专利名称：缩小关键尺寸的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体的制造方法，尤其涉及一种缩小关键尺寸(critical dimension，CD)的方法。
背景技术：
在集成电路蓬勃发展的今日，对于元件集成度的要求越来越高，整个电路元件的尺寸设计也必须随之缩小。而其中的关键就是在光刻(photolithography)工艺的技术上。
然而，由于受到黄光工艺的限制，将无法直接藉由改良光刻工艺来得到更小的关键尺寸。因此，目前业界发展出一种修剪(trim)光致抗蚀剂的工艺，包括化学修剪工艺(chemical trim process)与等离子体修剪工艺(plasma trim process)等，分别说明如下。
化学修剪工艺是将已图案化的光致抗蚀剂层与底下整个晶片浸入装有碱性或中性化学溶液的环境中，以移除部分光致抗蚀剂层，缩小关键尺寸。然而，此种工艺难以控制缩减的尺寸，故而容易有过度修剪，甚至是把全部的光致抗蚀剂一并移除的问题。因此，为了避免光致抗蚀剂全部被移除，微缩体积(shrinkage volume)会受到一定的限制，这也表示关键尺寸的缩小会有其限制。此外，由于经过溶液处理步骤，光致抗蚀剂侧壁的性质会有所改变，连带地影响光致抗蚀剂抗蚀刻的能力。再者，为了确保光刻工艺的正确性，在继续下一个工艺步骤之前，会对于已图案化的光致抗蚀剂层，以扫瞄式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)等仪器进行检视。但是，光致抗蚀剂层在经过电子束扫瞄之后，其侧壁的抗蚀刻能力同样会受到影响。
至于等离子体修剪工艺是将晶片暴露在适当的等离子体蚀刻剂(plasmaetchant)中，利用离子轰击(ion bombardment)将晶片表面的光致抗蚀剂层修剪至更小的关键尺寸。不过，等离子体修剪工艺因其工艺本身的特性，对于线的末端的修剪并不理想，无法维持预定的线长。此外，为了避免光致抗蚀剂可能会被全部移除掉，这种工艺也会有微缩体积的限制。另外，等离子体修剪工艺耗费的时间较长，会降低光刻工艺的效率。而且，由于离子轰击的进行，将使得光致抗蚀剂层暴露出来的部分性质改变，无法进行重工工艺(rework process)，可能必须耗费更多时间，重新沉积光致抗蚀剂层，提高制作成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种缩小关键尺寸的方法，可取代现有的化学修剪工艺或等离子体修剪工艺，以达到节省工艺时间的功效并降低工艺的复杂性。且不受微缩体积的限制，可以精确地缩小关键尺寸。
本发明的另一目的是提供一种缩小关键尺寸的方法，免除因为他种修剪工艺而导致光致抗蚀剂层性质改变的问题，以利于后续的工艺。
本发明提出一种缩小关键尺寸的方法，包括对一光致抗蚀剂层进行一曝光工艺以及一显影工艺，其特征在于于曝光工艺与显影工艺之间进行一光学修剪曝光工艺(optical trim process，OTP)，其中光学修剪曝光工艺是采用一全开光掩模(fully open mask)对光致抗蚀剂层进行曝光，而全开光掩模的透过率(transmission rate)大于0。
依照本发明的优选实施例所述的缩小关键尺寸的方法，上述的全开光掩模的种类例如是半色调光掩模(half-tone mask)或相位移光掩模(phase shiftmask，PSM)。其中相位移光掩模包括无铬光掩模(chromeless mask，CLM)、交替式相位移光掩模(alternating phase shift mask，alt-PSM)或减弱式相位移光掩模(attenuated phase shift mask，att-PSM)。
依照本发明的优选实施例所述的缩小关键尺寸的方法，上述于光学修剪曝光工艺与显影工艺之间，还包括进行一后曝光烘烤工艺。
依照本发明的优选实施例所述的缩小关键尺寸的方法，上述光致抗蚀剂层的关键尺寸缩小的范围在4nm至100nm之间。
本发明提出另一种缩小关键尺寸的方法，包括对一光致抗蚀剂层进行一曝光工艺以及一显影工艺，其特征在于于曝光工艺之前进行一光学修剪曝光工艺，其中光学修剪曝光工艺是采用一全开光掩模对光致抗蚀剂层进行曝光，而全开光掩模的透过率大于0。
依照本发明的优选实施例所述的缩小关键尺寸的方法，上述的全开光掩模的种类例如是半色调光掩模或相位移光掩模。相位移光掩模的种类包括无铬光掩模、交替式相位移光掩模或减弱式相位移光掩模。
依照本发明的优选实施例所述的缩小关键尺寸的方法，上述于光学修剪曝光工艺与显影工艺之间，还包括进行一后曝光烘烤工艺。
依照本发明的优选实施例所述的缩小关键尺寸的方法，上述光致抗蚀剂层的关键尺寸缩小的范围在4nm至100nm之间。
本发明因采用光学修剪曝光工艺，因此可取代现有的化学修剪工艺或等离子体修剪工艺，以达到节省工艺时间的功效并降低工艺的复杂性。而且不会受到微缩体积的限制，能够精确地缩小关键尺寸。除此之外，还可免除因为他种修剪工艺而导致光致抗蚀剂层性质改变的问题，有利于后续的工艺。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1绘示为依照本发明一优选实施例的缩小关键尺寸的方法的制造流程步骤图；图2A至图2D绘示为依照本发明一优选实施例的缩小关键尺寸的方法的制造流程剖面图；图3绘示为依照本发明另一优选实施例的缩小关键尺寸的方法的制造流程步骤图。
主要元件符号说明101、103、105、107、109、111、301、303、305、307、309、311步骤200晶片201光致抗蚀剂层201a、201b具有潜在图案的光致抗蚀剂层201c图案化的光致抗蚀剂层203光掩模204曝光光源205全开光掩模
具体实施例方式
图1绘示为依照本发明的一优选实施例的缩小关键尺寸的方法的制造流程步骤图。图2A至图2D绘示为依照本发明的一优选实施例的缩小关键尺寸的方法的制造流程剖面图。
请参照图1以及图2A，先提供一晶片200(步骤101)。晶片200可以是已经形成有例如是晶体管、存储单元，或其他半导体元件的晶片200，或者是尚未有任何半导体元件形成于其上的晶片200。晶片200表面可以是介电层、导体层、保护层或任何需要蚀刻、掺杂等工艺的膜层。接着，在晶片200上涂布一层光致抗蚀剂层201(步骤103)，其涂布方法例如是旋转涂布(spin coating)，光致抗蚀剂层201的材质例如是正光致抗蚀剂。
然后，请参照图2B，采用光掩模203对光致抗蚀剂层201进行曝光工艺(步骤105)，得到一具有潜在图案(latent image)的光致抗蚀剂层201a。由于光致抗蚀剂层201于曝光后尚未显影之前，无法以肉眼观察到此光致抗蚀剂层201曝光后的变化，故以“具有潜在图案的光致抗蚀剂层201a”称呼此一已曝光但尚未显影的光致抗蚀剂层201。其中于曝光工艺中所使用的曝光光源204例如是氟化氪激光、氟化氩激光等深紫外光光源。
接着，请参照图2C，于曝光工艺之后，进行光学修剪曝光工艺(步骤107)，得到另一个具有潜在图案的光致抗蚀剂层201b。其中光学修剪曝光工艺是采用一全开光掩模205进行曝光，而“全开光掩模”是指无图案的光掩模，其中全开光掩模205的透过率大于0。全开光掩模205的种类例如是半色调光掩模或相位移光掩模。相位移光掩模包括无铬光掩模、交替式相位移光掩模或减弱式相位移光掩模等多种光掩模。
在一优选实施例中，还可以于光学修剪曝光工艺之后，进行一后曝光烘烤工艺(步骤109)。此后曝光烘烤工艺例如是以热垫板烘烤，在约110℃到130℃的温度下烘烤约数十秒到两分钟左右。
继而，请参照图2D，进行显影工艺(步骤111)，将具有潜在图案的光致抗蚀剂层201b的潜在图案显现出来，得到一图案化的光致抗蚀剂层201c。这个图案化的光致抗蚀剂层201c的关键尺寸缩小的范围在4nm至100nm之间。
此外，前述“光学修剪曝光工艺”也可在曝光工艺之前执行，如图3所绘示，其是依照本发明的另一优选实施例的缩小关键尺寸的方法的制造流程步骤图。
请参照图3，先提供一晶片(步骤301)。晶片可以是已经形成有例如是晶体管、存储单元，或其他半导体元件的晶片，或者是尚未有任何半导体元件形成于其上的晶片。晶片表面可以是介电层、导体层、保护层或任何需要蚀刻、掺杂等工艺的膜层。接着，在晶片上涂布一层光致抗蚀剂层(步骤303)，其涂布方法例如是旋转涂布，光致抗蚀剂层的材质例如是正光致抗蚀剂。
然后，进行光学修剪曝光工艺(步骤305)，得到一个具有潜在图案的光致抗蚀剂层。其中光学修剪曝光工艺是采用一全开光掩模对光致抗蚀剂层进行曝光，此全开光掩模的透过率大于0。全开光掩模的种类例如是半色调光掩模或相位移光掩模。相位移光掩模包括了无铬光掩模、交替式相位移光掩模或是减弱式相位移光掩模等多种光掩模。
接着，于光学曝光修剪工艺之后，采用光掩模对光致抗蚀剂层进行曝光工艺(步骤307)，得到另一个具有潜在图案的光致抗蚀剂层。其中于曝光工艺中所使用的曝光光源例如是氟化氪激光、氟化氩激光等深紫外光光源。
在一优选实施例中，还可以于曝光工艺之后，进行一后曝光烘烤工艺(步骤309)。此后曝光烘烤工艺例如是以热垫板烘烤，在约110℃到130℃的温度下烘烤约数十秒到两分钟左右。
继而，进行显影工艺(步骤311)，将光致抗蚀剂层的潜在图案显现出来，得到图案化的光致抗蚀剂层。完成步骤311之后的结构如图2D所示。这个图案化的光致抗蚀剂层201c的关键尺寸缩小的范围在4nm至100nm之间。其中，显影工艺例如是藉由化学上的酸碱中和反应来进行的。
综上所述，本发明因采用光学修剪曝光工艺，因此可取代现有的化学修剪工艺或等离子体修剪工艺，以达到节省工艺时间的功效并降低工艺的复杂性。此外，不会受到微缩体积的限制，能够精确地缩小关键尺寸。
另外，还可免除因为他种修剪工艺而导致光致抗蚀剂层性质改变的问题，有利于后续的光致抗蚀剂重工工艺。而且，光致抗蚀剂层侧壁的抗蚀刻能力也得以维持，进而确保蚀刻工艺能够准确地转移图案。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种缩小关键尺寸的方法，包括对一光致抗蚀剂层进行一曝光工艺以及一显影工艺，其特征在于于该曝光工艺与该显影工艺之间进行一光学修剪曝光工艺，其中该光学修剪曝光工艺是采用一全开光掩模对该光致抗蚀剂层进行曝光，而该全开光掩模的透过率大于0。
2.如权利要求1所述的缩小关键尺寸的方法，其中该全开光掩模的种类包括半色调光掩模。
3.如权利要求1所述的缩小关键尺寸的方法，其中该全开光掩模包括一相位移光掩模。
4.如权利要求3所述的缩小关键尺寸的方法，其中该相位移光掩模包括无铬光掩模、交替式相位移光掩模或减弱式相位移光掩模。
5.如权利要求1所述的缩小关键尺寸的方法，其中于该光学修剪曝光工艺与该显影工艺之间，还包括进行一后曝光烘烤工艺。
6.如权利要求1所述的缩小关键尺寸的方法，其中该光致抗蚀剂层的关键尺寸缩小的范围在4nm至100nm之间。
7.一种缩小关键尺寸的方法，包括对一光致抗蚀剂层进行一曝光工艺以及一显影工艺，其特征在于于该曝光工艺之前进行一光学修剪曝光工艺，其中该光学修剪曝光工艺是采用一全开光掩模对该光致抗蚀剂层进行曝光，而该全开光掩模的透过率大于0。
8.如权利要求7所述的缩小关键尺寸的方法，其中该全开光掩模的种类包括半色调光掩模。
9.如权利要求7所述的缩小关键尺寸的方法，其中该全开光掩模包括一相位移光掩模。
10.如权利要求9所述的缩小关键尺寸的方法，其中该相位移光掩模包括无铬光掩模、交替式相位移光掩模或减弱式相位移光掩模。
11.如权利要求7所述的缩小关键尺寸的方法，其中于该光学修剪曝光工艺与该显影工艺之间，还包括进行一后曝光烘烤工艺。
12.如权利要求7所述的缩小关键尺寸的方法，其中该光致抗蚀剂层的关键尺寸缩小的范围在4nm至100nm之间。
全文摘要
一种缩小关键尺寸的方法，其是对于光致抗蚀剂层进行一曝光工艺以及一显影工艺，其特征在于于曝光工艺与显影工艺之间进行一光学修剪曝光工艺或是于曝光工艺之前，先进行此一光学修剪曝光工艺。其中光学修剪曝光工艺是采用一全开光掩模对光致抗蚀剂层进行曝光，而全开光掩模的透过率大于0。由于本发明采用光学修剪曝光工艺，可以大幅地缩小光致抗蚀剂层的关键尺寸，且不会影响光致抗蚀剂层的性质，因此有利于后续的工艺。
文档编号G03F1/00GK1866130SQ20061005918
公开日2006年11月22日 申请日期2006年3月15日 优先权日2005年5月16日
发明者张圣岳, 吴得鸿, 黄国俊 申请人:联华电子股份有限公司