CN101201554A - 光刻器件制造方法、光刻单元和计算机程序产品 - Google Patents

光刻器件制造方法、光刻单元和计算机程序产品 Download PDF

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Abstract

提供一种用于印刷密集线的双重图案化工艺。在第一步骤中，线的第一半密集图案被印刷在覆盖设置有底部抗反射涂料的衬底的第一抗蚀剂层上。在第二步骤中，线的第二半密集图案被印刷在设置在所清除的区域上的第二抗蚀剂层上。第一和第二半密集线图在隔行交错的位置上定位，以提供线和间隔所需的密集图案。在对第一抗蚀剂进行显影之后和将第二抗蚀剂提供给衬底之前，底部抗反射涂料的表面调整被应用到在第一抗蚀剂材料的线之间的所清除的区域上。表面调整步骤设置用于增强第二抗蚀剂的特征在所清除的区域的表面上的附着力。

Description

光刻器件制造方法、光刻单元和计算机程序产品
技术领域
本发明主要涉及一种光刻及相关方法、以及用于曝光半导体衬底的设备。
背景技术
例如，可以将光刻曝光设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，图案形成装置可以生成与IC的单层相对应的电路图案。在光刻中，通过使辐射束贯穿图案形成装置而使辐射束被图案化，并由光刻设备的投影系统投影到已经覆盖有光敏化的抗蚀剂(即光敏抗蚀剂)材料层的衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或多个管芯的部分)上，以便将所需图案成像到抗蚀剂上。通常，单独的衬底将包含经由投影系统一次一个地连续被辐射的相邻目标部分的整个网络。
在半导体工业中，对于在IC层上具有更小特征的更小半导体器件的持续需求正在推动着在衬底上印刷特征(例如栅极和触点)密集设置的图案。尤其，需要印刷具有密集线和间隔的图案。印刷这种图案涉及至少两个光刻工艺步骤。第一个步骤涉及用于将图案从图案形成装置(例如设置有掩模图案的掩模或掩模版(reticle))转移到覆盖衬底的抗蚀剂层上的光学成像和抗蚀剂曝光。第二个工艺涉及使经过曝光的抗蚀剂层经受抗蚀剂的显影，其中正型抗蚀剂或负型抗蚀剂的经过曝光或未经过曝光的抗蚀剂部分分别被分解，使抗蚀剂特征从衬底突出。例如，密集的线和间隔可以采用正型抗蚀剂印刷，以使得获得由未经过曝光的正型抗蚀剂材料组成的线。
通常，通过在提供抗蚀剂层之前将底部抗反射涂层设置到衬底上，而减缓在衬底表面处曝光辐射的反射的有害作用。这种底部抗反射涂层在此后称作BARC。
在以最佳的分辨率印刷的密集线和间隔图案中，线的线宽临界尺寸(CD)大致等于间隔的间隔宽，以使得线宽是在图案中对应线所设置的节距的一半。
线可以被印刷的最大密度由光刻设备的特性以及印刷工艺的特性确定。设备特性包括设备的成像系统(例如光学投影系统)的特性。工艺特性包括曝光和显影工艺的特性以及抗蚀剂的特性。
通常，在上述特性和以最大可印刷密度设置的线或间隔的最小宽度临界尺寸之间的关系被写作CD＝k1(λ/NA)，其中NA表示投影系统的数值孔径，λ表示曝光辐射的波长，而k1是表示除NA和λ之外的任何特性的效果的因子。
上述关系是指常规的单曝光光刻印刷工艺。对于这种工艺，不可能设置印刷，使得k1＜0.25，这是由于k1＝0.25的限制是印制密集的线间隔结构的基本物理光学限制。
除了减小波长和增加数值孔径，多种所谓的分辨率增强技术(RET’s)被使用或开发以获得尽可能低的k1值：例如RET’s是采用掩模图案的辅助特征、采用用于辨别优化的掩模照射方案和相关的掩模图案布局的源—掩模优化计算、以及采用诸如衰减相移掩模(PSM’s)和交替或无铬(chromeless)PSM’s等不同类型的掩模。
为了进一步增加密集线间隔图案的最大密度，能够以k1＜0.25印刷线的双重图案化(double patterning)技术被提出和开发。例如，在用于印刷密集的线和间隔的双沟双重图案化工艺中，在目标层上的隔行交错(interleave)的位置上刻蚀间隔的第一和第二图案。例如，目标层可以是用于刻蚀在下目标层的层的牺牲刻蚀掩模。这种双重图案化技术开发了当间隔以大于2k1(λ/NA)的节距设置时，在单个曝光工艺中且对于给定的数值孔径NA和波长λ，以小于值CD的宽度CDdp印刷间隔的半密集图案的可能性。因此，这种图案在线和间隔的宽度相等的意义上不是密集的图案。替代地，例如，线宽是三倍于间隔宽度CDdp的因子。对于印刷这种线形间隔的半密集图案或沟(trench)的半密集图案(其中CDdp＜CD)，通常采用正型抗蚀剂。
用于印制密集线的双沟双重图案化工艺的特征在于下列三个步骤。在第一个步骤中，间隔的第一半密集图案被印刷在抗蚀剂上。在抗蚀剂显影之后，保留的抗蚀剂掩模用作第二个步骤的刻蚀掩模。在第二个步骤中，通过将各向异性的刻蚀工艺应用到衬底上，使得该间隔被转移到目标层上，且然后剥去抗蚀剂掩模。通常，采用反应离子刻蚀工艺(RIE工艺)。在第三个步骤中，目标层再次涂覆以抗蚀剂，并将间隔的第二半密集图案印刷在抗蚀剂上。设置第二次印刷，以使得第二图案的间隔相对于刻蚀在目标层上的间隔隔行交错地定位。因为隔行交错，目标层的随后的刻蚀再次采用RIE工艺，生产从衬底表面突出的目标层材料的线。通过隔行交错两个半密集间隔的图案，每个图案特征在于间隔宽度CDdp和节距4CDdp，所得线具有与间隔宽度CDdp相等的宽度，使得获得密集的线图案。
与如上所述的双沟双重图案化工艺相关联的问题是：在第一和第二印刷步骤之间的目标层的RIE工艺降低了衬底可以被图案化的速度，且常规的光刻设备或常规的轨道设备(与光刻设备相连)不包括RIE工艺装置。轨道设备设置用于将衬底从光刻设备上搬运或搬运到光刻设备上，并执行多个抗蚀剂工艺步骤，例如抗蚀剂涂覆、抗蚀剂显影以及标准的曝光抗蚀剂之前和曝光抗蚀剂之后的工艺(例如曝光前烘烤和/或曝光后烘烤)。
发明内容
例如旨在提供一种双重图案化方法，其中在第一图案化之后和第二图案化之前的刻蚀工艺的有害作用得以减轻。
根据本发明的一个方面，提供一种光刻器件制造方法，包括：以包括从表面突出的并被表面的未覆盖部分分隔的第一和第二特征段的图案，对第一辐射敏感材料层进行图案化，所述第一辐射敏感材料层被设置成至少部分地覆盖衬底表面；将第二辐射敏感材料层提供给表面的未覆盖部分；以包括相对于从表面的未覆盖部分突出的第一和第二特征段被设置在隔行交错位置上的第三特征段的图案，对第二辐射敏感材料层进行图案化，所述第三特征段被设置用于结合第一和第二特征段提供所需图案的一部分，其中所述方法还包括：在提供第二辐射敏感材料层之前和对第一辐射敏感材料层进行图案化之后，将表面调整工艺应用到表面的未覆盖部分，以增强第三特征段在表面上的附着力。
根据本发明的一个方面，提供一种光刻单元，包括光刻设备、多个工艺设备和用于控制光刻设备和工艺设备两者的控制元件，其中所述多个工艺设备包括表面调整设备，所述表面调整设备被设置用于增强第二辐射敏感材料的第三特征段至衬底表面的未覆盖部分的附着力，所述表面调整设备被置于第一辐射敏感材料的第一和第二特征段之间。
根据本发明的一个方面，提供一种包括记录在计算机可读介质上的指令的计算机程序产品，所述指令适用于控制光刻单元以实现器件制造方法，所述方法按所述顺序包括：将第一辐射敏感材料层提供到衬底表面上；以包括从表面突出并被表面的未覆盖部分分隔的第一和第二特征段的图案对该层进行图案化；将表面调整工艺应用到表面的未覆盖部分，以增强至第二辐射敏感材料的第三特征段的表面上的附着力；将第二辐射敏感材料层提供到表面的未覆盖部分；以包括相对于第一和第二特征段置于隔行交错位置上且从表面的未覆盖部分突出的第三特征段的图案，对第二辐射敏感材料层进行图案化，且其中所述第一、第二和第三特征段设置用于结合提供所需图案的部分。
附图说明
在此仅借助示例，参照所附示意图对本发明的实施例进行描述，在所附示意图中，相同的附图标记表示相同的部分，且其中：
图1示出设置有被设置为密集线间隔图案的线形特征的抗蚀剂掩模的衬底；
图2是根据本发明的实施例的双重图案化方法的一部分的步骤流程图；
图3A示出根据本发明的实施例的线的第一半密集图案的印刷结果；
图3B示出根据本发明的实施例的相对于线的第一半密集图案在隔行交错位置上定位的线的第二半密集图案的印刷结果；
图4示出根据包括BARC表面调整步骤的本发明的实施例的双重图案化方法的流程图；
图5示出如图1所示的线的第一半密集图案的印刷结果，包括由对第一显影液的曝光影响的BARC表面的部分；
图6示出实验上设置有被设置为密集线间隔图案并经历图案毁坏的线形特征的抗蚀剂掩模的衬底；
图7示出根据本发明的实施例的实验上设置有被设置为密集线间隔图案的线形特征的抗蚀剂掩模的衬底；
图8示出与配置用于调节BARC表面的装置相连的光刻设备，所述装置是轨道设备的一部分；以及
图9示出根据本发明的实施例的光刻设备。
具体实施方式
实施例1
根据本发明的实施例，如图1所示，提供从顶层114的表面112突出的抗蚀剂材料线的密集线间隔图案100。顶层114可以是至少部分覆盖光刻衬底W的底部抗反射涂层(BARC)。两个相邻的抗蚀剂线110和111源自衬底上的两个分别的、分离的抗蚀剂沉积。第一和第二抗蚀剂沉积包括提供第一和第二抗蚀剂材料至衬底W上，并对第一和第二抗蚀剂材料分别进行光刻处理。第一和第二抗蚀剂材料中的每个可以是任何辐射敏感材料，例如正型抗蚀剂或负型抗蚀剂。第一和第二抗蚀剂材料可以是性质(tonality)相反的抗蚀剂。线110可以仅仅是一个或多个抗蚀剂材料特征的特征段。类似地，线111可以是这种段。在实施例中，衬底是硅晶片，所述硅晶片可以在应用本实施例的双重图案化工艺之前已经经过光刻处理以提供一个或多个IC层。衬底还在BARC层114下面设置有目标层TL，所述BARC层114将根据本方法以所需的图案被进行图案化。线110和111可以仅仅是所需图案的一部分。目标层TL可以是在光刻处理中使用的IC层或任何其他类型的层。例如，顶层114可以是置于衬底上的无机底部抗反射涂层或硬掩模，而不是BARC。例如，硬掩模可以是氧化物层或氮化物层，例如SiON或SiN或TiN。
图2示出作为本双重图案化方法的一部分的工艺步骤流200程。在将第一抗蚀剂提供到衬底W上之后(图2、步骤210)，第一半密集线图案被印刷在第一抗蚀剂层上(图2、步骤220)。所述印刷包括显影步骤，其中第一显影液被用于提供第一组间隔。常规的氢氧化物显影工艺可以被用于显影第一抗蚀剂。例如，四甲基铵氢氧化物溶液在本实施例中使用；该类型的显影液通常是指TMAH显影液。
在图3A中，示出前两个步骤210和220的结果。所形成的从BARC表面突出的第一组线310的线宽是CDdp，而线之间的间隔的宽度是3CDdp。在图3A中的两条线110可以仅仅是一个或多个特征的第一和第二特征段。
接着，第二抗蚀剂被提供到衬底上(图2、步骤230)。设置该工艺，以使得至少在第一组线310之间的表面112(例如间隔)的未覆盖部分被第二抗蚀剂材料覆盖或填充。另外，也可以提供抗蚀剂预处理。接着，第二半密集线图案320被印刷在第二抗蚀剂层上(图2、步骤240)。步骤230和240的结果如图3B所示。设置第二图案以使得从BARC表面114突出的作为结果的第二组线320的线宽也是CDdp，且在线111之间的间隔宽度是3CDdp。第二组线320的位置被设置在相对于第一组线310的隔行交错的位置上。这在图3B中示意性地示出。图3B中的两条线110之间的线111可以仅仅是前述的一个或多个特征的第一和第二特征段之间的第三特征段。隔行交错例如可以通过采用带有分别根据第一和第二半密集线图案310和320的图案的第一和第二掩模而被获得。隔行交错然后可以通过将两个相对于一个或多个共用对齐标记相互偏移的图案置于掩模上来获得，且两个图案的偏移根据所需的隔行交错被选择。作为结果的图案的节距是2CDdp，并因此获得所需的密集线间隔图案，其中，从CDdp小于CD的角度，系数k1小于或可以小于0.25。
第二印刷工艺(步骤240)包括采用第二显影液对第二抗蚀剂材料进行显影，以提供第二组间隔(即，图3B中的线110和111之间的间隔)。设置第二显影液和第一抗蚀剂材料的组分，以使得对包括线110的第一组特征310的第二显影液的曝光基本上不影响这些线的构造和形状。
在印刷第二半密集线图案320之后，获得所需的密集线和间隔的刻蚀掩模图案100。常规的RIE工艺可以被用于将线的密集图案转移到目标层TL上(图2、步骤250)。可以随后采用常规的抗蚀剂剥离工艺剥离抗蚀剂掩模。
在本实施例中，第一抗蚀剂材料是正型光敏抗蚀剂(例如TOK P6239抗蚀剂)，而第一组线采用TMAH显影液被印刷。可以被用于印刷半密集线的掩模类型是亮场掩模，例如亮场铬一玻璃掩模(chrome-on-glass mask)(COG掩模)、交替相移掩模(交替PSM)或无铬PSM。第二抗蚀剂是负型光敏抗蚀剂(例如TOK N023或TOK N027抗蚀剂)，且第二组线可以采用例如暗场COG掩模或暗场衰减PSM被印刷。
参照在衬底平面上获得的特征和图案尺寸(例如，为了在掩模平面上获得对应的尺寸，应当考虑由光刻设备的投影系统成像的缩减比例)，宽度为50nm的线采用两个半密集线图案成像，其中50nm的线被以200nm的间距设置。通过应用本实施例的方法，为每次曝光利用NA＝0.93而λ＝193nm的光刻设备，获得宽度为50nm的密集线和宽度为50nm的间隔的抗蚀剂图案。照射设定为sigma＝0.5，并采用COG掩模图案。BARC是AZ 1C5DBARC。
尽管本方法可以因此在原理上用于双重图案化、以避免中间的RIE或其他刻蚀工艺，但是本双重图案化工艺的生产的改进可以通过在第一次曝光和显影之后(即在第一抗蚀剂材料层的第一次图案化之后)和在将第二抗蚀剂提供到衬底上之前，应用设置用于调节在图3A中的特征110之间的表面112的经过清理的未覆盖部分的表面调整工艺步骤，而被获得。在如图4所示的工艺流程400中，该表面调整步骤是指步骤410。对比图2，附加的工艺步骤410在印刷第一半密集线图案的工艺步骤220和将第二抗蚀剂提供到衬底上的工艺步骤230之间执行。希望地，BARC表面调整步骤将在第一显影之后和第二抗蚀剂材料应用之前被应用于衬底。
应当理解，在应用TMAH显影液过程(图4中的步骤220的部分)中，BARC表面112的一部分在第一抗蚀剂溶解时成为未覆盖的，并暴露给TMAH显影液。这些BARC的未覆盖部分的表面体现为线110之间的图3A中的间隔的表面。TMAH显影工艺改变接近未覆盖的BARC部分的表面112和在表面112处的BARC材料层114(如图5中由阴影线标记的表面部分510示意性表示)的属性。将BARC表面暴露给TMAH显影液会改变包括在BARC的表面部分510中的材料的极性和/或酸性。当采用负型抗蚀剂作为第二抗蚀剂时，表面部分510的较高的极性与随后被印刷的抗蚀剂特征至在下的暴露给显影液的BARC表面上的附着力的减弱相关联，且表面部分510的较低的酸性与造成超过公差的这种随后印刷的抗蚀剂特征的底切(undercut)(导致附着力减小)相联系。将BARC暴露给TMAH显影液被理解为造成极性的增加和/或酸性的降低。BARC表面调整步骤410被设置用于全部地或至少部分地减小TMAH所引起的极性增加和/或TMAH所引起的酸性降低。当不采用BARC表面调整步骤410时，可能由于第二抗蚀剂特征至BARC表面的附着力的降低和/或由于第二抗蚀剂的特征的底切，而出现图案毁坏。图案毁坏的示例如图6所示。该有害效果可以通过设置BARC表面调整步骤以影响BARC表面部分510的极性和/或酸性(以单位pH表示)而避免。
在本实施例中，根据本发明的一个方面，BARC表面调整步骤410包括将衬底暴露给酸，所述酸可以是氢氟酸或乙酸。例如，衬底可以经过氢氟酸(HF)喷雾工艺。这种工艺可以采用可以是轨道系统的一部分的酸喷雾装置执行。将衬底暴露给酸喷雾(例如HF酸喷雾)的效果是亲水羟基(hydrophilic hydroxyl group)由疏水氟基(hydrophobic fluorine group)替换，且增加BARC区域510的酸性。
在本实施例中获得的结果如图7所示。
第二个实施例
除去BARC表面调整步骤410包括将衬底暴露给基于碳氟化合物的等离子体或基于含氢的碳氟化合物的等离子体之外，第二个实施例与第一个实施例相同。例如，CxHyFz等离子体处理也具有由疏水氟基替代亲水羟基的效果。第一和第二个实施例中的BARC表面调整步骤可以结合使用。
第三个实施例
除去BARC表面调整步骤410之外，所述方法还包括设置用于进一步降低作用在第一抗蚀剂材料的特征110上的由随后的处理步骤(例如步骤410、230和240中的任何一个)所可能带来的有害影响的定影步骤，除此以外，第三个实施例与第一个实施例相同。定影步骤可以例如包括在对第一抗蚀剂层进行图案化之后和在提供第二抗蚀剂层之前，以足够高的温度硬烘烤衬底，所述温度至少可造成在第一半密集线图案的线特征110中的一些材料流动。希望地，硬烘烤在200开氏度或更高的温度下执行。第一和第二个实施例的BARC表面调整步骤可以各自结合本实施例的硬烘烤步骤使用。
应当理解，硬烘烤的另一个效果是进一步钝化保留的第一抗蚀剂的光敏成分；这种残留的光敏成分当在第二曝光过程中被激活时可能具有有害的效果。硬烘烤步骤的另一个或替代的优势是其降低了第一抗蚀剂特征110在第二显影液中的残留的溶解性；线110的进一步的溶解可能在第二抗蚀剂的显影步骤中出现。
任何本实施例的优势是，在第二次曝光过程中，仅仅对应于图3B中的线111的抗蚀剂部分被曝光，以使得曝光辐射在线形抗蚀剂特征110处的散射基本上可以避免。这可以造成在第二抗蚀剂中第二半密集线图案的图像的优化对比度。
根据本发明的一个方面，每个BARC表面调整步骤与常规方法相结合，以防止图案毁坏，例如应用漂洗液和/或采用超临界碳氧化物显影液。
第四个实施例
在第四个实施例中，如图8所示，提供一种光刻单元800，包括光刻设备810、多个工艺设备820和用于控制光刻设备和工艺设备的控制单元830，其中所述多个工艺设备包括设置用于增强抗蚀剂材料特征段至衬底表面的未覆盖部分的附着力的表面调整设备840，所述表面的未覆盖部分被置于第一辐射敏感材料的第一和第二特征段之间，且所述抗蚀剂材料特征段是第三辐射敏感材料的特征段。光刻投影设备810与构建并设置用于根据上述的任何方法调节BARC表面的装置840相结合。装置840可以是轨道设备860的一部分，所述轨道设备860与光刻投影设备810相连，被设置用于从光刻设备处理和输送到光刻设备，以执行抗蚀剂处理，例如旋涂、抗蚀剂显影、和/或进一步的标准的曝光前和曝光后的抗蚀剂工艺(例如曝光前烘烤和/或曝光后烘烤)。
光刻单元800的表面调整设备840可以与酸(例如氢氟酸或乙酸)供给装置850相连。替代地，表面调整设备840可以设置用于将衬底暴露给基于碳氟化合物的等离子体或基于含氢的碳氟化合物的等离子体，在这种情况下，供给装置850是指用于供给刻蚀气体的装置。在本实施例中，表面调整设备840被包括在与光刻投影设备810相连并一起使用的轨道860中。
控制单元830包括具有在其中存储的指令的存储介质、以使得光刻单元800能够实现一种方法，所述方法按所述顺序包括：将第一抗蚀剂层或辐射敏感材料层提供到衬底W上的层114(例如BARC)的表面112上；以包括由表面112的未覆盖部分分隔的从表面112突出的第一和第二特征段的图案310，使第一抗蚀剂层形成图案；将表面调整工艺410应用到表面112的未覆盖部分，以增强至第二抗蚀剂层或辐射敏感材料层的表面112的附着力；将第二抗蚀剂层提供给表面112的未覆盖部分；以包括相对于第一和第二特征段设置在隔行交错位置中并且从表面112的未覆盖部分突出的第三特征段的图案，对第二抗蚀剂层进行图案化；且其中，所述第一、第二和第三特征段设置用于结合提供所需图案的一部分。第一和第二特征段可以是线形特征110的段，且第三特征段可以是线形特征111的一条线的段。
图9示意性地示出根据本发明的实施例的光刻设备810。所述设备包括：
照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射和深紫外(DUV)辐射(例如由以193nm或248nm的波长操作的准分子激光器生成))，或极紫外辐射(例如由在13，6nm操作的激光等离子体源(laser-fired plasma source)生成))；
支撑结构(例如掩模台)MT，配置用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并与配置用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置的第一定位器PM相连；
衬底台(例如，晶片台)WT，配置用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底的第二定位器PW相连；以及
投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。
所述照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。
支撑结构支撑，即承担图案形成装置的重量。其以依赖于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其他夹持技术保持图案形成装置。支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为能够用于将其横截面上的图案赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底目标部分上的所需图案完全相对应(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。
图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替相移掩模类型、衰减相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵排列，可以独立地倾斜每一个小反射镜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
应该将这里使用的术语“投影系统”广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里任意使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
如这里所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。
所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台或支撑结构，或可以在将一个或更多个其他台用于曝光的同时，在一个或更多个台上执行预备步骤。
所述光刻设备也可以是其中至少一部分衬底可以被具有高折射率(例如水)的液体覆盖的类型，以便填充投影系统和衬底之间的空隙。浸没液也可以应用到光刻设备中的其他空隙，例如，在掩模和投影系统之间的空隙。浸没技术是用于增加投影系统的数值孔径的本领域内的公知技术。这里所使用的该术语“浸没”并不意味着结构(例如衬底)必须浸在液体中，而仅仅意味着在曝光过程中，液体位于投影系统和衬底之间。
参照图9，所述照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。该源和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会认为所述源是所述光刻设备的组成部分，并且通过包括例如合适的引导镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其他情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分，例如所述源是汞灯时。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。
所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器的光瞳面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。
所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的所述图案形成装置(例如，掩模MA)上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。已经横穿掩模MA之后，所述辐射束B通过所述投影系统PS，所述PS将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同目标部分C定位于所述辐射束B的辐射路径中。类似地，例如在来自掩模库的机械修补之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位器PM和另一个位置传感器(图9中未明确示出)用于将所述掩模MA相对于所述辐射束B的辐射路径精确地定位。通常，可以通过形成所述第一定位器PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现所述掩模台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，所述掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对齐标记M1、M2和衬底对齐标记P1、P2来对齐掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对齐标记占据了专用目标部分，但是他们可以位于目标部分之间的空隙(这些公知为划线对齐标记)上。类似地，在将多于一个的管芯设置在所述图案形成装置MA上的情况下，所述掩模对齐标记可以位于所述管芯之间。
可以将所述设备用于以下模式的至少一种：
1.在步进模式中，在将赋予到所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上的同时，将掩模台MT和所述衬底台WT保持为实质静止(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT或沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描(即，单一的动态曝光)。所述衬底台WT相对于所述掩模台MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一的动态曝光中的所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。
3.在另一个模式中，将保持可编程图案形成装置的掩模台MT保持为实质静止状态，并且在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对所述衬底台WT进行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻中。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。
应当理解，在上述任何实施例中，任何提及的线和间隔在此可以被概括为特征和在这些特征之间的间隙。
在上述任何实施例中，希望获得隔行交错的特征的所需宽度和隔行交错的特征之间所导致的间隙的所需宽度的均匀分布(在所需图案的区域上)。例如，对于在管芯的不同位置处的密集线间隔图案(特征在于所需的线宽和所需的间隔宽度CDdp)的印刷，需要获得在所印刷的线和间隔宽度的管芯区域上的均匀分布。带有分别根据第一和第二半密集线图案310和320的图案的第一和第二掩模可以用于获得隔行交错。两个图案相对于掩模上的一个或多个相同的(等价的)对齐标记定位，使得相对于相同的对齐标记，在一个掩模上的特征位置与另一掩模上的特征位置很好的相关。然而，例如因为两个掩模图案采用相同的工具并以在它们之间的短的时间间隔被写或印刷，所以提供在两个掩模之间的特征位置的合适的相关性可以使得线的宽度上的误差在相对于对齐标记的相同位置上出现。这产生其中所有相邻的印刷线的宽度大于名义宽度(指粗线)的区域、以及所有相邻的印刷线的宽度小于名义宽度的其它区域。类似的印刷线宽度误差可能由成像设备的成像参数的系统变化和/或横跨像场或目标部分的曝光剂量的系统变化引起。
对于其上所有线的宽度大于名义宽度的区段，当通过提供隔行交错的线完成双重图案化工艺时可能在线之间更容易出现短路。为了降低在具有粗线的区域上出现短路的风险，在第二次曝光过程中待隔行交错的线优选地以宽度小于名义宽度的线被印刷。通过在第二次曝光步骤中采用不同性质的抗蚀剂，正如在任何实施例中，CD响应(即，响应掩模图案特征的尺寸误差和/或印刷工艺误差的印刷线宽的偏差)相对于第一次曝光被反转，导致短路概率的实质降低。
尽管在本文中可以做出特定的参考，将所述光刻设备用于制造IC，但应当理解，这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如，集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器、薄膜磁头的制造等。对于普通的技术人员，应该理解的是，在这种替代应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、度量工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
尽管以上已经作出了特定的参考，在光学光刻的情况中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以用于其他应用中，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。
所述光刻设备也可以是其中衬底的表面浸没在具有相对高的折射率的液体(例如水)中的类型，以便填充投影系统的最终元件和衬底之间的空隙。浸没液也可以应用到光刻设备中的其他空隙，例如，在图案形成装置和投影系统的第一元件之间的空隙。浸没技术是用于增加投影系统的数值孔径的本领域内的公知技术。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外辐射(例如具有约365、248、193、157或126nm的波长)和极紫外辐射(例如具有在5-20nm范围内的波长)。
尽管以上已经表述了特定的实施例，但是应当理解，本发明可以以与上述不同的方式实现。在任何实施例中，顶层114例如可以是无机的底部抗反射涂料，或置于衬底上的硬掩模，而替代由BARC形成的层114。硬掩模例如可以是氧化物层或氮化物层，例如SiON或SiN或TiN。应当理解，用于对第一辐射敏感材料进行显影的显影液是基础溶液。层114可以是对具有基础属性的显影液敏感的任何材料。
本发明可以采取包含一个或更多机器可读指令序列的计算机程序的形式，来描述上述公开的方法，或者采取具有在其中存储的这种计算机程序的数据存储介质的形式(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。尤其，根据本发明的实施例，提供一种包括记录在计算机可读介质上的指令的计算机程序，所述指令适应于控制光刻单元800以实现器件制造方法，所述方法按所述顺序包括：在衬底W的表面112上提供第一辐射敏感材料层；以包括从表面突出并由表面112的未覆盖部分分隔的第一和第二特征段的图案310对所述层进行图案化；将表面调整工艺410应用到表面的未覆盖部分，以增强至第二辐射敏感材料的第三特征段的表面的附着力；将第二辐射敏感材料层提供给表面的未覆盖部分；以包括相对于第一和第二特征段设置在隔行交错位置上并且从表面112的未覆盖部分突出的第三特征段的图案320，对第二辐射敏感材料层进行图案化，其中所述第一、第二和第三特征段设置用于结合提供所需图案的一部分。
以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对本发明进行修改。

Claims (17)

1.一种光刻器件制造方法，包括步骤：
以包括从表面突出的并被表面的未覆盖部分分隔的第一和第二特征段的图案，对第一辐射敏感材料层进行图案化，所述第一辐射敏感材料层被设置成至少部分地覆盖衬底表面；
将第二辐射敏感材料层提供给表面的未覆盖部分；
以包括相对于第一和第二特征段设置在隔行交错位置上并且从表面的未覆盖部分突出的第三特征段的图案，对第二辐射敏感材料层进行图案化，所述第三特征段被设置用于结合第一和第二特征段、以提供所需图案的一部分，
其中所述方法还包括步骤：
在提供第二辐射敏感材料层之前和对第一辐射敏感材料层进行图案化之后，将表面调整工艺应用到表面的未覆盖部分，以增强第三特征段至表面上的附着力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表面调整工艺被设置用于改变表面的未覆盖部分的极性、酸性或极性和酸性。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述表面调整工艺包括将衬底暴露给酸。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述酸是氢氟酸或乙酸。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述表面调整工艺包括将衬底暴露给基于碳氟化合物的等离子体或基于含氢的碳氟化合物的等离子体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述表面是底部抗反射涂层、无机底部抗反射涂层或置于衬底上的硬掩模的表面。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述第二辐射敏感材料具有与第一辐射敏感材料的性质相反的性质。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述第一辐射敏感材料为正型，而所述第二辐射敏感材料为负型。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括在提供第二辐射敏感材料层之前和对第一辐射敏感材料层进行图案化之后，使衬底经历硬烘烤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述硬烘烤在高于200开氏度的温度下执行。
11.一种光刻单元，包括光刻设备、多个工艺设备和用于控制光刻设备和工艺设备的控制单元，其中，所述多个工艺设备包括设置用于增强第二辐射敏感材料的第三特征段至衬底表面的未覆盖部分上的附着力的表面调整设备，所述表面调整设备置于第一辐射敏感材料的第一和第二特征段之间。
12.根据权利要求11所述的光刻单元，其中，所述表面调整设备与酸、氢氟酸或乙酸的供给装置相连。
13.根据权利要求11所述的光刻单元，其中，所述表面调整设备被设置用于将衬底暴露给基于碳氟化合物的等离子体或基于含氢的碳氟化合物的等离子体。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的光刻单元，其中，所述表面调整设备被包括在与光刻投影设备相连和与光刻投影设备一起使用的轨道中。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的光刻单元，其中，所述控制单元包括具有在其中存储的指令的存储介质，以使得光刻单元能够实现一种方法，所述方法按所述顺序包括步骤：
将第一辐射敏感材料层提供到衬底的表面上；
以包括从表面突出并由表面的未覆盖部分分隔的第一和第二特征段的图案对所述层进行图案化；
将表面调整工艺应用到表面的未覆盖部分，以增强至第二辐射敏感材料的第三特征段的表面的附着力；
将第二辐射敏感材料层提供给表面的未覆盖部分；
以包括相对于第一和第二特征段设置在隔行交错的位置上且从表面的未覆盖部分突出的第三特征段的图案，对第二辐射敏感材料层进行图案化，且其中，所述第一、第二和第三特征段设置用于结合提供所需图案的一部分。
16.根据权利要求15所述的光刻单元，其中，所述第二辐射敏感材料具有与第一辐射敏感材料的性质相反的性质。
17.一种包括记录在计算机可读介质上的指令的计算机程序产品，所述指令适用于控制光刻单元以实现器件制造方法，所述方法按所述顺序包括步骤：
将第一辐射敏感材料层提供到衬底表面上；
以包括从表面突出并被表面的未覆盖部分分隔的第一和第二特征段的图案，对该层进行图案化；
将表面调整工艺应用到表面的未覆盖部分，以增强至第二辐射敏感材料的第三特征段的表面上的附着力；
将第二辐射敏感材料的层提供到表面的未覆盖部分；
以包括相对于第一和第二特征段置于隔行交错位置上且从表面的未覆盖部分突出的第三特征段的图案，对第二辐射敏感材料层进行图案化，且其中所述第一、第二和第三特征段设置用于结合提供所需图案的一部分。
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