光刻處理方法，和由此製造的器件的製作方法

2023-05-19 05:23:56 2

專利名稱：光刻處理方法，和由此製造的器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用多次曝光將所需圖案提供到輻射敏感材料層的靶區的光刻處理方法，所述圖案包括多個憑藉最密集特徵以節距P布置的特徵。該方法適合使用光刻裝置。
背景技術：
光刻裝置是將所需圖案應用到基底靶區的設備。該裝置通常包括提供輻射束的輻射系統，支承構圖部件的支承結構，其中構圖部件用來使光束形成圖案，保持基底的基底臺，和投影系統，將帶有圖案的輻射束投射到基底的靶區。光刻裝置可以用於例如集成電路(ICs)的製造。在這種情況下，構圖部件，或者稱為掩模或分劃板，可用於產生對應於IC單層的電路圖案，該圖案可以成像在具有輻射敏感材料(抗蝕劑)層的基底(例如矽片)的靶區上(例如包括一個或者多個電路小片的部分)。一般而言，單基底將包含相繼曝光的相鄰靶區的網格。已知的光刻裝置包括所謂的分檔器，其中通過一次曝光靶區上的全部圖案來照射每一靶區，和所謂的掃描裝置，其中通過在投射光束下沿給定方向(「掃描」方向)掃描圖案，同時沿與該方向平行或者反平行的方向同步掃描基底來照射每一靶區。
這裡使用的術語「投影系統」應廣義地解釋為包含各種類型的投影系統，包括折射光學系統，反射光學系統，和反折射光學系統，作為使用的曝光輻射的合適例子，或對於其他因素如浸液的使用或真空的使用。這裡術語「鏡頭」的任何使用可以認為與更普通的術語「投影系統」同義。輻射系統還可以包括根據任一設計類型操作的部件，這些類型為引導、整形或者控制輻射投影光束，和這樣的部件。輻射系統以及投影系統通常包括引導、整形或者控制輻射投影光束的部件。通常，投影系統包括設定投影系統數值孔徑(通常稱為「NA」)的裝置。例如，可調整NA-光闌可以存在於投影系統的光瞳中。輻射系統典型地包括調整裝置，用於設定掩模(在輻射系統的光瞳中)強度分布上遊的外和/或內徑向量(通常分別稱為σ-外和σ-內)。
光刻裝置可以為具有兩個(雙級)或者多個基底臺(和/或兩個或者多個掩模臺)的類型。在這種「多級式」設備中，可以並行使用這些附加臺，或者可以在一個或者多個臺上進行準備步驟，而一個或者多個其它臺用於曝光。光刻裝置也可以是下述類型，即將基底浸入具有相對高折射率的液體例如水中，以便填充投影系統的最後部件和基底間的空間。浸液也可以應用於光刻裝置中的其他空間，例如掩模和投影系統的第一部件間。浸入技術在所屬領域內是公知的，用於增加投影系統的數值孔徑。
對應於IC器件單層的電路圖案通常包括多個器件圖案和互連線。器件圖案可以包括不同空間布置的特徵，這些布置例如間隔線圖案(「帶圖案」)，電容器接觸圖案，接觸孔圖案和DRAM孤立圖案。特徵沒有必要特性化為其線素限定一封閉輪廓的形狀。例如，兩個鄰近特徵末端的空間布置和在所述兩個末端間的空間在本文和權利要求的範圍中也可以稱為特徵。
在本文和權利要求的範圍中，特徵尺寸稱為特徵具有標稱在基底水平的那些尺寸。在掩模處，特徵尺寸比標稱尺寸大M倍，其中M為投影系統的放大率(典型地，|M|＝1/4或1/5)。通常，在掩模處引入附加尺寸偏移以補償誤差發生，例如在圖案的投影和曝光期間；子圖案特徵的這種尺寸再生以下稱為偏置和/或光學接近修正(「OPC」)。偏置和/或OPC的量也通常依據對應的在基底水平尺寸再生的標稱量來表示。當在表達中使用名詞「目標」如「目標特徵」時，則表示這些特徵基本上具有所述器件層所需的標稱尺寸。
電路圖案的製造包括特徵間，互連線間，和特徵元素間的空間容差控制，以及特徵和特徵元素的尺寸控制。隨著將被印刷的電路小片每區域的特徵數目上的增長需求，已經開發解析度提高技術來改進利用投影光刻裝置及光刻處理方法可得到的分辨極限。在器件層製造中允許的兩條線之間的最小間隔和/或線或任何其他特徵例如接觸孔的最小寬度被稱為臨界尺寸(「CD」)。包括基本上等於CD的最小尺寸的特徵在本文中被稱為「CD大小的特徵」。
對於圖案的光刻處理特別要求光刻處理方法的最佳執行和在其極限解析度處的光刻投影裝置的應用，所述圖案包括相隔基本上等於CD的距離的CD大小的特徵(例如接觸孔)的陣列。為了能夠定義周期為節距P的特徵的陣列，那麼在該情況中該陣列基本上等於兩倍CD。在CD大小特徵時P＝2CD為最小節距的節距被布置用於使用光刻處理方法的印刷。多層也可以包括以大於2CD的節距定位在一個或多個陣列中的CD大小特徵。特別地，包括以最小節距和較大節距出現的CD大小接觸孔的層的印刷是重要的，並需要最新技術的解析度提高措施。一般來說，「密集特徵」通常已知為所述特徵的分隔距離在一和兩倍目標特徵尺寸之間的範圍內；相似地，「孤立特徵」通常已知為所述特徵的分隔距離不小於目標特徵尺寸的兩倍，然而，沒有「密集特徵」一般公認的確切定義；也沒有「孤立特徵」一般公認的確切定義。在下文中，以2CD最小節距和3CD節距之間的任何節距出現的CD大小的特徵可以稱為密集特徵，以大於3CD的節距出現的CD大小的特徵可以稱為孤立特徵。
另外，在本文和權利要求中的節距概念也應用到至少兩個特徵組，在該情況中，「節距」涉及兩個一致的、鄰近的特徵的兩個相應點之間的相互距離。
投影裝置的分辨極限是利用光刻製造方法可得到CD的決定的特徵之一。該分辨極限通常用投影系統的NA和投影束的輻射波長來表示。提高解析度的傳統方法是增加NA和減小波長。這些措施具有邊界效應，即焦深和對於照射靶區曝光量中的殘留誤差的不靈敏性變小。對於CD大小特徵的CD尺寸中給定的容差，處理時將可用的焦深和可允許的曝光量的變化量結合通常被稱為處理範圍。優選解析度提高措施不應當影響處理範圍，因此最小要求的且可得到的處理範圍將是利用光刻製造方法可得到最小CD的決定的另一特徵。
通過將例如離軸照明模式應用到成像密集特徵，可以得到解析度的提高。同樣，同軸照明與作為構圖部件的相移掩模(「PSM」)結合的使用來成像孤立和/或密集特徵是公知的。例如，憑藉器件圖案被具體化為具有180°相移或0°相移的透射物質的電場相移圖案，交替的PSM可以用來印刷次波長節距的密集線間隔結構。目前，對於印刷包括密集和孤立的CD大小的接觸孔的多層器件，提高解析度尤其重要。為了印刷(即曝光和抗蝕劑處理)這些層，典型地衰減相移掩模(以下稱為「att PSM」)用於使投影光束形成圖案，另外，投影系統設定為最大NA，以及使用高σ-外設定的傳統照明。例如，以最小和較大節距產生的90nm尺寸的接觸孔原則上可以用單曝光光刻處理方法印刷，該方法利用配有193nm波長的輻射源和NA＝0.9的投影系統的投影光刻裝置，憑藉照明模式設定為σ-外＝0.75，並用6％的att PSM使投影光束形成圖案。然而，處理範圍對於焦深非常關鍵。對於上述8％曝光範圍的例子，只有大約110nm的焦深可用。典型地，由於基底的不平度和殘留焦距誤差，因此要求200到300nm級的焦深，用來控制CD使其能夠在製造位置的界限內；用110nm級的焦深製造具有最小和較大節距的90nm接觸孔的多層器件是不可行的。
為了改進分辨極限，也使用所謂的「雙曝光」處理。典型地，交替的PSM被用作構圖部件的光刻處理方法包括兩個曝光步驟。由於只有180°相移或0°相移為構圖參數，因此除所需相移轉換外，交替PSM的特徵也不可避免在掩模的透明區域出現不希望有的從180°相移到0°的相移轉換。所述不希望有的相移轉換在圖案的空中圖像中引起不希望有的強度下降。後面的強度下降可以通過第二次曝光補償(使強度下降變得水平)。可以用相應的最佳選擇(但通常不同)的照明設定進行兩次曝光。然而，該處理不引起處理範圍的實質改進。
由於分劃板圖案處衍射輻射的幹涉，另一雙曝光方法考慮(address)在密集接觸孔的分劃板圖案的投影圖像中假特徵(「旁瓣」)的出現問題。為了減輕這個問題，將密集接觸孔的圖案分離為兩個或多個較少密集群集的接觸孔的部分圖案。這種不太密集圖案的成像對於旁瓣影響不是關鍵性的，並使處理範圍得到的改進，然而所述改進是部分的。因此，存在增加用於印刷包括孤立和密集特徵的圖案的光刻處理方法的處理範圍同時至少保持足夠解析度的問題。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種光刻處理方法，藉此減輕上述問題。
根據本發明通過光刻處理方法達到上述目的，該方法利用多次曝光提供所需圖案到輻射敏感材料層的靶區，所述圖案包括多個特徵藉此最密集特徵以節距P布置，該方法包括-將所述多個特徵分離為第一和第二子集特徵，其構成第一和第二子圖案，每個子圖案具有節距大於P的最密集特徵；特徵在於該方法包括-通過擴大所述第一和第二子圖案的每個特徵，提供第一和第二適配的子圖案；-使用按照第一適配的子圖案形成圖案的輻射束進行所述靶區的第一次曝光，-使用按照第二適配的子圖案形成圖案的輻射束進行所述靶區的第二次曝光，以與所述第一次曝光的並列記錄(regitry)布置所述第二次曝光，
-抗蝕劑處理已曝光輻射敏感層，以提供中間圖案，其包括按照適配的第一和第二子圖案結合的特徵，和-應用補充抗蝕劑處理來收縮中間圖案的特徵，以使縮小的特徵尺寸與所述需要圖案的相應特徵尺寸相配。
注意在本文和權利要求的範圍中，在所述所需圖案的特徵和所述中間圖案的相應特徵(較大尺寸)之間存在區別。為了簡單，所述前面和後面的特徵以下分別稱為「目標特徵」和「抗蝕劑處理特徵」。
給定所需圖案，當雙曝光處理在給定光刻裝置上進行並且基於將所需圖案分離為特徵密集度小於所需圖案特徵密集度的兩個子圖案時，其適用性可以依據印刷每個子圖案最少需要的處理範圍來評定。通常，能夠印刷圖案的處理範圍取決於包括所需圖案特徵的參數(如CD和在所需圖案中出現的CD大小特徵的節距範圍)、使用的光刻裝置的特徵(如照明模式，構圖光束的波長，投影系統的最大數值孔徑)、和提供到分劃板的圖案(例如，二元圖案或衰減相移圖案)的特徵。因此，當處理範圍被用作能夠印刷的標準，和不同光刻處理相比，必須對這些特徵作出解釋。
通常，邊緣可接受的處理範圍被認為是用於同時印刷密集和孤立CD大小特徵的允許8％曝光範圍和至少300nm焦深的處理範圍。該處理範圍以下將稱為「邊緣處理範圍」，但取決於生產環境不同處理範圍可以標記為「邊緣」。相反地，當邊緣處理範圍被規定為先驗(a-priori)時，和當上述特徵被考慮時，最小可印刷特徵尺寸(因此，臨界尺寸CD)跟著後驗(a-posteriori)。如果光刻處理包括收縮特徵的處理步驟，那麼通常在上述意義中，CD不跟著後驗，除非對於該處理步驟的特性給出說明。對於本發明的描述，在沒有應用任何收縮處理可印刷的(和在上述後驗意義中可定義的)臨界尺寸CD和小於CD的所需臨界尺寸(可印刷的，例如通過應用收縮處理)之間的區別是方便的。必要的，下面的臨界尺寸(小於CD)將稱為「縮小的CD」，並用CDS表示。
通過利用第一和第二子圖案使投影光束形成圖案，藉此第一和第二子圖案的每個特徵被擴大，以及隨後通過曝光和抗蝕劑處理已曝光的輻射敏感層以提供大於相應的目標特徵的抗蝕劑已處理特徵，與對於將被提供的抗蝕劑已處理特徵為標稱尺寸(即目標特徵尺寸)的情況要求有效的這些參數相比，可以放寬關於最大NA和σ-外設定的要求。這種NA和σ-外設定的減小引起處理範圍的實質增加。根據本發明的一個方面，利用所述要求放寬的應用與所述補充抗蝕劑處理應用的結合，以改進處理範圍，該範圍超過用相似的雙曝光處理可得到的邊緣處理範圍，藉此特徵的所述擴大和收縮被省略。可選擇地，以較低NA為特徵的較低成本光刻投影裝置可以用於印刷相同的所需目標圖案。作為另一選擇，關於投影光束輻射波長的要求可以放寬。波長要求的放寬也導致改進的處理範圍。
抗蝕劑處理已曝光輻射敏感層的步驟(以提供多個抗蝕劑已處理特徵)通常包括一些處理例如曝光後烘烤，抗蝕劑顯影，和硬烘烤。在本文和權利要求的範圍中，抗蝕劑處理步驟可以包括如上所述的偏置和OPC技術的應用。例如，在靶區圖像中經常應用特徵偏置抑制旁瓣強度分布，並包括在曝光前用預選擴展距離擴大子圖案的特徵。這種擴大步驟不是本發明的一部分；實際上，該步驟與降低曝光量的步驟結合，以便抗蝕劑處理後，得到的抗蝕劑已處理特徵沒有擴大關於相應的目標特徵。這種偏置的缺點在於所述曝光量的降低引起可得到的處理範圍的減小。相反，根據本發明，抗蝕劑已處理特徵關於相應的目標特徵擴大，即它們尺寸過大。在第一和第二次曝光前具有預選擴展距離的所述第一和第二子圖案的每個特徵的擴大可以例如是除涉及偏置的擴大以外的擴大。
為了提供目標特徵(以標稱尺寸)，收縮所述抗蝕劑已處理特徵(其根據本發明尺寸過大)超過預選收縮距離，以補償所述尺寸過大。通過對所述抗蝕劑已處理特徵應用補充抗蝕劑處理來提供收縮。對於所述補充抗蝕劑處理，所屬領域的技術人員可以使用已知的抗蝕劑處理收縮技術。例如，用於收縮特徵的化學和熱抗蝕劑處理可以分別從以下文章中獲得，即「產生65nm的ArF光刻法的RELACS處理的低節距相關性」，作者J.Shih，SPIE彙刊5039，2003，和「對於193nm低k1光刻法接觸的光刻膠回流」，作者P.K.Montgomery et al.，SPIE彙刊5039，2003。這些技術已經示出能夠以可控方式使特徵尺寸修正達到50nm收縮。
根據本發明的一個方面，利用提供所述適配的子圖案與應用所述補充抗蝕劑處理的結合，以能夠印刷包括密集CDS大小特徵的所需圖案，所述特徵包括以小於2CD的最小節距布置的CDS大小特徵，同時保持印刷子圖案的邊緣處理範圍。這可以通過以下步驟達到
-將所述CDS大小特徵分離為第一和第二子集CDS大小特徵，其構成第一和第二子圖案，每個子圖案有等於或大於2CD節距的最密集特徵；-將每個子圖案的CDS大小特徵擴大到相應的CD大小特徵，以提供適配的子圖案，其用基本上邊緣處理範圍可印刷。
-按照第一適配的子圖案用形成圖案的輻射束進行所述靶區的第一次曝光，-按照第二適配的子圖案用形成圖案的輻射束進行所述靶區的第二次曝光，以與所述第一次曝光的並列記錄布置所述第二次曝光，-抗蝕劑處理已曝光輻射敏感層，以提供中間圖案，其包括按照適配的第一和第二子圖案結合的特徵，和-應用補充抗蝕劑處理來收縮中間圖案的特徵，以使縮小的特徵尺寸與所述所需圖案的相應特徵尺寸相配。
在該情況中，以可得到的臨界尺寸CDS和可得到的具有該臨界尺寸特徵的最大密度的提高交換處理範圍的提高。現在可以印刷具有2 CDS最小節距的CDS大小特徵的圖案，然而這用單曝光成像或傳統的雙曝光成像是不可能的，除非可以接受邊緣處理範圍以下的處理範圍。然而，後面的選擇在生產環境中不可行。當包含已修正的子圖案成像的第一和第二次曝光剛好可能具有邊緣處理範圍時，上述交換被逼到極限。根據本發明的一個方面，處理範圍的提高和可得到的臨界尺寸CDS和可得到的具有該臨界尺寸特徵的最大密度的提高之間的部分交換也是可能的。
根據本發明的方法，當將印刷的器件圖案包括多個臨界尺寸CD的透射密集特徵，所述特徵互相分離CD級的距離(即以兩倍CD級的節距定位該特徵)時尤其有利。在單曝光處理中，可以應用抑制旁瓣印刷的偏置，但這將引起處理範圍的減小。另外，對於最大允許擴張存在限制不能應用大於偏置的擴大，因為得到的兩個特徵間的不透明區域將小於CD，因此不能以可控方式印刷。通過將器件圖案分離為兩個子圖案，該限制可以消除。例如，用193nm波長的投影裝置，以典型的8％曝光範圍的單曝光處理範圍，由於受焦深的限制(110nm級)，不能容易地印刷節距在180nm到800nm範圍內的90nm接觸孔。用根據本發明的方法，在每個子圖案中接觸孔的最小節距例子為360nm，並可以應用30nm級的擴大和收縮。結果，得到焦深460nm，8％曝光範圍的處理範圍。
利用設計規則檢查算法可以將包括多個特徵的器件圖案分解為兩個子圖案。這樣的算法可用於電子設計自動軟體，其用於設計求值和修正，例如用於光學接近修正。對於本發明這樣的分解算法是有用的，即，當器件圖案的任何兩個鄰近特徵之間的相互距離至少為臨界尺寸CD時，分解後得到的第一和第二子圖案中任何兩個鄰近特徵之間的相互距離至少為所述臨界尺寸CD的兩倍時。除考慮到偏置和/或OPC的尺寸再生外，相互距離的增大能夠使子圖案特徵擴大而沒有違反兩個透射子圖案特徵間對於最小吸收器寬度的限制。通過掩模製造技術確定該最小寬度。目前100nm級(基底水平)的寬度是可行的。作為選擇，可以利用所述相互距離的增加來放置輔助特徵(即不印刷的特徵如散射條)，以提供進一步的光學接近修正，然而，由於鄰近特徵間缺乏空間，這樣的放置在所需圖案中是不可能的。
包括多個特徵的器件圖案可以是這樣以至於應用分解為兩個子圖案是不可能的，藉此兩個子圖案滿足下述條件，即分解後得到的第一和第二子圖案中任何兩個鄰近特徵之間的相互距離至少為所述臨界尺寸CD的兩倍，然而，得到至少一個滿足所述條件的子圖案是可能的。在該情況中，不滿足所述條件的一個子圖案可以被進一步分離，如果必要，分離可以重複直到每個得到的子圖案滿足所述條件。在該情況中，本發明對於雙曝光處理沒有限制，而是包括多次曝光處理，由此曝光次數是按照得到的子圖案的數目。
儘管在本文中，光刻裝置具體用於製造ICs，但是應該理解這裡描述的光刻裝置具有其它應用，例如，集成光學系統的製造，磁疇存儲器、液晶顯示器(LCDs)、薄膜磁頭等的引導和檢測圖案。本領域的技術人員將理解，在這種可替換的應用範圍中，這裡術語「晶片」或者「電路小片」的任何使用可以認為分別與更普通的術語「基底」和「靶區」同義。這裡涉及的基底可以在曝光前或後被處理，在例如軌道(典型地將抗蝕劑層塗布到基底和顯影已曝光抗蝕劑的工具)或計量或檢查工具中。在可適用的地方，可以將這裡的公開應用於這種和其他基底處理工具。進一步，可以不止一次的處理基底，例如為了產生多層IC，因此這裡使用的術語基底也可以涉及已經包含多層已處理層的基底。
這裡使用的術語「輻射」和「光束」包含所有類型的電磁輻射，其包括紫外輻射(例如具有365，248，193，157或126nm的波長)和遠紫外(EUV)輻射(例如具有5-20nm範圍內的波長)。
這裡使用的術語「構圖部件」應廣義地解釋為涉及能夠使投影光束在其橫截面內具有圖案的部件，如在基底靶區中形成圖案。應當注意，給予投影光束的圖案可能不精確地相應於在基底靶區中的所需圖案。通常，給予投影光束的圖案與在靶區中形成的器件的特殊功能層相應，如集成電路。
構圖部件可以是透射或反射的。構圖部件的示例包括掩模，程控反射鏡陣列，和程控LCD板。掩模在光刻中是公知的，它包括如二進位型、交替相移型、和衰減相移型的掩模類型，以及各種混合掩模類型。程控反射鏡陣列的例子利用微反射鏡的矩陣設備，每個微反射鏡能夠各自傾斜，以便沿不同方向反射入射輻射光束；按照這種方式，對反射光束進行構圖。
支承結構支承即承受構圖部件的重量。它保持構圖部件的方式取決於構圖部件的定向，光刻裝置的設計，和其他情況，例如構圖部件是否被保持在真空環境中。支承可以使用機械夾緊，真空，或其他夾緊技術，例如真空條件下的靜電夾緊。支承結構可以為例如隨要求固定或可移動的框架或臺，其可以確保構圖部件位於所需位置，例如關於投影系統。這裡術語「分劃板」或「掩模」的任何使用可以認為與更普通的術語「構圖部件」同義。


現在參考所附的示意性附圖，將描述本發明的僅作為例子的實施例，其中，相應的參考符號表示相應的部分，其中-圖1描繪了根據本發明實施例的光刻投影裝置；-圖2描繪了包括正方形接觸孔陣列的構圖部件和兩個子圖案。
-圖3示出了根據本發明的表示對於單曝光處理的曝光和雙曝光處理的曝光的處理範圍的圖表。
-圖4說明了根據在先技術對於單曝光處理的曝光和雙曝光處理的曝光的處理範圍。
-圖5是根據本發明的方法的示意圖。
-圖6描繪了與蜂窩狀柵格相配的接觸孔的所需圖案，和兩個子圖案。
-圖7描繪了按照圖6的子圖案之一的適配的子圖案。
-圖8描繪了按照圖6中示出的所需圖案的中間圖案。
-圖9說明了短溝道圖案和兩個相應的子圖案。
具體實施例方式
光刻裝置圖1示意性地描繪了可以在本發明的方法中使用的光刻投影裝置。該裝置包括-輻射系統Ex，IL，用於提供輻射投影光束PB(例如波長小於約270nm的UV輻射或DUV輻射，如248，193，157，和126nm輻射波長)。在該具體情況中，輻射系統也包括輻射源LA；-第一目標臺(掩模臺)MT，設有用於保持掩模MA(例如分劃板)的掩模保持器；-第二目標臺(基底臺)WT，設有用於保持基底W(例如塗敷抗蝕劑的矽晶片)的基底保持器；和-投影系統(「鏡頭」)PL(例如，石英和/或CaF2透鏡系統或包括由下列物質製成的透鏡元件的反折射系統，所述物質適合於傳統成像或適合於有浸液的情況下成像)將掩模MA的照射部分成像在基底W的靶區C(例如包括一個或多個電路小片)上。
如上所述，該裝置是透射型的(即具有透射掩模)。然而，該裝置通常也可以是例如(具有折射掩模)的折射型。或者該裝置可以採用另一類型的構圖部件，例如上述涉及的程控反射鏡陣列類型。
源LA(例如UV汞弧光燈，或DUV準分子雷射器)產生輻射束。光束直接或經過如擴束器Ex的調節裝置後，照射到照明系統(照明器)IL上。照明器IL可以包括調節裝置AM，用於設定光束強度分布的外和/或內徑向量(通常分別稱為σ-外和σ-內)。另外，它一般包括各種其它部件，如積分器IN和聚光器CO。按照這種方式，照射到掩模MA上的光束PB在其橫截面具有所需的均勻性和強度分布。
應該注意，圖1中的輻射源LA可以置於光刻投影裝置的殼體中(例如當源是汞燈時經常是這種情況)，但也可以遠離光刻投影裝置，其產生的輻射光束(例如在合適的定向反射鏡的輔助下)被引導至該裝置中；當光源LA是準分子雷射器時通常是後面的那種情況。本發明和權利要求包含這兩種方案。
光束PB隨後與保持在掩模臺MT上的掩模MA相交。經過掩模MA之後的光束PB通過鏡頭PL，該鏡頭將光束PB聚焦在基底W的靶區C上。在圖1中未明確描繪的定位裝置(和幹涉測量裝置IF)的輔助下，基底臺WT可以精確地移動，例如在光束PB的光路中定位不同的靶區C。類似的，可以使用附加的定位裝置(圖1中未明確描繪)將掩模MA相對光束PB的光路進行精確定位，例如在從掩模庫中機械取出掩模MA後或在掃描期間。一般地，在未在圖1中明確示出的長衝程模塊(粗略定位)和短衝程模塊(精確定位)的輔助下，可以實現目標臺MT、WT的移動。然而，在晶片分檔器(與分步掃描裝置相反)的情況中，掩模臺MT可僅與短衝程調節器連接，或者固定。可以利用掩模對準標記M1，M2和基底對準標記P1，P2使掩模MA和基底W對準。
所示的裝置可以用在二種不同的模式中1.在步進模式中，掩模臺MT基本保持不動，整個掩模圖像被一次投射(即單「閃」)到靶區C上。然後基底臺WT沿x和/y方向移動，以使不同的靶區C能夠被光束PB照射。
2.在掃描模式中，情況基本相同，除了所給的靶區C沒有在單「閃」中曝光。取而代之的是，掩模臺MT沿給定方向(所謂的「掃描方向，例如y方向」)以速度v移動，以使投射光束PB掃描整個掩模圖像；同時，基底臺WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同時移動，其中M是鏡頭PL的放大率(典型地，M＝1/4或1/5)。如此，可以曝光相對大的靶區C，而沒有犧牲解析度。
實施例1圖5中示意性地表示了根據本發明的方法。定義具有節距P的最密集特徵的所需圖案的數據用作輸入信息60，用於將圖案分離為第一和第二子圖案61，例如依據在使用計算機的數據載體上設定數據。可以利用市場上可買到的掩模圖案設計檢查規則工具將圖案分離為所述子圖案，藉此在子圖案中出現的最小節距大於P。其次，數據61被修改以至於提供相應的適配的子圖案數據62，藉此子圖案的特徵在尺寸上擴大。典型地，擴大相應於特徵邊緣的預選擴張距離，其基本上獨立於特徵的標稱尺寸。因此，擴大通常不表示為應用於特徵的單放大因數，除非所有的特徵形狀一致。通常擴張在方向上不均勻。取決於補充抗蝕劑處理66的詳細特性和適配的子圖案特徵的空間分布，必須給出引起在某些方向上不均勻收縮的鄰近效應的原因。利用使輻射束形成圖案的構圖部件如分劃板，使代表適配的子圖案的數據62產生相應的圖案。其後，執行第一和第二次曝光63。當然這隱含邊緣處理範圍可用於進行的這些曝光。抗蝕劑處理64後，在抗蝕劑中得到中間圖案65，所述中間圖案相應於結合的第一和第二適配的子圖案(考慮到例如投影系統的放大率)。考慮到修改子圖案時施加的擴大，這些特徵大於所需圖案的目標特徵。最後，通過應用補充抗蝕劑處理66例如熱回流處理來收縮這些特徵。該方法的優點在於以下所述的任意混合，即提高印刷超過印刷這種特徵67的邊緣處理範圍的CD大小特徵的處理範圍，和可以被處理的最小臨界尺寸CDS的減小68，和相應的可得到CDS大小的最小節距。
在本發明的第一實施例中，利用0.9NA光刻投影裝置，使投影光束形成圖案的6％att PSM，以及利用適合於使用投影光束輻射波長193nm的正調色抗蝕劑，印刷包括多個接觸孔的具有所需圖案的器件層。在該實施例中，器件圖案包括具有邊27的正方形接觸孔20的線性陣列10，如圖2所示。每個接觸孔的最小尺寸為邊27的長度；該長度為90nm，相應於臨界尺寸CD。在圖案10中，接觸孔被分離至少為CD的距離，如箭頭21所表示。在圖案10中存在的最小節距用P表示，並用圖2中的箭頭24表示。這裡，P＝2CD。圖案可以進一步包括接觸孔20，其從圖案10中存在的任一接觸孔中分離，並以大於P的節距相互分離。為了簡化，沒有示出這樣的接觸孔。
利用市場上可買到的設計檢查規則工具，圖案10分別被分離為第一和第二子圖案31和32。圖案31和32中相鄰接觸孔間的相互距離用箭頭22和23表示，該距離為3CD。圖案31和32的為節距P1和P2，分別用箭頭25和26表示。這裡P1＝P2＝2P＝4CD。因此子圖案的節距被放寬了因數2。
如果不使用根據本發明的擴大和收縮步驟，那麼所述設計檢查規則工具將提供除90nm尺寸外的15nm的偏置命令，產生120nm的接觸孔邊長。應用所述偏置以便在子圖案曝光期間抑制旁瓣印刷。為了達到邊長90nm的目標尺寸，曝光量被降低。偏置量取決於投影裝置的NA設定和σ-外設定。再次，如果不應用根據本發明的擴大和收縮步驟，那麼本實施例曝光的最佳設定為NA＝0.85，σ＝0.6。圖3的圖表40中的實線41示出了相應的處理範圍。對於給定的、從印刷CD的最大允許偏移(標稱CD的10％)，實線41表示曝光範圍百分率和納米焦深間的聯繫。X1和Y1分別表示140nm的焦深和8％的曝光範圍。
根據發明的本實施例，除10nm偏置外通過15nm的擴張距離擴大接觸孔的尺寸，產生相應於140nm掩模水平的M倍的正方形邊長27。因此，應用標準抗蝕劑處理步驟後，在晶片水平的擴大接觸孔的邊長目標為120nm。該尺寸的增加使印刷對於曝光量和焦距誤差的敏感變得更小。本實施例中的兩個適配的子圖案具體化為6％ att PSM圖案。對於每次曝光，最佳NA和σ-外設定現在發現為NA＝0.75和σ-外＝0.4。圖3的圖表40中的曲線42示出了得到的處理範圍，對於適配的子圖案的擴大接觸孔(相應於CD大小接觸孔20，以第一和第二子圖案31和32的節距4CD分離)。以8％的固定曝光範圍，焦深增加到440nm。圖3中的曲線43類似地示出了處理範圍，對於任何孤立的節距遠大於4CD的擴大接觸孔(相應於CD大小的接觸孔，未在圖2中示出)。
在進行第一和第二次曝光後，已曝光的輻射敏感層受到抗蝕劑處理，以提供相應的正方形抗蝕劑已處理接觸孔的陣列，現在該接觸孔具有超過120nm尺寸的邊長，並以節距180nm相隔。其次，利用已知抗蝕劑處理技術例如化學處理使接觸孔收縮到最終目標尺寸90nm。結果，得到節距180nm，90nm接觸孔的陣列，以在440nm焦深處的8％曝光範圍的處理範圍。從涉及印刷以360nm節距(子圖案的最小節距)定位的接觸孔陣列處理的圖表40中的曲線42和曲線43中，，理解到根據本發明目前的處理其特徵為對於圖2中未示出的接觸孔基本上具有相同的曝光範圍，並且其從圖案10中存在的任一接觸孔中分離且以大於360nm的節距相互分離。本發明能夠實現包括CD大小特徵的器件層的製造，所述特徵在最小節距和大於最小節距時具有90nm級的CD，藉此NA＝0.9光刻投影系統的NA和σ-外設定可以放寬到NA＝0.75和σ-外＝0.4，或可以使用成本較低的NA＝0.75的光刻投影系統。
根據本發明的一方面，利用適配的子圖案特徵之間的最小可用空間的增加在適配的子圖案中放置輔助特徵(即不印刷的特徵如散射條)，以提供光學接近修正，上述空間超過所需圖案中特徵之間的最小可用空間，然而，由於特徵間的空間缺乏，這樣的放置在所需圖案中是不可能的。
對於本實施例的如曲線41所表示的上述處理範圍，假定為邊緣處理範圍，即使焦深小於300nm(其例如在研究環境下可接受)。因此，在CD和小於CD的臨界尺寸CDS間沒有區別。當以這種方式考慮實施例時，其代表一個如圖5中的結果67所建議的根據本發明的方法被專門地用來提高處理範圍的例子，。然而，如果不認為曲線41表示邊緣處理範圍(在生產環境下將是這種情況)，那麼不應用補充抗蝕劑處理66，90nmCD大小接觸孔的處理被認為是不可能的，在上述描述中，對於目標特徵尺寸的90nm臨界尺寸應該稱為CDS，CD則是大於90nm的尺寸。然而，以下對於另一實施例更詳細的描述。
在圖4中，對於單曝光傳統成像(即不使用擴大和收縮處理)以節距360nm布置的90nm接觸孔的處理範圍(使用最佳曝光設定NA＝0.85和σ＝0.6)由曲線41給出，並與處理範圍曲線51，52，和53相比，其表示對於同時處理以節距180nm(曲線53)，360nm(曲線52)和800nm(曲線51)布置的90nm接觸孔最佳的單曝光傳統處理的處理範圍，這種曝光的最佳設定為NA＝0.90和σ＝0.75。從而在圖4中，子圖案如圖2中的圖案31的成像與完整的所需圖案，如圖2中示意性示出的圖案10的成像相比，圖4示出了僅根據本發明對所需圖案進行的分離，而沒有提供適配的的子圖案和其後收縮的應用(從而，僅提供特徵密集度小於所需圖案的子圖案)，僅產生處理範圍的極小改善由曲線41和圖4的坐標軸包圍的區域僅極小地大於每個由曲線51，52，和53與圖4的坐標軸包圍的區域。如果由8％的曝光範圍線和相應的焦深線包圍的區域(如圖4中在x1和y1處的線)視為曝光範圍的測量標準，可以持有同樣的結論。
實施例2圖6和7中說明了根據本發明的一實施例，藉此充分地利用所述方法以得到臨界尺寸的減小(如圖5的單元68所表示)，其可以結合對於這種臨界尺寸大小特徵排列的最小節距的減小(即以該最小節距排列的接觸孔可以在抗蝕劑層中形成圖案)來處理。圖6示出了包括布置在蜂窩狀圖案中的密集接觸孔74的所需器件圖案，其中蜂窩狀圖案為一組兩個單位單元70。器件圖案可以進一步包括孤立接觸孔，未在圖6中示出。所需接觸孔74以節距P出現，P由圖6中的箭頭75表示，並且為單接觸孔74的直徑的兩倍。
利用本實施例，在設有相移掩模的光刻裝置上使用所述方法，然而，由於缺乏足夠的處理範圍，甚至在最佳條件下該設備的特性仍使得所需圖案70不能在單曝光中被處理。在邊緣處理範圍處的單曝光操作允許處理最小節距2CD，具有CD大小的接觸孔；當前所需圖案的接觸孔直徑用CDS表示，藉此CDS小於CD，P小於2CD。注意收縮特徵的補充抗蝕劑處理的應用不會引起最小節距(小於2CD的節距)的減小。接觸孔的尺寸將變小(降到CDS大小)，但是在2CD時最小節距將保持不變。在本文中定義佔空度DC的概念為DC三(接觸孔的尺寸)/(接觸孔圖案的節距)，收縮特徵的補充抗蝕劑處理的效果為處理後圖案中的最小佔空度下降到0.5以下，然而所需圖案70以最小佔空度0.5為特徵(即等於CDS/(2CD))。
對於本實施例，光刻裝置為在193nm處工作的0.9NA裝置。用這樣的機器，邊緣處理範圍可用於印刷包括240nm最小節距、120nm密集接觸孔的所需圖案。接觸孔74的尺寸為90nm，最小節距P75為180nm。如圖6中所示，所需圖案70被分為兩個子圖案71和72。相應的接觸孔用虛線73表示。原蜂窩狀結構以90°角77為特徵，因此每個子圖案中的最小節距為1.4倍P；節距76等於1.4×180＝252nm。通過將CDS大小接觸孔74擴大到擴大的接觸孔78來相繼修改兩個子圖案，以便中間圖案(見圖5中的結果65)以120nm直徑的接觸孔為特徵。通過將每個子圖案的每個特徵擴大預選擴張距離而得到所述結果，如圖7中所示。圖7示出了擴大接觸孔78，由擴張孔81均勻地應用到相應的CDS大小接觸孔74而產生。對於本實施例，擴張孔81應當為15nm。這是為了印刷120nm直徑的接觸孔，以基底水平需要的擴張比例。給定子圖案71和72的外層，得到的兩個接觸孔間的最小距離80為132nm，由於240nm最小節距的120nm接觸孔是了邊緣地印刷的，因此當前適配的的子圖案可以用(輕微地大於)邊緣處理範圍印刷。考慮到例如在子圖案中存在的節距不同於2CD的接觸孔，如圖7中左上部和左下部的接觸孔，以及其他更多的未在圖案70或圖案71和72中示出的孤立接觸孔，以分劃板或任何其他構圖部件的水平，必須考慮任何需要的偏置和/或光學接近修正，。以分劃板水平，通過掩模解析度(即可在掩模中形成圖案的最小特徵尺寸)限制最大允許的擴張。典型地，掩模解析度為80nm級，其在本實施例中將不影響所述限制。利用放大係數為0.25的投影系統，以掩模水平的節距76為1008nm，接觸孔的標稱尺寸以掩模水平為360nm，因此原則上以掩模水平均勻的擴張324nm-80nm＝244nm是可能的。考慮到任何偏置和/或光學接近修正，所屬領域的技術人員應當能夠調節標稱接觸孔尺寸的20％級的額外擴張。在當前情況中，這樣的額外擴張以掩模水平為72nm，因此充分地低於極限244nm。因此，利用適配的子圖案曝光，同時以與第一次曝光的並列記錄布置第二次曝光，然後抗蝕劑處理已雙曝光的抗蝕劑層，得到如圖8所示的、包括抗蝕劑已處理密集接觸孔91的中間圖案90。中間圖案中的最小節距為180nm的節距75。補充抗蝕劑處理步驟的應用(圖5中的步驟66)接下來用於收縮抗蝕劑已處理特徵90，使其下降到目標特徵74的尺寸，所述目標特徵即所需圖案70的CDS大小接觸孔。結果，利用適合印刷最佳節距240nm、120nm接觸孔蜂窩狀圖案的裝置，得到節距為180nm，90nm接觸孔蜂窩狀圖案。以類似的方式，可以應用所述方法，利用在157nm波長工作的光刻裝置和適當的掩模，其特徵為對於印刷節距200nm、100nm接觸孔圖案有充足的處理範圍，得到節距為140nm，70nm接觸孔蜂窩狀圖案。
實施例3根據本發明的一實施例與實施例1或2相同，其使用在子圖案特徵間具有衰減相移吸收器的衰減PSM來提高處理窗(window)。
通常，衰減PSM特徵為衰減吸收器區域的附加鉻屏蔽，提高空間象的對比度。利用本方法，不需要每個子圖案的衰減吸收器區域附加鉻屏蔽。已經證實在根據本發明的雙曝光處理中，任何通過在兩個透明接觸孔或子圖案中存在的短溝道之間的衰減吸收器的背景輻射，基本上不降低空間象的對比度。
實施例4根據本發明的一實施例，器件圖案的多個目標特徵為圖9中所示的多個短溝道。短溝道為以等於1∶4的縱橫比拉長的接觸孔。短溝道的最小尺寸通常等於臨界尺寸CD，因此這些特徵的處理關於處理範圍是敏感的。根據本發明和在圖5中示意性說明的方法以相似於實施例1-3的任一方式應用到短溝道的所需圖案。圖9中所需圖案100的短溝道的端點可能與蜂窩狀柵格101相配，如圖9所示。在單曝光中這種圖案的投影包含成像處理，其對於使用的光刻裝置的投影系統的多餘光學象差敏感。這種多餘象差的例子為慧差和三波形像差，它的存在由於下列因素引起，即由於投影系統光學設計的固有限制，或由於殘留製造誤差，或由於關於投影系統的殘留環境影響。通過將所需圖案分離為子圖案102，使子圖案中短溝道的端點與矩形柵格103相配，則減小對於多餘象差的敏感性，其進一步提高子圖案成像的處理範圍。
雖然以上描述了本發明的具體實施例，但將理解本發明可以以不同於上述的方式實施。這些描述並不打算限制本發明。
權利要求
1.一種光刻處理方法，該方法利用多次曝光將所需圖案提供到輻射敏感材料層的靶區，所述圖案包括多個特徵其中最密集特徵以節距P布置，該方法包括-將所述多個特徵分離為第一和第二子集的特徵，其構成第一和第二子圖案，每個子圖案具有節距大於P的最密集特徵；特徵在於該方法包括-通過擴大所述第一和第二子圖案的每個特徵，提供第一和第二適配的子圖案；-使用按照第一適配的子圖案形成圖案的輻射束進行所述靶區的第一次曝光，-使用按照第二適配的子圖案形成圖案的輻射束進行所述靶區的第二次曝光，所述第二次曝光與所述第一次曝光並列記錄布置，-抗蝕劑處理已曝光輻射敏感層，以提供中間圖案，其包括按照適配的第一和第二子圖案結合的特徵，和-應用補充抗蝕劑處理來收縮中間圖案的特徵，以使縮小的特徵尺寸與所述所需圖案的相應的特徵尺寸相配。
2.根據權利要求1的光刻處理方法，其中按照超過預選擴張距離的擴大布置所述第一和第二子圖案的每個特徵的擴大。
3.根據權利要求2的光刻處理方法，其中所述預選擴張距離為所布置的方向上不均勻的擴張，以補償中間圖案特徵的所述收縮在方向上的不均勻。
4.根據權利要求1，2或3的光刻處理方法，其中所述最密集特徵的所述節距P基本上等於臨界尺寸CD的兩倍。
5.根據權利要求4的光刻處理方法，其中所述臨界尺寸CD與邊緣處理範圍相關聯。
6.根據權利要求5的光刻處理方法，其中所述邊緣處理範圍由8％的曝光範圍和300nm的焦深定義。
7.根據權利要求5的光刻處理方法，其中所述邊緣處理範圍由8％的曝光範圍和110nm的焦深定義。
8.根據權利要求1，2或3的光刻處理方法，其中所述最密集特徵的所述節距P小於臨界尺寸CD的兩倍，所述臨界尺寸CD與對於不包括收縮特徵的補充抗蝕劑處理的光刻處理方法的邊緣處理範圍相關聯。
9.一種光刻處理方法，該方法利用多次曝光提供所需圖案到輻射敏感材料層的靶區，所述圖案包括多個具有臨界尺寸CDS的特徵，所述CDS小於臨界尺寸CD，其與對於不包括收縮特徵的補充抗蝕劑處理的光刻處理方法的邊緣處理範圍相關聯，其中最密集特徵以小於2CD的節距布置，該方法包括-將所述多個特徵分離為第一和第二子集特徵，其構成第一和第二子圖案，每個子圖案具有節距大於2CD的最密集特徵；特徵在於該方法包括-擴大所述第一和第二子圖案的每個特徵，以便將尺寸CDS擴大到尺寸CD，以提供第一和第二適配的子圖案，其用所述臨界處理範圍可印刷；-使用按照第一適配的子圖案形成圖案的輻射束進行所述靶區的第一次曝光，-使用按照第二適配的子圖案形成圖案的輻射束進行所述靶區的第二次曝光，所述第二次曝光與所述第一次曝光並列記錄布置，-抗蝕劑處理已曝光輻射敏感層以提供中間圖案，其包括按照適配的第一和第二子圖案結合的特徵，和-應用補充抗蝕劑處理來收縮中間圖案的特徵，以使縮小的特徵尺寸與所述所需圖案的相應特徵尺寸相配。
10.根據權利要求1，2，3或9的光刻處理方法，其中所述多個目標特徵的分離包括利用電腦程式，其規則基於圖案設計處理和圖案分離，以提供代表所述第一和第二子圖案的數據。
11.根據權利要求1，2，3或9的光刻處理方法，其中所述多個特徵是多個接觸孔。
12.根據權利要求1，2，3或9的光刻處理方法，其中所述多個特徵是多個短溝道。
13.根據權利要求12的光刻處理方法，其中所述多個短溝道的端點與第一柵格相配，以及其中第一和第二子圖案中相應的子集短溝道的端點與第二柵格相配，藉此與第一柵格上特徵的成像相比，第二柵格上特徵的成像對於多餘光學象差的敏感性較小。
14.根據權利要求12的光刻處理方法，其中第一柵格是蜂窩狀柵格，以及其中第一和第二子圖案中短溝道的端點與矩形柵格相配，
15.根據權利要求1，2，3或9的光刻處理方法，其中在第一次曝光中利用與形成圖案一致的衰減相移掩模得到按照第一適配的的子圖案形成圖案的所述輻射束。
16.根據權利要求1，2，3或9的光刻處理方法，其中在第二次曝光中利用與形成圖案一致的衰減相移掩模得到按照第二適配的的子圖案形成圖案的所述輻射束。
17.根據權利要求15的光刻處理方法，其中在第二次曝光中利用與形成圖案一致的衰減相移掩模得到按照第二適配的的子圖案形成圖案的所述輻射束。
18.根據權利要求1，2，3或9的光刻處理方法，其中用於收縮中間圖案特徵的所述補充抗蝕劑處理為化學處理或熱處理。
19.根據權利要求18的光刻處理方法，其中所述熱處理包括抗蝕劑熱回流處理的應用。
20.根據權利要求18的光刻處理方法，其中所述化學處理步驟包括外敷層處理和烘烤處理的應用。
21.根據權利要求1，2，3或9的光刻處理方法，其中所述第一適配的子圖案或所述第二適配的子圖案包括用於提供光學接近修正的輔助特徵。
22.一種器件，根據權利要求1，2，3或9的方法製造。
全文摘要
用於給器件層提供圖案的光刻雙曝光處理方法，包括以下步驟在第一和第二次曝光步驟前，將第一掩模圖案(31)和第二掩模圖案(32)擴大預選擴張距離，抗蝕劑處理基底的已曝光輻射敏感層以提供相應於所述圖案的抗蝕劑已處理特徵，藉此每個抗蝕劑已處理特徵相應其標稱尺寸擴大，和通過對所述抗蝕劑已處理特徵應用補充抗蝕劑處理，以超過預選收縮的距離收縮所述抗蝕劑已處理特徵。
文檔編號H01L21/027GK1540445SQ20041004515
公開日2004年10月27日 申請日期2004年4月23日 優先權日2003年4月24日
發明者C·A·科勒, J·B·P·范肖特, C A 科勒, P 範肖特 申請人:Asml荷蘭有限公司