[发明专利]光刻方法和设备

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及一种用于图案转移的方法、适合用于这种方法中的光刻设备、和器件制造方法。

背景技术

[0002]光刻设备是将需要的图案施加到衬底的目标部分上的机构。例如，光刻设备可用在集成电路(ICs)的制造中。在这个例子中，由图案化装置(如掩模版图案)提供的图案可用来产生电路图案，该电路图案将形成在该IC的单独层上。该电路图案可转移到衬底(如硅晶片)上的目标部分(包括部分管芯、一个管芯或几个管芯)上。电路图案的转移通常是采用投影系统，通过该图案在提供在该衬底上的辐射敏感材料(如，光激活抗蚀剂或光刻胶)层上的成像。通过将辐射束横过(traverse)该图案化装置来图案化该辐射束，且通过该投影系统将该辐射束投影到该衬底上的该目标部分上，如将该需要的图案在该抗蚀剂中成像。光刻印刷工艺进一步包括在曝光后该抗蚀剂层的显影，如产生印刷特征，该印刷特征可以是抗蚀剂材料特征，或抗蚀剂材料中的间距。该抗蚀剂材料可用作用于底层的光刻掩模，该底层将通过刻蚀而被图案化。

[0003]通常，单个衬底包含被连续曝光的邻近目标部分的网络。已知的光刻设备包括所谓的步进电动机和所谓的扫描装置，在该步进电动机中通过一口气曝光目标部分上的整个图案，使每个目标部分被照射，在该扫描装置中，通过在给定方向(“扫描”方向)扫描穿过该束的图案，并同时沿平行或反平行该扫描方向同步扫描衬底，使每个目标部分被照射。

[0004]一直存在能够产生具有更好的分辨率的持续的愿望。通常，为了实现更好的分辨率图案，可采用更短波长的辐射。步进和扫描系统正在成为受限制的分辨率，特别是采用具有193纳米波长的辐射。已经采用浸液光刻(immersion lithography)扩展分辨率，该浸液光刻允许数值孔径(numerical aperture)增加到接近1.5NA。这将支持32纳米(半节距)分辨率。为了达到更高的分辨率，特别是采用193纳米波长照明，将要求新的图案化技术的研发。

[0005]已经研发的试图提供更小特征的光刻的图案化技术采用硬掩模的用途，该硬掩模提供在将被图案化的衬底层和抗蚀剂层之间。相对于所要求的将想要的图案转移进下面的衬底的刻蚀条件，该硬掩模比该抗蚀剂材料更有抵抗力，因此这避免与该抗蚀剂相关的问题，该抗蚀剂在图案转移期间以比刻蚀该衬底的速率更快的速率被刻蚀。尽管研发了这种采用硬掩模的方法，但受能够刻蚀进衬底的最小特征尺寸的限制，例如，被用于该图案成像的辐射波长所强加(imposed)的限制。基于光刻工具参数如数值孔径，由于所使用的辐射的给定波长，相邻特征可被印刷到衬底上的最小节距(“最小特征节距”)是受限制的。通常根据使用采用该掩模版的光刻工具可印刷的最小特征节距，选择用于光刻掩模版中的该最小节距(考虑从该掩模版到该衬底的缩小)，因为配置在相应更小的节距的任何掩模版特征在该衬底上是不能印刷出来的。因此，对于给定光刻设备，用于产生给定的图案化辐射束的掩模版或掩模版系统通常配置有掩模版特征，该掩模版特征设计为在该衬底中产生结构，该结构具有等于或大于该光刻设备可印刷的该最小特征节距的特征节距。

[0006]考虑到上述限制，当特征之间所要求的间隔(所要求的最小特征节距)在先进电子技术中缩短时，使用传统单次曝光工艺制造器件变得日益困难，在该单次曝光工艺中，在单次曝光中将衬底曝光至图案化的辐射束。例如，对于亚-90纳米器件尺寸，采用248或193纳米辐射图案化特征变得日益困难。为了增加衬底上的结构的数量，从而能够以低于与用来图案化该衬底的光刻工具相关联的最小特征节距的距离隔开结构，已经研发了两次曝光技术。

[0007]在目前的两次曝光双沟槽印刷工艺的一个例子中，以图案化辐射的第一剂量曝光覆盖沉积在衬底上的硬掩模材料层的抗蚀剂层，该图案化辐射组成掩模版图案的图像。然后去除该抗蚀剂的被曝光的区域，紧跟着的是硬掩模刻蚀步骤，以在该硬掩模中形成第一系列间距。然后提供另一抗蚀剂层以涂敷硬掩模材料层，紧跟着的是根据预定距离放置该图案化掩模版。用于提供第二系列间距的各抗蚀剂层和硬掩模层的后续图案化和光刻产生新的间距，该新的间距设置在该第一系列间距之间的交错位置(interleaved positions)中。然后选择性去除残留的抗蚀剂，留下其中形成有该第一和第二系列间距的图案化的硬掩模。然后，由该硬掩模定义的图案可被刻蚀进下面的衬底。以这种方式，配置为在单次曝光中产生特征节距D的掩模版可用来进行图案化，并形成具有小于D的例如D/2的特征节距的硬掩模及衬底。