[发明专利]一种提高分辨率的光刻工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种光刻工艺，特别涉及一种提高分辨率的光刻工艺。

背景技术

20世纪60年代以来，半导体微芯片的性能有了巨大的提高，判断芯片性能的一种通用指标是芯片运行速度。器件做得越小，在芯片上放置得越紧密，电路的电信号传输的距离就更短，芯片运行的速度就会提高。而让芯片上的器件放置得更紧密的方法就是缩小其物理尺寸特征，即为我们常说的关键尺寸（CD）。

一直以来，关键尺寸的缩小都依赖于光刻，分辨率的表达式可表述为                                                ，其中代表光刻光源的波长，NA代表光刻设备镜头的通光数值孔径，代表工艺因子。光源的波长越小，能够实现的分辨率越高。1970年开发的第一台步进光刻机采用的是436nm波长G线汞灯，到了80年代后期，随着亚微米技术的需求，波长365nm的光源成为半导体前沿技术，其后248nm的KrF、193nm的ArF、13.4nm的深紫外光EUV不断进入半导体光刻领域。通常光源波长的减小非常困难，往往需要约10年时间开发新的光源，增加物镜的数值孔径NA也是提高分辨率的常用手段，从最初NA为0.28的步进光刻机发展至今，干法光刻机中最大的NA值为0.93，湿法还开发出NA>1的浸没式光刻，最大的NA值可达1.55。k1工艺因子也因为技术的革新而不断提高，传统光刻k1因子理论极限为0.5，一般工艺因子约0.8，光学临近效应校正（OPC）方法使得工艺因子能够接近极限，而后离轴对准使得k1因子的极限减小到0.25，现在用于32nm节点的双掩模（Double Pattern）技术能够使k1因子达到0.15~0.2。

光刻的本质其实是制作一个中间临时层，将掩模上的数据复制到临时层(光刻胶)上，而后通过其他的工序将光刻胶图形转移至硅片表面。目前关键的工艺层都是通过光刻——干法刻蚀来实现，干法刻蚀工艺需要光刻胶具备足够的厚度来抵挡刻蚀，而光刻胶厚度的增加会降低光刻的分辨率，所以如何在光刻胶厚度与分辨率中作平衡一直是光刻的难题。

专利US4244799中提供出了一种方法解决上述难题，引入一层硬掩模（hard mask）材料层作为牺牲层，利用不同的干法刻蚀对不同材料有选择性刻蚀原理，第一次刻蚀选择不易腐蚀光刻胶与硅片并且容易腐蚀硬掩模的刻蚀工艺，将光刻胶的图形转移到硬掩模上，然后去除光刻胶第二次刻蚀，刻蚀工艺选用不易腐蚀硬掩模并且容易腐蚀硅片的刻蚀工艺，将图形由硬掩模转移到硅片上，最后去除硬掩模。该技术在0.13um以下的工艺得到广泛应用。专利US4275286中提及了具体如何实现硬掩模图形转移。

硬掩模（hard mask）是一种将光刻胶图形转移至硅片的中间层。

但是，上述光刻工艺受现有技术条件和工艺参数的影响，光刻分辨率难以进一步提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是光刻机的分辨率受到光源、投影物镜及工艺参数影响难以提高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光刻工艺，包括：于一基底表面设置硬掩模层（hard mask），所述硬掩模层具有与所述基底表面接触的第一表面及与所述第一表面相对的第二表面，其特征在于，所述第二表面包括至少一个楔形面；在所述楔形面涂覆一层光刻胶，并于所述光刻胶中形成一图形(pattern）；垂直于所述基底方向进行第一干法刻蚀，移除部分的硬掩模层，将所述图形转换到所述硬掩膜层上；去除所述光刻胶；以及垂直于所述基底方向进行第二干法刻蚀，移除部分的基底，将所述硬掩模层上的图形转换到所述基底上。

本发明之光刻工艺还包括去除所述基底表面的硬掩模层。

所述第二表面包括一个楔形面。

所述第二表面包括多个楔形面。

所述多个楔形面按相同楔形方向排列。或所述多个楔形面中相邻楔形面的楔形方向不同。

所述楔形面的楔形角为45°。

上述光刻工艺中，是对所述光刻胶进行曝光、显影、蚀刻制程形成所述图形。

对所述光刻胶进行曝光前，光刻机中的调焦调平系统在与所述光刻胶表面垂直方向上进行调焦调平，对准系统在与所述基底表面垂直方向上进行对准。

对所述光刻胶进行曝光时，光刻机中的曝光系统在与所述光刻胶表面垂直方向上对所述光刻胶进行曝光。

本发明之光刻工艺中，光刻机的分辨率， 为光源波长，NA为投影物镜的通光数值孔径，为工艺因子，α为所述楔形面的楔形角的大小。

本发明的优点在于能实现提高一维图形的刻蚀分辨率，从而提高光刻机的分辨率。 

附图说明