CN103631094A - 形成密集间距图案的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种形成密集间距图案的方法。首先提供一目标图案包含多个第一条状图案，第一条状图案具有一第一宽度以及一第一长度。接着提供一光掩膜具有多个第二条状图案对应于第一条状图案，其中第二条状图案具有一第二宽度以及一第二长度。然后在一曝光系统中利用光掩膜进行一第一曝光工艺，第一曝光工艺使用一第一光源，其可以解析出第二条状图案的第二宽度。最后在曝光系统中利用光掩膜进行一第二曝光工艺，第二曝光工艺使用一第二光源，其不能解析出第二条状图案的第二宽度。

Description

形成密集间距图案的方法
技术领域
本发明涉及了一种形成多个密集间距的条型图案的方法，特别来说，是涉及了一种使用两次曝光以及同一光掩膜，以形成一串密集间距的接触图案(contact pattern)或接触洞串(contact chain)的方法。
背景技术
在半导体工艺上，为了将集成电路(integrated circuits)的图案顺利地转移到半导体芯片上，必须先将电路图案设计于一光掩膜布局图上，之后依据光掩膜布局图所输出的光掩膜图案(photomask pattern)来制作一光掩膜，并且将光掩膜上的图案以一定的比例转移到该半导体芯片上。而随着半导体电路的积体层次的快速增加，元件的长宽尺寸变得加精细，也使得电路图案的转移质量备受考验。
请参考图1与图2，其中图1是公知技术中一个光掩膜的示意图，图2是以图1的光掩膜来进行曝光工艺时所模拟出来的相对光强度示意图。如图1所示，目标图案(target pattern)100包含有多个条状图形102，每个条状图形102具有一长度约160纳米(nm)、一宽度约38纳米，以及一间距(pitch)约76纳米。在公知的曝光工艺中，为了能精确形成目标图案100，曝光机台会使用二孔偏轴发光(dipole illumination light)作为其光源，如图2所示的光强度模拟示意图，在此操作环境下宽度的关键尺寸(critical dimension,CD)以及分辨率都能达到预定数值；但因为二孔偏轴发光源仅能针对宽度提供优选的分辨率，因此长度的关键尺寸(201.4nm)并无法达到预定的数值。
为了使长度的数值能够达到预设的数值(160nm)，公知技术会将光掩膜上图形的长度刻意缩小，请参考图3与图4，其中图3表示了一种缩小长度的光掩膜图形示意图，图4是利用图3的光掩膜来进行曝光工艺时所模拟出来的相对光强度示意图。如图3所示，将光掩膜上长度缩小，例如从160nm缩小至100nm，结果发现长度的关键尺寸(182.8nm)虽然可以一同缩小，但仍无法达成预定值(160nm)，且长度和宽度的分辨率都会一起下降。
另一种解决前述问题的方法，是将二孔偏轴发光源的双轴光形状改为四偏轴形状(cross-quadruple illumination)。请参考图5，表示了利用四偏轴光以及图1的光掩膜来进行曝光工艺时所模拟出来的相对光强度示意图。当以四偏轴光作为曝光光源以同时增加x轴方向和y轴方向偏轴时，虽然模拟的长度的关键尺寸可以达到预定值，但这会使得宽度的分辨率下降，因此降低了形成图案的质量。
因此，还需要一种新颖的曝光方法以同时能够形成预定密集间距图案，也可以获得优选的分辨率。
发明内容
本发明于是提供一种可以形成良好分辨率的密集间距图案的曝光方法。
根据本发明的一个实施例，本发明提供了一种形成密集间距图案的方法。首先提供一目标图案，其中目标图案包含多个第一条状图案，第一条状图案具有一第一宽度以及一第一长度。接着提供一光掩膜，其具有多个第二条状图案对应于第一条状图案，其中第二条状图案具有一第二宽度以及一第二长度。然后在一曝光系统中利用光掩膜进行一第一曝光工艺，其中第一曝光工艺使用一第一光源，第一光源可以解析出第二条状图案的第二宽度。最后利用光掩膜进行一第二曝光工艺，其中第二曝光工艺使用一第二光源，第二光源不能解析出第二条状图案的第二宽度。
通过本发明所提供的形成密集间距图案的方法，可以形成质量良好的图案。由于只使用了单一个光掩膜，因此不会有公知使用两个光掩膜时重复曝光的问题，也不会有两个光掩膜彼此间干扰(noise)的问题。此外，本发明的技术可以轻易地整合于现有的光刻系统与设备，并不需要额外的成本设备，故可以同时达到节省成本与高质量的需求。
附图说明
图1是公知技术中一个光掩膜的示意图。
图2是利用图1的光掩膜来进行曝光工艺时所模拟出来的相对光强度示意图。
图3所示为一种缩小长度的光掩膜图形示意图。
图4所示是利用图3的光掩膜来进行曝光工艺时所模拟出来的相对光强度示意图。
图5是利用四偏轴光以及图1的光掩膜来进行曝光工艺时所模拟出来的相对光强度示意图。
图6所示为根据本发明一实施例中一种形成密集间距图案的方法的流程示意图。
图7显示了本发明的目标图案的其中一个实施例示意图。
图8所示为本发明光掩膜图案其中一个实施方式的示意图。
图9是利用图8的光掩膜来进行第一曝光工艺时所模拟出来的相对光强度示意图。
图10是利用图8的光掩膜来进行第二曝光工艺时所模拟出来的相对光强度示意图。
图11所示为结合第一曝光工艺与第二曝光工艺的结果所呈现的光强度示意图。
其中，附图标记说明如下：
102     条状图案            402     步骤
300     目标图案            404     步骤
302     第一条状图案        406     步骤
304     光掩膜图案          408     步骤
306     第二条状图案
具体实施方式
为使本发明所属技术领域的技术人员能进一步了解本发明，以下的说明举出了本发明几个优选实施方式，并配合附图与说明，以详细说明本发明的内容及所欲实现的效果。
图6所示为根据本发明的一实施例中一种形成密集间距图案方法的流程示意图。如图6所示，本发明的曝光方法包含以下步骤：首先，提供一目标图案(步骤402)。目标图案302指后续欲形成于半导体光致抗蚀剂层上的理想图案，反映了后续例如电路的布局图案(layout)。图7显示了本发明的目标图案的其中一个实施例示意图。如图7所示，目标图案300包含多个第一条状图案302，其中第一条状图案302大体上重复地排列。可以理解的是，除了第一条状图案302以外，目标图案300也可以包含其它形状的图案，并没有在图7中表示出来。在本发明优选实施例中，第一条状图案302向y轴方向延伸且大体上彼此平行，每个第一条状图案302具有一长度L1(此处长度是定义为投影在y轴方向上的长度)以及一宽度W1(定义为投影在x轴方向上的长度)。在一实施例中，宽度W1例如是曝光机台所能达到的临界尺寸(criticaldimension,CD)而长度L1则大于宽度W1，举例来说，若宽度W1为38nm，长度L1可以为160nm。间距P1则约为两倍的宽度W1，也就是76nm。
接下来的步骤，将目标图案300转移至一光掩膜(图未示)上以形成一光掩膜图案304(步骤404)。图8所示为本发明光掩膜图案其中一个实施方式的示意图。光掩膜图案304包含多个第二条状图案306，彼此大体上重复地排列且对应于第一条状图案302。每个第二条状图案306具有一宽度W2以及一长度L2。在一优选实施例中，第二条状图案306的宽度W2大体上等于第一条状图案302的宽度W1，而第二条状图案306的长度L2会大于第一条状图案302的长度L1，例如长度L2大约是长度L1的1.2倍至2倍。在一实施例中，宽度W2约为38nm而长度L2约为260nm。
在第三个步骤，以第一光源来进行一第一曝光工艺，其中此第一曝光工艺是使用包含光掩膜图案304的光掩膜来进行，且第一光源可以解析出(resolve)第二条状图案的宽度W2(步骤406)。图9是利用图8的光掩膜来进行第一曝光工艺时所模拟出来的相对光强度示意图，其中虚线表示第二条状图案的轮廓。如图9所示，第一光源对于宽度W2(也就是宽度W1，当宽度W1等于宽度W2时)可以提供良好的分辨率。在一实施例中，图案的分辨率可以依据下面的公式1来决定：
R=(0.5.λ)/(N.A.·(1+Hσ))
(公式1)
其中，R代表分辨率，λ为光源的波长，N.A.代表数值孔径(numeralaperture)，而Hσ则是代表曝光系统的孔径可调半径(aperture adjustable radius，即sigma)。在本发明一实施例中，为了能够提供宽度W2良好的分辨率，第一曝光工艺是使用二孔偏轴发光源，其提供了y轴方向的偏振，在本发明优选实施例中，此二孔偏轴发光源不具有x值方向的偏振。光掩膜优选是使用一相位移光掩膜(phase shift mask,PSM)。在一实施例中，第一光源的波长(λ)大体上为193nm，数值孔径(N.A.)大体上为1.35，孔径可调半径(Hσ)大体上为1，故此曝光系统下可以提供35.7nm的分辨率，得以解析出宽度W2(38nm)。
接着，以相同的光掩膜进行一第二曝光工艺，其中第二曝光工艺系使用一第二光源，且第二光源无法解析出宽度W2但却能够解析出长度L2(步骤408)。请参考图10，其是利用图8的光掩膜来进行第二曝光工艺时所模拟出来的相对光强度示意图，其中虚线绘示了第二条状图案的轮廓。
举例来说，当第二条状图案306的宽度W2为38nm而长度L2为260nm时，所需分辨率则如下列所述的范围内：
38nm<(0.5.λ)/(N.A.·(1+Hσ))<260nm
在一实施例中，第二光源与第一光源的波长相同，因此N.A.·(1+Hσ)在第二曝光工艺中的值会小于在第一曝光工艺中的值。举例来说，若波长(λ)为193nm，则第二曝光工艺中N.A.·(1+Hσ)的值大约为0.371至2.539之间。在本发明中，N.A.·(1+Hσ)的值可以借由改变数值孔径(N.A.)或孔径可调半径(Hσ)来达成，举例来说，数值孔径可以为0.9而孔径可调半径可以为0.35，如此一来，N.A.·(1+Hσ)的值为1.215。
图11所示为结合第一曝光工艺与第二曝光工艺的结果所呈现的光强度示意图。如图11所示，若将第一曝光工艺与第二曝光工艺之间的光源强度调整至适当比例，例如1:1.65，所模拟出来的宽度(37.9nm)与长度(159.8nm)都接近原先目标图案300的期望值(宽度为38nm而长度为160nm)，且长度和宽度的对比依旧维持良好的水平(0.622与0.787)。由此可见，本发明的方法所形成的目标图案300可以达成预设的尺寸且具有良好的分辨率。
可以理解的是，本发明的步骤可以应用在一般的光刻(lithography)工艺中，举例来说，可以先将一光致抗蚀剂层(图未示)形成在一基底(图未示)上。接着利用一具有第二图形304的光掩膜来进行第一曝光工艺以及第二曝光工艺，使得目标图案300能够转移到光致抗蚀剂层上，后续才能在基底上形成对应电路图形的图案。
综上而言，本发明提供了一种形成密集间距图案的方法，其中一个特征在于第一曝光工艺以及第二曝光工艺中是使用同一个光掩膜。本发明另外一个特征在于，在第一曝光工艺中使用的第一光源，可以提供所需图案宽度良好的分辨率，而在第二曝光工艺中使用的第二光源，无法提供所需图案宽度良好的分辨率。一方面来说，由于宽度的分辨率在第一曝光工艺已经被决定，故在第二曝光工艺时并不会受到太大影响；另一方面，长度的分辨率则是大体上在第二曝光工艺中被决定。
值得注意的是，长度与宽度的关键尺寸的大小可以借由第一曝光工艺与第二曝光工艺之间光强度的比例来加以调整。由于长度大致上是在第二曝光工艺中被决定，因此优选第二曝光工艺的光强度或曝光时间会大于第一曝光工艺的光强度或曝光时间，使得第二曝光工艺后可以得到长度的理想临界尺寸。另外，由于第二条状图案306的长度L2大于第一条状图案302的长度L1，因此可以在调整第一曝光工艺与第二曝光工艺之间光强度的比例时，可以提供更多的空间(margin)与弹性。
通过本发明所提供的形成密集间距图案的方法，可以形成质量良好的图案。由于只使用了单一个光掩膜，因此不会有公知使用两个光掩膜时重复曝光的问题，并且也不会有两个光掩膜彼此之间干扰(noise)的问题。此外，本发明的技术可以轻易地整合于现有的光刻系统与设备，并不需要额外的成本设备，故可以同时达到节省成本与高质量的需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种形成密集间距图案的方法，其特征在于，包含：
提供一目标图案，其中所述目标图案包含多个第一条状图案，所述第一条状图案具有一第一宽度以及一第一长度；
提供一光掩膜，其具有多个第二条状图案对应于各所述第一条状图案，其中各所述第二条状图案具有一第二宽度以及一第二长度；
在一曝光系统中利用所述光掩膜进行一第一曝光工艺，其中所述第一曝光工艺使用一第一光源，所述第一光源可以解析出所述第二条状图案的所述第二宽度；以及
在所述曝光系统中利用所述光掩膜进行一第二曝光工艺，其中所述第二曝光工艺使用一第二光源，所述第二光源不能解析出所述第二条状图案的所述第二宽度。
2.根据权利要求1所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，所述第二光源可以解析出所述第二条状图案的所述第二长度。
3.根据权利要求1所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，所述第二条状图案的所述第二长度大于所述第一条状图案的所述第一长度。
4.根据权利要求1所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，所述第二条状图案的所述第二宽度实质上等于所述第一条状图案的所述第一宽度。
5.根据权利要求4所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，所述第一宽度与所述第二宽度为所述曝光系统中的临界尺寸。
6.根据权利要求1所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，所述第一曝光工艺与所述第二曝光工艺中的分辨率以下列公式来决定：
R=(0.5.λ)/(N.A.·(1+Hσ))
其中，R代表分辨率，λ代表光源波长，N.A.代表数值孔径，Hσ代表孔径可调半径。
7.根据权利要求6所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，所述第一光源的波长实质上等于所述第二光源的波长。
8.根据权利要求6所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，所述第一曝光步骤中，N.A.·(1+Hσ)的值会大于所述第二曝光步骤中N.A.．(1+Hσ)的值。
9.根据权利要求6所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，所述第一宽度与所述第二宽度为38纳米，所述第一长度为160纳米，而所述第二长度为260纳米。
10.根据权利要求9所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，所述第一光源的波长与所述第二光源的波长都为193纳米。
11.根据权利要求9所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，在所述第一曝光工艺中，所述孔径可调半径为1.35而所述分辨率为1。
12.根据权利要求9所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，在所述第二曝光工艺中，N.A.·(1+Hσ)的值介于0.371与2.539之间。
13.根据权利要求1所述的形成密集间距图案的方法，其特征在于，还包含：
提供一基底；
形成一光致抗蚀剂层于所述基底上；以及
在进行了第一曝光工艺与所述第二曝光工艺后，在所述光致抗蚀剂层上形成所述目标图案。
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