CN1271472C - 形成光阻图案的方法 - Google Patents
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Abstract
一种形成光阻图案的方法，此方法是在基底上形成光阻层，再以光罩对光阻层进行第一曝光工艺。接着，进行第一显影工艺以使光阻层形成图案化光阻层。然后，直接对第一图案化光阻层进行第二曝光工艺，以使部分第一图案化光阻层曝光分解，以形成曝光分解层。其后，进行第二显影工艺，以去除曝光分解层而形成第二图案化正光阻层，其中第二图案化光阻层的图案尺寸小于第一图案化光阻层的图案尺寸。
Description
技术领域
本发明是有关一种半导体工艺中的微影工艺，且特别是有关一种能够缩小集成电路线宽或是间距的一种形成光阻图案的方法。
背景技术
在要求电路集成化越来越高的情况下，整个电路组件大小的设计也被迫往尺寸不停缩小的方向前进。而整个半导体工艺中最举足轻重的可说是微影(Photolithography)工艺，凡是与金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor；MOS)组件结构相关的，例如：各层薄膜的图案(Pattern)，及掺有杂质(Dopants)的区域，都是由微影这个步骤来决定的。此外，整个半导体工业的组件集成度，是否能继续的往更小的线宽进行，也决定于微影工艺技术的发展。
现今因应组件尺寸缩小、提高分辨率的发展方向，主要朝向使用相移式光罩(Phase Shift Mask，PSM)、偏轴照明(Off-AxisIllumination)等的分辨率增强技术(Resolution Enhancement Technology，RET)，或是使用更小波长的光源例如是氟化氪(KrF，248nm)、氟化氩(ArF，193nm)、氟(F2，157nm)、氩(Ar2，126nm)等气体准分子激光(excimer laser)的方面发展，以使组件能够得到更小的线宽，并进一步得到更小的组件尺寸。
然而，分辨率增强技术在应用上具有一些问题存在，例如相移式光罩的必须形成特定的图形、光罩的制作困难复杂、且不易进行修改。偏轴照明会使得光源减弱，因而需要提供更高功率的光源，尚且具有曝光图案变形的疑虑。上述的问题都将会导致工艺成本的升高。
另一方面，使用更小的波长的光源并非仅是单纯的替换光源即可达成，例如透镜的改良、光阻的改变、工艺参数的调配、曝光机台成熟度等工艺整合上的问题，都是在使用更小的波长的光源时必须克服的问题，同样的会导致曝光成本的升高，不利于生产成本的降低与控制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种形成光阻图案的方法，不须使用分辨率增强技术或是更小的光源波长，也能够缩小光阻图案的尺寸，从而缩小集成电路的线宽或间距。
本发明提出一种形成光阻图案的方法，此方法为：提供一个基底，且在基底上已形成有待蚀刻材料层，首先在待蚀刻材料层上形成正光阻层，再以光罩对正光阻层进行第一曝光工艺。接着，进行第一显影工艺以使正光阻层形成图案化正光阻层。然后，直接对第一图案化正光阻层进行第二曝光工艺，以使部分第一图案化正光阻层曝光分解，以形成曝光分解层。其后，进行第二显影工艺，以去除曝光分解层以形成第二图案化正光阻层，其中第二图案化正光阻层的图案尺寸小于第一图案化正光阻层的图案尺寸，因此能达到缩小光阻图案的目的。
本发明提出另一种形成光阻图案的方法，此方法提供一个基底，且在基底上已形成有待蚀刻材料层，首先在待蚀刻材料层上形成正光阻层，再以光罩对正光阻层进行第一曝光工艺，以使正光阻层形成第一曝光区与第一未曝光区。接着移除光罩，再对正光阻层进行第二曝光工艺，以使第一未曝光区形成第二曝光区以及第二未曝光区，其中第二未曝光区小于第一未曝光区。然后，进行显影工艺移除第二曝光区，以使第二未曝光区形成光阻图案，由于第二未曝光区小于第一未曝光区，因此能达到缩小光阻图案的目的。
本发明提出的另外一种形成光阻图案的方法，此方法提供一个基底，且在基底上已形成有待蚀刻材料层，首先在待蚀刻材料层上形成负光阻层，再以光罩对负光阻层进行第一曝光工艺，以使负光阻层形成第一曝光区与第一未曝光区。接着移除光罩，再对负光阻层进行第二曝光工艺，以使第一未曝光区形成第二曝光区以及第二未曝光区，其中第二未曝光区小于第一未曝光区。然后，进行显影工艺，以移除第二未曝光区，以使第一曝光区以及第二曝光区形成光阻图案，其中由于第二未曝光区小于第一未曝光区，因此能达到加大光阻图案，进而缩小光阻图案间距的目的。
综上所述，本发明对正光阻层不使用光罩直接进行第二道的曝光工艺，以使第一道微影工艺所形成的未曝光区的一部份照光分解，从而能够得到具有更小线宽的光阻图案。
而且，本发明对负光阻层不使用光罩直接进行第二道的曝光工艺，以使第一道微影工艺所形成的未曝光区的一部份照光链接，而能够得到具有更大线宽的光阻图案，也即是得到具有更小图案间距的光阻图案。
此外，由于第二道曝光工艺不使用光罩，且直接对基底进行全面性的照射，因此所有的光阻图案都呈等比例的缩小或放大，所得的光阻图案能够保持原本的形状缩小或是放大，不会有光阻图案产生偏差或变形的疑虑。
附图说明
图1A至图1D为本发明第一实施例形成光阻图案的流程示意图；
图2A至图2C为本发明第二实施例形成光阻图案的流程示意图；
图3A至图3C为本发明第三实施例形成光阻图案的流程示意图；
图4A至图4D所示为正光阻经显影后检视的电子式扫描显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)照相图；
图5A至图5D所示为负光阻经显影后检视的电子式扫描显微镜照相图。
100、200、300：基底
102、202、302：待蚀刻材料层
104、204、304：光阻层
104a、204a、204a’、304a、304a’：曝光区
104b、204b、204b’、304b、304b’：未曝光区
106、206、306：光罩
108、112、208、210、308、310：曝光工艺
110、114：图案化光阻层
116、212：曝光分解区
312：曝光链接区
具体实施方式
第一实施例
图1A至图1D为本发明第一实施例形成光阻图案的流程示意图。
首先，请参照图1A，提供基底100，在基底100中形成有组件结构(未标出)，在此基底100上已形成有待蚀刻材料层102，此待蚀刻材料层102例如为金属层、多晶硅层、氮化硅层或氧化硅层。并且在待蚀刻层102上形成有光阻层104，其中光阻层104的材质例如是正光阻。
请继续参照图1A，以光罩106对光阻层104进行曝光工艺108，以使光阻层104分为曝光区104a以及未曝光区104b。其中曝光区104a受光照射分解，未曝光区104b则转移光罩106上未透光区的图案。其中于曝光工艺108中所使用的光罩106为明光罩，曝光光源例如是选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
接着，请参照图1B，经由显影工艺将光阻层104中的曝光区104a移除，以使未曝光区104b形成图案化光阻层110。其中于此处所进行的显影工艺，并未包括进行软烤、固化等步骤。此处不进行显影后软烤、固化的原因在于经由软烤、固化后，光阻将失去分解的能力，而无法继续进行本发明形成光阻图案的方法。
接着，请参照图1C，对图案化光阻层110直接进行曝光工艺112，以使部份的图案化光阻层110由表面向内部均匀曝光分解，并使图案化光阻层110形成图案化光阻层114以及曝光分解区116。其中曝光工艺112所使用的曝光光源例如是选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群，并且曝光工艺112所使用的曝光量小于曝光工艺108所使用的曝光量。
接着，请参照图1D，经由显影工艺将形成于图案化光阻层114上的曝光分解区116移除。此处所残留的图案化光阻层114的图案尺寸将小于图案化光阻层110的图案尺寸。
上述工艺中，仅需增加一道曝光工艺112，并通过对曝光工艺112的曝光能量做适当的控制，即能够使图案化光阻层110均匀的曝光分解，而形成较小的图案化光阻层114。并进而在待蚀刻层102中得到较小的线宽。
由于曝光工艺112不使用光罩，且对基底100进行全面性的照射，因此所有的图案化光阻层110呈等比例的缩小，所得的光阻图案能够保持原本的形状缩小，不会有光阻图案产生偏差或变形的疑虑。
第二实施例
图2A至图2C为本发明第二实施例形成光阻图案的步骤示意图。
首先，请参照图2A，首先提供基底200，在基底200中形成有组件结构(未标出)，在此基底200上已形成有待蚀刻材料层202，此待蚀刻材料层202例如为金属层、多晶硅层、氮化硅层或氧化硅层。并且在待蚀刻层202上形成有光阻层204，其中光阻层204的材质例如是正光阻。
请继续参照图2A，以光罩206对光阻层204进行曝光工艺208，以使光阻层204分为曝光区204a以及未曝光区204b。其中的曝光区204a经由光罩206的透光区照射光光线而分解，未曝光区204b则经由光罩206的不透光区的遮蔽而未受光线的照射。其中于曝光工艺208中所使用的光罩206例如是明光罩，曝光光源例如是选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
接着，请参照图2B，将光罩206移开，对光阻层204直接进行曝光工艺210，以使部份的未曝光区204b经曝光分解而形成曝光分解区212以及未曝光区204b’，并且且曝光区204a与曝光分解区212合起来形成新的曝光区204a’。因此，曝光工艺210所形成的曝光区204a’将会大于曝光工艺208所形成的曝光区204a，相对的，曝光工艺210所形成的未曝光区204b’将会小于曝光工艺208所形成的未曝光区204b。其中曝光工艺210所使用的曝光光源例如是选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群，并且曝光工艺210所使用的曝光量小于曝光工艺208所使用的曝光量。
接着，请参照图2C，经由显影工艺将光阻层204中曝光区204a’移除，并于待蚀刻材料层202上留下来曝光区204b’，未曝光区204b’经由显影后软烤、固化等步骤后，即形成线宽缩小的光阻图案。
同样的，通过对光阻层204进行曝光工艺210，并对曝光的能量做适当的控制，能够进一步缩小光阻图案的线宽。尚且，由于曝光工艺210对基底200进行全面性的照射，因此所有的图案化光阻层110呈等比例的缩小，同样不会使光阻图案产生偏差或变形。
第三实施例
图3A至图3C为本发明第三实施例形成光阻图案的流程示意图。
首先，请参照图3A，首先提供基底300，在基底300中形成有组件结构(未标出)，在此基底300上已形成有待蚀刻材料层302，此待蚀刻材料层302例如为金属层、多晶硅层、氮化硅层或氧化硅层。并且在待蚀刻层302上形成有光阻层304，其中光阻层304的材质例如是负光阻。
请继续参照图3A，以光罩306对光阻层304进行曝光工艺308，以使光阻层304分为曝光区304a以及未曝光区304b。其中的曝光区304a经由光罩306的透光区照射光光线而产生链接，未曝光区304b则经由光罩306的不透光区的遮蔽而未受光线的照射。其中于曝光工艺308中所使用的光罩306例如是暗光罩，曝光光源例如是选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
接着，请参照图3B，将光罩306移开，对光阻层304直接进行曝光工艺310，以使部份的未曝光区304b经曝光链接而形成曝光链接区312以及未曝光区304b’，并且且曝光区304a与曝光链接区312合起来形成新的曝光区304a’。因此，曝光工艺310所形成的曝光区304a’将会大于曝光工艺308所形成的曝光区304a，相对的，曝光工艺310所形成的未曝光区304b’将会小于曝光工艺308所形成的未曝光区304b。其中曝光工艺310所使用的曝光光源例如是选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群，并且曝光工艺310所使用的曝光量小于曝光工艺308所使用的曝光量。
接着，请参照图3C，经由显影工艺将光阻层304中未曝光区304b’移除，并于待蚀刻层302上留下曝光区304a’。曝光区304b’经由显影后软烤、固化等步骤后，此处得到线宽加大，也即是线距缩小的光阻图案。
在第三实施例中，由于所使用的光阻为负光阻，因此对光阻层304进行曝光工艺310后，能够进一步的加大的光阻图案的线宽，并通过光阻图案的线宽加大以缩小光阻图案的间距。因此，通过本发明第三实施例的方法能够在待蚀刻材料层302中形成更小的开口或是沟渠。
由于曝光工艺310对基底300进行全面性的照射，因此所有的图案化光阻层310呈等比例的放大，同样的不会使光阻图案产生偏差或变形。
请参照图4A至图4D，图4A至图4D所示为正光阻经显影后检视的电子式扫描显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)照相图，其中图4A所显示为只有经由第一道曝光工艺(使用光罩)的光阻层SEM图，第4B至4D图所示为经由本发明的第二道曝光工艺的光阻层SEM图，其中第二道曝光量的大小依次为图4B＜图4C＜图4D。由图4A至图4D所显示的结果可以得知，图4A未经第二道曝光工艺的光阻层的线宽最大，为165.4nm。并且，随着曝光量的增加，光阻层的线宽也随之缩小，由图4B至图4D的线宽依次为139.4nm、114.1nm、88.5nm。
请参照图5A至图5D，图5A至图5D所示为负光阻经显影后检视的SEM图，其中图5A所显示为只有经由第一道曝光工艺(使用光罩)的光阻层SEM图，第5B至5D图所示为经由本发明的第二道曝光工艺的光阻层SEM图，其中第二道曝光量的大小依次为图5B＜图5C＜图5D。由图5A至图5D所显示的结果，图5A未经第二道曝光工艺的光阻层的线宽/线距为220nm/180nm。随着曝光量的增加，光阻层的线宽随之增加，相对的光阻层的线距随之缩小，由图5B至图5D的线宽/线距依次为275nm/125nm、317nm/84nm、335nm/65nm。
综上所述，本发明的重要特征是，对正光阻层不使用光罩直接进行第二道的曝光工艺，并通过第二道微影工艺，以使第一道微影工艺所形成的未曝光区的一部份照光分解，因此能够得到具有更小线宽的光阻图案。
而且，本发明对负光阻层不使用光罩直接进行第二道的曝光工艺，并通过第二道微影工艺，以使第一道微影工艺所形成的未曝光区的一部份照光链接，而能够得到具有更大线宽光阻图案，也即是得到具有更小间距的光阻图案。
此外，由于第二道曝光工艺为不使用光罩，且直接对基底进行全面性的照射，因此所有的光阻图案皆呈等比例的缩小或放大，所得的光阻图案能够保持原本的配列缩小或是放大，不会有光阻图案产生偏差或变形的疑虑。
由于本发明的形成光阻图案的方法不须使用任何的分辨率增强技术，也不须更换具有更小波长的光源，因此不仅工艺较为简单，也有利于降低工艺的生产成本。
Claims (25)
1.一种形成光阻图案的方法，其特征是，该方法包括下列步骤：
提供一基底；
在该基底上形成一光阻层；
使用一光罩来进行一第一曝光工艺，以使该光阻层形成一第一曝光区与一第一未曝光区；
直接对该光阻层进行一第二曝光工艺，以使该第一未曝光区内形成一第二曝光区；以及
进行一显影工艺，以形成图案化的该光阻层。
2.如权利要求1所述的形成光阻图案的方法，其特征是，该光阻层包括正光阻。
3.如权利要求2所述的形成光阻图案的方法，其特征是，该显影工艺包括移除该第一曝光区以及该第二曝光区以形成图案化的该光阻层。
4.如权利要求1所述的形成光阻图案的方法，其特征是，该光阻层包括负光阻。
5.如权利要求4所述的形成光阻图案的方法，其特征是，该显影工艺包括移除未曝光的该光阻层，以使该第一曝光区以及该第二曝光区形成图案化的该光阻层。
6.如权利要求1所述的形成光阻图案的方法，其特征是，该第一曝光工艺的光源为选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
7.如权利要求1所述的形成光阻图案的方法，其特征是，该第二曝光工艺的光源为选自氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
8.如权利要求1所述的形成光阻图案的方法，其特征是，该第二曝光工艺的曝光量小于该第一曝光工艺的曝光量。
9.如权利要求1所述的形成光阻图案的方法，其特征是，该方法还包括于该基底上形成一待蚀刻材料层，再于该待蚀刻材料层形成该光阻层。
10.一种缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，该方法包括下列步骤：
提供一基底；
在该基底形成一光阻层；
对该光阻层进行一第一曝光工艺；
使用一光罩来进行一第一显影工艺，以形成一第一图案化光阻层；
直接对该第一图案化光阻层进行一第二曝光工艺，以使部分该第一图案化光阻层曝光分解，形成一曝光分解层；以及
进行一第二显影工艺，以去除该曝光分解层以形成一第二图案化光阻层，其中该第二图案化光阻层的图案尺寸小于该第一图案化光阻层的图案尺寸。
11.如权利要求10所述的缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，该光阻层包括正光阻。
12.如权利要求10所述的缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，该第一曝光工艺的光源为选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
13.如权利要求10所述的缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，该第二曝光工艺的光源为选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
14.如权利要求10所述的缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，该第二曝光工艺的曝光量小于该第一曝光工艺的曝光量。
15.如权利要求10所述的缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，该方法还包括于该基底上形成一待蚀刻材料层，再于该待蚀刻材料层形成该光阻层。
16.一种缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，该方法包括下列步骤：
提供一基底；
在该基底上形成一正光阻层；
使用一光罩来进行一第一曝光工艺，以使该正光阻层形成一第一曝光区与一第一未曝光区；
直接对该正光阻层进行一第二曝光工艺，以使该第一未曝光区形成一第二曝光区以及一第二未曝光区，该第二未曝光区小于该第一未曝光区；以及
进行一显影工艺，以移除该第一曝光区以及该第二曝光区，以使该第二未曝光区形成光阻图案。
17.如权利要求16所述的缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，该第一曝光工艺的光源为选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
18.如权利要求16所述的缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，该第二曝光工艺的光源为选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
19.如权利要求16所述的缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，该第二曝光工艺的曝光量小于该第一曝光工艺的曝光量。
20.如权利要求16所述的缩小光阻图案线宽的方法，其特征是，包括于该基底上形成一待蚀刻材料层，再于该待蚀刻材料层形成该正光阻层。
21.一种缩小光阻图案间距的方法，其特征是，该方法包括下列步骤：
提供一基底；
在该基底上形成一负光阻层；
使用一光罩来进行一第一曝光工艺，以使该负光阻层形成一第一曝光区与一第一未曝光区；
直接对该负光阻层进行一第二曝光工艺，以使该第一未曝光区内形成一第二曝光区以及一第二未曝光区，其中该第二未曝光区小于该第一未曝光区；以及
进行一显影工艺，以移除该第二未曝光区，以使该第一曝光区以及该第二曝光区形成光阻图案。
22.如权利要求21所述的缩小光阻图案间距的方法，其特征是，该第一曝光工艺的光源为选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
23.如权利要求21所述的缩小光阻图案间距的方法，其特征是，该第二曝光工艺的光源为选自i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光所组成的族群。
24.如权利要求21所述的缩小光阻图案间距的方法，其特征是，该第二曝光工艺的曝光量小于该第一曝光工艺的曝光量。
25.如权利要求21所述的缩小光阻图案间距的方法，其特征是，包括于该基底上形成一待蚀刻材料层，再于该待蚀刻材料层形成该负光阻层。
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Granted publication date: 20060823 Termination date: 20191122 |
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