CN1259597C - 光罩组合及其形成细线图案的曝光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种光罩组合，包括：一第一光罩，具有平行且交错排列的多个相位0度透光区与多个相位180度透光区，且任一相位0度透光区与相邻的相位180度透光区具有相同的间距；以及一第二光罩，具有一透明基底与一条状遮光层，其中上述条状遮光层覆盖于上述透明基底部分表面，上述条状遮光层的宽度不小于上述相位0度透光区与上述相位180度透光区的间距。本发明亦揭示透过光罩组合曝光以形成细线图案的方法。

Description

光罩组合及其形成细线图案的曝光方法
技术领域
本发明系有关于一种半导体集成电路的制造方法，且特别是有关于一种微影制程的细小图案曝光方法。
背景技术
在半导体集成电路的制造过程中，微影成像(microlithography)制程无疑地居于极重要的地位，吾人由此一制程方可将设计的图案精确地定义在光阻层上，然后利用蚀刻程序将光阻层的图案转移到半导体基底上而制得所需的线路构造。一般而言，微影制程主要包括涂底(priming)、光阻涂布(coating)、预烤(或称软烤)、曝光(expose)、曝后处理、显影、以及硬烤等数个步骤。其中，曝光程序的分辨率(resolution)良窳尤为组件积集度能否更进一步提升的关键因素，各大半导体制造厂无不积极投入研发以谋求更上层楼。
然而，随着半导体集成电路的集成层次的快速增加，微影技术所要求的线幅宽度也越来越小，同样的，各半导体组件之间的距离也日益缩短。然而，上述的组件间的距离在曝光制程中会因为受到光学特性的影响而有其物理上的限制。其原因在于曝光时，为求得到微小尺寸的组件，光罩的透光区之间的间隔将配合组件尺寸而缩小，但若透光区之间的间隔缩小至特定的范围时(为曝光波长1/2或以下时)，通过光罩的光线将发生绕射的现象，进而影响转移后图案的分辨率。再者，当一光罩上透光区的致密程度不一时，通过致密(densw)透光区的光线将会受到通过孤立(isolated)透光区的光线影响，而使得曝光后的图案发生扭曲的现象，如此，细小图案(例如：栅极层)的曝光便发生困难。
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明主要目的在于提供一种光罩组合及其形成细线图案的曝光方法，适用于定义栅极(gate)图案。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种光罩组合及其形成细线图案的曝光方法，以避免曝光图形失真或扭曲。
本发明的目的之二在于提供一种光罩组合及其形成细线图案的曝光方法，以曝光出致密排列的细线图案。
本发明的主要特征在于利用一相位移光罩(PSM)(例如：交错式相位移光罩)与一传统结构光罩分别进行二次曝光(second exposure)，使相位移光罩曝光出多个平行交错排列的明亮区，且传统结构光罩曝光出一具有条状暗区的亮场(bright field)图案，其关键在于曝光时需使条状暗区落在相邻明亮区之间，两图案结合便形成细线图案。也就是说原本具多个交错平行排列的明亮区图案，由另一光罩将相邻明亮区之间之一的暗区遮蔽起来，使图案其余区域皆受到二次曝光，如此一来，仅留下该相邻明亮区之间的暗区，形成一细线图案。
为获致上述的目的，本发明提出一种细线图案的曝光方法，此方法的步骤主要包括：
首先，提供一第一光罩，具有平行且交错排列的多个相位0度透光区与多个相位180度透光区，且任一相位0度透光区与相邻的相位180度透光区具有相同的间距。提供一第二光罩，具有一透明基底与一条状遮光层，其中上述条状遮光层覆盖于上述透明基底部分表面，上述条状遮光层的宽度不小于上述相位0度透光区与上述相位180度透光区的间距。接着，分别透过上述第一光罩与上述第二光罩，曝光出一第一曝光图案与第二曝光图案，其中上述第一曝光图案具有平行排列的多个明亮区，上述第二曝光图案具有一条状暗区，位于上述相邻明亮区之间之一间隔位置。
为获致上述的目的，本发明亦提出一种光罩组合，适用于曝光出细线图案，包括：
一第一光罩，具有平行且交错排列的多个相位0度透光区与多个相位180度透光区，且任一相位0度透光区与相邻的相位180度透光区具有相同的间距；以及一第二光罩，具有一透明基底与一条状遮光层，其中上述条状遮光层覆盖于上述透明基底部分表面，上述条状遮光层的宽度不小于述相位0度透光区与上述相位180度透光区的间距。
如前所述，上述第一光罩例如为交错式相位移光罩(alternate phase shiftmask；alternate PSM)，且上述第二光罩例如为双光强度光罩(binary intensitymask；BIM)。
根据本发明，上述相位0度透光区与上述相位180度透光区具有相同形状(例如：矩形)且尺寸相同。上述相位0度透光区与上述相位180度透光区的宽度较佳约为170～400nm。两者之间距较佳约为15～60nm。另外，上述条状遮光层的材质由金属铬所构成，其宽度较佳约为70～90nm。
本发明具有以下优点：
1.根据本发明的交错式相位移光罩，由于相位0度透光区与相位180度透光区的宽度小，因此光透过该透光区后，不易发生高阶绕射或干涉，可以改善因为像差(lens aberration)所造成的图形失真问题。
2.本发明的交错式相位移光罩，因具有多个平行排列且形状、尺寸皆相的透光区，故可消除光学邻近效应(OPE)，避免曝光影像的形状或尺寸被扭曲。
3.本发明的交错式相位移光罩，可以增大聚焦深度(depth of fucous DOF)，使曝光与显影程序的制程容许度(process window)提升。
4.根据本发明的光罩组合及其曝光方法，可以突破传统曝光图案线宽的瓶颈，形成较为致密排列的细线图案。
附图说明
图1显示根据本发明的一较佳实施例的光罩组合的一光罩俯视图；
图2显示根据本发明的一较佳实施例的光罩组合的另一光罩俯视图；
图3显示根据第1图的光罩曝光所得的影像图案；
图4显示根据第2图的光罩曝光所得的影像图案；
图5显示根据本发明的一较佳实施例的一细线图案曝光结果。
符号说明
600    第一光罩                   800   第二光罩
602    相位0度透光区              604   相位180度透光区
W1     相邻透光区的间隔宽度      601   第一光罩的遮光层
800    第二光罩                   802   条状遮光层
6000   第一曝光图案               6020  明亮区
W2     条状遮光层的宽度          9020  细线图案
8020   条状遮光层图案             9000  二次曝光的结果图案
具体实施方式
以下请配合参考图1与图2的光罩俯视图以及图3、图4与图5的曝光影像图，以说明本发明之一较佳实施例，形成多个细线图案。
首先，请参照图1，上述第一光罩600，较佳为交错式相位移光罩(alternating PSM)以消除光学邻近效应(OPE)。上述第一光罩600主要用以曝光出具有多个相互平行排列的明亮区的暗场(dark field)图案。上述第一光罩600具有平行且交错排列的多个相位0度透光区602与多个相位180度透光区604。上述第一光罩600可以由一第一透明基板(例如：石英玻璃)所构成，上述透光区602与604可由控制上述第一透明基板的厚度，以分别形成一相角0度透光区602与一相角180度透光区604，其中上述相角0度透光区602与上述相角180度透光区604交错排列，当曝光光源波长为193nm，石英玻璃的折射率为1.552时，0度透光区的厚度即为石英厚度，而相位180度透光区与相位0度透光区的厚度相差170～180nm，较佳者175nm。
另外，提供一半导体基底，上述半导体基底表面可先利用例如旋涂法形成一适当的光阻层，且将上述半导体基底设置、固定于一支撑装置上。
接着，将上述第一光罩600置入一曝光装置中，利用上述曝光装置使上述第一光罩600对准于上述半导体基底预定曝光出图案的既定位置。上述曝光装置例如为步进-重复机(step-and-repeat mask aligner)、光罩对准曝光机(maskaligner)、扫瞄-步进机(scan-and-repeat mask aligner)或任何现有的曝光装置。
接着，进行一次曝光程序，利用上述曝光装置透过上述第一光罩600曝光出一第一曝光图案6000，上述第一曝光图案6000为暗场图案且具有平行排列的多个明亮区6020，如图3所示。
并且，请参照图2，提供一第二光罩800，可以为任何现有光罩，较佳为传统双光强度光罩(binary intensity mask；BIM)。上述第二光罩800主要用以曝光出具有一条状暗区的亮场(bright field)图案。上述第二光罩800可以由一第二透明基板(例如：石英玻璃)所构成，另一材质例如为金属铬(Cr)的一条状遮光层802覆盖于上述第二透明基板表面。必需注意的是，上述条状遮光层802的宽度W2必需不小于(大于或等于)上述相位0度透光区602与上述相位180度透光区604的间距W1(W2＞W1)。
接着，并且设置上述第二光罩800于上述曝光装置中。利用上述曝光装置调整上述第二光罩800位置，使上述条状遮光层802对准于上述第一曝光图案6000的相邻明亮区6020之一的间隔位置。
接着，进行二次曝光程序。利用上述曝光装置曝光出上述第二光罩800，使未被上述条状遮光层802遮蔽以外的区域曝光出来，如此一来，上述第二光罩所曝光出的第二曝光图案8000(如图4所示)具有一条状暗区8020刚好重迭在上述第一曝光图案6000的相邻明亮区的间隔之一上。最后，上述第一曝光图案6000与上述第二曝光图案8000重迭的结果如图5所示，仅留下具一条状暗区9020的量场图案9000于上述半导体基底中。如此，上述条状暗区9020的图案可相当细微。
根据本发明的光罩组合包括：上述第一光罩600与上述第二光罩800。上述第一光罩600具有平行且交错排列的多个相位0度透光区602与多个相位180度透光区604，由不同的透明基底厚度所构成。并且，上述第二光罩800，具有一透明基底与一条状遮光层802，其中上述条状遮光层802覆盖于上述透明基底部分表面，上述条状遮光层802的宽度W2不小于述相位0度透光区602与上述相位180度透光区604的间距W1(W2＞W1)。
根据本发明的精神，虽然如前所述的实施例先执行上述一次曝光，再执行上述二次曝光，亦即先将上述第一光罩600的图案曝光出来，再将上述第二光罩800的图案曝光出来，但是本发明的一次与二次曝光程序的执行顺序可以互换，只要注意将光罩对准，使上述多个条状暗区8020分别与相邻明亮区6020之间重迭即可，其施行的先后顺序不在此限。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (14)

1.一种细线图案的曝光方法，包括：
提供一第一光罩，具有平行且交错排列的多个相位0度透光区与多个相位180度透光区，且任一相位0度透光区与相邻的相位180度透光区具有相同的间距；
提供一第二光罩，具有一透明基底与一条状遮光层，其中上述条状遮光层覆盖于上述透明基底部分表面，上述条状遮光层的宽度不小于上述相位0度透光区与上述相位180度透光区的间距；以及
分别透过上述第一光罩与上述第二光罩，曝光出一第一曝光图案与第二曝光图案，其中上述第一曝光图案具有平行排列的多个明亮区，上述第二曝光图案具有一条状暗区，使上述条状第一暗区呈现于上述相邻明亮区间隔之一的位置。
2.如权利要求1所述的细线图案的曝光方法，其特征在于，上述相角0度透光区与上述相角180度透光区呈矩形。
3.如权利要求1所述的细线图案的曝光方法，其特征在于，上述相角0度透光区与上述相角180度透光区的尺寸相同。
4.如权利要求1所述的细线图案的曝光方法，其特征在于，上述相角180度透光区与上述相角0度透光区的间距为15～60nm。
5.如权利要求1所述的细线图案的曝光方法，其特征在于，上述相角0度透光区的宽度为170～400nm。
6.如权利要求1所述的细线图案的曝光方法，其特征在于，上述相角180度透光区的宽度为170～400nm。
7.如权利要求1所述的细线图案的曝光方法，其特征在于，上述条状遮光层的宽度为70～90nm。
8.一种细线图案的曝光方法，包括：
提供一第一光罩于一曝光装置中，上述第一光罩具有平行且交错排列的多个相位0度透光区与多个相位180度透光区，且任一相位0度透光区与相邻的相位180度透光区具有相同的间距；
提供一半导体基底于一支撑装置上；
将上述第一光罩对准于上述半导体基底的既定位置；
利用上述曝光装置透过上述第一光罩曝光出一第一曝光图案，其中上述第一曝光图案具有平行排列的多个明亮区；
提供一第二光罩于上述曝光装置中，其中上述第二光罩具有一透明基底与一条状遮光层，其中上述条状遮光层覆盖于上述透明基底部分表面，上述条状遮光层的宽度不小于上述相位0度透光区与上述相位180度透光区的间距；
利用上述曝光装置使上述第二光罩的条状遮光层对准于上述第一曝光图案的相邻明亮区的间隔位置；以及
利用上述曝光装置使上述条状遮光层以外的区域曝光出来，仅留下一条状暗区于上述半导体基底中。
9.一种光罩组合，适用于曝光出细线图案，包括：
一第一光罩，具有平行且交错排列的多个相位0度透光区与多个相位180度透光区，且任一相位0度透光区与相邻的相位180度透光区具有相同的间距；以及
一第二光罩，具有一透明基底与一条状遮光层，其中上述条状遮光层覆盖于上述透明基底部分表面，上述条状遮光层的宽度不小于上述相位0度透光区与上述相位180度透光区的间距。
10.如权利要求9所述的光罩组合，其特征在于，上述相位0度透光区与上述相位180度透光区呈矩形且尺寸相同。
11.如权利要求9所述的光罩组合，其特征在于，上述相位180度透光区与上述相位0度透光区的间距为15～60nm。
12.如权利要求9所述的光罩组合，其特征在于，上述相位0度透光区的宽度为170～400nm。
13.如权利要求9所述的光罩组合，其特征在于，上述相位180度透光区的宽度为170～400nm。
14.如权利要求9所述的光罩组合，其特征在于，上述条状遮光层的宽度为70～90nm
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