TWI461832B - 製造光罩的方法 - Google Patents

Description

製造光罩的方法

本發明有關一種製造方法，特別是有關一種光罩製法。

光罩是例如半導體製造中不可或缺的元件之一。習知使用電子束(E-beam)或雷射工具對光罩基板進行直寫以獲得光罩。由於近年來光學近接修正(OPC)輔助特徵越來越複雜，設計資料或光罩片段資料(fracture mask data)量越來越龐大，動輒需花費20至50小時進行直寫以完成一個光罩。再者，製造一個光罩的良率極低，因此光罩供應商會以大量時間的直寫程序以期生產良好的光罩。製程良率則受限於缺陷、誤寫、關鍵尺寸、顯影的敏感度控制等等。

因此，仍需要一種新穎的製造光罩的方法，以快速形成光罩，並獲得較佳的良率。

而壓印蝕刻(imprint lithography)技術在十年前被提出，主要是應用於在晶圓上製作次50奈米特徵尺寸的圖案，並且於單層材料上進行。

本發明之一目的是提供一種製造光罩的方法，以更有效率的製得光罩，並獲得較佳的良率。

於本發明之一態樣，依據本發明之製造光罩的方法包括下列步驟。形成一主模版(master template或master mold)，其包括一第一圖案。提供一光罩基板，其包括一透明基板及一位於透明基板上的遮光材料層，光罩基板包括一第一區及一第二區。於光罩基板的遮光材料層上形成一第一阻擋層。使用主模版對位於第一區的第一阻擋層進行一次壓印以將第一圖案轉移至第一阻擋層而形成一第二圖案。經由第一阻擋層對遮光材料層蝕刻而形成一第三圖案。移除第一阻擋層。於光罩基板上形成一第二阻擋層。使用一電子束對位於光罩基板的第二區的第二阻擋層進行直寫，予以顯影後，對光罩基板進行蝕刻，以於第二區的遮光材料層形成一第四圖案。移除第二阻擋層。

於本發明之另一態樣，依據本發明之製造光罩的方法包括下列步驟。形成一主模版，其包括一第一圖案。提供一光罩基板，光罩基板包括一透明基板及一位於透明基板上的遮光材料層，光罩基板包括一記憶胞陣列區及一周邊邏輯區。於光罩基板的遮光材料層上形成一第一光阻層。使用主模版對位於記憶胞陣列區的第一光阻層壓印以將第一圖案轉移至第一光阻層而形成一第二圖案。經由第一光阻層對遮光材料層蝕刻而形成一第三圖案。移除剩餘的第一光阻層。於光罩基板上形成一第二光阻層。使用一電子束對位於光罩基板的周邊邏輯區的第二光阻層進行直寫，予以顯影後，對光罩基板進行蝕刻，以於周邊邏輯區的遮光材料層形成一第四圖案。移除剩餘的第二光阻層。

於本發明之製造光罩的方法中，係於一區域使用壓印製程，而於另一區域採用電子束直寫製程，以進行光罩圖案的製作。因此壓印製程所使用的主模版可重複使用以製造具有相同圖案區的複數個不同光罩，而此等光罩中圖案重複性低或不重複的區域則以電子直寫方式製作，如此可較先前技術全部以電子束直寫曝光再顯影以形成光罩圖案的方式更為快速而省時、且經濟。

第1圖顯示依據本發明之一具體實施例之製造光罩的方法的流程圖，其包括下列步驟。進行步驟101，形成一主模版，做為壓印之用。主模版包括一第一圖案。主模版類似***，可藉由在一基板(例如石英板、玻璃板、或矽基板)上以電子束直刻或是其他方式以形成第一圖案。進行步驟102，提供一光罩基板。步驟101與102不分前後次序。光罩基板包括一透明基板及一位於透明基板上的遮光材料層，光罩基板包括一第一區及一第二區。第一區可為例如不同光罩間具有重複圖案的區域。第二區可為例如不同光罩間不重複或是重複度不高區域。進行步驟103，於光罩基板的遮光材料層上形成一第一阻擋層。阻擋層係用於在後續蝕刻製程中防止其下層被蝕刻，使用可被壓印的材料。阻擋層材料可包括光阻材料，但不限於此。可僅於第一區上形成，或是在第一區及第二區上均形成。進行步驟104，使用主模版對位於第一區的第一阻擋層壓印，以將第一圖案轉移至第一阻擋層而形成一第二圖案。形成第二圖案後的第一阻擋層可視阻擋層性質的需要而進一步固化，再移開主模版；或先移開主模版，再進行固化。可使用如習知的壓印蝕刻製程所使用的材料。進行步驟105，經由第一阻擋層對遮光材料層蝕刻以形成一第三圖案。進行步驟106，將第一阻擋層移除。進行步驟107，於光罩基板上形成一第二阻擋層。可僅於第二區上形成，或是在第一區及第二區上均形成。然後，進行步驟108，使用一電子束對位於光罩基板的第二區的第二阻擋層進行電子束直寫，予以顯影後，對光罩基板進行蝕刻，以於第二區的遮光材料層形成一第四圖案。然後，進行步驟109，移除剩餘的第二阻擋層。而在對第二阻擋層使用電子束進行直寫時，可視需要先進行對準。對準記號(alignment marks)的製作可使用主模板對第一阻擋層壓印、將第一阻擋層固化及蝕刻而達成，可於形成第三圖案的同時形成。

第1圖顯示的具體實施例是先進行步驟103、104、105及106以形成第一區的第三圖案，然後進行步驟107、108及109以形成第二區的第四圖案。但本發明之方法並不限於此順序，例如，於另一具體實施例中，也可先進行步驟107、108及109以形成第二區的第四圖案，然後進行步驟103、104、105及106以形成第一區的第三圖案。移除第一阻擋層的步驟106及移除第二阻擋層的步驟109，也可以在形成第三圖案及第四圖案後才分別進行或同時進行。

可將本發明之方法應用於製造記憶體製程中所需的光罩，即，第一區可為記憶胞陣列區，第二區可為周邊邏輯區。第2圖顯示依據本發明之另一具體實施例之製造光罩的方法的流程圖，第3至8圖顯示製造過程中的截面示意圖。首先，請參閱第2及3圖，進行步驟201，形成一主模版10。主模版10的尺寸可為大致上整個記憶胞陣列區的大小，其包括一第一圖案11，此圖案即是將被轉印至光罩上的圖案，依設計或所需而定。另進行步驟202，提供一光罩基板12，光罩基板12可包括有一透明基板14及一位於透明基板14上的遮光材料層16。光罩基板12可包括有一記憶胞陣列區301及一周邊邏輯區302。透明基板14可為例如石英、玻璃等等。遮光材料層16可為例如習知的鉻膜。步驟201及202彼此並無前後之分。然後，進行步驟203，於光罩基板12的遮光材料層16上形成一第一光阻層18。第一光阻層18可包括有例如可供壓印的可固化材料，例如照光可固化或加熱可固化的材料。照光可固化的光阻層材料可為例如習知的光阻材料，加熱可固化的光阻層材料可為例如熱固性聚合物。

然後進行步驟204，使用主模版10對位於記憶胞陣列區301的第一光阻層18壓印以將第一圖案11轉移至第一光阻層18而形成一第二圖案19。由於是進行壓印動作，所以速度相對於電子束直寫為快速。然後視需要進行步驟205，使第一光阻層18固化，此可利用加熱或照光而達成。可在主模版10壓印住第一光阻層18時進行固化，然後移開主模版10；或是在主模版10壓印第一光阻層18移開後才進行固化。此可依第一光阻層18的材料性質而定。第3圖中的箭頭方向表示將主模版10移開的方向。

然後，進行步驟206，經由已具有第二圖案19的第一光阻層18進行一蝕刻製程，以於記憶胞陣列區301的遮光材料層16形成一第三圖案。此蝕刻製程可為例如非等向蝕刻。因為第一光阻層18被壓印後具有凹凸的圖樣，於凹陷處的光阻層厚度較薄，於凸出處的光阻層厚度較厚，因此進行蝕刻後，位於凹陷處的遮光材料層16可較位於凸出處的遮光材料層16先曝露出來，如第4圖所示；再繼續進行蝕刻，即可移除曝露的遮光材料層16的部分，形成第三圖案17，如第5圖所示。因此，此蝕刻製程可為一階段、二階段或更多階段的蝕刻，此可依蝕刻方法對第一光阻層18與遮光材料層16的材質的選擇性所需而定。

然後進行步驟207，移除剩餘的第一光阻層18，此可利用例如濕式或乾式剝除製程進行。然後進行步驟208，於光罩基板12上形成一第二光阻層20。然後進行步驟209，使用一電子束22對位於光罩基板12的周邊邏輯區302的第二光阻層20進行直寫，如第6圖所示。予以顯影後，對光罩基板12進行蝕刻，以於周邊邏輯區302的遮光材料層16形成一第四圖案21，進行步驟210，移除剩餘的第二光阻層，如第7圖所示。

第2圖顯示的具體實施例是先進行步驟203、204、205、206及207以形成記憶胞陣列區301的第三圖案17，然後進行步驟208、209及210以形成周邊邏輯區302的第四圖案21。或可於另一具體實施例中，先進行步驟208、209及210以形成周邊邏輯區302的第四圖案21，然後進行步驟203、204、205、206及207以形成記憶胞陣列區301的第三圖案17。再者，移除第一光阻層的步驟207及移除第二光阻層的步驟210，也可以在形成第三圖案17及第四圖案21後才分別進行或同時進行。

於上述之使用電子束22對位於光罩基板12的周邊邏輯區302的第二光阻層20進行直寫時，若是將已具有記憶胞陣列區的圖案的光罩基板12移至直寫反應室進行，較佳在進行直寫之前先進行一對準製程。可於光罩基板12上提供複數個對準記號24，如第8圖所示。對準記號24較佳均勻散佈在不妨礙到第三圖案17與第四圖案21的地方，例如位於兩相鄰的第三圖案17之間。對準記號24的製作可與第三圖案17以相同方式同時製作。

再參閱第9圖，其顯示將電子束直寫反應室與對準機制結合的情形。一般直寫反應室在製程中須保持真空狀態，因此習知直寫反應室並未配備有對準裝置。於本發明中，特將直寫反應室與光學式對準機制結合，而可不影響真空狀態。於直寫反應室26內設置一第一導光元件28，例如光纖，使其延伸至直寫反應室26外以與一光感測器30連接。光感測器30可為例如電荷偶合器(CCD)或互補型金屬氧化膜半導體(CMOS)影像感測元件。於直寫反應室26內設置一第二導光元件32，例如光纖，使其延伸至直寫反應室26外以與一光源34連接。光源34可為例如雷射或發光二極體(LED)。使光源34發出的光線經由第二導光元件32傳導以照射光罩基板12，及產生一反射光，並由第一導光元件28傳導反射光至光感測器30，藉由對對準記號24的感測以對光罩基板12定位。例如，由光感測器30傳導訊號至一電腦處理單元36，經過電腦處理，再經由一動力裝置38，位於反應室26外，接收來自電腦處理單元36的訊號，據以經由一傳動機構40傳送動力至載台42以移動載台42位置至對準位置。如此可達良好的對準效果，使遮光材料層16的第三圖案17與第四圖案21有良好的聯結。

依據本發明之方法，尤適合用於製造記憶體裝置等兼具有相同圖形區域(例如記憶胞陣列區)及不相同圖形區域(例如周邊邏輯區)的複數個不同光罩的製造。詳言之，不同的記憶體裝置，其記憶胞陣列區可具有相同圖案，且圖案較複雜，因此，利用壓印的方式製造圖案，既方便且迅速，因而對應這個圖案所製得的主模版可重複使用以於此等不同光罩的該相同圖案區進行壓印。周邊邏輯區的電路圖樣通常較簡單且密度低，且於設計上較常改變，因此以電子束直寫方式來製得圖案，是較為便利。而兩階段所得的圖案之間的聯結，則藉由在電子束直寫反應室中配合光學對準系統可予以精確對準而結合。

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。

10．．．主模版

11．．．第一圖案

12．．．光罩基板

14．．．透明基板

16．．．遮光材料層

17．．．第三圖案

18．．．第一光阻層

19．．．第二圖案

20．．．第二光阻層

21．．．第四圖案

22．．．電子束

24．．．對準記號

26．．．直寫反應室

28．．．第一導光元件

30．．．光感測器

32．．．第二導光元件

34．．．光源

36．．．電腦處理單元

38．．．動力裝置

40．．．傳動機構

42．．．載台

301．．．記憶胞陣列區

302．．．周邊邏輯區

101、102、103、104、105、106、107、108、109、201、202、203、204、205、206、207、208、209、210．．．步驟

第1圖顯示依據本發明之一具體實施例之製造光罩的方法的流程圖。

第2圖顯示依據本發明之另一具體實施例之製造光罩的方法的流程圖。

第3至8圖顯示依據本發明之另一具體實施例之製造光罩過程中的截面示意圖。

第9圖顯示於本發明中將電子束直寫反應室與光學對準機制結合的示意圖。

10．．．主模版

11．．．第一圖案

12．．．光罩基板

14．．．透明基板

16．．．遮光材料層

18．．．第一光阻層

19．．．第二圖案

301．．．記憶胞陣列區

302．．．周邊邏輯區

Claims (10)

1. 一種製造光罩的方法，包括：形成一主模版，該主模版包括一第一圖案；提供一光罩基板，該光罩基板包括一透明基板及一位於該透明基板上的遮光材料層，該光罩基板包括一第一區及一第二區；於該光罩基板的該遮光材料層上形成一第一阻擋層；使用該主模版對位於該第一區的第一阻擋層壓印，以將該第一圖案轉移至該第一阻擋層而形成一第二圖案；經由該第一阻擋層對該遮光材料層蝕刻以形成一第三圖案；移除該第一阻擋層；於該光罩基板上形成一第二阻擋層；使用一電子束對位於該光罩基板的第二區的第二阻擋層進行直寫，予以顯影後，對該光罩基板進行蝕刻，以於該第二區的該遮光材料層形成一第四圖案；以及移除該第二阻擋層。
2. 如請求項1所述之製造光罩的方法，進一步，使用該主模版對該第一阻擋層壓印時，將該第一阻擋層固化後再將該主模版移開。
3. 如請求項1所述之製造光罩的方法，進一步包括進行一對準製程，其中，對該第二阻擋層進行直寫的步驟是在一直寫反應室進行，及該對準製程包括：提供複數個對準記號於該光罩基板上；於該直寫反應室內設置一第一導光元件，使其延伸至該直寫反應室外以與一光感測器連接；於該直寫反應室內設置一第二導光元件，使其延伸至該直寫反應室外以與一光源連接；及使該光源發出的光線經由該第二導光元件傳導以照射該光罩基板並產生一反射光，經由該第一導光元件傳導該反射光至該光感測器，藉以對該等對準記號感測以對該光罩基板定位。
4. 如請求項3所述之製造光罩的方法，其中該等對準記號係以形成該第三圖案的相同方式與該第三圖案同時形成。
5. 一種製造光罩的方法，包括：形成一主模版，該主模版包括一第一圖案；提供一光罩基板，該光罩基板包括一透明基板及一位於該透明基板上的遮光材料層，該光罩基板包括一記憶胞陣列區及一周邊邏輯區；於該光罩基板的該遮光材料層上形成一第一光阻層；使用該主模版對位於該記憶胞陣列區的第一光阻層壓印，以將該第一圖案轉移至該第一光阻層而形成一第二圖案；經由該第一光阻層對該遮光材料層蝕刻以形成一第三圖案；移除剩餘的該第一光阻層；於該光罩基板上形成一第二光阻層；使用一電子束對位於該光罩基板的周邊邏輯區的第二光阻層進行直寫，予以顯影後，對該光罩基板進行蝕刻，以於該周邊邏輯區的該遮光材料層形成一第四圖案；以及移除該剩餘的第二光阻層。
6. 如請求項5所述之製造光罩的方法，進一步包括進行一對準製程，其中，對該第二光阻層進行直寫的步驟是在一直寫反應室進行，及該對準製程包括：提供複數個對準記號於該光罩基板上；於該直寫反應室內設置一第一導光元件，使其延伸至該直寫反應室外以與一光感測器連接；於該直寫反應室內設置一第二導光元件，使其延伸至該直寫反應室外以與一光源連接；及使該光源發出的光線經由該第二導光元件傳導以照射該光罩基板並產生一反射光，由該第一導光元件傳導該反射光至該光感測器，藉以對該等對準記號感測以對該光罩基板定位。
7. 如請求項6所述之製造光罩的方法，其中該等對準記號係以形成該第三圖案的相同方式與該第三圖案同時形成。
8. 如請求項6所述之製造光罩的方法，其中該第一導光元件及該第二導光元件均包括一光纖。
9. 如請求項5所述之製造光罩的方法，其中，使用該主模版將該第一光阻層壓印後，移開該主模版，然後使該第一光阻層固化。
10. 如請求項5所述之製造光罩的方法，其中，使用該主模版將該第一光阻層壓印後，使該第一光阻層固化後，再將該主模版移開。