專利名稱：雙重曝光光刻工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙重曝光光刻(photol池ographic )工藝。該工藝在極高 分辨率的工作表面的處理中尤其有用。在本申請(qǐng)中將結(jié)合用于處理形成 于集成電路中半導(dǎo)體襯底表面上的金屬化層和通孔來(lái)說(shuō)明該工藝；但是 該工藝可以用于處理襯底或者襯底上的例如多晶硅的其它層。
背景技術(shù)：
大多集成電路(IC)包含標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)。這些IC指專用集成電路 (ASIC )。這些ASIC包括標(biāo)準(zhǔn)元件ASIC、可編程邏輯設(shè)備(PLD )和 現(xiàn)場(chǎng)可編程器件(FPGA),所述標(biāo)準(zhǔn)元件ASIC包括選自預(yù)設(shè)計(jì)的標(biāo) 準(zhǔn)電路庫(kù)并在特殊布置中連接在一起而形成整個(gè)ASIC的各種電路(或 元件)，所述可編程邏輯設(shè)備(PLD)包括通過(guò)被選擇性地互連以獲得 專門(mén)邏輯功能的邏輯元件列陣，所述現(xiàn)場(chǎng)可編程器件(FPGA)是能夠 -故可編程開(kāi)關(guān)互連的標(biāo)準(zhǔn)電^各。在ASIC的金屬化層和通孔中形成標(biāo) 準(zhǔn)元件ASIC中的元件之間的連4^，并且這些連接-故確定于用于形成 所述層的掩膜中。因此，需要定制每個(gè)掩膜層，這樣會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)的設(shè)計(jì) 周期并產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的非重復(fù)性工程(NRE)成本。在設(shè)計(jì)譜的另一端， 互連FGPA的可編程開(kāi)關(guān)由存儲(chǔ)在的可設(shè)置存儲(chǔ)器中的位(bit)控制 或設(shè)置，該可設(shè)置存儲(chǔ)器通常是FPGA—部分。從而不需要定制用于 形成FPGA的掩膜層，進(jìn)而使開(kāi)發(fā)更快且不產(chǎn)生NRE成本。但是，通 常FPGA的單位價(jià)格和能耗比實(shí)現(xiàn)相同功能的標(biāo)準(zhǔn)元件ASIC都要高。 可以在以下文獻(xiàn)中找到更多的相關(guān)信息M丄S. Smith ， Application Specific Integrated Circuits (應(yīng)用專用集成電^各)，(Addison- Wesley 1997)。
更新一步的發(fā)展是還被稱為結(jié)構(gòu)化ASIC或結(jié)構(gòu)化列陣或平臺(tái) ASIC的另一種ASIC。結(jié)構(gòu)化ASIC提供更快的開(kāi)發(fā)時(shí)間和比標(biāo)準(zhǔn)元件ASIC更低的NRE成本，以及比高端FPGA低得多的單位成本和功 率及通常更高的性能。結(jié)構(gòu)化ASIC將諸如存儲(chǔ)器、鎖相環(huán)(PLL)、 時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)和電源總線嵌入預(yù)制的、預(yù)驗(yàn)證的金屬化基層中。因此，限 定這些層的掩膜是用于多種結(jié)構(gòu)化ASIC的標(biāo)準(zhǔn)(即非定制)掩膜， 并且與設(shè)計(jì)這些掩膜相關(guān)的NRE成本能夠在大量設(shè)備上分?jǐn)?。通過(guò)僅 采用 一 些限定臨界(critical)金屬層的較高分辨率掩膜來(lái)定制結(jié)構(gòu)化 ASIC。通常這些高分辨率掩膜用于限定最小的部件，這些最小的部件 能被限定為在其中使用它們的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。
一種類型的結(jié)構(gòu)化ASIC是專利受讓人，阿爾特拉公司(Altera Corporation )提供的HardCopy⑧結(jié)構(gòu)化ASIC。 HardCopy⑧結(jié)構(gòu)化ASIC 將來(lái)自阿爾特拉公司的Stratix FPGA系列的硬件功能(以及等效I/O ) 嵌入ASIC的基層中。
如阿爾特拉公司的Hardcopy ASIC的結(jié)構(gòu)化ASIC已經(jīng)被成功 地用于加速開(kāi)發(fā)和降低NRE成本。 一種特別有利的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)驗(yàn)證
構(gòu)化ASIC中的設(shè)計(jì)。RoChawla的幾篇論文闡述了這種設(shè)計(jì)方法，這 幾篇論文可以從阿爾特拉公司的網(wǎng)站得到。
盡管這種設(shè)計(jì)方法已經(jīng)成功地用于采用90納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)， 但是隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)向更先進(jìn)的例如65納米的技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)步，掩膜成本 會(huì)顯著的增加。特別地，用于65納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)的定制金屬層的掩膜成 本超過(guò)用于90納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)的定制金屬層的掩膜成本的兩倍。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于降低制造結(jié)構(gòu)化ASIC等中的掩膜成本的工藝和設(shè) 備。采用一對(duì)掩膜以及一些額外的工藝步驟來(lái)代替單獨(dú)的高分辨率掩 膜和常規(guī)的工藝。
在本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方式中，在如金屬化層或電介質(zhì)層的工作 表面上形成第一光刻膠層。接著以具有由第一掩膜限定的特征的圖案 將光刻膠層曝光于光化輻射。優(yōu)選地，該掩膜是具有極高分辨率的掩 膜，并且由掩膜限定的特征是在光刻膠層中、在其中形成結(jié)構(gòu)的整個(gè)區(qū)域上擴(kuò)展的規(guī)則列陣。
在曝光步驟后，選擇性地去除部分的光刻膠層從而暴露出下層的 工作表面的一部分。
然后在第一光刻膠層以及在工作表面上暴露出的圖案上形成第二 光刻膠層。接著以具有由第二光刻掩膜限定的特征的圖案將第二光刻 膠層曝光于光化輻射。優(yōu)選地，第二掩膜具有低于第一掩膜的分辨率， 且因此比第一掩膜經(jīng)濟(jì)的多。另外，也可以低于高分辨率曝光中的頻 率并可能采用較為經(jīng)濟(jì)的曝光設(shè)備進(jìn)行較低分辨率曝光。由第二掩膜 限定的特征與由第 一掩膜限定的特征對(duì)準(zhǔn)。
在曝光步驟后，選擇性地去除部分的第二光刻膠層從而暴露出下 層的工作表面的一部分。從第二光刻膠層去除的光刻膠部分與第一光 刻膠層中在之前的去除步驟中被去除部分光刻膠的區(qū)域?qū)?zhǔn)，這樣去 除部分的第二光刻膠層使得在工作表面上暴露出第三圖案，該第三圖 案是之前在工作表面上暴露出的第一圖案的子集。
另外，用于去除部分的第二光刻膠層的工藝去除第二光刻膠層中 的那些部分，同時(shí)將第一光刻膠層留在原處。因此，即使第三圖案由 較低分辨率的第二掩膜部分地限定，在工作表面上暴露出的第三圖案 的特征也具有第 一 圖案的特征的高分辨率。接著可以采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻 工藝技術(shù)對(duì)在工作表面上暴露出的部分進(jìn)行處理。
根據(jù)本發(fā)明，第一掩膜是用于形成結(jié)構(gòu)化ASIC的標(biāo)準(zhǔn)掩膜中的 一個(gè)，而第二掩膜是定制掩膜中的一個(gè)。因此，雖然第一掩膜是高分 辨率掩膜，但是其N(xiāo)RE成本能夠在大量的設(shè)備上分?jǐn)?，從而了降低?單位設(shè)備產(chǎn)生的掩膜成本。并且盡管第二掩膜是設(shè)計(jì)僅用于專用設(shè)備 的定制掩膜，但是其不需要具有和第一掩膜一樣高的分辨率，并在某 些情況下能夠非常的經(jīng)濟(jì)。
在申請(qǐng)人發(fā)明的具體應(yīng)用中，第一掩膜能夠用于暴露出工作表面 上由金屬化層或通孔列陣產(chǎn)生的連接的所有位置，并且第二掩膜用于 暴露出在專用設(shè)備中需要的那些位置。
在本發(fā)明的可選擇實(shí)施方式中，可以使用 一個(gè)或更多硬掩膜來(lái)代 替一個(gè)或更多的光刻膠層。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，正性和負(fù)性的光刻膠均可以使用。 在開(kāi)發(fā)者的方案中正性光刻膠的可溶性因向光化輻射曝光而變好，而 負(fù)性光刻膠的可溶性因向光化輻射曝光而變差。無(wú)論使用哪種類型的 光刻膠，在光刻膠中形成曝光的圖案，并且采用已知的工藝去除光刻 膠層的可溶性變好的部分。使用負(fù)性光刻膠的額外優(yōu)點(diǎn)是在相同的光 刻膠層中可以連續(xù)地執(zhí)行兩個(gè)曝光步驟，從而無(wú)需使用第二光刻膠層。 在這種情況下，采用不同的輻射頻率有利地進(jìn)行兩次曝光，同時(shí)以更 高的頻率進(jìn)行高分辨率曝光。
通過(guò)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明并結(jié)合以下附圖，能夠容易地更清楚理解
本方面的上述及其它目的和優(yōu)點(diǎn)
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中處理金屬化層的一系列步驟；
圖2A和2B示出了本發(fā)明的說(shuō)明性示例的一 系列步驟；
圖3A和3B示出了用于實(shí)施本發(fā)明的第一和第二掩膜；
圖4A和4B示出了本發(fā)明的第二說(shuō)明性示例的一系列步驟；以及
圖5A和5B示出了本發(fā)明的第三iJL明性示例的一系列步驟。
具體實(shí)施例方式
如在本領(lǐng)域中已知的那樣，在半導(dǎo)體襯底的表面上層疊地形成若 干金屬化層。釆用標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝在金屬化層中形成圖案以便限定互 連形成于下層襯底中的電路的導(dǎo)電線路。圖l示出了形成和處理一層 鋁金屬化層的一般工藝步驟?？梢栽谌缫韵挛墨I(xiàn)的大量有關(guān)半導(dǎo)體處 理的文獻(xiàn)中找到更多相關(guān)細(xì)節(jié)
S. A. Campell (坎普)，The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication (微電子制造科學(xué)與工程)，Ch. 7 (Oxford, 2d ed. 2001); J.D. Pl畫(huà)mer et al, Silicon VLSI Technology (硅VLSI技術(shù))，Ch. 5 (Prentice Hall, 2000)。
如圖l所示，在步驟10中，在下層表面上形成金屬層。接著在步 驟20中，在金屬層上形成均勻的光刻膠層。在步驟30中，以由掩膜限定的圖案將光刻膠曝光于光化輻射。在曝光步驟后，在步驟40中， 選擇性地去除部分的光刻膠從而暴露出下層金屬層的一部分。如在現(xiàn) 有技術(shù)中已知的那樣，可以使用各種類型的光刻膠，并且在開(kāi)發(fā)者的 方案中負(fù)性光刻膠的可溶性由于被曝光于光化輻射而變差，而正性光 刻膠的可溶性則變得更好。無(wú)論使用哪種類型的光刻膠，在光刻膠中
形成曝光的圖案；采用已知的工藝去除光刻膠的更可溶部分可溶性變
好的部分。從而，從光刻膠層上去除具有圖案的正性或者負(fù)性光刻膠，
以便暴露出下層的金屬層。接著在步驟50中將金屬層中露出的部分去 除，因而將圖案從光刻膠傳遞至金屬層。在步驟60中去除光刻膠從而 留下在金屬層中限定的圖案；并在步驟70中在具有圖案的金屬層上形 成絕緣層。在步驟80中，在絕緣層的選擇位置形成通孔以便向具有圖 案的金屬層提供電氣連接。在這里能夠利用前述步驟在絕緣層的頂部 形成另一層金屬層。
在形成結(jié)構(gòu)化ASIC過(guò)程中，使用標(biāo)準(zhǔn)(即非定制)掩膜重復(fù)該 工藝若干次以便限定提供諸如存儲(chǔ)器、PLL、時(shí)鐘和電源總線的邏輯 和硬件功能的金屬化層。通過(guò)采用高分辨率的定制掩膜來(lái)限定臨界金 屬層，從而完成結(jié)構(gòu)化ASIC。
如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，高級(jí)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)采用由鑲嵌工藝形 成的銅金屬化層而不是鋁金屬化層。在形成銅金屬化層過(guò)程中采用的 光刻工藝類似于在形成鋁金屬化層中使用的工藝；但是在鑲嵌工藝中 工作表面是電介質(zhì)層，并且掩膜圖案作為溝槽(trench)和通孔被傳遞 至該電介質(zhì)層中，之后通過(guò)電鍍將銅填充在所述溝槽(trench)和通孔 中。
本發(fā)明改變了在形成一層或更多層金屬化層時(shí)工藝步驟的常規(guī)順 序。圖2A是示出了說(shuō)明性示例的步驟的流程圖。圖2B是在圖2A的 步驟旁的一系列簡(jiǎn)圖，其示出了該步驟中涉及的工藝。在步驟120中， 在如金屬化層或電介質(zhì)層的工作表面200上形成第一光刻膠層210。 接著在步驟130中，以具有由如圖3A中的掩膜300的第一掩膜限定 的特征的圖案將光刻膠層曝光于光化輻射。如圖3A所示，該掩膜是 具有極高分辨率的掩膜，并且由掩膜限定的特征是在光刻膠層中、在其中形成結(jié)構(gòu)的整個(gè)區(qū)域上擴(kuò)展的規(guī)則列陣。從而掩膜300是標(biāo)準(zhǔn)或
者非定制掩膜。在圖2B中，在光刻膠層上形成的輻射圖案的元素表 示為短線220。但是要注意，輻射優(yōu)選地位于高頻區(qū)域，并對(duì)于棵眼 是不可見(jiàn)的；并且形成短線220圖案的掩膜對(duì)于這種輻射在該短線區(qū) 域中是透明的，且在其它區(qū)域是不透明的。
在曝光步驟后，在步驟140中選擇性地去除部分的光刻膠層從而 暴露出下層的工作表面200的部分202。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣， 盡管圖2B示出了正性光刻膠和正性掩膜的使用，但是正性和負(fù)性光 刻膠均可使用。無(wú)論使用哪種類型的光刻膠，在光刻膠中形成曝光圖 案，并且采用已知工藝去除光刻膠層的可溶性變好的部分。因此，從 光刻膠層去除具有該圖案的正性或者負(fù)性光刻膠從而在下層的工作表 面上暴露出第一高分辨率圖案。接著光刻膠層210的保留部分被烘硬 從而不會(huì)受到后續(xù)工藝步驟的影響。
在步驟150中，在第一光刻膠層210以及在工作表面上暴露出的 圖案202上形成第二光刻膠層230。接著在步驟160中，以具有由如 圖3B中的掩膜310的第二掩膜限定的特征的圖案將第二光刻膠層曝 光于光化輻射。優(yōu)選地，第二掩膜具有低于第一掩膜的分辨率，且因 此即使掩膜310是定制掩膜，第二掩膜也比第一掩膜經(jīng)濟(jì)的多。有利 地，也采用較為經(jīng)濟(jì)的曝光設(shè)備以低于步驟130的高輻射曝光的頻率 進(jìn)行步驟160的較低分辨率曝光。由第二掩膜限定的特征與由第一掩 膜限定的特征對(duì)準(zhǔn)。在圖2B中，在光刻膠層上形成的輻射圖案的元 素由短線240表示。同樣地，輻射通常是不可見(jiàn)的；并且掩膜對(duì)于這 種輻射在該短線240的區(qū)域中是透明的，且在其它區(qū)域是不透明的。
在曝光步驟后，在步驟170中選擇性地去除部分的第二光刻膠層 從而暴露出下層的工作表面的一部分204。同樣地，盡管圖2B示出了 正性光刻膠和正性掩膜的使用，但是正性和負(fù)性光刻膠均能使用。如 圖2B的底部的簡(jiǎn)圖所示，從第二光刻膠層去除的光刻膠的部分與第 一光刻膠層中在步驟140中被去除光刻膠的部分對(duì)準(zhǔn)，這樣第二光刻 膠層中去除的部分使得在工作表面上暴露出第三圖案204，第三圖案 204是之前在工作表面上暴露出的第一圖案202的子集。以邏輯的術(shù)語(yǔ)講，第三圖案是第一和第二輻射圖案的邏輯與(AND)。
另外，優(yōu)選地，用'于去除部分的第二光刻膠層的工藝去除第二光 刻膠層的那些部分，同時(shí)將第一光刻膠層留在原處。因此，即使第三 圖案由較低分辨率第二掩膜部分地限定，在工作表面上暴露出的第三 圖案的特征也具有第 一 圖案的特征的高分辨率。接著可以采用標(biāo)準(zhǔn)的 光刻工藝技術(shù)對(duì)工作表面中曝光的部分進(jìn)行處理。例如，如果工作表
面是金屬化層，可以去除部分的金屬化層來(lái)限定連接圖案；或者如果 工作表面是電介質(zhì)，那么可以在電鍍銅之前將去除的部分中電介質(zhì)部 分去除。
圖3A和3B示出了掩膜300和310以及二者與形成于工作表面 200上的圖案之間的關(guān)系。請(qǐng)注意出于簡(jiǎn)化的目的并未顯示由掩膜在 管芯(die)外圍區(qū)域中限定的特征。掩膜300示例性地是高級(jí)光學(xué)鄰 近校正(OPC )掩膜和/或相移-掩膜(PSM ),其通過(guò)透明孔隙列陣302 將規(guī)則的圓形區(qū)域列陣暴露在光刻膠層210上。掩膜300的所有其它 區(qū)域在曝光步驟中使用的輻射頻率下是不透明的。接著將這些圓形區(qū) 域中的光刻膠層210去除，以便將圓形區(qū)域202暴露在工作表面200 上。掩膜310示例性地是具有不透明區(qū)域312和透明區(qū)域314的低等 級(jí)二元掩膜，且在透明區(qū)域314映像的光刻膠層230區(qū)域上暴露出來(lái)。 暴露在光刻膠層230上的區(qū)域與圖3B所示的之前暴露出的圓形區(qū)域 304中的一些對(duì)準(zhǔn)。因此，當(dāng)在步驟170中去除光刻膠層230上的曝 光的區(qū)域時(shí)，只有之前在工作表面上暴露出的圓形區(qū)域204中的一些 被再次暴露出來(lái)。接著這些區(qū)域可以進(jìn)行例如形成通孔的進(jìn)一步處理。
例如，圖3A和3B能被用于形成阿爾特拉公司的Hardcopy 結(jié)構(gòu) 化ASIC中的互連和通孔。在該應(yīng)用中，示例性地是高等級(jí)光學(xué)鄰近 校正(OPC)掩膜和/或相移掩膜(PSM)的掩膜300用于形成工作表 面上的圖案，其能用于形成可以在結(jié)構(gòu)化ASIC中的工作表面層中形 成的每一個(gè)互連。接著，示例性地是低等級(jí)二元掩膜的掩膜310用于 形成工作表面上的圖案，其僅形成期望的專用結(jié)構(gòu)化ASIC中該工作 表面層中需要的那些互連。
在實(shí)施本發(fā)明的可選擇工藝中，可以采用硬掩膜來(lái)代替光刻膠層。硬掩膜可以是如氮化硅或碳化硅的材料層。圖4A是示出一個(gè)該選擇 性示例的步驟的流程圖。圖4B是在圖4A的步驟旁的一系列簡(jiǎn)圖，其 示出了所述步驟中涉及的工藝。在步驟510中在如金屬化層或電介質(zhì) 層的工作表面400上形成硬掩膜層410。在步驟520中在硬掩膜層410 上形成第一光刻月交層420。接著在步驟530中，以具有由如圖3A中的 掩膜300的第一掩膜限定的特征的圖案將光刻膠層曝光于光化輻射。 如圖3A所示，該掩膜是具有極高分辨率的掩膜，并且由掩膜限定的 特征是在光刻膠層的、在其中形成結(jié)構(gòu)的整個(gè)區(qū)域上擴(kuò)展的規(guī)則列陣。 因此，掩膜300是標(biāo)準(zhǔn)或者非定制掩膜。在圖4B中，在光刻膠層上 形成的輻射圖案的元素表示為短線430。但是要注意，輻射優(yōu)選地位 于高頻區(qū)域，并對(duì)于棵眼不可見(jiàn)；并且形成短線430圖案的掩膜對(duì)于 這種輻射在該短線區(qū)域中是透明的，且在其它區(qū)域是不透明的。
在曝光步驟后，在步驟540中選擇性地去除部分的光刻膠層從而 暴露出下層的硬掩膜層410的部分412。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣， 盡管圖4B示出了正性光刻膠和正性掩膜的使用，但是正性和負(fù)性光 刻膠均可使用。無(wú)論使用哪種類型的光刻膠，在光刻膠中形成曝光圖 案并且采用已知工藝去除光刻膠層的更可溶的部分。因此，從光刻膠 層去除具有該圖案的正性或者負(fù)性光刻膠從而在下層的工作表面上暴 露出第一高分辨率圖案。在步驟550中，去除硬掩膜層中曝光的部分 從而暴露出下層的工作表面400的部分402。示意地，采用蝕刻工藝 完成該去除。
在步驟560中，在工作表面上暴露出的部分以及硬掩膜層410的 保留部分上形成第二光刻膠層450。接著在步驟570中，以具有由如 圖3B中的掩膜310的第二掩膜限定的特征的圖案將第二光刻膠層曝 光于光化輻射。優(yōu)選地，第二掩膜具有低于第一掩膜的分辨率，且因 此即使掩膜310是定制掩膜，第二掩膜也比第一掩膜經(jīng)濟(jì)的多。有利 地，也采用較為經(jīng)濟(jì)的曝光設(shè)備以低于步驟130的高分辨率曝光的頻 率進(jìn)行步驟570的較低分辨率曝光。由第二掩膜限定的特征與由第一 掩膜限定的特征對(duì)準(zhǔn)。在圖4B中，在光刻膠層上形成的輻射圖案的 元素由短線460表示。同樣地，輻射通常是不可見(jiàn)的；并且掩膜對(duì)于這種輻射在該短線460的區(qū)域中是透明的，且在其它區(qū)域是不透明的。 在曝光步驟后，在步驟580中，選擇性地去除部分的第二光刻膠 層從而暴露出下層的工作表面的部分404。同樣地，盡管圖4B示出了 正性光刻膠和正性掩膜的使用，但是正性和負(fù)性光刻膠均能使用。如 圖4B所示，從第二層去除的光刻膠部分與第一光刻膠層中在步驟550 中被去除光刻膠的部分對(duì)準(zhǔn)，這樣暴露出的部分404在工作表面上形 成第三圖案404,第三圖案404是之前在工作表面上暴露出的第一圖 案402的子集。
因此，即使第三圖案由較低分辨率第二掩膜部分地限定，在工作 表面上暴露出的第三圖案的特征也具有第一圖案的特征的高分辨率。 接著可以采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝技術(shù)對(duì)在工作表面上暴露出的部分進(jìn)行 處理。
可選地，可以使用雙重硬掩膜。圖5A是示出了該可選擇示例的 步驟的流程圖。圖5B是在圖5A的步驟旁的一系列簡(jiǎn)圖，其示出了所 述步驟中涉及的工藝。在步驟710中在如金屬化層或電介質(zhì)層的工作 表面600上形成第一硬掩膜層610。在步驟720中，在硬掩膜層610 上形成第一光刻膠層620。接著在步驟730中，以具有由如圖3A中的 掩膜300的第一掩膜限定的特征的圖案將光刻膠層曝光于光化輻射。 如圖3A所示，該掩膜是具有極高分辨率的掩膜，并且由掩膜限定的 特征是在光刻膠層的、在其中形成結(jié)構(gòu)的整個(gè)區(qū)域上擴(kuò)展的規(guī)則列陣。 因此，掩膜300是標(biāo)準(zhǔn)或者非定制掩膜。在圖5B中，在光刻膠層上 形成的輻射圖案的元素表示為短線630。但是要注意，輻射優(yōu)選地位 于高頻區(qū)域，并對(duì)于棵眼不可見(jiàn)；并且形成短線630圖案的掩膜對(duì)于 這種輻射在該短線區(qū)域中是透明的，且在其它區(qū)域是不透明的。
在曝光步驟后，在步驟740中，選擇性地去除部分的光刻膠層以 便暴露出下層的硬掩膜層610的部分612。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那 樣，盡管圖5B示出了正性光刻膠和正性掩膜的使用，但是正性和負(fù) 性光刻膠均可使用。無(wú)論使用哪種類型的光刻膠，在光刻膠中形成曝 光圖案并且采用已知工藝去除光刻膠層的更可溶的部分。因此，從光 刻膠層去除具有該圖案的正性或者負(fù)性光刻膠從而在下層的工作表面上暴露出第一高分辨率圖案。在步驟750中，去除硬掩膜層中曝光的
部分從而暴露出下層的工作表面600的部分602。為了說(shuō)明的目的， 采用蝕刻工藝完成該去除。
在步驟760中，在暴露在工作表面600上的部分以及第一硬掩膜 層的保留部分上形成第二硬掩膜層640。第二硬掩膜層與第一硬掩膜 層足夠不同，這樣能夠在不產(chǎn)生對(duì)第 一硬掩膜層的重要去除的情況下 通過(guò)應(yīng)用于這兩層的工藝去除部分的第二硬掩膜層。通常，兩個(gè)硬掩 膜層的材料不同。
然后在步驟770中，在第二硬掩膜層640上形成第二光刻膠層 650。接著在步驟780中，以具有由如圖3B中的掩膜310的第二掩膜 限定的特征的圖案將光刻膠層曝光于光化輻射。優(yōu)選地，第二掩膜具 有低于第一掩膜的分辨率，且因此即使掩膜310是定制掩膜，第二掩 膜也比第 一掩膜經(jīng)濟(jì)的多。由第二掩膜限定的特征與由第 一掩膜限定 的特征對(duì)準(zhǔn)。在圖5B中，在光刻膠層上形成的輻射圖案的元素由短 線660表示。同樣地，輻射通常是不可見(jiàn)的；并且掩膜對(duì)于這種輻射 在該短線660的區(qū)域中是透明的，且在其它區(qū)域是不透明的。
在曝光步驟后，在步驟7卯中，選擇性地去除部分的第二光刻膠 層從而暴露出下層的硬掩膜層640的部分644。如在現(xiàn)有技術(shù)中已知 的那樣，盡管圖4B示出了正性光刻膠和正性掩膜的使用，但是正性 和負(fù)性光刻膠均可使用。同樣地，正性和負(fù)性光刻膠均能使用。如圖 5B所示，從第二層去除的光刻膠部分與第一硬掩膜層中在步驟750中 被去除光刻膠的區(qū)域?qū)?zhǔn)。
在步驟800中，去除第二硬掩膜層中曝光的部分以便在工作表面 上形成第三圖案604,該第三圖案604是之前在工作表面上暴露出的 第一圖案602的子集。為了i兌明的目的，通過(guò)蝕刻工藝完成該去除， 其去除第二硬掩膜層的那些部分，同時(shí)將第一硬掩膜層留在原處。因 此，即使第三圖案由較低分辨率第二掩膜部分地限定，在工作表面上 暴露出的第三圖案的特征也具有第 一 圖案的特征的高分辨率。接著可 以采用標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝技術(shù)對(duì)工作表面的第三部分進(jìn)行處理。
在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方式中采用單一的負(fù)性光刻膠層。本發(fā)明的該實(shí)施類似于結(jié)合圖2A和2B說(shuō)明的實(shí)施，除了在單一的光刻膠層 上執(zhí)行工藝步驟。在該工藝中，首先在如金屬化層或電介質(zhì)層的工作 表面上形成光刻膠層。接著將光刻膠層曝光于這樣一種光化輻射，即 光刻膠層對(duì)所述的光化輻射的第一波長(zhǎng)敏感，并且所述輻射具有由如 圖3A中的掩膜300的補(bǔ)集的第一掩膜限定的特征的圖案。如圖3A所 述，該掩膜是具有極高分辨率的掩膜，并且由掩膜限定的特征是在光 刻膠層的、在其中形成結(jié)構(gòu)的整個(gè)區(qū)域上擴(kuò)展的規(guī)則列陣。因此，掩 膜300是標(biāo)準(zhǔn)或者非定制掩膜。
接著，以具有由如圖3B中的掩膜310的補(bǔ)集的第二掩膜限定的 特征的圖案將光刻膠層曝光于光化輻射。優(yōu)選地，第二掩膜具有低于 第一掩膜的分辨率，且因此即使掩膜310是定制掩膜，第二掩膜也比 第一掩膜經(jīng)濟(jì)的多。有利地，也采用較為經(jīng)濟(jì)的曝光設(shè)備以低于高分 辨率曝光的頻率進(jìn)行較低分辨率曝光。由第二掩膜限定的特征與由第 一掩膜限定的特征對(duì)準(zhǔn)。
在兩次曝光步驟之后，選擇性地去除光刻膠中在任一曝光步驟中 未曝光的部分從而暴露出下層的工作表面的一部分。從而，從光刻膠 層去除在曝光步驟中 一個(gè)或全部中光刻膠中未曝光的區(qū)域從而在下層 的工作表面上暴露出第三高分辨率圖案。以邏輯的術(shù)語(yǔ)講，第三圖案 是第一和第二輻射圖案的邏輯或(OR)的補(bǔ)集，并且當(dāng)?shù)谝缓偷诙?射圖案分別是掩膜300和310的補(bǔ)集時(shí)，第三圖案是圖28的第一和第 二輻射圖案的邏輯與(AND)。
盡管以具體示例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是還可以實(shí)施本 發(fā)明的各種變型。例如，在本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程中，可以使用多種光刻 膠和多種硬掩膜(如不同的硬掩膜材料或不同數(shù)量的掩膜)。當(dāng)使用兩 層光刻膠時(shí)，必須謹(jǐn)慎選擇材料以確保去除上層的部分的工藝不會(huì)影 響保留在原處的下層的部分。
權(quán)利要求
1. 雙重曝光光刻工藝，包括在工作表面上形成第一光刻膠層；以具有由第一光刻掩膜限定的特征的第一圖案將所述第一光刻膠層曝光于光化輻射；去除所述第一光刻膠層中由所述光化輻射限定的部分從而在所述工作表面上暴露出第一圖案；在所述第一光刻膠層以及所述工作表面上暴露出的圖案上形成第二層光刻膠層；以具有由第二光刻掩膜限定的特征的第二圖案將所述第二光刻膠層曝光于光化輻射，所述第二圖案與在所述工作表面上暴露出的所述第一圖案對(duì)準(zhǔn)；去除所述第二光刻膠層中由所述光化輻射限定的部分從而在所述工作表面上暴露出第三圖案；以及將所述第三圖案?jìng)鬟f至所述工作表面，其中所述第一光刻掩膜是用于形成結(jié)構(gòu)化專用集成電路(ASIC)的非定制掩膜，并且所述第二光刻掩膜是用于形成ASIC的定制掩膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的光刻工藝，其中，所述第一光刻掩膜具有 高于所述第二光刻掩膜的分辨率。
3. 如權(quán)利要求1所述的光刻工藝，其中，所述第一光刻掩膜是相 移掩膜或者光臨近校正掩膜。
4. 如權(quán)利要求1所述的光刻工藝，其中，所述第二光刻掩膜是二 元掩膜。
5. 如權(quán)利要求1所述的光刻工藝，其中，所述工作表面是金屬化層。
6. 如權(quán)利要求1所述的光刻工藝，其中，所述工作表面是電介質(zhì) 層，并且將所述第三圖案?jìng)鬟f至所述工作表面的步驟包括去除所述工 作表面的由所述第三圖案限定的部分的步驟。
7. 如權(quán)利要求l所述的光刻工藝，其進(jìn)一步包括將所述第二光刻膠層烘硬的步驟。
8. 雙重曝光光刻工藝，包括 在工作表面上形成第一硬掩膜層； 在所述第一硬掩膜層上形成第一光刻膠層；以具有由第 一光刻掩膜限定的特征的第 一 圖案將第 一光刻膠層曝 光于光化輻射；第 一硬掩膜層上暴露出所述第 一 圖案；去除部分的所述第一硬掩膜層從而在所述工作表面上暴露出所述 第一圖案；在所述第一硬掩膜層的保留部分以及在所述工作表面上暴露出的 部分上形成第二層光刻膠層；以具有由所述第二光刻掩膜限定的特征的第二圖案將所述第二光刻膠層曝光于光化輻射，所述第二圖案與在所述工作表面上暴露出的 所述第一圖案對(duì)準(zhǔn)；去除所述第二光刻膠層中由所述光化輻射限定的部分從而在所述 工作表面上暴露出第三圖案；以及將所述第三圖案?jìng)鬟f至所述工作表面。
9. 如權(quán)利要求8所述的光刻工藝，其中，所述第一光刻掩膜具有 高于所述第二光刻掩膜的分辨率。
10. 如權(quán)利要求8所述的光刻工藝，其中，所述第一光刻掩膜是相移掩膜或者光臨近校正掩膜。
11. 如權(quán)利要求8所述的光刻工藝，其中，所述第二光刻掩膜是 二元掩膜。
12. 如權(quán)利要求8所述的光刻工藝，其中，所述第一光刻掩膜是 用于形成結(jié)構(gòu)化專用集成電路(ASIC)的非定制掩膜，并且所述第二 光刻掩膜是用于形成ASIC的定制掩膜。
13. 如權(quán)利要求8所述的光刻工藝，其中，所述工作表面是金屬 化層。
14. 如權(quán)利要求8所述的光刻工藝，其中，所述工作表面是電介 質(zhì)層，并且將所述第三圖案?jìng)鬟f至所述工作表面的步驟包括去除由所 述第三圖案限定的所述工作表面的部分的步驟。
15. 形成結(jié)構(gòu)化專用集成電路(ASIC)的工藝，其包括以下步驟 (a)在第一工作表面上形成第一光刻膠層；(b )以具有由所述第 一光刻掩膜限定的特征的第 一 圖案將第 一光 刻膠層曝光于光化輻射；(c) 去除所述第一光刻膠層中由所述光化輻射限定的部分從而在 所述第一工作表面上暴露出所述第一圖案；(d) 將所述第一圖案?jìng)鬟f至所述第一工作表面；(e) 在所述第一工作表面上形成第二工作表面；(f) 在所述第二工作表面上形成第二光刻膠層；(g )以具有由所述第二光刻掩膜限定的特征的第二圖案將第二光 刻膠層曝光于光化輻射；(h) 去除所述第二光刻膠層中由所述光化輻射限定的部分從而在 所述工作表面上暴露出第三圖案；(i) 在所述第二光刻膠層以及在所述第二工作表面上暴露出的圖案上形成第三光刻膠層；(j)以具有由第三光刻掩膜限定的特征的第三圖案將所述第三光 刻膠層曝光于光化輻射，所述第三圖案與在所述第二工作表面上暴露出的所述第二圖案對(duì)準(zhǔn)；(k)去除所述笫三光刻膠層中由所述光化輻射限定的部分從而在 所述第二工作表面上暴露出第四圖案；以及(1)將所述第四圖案?jìng)鬟f至所述第二工作表面。
16.如權(quán)利要求15所述的工藝，其中，用于步驟(b)和(f)的 掩膜是非定制掩膜，并且用于步驟(i)的所述掩膜是定制掩膜。
17. 如權(quán)利要求15所述的工藝， 于所述第三光刻掩膜的分辨率。
18. 如權(quán)利要求15所述的工藝， 掩膜。
19. 如權(quán)利要求15所述的工藝， 掩膜或者光臨近校正掩膜。其中，所述第二光刻掩膜具有高其中，所述第三光刻掩膜是二元其中，所述第二光刻掩膜是相移
20. 如權(quán)利要求15所述的工藝，其中，對(duì)形成于所述第一工作表 面上的至少一個(gè)額外工作表面重復(fù)步驟(a)到步驟(e)。
21. 如權(quán)利要求20所述的工藝，其中，用于每個(gè)步驟(b)和步 驟(f)的所述光刻掩膜是非定制掩膜。
22. 雙重曝光光刻工藝，其包括以下步驟 在工作表面上形成第一硬掩膜層；在所述第 一硬掩膜層上形成第 一 光刻膠層；以具有由所述第一光刻掩膜限定的特征的第一圖案將所述第一光刻膠層曝光于光化輻射；去除所述第一光刻膠層中由光化輻射限定的部分從而在所述第一硬掩膜層上暴露出所述第 一 圖案；去除部分的所述第一硬掩膜層從而將在工作表面上暴露出所述第 一圖案；在所述第一硬掩膜層的保留部分以及在所述工作表面上暴露出的 部分上形成第二光刻膠層；在所述第二硬掩膜層上形成第二光刻膠層；以具有由所述第二光刻掩膜限定的特征的第二圖案將所述第二光 刻膠層曝光于光化輻射，所述第二圖案與在工作表面上暴露出的所述 第一圖案對(duì)準(zhǔn)；去除所述第二光刻膠層中由所述光化輻射限定的部分從而在第二 硬掩膜層上暴露出所述第二圖案；去除部分的所述第二硬掩膜層從而在所述工作表面上暴露出第三 圖案；以及將所述第三圖案?jìng)鬟f至所述工作表面。
23. 如權(quán)利要求22所述的光刻工藝，其中，所述第一光刻掩膜具 有高于所述第二光刻掩膜的分辨率。
24. 如權(quán)利要求22所述的光刻工藝，其中，所述第一光刻掩膜是 相移掩膜或者光臨近校正掩膜。
25. 如權(quán)利要求22所述的光刻工藝，其中，所述第二光刻掩膜是 二元掩膜。
26. 如權(quán)利要求22所述的光刻工藝，其中，所述第一光刻掩膜是 用于形成結(jié)構(gòu)化專用集成電路(ASIC)的非定制掩膜，并且所述第二 光刻掩膜是用于形成ASIC的定制掩膜。
27. 如權(quán)利要求22所述的光刻工藝，其中，所述工作表面是金屬化層
28. 如權(quán)利要求22所述的光刻工藝，其中，所述工作表面是電介 質(zhì)層，并且將所述第三圖案?jìng)鬟f至所述工作表面的步驟包括去除所述 工作表面中由所述第三圖案限定的部分的步驟。
29. 用于制造半導(dǎo)體集成電路的光刻掩膜組，其包括 大量非定制掩膜，其中至少一個(gè)掩膜是高分辨率掩膜；以及至少一個(gè)定制掩膜，其分辨率低于所述高分辨率掩膜的分辨率。
30. 如權(quán)利要求29所述的光刻掩膜組，其中，所述定制掩膜是二 元掩膜。
31. 如權(quán)利要求30所述的光刻掩膜組，其中，所述高分辨率掩膜 是相移掩膜或者光臨近校正掩膜。
32. 雙重曝光光刻工藝，其包括以下步驟 在工作表面上形成負(fù)性光刻膠層；以具有由第 一光刻掩膜限定的特征的第 一 圖案將所述光刻膠層曝 光于光化輻射；以具有由第二光刻掩膜限定的特征的第二圖案將所述光刻膠層曝 光于光化輻射，所述第二圖案與所述第一圖案對(duì)準(zhǔn)；去除所述光刻膠層中未以所述第 一或第二圖案被所述光化輻射曝 光的部分從而在所述工作表面上暴露出第三圖案；以及將所述第三圖案?jìng)鬟f至所述工作表面，其中所述第 一光刻掩膜是 用于形成結(jié)構(gòu)化專用集成電路(ASIC)的非定制掩膜，并且所述第二 光刻掩膜是用于形成ASIC的定制掩膜。
全文摘要
在第一光刻膠層中將第一高分辨率圖案限定于第一工作表面上，并去除部分的所述第一光刻膠層從而在所述工作表面上暴露出所述圖案。然后由第二光刻膠層覆蓋在所述工作表面上暴露出的部分和所述第一光刻膠層中的保留部分。接著在所述第二光刻膠層中限定第二低分辨率圖案，并去除部分的所述第二光刻膠層從而在所述工作表面上暴露出第三圖案，該第三圖案是所述第一圖案的子集?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)(非定制)掩膜來(lái)限定所述第一圖案，同時(shí)使用定制的但分辨率較低的掩膜來(lái)限定所述第二圖案。
文檔編號(hào)G03F7/26GK101421675SQ200780013453
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2007年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者劉幼裝, 彼得·J·麥克爾赫尼 申請(qǐng)人:阿爾特拉公司