TW200818261A - Method of patterning an anti-reflective coating by partial etching - Google Patents

Description

200818261 九、發明說明： • 【發明所屬之技術領域】 ， 本發明係關於基板上之薄膜的圖形化方法，尤其是關於使用 部分被顧刻的抗反射塗層(ARC, anti-reflective coating)將基板上薄 膜圖形化之方法。 - [交叉參考之相關申請案] : 本申凊案係關於同在審查中的美國專利申請案號

• U/534,261，案名「METHOD FORDOUBLE IMAGING A DEVELOPABLE ANTIREFLECTIVE COATING」，事務所案號 TTCA-157 ’提申於同日；同在審查中的美國專利申請案號

11/534,365，案名「METHOD FOR DOUBLE ΡΑΓΊΈΚΝΙΝΟ A DEVELOPABLE ANTI_REFLECTIVE COATING」，事務所案號 TTCA-158 ’提申於同曰；同在審查中的美國專利申請案號η /ΧΧΧ，ΧΧΧ ’ 案名「METHOD OF PATTERNING A DEVELOPABLE ANTI-REFLECTIVE COATING BY PARTIAL DEVELOPING」，事 務所案號TTCA-160，提申於同曰；及同在審查中的美國專利申請

案號 11/XXX，XXX，案名「METHOD FOR DOUBLE PATTERNING ATHINFILM」，事務所案號TTCA_16卜提申於同日。此等申請 、案的内容引入於此作為參考。 【先前技術】 在材料處理中，圖形蝕刻方法包括將光敏材料(例如光阻)薄層 加到基板的上表面，基板接著進行圖形化以提供在蝕刻過程中^ 轉此圖形至基板上之下層薄膜所用之光罩。光敏材料的圖形化通 常牽涉到使用例如光微影系統、以照射源經由光敏材料的初縮遮 罩(及相關的光學器件)之曝光，接著使用顯影溶劑以移除光敏材料 (如同在正型光阻的情形中)之照射區域或非照射區域(如同在負型 光阻的情形中）。並且，此光罩層可包含數個子層。 、 5 200818261 一旦將圖形移轉到下層薄膜，需要移 薄膜的材料性質。舉例而言，薄膜可包含低以:損= 低介電常數㈣杨切的介電膜，該介電膜可用 段製程(back-end-of-line, BE0L)金屬化計晝。這才“f = 多孔性low-k介電材料以及多孔性1〇w_k料材^ $到= ，=形成此-_及移除必要光罩層時 撕g 口 ’ 虞的圖形移騎晝是相㈣要的。 之 【發明内容】 本發明係關於-種基板上薄膜之圖形化方法。 依據實施例說明-種使用抗反射塗 形化之方法。將形成於親層上方白=層中 t轉到arc層，接著移除光罩層。在此之後，κ 蝕刻處理以將该圖形完全移轉到ARC層。 护化3’敘述在基板上圖形化薄膜的方法及用於圖 (ARr盛、旳巧溥艇形成於該薄膜上的抗反射塗層 由^夕轉^FI、於^ ARC層上的光罩層;在該光罩層中形成—圖 y，稭由私軺该圖形到小於該ARC 八 在部分地移轉該圖細 iRC Λ之=铸分;藉由娜亥就層以完成移轉該圖形 曰，及私轉该圖形至該薄膜，同時實質上消耗該ARC層。 【實施方式】 特定細節不同之實^中死)實|而，應了解本發明可以於其他部分 200818261 ’其中相同參考數字在數個圖^中自始至終指定相 圖1八到1㈣示說明—種依據先前技術之圖形化 斤示’微影構造刚包括軸於基板no上的 严括形成於基板110上的薄膜120(例如為介電 上的有機平面化層(0PL，organicplanarizatiQn Γ L成PL130上的抗反射塗層(ARC，磁德ctive a!ng) 40、及形成於ARC層14〇上的光阻層15〇。 形二影系、統將光阻150曝露到第一影像圖 在圖中’使第一影像圖形152在顯影溶劑中顯影， 厣二第—_154。使用乾式蝕刻處理移轉光阻 ^=圖^4。到下方厦請，以形成第省 =口圖1E所示，移除光阻層15〇’將第二光阻層16〇加到胤 ^ 16? /使用光微影系統將第二光阻層160曝露至第二影像圖 顯旦所示，之後在圖1G中，使第二影像圖形⑹在 射祕，以在第二光阻層160中形成第二圖形164。使用 ^刻處理將第二光阻層160中的第二圖形164 140以形成第二ARC圖形144，如圖m所示。卜万肌層

夕^口圖II及1J分別所示，將第二光阻層160移除，且使用一或 夕如人侧處理將第-及第二ARC _ 142及144移轉到下層⑽L 124及f M 12G以形成第—特徵部圖形122及第二特徵部圖曰形 / w而，如圖ij所示，一旦完成移轉圖形至薄膜i2〇，arc 二0僅被部分消耗，@此’留下除了剩餘的〇ρ 明人已注意到：__胤層所需 先蝕刻(flash etch))會對下層薄膜120的材料性質有宝。 舉例而S ’薄月莫120可包含低介電常數(也就是。低介 極低介電常數ultra_low姻介電膜，該介電膜可用於電子 後段製程(back_end_of_line，拙0L)金屬化計晝。這些材料可 G括非多孔性低介電常數以及多孔性低介電常數材料，者被曝露 200818261 到用以移除ARC層140所需化學藥品之時，這些材料容易受到損 壞-例如介電常數降低、水分吸收、殘餘物形成等等情形。、 ^ “一個選擇作法為減少ARC層14〇的厚度，使得在移轉圖形到 4膜U0的過私中貝貝上消耗arc層140。然而，ARC層140的 厚度係由在光阻層圖形化過程中為提供抗反射性質而提出的需求 加以心定。舉例而言，當ARC層設計时造成人射電磁(em， Electro-Magnetic)輻射與反射EM輻射之間的破壞性干涉時，應選 擇ARC | M〇的厚度⑴為光阻層成像期間之入射舰輕射的四 ^之:波長倍數(也就是r〜λ /4，3 λ /4，5 λ /4等）。另外，舉例而 a，當ARC層為設計用來吸收入wEM輻射時，應選擇足夠厚之 ARC層140的厚度⑴，以允許吸收入射舰_。在任一情形 中，，明人已發現··就現行的幾何形狀而言，提供抗反射性質所 需之最小厚度仍會造成在移轉圖形到在下層薄膜之後，ARc芦 有部分被消耗掉。 曰 因此，在圖2A到2K及圖3說明依據本發明的實施例之圖形 化基板的方法。在流程圖500中說明方法，並且開始於51〇，其係 形成包含形成於基板210上的膜疊層之微影構造2〇〇。膜疊声包 形成於基板21G的薄膜22G、形成於薄膜22Q上之選财^ 層(OPL)230、形成於選用帆23〇上(或於薄膜22〇上，若盔吼 23〇存在)的抗反射塗層(ARC)層24〇、及形成於ARC層24〇上 光阻層25〇。雖然膜叠層顯示為直接形成於基板21〇上，在膜鮮 與基板21〇之間可存在額外層。舉例而言，在一半導體、广，曰 可以利用互連線等級形成膜疊層，而此互連線等級可^基板21〇 上的另-互連線等級之上形成。另外，薄膜22()可包括 材料層或複數個材料層。舉例來說，薄膜22〇可包 的塊狀材料層。 旱1增 薄膜220可包含導電層、非導電層、或半導電層。舉 薄艇22〇可包含下列物質之材料層··金屬、金屬氧化物、金 化物、金屬氮氧化物、金射酸鹽、金屬魏物、梦、多晶石& 8 200818261 夕口卜，兴例^二乳化石夕、氮化石夕、碳化石夕、氮氧化石夕等等。另 介電T可包含低介轉數(也就是lGW_k)或超低 )介電層，其具有低於二氧切介電常 ί 電/數範圍可以從3.8到3.9)。更精確地說，‘挪 此的介f常數，例如從h6到3.7的介電常數範圍。 丨電層I包括有機、無機，或無機_有機混合材料至少其 4入〔卜：這些介電層可為多孔性或非多孔性。舉例來說， ϋΐ ?層匕括使用CVD技術以沈積無機、魏縣材料--例如 厌=切财_魏。這麵關柯括AppliedMaterial， ，·市 S 的 Black Diamond® CVD 有機石夕玻璃(〇SG，〇rgan〇silicate g上ass)版’或 N〇vellus systems，Inc 市售的 c〇ral⑧ cVD 膜。或者， 這些"電層可包括由單相所組成之多孔性無機有機混合膜，例如 具有可在硬化或沈積過程中阻止膜的全緻密 之具有CH3鍵的氧化石夕基基質；又或者，這些介電層可包(==) 雙相所組成之多孔性無機·有機混合膜，例如具有有機#料(例如致 孔齊p之孔隙的奴摻雜氧化石夕基基質，其會在硬化處理過程中分解 及蒸發.；或者，這些介電層可包括使用旋塗式介電(SOD，spin_on dielectric)技術所沈積之無機、矽酸鹽基材料(例如氳倍半矽氧烷 (HSQ，hydrogen silsesquioxane)或曱基倍半矽氧烷(MSq，膨邮 silsesquioxane))。此類薄膜的例子包括D〇w corning市售的F〇x®

HSQ ’ Dow Coming 市售的 xlK 多孔性 HSQ 及 JSR

Microelectronics市售的jSRLKD_51〇9，·或者，這些介電層可包含 使用SOD技術所沈積之有機材料。此類薄膜的例子包括d〇w

Chemical 市售的 SiLK小 SiLK_J、SiLK_H、SiLK_D 及多孔性 SiLK® 半導體介電樹脂及Honeywell市售的GX_3TM& GX-3P™半導體介 電樹脂。 $ 、薄膜220之形成可利用氣相沈積技術，氣相沈積技術例如可 為·化學乳相沈積(CVD，chemical vapor deposition)、電漿增強 200818261 CVD(PECVD，plasma enhanced CVD)、原子層沈積(ALD，atomic layer deposition)、電漿增強 ALD(PEALD，plasma enhanced ALD)、 物理氣相沈積(PVD，physical vapor deposition)、或離子化 PVD(iPVD，ionized PVD)、或旋塗式技術，例如 T〇ky〇Electr〇n Limited (TEL)市售的清潔軌道ACT 8 SOD(旋塗式介電）、ACT 12 SOD及Lithius塗層系統。清潔執道ACT 8(200mm)、ACT 12(300mm)及Lithius(300mm)塗層系統提供s〇D材料用的塗佈、 烘烤及固化工具。轨道系統可設計用來處理大小為l〇〇mm、 200mm、300mm及更大的基板。熟悉旋塗式技術及氣相沈積技術 兩項技術者可熟知其他在基板上形成薄膜的系統及方法。 選用OPL230可包括光敏有機聚合物或钱刻型的有機化合 物。舉例來說，光敏有機聚合物可為聚丙烯酸樹脂、環氧樹脂、 酚樹脂、聚醯胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚苯醚 (pdyphenylenether)樹脂、聚苯硫醚樹脂、或苯環丁烯(BCB， benzocyclobutene)。這些材料可使用旋塗式技術而形成。 ARC層240擁有適合用作抗反射塗層的材料性質。ARC層 240可包括有機物質或無機物質。舉例而言，ARC層24〇可包括 無定形的碳(C)，氟碳(FC)，或具有結構公式r:c:h:X之材料，其 中R係選自於由矽、鍺、硼、錫、鐵、鈦及其組合所構成的群組， 而其中X為不存在或是選自於由氧、氮、硫及氟其中之一或更多 所構成的群組。可製造ARC層240以達到折射率n約為 1·40<η<2·60的光學範圍及消光係數k約為〇 〇i<k<〇 78。或者，折

射率與消光率至少其中之一可隨著ARC層240厚度被分級(或改 變）。更多的細節提供於美國專利6,316，167號中，名稱為 "TUNABLE VAPOR DEPOSITED MATERIALS AS ANTIREFLECTIVE COATINGS, HARDMASKS AND AS COMBINED ANTIREFLECTIVE COATING/HARDMASKS AND METHODS OF FABRICATION THEREOF AND APPLICATION THEREOF，其係讓渡於 internati〇nai Business Machines 200818261

Corporation，完整引入於此作為參照。 此外，ARC層240之形成可使用氣相沈積技術，例如化學氣 相沈積(CVD，chemical vapor deposition)、電漿增強 CVD(PECVD， plasma enhanced CVD)。舉例而言，可以使用PECVD以形成ARC 層240，如申請中之美國專利申請案i〇/644,958號所詳述，名稱為 "METHOD AND APPARATUS FOR DEPOSITING MATERIALS WITH TUNABLE OPTICAL PROPERTIES AND ETCHING CHARACTERISTICS，▼’於2003年8月21日中請，完整引入於此作 為參照。可被選擇ARC層的240光學性質（例如折射率），以期 實質上匹配下層或各層的光學性質。舉例而言，例如非多孔性介 電膜之下層需要達到範圍為1·4<η<2·6之折射率(n);而例如多孔性 介電膜之下層需要達到範圍為1·2<η<2·6之折射率(11)。 光阻層250可包含248nm(奈米）光阻、I93nm光阻、157nm光 阻’或遠紫外線(EUV，extreme UV)光阻。可使用執道系統以形成 光阻層250。舉例來說，轨道系統可包含T〇ky〇Elect· Limited(TEL)市售的清潔軌道ACT 8、ACT 12或Uthius光阻塗層 旦“ f 如圖、％分別所示，雜層25G被圖形化及顯 阻層別。吾人係在乾式或濕式光微影系統内施 腿轄射曝光。影像圖形的形成可藉由使用任何 被衫系統或掃目苗式微影系統。舉例而言，A ^

^ ^ f1(33〇〇 North lst street? San InC 光微影系、统。 ，an CA 95m)市售的 圖开/2°5f H ’對曝露的光阻層250進行顯影處理以移除旦，僳 圖形252，亚在光阻層25〇中形成光罩 牙夕除衫像 將基板曝露於顯影㈣(例如為^處理可包括 π早k示、、死）中的顯影溶劑。舉例而 200818261 言，軌道系統可包含Tokyo Electron Limited (TEL)市售的、、主、如絲… ACT8、ACT12或Lithius光阻塗層及顯影系統。 巧冻逼 在530中及如圖2D所示，光罩圖形254被部分移 ARC層240以形成ARC圖形242。ARC圖形242延伸到苴7丨认 ARC層240厚度之深度。舉例而言，使用姓刻處理(例 ^ 處理或濕式触刻處理)將光罩圖形254部分移轉到下方/ 240。另外，舉例而|，使用乾式電漿飿刻處理或乾式 : 處理將光罩圖形254部分移轉到下方ARC層。以=刻 言，將光罩圖形254移轉到下方ARC層24〇，是藉由使用^^ 性(anisotropic)的乾式蝕刻處理、反應性離子蝕刻法處理、 助飯刻處理、離子研磨(i〇nmining)處理，或壓印(i加 或上述兩種以上之組合。 〜地埋’ 在540中，將光阻層250移除。舉例來說，移除第一 的方法可使用濕式剝除處理、乾式電漿灰化處理、或二 灰化處理。之後，如圖2E所示，在ARC層240上形成^用二， 光阻層260。 、币一 選用第二光阻層260可包含248nm(奈米）光阻、】93nm弁 =7nm光阻或EUV光阻。可使雜道祕以形成第二光阻声、 牛例來說，執道系統可包含T〇ky0 Electron Limited (TEL)描It古 可%·的乾淨軌道ACT 8、ACT 12,或Lithius光阻塗層及顯$系面 熟悉旋塗式電阻技術者已熟知其他在基板上形成光阻膜的I統及 方法。 如圖2F及2G分別所示，依選用第二影像圖形262 用弟一光阻層260,並且將曝露的選用第二光阻層26()進行 ^ 選用第二影像圖形區域，並在選用第二光阻層260 成遠用弟二光罩圖形264。 〒化 如圖2Η所示，選用第二光罩圖形264被部分地移轉 ARC層240，以形成選用第二ARC圖形244。選用 形244延伸到其厚度小於ARC層240厚度。在此之後^ ^ 12 200818261 所示，將選用第二光阻層260加以移除。 .下方arc狀可在將雙重_部分移轉至 :、=阻層可被影像化及顯影，以及可以用同二ίίΐ .可以將光阻層加以1 多ίΓ重圖形被部分移制下方ARC層之後， --ϋ◦中及如圖2了所示’完成移轉ARC圖形242及iP用笛 -ARC圖形2侧ARC層·，同時使ARc^ ϋ及· ^ *吕，可使用侧處理(例如可為乾式 ::七舉例 以將ARC圖形242及選用第二ARC圖職4 理）

層240之厚度。另外，與办丨而士 貝貝上矛夕轉牙過ARC 處理或乾式非電《侧i理。^實乾式電黎#刻 ARC m 242 „ ARC^'^ ^ 蝕刻且ARC層240的厚度減少。 甲千％ 246被

在560中及如圖2K所示，可伸用一猫々夕仏a 圖形242及選用第二ARC圖形244 =刻處理將ARC 及薄膜22〇，以形成特徵部圖形222及方^^(若存在） 在:或多次侧處理過程中，觀/2：；^^圖=4。 所不。一或多次蝕刻處理可包括濕式或 °圖2尺 合。乾式飯刻處理可包括乾式電漿餘刻處 -理。此後，OPL230(若存在)可被移除。4乾式非電㈣虫刻處 可容熟支術者將 下，可在實施例中作許多修改。舉例而，優勢之情況 正型可顯影光阻及可顯影ARC層。因此° ^ ^=明使用 於本發明之範圍内。 斤有此類改均應包含 【圖式簡單說明】 13 200818261 在下列圖式中： 目1A至1J以圖示說明在基板上圖形化薄膜的習知技術； /圖2A到2K以圖示說明依據本發明實施例之基板上之薄膜的 * 圖形化方法;及 ' 圖3况明依據本發明實施例基板上之薄膜的圖形化方法流程 圖。 【主要元件符號說明】 • 1〇〇微影構造 110基板 120薄膜 122第一特徵部圖形 124第二特徵部圖形 130有機平面化層(0pL， organic planarization layer) 140抗反射塗(arc)層 142第一 ARC圖形 144第二ARC圖形 150光阻層 152第一影像圖形 154第一圖形 160弟二光阻層 - 162第二影像圖形 164第二圖形 200微影構造 210基板 220薄膜 222第一特徵部圖形 224第二特徵部圖形 230有機平面化層(〇pl) 14 200818261 240抗反射塗(ARC)層 242 ARC圖形 244第二ARC圖形 246平場 250第一光阻層 252第一影像圖形 254光罩圖形 260第二光阻層 262第二影像圖形 264第二光罩圖形 500流程圖 15

Claims (1)

1. 200818261 十、申請專利範圍： 1.一種基板上之薄膜的圖形化方法，包括： ，該基板上製備一膜疊層，該膜疊層包括：形成於該基板上 的該薄膜、形成於該薄膜上的抗反射塗層(ARC，anti_reflective coating)、及形成於該ARC層上的光罩層； 在該光罩層中形成一圖形； 藉由移轉該圖形到小於該ARC層厚度之深度，以部分地移轉 該圖形至該ARC層； 之剩交地移轉該圖形至該ARC層的步驟之後，移除該光罩層 藉由蝕刻該ARC層以完成移轉該圖形至該ARC厣 移轉該圖形至該薄膜，同時實質上消耗該ARC/。’ 卞t如中μ專利關帛1項之基板上之薄朗圖形化方法，立中 |形成-圖形於該光罩層中之步驟包括在一光阻層中^成法一圖 3·如申請專利範圍第2項之基板上之壤腊从回 ^ 該在該光罩層中形成-圖形之步驟包括#㈣_化方法，其中 使用一光微影系統而以一影像圖形將哕 顯影該光阻層以形成該影像圖形於該g阻層^像化;及 4. 如申請專利範圍第丨項之基板上 该部分地移轉該圖形至該ARC層 =的圖形化方法，其中 蝕刻、或其組合。 括進行乾式蝕刻、濕式 5. 如申請專利範圍第4項之基 =分地移__撕層化方法，其中 乾式非電漿蝕刻、或其組合。 進仃乾式電漿蝕刻、 16 200818261 6.如申請麵制第4項之基板上之f 該部分地移轉該圖形至該ARC層之步驟包法，其t (anisotropic^Mimm ^ -或乾式賴處理、或其組合。 &括細·濕式侧處理、 形成^形_，其中 阻〜阻、或EUV光阻 該形之輪刪嫌，其中 (OPL orsanicnln ."更括在3亥溥膜上形成一有機平面化層 ， p lauzatl0n 1啊)及在該0PL上形成該ARC層。 中該項上之薄膜的圖形化方法，其 酚樹脂、聚酵脸跑rt括.形成聚丙細酸醋樹脂、環氧樹脂、 或 其、或苯環丁稀(職，b_咖。butene) 包括：士申#專概圍第9項之基板上之薄賴卿化方法，更 圖形圖形到該薄膜之步驟之前，移轉該ARC層中之該 17 200818261 12.如申請專利範圍第n項之 圖形至該帆之步㈣其 刻到該OPL。 中該移轉在該ARC層之該圖形‘ /寻搞的圖形化方法， 圖形蝕 Π.如申請專利範圍第9項之基板上之薄膜的 包括： ”一^人丄〜碑犋的圖形化方法，更 在該移轉該_至該_之步歡後，移除該帆。 中該化方法4 ARC層。 中之3亥圖形至该0PL之步驟實質上消耗該 15. 如中請專利範圍第w之基板上之薄 ^亥形成該ARC層之步驟包括形成有機層、 16. —種包含程式指令之電腦可讀媒體， 以執行時，令一圖形化系統進行下列步驟： 膜的圖形化方法，其 無機層、或是兩者二 ‘其由邊控制系統力。 ^在該基板上製備1疊層，該膜疊層包括形成於該基 ^膜、形成於該_上的抗反射塗層(ARC層）、及形成於該ARC 層上的光罩層； 在該光罩層中形成一圖形； 藉由移轉該圖形到小於該ARC層厚度之深度，以部分地移轉 該圖形至該ARC層； 在部分地移轉該圖形至該ARC層的步驟之後，移除該光罩層 之剩餘部分； 藉由姓刻該ARC層以完成移轉該圖形至該ARC層;及 移轉該圖形至該薄膜，同時實質上消耗該ARC層。 十一、圖式： 18