[发明专利]光刻器件制造方法、光刻单元和计算机程序产品

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种光刻及相关方法、以及用于曝光半导体衬底的设备。

背景技术

例如，可以将光刻曝光设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，图案形成装置可以生成与IC的单层相对应的电路图案。在光刻中，通过使辐射束贯穿图案形成装置而使辐射束被图案化，并由光刻设备的投影系统投影到已经覆盖有光敏化的抗蚀剂(即光敏抗蚀剂)材料层的衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或多个管芯的部分)上，以便将所需图案成像到抗蚀剂上。通常，单独的衬底将包含经由投影系统一次一个地连续被辐射的相邻目标部分的整个网络。

在半导体工业中，对于在IC层上具有更小特征的更小半导体器件的持续需求正在推动着在衬底上印刷特征(例如栅极和触点)密集设置的图案。尤其，需要印刷具有密集线和间隔的图案。印刷这种图案涉及至少两个光刻工艺步骤。第一个步骤涉及用于将图案从图案形成装置(例如设置有掩模图案的掩模或掩模版(reticle))转移到覆盖衬底的抗蚀剂层上的光学成像和抗蚀剂曝光。第二个工艺涉及使经过曝光的抗蚀剂层经受抗蚀剂的显影，其中正型抗蚀剂或负型抗蚀剂的经过曝光或未经过曝光的抗蚀剂部分分别被分解，使抗蚀剂特征从衬底突出。例如，密集的线和间隔可以采用正型抗蚀剂印刷，以使得获得由未经过曝光的正型抗蚀剂材料组成的线。

通常，通过在提供抗蚀剂层之前将底部抗反射涂层设置到衬底上，而减缓在衬底表面处曝光辐射的反射的有害作用。这种底部抗反射涂层在此后称作BARC。

在以最佳的分辨率印刷的密集线和间隔图案中，线的线宽临界尺寸(CD)大致等于间隔的间隔宽，以使得线宽是在图案中对应线所设置的节距的一半。

线可以被印刷的最大密度由光刻设备的特性以及印刷工艺的特性确定。设备特性包括设备的成像系统(例如光学投影系统)的特性。工艺特性包括曝光和显影工艺的特性以及抗蚀剂的特性。

通常，在上述特性和以最大可印刷密度设置的线或间隔的最小宽度临界尺寸之间的关系被写作CD＝k₁(λ/NA)，其中NA表示投影系统的数值孔径，λ表示曝光辐射的波长，而k₁是表示除NA和λ之外的任何特性的效果的因子。

上述关系是指常规的单曝光光刻印刷工艺。对于这种工艺，不可能设置印刷，使得k₁＜0.25，这是由于k₁＝0.25的限制是印制密集的线间隔结构的基本物理光学限制。

除了减小波长和增加数值孔径，多种所谓的分辨率增强技术(RET’s)被使用或开发以获得尽可能低的k₁值：例如RET’s是采用掩模图案的辅助特征、采用用于辨别优化的掩模照射方案和相关的掩模图案布局的源—掩模优化计算、以及采用诸如衰减相移掩模(PSM’s)和交替或无铬(chromeless)PSM’s等不同类型的掩模。

为了进一步增加密集线间隔图案的最大密度，能够以k₁＜0.25印刷线的双重图案化(double patterning)技术被提出和开发。例如，在用于印刷密集的线和间隔的双沟双重图案化工艺中，在目标层上的隔行交错(interleave)的位置上刻蚀间隔的第一和第二图案。例如，目标层可以是用于刻蚀在下目标层的层的牺牲刻蚀掩模。这种双重图案化技术开发了当间隔以大于2k₁(λ/NA)的节距设置时，在单个曝光工艺中且对于给定的数值孔径NA和波长λ，以小于值CD的宽度CD_dp印刷间隔的半密集图案的可能性。因此，这种图案在线和间隔的宽度相等的意义上不是密集的图案。替代地，例如，线宽是三倍于间隔宽度CD_dp的因子。对于印刷这种线形间隔的半密集图案或沟(trench)的半密集图案(其中CD_dp＜CD)，通常采用正型抗蚀剂。