TWI531855B - 製作光罩之方法 - Google Patents

Description

製作光罩之方法

本發明係關於一種製作光罩之方法，尤指一種製作具有提升曝光系統解析度之光罩之方法。

在積體電路的製造過程中，關鍵之技術莫過於所謂的曝光製程(exposure process)，其肩負著將光罩上圖案精確地轉移至晶圓上不同元件層之重責大任。隨著半導體製造技術的發展，積體電路之速度越快，其尺寸也越來越小。晶圓上所能製作出之積體電路尺寸會受限於在曝光製程中於晶圓上所轉移之圖案的臨界尺寸，即為曝光系統之解析度。根據雷利準則(Rayleigh’s Criterion)，曝光系統之解析度係與曝光光源之波長成正比，而與曝光系統之數值孔徑成反比，因此要得到更小的臨界尺寸，一般係改採波長更短的曝光光源。

雖然採取波長較短之曝光光源可以製造出更微小的電子元件，但伴隨而來的是機台成本的增加及製程上的困難。因此，近年來，已知提出改善曝光系統解析度之方法有偏軸式照明(off－axis illumination；OAI)法、相位移光罩(phase shift mask；PSM)法、光學鄰近修正(optical proximity correction；OPC)法以及濕浸式技術。

其中，偏軸式照明法係藉由適當地使入射光罩之曝光光線與光罩平面夾一角度，使曝光光線之第零階繞射光不再呈垂直入射，進而聚焦深度(DOF)便可增加，亦即在相同的數值孔徑下提高解析度。

相位移光罩法係為在傳統光罩的圖形上，選擇性地在透光區加上透明但能使曝光光線相位反轉180度的相移層(Phase shifter)，當光線經過兩相鄰之圖案時，由於其中一個圖案有相位移，使兩相鄰之光線之相位產生180度之相位差，以有助於增加兩相鄰光線強度的相對變化，所以解析度可因而提高。

光學鄰近修正法乃是將繞射的效應考慮進去，為了補償曝光後圖形的失真，藉由修改光罩上的圖形，使產生繞射之曝光光線在疊加後能得到符合實際要求的圖形與尺寸。

濕浸式技術乃是根據光線通過不同介質會有不同之波長的原理λ'＝λ/n，λ'為通過流體介質後的波長；λ為在空氣中的波長；n為流體介質的折射率。將光學透鏡與光阻之間的空氣介質以流體介質取代，然後利用光線通過流體介質後所產生之縮短光源波長的現象，以提升其解析度。

然而，上述習知改善解析度之方法皆須經由光學透鏡聚焦於晶圓上，是故曝光光線仍會產生色散(dispersion)效應，所以曝光系統之解析度必然受限於雷利準則，因此，如何克服色散效應，以進一步提升曝光系統之解析度，實為業界極力改善之目標。

本發明之主要目的之一在於提供一種製作具有光子晶體之光罩之方法，以提升曝光系統之解析度。

為達上述之目的，本發明係揭露一種製作光罩之方法。首先，提供一透明基板，且於透明基板之一表面上覆蓋一填充材料層。接著，圖案化填充材料層，以形成一填充圖案層，且曝露出部分透明基板。接著，於透明基板與填充圖案層上形成一晶體材料層，使填充圖案層之間填滿晶體材料層。之後，移除填充圖案層上之晶體材料層，以於透明基板上形成一光子晶體圖案層。最後，移除填充圖案層。

本發明藉由將光子晶體製作於光罩上，以避免曝光光線受到投影透鏡模組所產生之色散效應的影響使曝光系統解析度受到限制。因此，不只可縮減曝光系統中之投影透鏡模組之支出成本，亦可提升曝光系統之解析度。

第1圖至第8圖為本發明一較佳實施例之製作光罩之方法示意圖。首先，如第1圖所示，提供一透明基板14，其中透明基板14包含有一投影圖案16，設於透明基板14之一表面。之後，於透明基板14相對於投影圖案16之另一表面上覆蓋一填充材料層18，且填充材料層18之材料包括有機光阻材料或無機光阻材料。

然後，如第2圖所示，於填充材料層18上形成一遮罩圖案層20，其中形成遮罩圖案層20可藉由電子束(E－beam)微影製程，使遮罩圖案層20曝露出之填充材料層18具有一相同於第一光子晶體圖案的圖案。於本實施例中，此第一光子晶體圖案係由複數條沿一第一方向22之長方形所構成，但本發明並不限於此，而可根據所需之光子晶體之形狀來加以調整。

接著，如第2圖與第3圖所示，以遮罩圖案層20為遮罩，圖案化填充材料層18，以形成一第一填充圖案層24，使第一填充圖案層24與遮罩圖案層20具有相同圖案，並且第一填充圖案層24曝露出部分透明基板14，而曝露出之部分透明基板14亦具有相同於第一光子晶體圖案的圖案。其中，圖案化填充材料層18係利用一蝕刻製程，以乾蝕刻製程為較佳，以避免位於遮罩圖案層20下方之填充 材料層18被蝕刻掉一部分而造成填充材料層18與遮罩圖案層20不具有相同圖案。此外，在圖案化填充材料層18之步驟時為了使遮罩圖案層20可作為遮罩，填充材料層18對於遮罩圖案層20需具有高蝕刻選擇比，因此當填充材料層18之材料係為有機光阻材料，例如：Futurrex公司所製作之型號NR7類型之材料等，遮罩圖案層20之材料則為一無機光阻材料，例如：硫化銀(Ag₂S)或硫化鍺(GeS₂)等，此無機光阻材料係對有機光阻材料具有高蝕刻選擇比，但本發明並不限於此，填充材料層18與遮罩圖案層20之材料亦可互換。

之後，如第4圖所示，於透明基板14與遮罩圖案層20上形成一晶體材料層26，使晶體材料層26填滿第一填充圖案層24間之第一光子晶體圖案，且覆蓋於遮罩圖案層20上，其中晶體材料層26之厚度係相同於第一填充圖案層24之厚度。值得注意的是，晶體材料層26之材料包括一金屬材料，且形成晶體材料層26之步驟可利用物理氣相沉積或化學氣相沉積等沉積製程，但本發明並不限於此。

接著，如第4圖與第5圖所示，利用一剝離(lift－off)製程，移除遮罩圖案層20，並且同時移除位於遮罩圖案層20上之晶體材料層26，以於第一填充圖案層24間之透明基板14上形成一第一光子晶體圖案層28。值得注意的是， 為了避免晶體材料層26於沉積時完全覆蓋遮罩圖案層20之側壁，而造成剝離製程無法進行，遮罩圖案層20之厚度與第一填充圖案層24之厚度可於晶體材料層26之厚度相同於第一填充圖案層24之厚度之條件下作相對應之調整，例如：遮罩圖案層20之厚度遠大於第一填充圖案層24時，由於晶體材料層26之厚度相同於第一填充圖案層24且小於遮罩圖案層20之厚度，因此晶體材料層26不會完全覆蓋遮罩圖案層20之側壁。

然後，如第6圖所示，重複上述形成第一光子晶體圖案層28之步驟，於第一光子晶體圖案層28上形成一第二填充圖案層30以及一設於第二填充圖案層30間之第二光子晶體圖案層32，其中第二光子晶體圖案層32之材料係與第一光子晶體圖案層28之材料相同，且第一填充圖案層24之材料與第二填充圖案層30之材料亦為相同。此外，第二光子晶體圖案層32具有第二光子晶體圖案，且第二光子晶體圖案係由複數條沿第二方向34之長方形所構成。在本實施例中，第一方向22係與第二方向34約略垂直，但本發明並不以此為限。

接著，如第7圖所示，重複上述形成第一光子晶體圖案層28之步驟，於第二光子晶體圖案層32上形成複數個第三光子晶體圖案層36以及複數個第四光子晶體圖案層 38，第三光子晶體圖案層36係與第一光子晶體圖案層28具有相同之第一光子晶體圖案28，第四光子晶體圖案層38係與第二光子晶體圖案層32具有相同之第二光子晶體圖案，且各第三光子晶體圖案層36與各第四光子晶體圖案層38係依序交替堆疊於第二光子晶體圖案層32上，使透明基板14上具有第一光子晶體圖案與第二光子晶體圖案依序交替堆疊之週期性光子晶體，而於各第三光子晶體圖案層36與各第四光子晶體圖案層38之間分別填充有一第三填充圖案層40與一第四填充圖案層42，其中第一填充圖案層24、第二填充圖案層30、第三填充圖案層40以及第四填充圖案層42依序堆疊。

最後，如第8圖所示，移除第一填充圖案層24、第二填充圖案層30、第三填充圖案層40以及第四填充圖案層42，以於透明基板14上形成一光子晶體44，至此即完成本發明之光罩12。其中，由於第一填充圖案層24、第二填充圖案層30、第三填充圖案層40以及第四填充圖案層42係連接在一起，因此移除第一填充圖案層24、第二填充圖案層30、第三填充圖案層40以及第四填充圖案層42之步驟可利用一化學溶劑一次溶解所有填充圖案層，並且化學溶劑並不傷害各光子晶體圖案層。

如第8圖所示，藉由上述製作光罩之方法，可製作出 一種具有光子晶體44之光罩12。此外，為了清楚說明本發明製作出之光罩之功效，請一併參考第9圖，第9圖為本發明之光罩應用於曝光製程中之示意圖。如第9圖所示，當曝光光線進入光罩，穿過投影圖案16後，曝光光線產生繞射與干涉效應，且同時進入正折射率的透明基板14後會產生正折射而向外散射。接著，由於光子晶體44具有負折射率(即折射率n<0)之特性，因此在進入光子晶體44時會產生負折射效應，且於射出光子晶體44時亦會有負折射效應，如第9圖之箭頭所示，因此曝光光線會聚焦至晶圓46表面上，其中聚焦的曝光光線包含有近場光和遠場光，而近場光具有空間結構的資訊，所以即使投影圖案16之開孔小於曝光光線波長，亦可以在聚焦於晶圓46表面上。因此，本發明將光子晶體44製作於光罩上不只可避免透鏡像差所產生之失真(distortion)亦可提高曝光系統之解析度，使小於曝光光線波長之投影圖案16亦可轉移至晶圓46上。此外，本發明之光罩設置於曝光系統中並不需額外的投影透鏡模組(projection lens)將具有光罩圖案之曝光光線聚焦至晶圓46上，以避免曝光光線受到投影透鏡模組所產生之色散效應的影響使曝光系統解析度受到限制。

綜上所述，本發明係於光罩上製作一光子晶體，不只可縮減曝光系統中之投影透鏡模組之支出成本，亦可提升曝光系統之解析度。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

12‧‧‧光罩

14‧‧‧透明基板

16‧‧‧投影圖案

18‧‧‧填充材料層

20‧‧‧遮罩圖案層

22‧‧‧第一方向

24‧‧‧第一填充圖案層

26‧‧‧晶體材料層

28‧‧‧第一光子晶體圖案層

30‧‧‧第二填充圖案層

32‧‧‧第二光子晶體圖案層

34‧‧‧第二方向

36‧‧‧第三光子晶體圖案層

38‧‧‧第四光子晶體圖案層

40‧‧‧第三填充圖案層

42‧‧‧第四填充圖案層

44‧‧‧光子晶體

46‧‧‧晶圓

第1圖至第8圖為本發明一較佳實施例之製作光罩之方法示意圖。

第9圖為本發明之光罩應用於曝光製程中之示意圖。

12‧‧‧光罩

14‧‧‧透明基板

16‧‧‧投影圖案

28‧‧‧第一光子晶體圖案層

32‧‧‧第二光子晶體圖案層

36‧‧‧第三光子晶體圖案層

38‧‧‧第四光子晶體圖案層

44‧‧‧光子晶體

Claims (8)

1. 一種製作光罩之方法，包括：提供一透明基板，且於該透明基板之一表面上覆蓋一填充材料層；圖案化該填充材料層，以形成一具有第一光子晶體圖案的填充圖案層，且曝露出部分該透明基板；於該透明基板與該填充圖案層上形成一晶體材料層，並使該填充圖案層的第一光子晶體圖案之間的空間中填滿該晶體材料層；移除該填充圖案層上之該晶體材料層，以於該透明基板上形成一第一光子晶體圖案層；以及移除該填充圖案層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製作光罩之方法，其中尚包括在該填充圖案層上形成一遮罩圖案層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之製作光罩之方法，其中該填充材料層之材料包括一有機光阻材料，且該遮罩圖案層之材料包括一無機光阻材料。
4. 如申請專利範圍第2項所述之製作光罩之方法，其中該填充材料層之材料包括一無機光阻材料，且該遮罩圖案層之材料包括一有機光阻材料。
5. 申請專利範圍第1項所述之製作光罩之方法，其中該晶體材料層之材料包括一金屬材料。
6. 如申請專利範圍第1項所述之製作光罩之方法，於移除該填充圖案層之前，另包括形成一第二光子晶體圖案層於該第一光子晶體圖案層上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之製作光罩之方法，其中該第二光子晶體圖案層之材料係與該第一光子晶體圖案層之材料相同。
8. 如申請專利範圍第1項所述之製作光罩之方法，其中該透明基板另包含有一投影圖案層，設於該透明基板相對於該填充材料層之另一表面上。