TWI798485B - 光罩圖案移轉方法、偏振光罩及偏極化曝光裝置 - Google Patents

Abstract

一種光罩圖案移轉方法，包含提供偏振光罩，其包含基材、偏極化層及圖案化金屬層，偏極化層設置於基材上，偏極化層包含第一偏極化區及第二偏極區(或透光區)，偏極化層設置於基材及圖案化金屬層之間，其中圖案化金屬層具有第一、第二開口圖案，第一開口圖案對應於第一偏極化區，第二圖案開口對應第二偏極化區(或透光區)；分別以具不同的偏振方向的第一偏振光及第二偏振光進行曝光製程，其中第一偏極化區僅允許第一偏振光通過，藉由兩次曝光製程依序在光阻層形成第一光阻層圖案及第二光阻層圖案。一種偏振光罩及偏極化曝光裝置亦被提供。

Description

光罩圖案移轉方法、偏振光罩及偏極化曝光裝置

本發明是有關一種光罩圖案移轉技術，尤其是關於一種光罩圖案移轉方法、偏振光罩及偏極化曝光裝置。

在半導體積體電路的製程中，積體電路的微結構製造需要在如半導體基材/膜層、介電材料層、或金屬材料層等適當的材料層中，利用如微影及蝕刻等製程形成具有精確尺寸之微小特徵圖案。在傳統的半導體技術中，為利用光罩於目標材料層上形成圖案化光阻層，以便先在圖案化光阻層中定義特徵圖案，隨後將特徵圖案轉移至目標材料層。

隨著積體電路的複雜化，這些特徵圖案的尺寸不斷地減小，所以用來產生特徵圖案的設備就必須滿足製程解析度的嚴格要求。目前單一圖案化(single patterning)方法已無法滿足製造微小線寬圖案之解析度或製程需求。是以，半導體業者現在大都採用多重圖案化(multiple patterning)方法，例如雙重圖案化(double patterning)製程，作為克服微影曝光裝置之解析度極限的途徑。一般而言，在多重圖案化製程中，首先將緻密圖案(其個別圖案尺寸及/或圖案間間距低於微影裝置之解析度極限)拆解至不同的光罩。隨後將該等光罩上的圖案轉移至光阻層，故可使不同光罩上的圖案組 合成原始的目標圖案。此種多重圖案化方法須採用多個不同光罩，無可避免地增加了製程複雜度與製程成本。

本發明提供一種光罩圖案移轉方法、偏振光罩及偏極化曝光裝置，其中光罩圖案移轉方法具有減少光罩與光阻層之間的對準誤差，且降低製程複雜度及減少製程成本的優點。

本發明所提供的光罩圖案移轉方法，其係將偏振光罩的特徵圖案移轉至目標材料上的光阻層，光罩圖案移轉方法包含：提供第一偏振光及第二偏振光，第一偏振光及第二偏振光具有不同的偏振方向；提供偏振光罩，偏振光罩包含基材、偏極化層及圖案化金屬層，偏極化層設置於基材上，偏極化層包含第一偏極化區，圖案化金屬層設置於偏極化層上，使偏極化層介於基材及圖案化金屬層之間，其中圖案化金屬層具有第一開口圖案及第二開口圖案，且第一開口圖案對應於第一偏極化區；以及進行兩次曝光製程，在其中一次曝光製程中，使用第一偏振光，第一偏極化區允許第一偏振光通過，且經第一開口圖案照射至光阻層，以在光阻層形成第一光阻層圖案，第一光阻層圖案對應第一開口圖案，在另一次曝光製程中，使用第二偏振光，第一偏極化區不允許第二偏振光通過。

在本發明的一實施例中，上述之偏極化層更包含第二偏極化區，對應於第二開口圖案，當曝光製程使用第二偏振光時，第二偏極化區允許第二偏振光通過，且經第二開口圖案照射至光阻層，以在該光阻層形成第二光阻層圖案，第二光阻層圖案對應第二開口圖案。

在本發明的一實施例中，上述之偏極化層更包含透光區及非透光區，透光區對應於第二開口圖案，非透光區介於透光區及第一偏極化區之 間，當曝光製程使用第二偏振光時，透光區允許第二偏振光通過，且經第二開口圖案照射至光阻層，以在光阻層形成第二光阻層圖案，第二光阻層圖案對應第二開口圖案。

在本發明的一實施例中，當上述之曝光製程使用第一偏振光時，第一偏極化區及透光區同時允許第一偏振光通過，以在光阻層同時形成第一光阻層圖案及第三光阻層圖案，第三光阻層圖案對應第二開口案。於一實施例中，第三光阻層圖案的位置對應於第二光阻層圖案的位置，且第二光阻層圖案及第三光阻層圖案疊加後的圖案尺寸大於第二開口圖案。

在本發明的一實施例中，上述之第一偏振光及第二偏振光其中之一者為垂直偏振光，另一者為水平偏振光。

本發明所提供的偏振光罩，包含：基材、偏極化層以及圖案化金屬層。基材具有相對之第一表面及第二表面；偏極化層設置於基材的第一表面，偏極化層包含第一偏極化區可供第一偏振光通過；圖案化金屬層設置於偏極化層，使偏極化層介於基材及圖案化金屬層之間，其中圖案化金屬層具有第一開口圖案及第二開口圖案，且第一開口圖案對應於第一偏極化區。

在本發明的一實施例中，上述之偏極化層更包含第二偏極化區，第二偏極化區對應於第二開口圖案，第二偏極化區可供第二偏振光通過，且第二偏振光及第一偏振光具有不同的偏振方向。

在本發明的一實施例中，上述之偏極化層更包含透光區及非透光區，透光區對應於第二開口圖案，非透光區介於透光區及第一偏極化區之間。

在本發明的一實施例中，上述之基材的材質為石英，圖案化金屬層的材質為鉻。

本發明所提供的偏極化曝光裝置，包含：光源、第一偏振板及第二偏振板以及偏振光罩。光源提供曝光光束；曝光光束經第一偏振板轉換為第一偏振光，曝光光束經第二偏振板轉換為第二偏振光，第二偏振光及第一偏振光具有不同的偏振方向；偏振光罩包含基材、偏極化層及圖案化金屬層，其中，基材具有相對之第一表面及第二表面，第二表面面向光源，偏極化層設置於基材的第一表面，偏極化層包含第一偏極化區，第一偏極化區允許第一偏振光通過，但不允許第二偏振光通過，圖案化金屬層設置於偏極化層，使偏極化層介於基材及圖案化金屬層之間，其中圖案化金屬層具有第一開口圖案及第二開口圖案，且第一開口圖案對應於第一偏極化區。

在本發明的一實施例中，上述之偏極化層更包含第二偏極化區，第二偏極化區對應於第二開口圖案，第二偏極化區允許第二偏振光通過。

在本發明的一實施例中，上述之偏極化層更包含透光區及非透光區，透光區對應於第二開口圖案，非透光區介於透光區及第一偏極化區之間，其中透光區允許第一偏振光及第二偏振光通過。

本發明光罩圖案移轉方法採用同一偏振光罩經兩次不同偏振光的曝光製程，以在光阻層上形成第一光阻層圖案及第二光阻層圖案，偏振光罩包含基材、偏極化層及圖案化金屬層，且偏極化層介於基材及圖案化金屬層之間，偏極化層包含具有不同偏振方向的第一偏極化區及第二偏極化區，或者包含第一偏極化區及透光區。本發明光罩圖案移轉方法因僅使用單一偏振光罩，因此將減少使用多個光罩時所容易導致之光罩與光阻層之間的對準誤差，且降低因使用多個具不同圖案的光罩所導致之製程複雜度及高製程成本。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

10:偏極化曝光裝置

12:光源

L:曝光光束

14:第一偏振板

16:第二偏振板

L1:第一偏振光

L2:第二偏振光

18、18A:偏振光罩

181:開放區

20:基材

22、22A:偏極化層

221、221A:第一偏極化區

222:第二偏極化區

223:透光區

224:非透光區

24、24A:圖案化金屬層

241、241A:第一開口圖案

242、242A:第二開口圖案

S30、S32、S34:步驟

40:目標材料

42:光阻層

421、421A:第一光阻層圖案

422、422A、422A’:第二光阻層圖案

423:第三光阻層圖案

424:第四光阻層圖案

圖1是本發明一實施例偏極化曝光裝置的示意圖。

圖2是本發明一第一實施例偏振光罩的剖面示意圖。

圖3a及圖3b分別是本發明一第一實施例圖案化金屬層及偏極化層的圖案概要示意圖。

圖4是本發明一實施例光罩圖案移轉方法的流程示意圖。

圖5a及圖5b分別是本發明一第一實施例光阻層於第一次曝光及第二次曝光所界定的光阻層圖案示意圖，圖5c則為圖5a及5b所示之光阻層圖案的組合示意圖。

圖6是本發明一第二實施例偏振光罩的剖面示意圖。

圖7a及圖7b分別是本發明一第二實施例圖案化金屬層及偏極化層的圖案概要示意圖。

圖8a及圖8b分別是本發明一第二實施例光阻層於第一次曝光及第二次曝光所界定的光阻層圖案示意圖，圖8c則為圖8a及8b所示之光阻層圖案的組合示意圖。

圖1是本發明一實施例偏極化曝光裝置的示意圖，如圖所示，偏極化曝光裝置10包含光源12、第一偏振板14及第二偏振板16、以及偏振 光罩18。光源12提供曝光光束L；第一偏振板14及第二偏振板16設置於曝光光束L的光學路徑上，第一偏振板14與第二偏振板16可吸收一預定的偏振光分量，並透射其它的偏振光分量，而使入射的曝光光束L沿一指定方向被透射，於一實施例中，第一偏振板14與第二偏振板16皆為線性偏振器，而其偏振軸被設成為互相垂直，其中，曝光光束L經第一偏振板14轉換為第一偏振光L1，曝光光束L經第二偏振板16轉換為第二偏振光L2，第二偏振光L2及第一偏振光L1具有不同的偏振方向，於一實施例中，第一偏振光L1及第二偏振光L2其中之一者可為垂直偏振光，另一者可為水平偏振光。

偏振光罩18設置於第一偏振光L1及第二偏振光L2的光學路徑上。圖2是本發明一第一實施例偏振光罩的剖面示意圖，偏振光罩18包含基材20、偏極化層22及圖案化金屬層24，其中基材20具有相對的第一表面201及第二表面202，於一實施例中，第二表面202面向光源(示於圖1)，亦即面向第一偏振光L1/第二偏振光L2的入射；偏極化層22設置於基材20的第一表面201，圖案化金屬層24設置於偏極化層22，使偏極化層22介於基材20及圖案化金屬層24之間。於一實施例中，基材20的材質例如為石英，圖案化金屬層24的材質例如為鉻。圖3a及圖3b分別是本發明一第一實施例圖案化金屬層及偏極化層的圖案概要示意圖，如圖3a所示，圖案化金屬層24具有第一開口圖案241及第二開口圖案242，在圖3a中，為方便進行說明，利用虛線的繪示來區隔第一開口圖案241及第二開口圖案242，而圖2中所繪示之偏振光罩18的圖案化金屬層24即為圖3a所示之圖案化金屬層24沿AA線段的剖面示意。如圖3b所示，於第一實施例中，偏極化層22包含第一偏極化區221及第二偏極化區222，其中第一偏極化區221允許第一偏振光L1通過，但不允許第二偏振光L2通過，第二偏極 化區222允許第二偏振光L2通過，但不允許第一偏振光L1通過，如圖3a及圖3b所示，第一偏極化區221對應於第一開口圖案241，第二偏極化區222對應於第二開口圖案242。

接續上述說明，圖4是本發明一實施例光罩圖案移轉方法的流程示意圖，請同時參閱圖1所示，當要將偏振光罩18的特徵圖案移轉至目標材料40上的光阻層42時，光罩圖案移轉方法包含，將偏振光罩18和覆有光阻層42之目標材料40的適當位置對準，此為步驟S30；接著進行兩次曝光製程，例如在步驟S32中，先後分別使用具有不同偏振方向的第一偏振光L1及第二偏振光L2通過偏振光罩18對光阻層42進行曝光，以依序在光阻層42上形成第一光阻層圖案421(示於後續圖5a中)以及第二光阻層圖案422(示於後續圖5b中)；此第一光阻層圖案421及第二光阻層圖案422將於後續未繪示的微影製程中移除，此為步驟S34，以在光阻層42上形成對應於第一開口圖案241及第二開口圖案242的光阻層開口(圖中未示)。

圖5a及圖5b分別是本發明一第一實施例光阻層於第一次曝光及第二次曝光所界定的光阻層圖案示意圖，圖5c則為圖5a及5b所示之光阻層圖案的組合示意圖。與此實施例中，使用第一實施例所述之偏振光罩18(其圖案化金屬層24及偏極化層22的圖案分別如圖3a及圖3b所示)，且以第一次曝光製程使用第一偏振光L1，第二次曝光製程使用第二偏振光L2作為說明，惟不限於此，於其他實施例中，亦可在第一次曝光製程使用第二偏振光L2，第二次曝光製程使用第一偏振光L1。在第一次曝光製程中，使用第一偏振光L1射入偏振光罩18，由於偏振光罩18之偏極化層22的第一偏極化區221允許第一偏振光L1通過，而第二偏極化區222不允許第一偏振光L1通過，因此通過偏振光罩18的第一偏振光L1經第一偏極化區221及第一開口圖案241照射至光阻層42，以在光阻層42形成第一光阻 層圖案421，如圖5a所示，第一光阻層圖案421對應於圖案化金屬層24的第一開口圖案241。在第二次曝光製程中，使用第二偏振光L2射入偏振光罩18，由於偏振光罩18之偏極化層22的第一偏極化區221不允許第二偏振光L2通過，而第二偏極化區222允許第二偏振光L2通過，因此通過偏振光罩18的第二偏振光L2經第二偏極化區222及第二開口圖案242照射至光阻層42，以在光阻層42形成第二光阻層圖案422，如圖5b所示，第二光阻層圖案422對應於圖案化金屬層24之第二開口圖案242。而如圖5c所示，光阻層42經兩次曝光製程後所形成的第一光阻層圖案421及第二光阻層圖案422組合對應於偏振光罩18之圖案化金屬層24的第一開口圖案241及第二開口圖案242的組合。

圖6是本發明一第二實施例偏振光罩的剖面示意圖，圖7a及圖7b分別是本發明一第二實施例圖案化金屬層及偏極化層的圖案概要示意圖，其中，圖6所繪示之偏振光罩18A的圖案化金屬層24A即為圖7a所示之圖案化金屬層24A沿BB線段的剖面示意。如圖6所示，偏振光罩18A包含基材20、偏極化層22A及圖案化金屬層24A，偏極化層22A設置於基材20的第一表面201，圖案化金屬層24A設置於偏極化層22A，使偏極化層22A介於基材20及圖案化金屬層24A之間，於一實施例中，偏極化層22A及圖案化金屬層24A未覆蓋基材20的整個第一表面201，而在偏振光罩18A形成一開放區181。又如圖7a所示，圖案化金屬層24A具有第一開口圖案241A及第二開口圖案242A；如圖7b所示，於第二實施例中，偏極化層22A包含第一偏極化區221A、透光區223及非透光區224，其中，第一偏極化區221A允許第一偏振光L1通過，但不允許第二偏振光L2通過，於一實施例中，第一偏極化區221A對應於圖案化金屬層24A的第一開口圖案241A；透光區223例如可供第一偏振光L1及第二偏振光L2通過，且透光 區223的配置對應於圖案化金屬層24A的第二開口圖案242A；非透光區224設置於第一偏極化區221A及透光區223之間，非透光區224不允許第一偏振光L1及第二偏振光L2通過。

接續上述說明，圖8a及圖8b分別是本發明一第二實施例光阻層於第一次曝光及第二次曝光所界定的光阻層圖案示意圖，圖8c則為圖8a及8b所示之光阻層圖案的組合示意圖。與此實施例中，使用第二實施例所述之偏振光罩18A(其圖案化金屬層24A及偏極化層22A的圖案分別如圖7a及圖7b所示)，且以第一次曝光製程使用第二偏振光L2，第二次曝光製程使用第一偏振光L1作為說明，惟不限於此，於其他實施例中，亦可在第一次曝光製程使用第一偏振光L1，第二次曝光製程使用第二偏振光L2。

接續上述說明，在第一次曝光製程中，使用第二偏振光L2射入偏振光罩18A，由於偏振光罩18A之偏極化層22A僅透光區223允許第二偏振光L2通過，因此通過偏振光罩18A的第二偏振光L2經透光區223及第二開口圖案242A照射至光阻層42，以在光阻層42形成第二光阻層圖案422A，如圖8a所示，第二光阻層圖案422A對應於圖案化金屬層24A之第二開口圖案242A；於一實施例中，第二偏振光L2通過偏振光罩18A的開放區181時，亦會在光阻層42形成圖案，例如為第四光阻層圖案424。

在第二次曝光製程中，使用第一偏振光L1入射偏振光罩18A，由於第一偏極化區221A及透光區223皆允許第一偏振光L1通過，因此通過偏振光罩18A的第一偏振光L1經第一偏極化區221A及其下方的第一開口圖案241A與透光區223及其下方的第二開口圖案242A照射至光阻層42，以在光阻層42形成第一光阻層圖案421A及第三光阻層圖案423，如圖8b所示，第一光阻層圖案421A對應於圖案化金屬層24A的第一開口圖案241A，第三光阻層圖案423對應於圖案化金屬層24A之第二開口圖案 242A，於一實施例中，第三光阻層圖案423對應於第二光阻層圖案422A，亦即第二光阻層圖案422A及第三光阻層圖案423位在光阻層42的同一位置，由於此對應於第二開口圖案242A之光阻層42的同一位置歷經兩次曝光，如圖8c所示，因此雙重曝光的製程要素影響下，由第二光阻層圖案422A及第三光阻層圖案423疊加後的第二光阻層圖案422A’尺寸將會略大於第二開口圖案242A的尺寸。又在第二次曝光製程時，第一偏振光L1亦會通過偏振光罩18A的開放區181，再次於光阻層42形成第四光阻層圖案424

在本發明中，使用同一偏振光罩經兩次不同偏振光的曝光製程，以在光阻層上至少形成第一光阻層圖案及第二光阻層圖案。由於僅使用單一偏振光罩，因此將減少使用多個光罩時所容易導致之光罩與光阻層之間的對準誤差，此外，使用單一偏振光罩進行兩次曝光而在光阻層上產生的疊加圖案經後續顯影製程所形成的光阻層開口圖案，與偏振光罩的特徵圖案之間將具有較佳的圖案移轉準確度。另一方面，由於本發明實施例不需使用多個具不同圖案的光罩，因此具有降低製程複雜度及減少製程成本的優點。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:偏極化曝光裝置

12:光源

L:曝光光束

14:第一偏振板

16:第二偏振板

L1:第一偏振光

L2:第二偏振光

18:偏振光罩

40:目標材料

42:光阻層

Claims (10)

1. 一種光罩圖案移轉方法，其係將一偏振光罩的一特徵圖案移轉至一目標材料上的一光阻層，該光罩圖案移轉方法包含：提供一第一偏振光及一第二偏振光，該第一偏振光及該第二偏振光具有不同的偏振方向；提供一偏振光罩，該偏振光罩包含一基材、一偏極化層及一圖案化金屬層，該偏極化層設置於該基材上，該偏極化層包含一第一偏極化區、一透光區及一非透光區，其中該非透光區介於該透光區及該第一偏極化區之間；該圖案化金屬層設置於該偏極化層上，使該偏極化層介於該基材及該圖案化金屬層之間，該圖案化金屬層具有一第一開口圖案及一第二開口圖案，且該第一開口圖案對應於該第一偏極化區，該第二開口圖案對應於該透光區；以及進行兩次曝光製程，在其中一次該曝光製程中，使用該第一偏振光，該第一偏極化區允許該第一偏振光通過，且經該第一開口圖案照射至該光阻層，以在該光阻層形成一第一光阻層圖案，該第一光阻層圖案對應該第一開口圖案，在另一次該曝光製程中，使用該第二偏振光，該第一偏極化區不允許該第二偏振光通過，該透光區允許該第二偏振光通過，且經該第二開口圖案照射至該光阻層，以在該光阻層形成一第二光阻層圖案，該第二光阻層圖案對應該第二開口圖案。
2. 如請求項1所述之光罩圖案移轉方法，其中，該偏極化層更包含一第二偏極化區，對應於該第二開口圖案，當該曝光製程使用該第二偏振光時，該第二偏極化區允許該第二偏振光通過，且經該第二開口圖案照射至該光阻 層，以在該光阻層形成一第二光阻層圖案，該第二光阻層圖案對應該第二開口圖案。
3. 如請求項1所述之光罩圖案移轉方法，其中，當該曝光製程使用該第一偏振光時，該第一偏極化區及該透光區同時允許該第一偏振光通過，以在該光阻層同時形成該第一光阻層圖案及一第三光阻層圖案，該第三光阻層圖案對應該第二開口圖案。
4. 如請求項3所述之光罩圖案移轉方法，其中，該第三光阻層圖案的位置對應於該第二光阻層圖案的位置，且該第二光阻層圖案及該第三光阻層圖案疊加後的圖案尺寸大於該第二開口圖案。
5. 如請求項1所述之光罩圖案移轉方法，其中，該第一偏振光及該第二偏振光其中之一者為垂直偏振光，另一者為水平偏振光。
6. 一種偏振光罩，包含：一基材，具有相對之一第一表面及一第二表面；一偏極化層，設置於該基材的該第一表面，該偏極化層包含一第一偏極化區、一透光區及一非透光區，該第一偏極化區可供一第一偏振光通過，該非透光區介於該透光區及該第一偏極化區之間；以及一圖案化金屬層，設置於該偏極化層，使該偏極化層介於該基材及該圖案化金屬層之間，其中該圖案化金屬層具有一第一開口圖案及一第二開口圖案，且該第一開口圖案對應於該第一偏極化區，該第二開口圖案對應於該透光區。
7. 如請求項6所述之偏振光罩，其中，該偏極化層更包含一第二偏極化區，該第二偏極化區對應於該第二開口圖案，該第二偏極化區可供一第二偏振光通過，且該第二偏振光及該第一偏振光具有不同的偏振方向。
8. 如請求項6所述之偏振光罩，其中，該基材的材質為石英，該圖案化金屬層的材質為鉻。
9. 一種偏極化曝光裝置，包含：一光源，提供一曝光光束；一第一偏振板及一第二偏振板，該曝光光束經該第一偏振板轉換為一第一偏振光，該曝光光束經該第二偏振板轉換為一第二偏振光，該第二偏振光及該第一偏振光具有不同的偏振方向；以及一偏振光罩，包含：一基材、一偏極化層及一圖案化金屬層，其中，該基材具有相對之一第一表面及一第二表面，該第二表面面向該光源；該偏極化層設置於該基材的該第一表面，該偏極化層包含一第一偏極化區、一透光區及一非透光區，其中該第一偏極化區允許該第一偏振光通過，但不允許該第二偏振光通過，該透光區允許該第一偏振光及該第二偏振光通過，該非透光區介於該透光區及該第一偏極化區之間；以及該圖案化金屬層設置於該偏極化層，使該偏極化層介於該基材及該圖案化金屬層之間，其中該圖案化金屬層具有一第一開口圖案及一第二 開口圖案，且該第一開口圖案對應於該第一偏極化區，該第二開口圖案對應於該透光區。
10. 如請求項9所述之偏極化曝光裝置，其中，該偏極化層更包含一第二偏極化區，該第二偏極化區對應於該第二開口圖案，該第二偏極化區允許該第二偏振光通過。

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