用于小线条印刷的光刻方法技术

借助于显著地延长曝光后烘焙步骤和降低曝光剂量，能够显著地减小利用光刻工艺在衬底层中构成的器件特征图形的最小特征宽度（ＣＤ），而不降低工艺宽容度（ＤＯＦ）。利用同样的措施，能够将等焦ＣＤ调整到设计ＣＤ，以便增大对于任意ＣＤ的工艺宽容度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到在器件衬底层内形成亚微米宽度特征图形的方法，此方法包括下列步骤在衬底上形成正性抗蚀剂和负性抗蚀剂类型之一的抗蚀剂层；提供掩模，此掩模具有对应于待要形成在衬底层中的特征图形的掩模图形；利用提供曝光剂量的投影束，经由掩模图形照射抗蚀剂层，从而在各个成像特征周围的抗蚀剂层中产生酸性浓度分布；在曝光后的烘焙(PEB)步骤中，对被照射的抗蚀剂层进行加热，以使得从最高照射强度区域开始，正性抗蚀剂层材料变成在显影液中可溶解，而负性抗蚀剂层变成在显影液中不可溶解；在显影液中对抗蚀剂层进行显影，以使得抗蚀剂材料从溶解度高于阈值的抗蚀剂层区域被清除，从而得到抗蚀剂分布图形；以及从被抗蚀剂分布图形描绘的衬底层区域清除材料或将材料添加到这些区域，以便在衬底层中形成所需的特征图形。本专利技术还涉及到用这种图形化方法来制造器件的方法以及用此方法制造的器件。利用掩蔽、材料清除、以及注入技术，本方法还可以被用于集成电路(IC)之类的器件的制造。正性抗蚀剂层被理解为是受到照射的区域在显影步骤中被清除的抗蚀剂层。负性抗蚀剂层被理解为是未受到照射的区域在显影步骤中被清除的抗蚀剂层。衬底被理解为是一片例如硅的材料，诸如IC之类的完整的多层器件待要利用一些相继的加工步骤组逐层地被制作到其中。作为主要加工步骤，各个这些加工步骤组包含在衬底上涂敷辐射敏感层或抗蚀剂层，使衬底与掩模对准，将此掩模的掩模图形成像在抗蚀剂层中，对抗蚀剂层进行显影，经由抗蚀剂层对衬底进行腐蚀或注入再进行清洗，以及其它的加工步骤。术语衬底覆盖了制造工艺中不同阶段时的衬底，亦即不具有或仅仅具有一个已经构成的器件特征层的衬底、具有除一层之外的所有已经构成的器件特征层的衬底、和所有的中间衬底。此方法使用光刻投影设备，此设备是IC制造中的主要工具。此投影设备被用来将不同的掩模图形相继地成像在半导体衬底的同一个区域处，各个掩模图形被成像在衬底的不同层面处即不同的层中。此设备依次包括用来提供投影束的照明单元、用来容纳掩模的掩模夹具、用来容纳衬底的衬底夹具、以及安置在掩模夹具与衬底夹具之间的投影系统。掩模配备有对应于待要形成在此衬底层中的器件特征图形的掩模图形，由该特定的掩模图形构形此衬底层。可以是透镜系统或平面镜系统或这些系统的组合的投影系统，在一个被涂敷于衬底上的抗蚀剂层上形成该掩模图形的所谓虚像的像。此虚像显现了对应于掩模图形的强度分布。在抗蚀剂层的被照射即被曝光的区域内产生酸，此酸被淬灭剂部分地中和。通常曝光步骤被随之以对抗蚀剂层的烘焙步骤，此步骤被称为曝光后烘焙(PEB)步骤。在正性抗蚀剂层中，利用PEB步骤的热激活使得留下的酸开始清除存在于抗蚀剂聚合物链中的阻碍溶解性的原子团(solubility-blocking groups)。所谓去保护抗蚀剂的这一作用的效果在于，一旦去保护作用已经发生到一定程度，即达到一个阈值，抗蚀剂就变成可溶解于含水的显影剂。这意味着，对于给定时间长度的PEB步骤，在虚像强度超过给定的阈值强度的区域内，抗蚀剂聚合物将变成可溶解。在负性抗蚀剂层中，热激活引起对抗蚀剂的保护，亦即可溶解于显影剂溶液中的可溶解抗蚀剂变成了不可溶解。由于希望稳定地增大IC器件中的电子元件数目以及这种器件的工作速度，故应该稳定地减小器件特征即线条或称为临界尺度(CD)的最小宽度以及这些特征之间的距离。因此，具有越来越小的图形特征和特征之间越来越小的距离的掩模图形应该被成像。依赖于光刻投影设备投影系统的分辨能力即分辨率和掩模图形的结构，利用此设备能够以所要求的质量成像图形特征的最小尺寸。此分辨率正比于λ/NA，其中λ是投影束的波长，NA是投影系统的数字光圈。提高数字光圈和/或减小波长，能够提高分辨率。对当前光刻投影设备中相当大的数字光圈的增大，由于会降低正比于λ/NA2的投影系统的景深而不太可能。而且，若数字光圈被进一步增大，则修正投影系统跨越整个所需图像视野的像差变得太困难了。将波长从在目前光刻投影设备中所用的远紫外(DUV)区中的193nm减小到例如157nm，存在着有关投影系统光学元件的材料和抗蚀剂材料的新问题，这些材料对这种波长的辐射足够灵敏。对于下一代光刻投影设备，已经提出了使用波长约为13nm的超紫外(EUV)辐射。使用这种辐射确实能够成像显著地更为精细的图形结构，但EUV投影设备的设计和开发是一个极具挑战性和耗费时间的任务。由于EUV容易被空气吸收，故投影束的路径应该在真空中，这就有具体的新问题。适当而有效的EUV辐射源尚无处取得，对EUV辐射灵敏的新的抗蚀剂材料有待于开发。适合于生产IC或其它器件的EUV光刻投影设备在今后几年内不可能得到。于是，对于具有显著地小于目前制造的器件的器件特征(即线条)的器件的采用常规投影设备和具有常规特征尺寸的掩模图形的制造方法，存在着很大的需求。在器件衬底层中构成宽度小于100nm的如此小的线条，也可以被称为甚小线条(VSL)印刷。为了从常规掩模图形印刷这种非常小的线条，曝光剂量亦即用来成像线条的电磁能量的量，可能被提高到过度曝光的水平。过度曝光的效果在于，从正性抗蚀剂聚合物链清除阻碍溶解性原子团的酸分子的量增加，以及这些分子能够到达靠近待要印刷的线条的中心的抗蚀剂区域。此中心对应于投影在抗蚀剂层上的虚像中的强度最小值，此最小值对应于二元掩模图形亦即黑白图形的黑色线条。以这种方式，虚像下方的抗蚀剂区域变成可溶解，致使在抗蚀剂层的显影和腐蚀之后，在衬底层中得到的器件特征小于虚像中对应的线条。但利用过度曝光工艺得到的器件宽度非常依赖于投影系统的焦距变化。若投影束被聚焦在抗蚀剂层上，则投影在此层上的虚像的特征具有最小的尺度。若投影系统的焦平面相对于抗蚀剂层偏移，则掩模图形不再锐利地成像在抗蚀剂层上，此抗蚀剂层中成像特征的尺度因而增大。这意味着抗蚀剂层所接收的虚像中的最大强度减小，在采用正性抗蚀剂的情况下，这导致线宽增大。过度曝光可能出现的第二问题是线条破灭，亦即，所需的图形特征即线条由于过度显影和随后的过度腐蚀而消失。过度曝光的第三问题是，所需抗蚀剂分布顶部上的抗蚀剂受到损失，这可能导致所需图形特征不希望的腐蚀。利用对抗蚀剂层非常偏轴即歪斜的照射(例如众所周知的双极或四极照射)，或利用相移掩模图形来代替二元掩模图形，能够减轻上述各个问题。但用偏轴照明得到的图像质量非常依赖于图形特征的取向和周期性或图形中各个特征的间距。与二元掩模相比，相移掩模非常昂贵，特别是若待要用特定掩模生产的IC的数目不很大，将是价格过高的。各种光刻方法遇到的另一问题一般在于，衬底层中构成的特征的尺寸应该等于目标尺寸的M倍，M是投影系统的放大倍数。目标尺寸在IC设计中被固定，于是在掩模图形中，以下被称为设计宽度。其中最重要的不规则性是焦距变化和曝光剂量变化的光刻工艺不规则性，可能引起实际尺寸与目标尺寸之间的差异。焦距变化不仅可以由投影系统的不完整性引起，而且还可能起因于将虚像投影在抗蚀剂层上，此虚像显现由利用先前光刻工艺在下方衬底层中构成的特征图形造成的形貌。但对于每种光刻工艺，存在着特定的特征尺寸，称为等焦CD，因为它们对被构成的特征的尺寸的影响比较小而能够容忍比较大的焦距和剂量变化。此等焦CD强烈地依赖于所用的抗蚀剂和设计图形中因而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在器件衬底层中形成亚微米宽度的特征图形的方法，此方法包括下列步骤：在衬底上形成正性抗蚀剂和负性抗蚀剂类型之一的抗蚀剂层；提供掩模，此掩模具有对应于待要形成在衬底层中的特征图形的掩模图形；利用提供曝光剂量的投影束， 经由掩模图形照射抗蚀剂层，从而在各个成像的特征周围的抗蚀剂层中产生酸浓度分布；在曝光后的烘焙（ＰＥＢ）步骤中，对被照射的抗蚀剂层进行加热，以使得从最高照射强度区域开始，正性抗蚀剂层的材料变成在显影液中可溶解，而负性抗蚀剂层的材料变成 在显影液中不可溶解；在显影液中对抗蚀剂层进行显影，以使得抗蚀剂材料从溶解度高于阈值数值的抗蚀剂层区域被清除，从而得到抗蚀剂分布图形；从被抗蚀剂分布图形描绘的衬底层区域清除材料或将材料添加到此区域，以便在衬底层中形成所需的特征 图形，其特征在于，ＰＥＢ步骤的时间长度和曝光剂量适合于待要形成的特征的设计宽度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D范斯蒂恩温克，JH拉梅斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]