專利名稱：一種提高分辨率的光刻工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻工藝，特別涉及一種提高分辨率的光刻工藝。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)60年代以來，半導(dǎo)體微芯片的性能有了巨大的提高，判斷芯片性能的一種通用指標(biāo)是芯片運(yùn)行速度。器件做得越小，在芯片上放置得越緊密，電路的電信號傳輸?shù)木嚯x就更短，芯片運(yùn)行的速度就會提高。而讓芯片上的器件放置得更緊密的方法就是縮小其物理尺寸特征，即為我們常說的關(guān)鍵尺寸(CD)。
—直以來，關(guān)鍵尺寸的縮小都依賴于光亥lj，分辨率的表達(dá)式可表述為，其中代表光刻光源的波長，NA代表光刻設(shè)備鏡頭的通光數(shù)值孔徑，fc代表工藝因子。光源的波長I越小，能夠?qū)崿F(xiàn)的分辨率越高。1970年開發(fā)的第一臺步進(jìn)光刻機(jī)采用的是436nm波長G線汞燈，到了 80年代后期，隨著亞微米技術(shù)的需求，波長365nm的光源成為半導(dǎo)體前沿技術(shù)，其后248nm的KrF、193nm的ArF、13. 4nm的深紫外光EUV不斷進(jìn)入半導(dǎo)體光刻領(lǐng)域。通常光源波長的減小非常困難，往往需要約10年時(shí)間開發(fā)新的光源，增加物鏡的數(shù)值孔徑NA也是提高分辨率的常用手段，從最初NA為O. 28的步進(jìn)光刻機(jī)發(fā)展至今，干法光刻機(jī)中最大的NA值為O. 93，濕法還開發(fā)出NA〉I的浸沒式光刻，最大的NA值可達(dá)1. 55。kl工藝因子也因?yàn)榧夹g(shù)的革新而不斷提高，傳統(tǒng)光刻kl因子理論極限為O. 5，一般工藝因子約O. 8，光學(xué)臨近效應(yīng)校正(OPC)方法使得工藝因子能夠接近極限，而后離軸對準(zhǔn)使得kl因子的極限減小到O. 25,現(xiàn)在用于32nm節(jié)點(diǎn)的雙掩模(Double Pattern)技術(shù)能夠使kl因子達(dá)到O. 15^0. 2。
光刻的本質(zhì)其實(shí)是制作一個(gè)中間臨時(shí)層，將掩模上的數(shù)據(jù)復(fù)制到臨時(shí)層(光刻膠)上，而后通過其他的工序?qū)⒐饪棠z圖形轉(zhuǎn)移至硅片表面。目前關(guān)鍵的工藝層都是通過光刻——干法刻蝕來實(shí)現(xiàn)，干法刻蝕工藝需要光刻膠具備足夠的厚度來抵擋刻蝕，而光刻膠厚度的增加會降低光刻的分辨率，所以如何在光刻膠厚度與分辨率中作平衡一直是光刻的難題。
專利US4244799中提供出了一種方法解決上述難題，引入一層硬掩模(hard mask)材料層作為犧牲層，利用不同的干法刻蝕對不同材料有選擇性刻蝕原理，第一次刻蝕選擇不易腐蝕光刻膠與硅片并且容易腐蝕硬掩模的刻蝕工藝，將光刻膠的圖形轉(zhuǎn)移到硬掩模上，然后去除光刻膠第二次刻蝕，刻蝕工藝選用不易腐蝕硬掩模并且容易腐蝕硅片的刻蝕工藝，將圖形由硬掩模轉(zhuǎn)移到硅片上，最后去除硬掩模。該技術(shù)在O. 13um以下的工藝得到廣泛應(yīng)用。專利US4275286中提及了具體如何實(shí)現(xiàn)硬掩模圖形轉(zhuǎn)移。
硬掩模(hard mask)是一種將光刻膠圖形轉(zhuǎn)移至娃片的中間層。
但是，上述光刻 工藝受現(xiàn)有技術(shù)條件和工藝參數(shù)的影響，光刻分辨率難以進(jìn)一步提聞。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是光刻機(jī)的分辨率受到光源、投影物鏡及工藝參數(shù)影響難以提聞。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種光刻工藝，包括于一基底表面設(shè)置硬掩模層(hard mask)，所述硬掩模層具有與所述基底表面接觸的第一表面及與所述第一表面相對的第二表面，其特征在于，所述第二表面包括至少一個(gè)楔形面；在所述楔形面涂覆一層光刻膠，并于所述光刻膠中形成一圖形(pattern);垂直于所述基底方向進(jìn)行第一干法刻蝕，移除部分的硬掩模層，將所述圖形轉(zhuǎn)換到所述硬掩膜層上；去除所述光刻膠；以及垂直于所述基底方向進(jìn)行第二干法刻蝕，移除部分的基底，將所述硬掩模層上的圖形轉(zhuǎn)換到所述基底上。
本發(fā)明之光刻工藝還包括去除所述基底表面的硬掩模層。
所述第二表面包括一個(gè)楔形面。
所述第二表面包括多個(gè)楔形面。
所述多個(gè)楔形面按相同楔形方向排列?；蛩龆鄠€(gè)楔形面中相鄰楔形面的楔形方向不同。
所述楔形面的楔形角為45°。
上述光刻工藝中，是對所述光刻膠進(jìn)行曝光、顯影、蝕刻制程形成所述圖形。
對所述光刻膠進(jìn)行曝光前，光刻機(jī)中的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)在與所述光刻膠表面垂直方向上進(jìn)行調(diào)焦調(diào)平，對準(zhǔn)系統(tǒng)在與所述基底表面垂直方向上進(jìn)行對準(zhǔn)。
對所述光刻膠進(jìn)行曝光時(shí)，光刻機(jī)中的曝光系統(tǒng)在與所述光刻膠表面垂直方向上對所述光刻膠進(jìn)行曝光。
本發(fā)明之光刻工藝中，光刻機(jī)的分辨率Λ2為光源波長，NA為投影物鏡的通光數(shù)值孔徑，^為工藝因子，α為所述楔形面的楔形角的大小。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能實(shí)現(xiàn)提高一維圖形的刻蝕分辨率，從而提高光刻機(jī)的分辨率。


關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)傳統(tǒng)光刻干法刻蝕工藝中材料層涂覆光刻膠后的示意圖；圖2為圖1中光刻及顯影后光刻膠打開特定區(qū)域用于刻蝕的示意圖；圖3為圖2中材料層刻蝕后的示意圖；圖4為圖3中光刻膠去膠后的示意圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)中具有普通硬掩模的刻蝕工藝流程示意圖；圖6為本發(fā)明應(yīng)用楔形硬掩 模提高分辨率的流程第二步工藝圖；圖7為本發(fā)明應(yīng)用楔形硬掩模提高分辨率的流程第三步工藝圖；圖8為本發(fā)明應(yīng)用楔形硬掩模提高分辨率的流程第四步工藝圖；圖9為本發(fā)明應(yīng)用楔形硬掩模提高分辨率的流程第五步工藝圖；圖10為本發(fā)明應(yīng)用楔形硬掩模提高分辨率的流程中最終獲得的高分辨率一維圖形示意圖；圖11為本發(fā)明提高分辨率的具體計(jì)算示意圖；圖12為本發(fā)明曝光方式示意圖；圖13為本發(fā)明中楔形硬掩模的第二種具體實(shí)施方式
；圖14為本發(fā)明中楔形硬掩模的第三種具體實(shí)施方式
。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
先進(jìn)半導(dǎo)體制造中，常用光刻干法刻蝕來實(shí)現(xiàn)定義圖形。圖1至圖4依次圖示了現(xiàn)有技術(shù)中光刻干法刻蝕的整個(gè)流程中材料層和光刻膠的具體示意圖。圖1中給出的在整個(gè)硅片面(材料層)涂覆光刻膠20，由于光刻膠為有機(jī)物，抗刻蝕能力不佳，光刻膠20需要具備足夠的厚度才能抵擋干法刻蝕，保護(hù)需要加工的材料層10。圖2為光刻及顯影后光刻膠打開特定區(qū)域用于刻蝕。圖3與圖4分別為刻蝕后與去膠后的示意圖。
圖5圖示了背景專利技術(shù)提出的硬掩模方案流程圖，該方案在材料層10和光刻膠 20之間增加了硬掩模層21，用硬掩模層21代替光刻膠來抵擋刻蝕，將曝光圖形轉(zhuǎn)移至硬掩模層21，然后由硬掩模層轉(zhuǎn)移至材料層10。由于硬掩模層21比材料層10要薄，所以可以只需一層薄的光刻膠20來光刻。在已有公知技術(shù)中，越薄的光刻膠層，其工藝因子矢越小， 由f =*i 可知，能夠得到更小的分辨率。
權(quán)利要求
1.一種提高分辨率的光刻工藝，包括 于一基底表面設(shè)置硬掩模層(hard mask)，所述硬掩模層具有與所述基底表面接觸的第一表面及與所述第一表面相對的第二表面，其特征在于，所述第二表面包括至少一個(gè)楔形面； 在所述楔形面涂覆一層光刻膠，并于所述光刻膠中形成一圖形(pattern)； 垂直于所述基底方向進(jìn)行第一干法刻蝕，移除部分的硬掩模層，將所述圖形轉(zhuǎn)換到所述硬掩膜層上； 去除所述光刻膠；以及 垂直于所述基底方向進(jìn)行第二干法刻蝕，移除部分的基底，將所述硬掩模層上的圖形轉(zhuǎn)換到所述基底上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻工藝，其特征在于，所述第二表面包括一個(gè)楔形面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻工藝，其特征在于，所述第二表面包括多個(gè)楔形面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光刻工藝，其特征在于，所述多個(gè)楔形面按相同楔形方向排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光刻工藝，其特征在于，所述多個(gè)楔形中相鄰楔形面的楔形方向不同。
6.如權(quán)利要求1所述的光刻工藝，還包括從所述基底表面移除所述硬掩模層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻工藝，其特征在于，所述楔形面的楔形角為45°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻工藝，其特征在于，對所述光刻膠進(jìn)行曝光、顯影、蝕刻制程形成所述圖形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光刻工藝，其特征在于，對所述光刻膠進(jìn)行曝光前，光刻機(jī)中的調(diào)焦調(diào)平系統(tǒng)在與所述光刻膠平面垂直方向上進(jìn)行調(diào)焦調(diào)平，所述光刻機(jī)中的對準(zhǔn)系統(tǒng)在與所述基底表面垂直方向上進(jìn)行對準(zhǔn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光刻工藝,其特征在于,光刻機(jī)中的曝光系統(tǒng)在與所述光刻膠表面垂直方向上對所述光刻膠進(jìn)行曝光。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻工藝，其特征在于，if =<e，其中R為分辨率，A為光源波長，NA為投影物鏡的通光數(shù)值孔徑，Jk為工藝因子，α為所述楔形面的楔形角的大小。
全文摘要
一種提高分辨率的光刻工藝，包括于一基底表面設(shè)置硬掩模層(hardmask)，所述硬掩模層具有與所述基底表面接觸的第一表面及與所述第一表面相對的第二表面，其特征在于，所述第二表面包括至少一個(gè)楔形面；在所述楔形面涂覆一層光刻膠，并于所述光刻膠中形成一圖形(pattern)；垂直于所述基底方向進(jìn)行第一干法刻蝕，移除部分的硬掩模層，將所述圖形轉(zhuǎn)換到所述硬掩膜層上；去除所述光刻膠；以及垂直于所述基底方向進(jìn)行第二干法刻蝕，移除部分的基底，將所述硬掩模層上的圖形轉(zhuǎn)換到所述基底上。本光刻工藝可以在光源等技術(shù)參數(shù)不變的情況下提高光刻機(jī)的分辨率。
文檔編號G03F7/00GK103034047SQ20111029900
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者章磊, 韓傳友, 段立峰, 徐濤 申請人:上海微電子裝備有限公司