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CN101571674A - 一种双重曝光方法 - Google Patents

一种双重曝光方法 Download PDF

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CN101571674A CNA2009100527983A CN200910052798A CN101571674A CN 101571674 A CN101571674 A CN 101571674A CN A2009100527983 A CNA2009100527983 A CN A2009100527983A CN 200910052798 A CN200910052798 A CN 200910052798A CN 101571674 A CN101571674 A CN 101571674A
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胡红梅
朱骏
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Shanghai Integrated Circuit Research and Development Center Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种双重曝光方法，包括：第一次光刻步骤与第二次光刻步骤，在所述第一次与第二次光刻步骤之间，在所述第一次光刻步骤形成的光刻胶图形上旋涂化学收缩辅助解析增强材料，并使其与所述光刻胶图形接触处发生热交联反应；之后去除没有与所述光刻胶图形发生热交联反应的化学收缩辅助解析增强材料。该方法既实现更小图形分辨率，也避免了双重曝光工艺中第二次曝光对第一次曝光形成的图形产生的影响。

Description

一种双重曝光方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种双重曝光方法。
背景技术
随着半导体器件尺寸的不断缩小，光刻特征尺寸逐渐接近甚至超过了光学光刻的物理极限，由此给半导体制造技术尤其是光刻技术提出了更加严峻的挑战。超紫外线光刻技术(EUV)具备更小光刻分辨率，但由于种种原因不能如期而至，因此在目前和未来几年内需要继续拓展光学光刻技术。
借助于更极端的分辨率增强技术(RET)，如强大的相移掩模(PSM)技术、各种照明技术和光学临近效应修正(OPC)技术等，都可以进一步扩展干法光刻。
浸没式光刻技术则通过在投影物镜和光刻胶之间填充某种液体，有效地增加了光刻系统的数值孔径(NA)，从而实现了更小的线宽，促进了光刻技术的发展。
而双重图形技术也适时而至，这种技术在不改变现有光刻基础设施的前提下，作为一种有效提高光刻分辨率的潜在解决方案被写入国际半导体技术蓝图(ITRS)。该技术的基本思想就是将掩模版图形一分为二，通过两次曝光得到单次曝光所不能获得的光刻极限，同时也极大地延伸了现有光刻设备的使用寿命。
双重图形技术的基本实现方案包括LELE DP(Litho-Etch-Litho-Etch DP)、LLE DP(Litho-Litho-Etch DP)和SADP(Self Aligned Double Patterning)以及其它延伸或改进方案等等。
LELE DP技术遵循曝光-刻蚀-曝光-刻蚀的顺序，其实现方法是首先曝光一部分图形，将这部分图形转移到下层硬掩模材料后，再重新旋涂另一层光刻胶，在第一部分图形的空隙间曝光形成第二部分图形，最后刻蚀将两部分图形最终转移到目标层次上。
LLE DP技术也称双重曝光技术，这种技术遵循曝光-曝光-刻蚀的工艺顺序，其原理是先曝光显影形成第一部分图形，紧接着涂布第二层光刻胶，然后进行对准曝光形成第二部分图形，最后进行刻蚀和清洗，将两次曝光的图形转移到硅片材料。而自对准双重图形(SADP)技术通过在预先形成的光刻图形两侧形成侧墙(spacer)，然后刻蚀去除之前形成的光刻图形，并将侧墙图形转移到下层材料，从而得到2倍节距的图形。
然而，LLE DP的双重曝光技术和LELE DP技术相比，该技术的优点是少了一步刻蚀工艺以及多层硬掩模材料，因此在一定程度上降低了生产成本，而缺点则是在LLE DP技术中，第二次光刻是在第一次光刻胶图形基础上进行曝光，因此不可避免地会对第一次光刻胶图形产生影响，所以双重曝光技术中光刻胶的选择非常重要，要求光刻胶具备非线性的特点，增加了生产的成本。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中，在双重曝光工艺中第二次曝光易对第一次曝光形成的图形产生影响的问题。
有鉴于此，本发明提供一种双重曝光方法，包括：第一次光刻步骤与第二次光刻步骤，在所述第一次与第二次光刻步骤之间，在所述第一次光刻步骤形成的光刻胶图形上旋涂化学收缩辅助解析增强材料，并使其与所述光刻胶图形接触处发生热交联反应；之后去除没有与所述光刻胶图形发生热交联反应的化学收缩辅助解析增强材料。
进一步的，通过对所述化学收缩辅助解析增强材料进行烘烤，使其与所述光刻胶图形接触处发生热交联反应。
进一步的，在对所述化学收缩辅助解析增强材料进行烘烤时，烘烤温度范围为90～110℃，烘烤时间范围为20～30秒。
进一步的，利用去离子水清洗去除没有与所述光刻胶图形发生热交联反应的化学收缩辅助解析增强材料。
进一步的，利用去离子水清洗次数为2次，每次清洗时间为60秒。
进一步的，所述化学收缩辅助解析增强材料是一种能溶解于去离子水的有机聚合体。
本发明还提供一种双重曝光方法，包括以下步骤：
提供一生长有底部膜层的硅片；
在所述硅片上涂布第一光刻胶，进行所述第一次光刻工艺，形成第一光刻胶图形；
在所述第一光刻胶图形上旋涂化学收缩辅助解析增强材料，并使其与所述第一光刻胶图形接触处发生热交联反应；
去除没有与所述第一光刻胶图形发生热交联反应的化学收缩辅助解析增强材料；
在所述硅片上旋涂第二光刻胶，进行所述第二次光刻工艺，形成第二光刻胶图形；
以所述第一及第二光刻胶图形为掩膜，通过刻蚀将所述光刻胶图形传递至所述硅片上。
进一步的，通过对所述化学收缩辅助解析增强材料进行烘烤，使其与所述第一光刻胶图形接触处发生热交联反应。
进一步的，在对所述化学收缩辅助解析增强材料进行烘烤时，烘烤温度范围为90～110℃，烘烤时间范围为20～30秒。
进一步的，利用去离子水清洗所述硅片，以去除没有与所述第一光刻胶图形发生热交联反应的化学收缩辅助解析增强材料。
进一步的，利用去离子水对所述硅片进行清洗，清洗次数为2次，每次清洗时间为60秒。
进一步的，利用去离子水清洗所述硅片后，将所述硅片旋转去水并低温烘干。
进一步的，所述双重曝光方法还包括对所述硅片进行剥胶清洗步骤。
进一步的，所述第一光刻胶图形线宽小于所述第二光刻胶图形线宽。
进一步的，所述第一及第二光刻胶为KrF光刻胶。
进一步的，所述第二次光刻工艺在所述第一光刻胶图形间隙间进行。
进一步的，所述化学收缩辅助解析增强材料是一种能溶解于去离子水的有机聚合体。
综上所述，本发明提供的双重曝光方法在双重曝光工艺中引入RELACS材料和工艺，既满足了双重曝光技术实现更小图形分辨率，延伸现有光刻设备光刻能力的目的，同时也使双重曝光工艺中第二次曝光易对第一次曝光形成的图形产生影响的问题得以解决，从而降低了双重曝光技术对非线性光刻胶的要求。
附图说明
图1所示为本发明一实施例所提供的双重曝光方法的方法流程图；
图2A至图2E所示问本发明一实施例提供的双重曝光方法的工艺步骤图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征更明显易懂，给出较佳实施例并结合附图，对本发明作进一步说明。
本发明一实施例提供的包括：第一次光刻步骤与第二次光刻步骤，在所述第一次与第二次光刻步骤之间，在所述第一次光刻步骤形成的光刻胶图形上旋涂化学收缩辅助解析增强材料，并使其与所述光刻胶图形接触处发生热交联反应；之后去除没有与所述光刻胶图形发生热交联反应的化学收缩辅助解析增强材料。
为了更加清楚具体的阐述本实施例的方法，请参见图1，其所示为本发明一实施例所提供的双重曝光方法的方法流程图。请结合参见图2A至图2E，该方法包括以下步骤：
S110提供一生长有底部膜层的硅片200。
S120在所述硅片200上涂布第一光刻胶，进行第一次光刻工艺，形成第一光刻胶图形210，如图2A所示。
在本实施例中，所使用的光刻胶为KrF光刻胶，但本发明并不局限于此，凡能实现本发明目的的光刻胶均包含于本发明的范围。
S130在所述第一光刻胶图形210上旋涂化学收缩辅助解析增强(RELACS)材料220，如图2B，并使(RELACS)材料220与所述第一光刻胶图形210接触处(包括第一光刻胶图形210侧面和顶部)发生热交联反应，如图2C所示。
在本实施例中，由于RELACS材料是一种能溶解于去离子水的有机聚合体，其中含有水溶的树脂和交联剂成份，因此对RELACS材料220经过烘烤后，与KrF光刻胶中的酸根发生热交联产生不溶于水的物质，与第一光刻胶图形210接触处发生热交联反应，这样RELACS材料就会粘附在第一光刻胶图形210上，保护其不会受到后续第二次曝光的影响，确保了最终形成图形的精确性。
在本实施例中，烘烤温度范围为90～110℃，烘烤时间范围为20～30秒。
S140由于RELACS材料是一种能溶解于去离子水的有机聚合体，为了完全去除没有发生反应的RELACS材料，去除没有与所述第一光刻胶图形210发生热交联反应的RELACS材料220。
在本实施例中，利用去离子水清洗所述硅片200，清洗次数为2次，每次清洗时间为60秒，以达到彻底去除没有与所述第一光刻胶图形210发生热交联反应的RELACS材料220的目的。
在本实施例中，在利用去离子水进行清洗硅片200后，将所述硅片200旋转去水并低温烘干，保证硅片的干燥，以便后续的制程工序的进行。
S150在所述硅片200上旋涂第二光刻胶，进行第二次光刻工艺，形成第二光刻胶图形230，如图2D所示。
在本实施例中，所述第二次光刻工艺在所述第一光刻胶图形210间隙间进行。且第一光刻胶图形210线宽小于第二光刻胶图形230线宽。
S160以所述第一及第二光刻胶图形210，230为掩膜，通过刻蚀将所述光刻胶图形210，230传递至所述硅片200上，图2E所示。
在本实施例中，在将光刻胶图形210，230传递至所述硅片200后，还需对所述硅片200进行剥胶清洗步骤，完成对硅片的刻蚀，使图形成像清晰精确。
综上所述，本发明实施例所提供的双重曝光方法在双重曝光工艺中引入RELACS材料和工艺，既满足了双重曝光技术实现更小图形分辨率，延伸现有光刻设备光刻能力的目的，同时也使双重曝光工艺中第二次曝光易对第一次曝光形成的图形产生影响的问题得以解决，从而降低了双重曝光技术对非线性光刻胶的要求。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (17)

1.一种双重曝光工艺，包括：第一次光刻步骤与第二次光刻步骤，其特征在于，在所述第一次与第二次光刻步骤之间，在所述第一次光刻步骤形成的光刻胶图形上旋涂化学收缩辅助解析增强材料，并使其与所述光刻胶图形接触处发生热交联反应；之后去除没有与所述光刻胶图形发生热交联反应的化学收缩辅助解析增强材料。
2.根据权利要求1所述的双重曝光方法，其特征在于，通过对所述化学收缩辅助解析增强材料进行烘烤，使其与所述光刻胶图形接触处发生热交联反应。
3.根据权利要求2所述的双重曝光方法，其特征在于，在对所述化学收缩辅助解析增强材料进行烘烤时，烘烤温度范围为90～110℃，烘烤时间范围为20～30秒。
4.根据权利要求1所述的双重曝光方法，其特征在于，利用去离子水清洗去除没有与所述光刻胶图形发生热交联反应的化学收缩辅助解析增强材料。
5.根据权利要求4所述的双重曝光方法，其特征在于，利用去离子水清洗次数为2次，每次清洗时间为60秒。
6.根据权利要求1所述的双重曝光方法，其特征在于，所述化学收缩辅助解析增强材料是一种能溶解于去离子水的有机聚合体。
7.一种双重曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一生长有底部膜层的硅片；
在所述硅片上涂布第一光刻胶，进行所述第一次光刻工艺，形成第一光刻胶图形；
在所述第一光刻胶图形上旋涂化学收缩辅助解析增强材料，并使其与所述第一光刻胶图形接触处发生热交联反应；
去除没有与所述第一光刻胶图形发生热交联反应的化学收缩辅助解析增强材料；
在所述硅片上旋涂第二光刻胶，进行所述第二次光刻工艺，形成第二光刻胶图形；
以所述第一及第二光刻胶图形为掩膜，通过刻蚀将所述光刻胶图形传递至所述硅片上。
8.根据权利要求7所述的双重曝光方法，其特征在于，通过对所述化学收缩辅助解析增强材料进行烘烤，使其与所述第一光刻胶图形接触处发生热交联反应。
9.根据权利要求8所述的双重曝光方法，其特征在于，在对所述化学收缩辅助解析增强材料进行烘烤时，烘烤温度范围为90～110℃，烘烤时间范围为20～30秒。
10.根据权利要求7所述的双重曝光方法，其特征在于，利用去离子水清洗所述硅片，以去除没有与所述第一光刻胶图形发生热交联反应的化学收缩辅助解析增强材料。
11.根据权利要求10所述的双重曝光方法，其特征在于，利用去离子水对所述硅片进行清洗，清洗次数为2次，每次清洗时间为60秒。
12.根据权利要求11所述的双重曝光方法，其特征在于，利用去离子水清洗所述硅片后，将所述硅片旋转去水并低温烘干。
13.根据权利要求7所述的双重曝光方法，其特征在于，还包括对所述硅片进行剥胶清洗步骤。
14.根据权利要求7所述的双重曝光方法，其特征在于，所述第一光刻胶图形线宽小于所述第二光刻胶图形线宽。
15.根据权利要求7所述的双重曝光方法，其特征在于，所述第一及第二光刻胶为KrF光刻胶。
16.根据权利要求7所述的双重曝光方法，其特征在于，所述第二次光刻工艺在所述第一光刻胶图形间隙间进行。
17.根据权利要求7所述的双重曝光方法，其特征在于，所述化学收缩辅助解析增强材料是一种能溶解于去离子水的有机聚合体。
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