TW569303B - Lithographic template and method of formation and use - Google Patents

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Description

569303 A7 _ B7 五、發明説明（1 ^^ 本申請案已於2001年3月28日在美國以專利申請案 09/819388號提出申請。 發明範蜂 本發明係有關於一種半導體裝置、微電子裝置、微機電 裝置、微流體裝置，更特別有關於一種微影餘刻模板、一 種用於形成此微影蝕刻模板之方法以及一種藉由該微影蝕 刻模板形成這些裝置之方法。 發明背景 積體電路製造係包含生成以某方式相互作用之數層的材 料，這些層中的一或多層係可能具有圖案以使得層的各區 具有不同的電性特徵，這些電性特徵可能與該層或其他層 互相連接以生成電組件及電路，可由選擇性導入或移除各 種材料藉以生成這些區，時常藉由微影蝕刻方法來生成用 於界定這些區之圖案。譬如將一層的光阻材料施加至一晶 圓基材上所鋪覆之一層，藉由一種形式的輻射（諸如紫外線 、電子或X射線）利用一光罩（包含無色與不透明區域）來選擇 性曝光此光阻材料，藉由施加一種顯影劑來移除暴露於輻 射、或未暴露於輻射之光阻材料。然後可能將一蝕刻施加 至未受剩餘光阻所保護之此層，並在光阻移除時令鋪覆於 基材上之層形成圖案。 通常利用譬如上述的微影蝕刻方法自一光罩將圖案轉移 至一裝置上，因為半導體裝置的特性尺寸係減小至次微米 範圍，故需要新的微影蝕刻方法或技術以使得高密度半導 體裝置形成圖案。已經提出可達成此需求並根據壓印與沖 本紙張尺度適财s s A4規格(21GX 297公爱)---- 569303
壓（imprinting and stamping)之數種新的微影蝕刻技術。尤 其已經顯示，一種步進快閃式壓印微影蝕刻（SFIL^s能夠形 成小達60毫微来線寬的圖案。 通常將一層80至1〇〇毫微米厚的鉻施加至一透明石英板上 藉以製成SFIL模板，將一光阻層施加至鉻並利用一電子束 或曝光系統來形成圖案，然後將光阻放置在一顯影劑中以 在鉻層上形成圖案，利用光阻作為一光罩來蝕刻鉻層，然 後使用絡對於石英板的蝕刻作為一硬光罩，最後將鉻移除 ，藉以形成一種在石英中包含浮雕影像之石英模板。 整體來看，SFIL技術係因為特別使用光化學性質、環境 溫度處理、及進行SFIL程序所需要的低接觸壓力而獲益。 在一種典型的SFIL程序期間，一基材係塗覆有一有機性平 面化層並緊鄰一通常為石英製的透明SFIL模板，此SFIL模 板係包含一浮雕影像且塗覆有一低表面能量材料。一紫外 線或深紫外線敏感性光固化有機溶液係沉積在模板與經塗 覆的基材之間。利用最小壓力令模板接觸到基材，更特定 言之係接觸到光固化有機層。然後，藉由經過模板的光照 明使得有機層在室溫產生固化或交聯，光源通常使用紫外 線輻射’可能依據模板的透射性質以及光固化有機材料的 光敏感度而採用（150毫微米至500毫微米）的波長範圍，模板 隨後與基材及有機層分離而在平面化層上留下模板浮雕的 一有機複製物，此圖案以一短的鹵素突破（halogen breakthrough) 予 以蝕刻 、然後 進行一 種氧反 應性離 子蝕刻 （RIE) 以在有機層及平面化層中形成一高解析的高縱深比特性。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 訂
線 569303 五、發明説明（3 應該注意微影敍刻光罩與微影蝕刻模板之間的區別，微 影蝕刻光罩係作為一種將光的空間凝像（aerial image)賦予 光阻材料之模片，微影蝕刻模板係在表面上蝕刻有一浮 雕影像而生成一形式或模形。在SFIL期間，當光固化性液 體流入浮雕影像中且隨後固化時係界定出一圖案。在標準 壓印微影蝕刻期間，當出現在一基材材料的表面上之一種 材料回應於所施壓力而變形時，將界定一圖案。因此，光 罩及模板需要相當不同的屬性。 SFIL技術已證實可解析低達6〇毫微米的特性，因此，可 在單一晶圓上晝出眾多不同特性，但此種SFIL模板製造技 術仍存在某些問題。特定言之，此模板製造技術使用於既 有微影蝕刻裝置及分類機（handler)時將遭遇到問題，SF化 所用的典型模板製造係需要將標準6，，x6 ” x 25〇，，光罩或模板 材料切成1正方形，已熟知此切割程序將導致實際模製及 產品的大量污染。此外，此方法需要利用非標準設備進行 測試、處理、檢驗及修理，故提高了製程的費用及複雜度 。模板一旦形成之後則進行安裝，以大致如習知技藝的圖i 所示般地使用在一載體中。更具體言之，圖中顯示一模板 10係包括一圖案化部11 ,此圖案化部i丨安裝在一載體12中 ，其中載體12如箭頭14所示將一通常為壓縮力的力量施加 至模板的垂直外表，藉由此載體12及相對於一基材晶圓16 的力量14將模板1〇固持在位置中並用以達成spit。 如上述，此1 ”模板格式係無法使用標準光罩檢驗裝置及 在切割模板10之後清理此裝置，由於標準光罩裝置利用一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） -6 ·
種通常為3”至9”範圍(且在最常見實施例中為5，，至6，。的較 格式’所以造成此無法使料現象。模㈣邊通常為 形’但亦可使用-圓形或圓弧形格式，且可能在一 =之中或之上包含可供對準用之—平坦部、凹口或類似形 式。此外，由於具有不常用的i，，正方形格式，安裝模板1〇 所需要的特殊載體裝置12將因為安裝在載體裝置12内所需 要的壓縮力14*造成模板的圖案化部u中產生扭曲。因此 ，改良模板藉以使用在微影蝕刻方法中將是有利的方式， 其中將一模板製造成為可符合此產業所用的標準光罩裝 本發明之一目的係提供一種改良的微影蝕刻模板、一種 此改良的微影姓刻模板之製造方法、以及一種以此改良的 微影钱刻模板來製造裝置之方法，其中亦能夠使用當今出 現於.此領域中之標準處理及檢驗裝置。 本發明之另一目的係提供一種改良的微影蝕刻模板、一 種此改良的微影蝕刻模板之製造方法、以及一種以此改良 的微影蝕刻模板來製造裝置之方法，其中對於模板的改良 係提供更高的產出及成本效益。 發明概沭 本發明係有關於半導體裝置、微電子裝置、微機電裝置 、微流體裝置，更特定言之係有關於一種微影蝕刻模板、 一種此微影蝕刻模板之形成方法、以及一種以此微影蝕刻 模板來形成裝置之方法。揭露一種微影蝕刻模板，其包括 一平面性材料，此平面性材料已形成一模板基座的一部份 ’此模板基座在一最上表面中設有一浮離影像。藉由提供 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) 569303 A7 B7 五、發明説明 一基材來形成模板’基材具有一最上表面並在最上表面中 界定有一模板基座’其中在模板基座的一最上表面上形成 一蝕刻圖案。此外，揭露一種以所提供的微影蝕刻模板來 製造裝置之方法’此方法包括以下步驟：提供一基材，以一 可變形材料來塗覆此基材，提供如上述的一微影蝕刻模板 ，定位此微影蝕刻模板使其接觸可變形材料，施加壓力至 模板藉以在可變形材料中生成一圖案，將輻射選擇性傳送 通過微影餘刻模板以將基材上之至少一部份的可變形材料 予以曝光，因此進一步影響可變形材料中的圖案，以及從 基材移除模板。 圖式簡覃說明 熟悉此技藝者瞭解可由下文一項較佳實施例的詳細描述 及圖式而更清楚地瞭解本發明之上述、其他與更特定目的 及優點，其中： 圖1顯示一種利用此技藝習知的步進快閃式微影姓刻來形 成裝置之方法的簡化剖視圖； 圖2至4顯示根據本發明第一實施例用於製造一微影姓刻 模板之處理步驟的簡化剖視圖； 圖5至7顯示用於製造根據本發明第二實施例之一種微影 蝕刻模板之處理步驟的簡化剖視圖； 圖8至11顯示以根據本發明之一種微影钱刻模板來製造半 導體裝置之處理步驟的簡化剖視圖^ 可瞭解，為了簡單及清楚顯示之目的，圖示裝置未必依 照比例繪製，譬如，部份裝置相對於其他裝置係具有誇大 -8-
裝 訂
線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 569303
的尺寸以供清楚顯示，並且，若可·能，圖中已使用重覆的 編號來代表對應或類似的裝置》 較佳實施例的描述 本發明係有關於一種模板的改良，其能夠使用諸如清理 及檢驗裝置等已知的光罩處理裝置並且仍可使得一模板適 合採用標準的壓印微影蝕刻及SFIL在半導體裝置中產生圖 案。參照圖2至4，其中以簡化剖視圖顯示用於製造根據本 發明之一種微影蝕刻模板的第一實施例之複數個處理步驟 。更特別參照圖2 ’其中顯示根據本發明之一種微影钱刻模 板20的製造方法中之第一步驟，更具體言之係顯示具有一 表面23之基材22，揭露此基材22係由一種諸如石英材料、 聚碳酸酯材料、派瑞斯耐熱玻璃（pyrex)材料、藍寶石材料 、氟化鈣（CaF2)材料、氟化鎂（MgF2)材料或任何其他對光線 透明的材料等透明材料所製成。基材22係由一種透明材料 製成以讓光線通過’如圖2所不，基材22已形成為一模板基 座24的一部份。此特定實施例中，模板基座24係形成為基 材22的一整體部份，其中在製程期間將基材22蝕刻以形成 模板基座24、或者係在一模製步驟等期間製成此基材22。 如圖所示，此實施例中，模板基座24係藉由蝕刻或模製基 材22而與基材22—體成型，另外由此揭示可預期將模板基 座24形成為黏附至基材22的表面23之一分離的組件。 現在參照圖3’其中顯示基材22在最上表面23上界定模板 基座24,如圖所示，模板基座24係形成為從基材22的表面 23突起，模板基座已形成一最上表面25，如圖所示，模板 -9 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 569303 A7 B7 五、發明説明（7 ) 2〇已界定維度“X”、“y”及‘V’。維度“X”在圖中係界定了相距 基材22的表面23之模板基座24的高度；維度“y”在圖中係界 定基材22的厚度；維度“z”在圖中係界定模板基座24的整體 寬度尺寸並且此整體寬度尺寸係對應於在模板基座24的表 面25上所形成之圖案化區域或浮雕影像。亦揭露，維度“χ” 需為具有足夠尺十的深度藉以可在SFIL期間令與此產業現 今使用者相似之一載體裝置能夠抓住模板2〇。維度“y”需為 具有足夠尺寸的厚度藉以在SFIL程序期間確保模板20的剛 性。可預期維度“z”將依據在SFIL期間列印在一晶圓上所需 要的晶粒區域或圖案化區域而改變。 現在參照圖4，一浮雕影像或蝕刻圖案26係形成於模板基 座24的最上表面25上，利用熟知的圖案化技術來形成蝕刻 圖案26。一般而言，一層8〇至1〇〇毫微米厚的鉻係沉積在一 透明石英板上，一光阻層施加至絡並利用一電子束或曝光 系統來產生圖案，隨後光阻放置在一顯影劑中以在鉻層上 形成圖案，使用光阻作為一光罩來蝕刻鉻層，鉻則對於石 英板的餘刻作為一硬光罩。最後，將鉻移除，藉以形成一 種在石英中包含浮雕影像之石英模板。 現在參照圖5至7，其中以簡化剖視圖顯示用於製造根據 本發明之一種微影蝕刻模板的第二實施例之複數個處理步 驟，更特別參照圖5，其中顯示根據本發明之一種微影蝕刻 模板30的製造方法之第一步驟，更具體言之係顯示具有一 表面33之基材32。揭露此基材32係由一種諸如石英材料、 聚石反酸酯材料、派瑞斯耐熱玻璃材料、氟化鈣（CaF2)材料、
569303 五、發明説明（8 ) 氟化鎂（MgF2)材料或任何其他對光線透明的材料等透明材 料所製成。基材32係由一種透明材料製成以讓光線通過。 基材32已在一表面上形成一圖案化光阻層34，此特定實施 例中，圖案化光阻層34係如圖5所示形成於基材32的表面33 上。更具體言之，製造期間，圖案化光阻層34係形成於基 材表面的一具有圖案部份上，製造期間，埋設於圖案化光 阻層34底下之基材32部份係受到蝕刻，藉以如圖6所示在基 材32的一部份上界定一蝕刻圖案36。現在參照圖7 ,基材32 爻到蝕刻以界定一模板基座38，在模板基座38上形成一最 上表面3 9钱刻圖案或浮雕影像3 6。如上文參照圖3所描述 ，模板30具有類似的維度“x”、“y”、“z，，，故對於剛性等將 具有類似的尺寸特徵。 現在參照圖8至11，其中所顯示的處理步驟中係利用大致 類似於圖2至7的模板20或30等根據本發明製造的一種微影 蝕刻模板來製造一半導體裝置4〇,應瞭解雖然參照圖8至11 來描述一種半導體裝置的製造，但此揭示亦可望用以製造 微電子裝置、微機電裝置及微流體裝置。 起初，提供一種半導體基材44 ,半導體基材係塗覆有一 材料層50,此材料層5〇的特徵係為可回應於一所施加壓力 而變形，在使用標準壓印微影钱刻的情形中，材料層％大 致由此技藝熟知的任何標準光阻材料所製成。或者，如使 用SFIL技術的特定實施例所顯示，揭露此材料層％為一種 輻射敏感性材料，譬如光固化性有機層或一光阻層。半導 體基材44可具有鋪覆的一或多個裝置的層（諸如多晶矽、氧 569303 A7 —----------B7 五、發明説明~--—---- 化物、、金屬等），以及溝道及擴散區或類似物。係根據圖2 至4或圖5至7的描述來製造一種微影蝕刻模板42，如圖所示 ，微影蝕刻模板42中已經在一表中形成一蝕刻圖案或浮雕 圖案48,塗覆有輻射敏感性材料層5〇之半導體基材料隨後 係如圖9所示放置在微影蝕刻模板42鄰近處。如圖所示，模 板42藉由一載體裝置46固持在位置中，定位此載體裝置扑 使其抓住模板42的一外表47藉以在SFIL程序期間提供載體 裝置46的間隙。然後，如圖9所示，將一輕微壓力52施加至 模板42使得輻射敏感性材料層5〇流入模板42上的浮雕影像 48中，然後輻射53傳送通過微影钱刻模板42並成像在塗有 輻射敏感性材料層50之半導體基材44上以進一步在輻射敏 感性材料層50中界定及曝光一圖案。應瞭解，在追求標準 壓印微影蝕刻的情形中係免去輻射步驟，模板42隨後如圖 1〇所示從半導體裝置44移除，藉以留下一圖案化有機層52 ’此圖案化有機層52隨後作為可供後續處理之一影像層。 圖案化有機層52隨後可使用作為一光罩，藉以如圖1]L所示 連同離子植入一起形成半導體基材44中的植入區、或是可 連同習知的濕或乾蝕刻一起將一圖案54轉移至半導體基材 44中或鋪覆於半導體基材44上之裝置層（未圖示）中。在半導 體基材44產生圖案化54之後，移除圖案化有機層52，應瞭 解’在較佳實施例中雖然描述：根據本發明製造的模板係用 於製造半導體裝置，亦預期可使用大致類似於圖2至7的模 板20或30之一種模板來形成微電子裝置、微機電裝置及微 流體裝置。 L___-12 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 569303 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) 上文描述及包含的圖示係顯示本發明的許多相關優點， 特定言之’本發明提供一種模板設計的改良，藉以能夠與 標準微影姓刻操作及測試裝置一起使用。 因此’根據本發明顯然已經提供一種微影蝕刻模板以及 可完全符合上述需求與優點之一種該微影蝕刻模板之形成 及使用方法。雖然已經參照特定實施例來描述及顯示本發 明，本發明並不限於這些示範性實施例，熟悉此技藝者瞭 解可作出修改及變化而不脫離本發明之精神，因此，本發 明係涵蓋申請專利範圍的範疇内之所有此等變化及修改。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

  1. 569303 第091104700號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(92年7月） A8 B8 C8 D8 1. 一種微影蝕刻模板之形成方、土 4人、， ^風万法，包含以下步驟：提供一 基材’該基材具有一最上表而廿，曰 衣面並在該取上表面上界定一 模板基座’其中一雀虫刻圖索在游士、认—> t β 口茶係形成於该模板基座的一最 上表面上。 2·如申請專利範圍第W之微影蝕刻模板之形成方法，其 中該提供-基材之步驟的進一步特徵係在於提供一基材 ，該基材係為長方形、圓形、包含在_周邊表面上所形 成之-對準用平坦部之圓形、或包含在—周邊表面上所 形成之一餘準用凹口之圓形。 3.如申請專利範圍第β之微影姓刻模板之形成方法，其 •中該：供-基材之步驟具有一最上表面及在該最上表面 上界疋有-模板基座，其中一蝕刻圖案形成於該模板基 座的一最上表面上係包括以下步驟： I虫刻該基材以形成一模板基座； 形成一圖案化光阻層於該模板基座的最上表面上； 蝕刻該模板基座之最上表面，藉以界定一蝕刻圖案於該 模板基座的最上表面上；及 移除該圖案化光阻層。 4·如申請專利範圍第1項之微影蝕刻模板之形成方法，其 中違提供一基材之步驟具有一最上表面及在該最上表面 上界定有一模板基座，其中一蝕刻圖案形成於該模板基 座的一最上表面上係包括以下步驟： 提供一具有一表面之基材； 形成一圖案化光阻層於該基材的表面之一部份上； 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 569303 A8 B8 C8 ____D8 六、申請專利範圍 #刻埋設於該圖案化光阻層底下之該基材的部份，藉 以界定一蝕刻圖案於該基材的部份上； I虫刻ό亥基材以界定一模板基座，而在一最上表面上形 成該姓刻圖案。 5 · —種微影姓刻模板，包含： 一基材，其具有一表面；及 一模板基座，其形成於該基材的表面上並在一最上表 面中界定有一浮雕影像。 6.如申請專科範圍第5項之微影蝕刻模板，其中該透明的 基材之進一步特徵係為下列各物中的一者：石英材料、聚 石厌8文自θ材料、氟化辦（CaF2)材料、敦化鎮（MgF2)材料或 派瑞斯（pyrex)材料。 7· 一種用於製造半導體裝置之方法，包含以下步驟： 提供一基材； 藉由具有可回應一所施加壓力而變形的特徵之一材料 層來塗覆該基材； 製造一微影蝕刻模板，其中該微影蝕刻模板包含： 一基材，其具有一表面；及 模板基座’其形成於4基材的表面上並在一最上 表面中界定有一浮雕影像； 疋位该微影餘刻模板使其接觸該材料層，該材料芦4夺 介於該模板與該基材之間； 施加壓力至該模板’該材料層藉此變形成為該模板上 的浮雕圖案；及 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 569303 A8 B8 C8
    從該基材移除該模板。 8. 一種用於製造微電子裝置之方法，包含以下步驟： 提供一基材； 藉由具有可回應一所施加壓力而變形的特徵之一材料 層來塗覆該基材； 製造一微影蝕刻模板，其中該微影蝕刻模板包含： 一基材，其具有一表面；及 一模板基座，其形成於該基材的表面上並在一最上 表面中界定有一浮雕影像； 定位該微影蝕刻模板使其接觸該材料層，該材料層係 介於該模板與該基材之間； 施加壓力至該模板，該材料層藉此變形成為該模板上 的浮雕圖案；及 從該基材移除該模板。 9. 一種用於製造微機電裝置之方法，包含以下步驟： 提供一基材； 藉由具有可回應一所施加壓力而變形的特徵之一材料 層來塗覆該基材； 製造一微影蝕刻模板，其中該微影蝕刻模板包含： 一基材，其具有一表面；及 一模板基座，其形成於該基材的表面上並在一最上 表面中界定有一浮雕影像； 定位該微影蝕刻模板使其接觸該材料層，該材料層係 介於該模板與該基材之間； __-3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 569303 A8 B8 C8 _ _D8 六、申請專利範圍 ^ 施加壓力至該模板，該材料層藉此變形成為該模板上 的浮雕圖案；及 從該基材移除該模板。 1 〇 · —種用於製造微流體裝置之方法，包含以下步驟： 提供一基材； 藉由具有可回應一所施加壓力而變形的特徵之一材料 層來塗覆該基材； 製造一微影蝕刻模板，其中該微影蝕刻模板包含： 一基材，其具有一表面；及 一模板基座，其形成於該基材的表面上並在一最上 ‘ 表面中界定有一浮雕影像； 定位該微影蝕刻模板使其接觸該材料層，該材料層係 介於该模板與該基材之間； 施加壓力至該模板，該材料層藉此變形成為該模板上 的浮雕圖案；及 從該基材移除該模板。 11·如申請專利範圍第7、8、9或10項之方法，其中該材料 層係為一輻射敏感性材料層。 12.如申請專利範圍第丨丨項之方法，其中該輻射敏感性材料 層進步特徵為：该基材塗覆有一光固化性材料層。 U.如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包括以下步驟： 幸田射傳送通過該微影蝕刻模板以使該基材上的至少一部 份的輻射敏感性材料層曝光，藉以進一步影響輻射敏感 性材料層中之圖案。 〜 -4- X 297公釐） A4規格(210
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