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TWI386764B - 使用ｘ及ｙ雙極光學元件與單一遮罩的欄柱結構顯像 - Google Patents

使用ｘ及ｙ雙極光學元件與單一遮罩的欄柱結構顯像 Download PDF

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TWI386764B
TWI386764B TW096150644A TW96150644A TWI386764B TW I386764 B TWI386764 B TW I386764B TW 096150644 A TW096150644 A TW 096150644A TW 96150644 A TW96150644 A TW 96150644A TW I386764 B TWI386764 B TW I386764B
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TW
Taiwan
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exposure
photosensitive layer
mask
pattern
photoresist
Prior art date
Application number
TW096150644A
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English (en)
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TW200846836A (en
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Yung-Tin Chen
Steven J Radigan
Paul Poon
Michael W Konevecki
Original Assignee
Sandisk Corp
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Publication date
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Publication of TW200846836A publication Critical patent/TW200846836A/zh
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

使用X及Y雙極光學元件與單一遮罩之欄柱結構顯像
本發明係關於用於製造積體電路之微影蝕刻技術。
微影蝕刻係用於將電路圖案轉移至一半導體晶圓上之一攝影程序。該程序一般涉及透過一圖案化的遮罩將光投射到一覆蓋有一光敏膜(例如光阻)之矽晶圓上。一步進機橫跨該遮罩而移動，透過該遮罩將光投射到對應於該遮罩圖案的該光阻之影像部分。接著將該晶圓顯影成使得移除該光限之已曝光或未曝光部分，此係由所使用光阻之類型決定。儘管微影蝕刻係一相對成熟的技術，但是對縮小特徵尺寸之業已存在的需要遇到新的挑戰。
本發明藉由提供一種用以藉由使用不同的曝光圖案在一基板上製造一圖案之微影蝕刻方法來解決上述及其他問題。
在一具體實施例中，用以在一基板上之一光敏層上製造一圖案之一微影蝕刻方法包括：藉由使用提供一第一曝光圖案之一遮罩及超數值孔徑光學元件對該光敏層進行第一曝光；以及藉由使用提供一不同於該第一曝光圖案的第二曝光圖案之遮罩及超數值孔徑光學元件對該光敏層進行第二曝光。因而，針對兩個曝光使用同一遮罩。另外，在該第一及第二曝光期間該光敏層相對於該遮罩保持於一固定位置。
一超數值孔徑係大於一之一孔徑，而且可以係(例如)藉由水浸泡光學元件來實現。在一方法中，該等第一及第二曝光圖案包含個別的正交雙極曝光圖案，例如一x雙極圖案與一y雙極圖案。
另外，該第一曝光在該光敏層上產生一光強度圖案，其中強度最小值線係在一第一方向上實質上等距間隔，而該第二曝光在該光敏層上產生一光強度圖案，其中強度最小值線係在與該第一方向正交之一第二方向上實質上等距間隔。例如，在該第一方向上強度最小值線可以係實質上等距間隔成一約70至150 nm的間距，而在該第二方向上強度最小值線可以在該第二方向上實質上同樣等距間隔成一約70至150 nm的間距。在該第一方向上強度最小值線之間隔可以係實質上等於或者可以不同於在該第二方向上強度最小值線之間隔。
該方法可進一步包括將該光敏層顯影以由該光敏層形成一遮罩，並藉由使用由該光敏層形成的遮罩來蝕刻在該光敏層下方之一層，從而在該光敏層下方的層中形成一二維的特徵(例如欄柱)陣列。
可以在該第一及第二曝光後執行該顯影而不在該第一及第二曝光後執行該光敏層之額外曝光。例如，不必執行使用一修剪遮罩之任何額外曝光。
在另一具體實施例中，用以在一基板上之一光敏層上製造一圖案之一微影蝕刻方法包括：藉由使用提供一第一曝光圖案之一遮罩及光學元件來對該光敏層進行第一曝光， 從而在該光敏層上產生一光強度圖案，其中強度最小值線係在一第一方向上實質上等距間隔成一約70至150 nm的間距；以及藉由使用提供一不同於該第一曝光圖案的第二曝光圖案之遮罩及光學元件來對該光敏層進行一第二曝光，從而在該光敏層上產生一光強度圖案，其中強度最小值線係在與該第一方向正交之一第二方向上實質上等距間隔成一約70至150 nm的間距。例如，該第二曝光圖案可以係與該第一曝光圖案正交。
在另一具體實施例中，用以在一基板上之一光敏層上製造一圖案之一微影蝕刻方法包括：藉由使用提供一第一曝光圖案的光學元件對該光敏層進行第一遮罩曝光；在該第一曝光後對該光敏層進行第一硬烘焙；以及在該第一硬烘焙後，藉由使用提供一不同於該第一曝光圖案之第二曝光圖案的光學元件對該光敏層進行第二遮罩曝光。該方法可進一步包括在該第二曝光後對該光敏層進行第二硬烘焙以及在該第二硬烘焙後顯影該光敏層。
在另一具體實施例中，用以在一基板上之一光敏層上製造一圖案之一微影蝕刻方法包括將一第一遮罩圖案轉移到一光敏層上，其中該第一遮罩圖案包括在一第一方向上延伸之隔開的箭頭。該方法可進一步包括：在轉移該第一遮罩圖案後在該光敏層下方之一硬遮罩層上執行一第一蝕刻操作；以及將一第二遮罩圖案轉移至該光敏層，其中該第二遮罩圖案包括在一第二方向上延伸之隔開的箭頭。該方法可進一步包括在轉移該第二遮罩圖案並蝕刻在該硬遮罩 層的其餘部分下方之一層後在該硬遮罩層上執行該一第二蝕刻操作。另外在執行該第二蝕刻操作後，可以在該光敏層上執行一剝離操作，從而顯露該硬遮罩層之其餘部分。
例如，可以藉由將該遮罩旋轉九十度或者藉由將該光敏層旋轉九十度，來經由一共用遮罩將該等第一及第二遮罩圖案轉移至該光敏層。
本發明提供一種藉由使用不同的曝光圖案在一基板上製造一圖案之微影蝕刻方法。
圖1繪示一微影蝕刻設備。該設備係總體上顯示於100，其包括一控制器110、步進機馬達120、光源130、光學元件140、遮罩150、孔徑160及投影透鏡170。將該遮罩150之一圖案轉移到在一基板190(例如一晶圓)上之一光阻膜180。在一範例性實施方案中，在該基板上提供一多晶矽(多晶)層185。在該光阻膜180下方之一層中可以使用其他材料來替代多晶，例如鎢或其他金屬基板。該光阻膜具有一適用於其預期應用之預定厚度。在此簡化的範例中，在該步進機馬達120之控制下，該光源130與光學元件140相對於該遮罩150而移動，而該光阻膜180係固持於一與該遮罩150相關之固定位置。特定言之，該光源130與光學元件140在其橫跨該遮罩150之圖案而移動時將該光阻膜180之部分曝光。另外，該光學元件140可經組態用以使用具有不同曝光圖案的至少第一與第二光學元件。例如，可以藉由處於適當位置的第一光學元件來執行該光阻膜180之一 第一曝光，然後可以藉由處於適當位置的第二光學元件來執行該光阻膜180之一第二曝光。
在一可行方法中，該等第一及第二光學元件可以具有彼此正交之曝光圖案。此可藉由使用一x雙極照明器142與一y雙極照明器144來實現，該等雙極照明器係在不同時間用於該等第一及第二曝光。在一可行方法中，將該光學元件140固持於一旋轉或者可以其他方式移動的支架中，該支架固持該x雙極照明器142與一y雙極照明器144，並可以移動該光學元件140以選擇該x雙極照明器142或該y雙極照明器144來曝光該光阻膜180。該透鏡170提供縮減光學元件，以將入射光束縮減成在該光阻膜上產生一對應於在該遮罩150上之一圖案的曝光圖案。舉例而言，該遮罩150可以係無鉻遮罩、玻璃上鉻遮罩或衰減相移遮罩。該遮罩可具有一對於其預期應用而言最佳之遮罩偏壓及相位角。
另外，該微影蝕刻設備100可以使用浸泡微影。在一方法中，將水分配於該透鏡170與該光阻膜180之間，而表面張力在該光阻膜180上產生一金屬小池。由於水的折射率(n)係n>1(例如對於超純水係1.47)，因此可以獲得>1之一數值孔徑(NA)。與該水坑組合的透鏡170提供可以在空氣中解析一小於該透鏡170之特徵寬度的超數值孔徑(NA>1)光學。例如，在光源130提供λ＝193 nm的紫外線光而NA＝1.2之條件下，可以獲得一約45 nm之特徵尺寸。明確言之，藉由關係式：特徵尺寸＝k1xλ/NA，吾等可得出45 nm＝0.28×193 nm/1.2。例如，可以使用一約1.0至1.5之 NA。
在一可行實施方案中，該微影設備100可用於藉由使用在作為一遮罩的光阻中形成之圖案在該光阻180下方的多晶層185中將45 nm欄柱結構(亦稱為支柱)顯像。此類結構可用於提供不同類型的積體電路，包括用於提供非揮發性記憶體之該些積體電路。但是，將欄柱結構顯像為達到所需要的特徵尺寸標準可能極具挑戰性。另外，可以藉由在多個曝光中將該光阻膜180顯像來獲得提高的解析度，該等多個曝光包括使用提供一第一曝光圖案的第一光學元件之一第一曝光及隨後使用提供一第二曝光圖案的第二光學元件之一第二曝光。在一方法中，該等曝光圖案係彼此正交。在一特定實施方案中，該第一光學元件包括該x雙極照明器142，而該第二光學元件包括該y雙極照明器144，如下面之進一步說明。
圖2繪示一x雙極照明器之一輪廓。藉由參考一x與y軸來繪示該輪廓，其中x與y的位置延伸於個別的正規化指數－1與1之間。該x雙極照明器200包括一不透明區域210與兩個相對孔徑215與220，光穿過該等孔徑以將該光阻膜180曝光。
圖3繪示在使用圖2所示x雙極照明器曝光後在一光阻上的強度最大值與最小值之線。除橫跨在一垂直線影像中該光阻膜180之一平面而延伸的強度最大值線310與強度最小值線320外，還繪示投射於該光阻180上的遮罩圖案152。強度最大值線310表示在該光阻膜180上曝光於一來自該光 源130的最大光強度之區域，而強度最小值線320表示在該光阻膜180上曝光於一來自該光源130的最小光強度之區域。本質上，該強度圖案包括對於一給定的x位置在該y方向上實質上強度相等而對於一給定的y位置該強度在該x方向上從一最小值至一最大值週期性調變之區域。
另外，該等強度最大值線310可以係在該x方向上彼此實質上等距間隔，而該等強度最小值線320亦可以係在該x方向上彼此實質上等距間隔。此外，該等強度最大值線310與該等強度最小值線320亦可以係在該x方向上彼此實質上等距間隔。
圖4繪示一y雙極照明器之一輪廓。藉由參考一x與y軸來繪示該輪廓，其中x與y的位置延伸於個別的正規化指數－1與1之間。該y雙極照明器400包括一不透明區域410與兩個相對孔徑415與420，光穿過該等孔徑以將該光阻膜180曝光。
在一可行方法中該y雙極照明器可以與旋轉90度的x雙極照明器200相同。特定言之，此方法產生在x與y方向上類似之一曝光圖案。因此，在顯影後形成於該光阻膜中的結構將在該等x與y方向上具有一對稱形狀。在另一方法中，該y雙極照明器在旋轉90度時不同於該x雙極照明器200。例如，該照明器之尺寸及/或該等孔徑415與420之尺寸及/或位置可能不同。為作解說，縮短在該y方向上該等孔徑415與420之長度將產生更高光強度之輪廓。
圖5繪示在使用圖4所示y雙極照明器來曝光後在一光阻 上的強度最大值與最小值之線。除橫跨在一水平線影像中的該光阻膜180之一平面而延伸的強度最大值線510與強度最小值線520外，還繪示投射於該光阻180上的遮罩圖案152。強度最大值線510表示在該光阻膜180上曝光於一來自該光源130的最大光強度之區域，而強度最小值線520表示在該光阻膜180上曝光於一來自該光源130的最小光強度之區域。本質上，該強度圖案包括對於一給定的y位置在該x方向上實質上強度相等而對於一給定的x位置該強度在該y方向上從一最小值至一最大值週期性調變之區域。
另外，該等強度最大值線510可以係在該y方向上彼此實質上等距間隔，而該等強度最小值線520亦可以係在該y方向上彼此實質上等距間隔。此外，該等強度最大值線510與該等強度最小值線520亦可以係在該y方向上彼此實質上等距間隔。
此外，參考圖3及5，取決於所使用的照明器，該等強度最大值線310與510之間隔可能彼此實質上相等，及/或該等強度最小值線320與520可能彼此實質上相等。而且，如上面所提到，若該等照明器200與400除該90度旋轉以外仍有差異，則在該x方向上強度最大值線310之間隔可能實質上不同於在該y方向上強度最大值線510之間隔。另外，在該x方向上該等強度最小值線320之間隔可能實質上不同於在該y方向上強度最小值線520之間隔。取決於該等x與y方向上該等最小值或最大值線之間隔，可以形成在該光阻之一平面內的斷面一般係方形或矩形(具有長度不同的相鄰 側)之結構。
圖6繪示在使用圖2所示x雙極照明器及圖4所示y雙極照明器曝光後在一光阻上的強度最大值與最小值之區域。使用兩個照明器之曝光在該光阻膜180上產生一強度圖案，其係表示為一二維柵格，其中在該x方向上的強度最大值線310與在該y方向上的強度最大值線510交叉於強度最大值610區域，其係繪示為一般係方形之區域。另外，在該x方向上的強度最小值線320與在該y方向上的強度最小值線520交叉於強度最小值620區域，其係繪示為一般係方形區域。實務上，該方形之邊緣係磨圓。在將該光阻膜180顯影以形成一遮罩後，將該光阻遮罩下方的多晶蝕刻成使得在該等強度最小值620區域下方的多晶中形成諸如欄柱結構或空洞720(圖7)之特徵，此係分別取決於該光阻膜180係一正還係負光阻。圖7繪示在將圖6所示光阻顯影後顯露的多晶層以及在此範例中係方形的其餘光阻部分之一俯視圖。
圖8繪示在後來蝕刻諸如圖7所示之一正光阻下的多晶後形成的欄柱結構之一斜視圖。若該光阻膜180係一正光阻(指示移除曝光於最大強度之區域而保留曝光於最小強度之區域)，則可以藉由使用由其餘光阻提供的圖案來蝕刻該多晶層而在該光阻膜下方的多晶層185或其他材料中形成諸如欄柱結構810之特徵。該等特徵可以係間隔開(例如)一約70至150 nm之間距。在一範例性具體實施例中，該間距約為90 nm。
圖9繪示在後來蝕刻諸如圖7所示之一負光阻下的一多晶層後形成的空洞之一斜視圖。若該光阻膜180係一負光阻(指示保留曝光於最高強度之區域而移除曝光於最小強度之區域)，則形成空洞900。例如，可以提供諸如用於密集陣列接觸孔印刷的孔之空洞。
圖10繪示包括藉由使用具有不同曝光圖案的第一及第二光學元件而經由一共用遮罩對一光敏層進行的第一及第二曝光之一微影蝕刻程序。應注意，在此及其他流程圖中，未顯示全部所需要的步驟。微影蝕刻一般涉及若干步驟，包括：表面製備，其可以包括晶圓清潔及打底；藉由該光阻來塗布該晶圓，例如藉由旋塗；以及預曝光烘焙(軟烘焙)，其係用於蒸發塗布溶劑並使得該光阻在旋塗後稠化。其他步驟包括：該遮罩與該基板之對齊；該光阻之曝光；該光阻之曝光後烘焙；以及該光阻之顯影，其中在一顯影溶液中清洗該光阻，該顯影溶液移除該光阻之已曝光區域(對於一正光阻)或該光阻之未曝光區域(對於一負光阻)。曝光後烘焙係用於活化在該已曝光區域中之一化學放大的反應。顯影後硬烘焙係用於穩定並硬化經顯影的光阻，然後執行藉由將該光阻用作一遮罩膜所進行的處理以將該遮罩之圖案轉移至在該光阻下的基板。其他步驟包括從該基板剝離該光阻及處理後的清潔。
在一實施方案中，使用一單一遮罩之一雙重曝光微影蝕刻程序適用於將諸如約45 nm的欄柱結構之特徵顯像。舉例而言，例如與C四元組(四極)照明相比，x與y雙極曝光 提供一大處理窗口而且可以減小光學干擾。另外，在一可行方法中，使用具有最佳遮罩偏壓及相位角度之一無鉻遮罩。該程序包括將該基板配置成使得該光阻膜與一遮罩形成一固定關係(步驟1000)。在步驟1010中，將具有一第一曝光圖案之第一光學元件(例如該x雙極照明器)定位於該微影蝕刻設備中，例如作為圖1所示設備100中之光學元件140。在步驟1020中，在一第一微影行程中藉由使用該遮罩及該第一光學元件來曝光該光阻。在步驟1030中，將具有一第二曝光圖案之第二光學元件(例如該y雙極照明器)定位於該微影蝕刻設備中以替換該第一光學元件。在步驟1040中，在一第二微影行程中藉由使用同一遮罩及該第二光學元件來曝光該光阻。在步驟1050中，在該晶圓上執行一曝光後硬烘焙，在步驟1060中，執行顯影以由該光阻形成一遮罩。一般地，該晶圓係在曝光後從該微影蝕刻設備移除，而接著係放置於一爐內作曝光後硬烘焙。接著從該爐將該晶圓移除至另一區域以將該光阻顯影。可以依據應用及所使用的層來設定該硬烘焙之特定參數(例如時間及溫度)。此外，可以依據應用及所使用的層來設定該顯影之特定參數。步驟1070繪示經由該光阻遮罩來蝕刻該多晶層以在該多晶層中形成諸如欄柱或其他凸起結構或空洞的特徵。可以在該多晶之一平面內形成此類特徵之一二維陣列。
圖11繪示包括在分別使用具有不同曝光圖案的光學元件進行第一及第二曝光後對一光敏層進行的第一及第二硬烘 焙之一微影蝕刻程序。另外，在一可行方法中，使用具有最佳遮罩偏壓及相位角度之一無鉻遮罩。該程序包括將該基板配置成使得該光阻膜與一遮罩形成一固定關係(步驟1100)。在步驟1110中，將具有一第一曝光圖案之第一光學元件(例如該x雙極照明器)定位於該微影蝕刻設備中。在步驟1120中，在一第一微影行程中藉由使用該遮罩及該第一光學元件來曝光該光阻。在步驟1130中，執行一第一曝光後硬烘焙。該第一曝光後烘焙用於抹除在該光阻中因該第一曝光而發生之一光子分佈之一「記憶效應」。在該第一曝光後該光阻中的光子分佈原本會持續而藉由該第二曝光來修改，從而減小該光強度之銳度且還減小該處理窗口。另外，可以依據特定的實施方案將該等第一及第二曝光後烘焙之參數設定為一最佳位準。在一範例性實施方案中，該第一曝光烘焙之時間及/或溫度可比在該第二曝光烘焙中高約5至15%。
可以將該晶圓從該微影蝕刻設備移除並將其放置於一爐內以作硬烘焙，此還係用於穩定及硬化該光阻。在該硬烘焙及隨後的冷卻後，將該晶圓返回到該微影蝕刻設備並與該遮罩重新對準。可以使用相同的遮罩或一不同的遮罩。在步驟1140中，將具有一第二曝光圖案之第二光學元件(例如該y雙極照明器)定位於該微影蝕刻設備中以替換該第一光學元件。在步驟1150中，在一第二微影行程中藉由使用該遮罩及該第二光學元件來曝光該光阻。在步驟1060中，將該晶圓從該微影蝕刻設備移除並放置於一爐中以進 行一第二曝光後硬烘焙。在一範例性實施方案中，如上文所提到，該第二曝光後烘焙之時間及/或溫度可比在該第一曝光烘焙中低約5至15%。接著，在步驟1070中將該晶圓從該爐移除至另一區域以將該光阻顯影來由該光阻形成一遮罩。可以依據應用及所使用的層來設定該等硬烘焙之特定參數。此外，可以依據應用及所使用的層來設定該顯影之特定參數。步驟1080繪示經由該光阻遮罩來蝕刻該多晶層以在該多晶層中形成諸如欄柱或其他凸起結構或空洞之特徵。可以在該光阻下方的多晶或其他材料之一平面內形成此類特徵之一二維陣列。
圖12至23說明使用一在該基板上的硬遮罩層將在該硬遮罩層下之一多晶層或其他材料中的所需特徵圖案化之一額外的微影蝕刻程序。特定言之，圖12繪示包括多晶1230、硬遮罩1220及光阻層1210之一基板1240之一斷面圖。繪示一x方向。一y方向與該x方向正交延伸進該頁面。
圖13繪示具有一第一曝光圖案的圖12所示基板之一俯視圖。可以使用一具有以間隔開的箭頭來表示之一圖案的遮罩，以在該光阻1210上提供在該y方向上延伸之已曝光列(例如範例性的已曝光列1310)以及未曝光列(例如範例性的未曝光列1320)。圖14繪示圖13所示基板之一斷面圖，其顯示該光阻之交替的已曝光列(例如列1310)與未曝光列(例如列1320)。
圖15繪示在將該光阻顯影以形成一遮罩後之圖14所示基板。在此範例中，該光阻係一正光阻，因此移除該光阻之 已曝光部分，而留下該光阻之未曝光列(例如列1320)並顯露其中移除該光阻的硬遮罩列1610。圖16a繪示圖15之一俯視圖。
圖16b繪示在藉由使用該光阻遮罩來蝕刻該硬遮罩從而顯露在該硬遮罩下方的多晶層或其他材料之列1620之後的圖15所示基板之一俯視圖。因而，將在顯影該光阻時所顯露硬遮罩之間隔開的列向下蝕刻至該多晶以提供圖16b所示組態。圖17繪示圖16b所示基板之一斷面圖，其顯示向下蝕刻至該多晶層1230的硬遮罩1220之部分。
圖18繪示具有一第二曝光圖案的圖17所示基板之一俯視圖。可以使用一具有以間隔開的箭頭來表示之一圖案的遮罩以在該光阻上提供在該x方向上延伸之已曝光列(例如範例性的已曝光列1810)以及未曝光列(例如範例性的未曝光列1820)。例如，可以使用與圖13中相同但旋轉九十度之遮罩。或者，可以將該基板相對於該遮罩旋轉九十度。因而，該等兩個圖案之間隔開的列可在正交方向上延伸。圖19繪示在將該光阻顯影以形成另一光阻遮罩後之圖18所示基板。在此第二次顯影該光阻時顯露該硬遮罩1930之部分。在此，該光阻之其餘部分係方形，例如範例性方形1920，但還可以提供諸如矩形的其他形狀。明確言之，例如，若在該x與y方向上的列具有不同寬度，則該光阻之其餘部分可以係具有長度不等的相鄰側之矩形。還顯示該多晶之所顯露的列1620。圖20繪示在藉由使用該光阻遮罩將該硬遮罩1930的部分向下蝕刻至在該光阻下方的多晶層或 其他層而顯露該多晶層2010後之圖19所示基板。
圖21繪示在剝離其餘光阻、顯露該硬遮罩的其餘部分後之圖20所示基板。在此，剝去該等光阻方形(例如範例性方形1920)以顯露在所剝離光阻下方的該硬遮罩之對應部分，例如範例性的硬遮罩方形2120。如上面所提到，該方形係僅作為一範例而提供，因為可以形成其他形狀。該等硬遮罩方形在橫跨該基板之一二維陣列中延伸。
圖22繪示圖21所示基板之一斷面圖，其顯示藉由使用該硬遮罩的其餘部分(例如硬遮罩方形2120)來蝕刻該多晶層或其他層。本質上，藉由其餘硬遮罩方形形成之圖案係轉移到在該硬遮罩層下方之多晶層，從而形成一二維的特徵陣列。取決於所使用硬遮罩或所使用蝕刻程序之類型，可能或者可能不從該多晶或其他層移除該硬遮罩。例如，該等特徵可以係諸如圖8所示之凸起結構。或者，該等特徵可以係空洞(例如孔)，例如在使用一負光阻時。
圖23繪示基於圖12至22之一微影蝕刻程序。一般地，一範例性程序包括：將一第一遮罩圖案轉移到一光敏層，其中該第一遮罩圖案包括在一第一方向上延伸之間隔開的列；以及在轉移該第一遮罩圖案後在該光敏層下方之一硬遮罩層上執行一第一蝕刻操作。接著將一第二遮罩圖案轉移至該光敏層，其中該第二遮罩圖案包括在一第二方向上(例如與該第一方向正交)延伸之間隔開的列。在轉移該第二遮罩圖案後在該硬遮罩層上執行一第二蝕刻操作。接著將在該硬遮罩層的其餘部分下方之一層(例如一多晶層)蝕 刻成在該多晶層中形成所需特徵。
例如，步驟2300包括藉由使用一第一遮罩圖案在該y方向上曝光光阻之列，步驟2310包括將該光阻顯影以形成一第一光阻遮罩，其具有對應於該第一遮罩圖案之間隔開的列(參見，例如圖13及14)。步驟2320包括藉由使用該第一光阻遮罩在該y方向上蝕刻該硬遮罩之列，從而顯露下方的多晶(參見，例如圖16b及17)。步驟2330包括在該x方向上曝光該光阻之列(參見，例如圖18)。步驟2340包括再次顯影該光阻以由該光阻形成一第二遮罩(參見，例如圖19)。步驟2350包括在該x方向上藉由使用該第二光阻遮罩來蝕刻該硬遮罩(參見，例如圖20)。步驟2360包括剝離其餘光阻，顯露該硬遮罩之其餘部分(參見，例如圖21)。步驟2370包括蝕刻在該硬遮罩的方形下方之多晶以形成諸如欄柱之特徵(參見，例如圖8及22)。
因而，舉例而言，可以(例如)藉由將該遮罩旋轉九十度或者藉由將該光敏層旋轉九十度，經由一共用遮罩將該等第一及第二遮罩圖案轉移到該光敏層。一般地，該共用遮罩可以處於相對於該光敏層之一第一相對位置以轉移該第一遮罩圖案以及處於相對於該光敏層之一第二相對位置以轉移該第二遮罩圖案，其中該第一相對位置係相對於該第二相對位置而旋轉。或者，可以經由不同遮罩將該等第一及第二遮罩圖案轉移至該光敏層。此外，還可以將額外的圖案轉移至該光敏層。
前文已基於圖示及說明之目的提出關於本發明之詳細說 明。其並不希望包攬無遺或將本發明限於所揭示的精確形式。根據以上原理，可以進行許多修改及變更。所說明的具體實施例係經選擇以便最佳地說明本發明之原理及其實際應用，從而使其他熟習此項技術者能在各項具體實施例中並結合適合於所預期的特定使用之各種修改來最佳地利用本發明。希望本發明之範疇由本文隨附申請專利範圍加以定義。
100‧‧‧微影蝕刻設備
110‧‧‧控制器
120‧‧‧步進機馬達
130‧‧‧光源
140‧‧‧光學元件
142‧‧‧x雙極照明器
144‧‧‧y雙極照明器
150‧‧‧遮罩
152‧‧‧遮罩圖案
160‧‧‧孔徑
170‧‧‧投影透鏡
180‧‧‧光阻膜
185‧‧‧多晶矽(多晶)層
190‧‧‧基板
200‧‧‧x雙極照明器
210‧‧‧不透明區域
215‧‧‧孔徑
220‧‧‧孔徑
310‧‧‧強度最大值線
320‧‧‧強度最小值線
400‧‧‧y雙極照明器
410‧‧‧不透明區域
415‧‧‧孔徑
420‧‧‧孔徑
510‧‧‧強度最大值線
520‧‧‧強度最小值線
610‧‧‧強度最大值區域
620‧‧‧強度最小值區域
810‧‧‧欄柱結構
900‧‧‧空洞
1210‧‧‧光阻層
1220‧‧‧硬遮罩
1230‧‧‧多晶
1240‧‧‧基板
1310‧‧‧已曝光列
1320‧‧‧未曝光列
1610‧‧‧硬遮罩列
1620‧‧‧多晶層或其他材料之列
1810‧‧‧已曝光列
1820‧‧‧未曝光列
1920‧‧‧方形
1930‧‧‧硬遮罩
2010‧‧‧多晶層
2120‧‧‧硬遮罩方形
圖1繪示一微影蝕刻設備。
圖2繪示一x雙極照明器之一輪廓。
圖3繪示在使用圖2所示x雙極照明器曝光後在一光阻上的強度最大值與最小值之線。
圖4繪示一y雙極照明器之一輪廓。
圖5繪示在使用圖4所示y雙極照明器曝光後在一光阻上的強度最大值與最小值之線。
圖6繪示在使用圖2所示x雙極照明器及圖4所示y雙極照明器曝光後在一光阻上的強度最大值與最小值之區域。
圖7繪示在將圖6所示光阻顯影後顯露的多晶層之一俯視圖。
圖8繪示在後來蝕刻諸如圖7所示之一正光阻下方的多晶後形成的欄柱結構之一斜視圖。
圖9繪示在後來蝕刻諸如圖7所示之一負光阻下方的一多晶後形成的空洞之一斜視圖。
圖10繪示包括藉由使用具有不同曝光圖案的第一及第二 光學而經由一共用遮罩對一光敏層進行的第一及第二曝光之一微影蝕刻程序。
圖11繪示包括在分別藉由使用具有不同曝光圖案的光學進行第一及第二曝光後對一光敏層進行的第一及第二硬烘焙之一微影蝕刻程序。
圖12繪示包括多晶、硬遮罩與光阻層之一基板之一斷面圖。
圖13繪示具有一第一曝光圖案的圖12所示基板之一俯視圖。
圖14繪示圖13所示基板之一斷面圖，其顯示該光阻之已曝光與未曝光列。
圖15繪示在將該光阻顯影以形成一遮罩後之圖14所示基板。
圖16a繪示圖15之一俯視圖。
圖16b繪示在藉由使用該光阻遮罩來蝕刻該硬遮罩後之圖16a所示基板之一俯視圖。
圖17繪示圖16b所示基板之一斷面圖，其顯示向下蝕刻至該多晶層之硬遮罩。
圖18繪示具有一第二曝光圖案的圖17所示基板之一俯視圖。
圖19繪示在將該光阻顯影以形成一遮罩後之圖18所示基板。
圖20繪示在藉由使用該光阻遮罩將該硬遮罩之部分向下蝕刻至該多晶層後之圖19所示基板。
圖21繪示在剝離其餘光阻、顯露該硬遮罩的其餘部分後之圖20所示基板。
圖22繪示圖21所示基板之一斷面圖，其顯示藉由使用該硬遮罩的其餘部分來蝕刻該多晶層。
圖23繪示基於圖12至22之一微影蝕刻程序。
(無元件符號說明)

Claims (15)

  1. 一種用以在一基板上之一光敏層上製造一圖案之微影蝕刻方法，其包含：藉由使用一遮罩及提供一第一曝光圖案之超數值孔徑光學元件來對該光敏層進行第一曝光；以及藉由使用該遮罩及提供一不同於該第一曝光圖案的第二曝光圖案之超數值孔徑光學元件來對該光敏層進行第二曝光，其中提供該第一曝光圖案之該超數值孔徑光學元件及提供該第二曝光圖案之該超數值孔徑光學元件使用浸泡微影以提供約1.0至1.5的一超數值孔徑，在該第一及第二曝光步驟期間該光敏層相對於該遮罩保持於一固定位置，且在該第一及第二曝光步驟之間該光敏層未被顯影或烘烤。
  2. 如請求項1之微影蝕刻方法，其中：該第二曝光圖案係與該第一曝光圖案正交。
  3. 如請求項1之微影蝕刻方法，其中：該第一及第二曝光使用具有一約157至193 nm的波長之紫外線光。
  4. 如請求項1之微影蝕刻方法，其中：該等第一及第二曝光圖案包含個別的正交雙極曝光圖案。
  5. 如請求項1之微影蝕刻方法，其進一步包含：在該第二曝光步驟後，將該光敏層顯影以由該光敏層形成一遮罩；以及 藉由使用由該光敏層形成之該遮罩來蝕刻在該光敏層下方之一層，從而在該光敏層下方的該層中形成一二維的特徵陣列。
  6. 如請求項5之微影蝕刻方法，其中：該光敏層包括一正光阻，使得該等特徵包含欄柱。
  7. 如請求項5之微影蝕刻方法，其中：該光敏層包括一負光阻，使得該等特徵包含空洞。
  8. 如請求項5之微影蝕刻方法，其中：在該第一及第二曝光後執行該顯影而不在該第一及第二曝光後執行該光敏層之額外曝光。
  9. 如請求項1之微影蝕刻方法，其中：該第一曝光在該光敏層上產生一光強度圖案，其中強度最小值線在一第一方向上實質上係等距間隔，而該第二曝光在該光敏層上產生一光強度圖案，其中強度最小值線在與該第一方向正交之一第二方向上實質上係等距間隔。
  10. 如請求項9之微影蝕刻方法，其中：在該第一方向上的該等強度最小值線實質上係等距間隔成一約70至150 nm的間距，而在該第二方向上的該等強度最小值線實質上係在該第二方向上等距間隔成一約70至150 nm的間距。
  11. 如請求項9之微影蝕刻方法，其中：在該第一方向上的該等強度最小值線之間隔係實質上等於在該第二方向上該等強度最小值線之間隔。
  12. 一種用以在一基板上之一光敏層上製造一圖案之微影蝕刻方法，其包含：藉由使用一遮罩及提供一第一曝光圖案之超數值孔徑光學元件來對該光敏層進行第一曝光；以及藉由使用該遮罩及提供一不同於該第一曝光圖案的第二曝光圖案之超數值孔徑光學元件來對該光敏層進行第二曝光，其中提供該第一曝光圖案之該超數值孔徑光學元件及提供該第二曝光圖案之該超數值孔徑光學元件使用浸泡微影以提供約1.0至1.5的一超數值孔徑，在該第一及第二曝光步驟期間該光敏層相對於該遮罩保持於一固定位置；且在該第一曝光後而在該第二曝光前對該光敏層進行第一硬烘焙。
  13. 如請求項12之微影蝕刻方法，其進一步包含：在該第二曝光後對該光敏層進行第二硬烘焙；以及在該第二硬烘焙後將該光敏層顯影。
  14. 如請求項13之微影蝕刻方法，其中：該第二硬烘焙使用一比在該第一硬烘焙中低約5至15%的時間及/或溫度。
  15. 如請求項13之微影蝕刻方法，其中：在該第一及第二曝光後執行該顯影而不在該第一及第二曝光後執行該光敏層之額外曝光。
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