TW201300959A - 形成光阻圖案之方法 - Google Patents

Abstract

一種形成光阻圖案之方法，首先提供一基底，隨後於該基底上形成一雙層(bi-layered)光阻，該雙層光阻更包含有一第一光阻層與一第二光阻層，該第二光阻層設置於該第一光阻層與該基底之間，該第一光阻層具有一第一折射率，該第二光阻層具有一第二折射率，且該第二折射率大於該第一折射率。在完成該雙層光阻之製作後，進行一微影製程，以圖案化該雙層光阻。

Description

形成光阻圖案之方法

本發明係有關於一種形成光阻圖案之方法，尤指一種採用浸潤式(immersion)曝光製程之形成光阻圖案之方法。

在半導體製程的發展中，微影(photolithography)製程一直是最關鍵的步驟之一，其直接關係到後續離子佈植製程與蝕刻製程的品質好壞，與最終形成的半導體元件的可靠度與性能，更影響元件積集度與每一世代的演進。舉例來說，半導體製程已從使用波長為436奈米(nanometer，以下簡稱為nm)的G線紫外光(g-line UV)，發展到使用波長為365 nm、波長為248 nm、以及波長為193 nm的I線紫外光(i-line UV)，以符合半導體元件微縮化趨勢的高解析度要求。

然而，曝光波長越短時，其能量越強，同時造成的來自底材的反射光也越強。來自底材的反射光係與入射光產生干涉(interference)，而導致臨界尺寸(critical dimension，CD)偏移(shift)，並使得微影製程所產生的轉移圖案不正確，影響到後續佈植製程或蝕刻製程的製程結果。

為了防止光反射所造成的上述問題，傳統上在形成微影製程所需的光阻之前，係於底材上先形成一多層型態(multilayered)的底部抗反射層(bottom anti-reflective coating，以下簡稱為BARC)，用以吸收部分反射光。BARC的材質多半為無機介電(inorganic dielectric)材料，而採用多層型態的BARC，則是因應曝光製程中採用的UV光波長越來越短，必需用到兩層以上的抗反射層方能有效降低光反射現象，同時避免BARC膜厚控制不易等問題。

熟習該技藝之人士應知，在完成微影製程以及後續的蝕刻製程等之後，通常係將BARC移除，進行後續的其他步驟。因此，仍然需要一種形成光阻圖案的新穎方法，在降低此一短暫存在的膜層成本的同時，不影響微影製程的製程結果以盡量維持微影製程之轉移圖案的正確性。

因此，本發明之一目的係在於提供一種可撙節成本又可維持微影製程之轉移圖案正確性的形成光阻圖案的方法。

根據本發明所提供之申請專利範圍，係提供一種形成光阻圖案之方法。該方法首先提供一基底，隨後於該基底上形成一雙層(bi-layered)光阻，該雙層光阻更包含有一第一光阻層與一第二光阻層，該第二光阻層設置於該第一光阻層與該基底之間，該第一光阻層具有一第一折射率，該第二光阻層具有一第二折射率，且該第二折射率大於該第一折射率。在完成該雙層光阻之製作後，係進行一微影製程，用以圖案化該雙層光阻。

根據本發明所提供之形成光阻圖案的方法，係藉由第二光阻層的設置取代複合型態的底部抗反射層。更重要的是，可藉由調整第二光阻層的厚度，使得入射光在第二光阻層與基底產生的反射光會對第一光阻層與第二光阻層之間產生的反射光造呈一破壞性干涉，以此可降低雙層光阻的反射率，故可避免反射光係與入射光產生干涉，並避免臨界尺寸偏移以及微影製程所產生的轉移圖案不正確等問題。

請參閱第1圖至第6圖，第1圖至第6圖係為本發明所提供之形成光阻圖案的方法之一第一較佳實施例之示意圖。根據本較佳實施例所提供之方法，首先係提供一基底100，基底100可以是一矽基底、含矽基底、或矽覆絕緣(silicon-on-insulator，SOI)基底。基底100內可包含任何半導體元件或金屬導線，且基底100上更可包含其他膜層例如導電層、介電層、或半導體膜層。為了清楚揭示本案之技術特徵，上述元件、導線或膜層等皆未於第1圖中繪示，但熟習該項技藝之人士應知本較佳實施例之基底100可包含該等元件、導線或膜層。

請繼續參閱第1圖。接下來，於基底100上形成一底部抗反射單層110，且底部抗反射單層110係覆蓋於於該等元件、導線或膜層之上。底部抗反射單層110係具有一厚度，且該厚度係介於500~2000埃(angstrom)。在本較佳實施例中，底部抗反射單層110係包含一介電材料，例如是氮化矽(silicon nitride，SiN)或氮氧化矽(silicon oxynitride，SiON)，但不限於此。

請參閱第1圖與第2圖。在底部抗反射單層110上，係旋轉塗佈(spin coating)一光阻混合物102，光阻混合物102可包含不同物理性質的光阻材料，例如一具有一第一折射率(n1)的第一光阻材料(圖未示)與一具有一第二折射率(n2)的第二光阻材料(圖未示)，且第二折射率係大於第一折射率。此外在本較佳實施例中，第一光阻材料與第二光阻材料係以負型光阻(negative photoresist)材料做為例示。接下來如第2圖所示進行一軟烤(soft baking)步驟120，而光阻混合物102係於軟烤步驟120中自動分層、凝固形成一第一光阻層132與一第二光阻層134，且第一光阻層132與第二光阻層134係組成一雙層(bi-layered)光阻130。如第2圖所示，第二光阻層134係形成於第一光阻層132與基底100之間，即第一光阻層132與底部抗反射單層110之間。在本較佳實施例中，第一光阻層132包含第一光阻材料，故具有該第一折射率；同理第二光阻層134包含第二光阻材料，故具有該第二折射率。

請繼續參閱第2圖。第一光阻層132係具有一預定厚度，用以根據微影製程中顯影步驟甚至是後續蝕刻製程的需要提供可有效阻擋蝕刻液的厚度。第二光阻層134則具有一厚度d，厚度d係根據下列相偏移(phase shift)的最小干涉(minimum interference)公式(1)所得：

(4πn_f/λ_f)d*cosθ_t=(2m+1)π

d*cosθ_t=2m(λ_f/4n_f)　(1)

其中n_f即為第二光阻層134之折射率，λ_f為顯影製程中曝光步驟所用的光的波長，θ_t為曝光步驟中光的入射角度，m為曝光步驟中光的節點(node)。由於上述因子在曝光步驟中皆為固定的數值，故可知波的相偏移係與第二光阻層134之厚度d相關。換句話說，可藉由調整第二光阻層134的厚度d，使由第二光阻層134與底部抗反射單層110之間所產生的反射光產生一相偏移。因此，在本較佳實施例中，第二光阻層134係具有一厚度，且該厚度係介於1000~4500埃。

另外，請參閱第3圖與第4圖，第3圖與第4圖係為本較佳實施例之一變化型之示意圖。為了更精確控制雙層光阻130中第一光阻層132與第二光阻層134的厚度，本變化型係如第3圖所示，於底部抗反射單層110上先旋轉塗佈一光阻材料，其包含上述第二折射率。隨後進行一軟烤步驟122，以形成上述具有厚度d的第二光阻層134。接下來如第4圖所示，於第二光阻層134上旋轉塗佈另一光阻材料，其包含上述的第一折射率。隨後再進行一軟烤步驟124，以形成上述的第一光阻層132，構成所需的雙層光阻130。

請參閱第5圖。在利用第1圖與第2圖或第3圖與第4圖所述的方式製備雙層光阻130之後，接下來係進行一微影製程。如熟習該項技藝之人士所示，微影製程係包含一曝光步驟與一顯影步驟，在曝光步驟中，係利用一入射光140，例如波長為248 nm或波長為193 nm的I線紫外光(i-line UV)透過一光罩138照射雙層光阻130。值得注意的是，在曝光步驟中，雙層光阻130的表面，即第一光阻層132的表面係與一周邊介質(ambient medium) 136接觸，周邊介質136具有一第三折射率，且該第三折射率係小於第一光阻層134之第一折射率。周邊介質136可為真空、空氣、氮氣或惰性氣體。此外本較佳實施例中之微影製程較佳為一浸潤式微影製程，因此在曝光步驟中周邊介質136較佳為水。

請繼續參閱第5圖。在曝光步驟中，入射光140係於第一光阻層132與第二光阻層134之間產生一第一反射光142，同時於第二光阻層134與底部抗反射單層110之間產生一第二反射光144。如前所述，本較佳實施例係藉由可藉由調整第二光阻層134的厚度d，使由第二光阻層134與底部抗反射單層110之間所產生的第二反射光144產生一相偏移，再進入第一光阻層132。因此，進入第一光阻層132的第二反射光144與第一反射光142具有一相位差，例如具有一180度(°)的相位差。據此，第二反射光144對第一反射光142係造成一破壞性干涉，抵銷了第一反射光142。值得注意的是，為了表現第一反射光142與第二反射光144的相位差關係，第5圖中係以虛線表示第一反射光142與第二反射光144在第一光阻層132內的行進方向。且為了避免造成混淆，在第5圖中僅繪示一組入射光140與第一反射光142、第二反射光144的關係。

請參閱第6圖。在完成曝光步驟後，係進行微影製程中的顯影步驟與一硬烤(hard baking)步驟。如前所述，由於本較佳實施例中雙層光阻130係包含負型光阻，因此在顯影步驟與硬烤步驟之後，曝光的部分係被保留下來，而被遮光的部分則被移除，進而於基底100上形成一如第6圖所示之光阻圖案150。之後，係可進行蝕刻製程等必需的半導體製程。然而熟習該項技藝之人士應知，當本較佳實施例中所選用的光阻材料為正型光阻(positive photoresist)時，在顯影步驟與硬烤步驟之後，曝光的部分係被移除，而被遮光的部分則被保留下來，因此將於基底100上形成一與第6圖所示之光阻圖案150互補的光阻圖案(圖未示)。

根據本第一較佳實施例所提供之形成光阻圖案的方法，係藉由調整第二光阻層134的厚度d，使得入射光140在第二光阻層134與底部抗反射單層110產生的第二反射光144會對第一光阻層132與第二光阻層134之間產生的第一反射光142造成一破壞性干涉，以此降低雙層光阻130的反射率，故可避免第一反射光142與入射光140產生干涉。也因此第二光阻層134的設置係可取代複合型態的底部抗反射層，即基底100上僅需要一底部抗反射單層110。更重要的是，本第一較佳實施例所提供之雙層光阻130係可避免第一反射光142與入射光140因產生干涉，而導致臨界尺寸偏移以及微影製程所產生的轉移圖案不正確等問題。

請參閱第7圖至第9圖。第7圖至第9圖係為本發明所提供之形成光阻圖案的方法之一第二較佳實施例之示意圖。首先需注意的是，第二較佳實施例中，與第一較佳實施例相同之元件係以相同之符號說明標示。在本較佳實施例中，亦先提供一基底100，例如矽基底、含矽基底、或矽覆絕緣基底等。且在本較佳實施例中基底100係為一將進行一離子佈植製程的基底，因此必需在基底100上形成一光阻圖案，以暴露出部分基底100形成摻雜區，並遮蔽部分基底100，避免離子佈植製程影響基底100的電性。熟習該技藝之人士應知，矽基底具有一鏡面表面(mirror surface)，而此鏡面表面在顯影製程的曝光步驟中會產生大量的反射光，導致嚴重的臨界尺寸偏移問題。然而在離子佈植製程中，任何形成於基底100上的底部抗反射層都會影響離子佈植製程的結果，導致摻雜區輪廓不符預期。

因此，本較佳實施例係直接於基底100上旋轉塗佈一光阻混合物(圖未示)，如前所述光阻混合物可包含不同物理特性的光阻材料，例如一具有一第一折射率的第一光阻材料與一具有一第二折射率的第二光阻材料，且第二折射率係大於第一折射率。此外在本較佳實施例中，第一光阻材料與第二光阻材料亦以正型光阻材料做為例示。接下來如第7圖所示進行一軟烤步驟120，而光阻混合物係於軟烤步驟中自動分層、凝固形成一第一光阻層132與一第二光阻層134，且第一光阻層132與第二光阻層134係組成一雙層光阻130。如第7圖所示，第二光阻層134係形成於第一光阻層132與基底100之間。在本較佳實施例中，第一光阻層132包含第一光阻材料，故具有該第一折射率；同理第二光阻層134包含第二光阻材料，故具有該第二折射率。

如前所述，第一光阻層132係具有一預定厚度，用以根據微影製程中顯影步驟甚至是後續蝕刻製程的需要提供可有效阻擋蝕刻液的厚度。第二光阻層134則具有一厚度d，可由上述的相偏移公式(1)得到。由於波的相偏移係與第二光阻層134之厚度d相關，因此本較佳實施例亦可藉由調整第二光阻層134的厚度d，使由第二光阻層134與底部抗反射單層110之間所產生的反射光產生一相偏移。根據本較佳實施例中，第二光阻層134係具有一厚度，且該厚度係介於1000～4500埃。另外如前所述，為了更精確控制雙層光阻130中第一光阻層132與第二光阻層134的厚度，本較佳實施例亦可在基底100上分別進行旋轉塗佈與軟烤步驟，而依序形成第二光阻層134與第一光阻層132，構成所需的雙層光阻130。

請參閱第8圖。在製備完雙層光阻130之後，接下來係進行一微影製程。如熟習該項技藝之人士所示，微影製程係包含一曝光步驟與一顯影步驟，在曝光步驟中，係利用一入射光140，例如波長為248 nm或波長為193 nm的I線紫外光(i-line UV)透過一光罩138照射雙層光阻130。如前所述，雙層光阻130的表面，即第一光阻層132的表面係與一周邊介質136接觸，周邊介質136具有一第三折射率，且該第三折射率係小於第一光阻層134之第一折射率。周邊介質136可為真空、空氣、氮氣或惰性氣體。此外本較佳實施例中之微影製程較佳為一浸潤式微影製程，因此在曝光步驟中周邊介質136較佳為水。

請繼續參閱第8圖。在曝光步驟中，入射光140係於第一光阻層132與第二光阻層134之間產生一第一反射光142，同時於第二光阻層134與基底100之間產生一第二反射光146。如前所述，本較佳實施例係藉由可藉由調整第二光阻層134的厚度d，使由第二光阻層134與基底100之間所產生的第二反射光146產生一相偏移，再進入第一光阻層132。因此，進入第一光阻層132的第二反射光146與第一反射光142具有一相位差，例如具有一180°的相位差。據此，第二反射光146對第一反射光142係造成一破壞性干涉，抵銷了第一反射光142。值得注意的是，為了表現第一反射光142與第二反射光146的相位差關係，第8圖中係以虛線表示第一反射光142與第二反射光146在第一光阻層132內的行進方向。且為了避免造成混淆，在第8圖中僅繪示一組入射光140與第一反射光142、第二反射光146的關係。

請參閱第9圖。在完成曝光步驟後，係進行微影製程中的顯影步驟與一硬烤步驟。如前所述，由於本較佳實施例中雙層光阻130係包含正型光阻，因此在顯影步驟與硬烤步驟之後，曝光的部分係被移除，而被遮光的部分則被保留下來，進而於基底100上形成一如第9圖所示之光阻圖案150。之後，係可進行上述的離子佈植製程，以於基底100中形成所需的摻雜區。然而，熟習該項技藝之人士應知，當本較佳實施例中所選用的光阻材料為負型光阻時，在顯影步驟與硬烤步驟之後，曝光的部分係被保留下來，而被遮光的部分則被移除，因此將於基底100上形成一與第9圖所示之光阻圖案150互補的光阻圖案(圖未示)。

根據本第二較佳實施例所提供之形成光阻圖案的方法，係藉由調整第二光阻層134的厚度d，使得入射光140在第二光阻層134與基底100之間產生的第二反射光146會對第一光阻層132與第二光阻層134之間產生的第一反射光142造成一破壞性干涉，以此降低雙層光阻130以及基底100的反射率，故可避免第一反射光142與入射光140產生干涉。也因此即使基底100具有鏡面表面，且與光阻層之間完全不具有底部抗反射層，仍可藉由第二反射光146造成破壞性干涉抵銷第一反射光142，故本第二較佳實施例所提供之雙層光阻130係可避免第一反射光142與入射光140因產生干涉，而導致臨界尺寸偏移以及微影製程所產生的轉移圖案不正確等問題。

綜上所述，根據本發明所提供之形成光阻圖案的方法，係藉由第二光阻層的設置取代複合型態的底部抗反射層。更重要的是，可藉由調整第二光阻層的厚度，使得入射光在第二光阻層與基底產生的反射光會對第一光阻層與第二光阻層之間產生的反射光造呈一破壞性干涉，以此可降低雙層光阻的反射率，故可避免反射光係與入射光產生干涉，而導致臨界尺寸偏移以及微影製程所產生的轉移圖案不正確等問題。

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。

100．．．基底

102．．．光阻混合物

110．．．底部抗反射單層

120．．．軟烤步驟

122．．．軟烤步驟

124．．．軟烤步驟

130．．．雙層光阻

132．．．第一光阻層

134．．．第二光阻層

136．．．周邊介質

138．．．光罩

140．．．入射光

142．．．第一反射光

144．．．第二反射光

146．．．第二反射光

150．．．光阻圖案

第1圖至第6圖係為本發明所提供之形成光阻圖案的方法之一第一較佳實施例之示意圖，其中第3圖與第4圖係為本較佳較佳實施例之一變化型之示意圖。

第7圖至第9圖係為本發明所提供之形成光阻圖案的方法之一第二較佳實施例之示意圖。

100．．．基底

110．．．底部抗反射單層

130．．．雙層光阻

132．．．第一光阻層

134．．．第二光阻層

136．．．周邊介質

138．．．光罩

140．．．入射光

142．．．第一反射光

144．．．第二反射光

Claims (17)

1. 一種形成光阻圖案之方法，包含有：提供一基底；於該基底上形成一雙層(bi-layered)光阻，該雙層光阻更包含有一第一光阻層與一第二光阻層，該第二光阻層設置於該第一光阻層與該基底之間，該第一光阻層具有一第一折射率，該第二光阻層具有一第二折射率，且該第二折射率大於該第一折射率；以及進行一微影製程，以圖案化該雙層光阻。
2. 如申請專利範圍第1項所述之形成光阻圖案之方法，其中該基底更包含一底部抗反射單層，且該底部抗反射單層係設置於該雙層光阻與該基底之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之形成光阻圖案之方法，更包含利用一入射光照射該雙層光阻，且該入射光係於該第一光阻層與該第二光阻層之間產生一第一反射光，同時於該第二光阻層與該底部抗反射單層之間產生一第二反射光，該第一反射光與該第二反射光具有一相位差，使該第二反射光對該第一反射光造成破壞性干涉。
4. 如申請專利範圍第2項所述之形成光阻圖案之方法，其中該底部抗反射單層係具有一厚度，且該厚度係介於500～2000埃。
5. 如申請專利範圍第2項所述之形成光阻圖案之方法，其中該底部抗反射單層係包含一介電材料。
6. 如申請專利範圍第5項所述之形成光阻圖案之方法，其中該介電材料係包含氮化矽(silicon nitride，SiN)或氮氧化矽(silicon oxynitride，SiON)。
7. 如申請專利範圍第1項所述之形成光阻圖案之方法，其中該第二光阻層係具有一厚度，且該厚度係介於1000～4500埃。
8. 如申請專利範圍第7項所述之形成光阻圖案之方法，其中該厚度係根據下列關係式(1)所得：(4πn_f/λ_f)d*cosθ_t=(2m+1)π　(1)其中n_f為該第二光阻層之該第二折射率，d為該第二光阻層之該厚度，λ_f為一入射光波長，θ_t為一入射光之入射角度，m為一入射光之節點。
9. 如申請專利範圍第1項所述之形成光阻圖案之方法，其中該第一光阻層係包含一預定厚度。
10. 如申請專利範圍第1項所述之形成光阻圖案之方法，其中形成該雙層光阻之步驟更包含：於該基底上旋轉塗佈(spin coating)一光阻混合物；以及進行一軟烤(soft baking)步驟，且該光阻混合物係於該軟烤步驟中自動分層形成該第一光阻層與該第二光阻層。
11. 如申請專利範圍第1項所述之形成光阻圖案之方法，其中形成該雙層光阻之步驟更包含：於該基底上旋轉塗佈一第一光阻材料；進行一第一軟烤步驟，以形成該第二光阻層；於該基底上旋轉塗佈一第二光阻材料；以及進行一第二軟烤步驟，以形成該第一光阻層。
12. 如申請專利範圍第1所述之形成光阻圖案之方法，其中該微影製程更包含進行一曝光步驟，利用一入射光照射該雙層光阻。
13. 如申請專利範圍第12項所述之形成光阻圖案之方法，其中該入射光係於該第一光阻層與該第二光阻層之間產生一第一反射光，同時於該第二光阻層與該基底之間產生一第二反射光，且該第一反射光與該第二反射光具有一相位差，使該第二反射光對該第一反射光造成破壞性干涉。
14. 如申請專利範圍第12項所述之形成光阻圖案之方法，其中該微影製程更包含依序進行一顯影步驟與一硬烤(hard baking)步驟。
15. 如申請專利範圍第1項所述之形成光阻圖案之方法，其中該第一光阻層係與一周邊介質(ambient medium)接觸。
16. 如申請專利範圍第15項所述之形成光阻圖案之方法，其中該周邊介質具有一第三折射率，且該第三折射率係小於該第一光阻層之該第一折射率。
17. 如申請專利範圍第16項所述之形成光阻圖案之方法，其中該周邊介質係包含空氣、氮氣、惰性氣體或水。