專利名稱：縮小關鍵尺寸的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體的制造方法，尤其涉及一種縮小關鍵尺寸(critical dimension，CD)的方法。
背景技術：
在集成電路蓬勃發展的今日，對于元件集成度的要求越來越高，整個電路元件的尺寸設計也必須隨之縮小。而其中的關鍵就是在光刻(photolithography)工藝的技術上。
然而，由于受到黃光工藝的限制，將無法直接藉由改良光刻工藝來得到更小的關鍵尺寸。因此，目前業界發展出一種修剪(trim)光致抗蝕劑的工藝，包括化學修剪工藝(chemical trim process)與等離子體修剪工藝(plasma trim process)等，分別說明如下。
化學修剪工藝是將已圖案化的光致抗蝕劑層與底下整個晶片浸入裝有堿性或中性化學溶液的環境中，以移除部分光致抗蝕劑層，縮小關鍵尺寸。然而，此種工藝難以控制縮減的尺寸，故而容易有過度修剪，甚至是把全部的光致抗蝕劑一并移除的問題。因此，為了避免光致抗蝕劑全部被移除，微縮體積(shrinkage volume)會受到一定的限制，這也表示關鍵尺寸的縮小會有其限制。此外，由于經過溶液處理步驟，光致抗蝕劑側壁的性質會有所改變，連帶地影響光致抗蝕劑抗蝕刻的能力。再者，為了確保光刻工藝的正確性，在繼續下一個工藝步驟之前，會對于已圖案化的光致抗蝕劑層，以掃瞄式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)等儀器進行檢視。但是，光致抗蝕劑層在經過電子束掃瞄之后，其側壁的抗蝕刻能力同樣會受到影響。
至于等離子體修剪工藝是將晶片暴露在適當的等離子體蝕刻劑(plasmaetchant)中，利用離子轟擊(ion bombardment)將晶片表面的光致抗蝕劑層修剪至更小的關鍵尺寸。不過，等離子體修剪工藝因其工藝本身的特性，對于線的末端的修剪并不理想，無法維持預定的線長。此外，為了避免光致抗蝕劑可能會被全部移除掉，這種工藝也會有微縮體積的限制。另外，等離子體修剪工藝耗費的時間較長，會降低光刻工藝的效率。而且，由于離子轟擊的進行，將使得光致抗蝕劑層暴露出來的部分性質改變，無法進行重工工藝(rework process)，可能必須耗費更多時間，重新沉積光致抗蝕劑層，提高制作成本。

發明內容
有鑒于此，本發明的目的是提供一種縮小關鍵尺寸的方法，可取代現有的化學修剪工藝或等離子體修剪工藝，以達到節省工藝時間的功效并降低工藝的復雜性。且不受微縮體積的限制，可以精確地縮小關鍵尺寸。
本發明的另一目的是提供一種縮小關鍵尺寸的方法，免除因為他種修剪工藝而導致光致抗蝕劑層性質改變的問題，以利于后續的工藝。
本發明提出一種縮小關鍵尺寸的方法，包括對一光致抗蝕劑層進行一曝光工藝以及一顯影工藝，其特征在于于曝光工藝與顯影工藝之間進行一光學修剪曝光工藝(optical trim process，OTP)，其中光學修剪曝光工藝是采用一全開光掩模(fully open mask)對光致抗蝕劑層進行曝光，而全開光掩模的透過率(transmission rate)大于0。
依照本發明的優選實施例所述的縮小關鍵尺寸的方法，上述的全開光掩模的種類例如是半色調光掩模(half-tone mask)或相位移光掩模(phase shiftmask，PSM)。其中相位移光掩模包括無鉻光掩模(chromeless mask，CLM)、交替式相位移光掩模(alternating phase shift mask，alt-PSM)或減弱式相位移光掩模(attenuated phase shift mask，att-PSM)。
依照本發明的優選實施例所述的縮小關鍵尺寸的方法，上述于光學修剪曝光工藝與顯影工藝之間，還包括進行一后曝光烘烤工藝。
依照本發明的優選實施例所述的縮小關鍵尺寸的方法，上述光致抗蝕劑層的關鍵尺寸縮小的范圍在4nm至100nm之間。
本發明提出另一種縮小關鍵尺寸的方法，包括對一光致抗蝕劑層進行一曝光工藝以及一顯影工藝，其特征在于于曝光工藝之前進行一光學修剪曝光工藝，其中光學修剪曝光工藝是采用一全開光掩模對光致抗蝕劑層進行曝光，而全開光掩模的透過率大于0。
依照本發明的優選實施例所述的縮小關鍵尺寸的方法，上述的全開光掩模的種類例如是半色調光掩模或相位移光掩模。相位移光掩模的種類包括無鉻光掩模、交替式相位移光掩模或減弱式相位移光掩模。
依照本發明的優選實施例所述的縮小關鍵尺寸的方法，上述于光學修剪曝光工藝與顯影工藝之間，還包括進行一后曝光烘烤工藝。
依照本發明的優選實施例所述的縮小關鍵尺寸的方法，上述光致抗蝕劑層的關鍵尺寸縮小的范圍在4nm至100nm之間。
本發明因采用光學修剪曝光工藝，因此可取代現有的化學修剪工藝或等離子體修剪工藝，以達到節省工藝時間的功效并降低工藝的復雜性。而且不會受到微縮體積的限制，能夠精確地縮小關鍵尺寸。除此之外，還可免除因為他種修剪工藝而導致光致抗蝕劑層性質改變的問題，有利于后續的工藝。
為讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉優選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1繪示為依照本發明一優選實施例的縮小關鍵尺寸的方法的制造流程步驟圖；圖2A至圖2D繪示為依照本發明一優選實施例的縮小關鍵尺寸的方法的制造流程剖面圖；圖3繪示為依照本發明另一優選實施例的縮小關鍵尺寸的方法的制造流程步驟圖。
主要元件符號說明101、103、105、107、109、111、301、303、305、307、309、311步驟200晶片201光致抗蝕劑層201a、201b具有潛在圖案的光致抗蝕劑層201c圖案化的光致抗蝕劑層203光掩模204曝光光源205全開光掩模
具體實施例方式
圖1繪示為依照本發明的一優選實施例的縮小關鍵尺寸的方法的制造流程步驟圖。圖2A至圖2D繪示為依照本發明的一優選實施例的縮小關鍵尺寸的方法的制造流程剖面圖。
請參照圖1以及圖2A，先提供一晶片200(步驟101)。晶片200可以是已經形成有例如是晶體管、存儲單元，或其他半導體元件的晶片200，或者是尚未有任何半導體元件形成于其上的晶片200。晶片200表面可以是介電層、導體層、保護層或任何需要蝕刻、摻雜等工藝的膜層。接著，在晶片200上涂布一層光致抗蝕劑層201(步驟103)，其涂布方法例如是旋轉涂布(spin coating)，光致抗蝕劑層201的材質例如是正光致抗蝕劑。
然后，請參照圖2B，采用光掩模203對光致抗蝕劑層201進行曝光工藝(步驟105)，得到一具有潛在圖案(latent image)的光致抗蝕劑層201a。由于光致抗蝕劑層201于曝光后尚未顯影之前，無法以肉眼觀察到此光致抗蝕劑層201曝光后的變化，故以“具有潛在圖案的光致抗蝕劑層201a”稱呼此一已曝光但尚未顯影的光致抗蝕劑層201。其中于曝光工藝中所使用的曝光光源204例如是氟化氪激光、氟化氬激光等深紫外光光源。
接著，請參照圖2C，于曝光工藝之后，進行光學修剪曝光工藝(步驟107)，得到另一個具有潛在圖案的光致抗蝕劑層201b。其中光學修剪曝光工藝是采用一全開光掩模205進行曝光，而“全開光掩模”是指無圖案的光掩模，其中全開光掩模205的透過率大于0。全開光掩模205的種類例如是半色調光掩模或相位移光掩模。相位移光掩模包括無鉻光掩模、交替式相位移光掩模或減弱式相位移光掩模等多種光掩模。
在一優選實施例中，還可以于光學修剪曝光工藝之后，進行一后曝光烘烤工藝(步驟109)。此后曝光烘烤工藝例如是以熱墊板烘烤，在約110℃到130℃的溫度下烘烤約數十秒到兩分鐘左右。
繼而，請參照圖2D，進行顯影工藝(步驟111)，將具有潛在圖案的光致抗蝕劑層201b的潛在圖案顯現出來，得到一圖案化的光致抗蝕劑層201c。這個圖案化的光致抗蝕劑層201c的關鍵尺寸縮小的范圍在4nm至100nm之間。
此外，前述“光學修剪曝光工藝”也可在曝光工藝之前執行，如圖3所繪示，其是依照本發明的另一優選實施例的縮小關鍵尺寸的方法的制造流程步驟圖。
請參照圖3，先提供一晶片(步驟301)。晶片可以是已經形成有例如是晶體管、存儲單元，或其他半導體元件的晶片，或者是尚未有任何半導體元件形成于其上的晶片。晶片表面可以是介電層、導體層、保護層或任何需要蝕刻、摻雜等工藝的膜層。接著，在晶片上涂布一層光致抗蝕劑層(步驟303)，其涂布方法例如是旋轉涂布，光致抗蝕劑層的材質例如是正光致抗蝕劑。
然后，進行光學修剪曝光工藝(步驟305)，得到一個具有潛在圖案的光致抗蝕劑層。其中光學修剪曝光工藝是采用一全開光掩模對光致抗蝕劑層進行曝光，此全開光掩模的透過率大于0。全開光掩模的種類例如是半色調光掩模或相位移光掩模。相位移光掩模包括了無鉻光掩模、交替式相位移光掩模或是減弱式相位移光掩模等多種光掩模。
接著，于光學曝光修剪工藝之后，采用光掩模對光致抗蝕劑層進行曝光工藝(步驟307)，得到另一個具有潛在圖案的光致抗蝕劑層。其中于曝光工藝中所使用的曝光光源例如是氟化氪激光、氟化氬激光等深紫外光光源。
在一優選實施例中，還可以于曝光工藝之后，進行一后曝光烘烤工藝(步驟309)。此后曝光烘烤工藝例如是以熱墊板烘烤，在約110℃到130℃的溫度下烘烤約數十秒到兩分鐘左右。
繼而，進行顯影工藝(步驟311)，將光致抗蝕劑層的潛在圖案顯現出來，得到圖案化的光致抗蝕劑層。完成步驟311之后的結構如圖2D所示。這個圖案化的光致抗蝕劑層201c的關鍵尺寸縮小的范圍在4nm至100nm之間。其中，顯影工藝例如是藉由化學上的酸堿中和反應來進行的。
綜上所述，本發明因采用光學修剪曝光工藝，因此可取代現有的化學修剪工藝或等離子體修剪工藝，以達到節省工藝時間的功效并降低工藝的復雜性。此外，不會受到微縮體積的限制，能夠精確地縮小關鍵尺寸。
另外，還可免除因為他種修剪工藝而導致光致抗蝕劑層性質改變的問題，有利于后續的光致抗蝕劑重工工藝。而且，光致抗蝕劑層側壁的抗蝕刻能力也得以維持，進而確保蝕刻工藝能夠準確地轉移圖案。
雖然本發明已以優選實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下，可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視所附權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種縮小關鍵尺寸的方法，包括對一光致抗蝕劑層進行一曝光工藝以及一顯影工藝，其特征在于于該曝光工藝與該顯影工藝之間進行一光學修剪曝光工藝，其中該光學修剪曝光工藝是采用一全開光掩模對該光致抗蝕劑層進行曝光，而該全開光掩模的透過率大于0。
2.如權利要求1所述的縮小關鍵尺寸的方法，其中該全開光掩模的種類包括半色調光掩模。
3.如權利要求1所述的縮小關鍵尺寸的方法，其中該全開光掩模包括一相位移光掩模。
4.如權利要求3所述的縮小關鍵尺寸的方法，其中該相位移光掩模包括無鉻光掩模、交替式相位移光掩模或減弱式相位移光掩模。
5.如權利要求1所述的縮小關鍵尺寸的方法，其中于該光學修剪曝光工藝與該顯影工藝之間，還包括進行一后曝光烘烤工藝。
6.如權利要求1所述的縮小關鍵尺寸的方法，其中該光致抗蝕劑層的關鍵尺寸縮小的范圍在4nm至100nm之間。
7.一種縮小關鍵尺寸的方法，包括對一光致抗蝕劑層進行一曝光工藝以及一顯影工藝，其特征在于于該曝光工藝之前進行一光學修剪曝光工藝，其中該光學修剪曝光工藝是采用一全開光掩模對該光致抗蝕劑層進行曝光，而該全開光掩模的透過率大于0。
8.如權利要求7所述的縮小關鍵尺寸的方法，其中該全開光掩模的種類包括半色調光掩模。
9.如權利要求7所述的縮小關鍵尺寸的方法，其中該全開光掩模包括一相位移光掩模。
10.如權利要求9所述的縮小關鍵尺寸的方法，其中該相位移光掩模包括無鉻光掩模、交替式相位移光掩模或減弱式相位移光掩模。
11.如權利要求7所述的縮小關鍵尺寸的方法，其中于該光學修剪曝光工藝與該顯影工藝之間，還包括進行一后曝光烘烤工藝。
12.如權利要求7所述的縮小關鍵尺寸的方法，其中該光致抗蝕劑層的關鍵尺寸縮小的范圍在4nm至100nm之間。
全文摘要
一種縮小關鍵尺寸的方法，其是對于光致抗蝕劑層進行一曝光工藝以及一顯影工藝，其特征在于于曝光工藝與顯影工藝之間進行一光學修剪曝光工藝或是于曝光工藝之前，先進行此一光學修剪曝光工藝。其中光學修剪曝光工藝是采用一全開光掩模對光致抗蝕劑層進行曝光，而全開光掩模的透過率大于0。由于本發明采用光學修剪曝光工藝，可以大幅地縮小光致抗蝕劑層的關鍵尺寸，且不會影響光致抗蝕劑層的性質，因此有利于后續的工藝。
文檔編號G03F1/00GK1866130SQ20061005918
公開日2006年11月22日 申請日期2006年3月15日 優先權日2005年5月16日
發明者張圣岳, 吳得鴻, 黃國俊 申請人:聯華電子股份有限公司