專利名稱：半導(dǎo)體光刻工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體工藝的光刻工藝，尤其是涉及一種二次曝光的方法， 其可延長光刻工藝中光源的壽命，但不影響電路的臨界尺度(criticaldimension，⑶)。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)在集成電路芯片的制造中扮演重要的角色，而不斷改良的光學(xué)投影光刻工藝可使集成電路不斷細(xì)化。因此，可使集成電路產(chǎn)業(yè)制造出更符合成本效益且功能更強(qiáng)大的半導(dǎo)體裝置。在光學(xué)光刻工藝的領(lǐng)域中，以光敏材料涂布于硅晶片上且使之干燥。而后，使用曝光機(jī)，其以光源經(jīng)由圖案化的光掩模在晶片上曝光。于曝光后，再顯影此晶片以將光掩模的圖案轉(zhuǎn)移至光敏材料。如此，圖案化的光敏材料用于后續(xù)工藝(例如蝕刻)，以生成集成電路裝置。雖然縮短用于曝光的光線波長可細(xì)化圖案，但裝置中的圖案縮小太快，以致于單單減少曝照光線的波長已難以跟上圖案微縮的速度。因此，發(fā)展出各種改善技術(shù)，像是光學(xué)鄰近效應(yīng)修正以及相位移技術(shù)，來解決此問題。而極端紫外光(EUV，EXtreme Ultraviolet) 光刻技術(shù)更為下一世代的光刻技術(shù)，此技術(shù)是使用13. 5納米的極端紫外光波長。然而，由于極端紫外光技術(shù)需要高功率的能源，而限制了其晶片產(chǎn)出，故極端紫外光曝光機(jī)目前仍無法用于量產(chǎn)，而尚處于研發(fā)階段。由此可知，目前為了降低成本，在極端光刻工藝可有效率使用于量產(chǎn)階段前，業(yè)界急需能夠延長深紫外光(DUV，De印Ultraviolet)光刻裝置(例如KrF或ArF)的使用壽命的方法，特別是延長昂貴的準(zhǔn)分子激光曝光機(jī)光源的使用壽命的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供改良的曝光方法，用以解決上述的問題。本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體光刻工藝包含提供基材；在基材上形成光致抗蝕劑層； 將光致抗蝕劑層曝露于第一光源下，進(jìn)行相對(duì)較低劑量的全面預(yù)曝光；將光致抗蝕劑層以步進(jìn)及掃瞄的方式曝露于第二光源下，進(jìn)行相對(duì)較高劑量的主曝光；以及對(duì)光致抗蝕劑層進(jìn)行顯影工藝。本發(fā)明亦提出一種半導(dǎo)體光刻工藝，包含提供基材；涂布光致抗蝕劑層于基材上；以步進(jìn)及掃瞄的方式，對(duì)光致抗蝕劑層進(jìn)行微曝光，以使光致抗蝕劑層曝光于相對(duì)較低劑量的第一光源；以步進(jìn)及掃瞄的方式，對(duì)光致抗蝕劑層進(jìn)行主曝光，以使光致抗蝕劑層曝光于相對(duì)較高劑量的第二光源，其特征在于主曝光是利用光掩模曝光；以及對(duì)光致抗蝕劑層進(jìn)行顯影工藝。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所繪示的使用于半導(dǎo)體工藝的二次曝光方法的流程圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例所繪示的使用于半導(dǎo)體工藝的二次曝光方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例將描述詳細(xì)細(xì)節(jié)以使本發(fā)明可據(jù)以實(shí)施，但亦存在其他實(shí)施例，其不偏離本發(fā)明精神及權(quán)利要求。晶片與基材在此包含任何結(jié)構(gòu)，例如集成電路結(jié)構(gòu)，其具有暴露出的表面，且具有材料層沉積于其上?；膭t包含半導(dǎo)體晶片，但基材另可意指在制造過程中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且可包含制造于其上的其他層。晶片與基材二者皆包含摻雜及未摻雜的半導(dǎo)體、以半導(dǎo)體或絕緣層為基底的外延層以及其他本領(lǐng)域所熟知的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。以下的實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明，而本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求所界定。本發(fā)明為一種二次曝光或多次曝光的方法，其可延長光刻工藝中曝光機(jī)光源的壽命，但不影響電路的臨界尺度。 雖然本文中部分的實(shí)施例以KrF(248納米)曝光機(jī)為例，但亦可為KrF掃瞄曝光機(jī)、ArF掃瞄曝光機(jī)、F2掃瞄曝光機(jī)、極端紫外光曝光機(jī)或電子束曝光機(jī)等，本發(fā)明不以此為限。圖1為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所繪示的使用于半導(dǎo)體工藝的二次曝光方法的流程圖。如圖1所示，首先，如步驟10，將光敏材料，例如為光致抗蝕劑層，涂布于半導(dǎo)體基材(未繪示)的主要表面上，其光致抗蝕劑層可為正型光致抗蝕劑或負(fù)型光致抗蝕劑，且光致抗蝕劑層可由傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)涂布方法涂布于基材上。在形成光致抗蝕劑層后，可選擇性地進(jìn)行斜邊清除(EBR，Edge Bevel Rinse)工藝，以清洗外圍邊緣部分的光致抗蝕劑層。本實(shí)施例中，光致抗蝕劑層具有使其成像的臨界能量值。如步驟11，實(shí)施光致抗蝕劑的后烤工藝，此步驟在決定顯影速率及光敏材料顯影的均勻性方面扮演重要的角色，此工藝中將基材置于烤盤上加熱，且基材可被加熱至例如 105°C至130°C之間。如步驟12，在光致抗蝕劑的后烤工藝之后，進(jìn)行晶邊曝光工藝(WEE， Wafer Edge Exposure)，其使用例如紫外光、深紫外光或極端紫外光，曝光基材的外圍環(huán)狀區(qū)域。如步驟13，在不使用光掩模下，進(jìn)行全面預(yù)曝光。在進(jìn)行全面預(yù)曝光期間，以第一光源將基材表面的整片光致抗蝕劑層曝光，其第一光源例如為紫外光、深紫外光、極端紫外光或電子束，且第一光源的劑量低于能使光致抗蝕劑層成像的臨界能量值。全面預(yù)曝光優(yōu)選為低劑量全面曝光，例如劑量約為1. 0-2. 5mJ/cm2、波長為248納米的全面預(yù)曝光。值得注意的是，只要不使用光掩模且光致抗蝕劑層不成像出圖案，全面預(yù)曝光可實(shí)施于步進(jìn)及掃瞄機(jī)內(nèi)或?qū)嵤┯诓竭M(jìn)及掃瞄機(jī)外。在優(yōu)選的情形下，全面預(yù)曝光可進(jìn)行于步進(jìn)及掃瞄機(jī)外，且結(jié)合晶邊曝光步驟以增加晶片的產(chǎn)量。如步驟14，使用光掩模的主曝光以步進(jìn)及掃瞄的方式進(jìn)行。在主曝光工藝中，基材上的光致抗蝕劑層經(jīng)由光掩模曝光，且使用具有預(yù)定劑量的第二光源曝光，以在光致抗蝕劑層中產(chǎn)生潛電路圖案，其第二光源例如為紫外光、深紫外光、極端紫外光或電子束。第一光源的劑量以及第二光源的劑量的總和大于能使光致抗蝕劑層成像的臨界能量值，而形成潛電路圖案。依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，主曝光的劑量高于全面預(yù)曝光的劑量，但遠(yuǎn)小于已知技術(shù)中的劑量。舉例來說，主曝光可以波長為245納米以及劑量約10-35mJ/cm2的相對(duì)較高的劑量實(shí)施。然而，使用于全面預(yù)曝光的第一光源可不同于使用于主曝光的第二光
4源。舉例來說，全面預(yù)曝光可使用KrF激光，而主曝光可使用ArF激光，或全面預(yù)曝光可使用ArF激光，而主曝光可使用EUV激光。同樣地，可進(jìn)行不止一次的全面預(yù)曝光，例如可視需要于主曝光前或后，或是前與后，進(jìn)行兩次或是兩次以上的全面預(yù)曝光。相較于已知技術(shù)，本發(fā)明的主曝光的劑量較低，且在光刻工藝中，本發(fā)明可在不影響臨界尺度以及圖案輪廓下延長光源壽命。此外，本發(fā)明亦可試用于下一世代的極端光刻工藝中，以解決缺乏適當(dāng)功率光源而造成晶片產(chǎn)出無法提升的瓶頸。如步驟15，在使用光掩模進(jìn)行主曝光之后，將基材上所曝光的光致抗蝕劑層進(jìn)行曝光后的烘烤(PEB，Post Exposure Bake)工藝。最后，如步驟16，在曝光后的烘烤(PEB) 工藝之后，使用傳統(tǒng)顯影方法顯影光致抗蝕劑層。在實(shí)施例中，可將具有光致抗蝕劑層的基材浸入顯影液中。或者，可將顯影液噴灑于光致抗蝕劑層上，以顯影光致抗蝕劑層。圖2為根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例所繪示的使用于半導(dǎo)體工藝的二次曝光方法的流程圖。如圖2所示，同樣地，如步驟20，將光敏材料，例如光致抗蝕劑層，涂布于半導(dǎo)體基材(未繪示)的主表面上，其光致抗蝕劑層可為正型光致抗蝕劑或負(fù)型光致抗蝕劑，且光致抗蝕劑層可由傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)涂布方法涂布于基材上。在形成光致抗蝕劑層后，可選擇性地進(jìn)行斜邊清除(EBR)工藝，以清洗外圍邊緣部分的光致抗蝕劑層。本實(shí)施例中，光致抗蝕劑層具有使其成像的臨限能量。如步驟21，實(shí)施光致抗蝕劑的后烤工藝，此步驟在決定顯影速率及光敏材料顯影的均勻性上扮演重要的角色，此工藝中將基材置于烤盤中加熱，并將其加熱至例如105°C至 130°C之間。如步驟22，在光致抗蝕劑的后烤工藝之后，進(jìn)行晶邊曝光(WEE)工藝，其使用例如紫外光、深紫外光或極端紫外光，曝光基材的外圍環(huán)狀區(qū)域。如步驟23，在不使用光掩模下，進(jìn)行微曝光。在本實(shí)施例中，微曝光實(shí)施于步進(jìn)及掃瞄曝光機(jī)內(nèi)且以循序個(gè)別曝照的步進(jìn)及掃瞄方式進(jìn)行。換言之，每一于基材上的芯片區(qū)域可以預(yù)設(shè)的方向循序曝光。在個(gè)別曝照的微曝光期間，在各芯片區(qū)域內(nèi)，在基材上的光致抗蝕劑層的表面將整片曝光于第一光源下，其第一光源例如為紫外光、深紫外光、極端紫外光或電子束，且第一光源的劑量低于能使光致抗蝕劑層成像的臨界能量值。微曝光優(yōu)選為低劑量全面曝光，例如劑量約1. 0-2. 5mJ/cm2，波長為248納米的全面曝光。值得注意的是， 在微曝光期間并不使用光掩模以及光致抗蝕劑層并不成像出電路圖案。如步驟M，接著以類似步驟23微曝光的步進(jìn)及掃瞄方式進(jìn)行使用光掩模的主曝光。在此工藝中，基材上的光致抗蝕劑層經(jīng)由光掩模曝光，且使用具有預(yù)定劑量的第二光源進(jìn)行曝光，以在光致抗蝕劑層中產(chǎn)生潛電路圖案，其第二光源例如為紫外光、深紫外光、極端紫外光或電子束。第一光源的劑量以及第二光源的劑量的總和大于能使光致抗蝕劑層成像的臨界能量值，而形成潛電路圖案。依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，主曝光的劑量高于微曝光的劑量，但遠(yuǎn)小于已知技術(shù)中的劑量。舉例來說，主曝光可以于波長為248納米以及約 10-35mJ/cm2左右相對(duì)較高的劑量下實(shí)施。在實(shí)施例中，使用于微曝光的第一光源與使用于主曝光的第二光源相同。相較于已知技術(shù)，本發(fā)明的主曝光的劑量較低，且在光刻工藝中，可在不影響臨界尺度以及圖案輪廓下延長曝光機(jī)光源壽命。此外，本發(fā)明亦可適用于下一世代的極端光刻工藝，以解決缺乏適當(dāng)功率光源而造成晶片產(chǎn)出無法提升的瓶頸。如步驟25，在使用光掩模進(jìn)行主曝光之后，將基材上曝光的光致抗蝕劑層進(jìn)行曝光后的烘烤(PEB)工藝。最后，如步驟沈，在曝光后的烘烤(PEB)工藝之后，可使用傳統(tǒng)顯影方法顯影光致抗蝕劑層。在實(shí)施例中，可將具有光致抗蝕劑層的基材浸入顯影液中?；蛘撸蓪@影液噴灑于光致抗蝕劑層上，以顯影光致抗蝕劑層。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的等同變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光刻工藝，包含提供基材；于該基材上形成光致抗蝕劑層；將該光致抗蝕劑層曝露于第一光源下，進(jìn)行相對(duì)較低劑量的全面預(yù)曝光；將該光致抗蝕劑層以步進(jìn)及掃瞄的方式曝露于第二光源下，進(jìn)行相對(duì)較高劑量的主曝光；以及對(duì)該光致抗蝕劑層進(jìn)行顯影工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光刻工藝，其特征在于該全面預(yù)曝光不使用光掩模。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光刻工藝，其特征在于該第一及第二光源的劑量均低于使該光致抗蝕劑層成像的臨界能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體光刻工藝，其特征在于該第一光源的劑量與第二光源的劑量的總和大于使該光致抗蝕劑層成像的該臨界能量，以形成潛電路圖案。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體光刻工藝，其特征在于使用于該全面預(yù)曝光的該第一光源不同于使用于該主曝光的該第二光源。
6.一種半導(dǎo)體光刻工藝，包含提供基材；涂布光致抗蝕劑層于該基材上；以步進(jìn)及掃瞄的方式，對(duì)該光致抗蝕劑層進(jìn)行微曝光，以使該光致抗蝕劑層曝光于相對(duì)較低劑量的第一光源；以步進(jìn)及掃瞄的方式，對(duì)該光致抗蝕劑層進(jìn)行主曝光，以使該光致抗蝕劑層曝光于相對(duì)較高劑量的第二光源，其特征在于該主曝光是利用光掩模曝光；以及對(duì)該光致抗蝕劑層進(jìn)行顯影工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體光刻工藝，其特征在于該微曝光不使用光掩模。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體光刻工藝，其特征在于該第一及第二光源的劑量均低于使該光致抗蝕劑層成像的臨界能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體光刻工藝，其特征在于該第一光源的劑量與該第二光源的劑量的總和大于使該光致抗蝕劑層成像的該臨界能量，以形成潛電路圖案。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體光刻工藝，其特征在于使用于該微曝光工藝的該第一光源與使用于該主曝光的該第二光源相同。
全文摘要
一種半導(dǎo)體光刻工藝包含提供基材；于基材上形成光致抗蝕劑層；將光致抗蝕劑層曝露于第一光源下，進(jìn)行相對(duì)較低劑量的全面預(yù)曝光；將光致抗蝕劑層以步進(jìn)及掃瞄的方式曝露于第二光源下，進(jìn)行相對(duì)較高劑量的主曝光；于烘烤之后，對(duì)光致抗蝕劑層進(jìn)行顯影工藝。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102213914SQ20101022758
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者王逸銘, 黃沛霖, 黃浚彥 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司