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TWI758881B - 形成圖案的方法及製造半導體裝置的方法 - Google Patents

形成圖案的方法及製造半導體裝置的方法 Download PDF

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TWI758881B
TWI758881B TW109133692A TW109133692A TWI758881B TW I758881 B TWI758881 B TW I758881B TW 109133692 A TW109133692 A TW 109133692A TW 109133692 A TW109133692 A TW 109133692A TW I758881 B TWI758881 B TW I758881B
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photoresist pattern
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劉如淦
張惠政
陳佳政
謝志宏
陳亮吟
孫書輝
林緯良
張雅惠
蘇怡年
嚴永松
張家峰
葉雅雯
沈育佃
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

在形成圖案的方法中，在底層之上形成光阻層，使光阻層曝光於攜帶圖案資訊的光化輻射，使曝光的光阻層顯影以形成顯影後的光阻圖案，對顯影後的光阻圖案施加定向蝕刻操作，以形成修整後的光阻圖案，以及使用修整後的光阻圖案作為蝕刻光罩來對底層進行圖案化。

Description

形成圖案的方法及製造半導體裝置的方法
本揭示案是關於一種形成圖案的方法及製造半導體裝置的方法。
在7nm或更小的半導體技術節點上，及線與空間(L/S)圖案化要求光學微影術中的間距解析度小於約32nm。一般而言，即使採用極紫外(extreme ultra violet；EUV)微影術，EUV單次曝光技術(single-exposure technology；SPT)進行的解析度限制亦為約28nm至約34nm。
本揭示案之一實施例揭示一種形成圖案的方法，其包含：在底層之上形成光阻層；將光阻層曝光於攜帶圖案資訊的光化輻射；顯影曝光的光阻層以形成顯影後的光阻圖案；對顯影後的光阻圖案施加定向蝕刻操作，以形成修整後的光阻圖案；及使用修整後的光阻圖案作為蝕刻光罩 對底層進行圖案化。
本揭示案之一實施例揭示一種製造半導體裝置的方法，其包含：在安置在半導體基板上方的底層上形成光阻層；判定關於光阻層及光罩之光罩圖案的來自光罩的攜帶圖案資訊的光化輻射的最佳劑量；判定小於最佳劑量的曝光劑量；以判定後的曝光劑量將光阻層曝光於攜帶圖案資訊的光化輻射；顯影曝光後的光阻層以形成顯影後的光阻圖案；對顯影後的光阻圖案施加定向蝕刻操作，以形成修整後的光阻圖案；及使用修整後的光阻圖案作為蝕刻光罩對底層進行圖案化。
本揭示案之一實施例揭示一種製造半導體裝置的方法，其包含：判定原始光罩圖案的光罩偏置(mask bias)；使用判定的光罩偏置及原始光罩圖案製造光罩；在安置在半導體基板上方的底層上形成光阻層；將光阻層曝光於來自光罩的攜帶圖案資訊的光化輻射；顯影曝光的光阻層以形成顯影後的光阻圖案；對顯影後的光阻圖案施加定向蝕刻操作，以形成修整後的光阻圖案；及使用修整後的光阻圖案作為蝕刻光罩對底層進行圖案化，其中：光化輻射為極紫外光，且以光化輻射的曝光劑量減少的方式判定光罩偏置。
10:基板
20:底層
25:圖案
30:光阻層
35:光阻圖案
40:光化輻射
45:光罩
50:定向蝕刻操作
100:光阻圖案
200:定向蝕刻操作
800:光阻浮渣或圖案橋
1000:定向蝕刻設備
1010:主腔室
1020:電漿產生腔室
1022:狹縫
1024:彎液面
1026:分隔板
1030:晶圓載物台
1035:移動機構
1040:真空系統
1100:電漿束
S401:操作
S402:操作
S403:操作
S404:操作
S405:操作
S406:操作
S601:操作
S602:操作
S603:操作
S604:操作
S605:操作
S606:操作
S701:操作
S702:操作
S703:操作
S704:操作
S705:操作
S706:操作
D1:曝光劑量
D2:曝光劑量
P1:源功率
P2:源功率
T1:產量
T2:產量
當結合附圖閱讀時，自以下詳細描述中可以最佳地理解本揭示案之實施方式的各態樣。應注意，根據行業中 之標準實踐，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了清楚起見，各種特徵的尺寸可以任意增大或減小。
第1A圖及第1B圖示出了圖案解析度、線寬粗糙度(line width roughness；LWR)及曝光劑量之間的關係。
第2A圖、第2B圖及第2C圖示出根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的順序操作。
第2D圖及第2E圖示出根據本揭示案之另一實施例的圖案形成方法的順序操作。
第3A圖示出了根據本揭示案之實施例的定向圖案化設備的示意圖。第3B圖、第3C圖及第3D圖示出了根據本揭示案之實施例的定向圖案化的示意圖。
第4圖示出根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的順序操作的流程圖。
第5A圖、第5B圖、第5C圖、第5D圖、第5E圖及第5F圖示出了根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的順序操作。
第6圖示出根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的順序操作的流程圖。
第7圖示出根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的順序操作的流程圖。
第8A圖、第8B圖、第8C圖、第8D圖第8F圖及第8F圖示出了根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的順序操作。
第9圖示出了根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的有 利效應。
應理解，以下揭示內容提供了用於實施本揭示案之實施例的不同特徵的許多不同實施例或實例。以下描述組件及配置之特定實施例或實例以簡化本揭示案。當然，此些僅為實例，且並不意欲為限制性的。舉例而言，元件的尺寸並不限於所揭示的範圍或值，而是可取決於裝置的製程條件及/或所需性質。此外，在如下描述中第一特徵在第二特徵之上或在第二特徵上方形成可包括其中第一特徵與第二特徵直接接觸形成的實施例，且亦可包括其中額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成，以使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。為了簡化及清楚起見，可以不同比例任意地繪製各種特徵。在附圖中，為了簡化，可以省略一些層/特徵。
另外，為了描述簡單起見，可在本文中使用諸如「在......之下」、「在......下方」、「下部」、「在......上方」、「上部」及其類似術語的空間相對術語，以描述如諸圖中所圖示的一個元件或特徵與另一(其他)元件或特徵的關係。除了諸圖中所描繪之定向以外，此些空間相對術語意欲涵蓋裝置在使用中或操作中的不同定向。裝置可以其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)，且可同樣相應地解釋本文中所使用的空間相對描述詞。另外，術語「由......製成」可意謂「包含」或「由......組成」。此外， 在以下製造過程中，所述操作之間可進行一或多個附加操作，並且操作順序可以改變。在本揭示案中，除非另有說明，否則短語「A、B及C中之至少一者」意謂A、B、C、A+B、A+C、B+C或A+B+c中之任一者，而不意謂A中之一者、B中之一者及C中之一者。
所揭示實施例係關於一種半導體裝置，詳言之，係關於互補金屬氧化物半導體場效電晶體(complementary metal-oxide-semiconductor field effect transistor；CMOS FET)，例如鰭式場效電晶體(fin field effect transistor；FinFET)及其製造方法。諸如本文所揭示之實施例之類的實施例通常不僅適用於FinFET，且亦適用於平面FET、雙閘極FET、圍繞閘FET、Ω閘極FET或環繞閘極(gate-all-around；GAA)FET，及/或奈米線FET，或具有三維通道結構的任何合適裝置。在本揭示案之實施例中，將說明使用高敏感度(低劑量)微影技術的定向圖案化技術。
EUV微影術可以形成小於例如約32nm的奈米級圖案，但是需要非常昂貴的EUV微影術設備。因此，提高EUV微影術操作的生產率(例如每小時處理的半導體晶圓的數量)係降低半導體裝置之製造成本的關鍵問題之一。
有幾種方法可以提高EUV微影術操作的生產率。例如，減少每次曝光之EUV曝光所需的劑量可以提高 EUV微影術操作的產量。可以藉由例如增加EUV光阻劑的敏感度來減少EUV曝光的每次曝光所需的劑量。在一些實施例中，通常可以藉由最佳化EUV光阻劑本身的組成來提高EUV光阻劑之敏感度。在一些實施例中，藉由最佳化曝光於EUV光之後且顯影所曝光之EUV光阻劑之前執行的曝光後烘烤(post exposure baking；PEB)溫度(例如，提高PEB溫度)，且藉由減小EUV光阻劑之厚度，亦可以提高EUV光阻劑的敏感度(或可以減少所需的劑量)。在其他實施例中，可以藉由調整EUV光罩的光罩偏置量來減少所需劑量。同時，EUV微影術操作需要所需的圖案解析度(EUV微影術操作可圖案化之最小圖案尺寸)。
但是，當增加EUV光阻劑之敏感度時，已顯影之EUV光阻劑的質量可能會下降。例如，線圖案可能具有粗糙的側面，即，較高的線寬粗糙度。第1A圖及第1B圖示出了圖案解析度、線寬粗糙度(line width roughness；LWR)及曝光劑量之間的關係。如上所述，當減少EUV光阻劑的所需劑量時(敏感度增加)，在保持圖案解析度的同時，線寬粗糙度通常增加。類似地，提高解析度(較小的圖案)將導致曝光劑量的增加及/或線寬粗糙度的增加。
定向圖案化技術包括定向蝕刻技術及定向沈積技術。定向蝕刻可以表徵為水平或表面各向異性蝕刻或選擇性蝕刻，其中目標層或圖案基本上在平行於基板的平面 (XY平面)內僅在一個方向(例如，X方向)上被蝕刻，而另一個方向(例如，Y方向)基本上沒有蝕刻。
在本揭示案之實施例中，藉由使用定向圖案化技術減小了由低劑量EUV微影術引起的線寬粗糙度。
第2A圖、第2B圖及第2C圖示出根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的順序操作。
第2A圖以展開的平面圖示出了EUV光阻圖案100。在一些實施例中，光阻圖案100為在Y方向上延伸並且在X方向上配置的線與空間圖案，並且圖案寬度為約30nm並且間距為約30nm。如第2A圖所示，線圖案的數目不限於2。在一些實施例中，以25mJ/cm2至55mJ/cm2範圍內的低劑量曝光光阻層。在其他實施例中，EUV光的劑量範圍為30mJ/cm2至45mJ/cm2。
如第2A圖所示，顯影後的光阻圖案100的側面具有粗糙表面。在一些實施例中，顯影後的光阻圖案100的側面的粗糙度在約3nm至約5nm的範圍內。側面的粗糙度計算為線寬值的3σ(σ：標準偏差)。在一些實施例中，藉由使用掃描電子顯微鏡來測量沿著X方向的圖案寬度的沿著Y方向的約10至約100個點(例如50個點)，並且計算3σ值。
如第2B圖所示，沿著Y方向執行定向蝕刻操作200以修整或平滑光阻圖案100的側面。
在定向蝕刻操作200之後，如第2C圖所示，減小了光阻圖案的側面的粗糙度。在一些實施例中，定向蝕 刻操作200之後，側面的粗糙度在約0.1nm至約3nm的範圍內。
第2D圖及第2E圖示出根據本揭示案之另一實施例的圖案形成方法的順序操作。
在一些實施例中，藉由定向蝕刻來改善垂直方向(Z方向)上的光阻圖案剖面。第2D圖示出了形成在底層20上的顯影後的光阻圖案100的截面圖。參照第2D圖，在一些實施例中，由於微影術條件，微影術光阻圖案100的圖案剖面為楔形形狀。在一些實施例中，定向蝕刻操作可以移除楔形的尾部，如第2E圖所示。
藉由調諧各種蝕刻參數以產生沿基本水平的方向行進或以大於約10-30度之大入射角(其中90度的角度是水平的)入射到基板上的蝕刻物質(自由基)，進行定向蝕刻。欲調諧至蝕刻參數包括但不限於蝕刻劑(氣體)成分、蝕刻溫度、蝕刻時間、蝕刻壓力、射頻(radio frequency；RF)偏置電壓、RF偏置功率、蝕刻劑流動速率、晶圓傾斜、其他合適的蝕刻參數或其組合。
第3A圖示出了定向圖案化設備的示意圖，且第3B圖、第3C圖及第3D圖示出了根據本揭示案之實施例的定向圖案化的示意圖。
如第3A圖所示，定向圖案化設備，例如，定向蝕刻設備1000包括主腔室1010，其中，在主腔室1010中安置用於待處理晶圓的晶圓載物台1030，以及用於產生電漿的電漿產生腔室1020。在一些實施例中，電漿為在使用 在13.56MHz及/或2.45GHz的高頻電源的情況下RF(射頻)產生的電漿。可以使用其他頻率範圍。分隔板1026設置在主腔室1010與電漿產生腔室1020之間。分隔板1026包括狹縫1022，電漿束1100自狹縫1022引入主腔室。在一些實施例中，可調彎液面1024提供在電漿腔室側的狹縫1022上。包括例如渦輪分子泵的一或多個真空系統1040耦合到主腔室及電漿腔室(未示出)以維持腔室內的減壓狀態。在一些實施例中，在蝕刻過程期間，主腔室中的壓力低於電漿腔室中的壓力。在某些實施例中，主腔室中的壓力約為1×10-5托，電漿腔室中的壓力約為1×10-3托。
在一些實施例中，分離板1026及晶圓載物台1030分別被DC電壓偏置，以擷取及控制電漿束1100。此外，晶圓載物台1030可藉由移動機構1035移動以相對於電漿束1100掃描晶圓。
在一些實施例中，對RF及DC偏置電壓中之至少一者進行調諧以獲得電場，該電場使得蝕刻物種基本上沿相對於基板上的表面的平面內方向(例如，在X方向)水平流動，或提供大的入射角。在一些實施例中，調諧蝕刻物種以獲得能量物種的動量剖面，使得蝕刻物種或沿前線的能量物種的動量不相同，即，蝕刻或頂部路徑上的能量物種的動量不同於底部路徑。在一些實施例中，頂部路徑上蝕刻或能量物種的動量不同於底部路徑上方中間路徑上蝕刻或能量物種的動量，並且頂部路徑上蝕刻或能量物種 的動量不同於底部路徑上蝕刻或能量物種的動量。任何組合都可以藉由調整電磁控制來實現，以調諧蝕刻的能量或僅蝕刻前沿的能量物種。
在一些實施例中，如第3B圖及第3C圖，調整彎液面1024之位置以改變電漿束1100之入射角θi。如第3D圖所示，藉由沿X方向掃描晶圓，可以形成槽圖案，而不必在Y方向上實質性地擴展槽。
在一些實施例中，在X方向上的蝕刻量與在Y方向上的蝕刻量的比率為約2或更大，在其他實施例中為約5或更大。在某些實施例中，該比率為約10或更大。理想情況下，該比率盡可能高，但在一些實施例中可以高達約100，在其他實施例中可以高達約50。此外，沿Z方向(垂直方向)的蝕刻量小於沿X方向的蝕刻量。在一些實施例中，在X方向上的蝕刻量與在Z方向上的蝕刻量的比率為約2或更大，在其他實施例中為約5或更大。在某些實施例中，該比率為約10或更大。理想情況下，該比率盡可能高，但在一些實施例中可以高達約100，在其他實施例中可以高達約50。
第4圖示出根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的順序操作的流程圖。第5A圖、第5B圖、第5C圖、第5D圖、第5E圖及第5F圖示出了根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的順序操作。應理解，可以在第4圖及第5A-5F圖的操作之前、期間及之後提供附加操作，對於該方法的附加實施例，可以替換或消除下面描述的一些操 作。操作/處理的順序可以互換。
如第5A圖所示，在第4圖之S401處，將光阻層30塗覆在設置在基板10上的底層20上。在一些實施例中，基板10可由以下各者製成：適當的元素半導體(例如矽、金剛石或鍺)；適當的合金或化合物半導體(例如IV族化合物半導體(矽鍺(SiGe)、碳化矽(SiC)、碳化矽鍺(SiGeC)、GeSn、SiSn、SiGeSn)、III-V族化合物半導體(例如砷化鎵(GaAs)、砷化銦鎵(InGaAs)、砷化銦(InAs)、磷化銦(InP)、銻化銦(InSb)、磷化鎵砷(GaAsP)或磷化銦鎵(GaInP))或其類似者。此外，基板100可以包括磊晶層(epi層)，磊晶層(epi層)可以應變以提高效能，及/或可以包括絕緣體上矽(silicon-on-insulator；SOI)結構。在一個實施例中，使用p型矽基板。
欲圖案化之底層20為一層或多層導電材料及/或介電材料。在一些實施例中，底層20包括介電材料，例如氧化矽、氮化矽、SiON、SiOC、SiOCN、SiCN、基於鋁的介電材料、低k材料、有機材料或用於半導體裝置製造中之任何其他介電材料。在一個實施例中，使用氧化矽。在其他實施例中，底層20為一或多個導電材料層，例如多晶矽及金屬材料。在一些實施例中，金屬材料包括W、Cu、Ti、Ta、Ag、Al、AlCu、TiAl、TiN、TaN、TiAlN、TiAlC、TaC、TaCN、TaSiN、Mo、Mn、Co、Pd、Ni、Re、Ir、Ru、Pt及/或Zr或其合金(例如矽化物)。 底層20可以藉由物理氣相沈積(physical vapor deposition；PVD)、化學氣相沈積(chemical vapor deposition；CVD)或原子層沈積(atomic layer deposition；ALD)形成，但可以使用任何可接受的製程。
在一些實施例中，光阻層30的厚度在約50nm至約500nm的範圍內，這取決於各種製程條件及/或光阻特性。在一些實施例中，光阻層30被旋塗在底層30上。在一些實施例中，光阻層30係EUV光阻劑或DUV光阻劑。在一些實施例中，在塗覆光阻層之前，在底層20上形成底部抗反射塗層(bottom antireflective coating；BARC)。
然後，如第5B圖所示，在第4圖的S402處，用攜帶形成在光罩45上之電路圖案的圖案資訊的光化輻射40來曝光光阻層30。在一些實施例中，在曝光於光化輻射40之前，光阻層30經受預烘烤處理。在一些實施例中，光化輻射40為EUV光(約13.5nm波長)。在其他實施例中，電子束、ArF雷射光或KrF雷射光可被用作光化輻射。在一些實施例中，光罩45為用於EUV光的反射光罩。在其他實施例中，光罩45為用於ArF雷射光或KrF雷射光的透射光罩。當使用電子束時，在一些實施例中不使用光罩。
在一些實施例中，高敏感度EUV光阻劑用作光阻層30。在一些實施例中，高敏感度EUV光阻劑要求EUV 光的標準曝光劑量在標準EUV光阻劑的EUV光的標準曝光劑量的約60%至90%範圍內。在一些實施例中，高敏感度EUV光阻劑要求EUV光的標準曝光劑量在約25mJ/cm2至約55mJ/cm2的範圍內。在其他實施例中，高敏感度EUV光阻劑的標準劑量在約30mJ/cm2至約45mJ/cm2的範圍內。在某些實施例中，高敏感度EUV光阻劑的標準劑量等於或小於40mJ/cm2或30mJ/cm2。在一些實施例中，將標準劑量判定為劑量，以獲得在塗覆在基板(例如，Si基板)上(無BARC層)的光阻劑厚度為100nm且光罩無光罩偏置的基板上線寬度為15nm、間距為30nm(且長度為100nm)的線與空間圖案(例如，10條線)。在一些實施例中，標準劑量與用於圖案化特定電路圖案之所需劑量相同。在其他實施例中，所需劑量小於或大於標準劑量。
在一些實施例中，高敏感度EUV光阻劑包括聚合物樹脂、光活性化合物(photoactive compound；PAC)及溶劑。在一些實施例中，高敏感度EUV光阻劑亦包括有機金屬化合物及/或增強添加劑。在一些實施例中，聚合物樹脂包括烴結構(例如脂環烴結構)，其包含一或多個將在與PAC生成的酸、鹼或自由基混合時分解(例如不耐酸基團)或以其他方式反應的基團。在一些實施例中，烴結構包括形成聚合物樹脂骨架的重複單元。該重複單元可包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、巴豆酸酯、乙烯基酯、馬來酸酯、富馬酸二酯、衣康酸二酯、(甲基)丙烯腈、(甲 基)丙烯醯胺、苯乙烯、乙烯基醚、其組合或其類似者。
PAC為光活性成分，例如光酸發生劑、光鹼發生劑、自由基發生劑等。PAC可起正作用，亦可起負作用。在PAC為光酸發生劑之一些實施例中，PAC包括鹵化三嗪、鹵鹽、重氮鹽、芳香重氮鹽、磷鹽、鋶鹽、碘化物鹽、醯亞胺磺酸鹽、肟磺酸鹽、重氮二硫酮、二硫酮、鄰硝基苯磺酸鹽、磺化酯；鹵代磺醯氧基二甲醯胺、重氮二硫酮、α-氰氧胺磺酸鹽、咪唑磺酸鹽、酮二氮雜碸、磺基重氮酯、1,2-二(芳基磺醯基)肼，硝基苄基酯及S-三嗪衍生物、其組合等。在一些實施例中，藉由調整PAC的量(濃度)、選擇特定類型之PAC及/或增加耦合到基礎結構之光活性單元的數量，將EUV光阻劑之敏感度調整到上述範圍。
在一些實施例中，溶劑為選自丙二醇甲醚醋酸酯(propylene glycol methyl ether acetate；PGMEA)、丙二醇甲醚(propylene glycol monomethyl ether；PGME)、1-乙氧基-2-丙醇(1-ethoxy-2-propanol；PGEE)、γ-丁內酯(γ-butyrolactone；GBL)、環己酮(cyclohexanone；CHN)、乳酸乙酯(ethyl lactate；EL)、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙酮、二甲基甲醯胺(dimethylformamide；DMF)、異丙醇(isopropanol；IPA)中選擇的一種或多種四氫呋喃(tetrahydrofuran；THF)、甲基異丁基甲醇(methyl isobutyl carbinol；MIBC)、乙酸正丁酯(n-butyl acetate；nBA)及2-庚酮(2-heptanone； MAK)之一或多者。
曝光後，曝光的光阻層30經受曝光後烘烤(PEB)處理，然後進行顯影處理，藉此在第4圖之S403處形成顯影的光阻圖案35，如第5C圖所示。在一些實施例中，PEB處理之溫度在約100℃至約180℃的範圍內，並且，在其他實施例中，在約120℃至約160℃的範圍內，這取決於各種處理條件及/或光阻特性。在一些實施例中，PEB處理的處理時間在約60秒至約180秒的範圍內，這取決於各種處理條件及/或光阻特性。在一些實施例中，在曝光光阻層的顯影之後執行後烘烤處理。
在一些實施例中，所顯影的光阻圖案35包括沿Y方向(垂直於紙張平面)延伸的線圖案。在其他實施例中，所顯影的光阻圖案35包括沿Y方向延伸的空間(開口)圖案。如上所述，如第2A圖所示，已顯影的光阻圖案35具有相對較大的邊緣粗糙度。在一些實施例中，已顯影的光阻圖案35的側面(線寬的3σ值)的粗糙度在約3nm至約5nm的範圍內。
在定向蝕刻操作200之後，光阻圖案35的側面的粗糙度減小，類似於第2C圖。在一些實施例中，定向蝕刻操作200之後的側面的粗糙度(線寬的3σ值)在約0.1nm至約3nm的範圍內。在一些實施例中，所顯影的光阻圖案35的側面在垂直方向上亦具有粗糙度。在一些實施例中，定向蝕刻操作亦可以降低垂直粗糙度。
然後，如第5D圖所示，在第4圖之S404處，執 行多個定向蝕刻操作50中之一者來修整或平滑所顯影的光阻圖案35的側面。在一些實施例中，在一或多個定向蝕刻操作50期間，改變X方向上的蝕刻量與Y方向上的蝕刻量的比率，以調整在Y方向上延伸的圖案的X方向上的線寬。
隨後，如第5E圖所示，在第4圖之S405處，藉由使用所顯影的光阻層作為蝕刻光罩的一或多個蝕刻操作(例如，乾蝕刻)對底層20進行圖案化，以獲得圖案25。此外，如第5F圖所示，在第4圖之S406處藉由灰化及/或濕清洗操作移除光阻層35。在一些實施例中，圖案25進一步用於形成FinFET或GAAFET的鰭結構、閘極圖案或佈線圖案。
在一些實施例中，在定向蝕刻操作之前或之後，執行一或多個附加的蝕刻及蝕刻操作。在某些實施例中，執行一或多個附加的微影術及蝕刻操作，以將沿Y方向延伸的線圖案切割成多個線圖案。
第6圖示出了根據本揭示案之另一實施例的圖案形成方法的順序操作的流程圖。應理解，對於該方法的附加實施例，可以在第6圖的操作之前、期間及之後提供附加操作，並且可以替換或消除下面描述的一些操作。操作/處理的順序可以互換。可在以下實施例中使用與關於第1A-5F圖的說明相同或相似的材料、組態、尺寸、結構、條件及操作，並且可以省略一些解釋。
在本實施例中，自最佳劑量減少EUV曝光的劑 量。
在第6圖之S601處，使用光罩獲得最佳劑量。在一些實施例中，如第5A-5F圖所示，判定最佳劑量以在底層上獲得所需圖案(例如，光罩中之最小圖案)。在一些實施例中，使用普通的EUV光阻劑。在一些實施例中，普通的EUV光阻劑要求在約55mJ/cm2至100mJ/cm2範圍內的標準劑量。在其他實施例中，使用如所述的高敏感度EUV光阻劑。然後，在第6圖之S602處，判定小於最佳劑量的減少劑量。在一些實施例中，減少的劑量數約為最佳劑量之60%至99%。在其他實施例中，減少的劑量數約為最佳劑量的80%至90%。
如第6圖之S603，曝光光阻層時，減少劑量小於最佳劑量。在一些實施例中，PEB處理的溫度及/或處理時間增加。在一些實施例中，PEB處理的溫度比用於判定最佳劑量的PEB處理溫度高約10℃至20℃。在一些實施例中，PEB處理的處理時間比用於判定最佳劑量的PEB處理時間長約30秒至約60秒。在其他實施例中，藉由顯影溶液的顯影時間比用於判定最佳劑量的顯影處理時間延長約30秒至60秒。
如上文所述，操作S604、S605及S606與操作S404、S405及S406相同。在一些實施例中，在一或多個定向蝕刻操作期間，改變X方向上的蝕刻量與Y方向上的蝕刻量的比率，以調整在Y方向上延伸的圖案的X方向上的線寬。
在一些實施例中，藉由改變曝光劑量，在具有光罩的底層上形成測試圖案。藉由測量所顯影之圖案，將小於最佳劑量並且能夠形成可接受的光阻圖案的劑量判定為減少的劑量可接受的光阻圖案為在定向蝕刻操作後產生所需圖案的圖案。
第7圖示出了根據本揭示案之另一實施例的圖案形成方法的順序操作的流程圖。應理解，對於該方法的附加實施例，可以在第7圖的操作之前、期間及之後提供附加操作，並且可以替換或消除下面描述的一些操作。操作/處理的順序可以互換。在以下實施例中，可以使用關於第1A-6圖的說明形同或相似的材料、組態、尺寸、結構、條件及操作，且可以省略一些解釋。
在本實施例中，在製造光罩期間添加光罩偏置以減少所需劑量。光罩偏置是在光罩上加寬不透明圖案或縮小不透明圖案。在EUV反射光罩中，不透明圖案為非反射圖案。
當EUV光阻劑為正光阻劑系統(顯影液溶解的曝光部分)時，減小不透明圖案尺寸(例如寬度)通常可以減少獲得所需圖案所需的劑量。相反，當EUV光阻劑為負光阻劑系統(未被顯影溶液溶解的曝光部分)時，增加不透明圖案尺寸通常可以減少獲得所需圖案的所需劑量。
在第7圖之S701處，在一些實施例中，使用無光罩偏置的測試光罩獲得最佳劑量。在一些實施例中，如第5A-5F圖所示，判定最佳劑量以在底層上獲得所需圖案 (例如，測試光罩中的最小圖案)。在一些實施例中，使用普通EUV光阻劑。在一些實施例中，普通EUV光阻劑需要在約55mJ/cm2至100mJ/cm2範圍內的標準劑量。在其他實施例中，使用高敏感度EUV光阻劑，然後，在第7圖之S702處，判定能夠自最佳劑量減少劑量(所需劑量)的光罩偏置，並且利用第7圖之S703的光罩偏置製造具有電路圖案的光罩。
如第7圖之S703所示，曝光光阻層時，減少劑量小於最佳劑量。操作S704、S705及S706與如上所述的操作S404、S405及S406相同。在一些實施例中，在一或多個定向蝕刻操作期間，改變X方向上的蝕刻量與Y方向上的蝕刻量的比率，以調整在Y方向上延伸的圖案的X方向上的線寬。
在一些實施例中，在S704處，改變PEB處理的溫度及/或處理時間。在一些實施例中，PEB處理的溫度比用於判定沒有光罩偏置的最佳劑量的PEB處理溫度高約10℃至20℃。在一些實施例中，PEB處理的處理時間比用於在沒有光罩偏置的情況下判定最佳劑量的PEB處理時間長約30秒至約60秒。在其他實施例中，藉由顯影溶液的顯影時間比用於判定無光罩偏置的最佳劑量的顯影處理時間延長約30秒至60秒。
在一些實施例中，測試光罩包括具有不同光罩偏置的圖案。藉由改變曝光劑量，使用測試面罩在底層形成測試圖案。藉由測量顯影圖案，判定光罩偏置及小於最佳劑 量的劑量的組合。在一些實施例中，可以判定兩個或多個組合。
第8A圖至第8F圖示出了根據本揭示案之另一實施方式的圖案形成方法的順序操作。應理解，可以在第8A-8F圖的操作之前、期間及之後提供附加的操作，且對於該方法之另外的實施例，下面描述的一些操作可以被替換或消除。操作/處理的順序可以互換。可在以下實施例中使用與關於第1A-7圖說明相同或相似的材料、組態、尺寸、結構、條件及操作，且可以省略一些說明。第8A圖、第8C圖及第8E圖示出了平面圖(自上方觀看)，且第8B圖、第8D圖及第8F圖分別示出了橫截面圖。
在一些實施例中，在顯影處理之後，如第8A圖及第8B圖所示，出現一或多個光阻浮渣或圖案橋800。浮渣及圖案橋可以藉由一或多個定向蝕刻操作移除，如第8C圖及第8D圖所示。在定向蝕刻操作之後，可以獲得浮渣或無橋圖案，如第8E圖及第8F圖所示。
第9圖示出了根據本揭示案之實施例的圖案形成方法的有利效應。
如上所述，提高EUV微影術設備的生產率(例如，產量)為降低半導體裝置之製造成本的因素之一。第9圖示出所需EUV曝光劑量與產量(每小時處理的晶圓數量，WPH)之間的關係。第9圖示出了不同源功率P1及P2(P1<P2)的兩條曲線。如第9圖所示，當所需曝光劑量為D1時，產量為T1。若所需的曝光劑量為D2 (=2/3D1)，則產量自T1提高為T2=4/3T1。在一些實施例中，D1為約60mJ/cm2，D2為約40mJ/cm2。如第9圖所示，減少所需劑量可以提高EUV微影術設備的生產率。儘管在EUV微影術操作之後執行定向蝕刻操作，但在一些實施例中，定向蝕刻操作的產量比EUV微影術操作的產量高。因此，即使執行附加操作(定向蝕刻操作)，亦可以降低總體製造成本。換言之，在EUV微影術操作中所需的劑量可以減少到導致產量等於定向蝕刻操作的產量。
儘管在前述實施例中主要解釋了在EUV圖案化操作之後的定向蝕刻操作，但是可以採用其他微影術操作，例如使用ArF或KrF雷射光的EUV微影術或電子束微影術。
如上所述，藉由使用一種或多種定向圖案化操作，即使執行低劑量的微影術操作，亦可以減小線寬粗糙度，並因此提高微影術操作的產量。
應理解，並未在本文中必須論述所有優點，對於所有實施例或實例不需要特定的優點，並且其他實施例或實例可以提供不同的優點。
根據本揭示案之一個態樣，在形成圖案的方法中，在底層上形成光阻層，將光阻層曝光於攜帶圖案資訊的光化輻射，顯影曝光的光阻層以形成顯影後的光阻圖案，將定向蝕刻操作施加於顯影後的光阻圖案以形成修整後的光阻圖案，並且使用修整後的光阻圖案作為蝕刻光罩對底層 進行圖案化。在上述及以下一或多個實施例中，光化輻射是極紫外線(EUV)光。在上述及以下一或多個實施例中，EUV光的劑量在30mJ/cm2至45mJ/cm2的範圍內。在上述及以下一或多個實施例中，顯影後的光阻圖案包括在第一方向上延伸並在與第一方向交叉的第二方向上彼此平行地配置的複數個線圖案，並且在定向蝕刻操作中，沿第一方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率大於沿第二方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率。在上述及以下一或多個實施例中，沿第一方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率為沿第二方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率的兩倍或更多倍。在上述及以下一或多個實施例中，沿第一方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率為沿第二方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率的五倍或更多倍。在上述及以下一或多個實施例中，在定向蝕刻操作之後，沿著複數個線圖案的第一方向的邊緣的線邊緣粗糙度被減小。在上述及以下一或多個實施例中，一或多個圖案橋缺陷出現在顯影後的光阻圖案中，並且藉由定向蝕刻操作移除一或多個圖案橋缺陷。
根據本揭示案之另一態樣，在製造半導體裝置的方法中，在安置在半導體基板上的底層上形成光阻層，判定關於光阻層及光罩之光罩圖案的來自光罩的攜帶圖案資訊的光化輻射的最佳劑量，判定小於最佳劑量的曝光劑量，以判定後之曝光劑量將光阻層曝光於攜帶圖案資訊的光化輻射，顯影曝光後的光阻層以形成顯影後的光阻圖案，對顯影後的光阻圖案施加定向蝕刻操作以形成修整後的之光 阻圖案，使用修整後的光阻圖案作為蝕刻光罩進行圖案化。在上述及以下一或多個實施例中，光化輻射為極紫外(EUV)光。在上述及以下一或多個實施例中，曝光劑量比最佳劑量小10%至40%。在上述及以下一或多個實施例中，顯影後的光阻圖案包括在第一方向上延伸並在與第一方向交叉的第二方向上彼此平行地配置的複數個線圖案，以及在定向蝕刻操作中，沿第一方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率大於沿第二方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率。在上述及以下一或多個實施例中，沿第一方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率為沿第二方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率的五倍或更多倍。在上述及以下一或多個實施例中，在定向蝕刻操作之後，沿著複數個線圖案的第一方向的邊緣的線邊緣粗糙度被減小。在上述及以下一或多個實施例中，一或多個圖案橋缺陷出現在顯影後的光阻圖案中，並且藉由定向蝕刻操作移除一或多個圖案橋缺陷。
根據本揭示案之另一態樣，在製造半導體裝置的方法中，判定原始光罩圖案的光罩偏置，使用判定的光罩偏置及原始光罩圖案製造光罩，在安置在半導體基板上方的底層上形成光阻層，將光阻層曝光於來自光罩的攜帶圖案資訊的光化輻射中，顯影曝光的光阻層以形成顯影後的光阻圖案，對顯影後的光阻圖案施加定向蝕刻操作，以形成修整後的光阻圖案，使用修整後的光阻圖案作為蝕刻光罩對底層進行圖案化。光化輻射為極紫外(extreme ultra violet；EUV)光，以光化輻射的曝光劑量減少的方式判 定光罩偏置。在上述及以下一或多個實施例中，判定光罩偏置，使得具有光罩偏置的曝光劑量比沒有光罩偏置的曝光劑量小10%至40%。在上述及以下一或多個實施例中，顯影後的光阻圖案包括在第一方向上延伸並且在與第一方向交叉的第二方向上彼此平行地配置的複數個線圖案，且在定向蝕刻操作中沿第一方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率大於沿第二方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率。在上述及以下一或多個實施例中，沿第一方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率為沿第二方向的顯影後的光阻圖案的蝕刻速率的五倍或更多倍。在上述及以下一或多個實施例中，在定向蝕刻操作之後，沿複數個線圖案的第一方向的邊緣的線邊緣粗糙度被減小。
上述內容概述了幾個實施例或實例的特徵，以便熟習此項技術者可以較佳地理解本揭示案之實施例之各個態樣。熟習此項技術者應理解，其可以容易地使用本揭示案之實施例作為設計或修改其他處理及結構的基礎，以實現相同的目的及/或實現本文介紹的實施例或實例的相同優點。熟習此項技術者亦應當認識到，此類等效結構不脫離本揭示案之實施例之精神及範疇，並且其可以在不脫離本揭示案之實施例之精神及範疇的情況下在本揭示案之實施例中進行各種修改、替換及改變。
S401:操作
S402:操作
S403:操作
S404:操作
S405:操作
S406:操作

Claims (10)

  1. 一種形成一圖案的方法，包含：在一底層之上形成一光阻層；將該光阻層曝光於攜帶一圖案資訊的一光化輻射；顯影曝光的該光阻層以形成一顯影後的光阻圖案，其中該顯影後的光阻圖案包括在一第一方向上延伸並且在與該第一方向交叉的一第二方向上彼此平行配置的複數個線圖案；對該顯影後的光阻圖案施加一定向蝕刻操作，以形成一修整後的光阻圖案，其中在該定向蝕刻操作中，沿該第一方向的該顯影後的光阻圖案的一蝕刻速率大於沿該第二方向的該顯影後的光阻圖案的一蝕刻速率；及使用該修整後的光阻圖案作為一蝕刻光罩對該底層進行圖案化。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該光化輻射為一極紫外光。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該極紫外光的一劑量在30mJ/cm2至45mJ/cm2的範圍內。
  4. 如請求項1所述之方法，其中沿該第一方向的該顯影後的光阻圖案的該蝕刻速率為沿該第二方向的該顯影後的光阻圖案的該蝕刻速率的兩倍或更多倍。
  5. 如請求項1所述之方法，其中在該定向蝕刻操作之後，沿著該些線圖案的該第一方向的邊緣的線邊緣粗糙度被減小。
  6. 一種製造一半導體裝置的方法，包含：在安置在一半導體基板上方的一底層上形成一光阻層；判定關於該光阻層及一光罩之一光罩圖案的來自該光罩的攜帶一圖案資訊的一光化輻射的一最佳劑量；判定小於該最佳劑量的一曝光劑量；以判定後的該曝光劑量將該光阻層曝光於攜帶該圖案資訊的該光化輻射；顯影曝光後的該光阻層以形成一顯影後的光阻圖案；對該顯影後的光阻圖案施加一定向蝕刻操作，以形成一修整後的光阻圖案；及使用該修整後的光阻圖案作為一蝕刻光罩對該底層進行圖案化。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該光化輻射為一極紫外光。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該曝光劑量比該最佳劑量小10%至40%。
  9. 一種製造一半導體裝置的方法，包含：判定一原始光罩圖案的一光罩偏置；使用判定的該光罩偏置及該原始光罩圖案製造一光罩；在安置在一半導體基板上方的一底層上形成一光阻層；將該光阻層曝光於來自該光罩的攜帶一圖案資訊的一光化輻射；顯影曝光的該光阻層以形成一顯影後的光阻圖案；對該顯影後的光阻圖案施加一定向蝕刻操作，以形成一修整後的光阻圖案；及使用該修整後的光阻圖案作為一蝕刻光罩對該底層進行圖案化，其中：該光化輻射為一極紫外光，且以該光化輻射的一曝光劑量減少的方式判定該光罩偏置。
  10. 如請求項9所述之方法，其中判定該光罩偏置，使得具有該光罩偏置的一曝光劑量比沒有該光罩偏置的一曝光劑量小10%至40%。
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