[发明专利]在半导体装置中形成图案的方法及系统、以及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置制造，特别是涉及一种用于半导体装置层级中形成一图案的双波长曝光系统及方法。

背景技术

在今日迅速发展的半导体装置制造产业中，同时增加在半导体制造中所使用的晶片大小及减少装置特征的尺寸，是极具难度的挑战。为了减少装置特征及间隔的尺寸，具有越来越低波长的曝光能量的光刻系统逐渐被运用，这是因为该光刻系统提供较优越的图案解析度。可被用来曝光光致抗蚀剂材料的上述光刻系统的两个例子分别为极限紫外线(EUV)光刻设备以及电子束直写(EDBW)光刻设备。极限紫外线(EUV)光刻设备利用极短波长的(一般小于180nm)UV辐射，且十分有利地运用在光刻工艺中，以对超小(小于100nm)图形进行曝光。与传统利用光学透镜来指示及成型光束的光刻工艺相反，极限紫外线(EUV)光刻设备使用具有非常高精密度的镜子来达成相同的目的。同样地，极限紫外线(EUV)光刻设备需要不同的光掩模设计。电子束直写(EDBW)光刻设备与光刻工艺不同，这是因为电子束直写(EDBW)光刻设备是使用电子束(e-beam)光刻，即使用聚焦电子光束来曝光光致抗蚀剂材料。通过电子束的扫描，可使图案直接被写入该光致抗蚀剂材料中，不需使用光掩模。图案的解析度可小于100nm。

极限紫外线(EUV)光刻设备及电子束直写(EDBW)光刻设备使用极短波长的能量源及搭配高功率，以活化在光致抗蚀剂材料内的聚合物。越小的波长可增加光刻工艺时所能达到的解析度，例如对装置特征及间隔小型化所增加的需求，以达到更小的关键尺寸。然而，低波长、高功率曝光制造工艺需要增加的曝光时间，因此与传统光学光刻工艺相比，会降低晶片的生产量。

由于使用于半导体制造工业的半导体晶片的尺寸增加，且整个表面(每一区块)需要被曝光，使得生产量降低以及制造周期增加。举例来说，在半导体制造工业上，在目前使用450mm大小的晶片为主。依据目前的技术，如此大的晶片经电子束直接写入曝光系统整理时，能处理的量每小时会小于五片。如此低的生产量层级会成为整个制造过程的瓶颈。由于制造周期的增加以及需要花费额外的数百万美元来购置设备来减少低生产量所造成的冲击，因此同样会造成所得的装置的成本上升。

因此，在能够达到目前及未来半导体元件所需求的解析度的前提下，半导体制造工业需要一种半导体装置的工艺，来降低制造所需要花费的时间，解决公知技术的问题。

发明内容

为符合上述工艺需求及工艺目的，本发明目的之一为提供在一层级的半导体装置中形成图案的方法。该方法包含提供一晶片，该晶片具有一光致抗蚀剂材料层形成于其上。在该光致抗蚀剂材料层形成一图案，且使用具有一第一波长的第一辐射对该图案的第一部分进行曝光，其中该第一波长为365nm、248nm、或193nm。该方法也包含使用具有一第二波长的第二辐射对该图案的第二部分进行曝光，其中该第二波长为电子束、或极限紫外线辐射。

本发明一实施例提供一半导体装置，包含一具有图案的半导体晶片，其中该图案由沉积于半导体晶片表面的光感应材料构成，其中该图案包含一第一部分及一第二部分，其中该第一部分是通过具有第一曝光波长的第一辐射所形成，该第二部分通过具有第二曝光波长的第二辐射所形成。

本发明另一实施例提供一用来形成半导体装置的图案层的系统。该系统包含一第一光刻设备用来产生一图案的一第一部分，该图案在一沉积一半导体装置上的光致抗蚀剂材料层内，该第一光刻设备为i-线(i-line)曝光系统、248nm光学光刻曝光系统、或是193nm光学光刻；以及一第二光刻设备，用来产生在该光致抗蚀剂材料层内的该图案的一第二部分，该第二光刻设备为电子束直写(EDBW)光刻设备、或是极限紫外线(EUV)光刻设备。

本发明可应用在具有不同形状及大小的裸片的图案化上。此外，本发明可应用在制造具有不同特征尺寸的半导体装置。本发明在制造具有小尺寸的半导体装置的方面具有独特的优点，本发明并不限制且可精准及明确地形成具有不同技术的装置。本发明提供具有较小特征尺寸的图案化裸片，并具有高装置解析度及相当高地生产量层级。本发明可用来于任何用于制造半导体装置的复合图案化操作，以形成图案。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1显示一形成于半导体装置上的图案的俯视图；

图2A及图2B分别示出图1所示图案的第一部分及第二部分；以及

图3为本发明一较佳实施例所述的方法的步骤流程图。

1～裸片；