微影制程裕度大小皆以单层光阻的厚度为准，所以在使用本发明所提出的方法时，可以重复形成数层光阻以增加光阻的总厚度，并同时保持微影制程裕度的大小。
再者，由于在本发明所提供的方法中，当前一光致抗蚀剂层稳定化之后，次一光致抗蚀剂层的曝光显影步骤才开始进行，所以对仅形成两层光阻的例子来说，两层光阻皆可选用同一材质。因此，与公知的双层光阻法相较，使用本发明所提供的方法来形成两层光阻时，光阻材料的选择较为容易。
总结来说，在本发明的中，由于以多层薄光致抗蚀剂层组成预定厚度的光致抗蚀剂层，所以可以增加制程裕度。另外，由于微影制程裕度大小是以单层光阻的厚度为准，所以使用本发明所提供的方法可以增加光阻总厚度，并保持微影制程裕度。再者，在两层光阻的例子中，由于将下层光致抗蚀剂层稳定化之后再进行上层光致抗蚀剂层的曝光显影，所以两层光阻可选用相同材质，使光阻材料与制程条件更容易找寻。
为让本发明之上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图，作详细说明：
图面说明：
图1A-1D是本发明之一较佳实施例中，以连续两层正光阻组成较厚光致抗蚀剂层的方法，其中第二正光致抗蚀剂层形成后与第一正光致抗蚀剂层及基底共形。
图2A-2D是本发明的另一较佳实施例中，以连续两层负光阻组成较厚光致抗蚀剂层的方法，其中第二负光致抗蚀剂层形成后与第一负光致抗蚀剂层及基底共形。
图3A-3D是本发明的再一较佳实施例中，以连续两层负光阻组成较厚光致抗蚀剂层的方法，其中第二负光致抗蚀剂层形成后具有平坦的表面。
图4A-4D是本发明的又一较佳实施例中，以正光致抗蚀剂层与负光致抗蚀剂层组成较厚光致抗蚀剂层的方法，其中第二层光阻为负光致抗蚀剂层，其形成后具有平坦的表面。
附图标记说明：
100、200、300、400 基底
110、110a 第一正光致抗蚀剂层
120、220、320、420、450 光掩模
130、230、330、430、460 光源
140、140a 第二正光致抗蚀剂层
180、280、380、480 较厚的图案化光致抗蚀剂层
210、210a、310、310a 第一负光致抗蚀剂层
240、240a、340、340a 第二负光致抗蚀剂层
410、410a 正光致抗蚀剂层
440、440a 负光致抗蚀剂层
在本发明的较佳实施例中，为便于说明起见，仅以两层图案化光致抗蚀剂层的累积为例，其中当所使用的两层光致抗蚀剂层的正负型态改变时，图案化的步骤也随之改变。下文中将举三个范例以说明两层光致抗蚀剂层的图案化步骤的变化，并图标于图1A-4D图。
范例1：
请参照图1A-1D，其为以连续两层正光阻形成较厚光致抗蚀剂层的方法。
请参照1A与1B图，首先形成第一正光致抗蚀剂层110于基底100之上，然后以光源130与光掩模120对第一正光致抗蚀剂层110曝光，再经过显影后，即得图案化的第一正光致抗蚀剂层110a。接着，再稳定化第一正光致抗蚀剂层110a，其方法例如为加热烘烤(Baking)，以免第一正光致抗蚀剂层110a受到稍后第二正光致抗蚀剂层的曝光显影程序的影响。
后续的步骤请参照1C与1D图，形成共形(Conformal)的第二正光致抗蚀剂层140于第一正光致抗蚀剂层110a与基底100之上，其方法例如为降低第二正光致抗蚀剂层140的厚度，再以光源130与光掩模120对第二正光致抗蚀剂层140曝光，最后再显影即得较厚的图案化光致抗蚀剂层180，其厚度为第一正光致抗蚀剂层110a与第二正光致抗蚀剂层140a之和。
在此例中，形成共形的第二正光致抗蚀剂层140为其必要条件，如图1C所示。因为只有在第二正光致抗蚀剂层140与第一正光致抗蚀剂层110a及基底100共形时，第二正光致抗蚀剂层140的曝光部分才能具有较薄的厚度，以使微影制程裕度增加。
范例2：
请参照图2A-2D与图3A-3D，其为以连续两层负光阻形成较厚光致抗蚀剂层的方法，两组方法的差异仅在于第二负光致抗蚀剂层表面的形状一为共形，一为平坦而已，因此并列以作比较。
请参照图2A与图2B，首先形成第一负光致抗蚀剂层210于基底200之上，然后以光源230与光掩模220对第一负光致抗蚀剂层210曝光，再经过显影后，即得图案化的第一负光致抗蚀剂层210a。接着，再稳定化第一负光致抗蚀剂层210a，其方法例如为加热烘烤，以免第一负光致抗蚀剂层210a受到稍后第二负光致抗蚀剂层的曝光显影程序的影响。
接下来请参照图2C与图2D，形成共形的第二负光致抗蚀剂层240于第一负光致抗蚀剂层210a与基底200之上，其方法例如为降低第二负光致抗蚀剂层240的厚度，再以光源230与光掩模220对第二负光致抗蚀剂层240曝光，最后再显影即得较厚的图案化光致抗蚀剂层280，其厚度为第一负光致抗蚀剂层210a与第二负光致抗蚀剂层240a之和。
另外，请参照图3A与图3B，首先形成第一负光致抗蚀剂层310于基底300之上，然后以光源330与光掩模320对第一负光致抗蚀剂层310曝光，再经过显影后，即得图案化的第一负光致抗蚀剂层310a。接着，再稳定化第一负光致抗蚀剂层310a，其方法例如为加热烘烤，以免第一负光致抗蚀剂层310a受到稍后第二负光致抗蚀剂层的曝光显影程序的影响。
接下来请参照图3C与图3D，形成表面平坦的第二负光致抗蚀剂层340于第一负光致抗蚀剂层310a与基底300之上，再以光源330与光掩模320对第二负光致抗蚀剂层340曝光，最后再显影即得较厚的图案化光致抗蚀剂层380，其厚度为第一负光致抗蚀剂层310a与第二负光致抗蚀剂层340a之和。
在这两个例子中，不论第二负光致抗蚀剂层是否与图案化的第一负光致抗蚀剂层共形，皆可得到较大的微影制程裕度。这是因为在两层负光阻的情形时，仅有第一负光致抗蚀剂层上方的第二负光致抗蚀剂层必须曝光，而在此二例中，位于第一负光致抗蚀剂层上方的第二负光致抗蚀剂层的厚度一样薄，所以皆可得到较大的微影制程裕度。
范例3：
请参照图4A-4D，其为本发明的较佳实施例中，以连续的正光致抗蚀剂层与负光致抗蚀剂层形成较厚光致抗蚀剂层的方法。
请参照图4A与4B，首先形成正光致抗蚀剂层410于基底400之上，然后以光源430与光掩模420对正光致抗蚀剂层410曝光，再经过显影后，即得图案化的正光致抗蚀剂层410a。接着，再稳定化第一正光致抗蚀剂层410a，其方法例如为加热烘烤，以免第一正光致抗蚀剂层410a受到稍后第二光致抗蚀剂层的曝光显影程序的影响。
后续的步骤请参照图4C与图4D，形成平坦的负光致抗蚀剂层440于正光致抗蚀剂层410a与基底400之上，再以光源460与光掩模450对负光致抗蚀剂层440曝光，最后再显影即得较厚的图案化光致抗蚀剂层480。其中，光掩模450与光掩模420的图案必须互补，以使负光致抗蚀剂层440a与正光致抗蚀剂层410a的图案相同。
除此之外，由范例1与范例3可以类推，如欲形成下方为负光阻且上方为正光阻的较厚光致抗蚀剂层，则上方的正光致抗蚀剂层在显影前须与下方的图案化负光致抗蚀剂层共形，且正光致抗蚀剂层曝光所用的光掩模图案须与负光致抗蚀剂层曝光所用的光掩模图案互补，如此方能使正光致抗蚀剂层与负光致抗蚀剂层的图案相同。
如上所述，由于在本发明的较佳实施例中，预定厚度的光致抗蚀剂层是分为两层较薄的光致抗蚀剂层来形成，而每一层光阻的微影制程裕度皆较预定厚度的单一光致抗蚀剂层为大，故整体而言，本发明所提供方法的整体微影制程裕度比预定厚度的单一光致抗蚀剂层大。
另外，由于微影制程裕度大小皆以单层光阻的厚度为准，所以在本发明的较佳实施例中，可以重复形成两层光阻以增加光阻的总厚度，并同时保持微影制程裕度的大小。
再者，由于在本发明的较佳实施例中，在对第二光致抗蚀剂层进行图案化时，第一光致抗蚀剂层已经过稳定化步骤而不会受到第二光致抗蚀剂层的曝光光源的影响，所以第二光致抗蚀剂层的材质可以与第一光致抗蚀剂层的材质相同。因此，与公知双层光阻法相较，在使用本发明所提供的方法时，光阻材料的选择较为容易。
当然，在形成第二层光阻之后，也可以继续累积更多层的光阻，以获得总厚度较厚的复合光致抗蚀剂层，确保后续蚀刻制程的电浆阻挡能力。如果欲形成的光致抗蚀剂层的型态与第一层光阻的正负型态不同，则此光致抗蚀剂层曝光所用的光掩模图案与第一层光阻曝光所用的光掩模图案须为互补。另外，如果欲形成的是正光致抗蚀剂层，则此正光致抗蚀剂层须与前一光致抗蚀剂层共形，如此方能使此正光致抗蚀剂层曝光部分的厚度降低，以得到较大的制程裕度。
总结来说，在本发明的较佳实施例中，由于以两层薄光致抗蚀剂层组成预定厚度的光致抗蚀剂层，所以可以增加制程裕度。另外，由于微影制程裕度大小是以单层光阻的厚度为准，所以使用本发明所提供的方法可以增加光阻总厚度，并保持微影制程裕度。再者，由于第一层光阻稳定化之后再进行第二层光阻的曝光显影，所以两层光阻可选用相同材质，使光阻材料与制程条件更容易找寻。
虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书范围所界定为准。
Claims (12)
1、一种多层薄光阻的微影制程，适用于一基底，以在基底上形成具预定厚度的复合光致抗蚀剂层，其特征在于：其包括下列步骤：
形成光致抗蚀剂层于基底之上；
使用光掩模对光致抗蚀剂层进行曝光，再进行显影以图案化光致抗蚀剂层；
稳定化光致抗蚀剂层；以及
重复上述步骤，继续累积并图案化至少另一光致抗蚀剂层于基底之上，并使每一光致抗蚀剂层的图案与前一光致抗蚀剂层的图案相同，直至形成具预定厚度的复合光致抗蚀剂层为止。
2、根据权利要求1所述的多层薄光阻的微影制程，其特征在于：其中任一光致抗蚀剂层的型态为正光阻与负光阻二者之一。
3、根据权利要求1所述的多层薄光阻的微影制程，其特征在于：当第一层光致抗蚀剂层以后的任一光致抗蚀剂层的型态为正光阻时，在光致抗蚀剂层形成于前一光致抗蚀剂层上方之后与接受图案化之前，光致抗蚀剂层与前一光致抗蚀剂层以及基底共形。
4、根据权利要求3所述的多层薄光阻的微影制程，其特征在于：其中形成与前一光致抗蚀剂层及基底共形的光致抗蚀剂层的方法，包括减低光致抗蚀剂层的厚度。
5、根据权利要求1所述的多层薄光阻的微影制程，其特征在于：当任一光致抗蚀剂层的型态与前一光致抗蚀剂层的型态相同时，图案化光致抗蚀剂层时所使用的光掩模与图案化前一光致抗蚀剂层时所使用的光掩模相同。
6、根据权利要求1所述的多层薄光阻的微影制程，其特征在于：当任一光致抗蚀剂层的型态与前一光致抗蚀剂层的型态相异时，图案化光致抗蚀剂层时所使用的光掩模与图案化前一光致抗蚀剂层时所使用的光掩模的图案互补。
7、根据权利要求1所述的多层薄光阻的微影制程，其特征在于：其中稳定化每一些光致抗蚀剂层的方法包括加热烘烤法。
8、一种双层光阻的微影制程，其特征在于：其包括下列步骤：
形成第一光致抗蚀剂层于基底之上；
使用第一光掩模对第一光致抗蚀剂层进行曝光，再进行显影以图案化第一光致抗蚀剂层；
稳定化第一光致抗蚀剂层；
形成第二光致抗蚀剂层于基底与第一光致抗蚀剂层之上；
使用第二光掩模对第二光致抗蚀剂层进行曝光，再进行显影以图案化第二光致抗蚀剂层；以及
稳定化第二光致抗蚀剂层。
9、根据权利要求8所述的双层光阻的微影制程，其特征在于：其中第一光致抗蚀剂层与第二光致抗蚀剂层的型态皆为正光阻与负光阻二者之一。
10、根据权利要求8所述的双层光阻的微影制程，其特征在于：当第二光致抗蚀剂层的型态为正光阻时，在第二光致抗蚀剂层形成于第一光致抗蚀剂层上方之后与接受图案化之前，第二光致抗蚀剂层与第一光致抗蚀剂层以及基底共形。
11、根据权利要求8所述的双层光阻的微影制程，其特征在于：当第二光致抗蚀剂层的型态与第一光致抗蚀剂层的型态相同时，第二光掩模的图案与第一光掩模的图案相同。
12、根据权利要求8所述的双层光阻的微影制程，其特征在于：当第二光致抗蚀剂层的型态与第一光致抗蚀剂层的型态相异时，第二光掩模的图案与第一光掩模的图案互补。
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