TWI498669B - Ｘ射線光罩結構及其製備方法 - Google Patents

Description

X射線光罩結構及其製備方法

本揭露係關於一種X射線光罩結構及其製備方法，特別係關於一種具有高精密度及高剛性之X射線光罩結構及其製備方法。

為了形成微米/奈米元件之圖案，技術人員近來發展各種使用光束、電子束及X射線之微影技術。其中，X射線微影技術可提供較細小的高深寬比結構，因而受到較多關注。X射線微影系統之一個關鍵元件就是光罩，其包含一個對X射線透明之支撐基板及形成於其上方之X射線吸收圖案。一般而言，用於製備光罩之支撐基板的各式材料必須對X射線相對透明，以增加曝光對比。

上文之「先前技術」說明僅係提供背景技術，並未承認上文之「先前技術」說明揭示本揭露之標的，不構成本揭露之先前技術，且上文之「先前技術」之任何說明均不應作為本案之任一部分。

本揭露提供一種具有高精密度及高剛性之X射線光罩結構及其製備方法。

本揭露之X射線光罩結構的製備方法之一實施例，包含下列步驟：提供一支撐基板，具有一頂面及一底面；形成一頂層於該頂面及 一底層於該底面，該底層具有一開口；局部去除該開口曝露之該支撐基板以形成至少一薄部於該支撐基板中；以及形成複數個X射線吸收圖案於該至少一薄部上方之該頂層上。

本揭露之X射線光罩結構之一實施例，包含一支撐基板，其係一體成型且具有至少一薄部，該至少一薄部由一牆部環繞；一頂層，設置於該支撐基板之該至少一薄部上，其中該頂層及該至少一薄部形成一堆疊薄膜；以及複數個X射線吸收圖案，設置於該至少一薄部上方之該頂層上；其中該至少一薄部及該牆部提供機械支撐予該頂層，且該堆疊薄膜提供機械支撐予該複數個X射線吸收圖案。

在本揭露之實施例中，該至少一薄部及該牆部構成一個一體成型之支撐基板，其可提供機械支撐予該頂層；相對地，若在該頂層下方沒有該至少一薄部，僅由該牆部並無法提供充足之機械支撐予該頂層。因此，若無該至少一薄部，僅由該牆部支撐之該頂層將因殘留應力及成長缺陷而非當脆弱。換言之，本揭露之X射線光罩結構由於採用該至少一薄部及牆部構成之一體成型的支撐基板，因而具有高精密度及高剛性。

在本揭露之實施例中，一體成型之支撐基板的薄部可提供相當穩定的機械性質，且該頂層可提供優越的耐化學性及強化之機械性質；實際上，相較於單層薄膜，該頂層及該至少一薄部形成之堆疊薄膜的良率及剛性至少提升一個冪次(order)。此外，本揭露之X射線光罩結構藉由該堆疊薄膜提升機械支撐，容許該複數個X射線吸收圖案具有較大的厚度，其可進一步提升X射線微影系統之轉移圖案的精密度。

上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通 常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。

10‧‧‧X射線光罩結構

11‧‧‧支撐基板

13A‧‧‧底面

13B‧‧‧頂面

15A‧‧‧底層

15B‧‧‧頂層

17‧‧‧圖案化光阻層

19‧‧‧開口

21‧‧‧薄部

23‧‧‧凹部

25‧‧‧牆部

27‧‧‧堆疊薄膜

29‧‧‧種晶層

31‧‧‧圖案化光阻層

33‧‧‧孔洞

35‧‧‧X射線吸收圖案

60‧‧‧X射線光罩結構

100‧‧‧製備方法

101‧‧‧步驟

103‧‧‧步驟

105‧‧‧步驟

107‧‧‧步驟

藉由參照前述說明及下列圖式，本揭露之技術特徵及優點得以獲得完全瞭解。

圖1係本揭露之實施例的流程圖，例示具有高精密度及高剛性之射線光罩結構的製備方法；圖2至圖9係剖示圖，例示本揭露之實施例的製備流程，用以製備具有高精密度及高剛性之X射線光罩結構；以及圖10係剖示圖，例示本揭露之實施例的射線光罩結構。

為了使具有通常知識者能徹底地瞭解本發明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及結構。顯然地，本發明的實現並未限定於相關領域之具有通常知識者所熟習的特殊細節。另一方面，眾所周知的結構或步驟並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。本發明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他實施例中，且本發明的範圍不受限定，其以後附的申請專利範圍為準。

在下文中本揭露的實施例係配合所附圖式以闡述細節。說明書所提及的「實施例」、「此實施例」、「其他實施例」等等，意指包含在本發明之該實施例所述有關之特殊特性、構造、或特徵。說明書中各處出現之「在此實施例中」的片語，並不必然全部指相同的實施例。

本揭露係關於一種具有高精密度及高剛性之X射線光罩結構及其製備方法。下列記載詳細說明本揭露之實施步驟及結構以使本揭露得以被完整地瞭解。本揭露之實現並不限於具有特定知識之具有通常知識者。此外，習知之結構及步驟並未記載於下文，以免本揭露受到不必要之限制。本揭露之較佳實施例將於下文中描述，然而本揭露除了下文之外，亦可廣泛地實現於其它實施例中。本揭露之範圍不應限制於下文之記載，而應由申請專利範圍予以定義。

圖1係本揭露之實施例的流程圖，例示具有高精密度及高剛性之射線光罩結構的製備方法100。該製備方法100可由步驟101啟始以提供一支撐基板，其具有一頂面及一底面。該支撐基板之材料包含矽、玻璃、石英或其組合，但本揭露不限於上述材料。

在步驟103中，進行一沈積製程以形成一頂層於該頂面及一底層於該底面，其中該底層具有一開口。在本揭露之實施例中，化學氣相沈積製程係用以形成該頂層及該底層，且微影及蝕刻製程係用以形成該底層之開口。該頂層及該底層之材料包含鋇、鈦、矽、石墨、氮化物、氧化物、或碳化物，但本揭露不限於上述材料。

在步驟105中，局部去除該底層之開口曝露之該支撐基板以形成至少一薄部於該支撐基板中。在本揭露之實施例中，具有該開口之該底層係作為蝕刻製程之蝕刻遮罩，以形成該支撐基板之至少一薄部，其中蝕刻製程可為化學蝕刻、電漿蝕刻、雷射剝蝕、機械加工或其組合。

在本揭露之實施例中，局部去除該開口曝露之該支撐基板形成一堆疊薄膜，其包含該頂層及該至少一薄部，其中該至少一薄部之厚度介於0.01微米至100微米，且該頂層之厚度介於10奈米至10微米。

在本揭露之實施例中，局部去除該開口曝露之該支撐基板形成至少一凹部於該支撐基板之該底面，且該至少一凹部係由該支撐基板 之一牆部予以環繞，其中局部去除該開口曝露之該支撐基板形成該至少一凹部，其並未貫穿該支撐基板。在本揭露之實施例中，局部去除該開口曝露之該支撐基板形成該至少一薄部，其係由該支撐基板之該牆部環繞。

在步驟107中，形成複數個X射線吸收圖案於該至少一薄部上方之該頂層上。在本揭露之實施例中，形成該複數個X射線吸收圖案包含進行電鍍、機械加工、沈積、雷射剝蝕、印刷、或粒子束加工。該複數個X射線吸收圖案之材料包含金、鉑、鎢、鉿、鉛、鉭、或其組合，但本揭露不限於上述材料。

在本揭露之實施例中，形成該複數個X射線吸收圖案包含形成一種晶層於該頂層上；形成一光阻層，具有複數個設置於該至少一薄部上方之孔洞；以及形成複數個X射線吸收圖案於該至少一薄部上方之該複數個孔洞之中。

圖2至圖9係剖示圖，例示本揭露之實施例的製備流程，用以製備具有高精密度及高剛性之X射線光罩結構10。下文之製備流程代表製備方法100之一實施例。

參考圖2，在本揭露之實施例中，一支撐基板(矽基板)11經過研磨其頂面13B及底面13A，並於頂面13B及底面13A進行一清洗製程。之後，進行一沈積製程(例如，化學氣相沈積製程)以分別形成一頂層15B於頂面13B及一底層15A於底面13A。在本揭露之實施例中，頂層15B及底層15A係由氮化矽構成，具有厚度約0.5微米，且支撐基板11之左側及右側亦可由氮化矽予以包覆。

參考圖3，進行旋轉塗佈製程及微影製程以形成一圖案化光阻層17於底層15A；之後，進行蝕刻製程以局部去除未被圖案化光阻層17覆蓋之底層15A以形成一開口19於底層15A中，再將圖案化光阻層17予以去除，如圖4所示。在本揭露之實施例中，圖3及圖4之蝕刻製程 係乾蝕刻製程(例如，電漿蝕刻製程)，且底層15A之開口19曝露支撐基板11之一中央部。

參考圖5，進行另一蝕刻製程以局部去除底層15A之開口19曝露之支撐基板11以形成至少一凹部23於支撐基板11之底部，其中凹部23係由支撐基板11之一牆部25環繞。在本揭露之實施例中，圖5之蝕刻製程係一非等向性濕蝕刻製程，其使用氫氧化鉀溶液(1M,60℃)作為蝕刻液，底層15A係作為濕蝕刻製程之蝕刻遮罩。蝕刻液係予以攪拌且蝕刻速率予以謹慎調整/監控以形成至少一薄部21，且薄部21之厚度小於牆部25之厚度。

在本揭露之實施例中，局部去除支撐基板11形成之凹部23並未穿透支撐基板11，藉此形成薄部21，其係由支撐基板11之牆部25予以環繞。在本揭露之實施例中，局部去除支撐基板11形成一堆疊薄膜27，其包含頂層15B及薄部21，其中薄部之厚度約為3.0微米，頂層15B之厚度約為0.5微米。

參考圖6，在進行清洗及乾燥製程之後，藉由沈積製程(例如，濺鍍製程)形成一種晶層29於頂層15B上。在本揭露之實施例中，種晶層29係一金層，厚度約為50奈米。

參考圖7，進行旋轉塗佈製程及微影製程以形成一圖案化光阻層31於頂層15B上，其中圖案化光阻層31具有複數個設置於薄部21上方之孔洞33。

參考圖8，進行一電鍍製程以形成複數個X射線吸收圖案35於薄部21上方之孔洞33中。之後，圖案化光阻層31可選擇性地予以去除，如圖9所示。在本揭露之實施例中，未被X射線吸收圖案35覆蓋之種晶層29亦可選擇性地予以局部去除，以增加X射線之穿透而提供高曝光對比。

在本揭露之實施例中，X射線吸收圖案35之厚度約為4.0微米至 20.0微米之間。X射線吸收圖案35之材料包含金、鉑、鎢、鉿、鉛、鉭、或其組合，但本揭露不限於上述材料。

圖10係剖示圖，例示本揭露之實施例的射線光罩結構60。在本揭露之實施例中，底層15A可形成複數個開口19，而圖4所示之蝕刻製程可進行以從複數個開口19局部去除支撐基板11之複數個區域，形成複數個薄部21及複數個凹部23於支撐基板11之底部。之後，進行圖5至圖9所示之製程以形成複數組X射線吸收圖案35分別於複數個薄部21上方。在本揭露之實施例中，某一組X射線吸收圖案35的佈局可以不同於另一組X射線吸收圖案35的佈局。

在本揭露之實施例中，薄部21及牆部25構成一體成型之支撐基板11，其可提供機械支撐予頂層15B；相對地，若形成凹部23之蝕刻製程(圖5)貫穿支撐基板11，亦即在頂層15B下方沒有薄部21，僅由牆部25並無法提供充足之機械支撐予頂層15B。因此，若無薄部21，僅由牆部25支撐之頂層15B將因殘留應力及成長缺陷而非當脆弱。換言之，圖9之X射線光罩結構10或圖10之X射線光罩結構60由於採用薄部21及牆部25構成之一體成型支撐基板11，因而具有高精密度及高剛性。

在本揭露之實施例中，一體成型之支撐基板11的薄部21及頂層15B構成之堆疊薄膜27可提供相當穩定的機械性質予複數個X射線吸收圖案35；此外，一體成型之支撐基板11的薄部21可提供相當穩定的機械性質，且氮化矽構成之頂層15B可提供優越的耐化學性及強化之機械性質。實際上，相較於氮化矽構成之單層薄膜(若圖5形成凹部23之蝕刻製程貫穿支撐基板11，亦即在頂層15B下方沒有薄部21)，頂層15B及薄部21構成之堆疊薄膜27的良率及剛性至少提升一個冪次。

X射線微影系統使用高能量之同步X射線作為光源，其轉移圖案之精密度主要係取決於光罩的品質。由於幾乎所有的物質均會吸收X 射線，因此光罩薄膜應儘量選用輕原子材料(氮化矽、碳化矽、鈹等等)以減少厚度，且X射線吸收圖案則應儘量選用重原子材料(金、鎢、鉑等等)以增加厚度，而提供高曝光對比。本揭露之X射線光罩結構10藉由堆疊薄膜27提升機械支撐，容許複數個X射線吸收圖案35具有較大的厚度，其可進一步提升X射線微影系統之轉移圖案的精密度。本揭露之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，在不背離後附申請專利範圍所界定之本揭露精神和範圍內，本揭露之教示及揭示可作種種之替換及修飾。例如，上文揭示之許多製程可以不同之方法實施或以其它製程予以取代，或者採用上述二種方式之組合。

此外，本案之權利範圍並不侷限於上文揭示之特定實施例的製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，基於本揭露教示及揭示製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟，無論現在已存在或日後開發者，其與本案實施例揭示者係以實質相同的方式執行實質相同的功能，而達到實質相同的結果，亦可使用於本揭露。因此，以下之申請專利範圍係用以涵蓋用以此類製程、機台、製造、物質之成份、裝置、方法或步驟。

10‧‧‧X射線光罩結構

11‧‧‧支撐基板

15A‧‧‧底層

15B‧‧‧頂層

21‧‧‧薄部

23‧‧‧凹部

25‧‧‧牆部

29‧‧‧種晶層

35‧‧‧X射線吸收圖案

Claims (26)

1. 一種X射線光罩結構之製備方法，包含：提供一支撐基板，具有一頂面及一底面；形成一頂層於該頂面及一底層於該底面，該底層具有一開口；局部去除該開口曝露之該支撐基板以形成至少一薄部於該支撐基板中，其中該頂層及該至少一薄部形成一堆疊薄膜；以及形成複數個X射線吸收圖案於該至少一薄部上方之該頂層上。
2. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中局部去除該開口曝露之該支撐基板形成至少一凹部於該支撐基板之該底面，且該至少一凹部係由該支撐基板之一牆部環繞。
3. 如請求項2所述之X射線光罩結構之製備方法，其中局部去除該開口曝露之該支撐基板形成該至少一凹部，其未穿透該支撐基板。
4. 如請求項2所述之X射線光罩結構之製備方法，其中局部去除該開口曝露之該支撐基板形成該至少一薄部，其係由該支撐基板之該牆部環繞。
5. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中局部去除該開口曝露之該支撐基板包含進行化學蝕刻、電漿蝕刻、雷射剝蝕、機械加工或其組合。
6. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中該支撐基板包含矽、玻璃、石英或其組合。
7. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中該頂層包含鋇、鈦、矽、石墨、氮化物、氧化物、或碳化物。
8. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中該至少一薄 部之厚度介於0.01微米至100微米。
9. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中該頂層之厚度介於10奈米至10微米。
10. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中該複數個X射線吸收圖案包含金、鉑、鎢、鉿、鉛、鉭、或其組合。
11. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中形成該複數個X射線吸收圖案包含進行電鍍、機械加工、沈積、雷射剝蝕、印刷、或粒子束加工。
12. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中形成該複數個X射線吸收圖案包含形成一種晶層於該頂層上。
13. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中形成該複數個X射線吸收圖案包含形成一光阻層，具有複數個設置於該至少一薄部上方之孔洞，其中該複數個X射線吸收圖案係形成於該複數個孔洞之中。
14. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中局部去除該開口曝露之該支撐基板形成複數個薄部。
15. 如請求項1所述之X射線光罩結構之製備方法，其中局部去除該開口曝露之該支撐基板形成複數個凹部於該支撐基板之該底面，且該複數個凹部係由該支撐基板之一牆部環繞。
16. 一種X射線光罩結構，包含：一支撐基板，其係一體成型且具有至少一薄部，該至少一薄部由一牆部環繞；一頂層，設置於該支撐基板之該至少一薄部上，其中該頂層及該至少一薄部形成一堆疊薄膜；以及複數個X射線吸收圖案，設置於該至少一薄部上方之該頂層上； 其中該至少一薄部及該牆部提供機械支撐予該頂層，且該堆疊薄膜提供機械支撐予該複數個X射線吸收圖案。
17. 如請求項16所述之X射線光罩結構，其中該支撐基板具有至少一凹部，其未穿透該支撐基板，且該至少一凹部係由該支撐基板之一牆部環繞。
18. 如請求項16所述之X射線光罩結構，其中該至少一薄部之厚度介於0.01微米至100微米。
19. 如請求項16所述之X射線光罩結構，其中該頂層之厚度介於10奈米至10微米。
20. 如請求項16所述之X射線光罩結構，其中該支撐基板包含矽、玻璃、石英或其組合。
21. 如請求項16所述之X射線光罩結構，其中該頂層包含鋇、鈦、矽、石墨、氮化物、氧化物、或碳化物。
22. 如請求項16所述之X射線光罩結構，其中該複數個X射線吸收圖案包含金、鉑、鎢、鉿、鉛、鉭、或其組合。
23. 如請求項16所述之X射線光罩結構，另包含一種晶層，設置於該頂層上，且該複數個X射線吸收圖案係設置於該種晶層上。
24. 如請求項16所述之X射線光罩結構，其中該支撐基板具有複數個薄部。
25. 如請求項24所述之X射線光罩結構，包含複數個組X射線吸收圖案，設置該複數個薄部上方之該頂層上。
26. 如請求項16所述之X射線光罩結構，其中該支撐基板具有複數個凹部。