TW538451B - Lithographic template and method of formation and use - Google Patents

Description

五、發明説明（1 ) 本發明係關於半導體裝置、微電子裝置、微電子 置、微流體裝置，特別係關於微影樣板、微影樣板之成形 万法及具有微影樣板的半導體裝置之成形方法。 / 登明背景 積極電路的製造涉及產生若干材料層，其以某種方式互 相作用。這些層之一或更多可以圖案化，以致於層的各區 域具有不同的電特徵’其可以在層或其他層中互聯，以產 生電子部件與電路。這些區域可以藉由選擇性引入或移除 各種材料而產生。界定此區域的圖案通常由微影過程產生 、。例如，一層光阻材料施加至一在晶圓基材上方之層上。 光罩幕（含有清晰及不透明的區域）用於藉由一種輻射，諸 如紫外光、電子或乂光，選擇性暴露此光阻材料。暴露於 2射的光阻材料或未暴露於輻射的光阻材料係藉由施加顯 〜劑而移除。然後，蝕刻可以施加至未由剩餘的抗蝕劑保 濩的層，且當移除抗蝕劑時，基材上方的層圖案化。 上述微影過程典型上用於將圖案自一光罩幕轉印至一裝 置田半導體裝置上的特性尺寸減少至次微米範圍的時候 而要新的微影過程或技術，以將高密度半導體裝置圖案 化。已經建議若干新的微影技術，其可達到此需求，且係 基於壓印及沖壓。特別地，步進及閃光壓印微影（SFIL)已 顯示成為能夠將小至60毫微米的線圖案化。 步進及閃光壓印微影樣板典型上藉由施加一層鉻（8〇_ 1〇〇耄微米厚）至一透明石英板上而製造。一抗蝕層施加至 -5 - 本紙張尺度適财S Η家標準(CNS)⑽顧㈣χ挪公爱) 538451 A7 B7 五、發明説明（2 ) 鉻，且使用電子束或光學暴露系統圖案化。然後，抗蝕劑 放在顯影劑上’以在鉻層上形成圖案。抗蝕劑充當罩幕， 以蝕刻鉻層。然後，鉻充當硬罩幕，用於蝕刻石英板。最 後，移除鉻，藉以形成石英樣板，其在石英中含有浮雕影 像。 總步進及閃光壓印微影技術得利於它們唯獨使用光 化學、使用周圍溫度及所需的低壓，以執行步進及閃光壓 印微影過程。在典型的步進及閃光壓印微影過程，使一基 材塗有機平面化層，且緊鄰於一透明的步進及閃光壓印微 影樣板’其典型上由含有浮雕影像且塗佈低表面能量材料 的石英組成。一對紫外光或深紫外光敏感的可光固化的有 機溶液澱積於樣板及所塗佈的基材之間。使用最小的壓力 ’使樣板接觸基材，特別是可光固化的有機層。其次，藉 由照射通過樣板，有機層在室溫固化或交叉鏈接。光源典 型上使用紫外光輻射。某一範圍的波長（15〇毫微米_5〇〇毫 微米）係可行的’然而，係依樣板的透射性及可光固化的 有機物的光敏感性而定。其次，樣板與基材及有機層分離 ，在平面化層上留下樣板浮雕的有機複製物。然後，將此 圖案以短的鹵素斷缺蝕刻，接著係氧反應離子蝕刻（rie) ，以在有機層及平面化層中形成高解析度、高展弦比的特 性。 必須注意微影罩幕及微影樣板之間的差異。微影罩幕係 當作模板’以將光的空中影像施加至光阻材料中。微影樣 板具有一蝕刻至它的表面中的浮雕影像，產生一模型或轉 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 538451 A7 B7 五、發明説明（3 模。當光可固化的液體流入浮雕影像而後固化時，界定一 圖案。所以，罩幕及樣板所需要的屬性相當不同。 步進及閃光壓印微影技術已經展示將特性分解至小到60 亳微米。如此一來，可以在單一晶圓上獲得各種特性尺寸 °然而，上述步進及閃光壓印微影樣板製造方法存在若干 問題。特別地，當只使用一鉻硬罩幕時，石英樣板的均勻 姓刻存在著問題。應注意，樣板上的蝕刻深度最終決定晶 圓上之光固化抗蝕層的厚度，結果，係非常重要。更特別 地，關於以蝕刻均勻性表示的小特性（<2〇〇毫微米）之微負 載效應存在著問題。眾人皆知，蝕刻小（<2〇〇毫微米）特性 時比大特性更慢，導致在樣板上的重要尺寸及蝕刻深度二 者之不均勻性。由於蝕刻期間的微負載效應，小特性既不 完全蝕刻，且不如大特性深。更特別地，小於2〇〇毫微米 之線的蝕刻深度淺於大特性者。此導致一抗蝕劑影像，其 自大至小特性的厚度係不均勻的。因此，產生三特定負面 結果：（1)不良的線寬度控制；（ii)不均勻的蝕刻深度（導致 不良的抗蝕劑厚度均勻性）；及圓化的抗蝕劑輪廓。 此外’在樣板的電子束寫入及製造以後的樣板檢驗存在 著問題。特別地，必須存在一導電層，以避免在電子束曝 光期間的電荷堆積。此外，由於樣板係由單一材料組成， 故不易達成可檢驗性。典型的檢驗系統使用光（紫外光或 深紫外光）或電子，以決定特性尺寸，及偵測樣板上之不 欲的缺陷。基於光的系統需要在樣板的圖案化與非圖案化 區之間的不同反射率或折射率，以提供良好的影像對比。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝 訂

538451 A7 B7 五、發明説明（4 同樣地，基於電子的系統需要在樣板的圖案化與#圖案化 區之間的不同原子數。為了克服此問題，具有不同的光學 性質或不同的原子數之複數材料允許檢驗，其係次於1 00 毫微米的特性所需者。 因此，有利的是針對重要的尺寸與蝕刻深度二者，改良 微影印刷使用的樣板之蝕刻均勻性。此外，有利的是提供 一樣板，其中可以達成次微米結構的檢驗。 本發明之一目的係提供一種改良的微影樣板，一種改良 的微影樣板之製造方法，及一種具有改良的微影樣板之半 導體裝置之製造方法，其中針對重要的尺寸與蝕刻深度二 者，改良樣板之蝕刻均勻性。 本發明之另一目的係提供一種改良的微影樣板，一種改 良的微影樣板之製造方法，及一種具有改良的微影樣板之 半導體裝置之製造方法，其中達成次微米結構檢驗的改良。 發明概述 本發明係關於半導體裝置、微電子裝置、微電子機械裝 置、微流體裝置，特別係關於微影樣板、微影樣板之成形 方法及具有微影樣板的裝置之成形方法。所揭示者係一微 影樣板，其包含一基材、一蝕刻停止層及一圖案層。微影 樣板的成形係藉由提供一透明基材、在基材上成形一蝕刻 停止層、在蝕刻停止層上成形一圖案層、在圖案層上成形 一圖案化抗蝕層、蝕刻圖案層以暴露部分的蝕刻停止層及 移除圖案化抗蝕層，以暴露蝕刻的圖案層，於是界定一微 影樣板。此外，所揭示者係一種具有所提供之微影樣板的 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

裝

線 538451 A7 B7 五、發明説明（5 裝置之製造方法，包含的步驟係提供一基材，以可光固化 的液體塗佈基材，提供前述微影樣板，將微影樣板安置成 為接觸於可光固化的液體，施加壓力至樣板以致於一圖案 產生於可光固化的液體中，使輻射透射通過微影樣板，以 暴露基材上之至少一部分可光固化的材料，藉以進一步影 響可光固化的液體中的圖案’及自基材移除樣板。 圖式簡單說明 從較佳實施例的下列詳細說明，配合圖，專精於此技藝 的人易於明白本發明之前述與其他及更特定目的與優點， 圖中： 圖1 -7以剖視圖繪示過程步驟，用於製造依據本發明的 微影樣板；及 圖8係製造具有依據本發明的微影樣板之半導體裝置的 簡化過程流程圖。 可以明白，為了簡化及清楚繪示起見，繪示於圖中的元 件不一定照比例畫。例如，為了清楚起見，某些元件的尺 寸相對於其他元件而誇大。此外，在認為適當之處，圖中 的參考號碼已重複，以指示對應或類似的元件。 較佳實施例說明 本發明係關於針對重要的尺寸與蝕刻深度二者，改良樣 板的蝕刻均勻性，及關於樣板之改良的檢驗性質。所建議 者係，雙層材料澱積於一基材表面上，藉以成形包含這些 改良的微影樣板。參考圖丨-7，以剖視圖繪示的係複數過 心步驟，用於製造依據本發明的微影樣板。特別參考圖1 -9 -

297公釐） 538451

此外，蝕刻停止層16必須具有足夠的強度，以在與具有完 成的微影樣板之半導體裝置製造期間的樣板製造及後續處 理有關的應力下存活。所以，蝕刻停止層16大體上揭示成 為厚度係在1-1000亳微米的範圍中，較佳的厚度係至少5 耄微米。蝕刻停止層16具有一在基材12表面14上的表面“ ，係藉由旋轉塗佈、噴濺、蒸氣澱積或類似者而成形。 現在參考圖3,所繪示者係基材12，其上有蝕刻停止層16 。在蝕刻停止層16的表面18上額外成形一圖案層2〇。圖案 層20揭示成為由一不透明或透明材料及包括蝕刻停止層^ 的材料成形，依總體設計目的而定。更特別地，所揭示者 係，所使用之特定型式的材料將與所得的過程步驟有關， 其係完成樣板10的製造必須進行的步驟。圖案層2〇大體上 揭示成為由一材料成形，其反射率（或折射率）或原子數與 用於蝕刻钕止層16的材料不同。原子數之不同可提供改良 的可檢驗性，如目前所述。揭示成為適用於製造圖案層 的透明材料係二氧化矽（Si〇2)、氮化矽（SiN)、矽氧氮化物 (SiON)、銦錫氧化物（IT〇)或類似者。揭示成為適用於製 造圖案層20的不透明材料係鎢（w)、矽化鎢（WSi)、鎢矽氮 化物（WSiN)、鎢合金、姮（Ta)、矽化鈕（TaSi)、鈕矽氮化 物（TaSiN)叙合金、歛（丁丨）、鈥合金、鉬、梦化鉬 、鉬合金、金（Au)、鉻（Cr)或類似者。應注意，某些圖案 層可能不需要蝕刻停止層，原因在於基材本身足以當作蝕 刻停止材料。圖案層2〇可以用於輔助電子束寫入期間的電 何消耗。此外，由於複數層中使用的各種材料，圖案層20 -11 -

538451 A7 _______B7 五、發明説明（9 ) 。最後，移除抗蝕層24，以完成樣板10。在蝕刻停止層16 由不透明材料成形的狀況，必須進行蝕刻停止層16暴露部 分25之移除，以允許輻射接著通過彼。以此方式製造樣板 10俾使包含一不透明的蝕刻停止層16及圖案層20使得不需 要的餘留光聚合物減至最小，增加可檢驗性、與目前樣板 修理技術的相容性、對於有害的清潔之抗力、用於所欲的 圖案轉印屬性之無定形/低表面粗度材料、及改良由於改 變的材料層所致的樣板對比。 圖7以剖視圖繪示一完成的微影樣板1〇，其包含具有表 面14的基材12、在基材12表面14上方的蝕刻停止層16(蝕 刻停止層16具有一表面18)及在蝕刻停止層16表面18上方 的圖案層20。在完成的時候，樣板1〇界定一浮雕影像26於 其内。 顯示於圖8者係一過程流程圖，其中一大體上類似於圖 1-7的樣板10且依據本發明而製造的微影樣板係用於製造 半導體裝置30。起初，提供一半導體基材32。然後，半導 體基材塗佈34輻射敏感的材料，諸如可光固化的有機層或 光阻層。半導體基材可以具有遮蓋裝置或裝置層，諸如聚 矽、氧化物、金屬等，及溝渠與擴散區域或類似者。微影 樣板依據圖1-7的說明而製造36。然後，塗有輻射敏感材 料層之半導體基材安置在微影樣板附近38。輕微的壓力施 加40至樣板，以致於輻射敏感材料層流入樣板上的浮雕影 像。然後，輻射透射42通過微影樣板，包含基材、蝕刻停 止層及圖案層（於圖案層係透明的狀況），且成像於塗有輻 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公黄）

Claims (1)

1. 一徑微影樣板之成形方法，包括下物： 提供一透明基材，基材具有一表面； 在基材上成形一圖案層； 在圖案層表面上成形一圖案化抗蝕層； 姓刻圖案層，以界定一餘刻的圖案層；及 移除圖案化抗蝕層。 2·如申請專利範圍第1項 固币i負您铽衫樣板又成形方法，並 透步二係進—步提供石英材料、聚碳酸醋材半 3. 如申請專利範圍第i項之微影樣板之成形方法 又產 含在基材與圖案層的表面之間成形1刻停止層的步馬 〇 4. 如申請專利範圍第3項之微影樣板之成形方法，其中成开 一蚀刻停止層的步驟係進一步成 料之-的蚀刻停止層。^成开/不透明材料或透明木 5. 如申請專利範圍第4項之微影樣板之成形方法成天 一不透明材料之蝕刻停止層的步 、 的姓刻停止層。 ”露係進-步成形絡 6. 如申請專利範圍第4項之微影樣板之成形方法，其中成开 一透明材料之姓刻停止層的步辨 ^ , ^ J艾驟係進一步成形氧化名 ⑹二氧化華x〇y)、氮化鋁⑷4)、氮化络（⑽ 、銦錫氧化物（ΓΓΟ)及氧化銦（Inx〇y)至少之一的蚀刻停』 層0 538451 申請專利範圍 7. ^請專利範圍第石項之微影樣板之成 靶圍係0.1-1.0，而y的範圍係o.i-i 〇。 /、X ’ 8. 如申請專利範圍第i項之微影樣板 :=步驟…步成形一二^ Γ^ΛΤΛ"： w) ^ T ^ ^" /风心鎢（W)、矽化鎢（wsi) 、鶴梦氮化物（WSiN)、麵（Ta)、-合金、鶴合金、金（Au) 、路⑼、石夕化M(Tasi)、鈇（Ti)、敘合金、细（M0)、石夕 銘（M〇SlH目合金、或一氮化物（TaS叫之一的圖案 層。 10.如申請專利範園第8項之微影樣板之成形方法，其中成形 透明材料的圖案層係進一步成形二氧化梦（si02)、氮化 夕（SiN)、銦知氧化物（IT〇)、或矽氧氮化物（si〇N)之一 的圖案層。 U· —種微影樣板，包括·· 一具有一表面的基材； 在基材上的圖案層，圖案層在其内已界定一浮雕影像。 12·如申凊專利範圍第11項之微影樣板，其中透明基材進一 步係石英材料、聚碳酸酯材料、氟化鈣（caF2)材料、氟 化鎂（MgF2)材料、或耐熱玻璃材料之一。 13·如申請專利範圍第n項之微影樣板，其中又包含一成形 在基材表面上的蝕刻停止層，蝕刻停止層係成形在基材 與圖案層之間。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) C8 " 一 ___D8 .申請Gii 14·如申請專利範圍第1 3項之微影樣板，其中蝕刻停止層係 不透明材料或透明材料之一。 15’如申請專利範圍第1 4項之微影樣板，其中不透明的蝕刻 停止層係鉻（Cr)。 16.如申請專利範圍第14項之微影樣板，其中透明的蝕刻停 止層係氧化鉻（CrxOy)、氧化鋁（Alx〇y)、氮化鋁（AlxNy) 、氮化鉻（CrxNy)、銦錫氧化物（IT〇）及氧化銦（Inx〇y)至少 之一。 H·如申請專利範圍第16項之微影樣板，其中x的範圍係 〇·1-1·〇，而 y的範圍係 0.1-1.0。 18·如申請專利範圍第丨丨項之微影樣板，其中圖案層係不透 明材料或透明材料之一。 19·如申請專利範圍第丨8項之微影樣板，其中不透明的圖案 層係鎢（W)、石夕化鶴（WSi)、鎢碎氮化物（WSiN)、la (Ta) 、备合金、鎢合金、金(Au)、鉻（Cr)、矽化鋰（TaSi)、鈦 (丁i)、鈦合金、鉬（Mo)、矽化鉬（MoSi)、鉬合金、或钽 矽氮化物（TaSiN)之一。 2〇·如申請專利範圍第丨8項之微影樣板，其中透明的圖案層 係一氧化碎（Si02)、氮化碎（SiN)、銦錫氧化物（ITO)、或 矽氧氮化物（SiON)之一。 21·—種半導體裝置之製造方法，包含下列步驟： 提供一基材； 以輻射敏感材料層塗佈於基材； 製造一微影樣板；其中微影樣板包括： 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 538451 申請專利範圍 —具有一表面的基材；及 7成形在基材上的圖案層，樣板界定一浮雕影像； 、、彳政〜樣板士置成為接觸於輻射敏感材料層，輻射敏 感材料層係在樣板與基材之間； 、心她加壓力至樣&，以致於轉射敏感材料流人樣板上的 浮雕影像； 使輻射透射通過微影樣板’以暴露基材上之至少一部 #㈣㈣科層’藉以進—步影響㈣敏感材料 的圖案，及 自基材移除樣板。 22. 如申請專利範圍第21項之半導體裝置之製造方法，盆中 製造微影樣板的又步驟包含在基材表面上方成形一蚀刻 停止層的步驟，姓刻停止層係成形在樣板與圖案層之間 23. 如中請專利範圍第21項之半導體裝置之製造方法，立中 使輻射透射通過微影樣板的步驟係進一步使紫外光透射 通過微影樣板。 24. 如申請專利範圍第21項之半導體裝置之製造方法，其中 使輻射透射通過微影樣板的步驟作推 ^ ^ Τ係進一步使深紫外光透 射通過微影樣板。 25. 如申請專利範圍第21項之半導體裝置之製造方法，其中 輕射敏感材料層係進一步以可光固化的材料層塗佈於基 材。 26·如申請專利範圍第2 1項之半導體裝置之製造方去其中 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐） A B c D 538451 六、申請專利範圍 裝置係半導體裝置、微電子裝置、微電子機械裝置或微 流體裝置之一。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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   第091102004號專利申請案 中文圖式替換頁(92年2月）

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   圖7 20