这里给出了一种用于在光刻系统中提高图像分辨率的双曝露方法。本发明专利技术包括：把要印刷在衬底上的所希望的图案分解成至少两个能够被光刻系统光学地分辨的组成子图案，利用在目标层之上的第一正性抗蚀剂层和相对薄的第二正性抗蚀剂层涂覆衬底，该目标层要用所希望的密集线图案构图。在第一构图曝露期间和在显影后、在第二构图曝露期间，第二抗蚀剂材料吸收曝露辐射，以防止在第二抗蚀剂材料层的已曝露部分下面的、该第一抗蚀剂材料的至少一部分曝露于高于与第一抗蚀剂层相关的清除能量曝露剂量的一小部分的曝露剂量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总地涉及光刻和与曝露半导体衬底相关的方法和设备。更具体地，本专利技术涉及在衬底上形成抗蚀剂材料的密集特征(dense feature)的图案的方法。
技术介绍
光刻曝露设备可以用在例如集成电路(IC)的制造中。在这样的情况中，构图装置可以产生与IC的单独层对应的电路图案。在光刻中，辐射束通过使射束穿过构图装置而构图，并且辐射束通过光刻设备的投影系统而投影到已涂覆有光激活的抗蚀剂(例如光致抗蚀剂)材料层的衬底(硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或多个管芯)，以使得在抗蚀剂中对所希望的图案成像。总的来说，单个晶片将包含通过投影系统、被一次一个地接连辐照的相邻目标部分的整个网络。在半导体工业中，对于在晶片衬底上具有更小图案和特征的更小半导体器件的持续需求，正在推动(push)能够通过曝露设备达到的光学分辨率的限制。通常，能够被光刻曝露设备光学地分辨的、晶片衬底上曝露的图案的可重复特征的最小尺寸(例如，“半节距(half-pitch)”)取决于投影系统和辐射的(已构图)投影束的属性。特别地，半节距特征尺寸的光学分辨率可以通过使用瑞利分辨率等式的简化形式而导出p0.5＝k1·λ/NA，有 k1≥0.25 (1)其中，p0.5代表以纳米计的可重复特征尺寸(例如“半节距”)；NA代表投影系统的数值孔径；代表投影束的波长，以纳米计；以及k1是代表对于半节距特征尺寸可达到的光学分辨率极限的一个因数。如上所指出的，对于k1的理论上的光学分辨率半节距的下限是0.25。在试图逼近k1＝0.25的障碍时，相当大的努力已被导向来研发那些能使用更短波长和/或更高数值孔径的昂贵技术，由此使得可以生产更小的特征而不违反k1≥0.25的限制。但是，这些技术并不允许避开k1＝0.25的障碍来达到k1的有效值，使得k1＜0.25。为了印刷有密集线和间隔的图案(即，提供用作蚀刻停止和从要被蚀刻的目标层表面凸出的硬掩膜材料的线，在其间有间隔)、其中线在节距p处出现，众所周知的是，通过应用双曝露光刻工艺可以避开k1＝0.25的障碍，由此将被印刷的密集线和间隔的期望图案被分解成(以节距2p安排的)槽(trench)的两个组成子图案，其能够由光刻系统光学地分辨。硅晶片涂覆有用作硬掩膜的SiO2膜，而SiO2膜涂覆有负性(negtive tone)光致抗蚀剂材料层。通过曝露于一图像、其中槽在亮背景下表现为以节距2p排列的暗线，以及随后显影该抗蚀剂材料，在SiO2膜上提供包括节距2p处的槽的第一抗蚀剂掩膜。通过随后蚀刻SiO2膜和剥离抗蚀剂，槽的第一子图案被转印到SiO2膜上。接下来，利用槽的第二子图案重复涂敷负性抗蚀剂材料、曝露、显影和蚀刻的过程，该第二子图案可以偏移半节距距离地与槽的第一子图案对应，由此在先前定义的槽之间交织新槽。结果，第一和第二子图案图像被组合，以在目标层上的SiO2膜中产生所需图案，由此这些槽是线之间的间隔。这里，相对于单次曝露工艺而言，除非提供花费额外成本的额外蚀刻能力，否则需要两个蚀刻步骤来把最终所希望的图案转印到硬掩模会减小光刻工艺的产量。
技术实现思路
本专利技术的实施例可以用于改进光刻多重曝露工艺。如这里体现和广泛描述的那样，一种符合本专利技术原理的方法提供了在光刻系统中的图像分辨率的提高。提供了一种被构造和设置以使用光刻工艺构图的衬底，其中该衬底被曝露于辐射，包括至少部分地覆盖该衬底的第一正性抗蚀剂的第一层，和第二正性可显影材料的第二层，其具有预先选定的对辐射的吸收率并至少部分地覆盖该第一层，其中该吸收率被安排为在第二层曝露于辐射期间防止将第二正性可显影材料下面的至少部分的第一正性抗蚀剂曝露于一曝露剂量，而该曝露剂量超出与第一层关联的清除能量(energy-to-clear)曝露剂量的一小部分，并提供该第二层的基本完全的光活化(photoactivation)。根据本专利技术的一方面，提供一种在衬底上形成抗蚀剂材料的密集特征的图案的方法，包括将衬底曝露于穿过构图装置的辐射，所述衬底包括至少部分地覆盖该衬底的第一正性抗蚀剂的第一层，该方法包括给第一层提供第二正性可显影材料的第二层，其具有的吸收率高于第一层的吸收率，在该图案中标识两个交错的半密集特征的图案，将该图案分割到具有关联的各自第一和第二辐射图案的相应的第一和第二图案中，其中该半密集特征与在亮背景中的暗特征对应，把第二层曝露于第一辐射图案，显影第二正性可显影材料，以提供从第一层突出的、由未覆盖第一抗蚀剂材料的区域分隔开的特征的图案，把未被覆盖的第一抗蚀剂层和凸出特征曝露于第二辐射图案，由此，暗特征相对于突起特征以交错关系定位，以及显影第一抗蚀剂材料以提供密集特征的图案。根据本专利技术的另一方面，上述方法包括安排第二层的吸收率，以防止在曝露期间，将第二正性可显影材料下面的至少一部分第一正性抗蚀剂曝露于一曝露剂量、而该曝露剂量超出与第一层关联的清除能量曝露剂量的一小部分，并提供第二层的基本完全的光活化。根据本专利技术的另一方面，提供一种用机器可执行指令编码的机器可读媒介，用于根据一种曝露方法来构图衬底，该曝露方法使用已构图的辐射且包括把衬底提供给旋涂装置，该衬底具有目标层，该目标层被构造和设置为利用希望的图案来光刻构图，该所希望的图案包括第一子图案和第二子图案，以及使正性抗蚀剂材料的第一层至少部分地覆盖该目标层，得到用于确定要被布置在第一层上的正性可显影材料的第二层的吸收率的数据，以所述数据为基础且根据该吸收率来确定第二层的厚度，防止遭受高于在该正性可显影材料的已曝露部分下面的正性抗蚀剂材料至少一部分的清除能量曝露剂量的曝露，以所确定的厚度为基础来确定旋涂装置的设置，应用该设置且把第二层提供给第一层，根据该第一子图案而将衬底曝露于该辐射的第一图案，显影该正性可显影材料，根据该第二子图案而将衬底曝露于该辐射的第二图案，和显影该正性抗蚀剂。根据本专利技术的另一方面，提供了一种光刻系统，该光刻系统包括光刻曝露设备、能够为衬底提供一层可显影材料的旋涂装置，以及控制光刻曝露设备和旋涂装置的控制装置，由此该控制装置被安排来执行本专利技术的方法。附图说明现在将仅通过示例、参考所附的示意性附图来描述本专利技术的实施例，其中在附图中相应的附图标记表示相应的部分，且其中图1说明了准备供本方法使用的衬底，其配备有一个目标层和两个抗蚀剂层；图2说明了把超出光刻分辨率的密集线图案分解成两个半密集线图案，每个图案都在光刻分辨率之内。图3说明了根据本专利技术的、表示半密集暗线和亮间隔的第一辐射图案的第一次曝露；图4说明了抗蚀剂第一次曝露和随后显影的效果；图5说明了根据本专利技术的、第二次曝露于辐射图案，该辐射图案代表相对于第一辐射图案处于交错位置的半密集暗线和亮间隔；图6示出了按照本专利技术的、依照想要的线和间隔的密集图案的抗蚀剂掩膜；图7示出了根据本专利技术的光刻簇(lithographic cluster)；图8说明了根据本专利技术的实施例的光刻设备；以及图9示出了根据本专利技术的双曝露方法的流程图。具体实施例方式如上所述，存在一个持续的达到更精细的光学分辨率的需求，以及使用双曝露工艺绕过了印刷线的理论半节距的0.25的下限k1，由此，避免在两次曝露之间使用中间的蚀刻步骤将提供重要的优势。如下面更详细描述的，本专利技术通过实施双曝露技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种被构造和安排以使用光刻工艺构图的衬底，其中该衬底被曝露于辐射，包括： 至少部分地覆盖该衬底的第一正性抗蚀剂的第一层；和 第二正性可显影材料的第二层，其具有对该辐射的预先选择的吸收率且至少部分地覆盖该第一层， 其中吸收率被安排为，在该第二层曝露于辐射期间： －防止在该第二正性可显影材料下面的第一正性抗蚀剂的至少一部分曝露于超出与第一层相关的清除能量曝露剂量的一小部分的曝露剂量，和 －提供该第二层的基本完全的光活化。
【技术特征摘要】
US 2005-9-26 11/2343991.一种被构造和安排以使用光刻工艺构图的衬底，其中该衬底被曝露于辐射，包括至少部分地覆盖该衬底的第一正性抗蚀剂的第一层；和第二正性可显影材料的第二层，其具有对该辐射的预先选择的吸收率且至少部分地覆盖该第一层，其中吸收率被安排为，在该第二层曝露于辐射期间-防止在该第二正性可显影材料下面的第一正性抗蚀剂的至少一部分曝露于超出与第一层相关的清除能量曝露剂量的一小部分的曝露剂量，和-提供该第二层的基本完全的光活化。2.根据权利要求1的衬底，其中第二正性可显影材料是正性抗蚀剂材料。3.根据权利要求1或2的衬底，其中第一正性抗蚀剂是ArF抗蚀剂或丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯基抗蚀剂。4.根据权利要求1或2的衬底，其中第一正性抗蚀剂是ArF抗蚀剂或丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯基抗蚀剂，和其中第二正性可显影材料是KrF抗蚀剂或多羟基苯乙烯基抗蚀剂。5.根据权利要求1或2的衬底，其中第一正性抗蚀剂是KrF抗蚀剂或多羟基苯乙烯基抗蚀剂，和其中第二正性可显影材料是i线抗蚀剂或重氮萘醌基抗蚀剂。6.根据权利要求1-5的其中任意一项的衬底，其中与第一层相关的清除能量曝露剂量的一小部分小于0.5。7.一种在衬底上形成抗蚀剂材料的密集特征的图案的方法，包括把衬底曝露于穿过构图装置的辐射，所述衬底包括-至少部分地覆盖该衬底的第一正性抗蚀剂的第一层，该方法包括-给该第一层提供第二正性可显影材料的第二层，其具有比第一层吸收率更高的吸收率；-在该图案中识别两个交错的半密集特征的图案；-把该图案分成具有各自相关的第一和第二辐射图案的相应的第一和第二图案，其中半密集特征与在亮背景中的暗特征对应；-使第二层曝露到第一辐射图案；-显影该第二正性可显影材料，以提供从第一层凸出的、由未被覆盖的第一抗蚀剂材料的区域分隔开的特征图案；-将未被覆盖的第一抗蚀剂层和凸出特征曝露于第二辐射图案，由此该暗特征相对于该凸出特征而以交错的关系定位，和-显影该第一抗蚀剂材料以提供密集特征的图案。8.根据权利要求7的方法，其中安排第二层的吸收率以防止在曝露期间，在第二正性可显影材料下面的第一正性抗蚀剂的至少一部分曝露于超出与第一层相关的清除能量曝露剂量的一小部分的曝...
【专利技术属性】
技术研发人员：ACH陈，
申请(专利权)人：ASML荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]
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