一种提高光刻技术分辨率的方法，利用光学原理和光敏材料的光化学反应理论，根据对特殊设计的掩模版测试图形实际曝光结果的测量和模拟计算得到光刻胶的阈值能量以及光酸生成剂的扩散长度，随后依据此数据进行１～３次曝光、１～２次显影。本发明专利技术提高了对光酸扩散长度的控制，并通过显影工艺防止了由于光酸的不良分布导致的空间图像本底提升的问题，从而得到更高的空间对比度，进一步提高光刻技术的分辨率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路制造
，具体涉及。
技术介绍
在集成电路制程工艺中，一般分为氧化、光刻和刻蚀、掺杂、退火和杂质再分布等步骤。其中，光刻技术类似于照片的印相技术，光刻胶相当于相纸上的感光材料，光刻掩模相当于相片底片。光刻技术通过显影、定影、坚膜等步骤溶解掉光刻掩模上的一些区域，形成版形。伴随集成电路制造工艺的不断进步，线宽的不断缩小，半导体器件的面积正变得越来越小，半导体的布局已经从普通的单一功能分离器件，演变成整合高密度多功能的集成电路。由最初的IC(集成电路)随后到LSI(大规模集成电路)和VLSI(超大规模集成电路)，直至今天的ULSI(特大规模集成电路)，器件的面积进一步缩小，功能更为全面强大。由于半导体工艺研发的复杂性、长期性和高昂的成本等等不利因素的制约，如何在现有技术水平的基础上进一步提高器件的集成密度，缩小芯片的面积，在同一枚硅片上尽可能多的得到有效的芯片数，从而提高整体利益，将越来越受到芯片设计者和制造商的重视。这其中的主要手段是不断提升或采购先进的光刻设备，以求在光学上得到更高的分辨率表现以及提升光刻胶的化学表现。现针对这两个方面进行说明从光学方面来讲光的衍射是光通过不透明体边缘，穿过狭缝或从划有平行直线的表面反射时产生偏折并出现一些彼此平行的亮带和暗带的现象。半导体生产中使用的光刻技术主要基于上述原理当光线通过掩膜版时，由于受到掩膜版图形的影响，使光线发生偏折，根据掩膜版图形的尺寸大小从而产生数量不同的衍射级数，基本的计算工式P*Sinα＝n*λ (公式1)P是图形的透明区域和不透明部分宽度的总和；α是衍射角度；λ是光刻机使用的波长；n即是衍射级数。根据数值孔径的分辨率的概念和计算公式NA＝N*Sinα (公式2)R＝K1*λ/NA (公式3)数值孔径NA(Numerical Aperture)是光刻机镜头能力的重要表征，数值越高其带来的分辨率R越高；N是光酸的浓度；K1是系数因子，与工艺的能力，设备的波长，数值孔径等的基本参数相关。当数值孔径为某个定值时通过公式2可以得到最大有效衍射角，由此带入公式1得到可以被镜头收集的衍射级数。收集的衍射级数越多，图形的逼真程度越高，由此得到的空间图像对比度也会大大提高。因此，不断提高数值孔径即是光学上提高分辨率的一条根本途径，但由于设备的制造成本不断激增，镜头的制备也难上加难，无疑未来这条路将变得十分坎坷、艰辛。从提高光刻胶的化学表现来讲光刻胶吸收空间图像，通过显影成像。光敏材料的成像是光化学催化反应的结果，当最初的空间信号带有的能量被光敏材料吸收后，光敏材料中的PAG光酸生成剂将会产生不同酸性强弱和分子大小的光酸，这些光酸分布在光敏材料被曝光区域内，随着硅片的烘烤受热它们将获得足够的动能进行扩散运动，并且将作为形成图像的化学放大反应的反应物，产生链式反应，反应产物苯芬类酸性物质与碱性的显影液反应，最终得到图形。所述的苯芬类酸性物质仅由正胶产生。在整个光化学反应中，光酸的扩散起到了非常重要的作用，扩散的长度直接决定光敏材料的分辨率，图像的形貌，以及是否能够恰当的把掩膜版上的图形正确的传递下来。U(x)=∫-∞∞I0(x′)1a2πe-(x-x′)22a2dx′]]>(公式4)α为扩散长度，I0为扩散前空间图像强度，U为扩散后空间图像强度。一般上，扩散长度越短图像的表现会越好，但由于光化学反应的本质仍然是各向基本同性的化学反应，为了发生接下来的链式反应，光酸的数量需要达到并超过一定的阈值，而过多的光酸却可能导致扩散长度的激增和空间图像本底的提升，这降低了图像的空间对比度表现，也同时降低图像的分辨率。因此，在生产中应合理的控制光酸的数量，防止由于光酸的不良分布导致的空间图像本底的提升，以求获得更高的空间对比度，从而达到最佳表现一直是工程师们的努力方向和目标。
技术实现思路
为了在得到更高的分辨率，本专利技术通过利用光学原理和光敏材料的光化学反应理论控制光刻过程。本专利技术提高了对光酸扩散长度的控制，也进一步提高光刻技术的分辨率。本专利技术包括如下步骤步骤1，采用掩模版测试图形进行标准的曝光实验，利用电子线宽显微镜测试光刻胶的实际曝光线宽；步骤2，根据光刻胶的光化学反映理论和光学原理，由数学公式计算出与图像分辨率、光刻胶的阈值能量、光酸生成剂的扩散长度、空间频率、光刻设备物理参数相关的光酸的浓度值；步骤3，根据所述光酸的浓度值，通过反复调整曝光、显影的次数及其组合，得出曝光、显影次数最少且又符合实际产品工艺要求的曝光、显影的次数及其组合。所述步骤1中曝光实验，曝光能量的取值范围为0.001毫焦/平方厘米～1000毫焦/平方厘米，曝光设定的焦点的取值范围为-0.2微米～+0.2微米；显影时间的取值范围为1秒～1000秒。所述步骤2中的数学公式是指N=∫σinσoutσdσ1sin(πCDp)[πe2π2a2p22φ(1-sin2(λ2np))-2(1+α)π(1-α)cos(πCDp)]∫σinσoutσdσ]]>其中，N是光酸的浓度，σ是光学相干系数，p是空间频率周期，α是光刻胶的扩散长度，CD是图像线宽尺寸，n是折射率。所述的步骤3中所述的步骤3中曝光和显影的次数及其组合是以下次数及其组合的一种第1次曝光、第1次显影、第2次曝光、第2次显影；第1次曝光、第2次曝光、第1次显影、第3次曝光、第2次显影；第1次曝光、第1次显影、第2次曝光、第3次曝光、第2次显影；第1次曝光、第2次曝光、第3次曝光、第1次显影；第1次曝光、第1次显影、第2次显影。本专利技术提高了对光酸扩散长度的控制，并通过显影工艺防止了由于光酸的不良分布导致的空间图像本底提升的问题，从而得到更高的空间对比度，也进一步提高光刻技术的分辨率。附图说明图1是本专利技术的步骤流程图图2是不同线宽、距离间隔的纵向设计图形；图3是不同线宽、距离间隔的横向设计图形；图4是不同线宽、距离间隔的横、纵交错设计图形。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作详细说明。图1是本专利技术的步骤流程图。如图1所示，本专利技术包括如下4个步骤步骤1采用特殊设计的掩模版测试图形进行标准的曝光试验。所述标准的曝光、显影为一次曝光一次显影。其中曝光能量的取值范围为0.001毫焦/平方厘米～1000毫焦/平方厘米；曝光设定的焦点的取值范围为-0.2微米～+0.2微米；显影时间的取值范围为1秒～1000秒；光刻机的数值孔径取值范围为0.2～0.99；从焦点到光源的相干系数的取值范围为0.01～0.99；采用的光刻胶是由酮类，醚类，烷烃类有机溶剂和感光交联树脂构成的光刻胶，其分子量在100～150,000之间；膜厚取本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高光刻技术分辨率的方法，其特征在于包括如下步骤： 步骤１：采用掩模版测试图形进行标准的曝光实验，利用电子线宽显微镜测试光刻胶的实际曝光线宽； 步骤２：根据光刻胶的光化学反映理论和光学原理，由数学公式计算出与图像分辨率、光刻胶的阈值能量、光酸生成剂的扩散长度、空间频率、光刻设备物理参数相关的光酸的浓度值； 步骤３：根据所述光酸的浓度值，通过反复调整曝光、显影的次数及其组合，得出曝光、显影次数最少且又符合实际产品工艺要求的曝光、显影的次数及其组合。
【技术特征摘要】
1.一种提高光刻技术分辨率的方法，其特征在于包括如下步骤步骤1采用掩模版测试图形进行标准的曝光实验，利用电子线宽显微镜测试光刻胶的实际曝光线宽；步骤2根据光刻胶的光化学反映理论和光学原理，由数学公式计算出与图像分辨率、光刻胶的阈值能量、光酸生成剂的扩散长度、空间频率、光刻设备物理参数相关的光酸的浓度值；步骤3根据所述光酸的浓度值，通过反复调整曝光、显影的次数及其组合，得出曝光、显影次数最少且又符合实际产品工艺要求的曝光、显影的次数及其组合。2.根据权利要求1所述的一种提高光刻技术分辨率的方法，其特征在于所述步骤1中的曝光实验中，曝光能量的取值范围为0.001毫焦/平方厘米～1000毫焦/平方厘米，曝光设定的焦点的取值范围为-0.2微米～+0.2微米，显影时间的取值范围为1秒～1000秒。3.根据权利要求1所述的一种提高光刻技术分辨率的方法，其特征在于所述步骤2中的数学公式是指N=∫σinσoutσdσ1sin(πCDp)[πe2&...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱骏，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。