CN101427348B - 用于降低图案中的最小间距的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于降低图案的最小间距的方法。通过掩模使衬底上的光刻胶暴露于辐射下。所述掩模具有分隔一定距离的特征。生成具有第一辐射曝光度、第二辐射曝光度和第三辐射曝光度的光刻胶部分。采用第一化学试剂将具有第一辐射曝光度的光刻胶部分从衬底上选择性地去除。采用第二化学试剂将具有第二辐射曝光度的光刻胶部分从衬底上选择性地去除。保留具有第三辐射曝光度的光刻胶部分，从而在衬底上形成图案。所述图案的特征之间的距离至少比所述掩模的特征之间的距离小两倍。

Description

用于降低图案中的最小间距的方法 
技术领域
本发明的实施例总体涉及微电子器件制造领域。更具体而言，本发明的实施例涉及用于降低在微电子衬底上形成的图案的间距的方法。 
背景技术
微电子器件产业采用各种光刻技术在微电子衬底上建立限定微电子器件和电路的图案。采用这些光刻技术对沉积在微电子衬底(例如半导体衬底)上的光敏材料(“光刻胶”)进行构图。通过含有图案的掩模透射的光照射到所述光刻胶上。典型地，对于正性(positive tone)光刻胶而言，在显影过程中将经曝光的光刻胶区域去除，而未曝光的光刻胶区域仍然保留在所述衬底上。对于负性(negative tone)光刻胶而言，在显影过程中将未曝光的光刻胶区域去除，而经曝光的光刻胶区域仍然保留在所述衬底上。也就是说，光刻胶材料的选择性光敏度使人们能够将图案从掩模转移到衬底上。典型地，通过光刻系统而从掩模转移到衬底上的图案的特征的中心之间的最小距离(间距)限定了构图分辨率。 
一般而言，即使采用例如相移掩模和偏轴照明等分辨率增强技术而从掩模转移到衬底上的图案的最小间距也是与光波长除以用于光刻的构图工具的有效数值孔径的比率成比例的。一般认为，物理上能够采用现有的光刻工具获得的最小半间距(Lmin)如下： 
Lmin＝0.25λ/NA      (1) 
其中，λ是光波长，NA是构图工具的有效数值孔径。一种用于降低所述最小间距，从而印刷更小的图案特征的方法是采用更短的曝光波长将图案的图像投射到衬底上。例如，极紫外光刻法(EUVL)是光刻技术之一，其采用了具有大致处于10纳米(“nm”)到14nm的范围内的短波长的辐射(“光”)，所述辐射能够实现尺寸小于100nm的特征的印刷。另一种缩小最小间距，并印刷更小的图案特征的方式是采用具有更高的有效数值孔径的 构图工具。 
图1A-1B示出了采用正性光刻胶的典型光刻构图。如图1A所示，在衬底101上沉积正性光刻胶102。通过掩模103使光刻胶102暴露于光107下。掩模103具有透明部分104和形成图案的不透明特征108，如图1A所示。图1A示出了不透明特征108之间的距离(间距)109。透明部分104将光107透射至光刻胶102。不透明特征108防止光107透射到光刻胶102。图1A示出了具有暴露于光107下的部分105和未暴露于光107下的部分106的光刻胶102。如图1A所示，将掩模特征108成像到光刻胶102上，以生成对应的光刻胶特征106。 
图1B是与图1A类似的图示，其示出了去除正性光刻胶102的经曝光部分105之后的情况。如图1B所示，未曝光的部分106仍然保留在衬底101上，并且形成了从掩模103转移到衬底101上的图案。如图1A-1B所示，将掩模特征108成像到光刻胶102上，以生成对应的光刻胶特征(部分106)。如图1A-1B所示，由掩模103的特征108之间的间距109决定部分106之间的间距110。 
图2A-2B示出了采用负性光刻胶202的典型光刻构图。如图2A所示，在衬底201上沉积负性光刻胶202。通过掩模203使光刻胶202暴露于光207下。掩模203具有形成图案的透明部分204和不透明部分208，如图2A所示。图2A示出了透明特征204之间的距离(间距)209。透明特征204将光207透射到光刻胶202上。不透明部分208防止光207透射到光刻胶202上。图2A示出了光刻胶202，其具有暴露于光207下的部分205和未暴露于光207下的部分206。如图1A所示，将掩模特征204成像到光刻胶202上，以生成对应的光刻胶特征205。 
图2B是与图2A类似的图示，其示出了去除负性光刻胶202的未曝光部分206之后的情况。如图2B所示，未曝光部分206保留在衬底201上，并形成了从掩模203转移到衬底201上的图案。如图2A-2B所示，将掩模特征204成像到光刻胶202上，以生成对应的光刻胶特征(部分205)。如图2A-2B所示，由掩模203的特征204之间的间距209决定部分205之间的间距210。
附图说明
图1A示出了采用正性光刻胶的光刻构图； 
图1B是与图1A类似的图示，其示出了去除正性光刻胶的经曝光部分之后的情况； 
图2A示出了采用负性光刻胶的典型光刻构图； 
图2B是与图2A类似的图示，其示出了去除负性光刻胶的未曝光部分之后的情况； 
图3示出了根据本发明的一个实施例的从掩模转移到衬底上的图案； 
图4A示出了根据本发明的一个实施例的沉积于衬底上的光刻胶； 
图4B示出了与图4A类似的图示，其示出了沉积于衬底上的通过掩模暴露于辐射下的光刻胶； 
图4C是与图4B类似的图示，其示出了采用第一化学试剂从衬底上选择性地去除了具有高辐射曝光度(exposure)的光刻胶部分之后的情况； 
图4D是与图4C类似的图示，其示出了采用第二化学试剂从衬底上选择性地去除了具有低辐射曝光度的光刻胶部分之后的情况； 
图5A示出了形成具有多种尺寸的图案特征的一个实施例； 
图5B是与图5A类似的图示，其示出了从衬底选择性地去除了具有高辐射曝光度和低辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分之后的情况； 
图6A示出了形成具有多种尺寸的图案特征的另一实施例； 
图6B是与图6A类似的图示，其示出了从衬底选择性地去除了具有高辐射曝光度和低辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分之后的情况； 
图7A示出了根据本发明的另一实施例以中等强度在衬底上的光刻胶上形成图像； 
图7B是与图7A类似的图示，其示出了从衬底选择性地去除了具有高辐射曝光度和低辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分之后的情况； 
图8A示出了根据本发明的另一实施例以中等强度在衬底上的光刻胶上形成图像； 
图8B是与图8A类似的图示，其示出了从衬底选择性地去除了具有高辐射曝光度和低辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分之后的情况； 
图9A示出了沉积于衬底(未示出)上的光刻胶的一个实施例的顶视图；
图9B是与图A类似的图示，其示出了设置于光刻胶之上的掩模； 
图9C是类似于图9B的图示，其示出了使光刻胶通过掩模暴露于辐射下之后的情况； 
图9D是与图9C类似的图示，其示出了使剩余部分通过另一掩模暴露于额外辐射之下； 
图9E是与图9D类似的图示，其示出了在使衬底上的具有中等辐射曝光度的部分保持原样的同时选择性地去除了具有高辐射曝光度和低辐射曝光度的光刻胶部分之后的情况。 
具体实施方式
在下述说明中，将阐述例如具体材料、元件尺寸以及工艺条件(例如，温度、压强、时间和波长)等的各种具体细节，从而提供对本发明的一个或多个实施例的透彻理解。但是，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在无需这些具体细节的情况下实施本发明的所述一个或多个实施例。在其他情况下，为了避免对本说明书造成不必要的混淆，没有详尽描述半导体制造过程、技术、材料、设备等。凭借所提供的说明，本领域技术人员将能够在不需要过度的实验的情况下实现适当的功能。 
尽管对本发明的某些示范性实施例进行了描述，并在附图中示出，但是应当理解，这样的实施例只是示范性的，其不对本发明具有限定性，因而本发明不限于图中和文中给出的具体构造和布置，因为本领域技术人员能够想到各种修改。 
通篇引用的“一个实施例”、“另一实施例”或“实施例”是指在本发明的至少一个实施例中包含了与所述实施例相关的特定特征、结构或特点。因而，文中的不同位置出现的词组“在一个实施例中”或“在实施例中”未必都是指同一实施例。此外，可以在一个或更多实施例中通过任何适当的方式结合所述特定特征、结构或特点。 
此外，本发明的各个方面并非体现为单个公开实施例的所有特征。因而，在此将权利要求书明确包含到具体实施方式内，其中，每一权利要求本身代表本发明的独立的实施例。尽管针对几个实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到本发明不限于所描述的实施例，可以借助落在 所附权利要求的精神和范围内的修改和变更来实施本发明。因而，应当将说明书视为是示范性的，而非限制性的。 
这里，描述了对于指定光刻工具和掩模而言，用于降低能够转移到衬底上的图案的最小间距的方法。对经曝光的例如光刻胶的感光材料进行多重化学处理被用于实现缩小两倍的光刻间距。 
通过掩模使衬底上的光刻胶暴露于辐射下。所述掩模具有分隔一定距离的特征。生成具有第一辐射曝光度、第二辐射曝光度和第三辐射曝光度的光刻胶部分。采用第一化学试剂将具有第一辐射曝光度的光刻胶部分从衬底上选择性地去除。采用第二化学试剂将具有第二辐射曝光度的光刻胶部分从衬底上选择性地去除。具有第三辐射曝光度的光刻胶部分保留在衬底上以形成具有特征的图案。形成于衬底上的图案的特征之间的距离至少比掩模的特征之间的距离小两倍。 
图3示出了根据本发明的一个实施例的从掩模转移到衬底上的图案。采用掩模303使沉积于衬底301上的光刻胶302暴露于来自光刻系统(未示出)的辐射源的辐射320下。如图3所示，掩模303具有以(“间距”)309作为周期性间隔的不透明特征310和透明部分304。对于一个实施例而言，光刻胶302是正性光刻胶。对于另一个实施例而言，光刻胶302是负性光刻胶。例如，典型地，可以在90-150C的温度下，在60到120秒的时间内，通过旋涂以及随后的曝光前烘焙在衬底301上形成光刻胶302。在微电子器件制造领域，在衬底上沉积光刻胶是本领域技术人员公知的。曝光导致了光刻胶302的化学变化。一般而言，正性光刻胶具有因曝光而被去保护的聚合物。在一个实施例中，曝光导致正性光刻胶中产生酸，所述酸改变所述正性光刻胶的溶解度。也就是说，由于曝光和酸的存在改变了正性光刻胶的溶解度。对于负性光刻胶而言，曝光导致了聚合物分子的交联，这将改变负性光刻胶的溶解度。负性光刻胶也可以含有影响负性光刻胶的溶解度的酸。 
图3示出了借助光刻系统的掩模303和辐射320在光刻胶302中产生的辐射曝光度轮廓305和响应轮廓306。如图3所示，对应于透明部分304的部分312接收高辐射曝光度320，对应于不透明特征310的部分313接收低辐射曝光度320，对应于不透明特征310的边缘的部分314接收中等辐射 曝光度320。如图3所示，光刻胶302的部分315的轮廓306高于上阈值308，部分313的轮廓306低于下阈值309，部分314的轮廓306处于较低阈值309和较高阈值308之间。 
在一个实施例中，轮廓306是正性光刻胶302中的被去保护的聚合物的化学浓度，其与辐射曝光度305成比例，如图3所示。在另一实施例中，轮廓306是与辐射曝光度成比例的光刻胶302中的酸的浓度。在另一实施例中，对于负性光刻胶302而言，轮廓306是与辐射曝光度305成比例的交联聚合物的浓度，如图3所示。在另一实施例中，轮廓306是与辐射曝光度305成比例的负性光刻胶302中的平均聚合物分子量，如图3所示。 
在一个实施例中，上阈值308对应于在向光刻胶施加第一化学试剂时光刻胶302的第一溶解度阈值。在一个实施例中，下阈值308对应于在向光刻胶施加第二化学试剂时光刻胶302的第二溶解度阈值，在下文中将进行更为详细的说明。在一个实施例中，对应于透明部分304的光刻胶302的部分312具有高辐射曝光度305，采用第一化学试剂将其从衬底301上选择性地去除。采用第二化学试剂将具有低辐射曝光度305的光刻胶302的部分313从衬底301上选择性地去除。如图3所示，对应于不透明特征310的边缘的部分314具有中等曝光度320，其在衬底301上保持原样。在下文中将参考图4更为详细地说明采用不同的化学试剂将光刻胶302的部分312和313选择性地去除，同时使部分314在衬底301上保持原样。 
在一个实施例中，对于光刻胶302的部分312而言，表示光刻胶302中酸的浓度的轮廓306高于酸浓度的上阈值308。在一个实施例中，酸浓度的上阈值308是光刻胶302的酸水平溶解度阈值。例如，如果正性光刻胶302的酸浓度高于酸浓度的上阈值308，那么在施加第一化学试剂时，所述正性光刻胶将变得可溶解，在下文中将参考图4进行更为详细的说明。在一个实施例中，对应于不透明特征310的光刻胶302的部分313具有低辐射曝光度305，其酸浓度的轮廓306低于酸浓度的下阈值309，如图3所示。在一个实施例中，酸浓度的下阈值309是光刻胶302的另一酸水平溶解度阈值。例如，如果正性光刻胶302中的酸浓度低于酸浓度的下阈值309，那么在施加第二化学试剂时，所述正性光刻胶将变得可溶解，在下文中将参考图4对其予以更为详细的说明。在一个实施例中，正性光刻胶302具有 大约处于30％-60％的透明场酸水平的范围内的上酸浓度阈值以及大约处于10-25％的透明场酸浓度的范围内的下酸浓度阈值。在一个实施例中，将透明场酸浓度定义为彻底暴露至辐射下的光刻胶的酸水平。在另一实施例中，将透明场酸浓度定义为在所有的PAG(光酸生成剂)材料都与辐射发生了反应，从而生成了酸类物质时的酸浓度。由于特征310的边缘导致的光320的衍射，将形成具有中等辐射曝光度的部分314，如图4所示。在一个实施例中，具有中等辐射曝光度305的光刻胶302的部分314具有处于上酸浓度阈值和下酸浓度阈值309之间的酸浓度。采用第一化学试剂将具有高曝光度的部分312从衬底上选择性地去除，在下文中将参考图4进行更为详细的说明。采用第二化学试剂将具有低曝光度的部分313从衬底上选择性地去除，在下文中将参考图4进行更为详细的说明。具有中等辐射曝光度的部分314保留在衬底301上，以形成通过掩模303和所述光刻系统转移的图案。 
如图3所示，针对每一个掩模特征310制成了两个光刻胶特征(部分314)，因而衬底301上的图案特征的数量加倍。因此，光刻胶特征(具有中等曝光度的部分314)的中心之间的距离(“间距”)310变得比掩模303的特征310之间的距离310小两倍，如图3所示。 
图4A示出了根据本发明的一个实施例的沉积于衬底401上的光刻胶402。在一个实施例中，衬底401包括半导体，例如，单晶硅、锗或任何其他半导体。在备选实施例中，衬底401包括任何能够制造集成电路、无源(例如，电容器、电感器)和有源(例如，晶体管、光电检测器、激光器、二极管)微电子器件的材料。衬底401可以包括将这样的有源和无源微电子器件与形成于其顶部之上的一个或多个导电层隔开的绝缘材料。在一个实施例中，衬底401是p型单晶硅(“Si”)衬底，其包括一个或多个绝缘层，例如，二氧化硅、氮化硅、蓝宝石和其他绝缘材料。可以通过旋涂在衬底401上形成光刻胶402。在一个实施例中，在衬底401上形成厚度大约处于0.001微米(“μm”)到0.5μm的范围内的光刻胶402。在衬底上沉积光刻胶是微电子器件制造领域的普通技术人员公知的。接下来，对光刻胶402进行烘焙，从而将光刻胶材料固化到衬底401上。在一个实施例中，在大约处于90℃到180℃的范围内的温度下对衬底401上的光刻胶402烘焙大约 50-120秒。 
在一个实施例中，光刻胶402是正性光刻胶。在另一实施例中，光刻胶402是负性光刻胶。在一个实施例中，光刻胶402是极紫外光刻(“EUVL”)光刻胶。在一个实施例中，光刻胶402包括含氟聚合物。在另一实施例中，光刻胶402包括含有硅的聚合物。在一个实施例中，光刻胶402包括羟基苯乙烯和/或丙烯酸单体，从而在光刻胶暴露于辐射下时提供酸根。一般而言，光刻胶402的材料的选择取决于具体的微电子器件工艺应用。例如，光刻胶402的材料的选择取决于指定辐射波长下的光刻胶的透射特性。在备选实施例中，针对辐射波长对光刻胶402进行优化，例如，所述辐射波长可以是365nm、248nm、193nm、157nm和13nm。在一个实施例中，光刻胶402为193nm光刻胶，例如，其可以是日本的Sumitomo Chemical公司提供的PARXXX以及日本的JSR公司提供的ARXXXJN和ARXXXXJ。在另一实施例中，光刻胶402是248nm光刻胶，其包括来自美国的以前被称为Shipley公司的Rohm and Haas Electronic Materials的apex-e以及来自日本的Tokyo Ohka Kogyo(TOK)公司的TOKXXX。在另一实施例中，光刻胶402是248nm光刻胶和13nm光刻胶。 
图4B示出了与图4A类似的图示，其示出了沉积于衬底上的通过掩模暴露于辐射下的光刻胶。如图4B所示，掩模403具有避免辐射407透射至光刻胶402的不透明特征410和将辐射透射至光刻胶402的透明部分404。在一个实施例中，掩模403是EUV掩模。典型地，由于几乎所有的材料都吸收极紫外辐射，因而EUVL中采用的掩模是反射掩模。所述用于将图案转移到晶片上的反射掩模在某些区域内对辐射进行反射，在掩模的其他区域内对辐射进行吸收。典型的EUVL反射掩模基板(blank)包括沉积在衬底上的镜子，其中，所述镜子由硅和钼的交替布置的层构成，从而使对光的反射率达到最大。EUVL掩模基板的镜子涂覆有吸收材料层。通过特定的方式对所述吸收材料进行构图，以生成EUVL掩模。对于微电子器件制造领域的普通技术人员而言EUVL掩模是公知的。 
在一个实施例中，掩模403是二元掩模或者玻璃上铬掩模。在另一实施例中，掩模403是交替相移掩模。交替相移掩模具有这样的部分，通过对该部分进行蚀刻，从而在掩模的相邻部分(孔隙)之间建立半波长相位 差。在另一实施例中，掩模403是嵌入式相移掩模(又称为衰减相移掩模或半调(half-tone)相移掩模)，其中，采用膜在通过了所述膜的光和仅通过了所述掩模衬底上的透明区域的光之间建立半波长相位差以及透射差。 
由可以是微电子器件制造领域的普通技术人员所公知的任何步进机或扫描仪的光刻系统(未示出)的辐射源提供辐射(“光”)407。所述光刻系统可以是任何类型的采用了(例如)365nm、248nm、193nm、157nm和13nm的辐射波长的系统。例如，可以采用法向入射光以及例如环形照明、四极照明和偶极照明的偏轴照射光来照射掩模403。这些照明方法以及采用掩模对光刻胶进行曝光的方法是微电子器件制造领域的普通技术人员公知的。 
如图4所示，采用掩模403透射的辐射407在光刻胶402中形成了一个或多个部分405、一个或多个部分406以及一个或多个部分408。如图4A所示，对应于掩模403的不透明特征410的部分406具有对辐射407的低曝光度，对应于掩模403的透明部分404的部分405具有对辐射407的高曝光度，对应于掩模403的不透明特征410的边缘的部分408具有对辐射407的中等曝光度。由于由特征410的边缘导致的辐射407的衍射，形成了具有中等辐射曝光度的部分408。在一个实施例中，如果采用掩模403将100％的入射辐射407透射至光刻胶402，那么光刻胶402的辐射曝光度为1，如果将0％的入射辐射407透射至光刻胶402，那么光刻胶的曝光度为0。在一个实施例中，具有高辐射曝光度的光刻胶部分405接收入射辐射407的大约0.5(50％)或更多，具有低辐射曝光度的光刻胶部分406接收入射辐射407的0.15(15％)以下；具有中等辐射曝光度的光刻胶部分408接收大约0.15(15％)到大约0.5(50％)的入射辐射407。在一个实施例中，对辐射407的高曝光度将光刻胶402的部分405中的酸的浓度提高到比上酸浓度阈值高的水平。上浓度阈值是光刻胶402的第一溶解度阈值。在一个实施例中，在正性光刻胶402的部分405内的酸的浓度提高到高于光刻胶的第一溶解度阈值(例如，酸浓度阈值)的水平时，如果施加第一化学试剂，那么正性光刻胶部分405将变得可溶解，在下文中将进行更为详细的说明。在另一实施例中，在正性光刻胶402的部分405内的被去保护的聚合物的化学浓度提高到高于光刻胶的第一溶解度阈值(例如，酸浓度阈值)的水平时，如果施加第一化学试剂，那么正性光刻胶部分405将变得 可溶解，在下文中将进行更为详细的说明。在另一实施例中，在负性光刻胶402的部分405内的交联聚合物的浓度提高到高于所述光刻胶的第一溶解度阈值的水平时，如果施加第一化学试剂，那么所述负性光刻胶部分405将变得可溶解，在下文中将进行更为详细的说明。在另一实施例中，在负性光刻胶402的部分405内的平均聚合物分子量提高到高于所述光刻胶的第一溶解度阈值的水平时，如果施加第一化学试剂，那么所述负性光刻胶部分405将变得可溶解，在下文中将进行更为详细的说明。 
在正性光刻胶402的低辐射曝光度部分406中，酸的浓度和/或去保护的聚合物的化学浓度低于所述光刻胶的下溶解度阈值(例如，酸浓度阈值)。在施加第二化学试剂时，所述正性光刻胶部分406将变得可溶解，在下文中将进行更为详细的说明。在另一实施例中，在负性光刻胶402的部分405内的交联聚合物的浓度和/或平均聚合物分子量低于所述光刻胶的第二溶解度阈值时，如果施加第一化学试剂，那么所述负性光刻胶部分402将变得可溶解，在下文中将进行更为详细的说明。 
典型地，所述第一溶解度阈值和所述第二溶解度阈值由光刻胶的材料决定。中等辐射曝光度光刻胶部分408的酸浓度大约处于所述第一溶解度阈值和所述第二溶解度阈值之间。也就是说，在向所述光刻胶402施加第一化学试剂和第二化学试剂中的每一种时，所述中等辐射曝光度光刻胶部分408不可溶解。接下来，对经曝光的光刻胶402进行烘焙，以增强由光诱发的化学变化。在一个实施例中，在大致处于60℃到150℃的范围内的温度下对经曝光的光刻胶402烘焙大约50-120秒。 
图4C是与图4B类似的图示，其示出了采用第一化学试剂从衬底401上选择性地去除了具有高辐射曝光度的光刻胶部分405之后的情况。在一个实施例中，用于选择性地去除正性光刻胶402的部分405的第一化学试剂包括碱性物质(base)，例如，碱、胺。在一个实施例中，用于选择性地去除正性光刻胶402的部分405的第一化学试剂包括四甲基氢氧化铵(“TMAH”)。在一个实施例中，将含有位于衬底401上的正性光刻胶402的晶片浸入到含有第一化学试剂的显影溶液内，以去除可溶解的部分405，之后使其干燥。对于微电子器件制造领域的普通技术人员而言，在显影溶液中对光刻胶402进行显影，以去除可溶解的部分是公知的。在一个实施 例中，在室温和室压下，在例如四甲基氢氧化铵(“TMAH”)等的液体显影溶液中对形成于半导体衬底401上的经曝光的正性EUV光刻胶402进行大约50秒到100秒的显影，从而选择性地去除具有高酸浓度的部分405。如图4C所示，在采用第一化学试剂对光刻胶402显影之后，具有低辐射曝光度的部分406和具有中等辐射曝光度的部分408仍然保留在衬底401上。 
图4D是与图4C类似的图示，其示出了采用第二化学试剂从衬底401上选择性地去除了具有低辐射曝光度的光刻胶部分406之后的情况。在一个实施例中，用于从衬底401选择性地去除正性光刻胶402的部分406的第二化学试剂包括超临界溶液(“流体”)，例如，超临界CO2溶液(“sc CO2”)等。超临界流体具有特有的属性，例如，与气体相当的高扩散性、能够通过操纵压力和温度条件而控制的类似于液体的密度。一般而言，超临界溶液显影涉及将光刻胶放置到具有超临界流体的高压室内，在所述室内通过调整压力和温度实现最佳性能。所述超临界流体可以含有用于改善显影过程的其他材料。例如，scCO2溶液可以含有CO2相容盐(“CCS”)络合物。例如，CO2相容盐络合物是所有的一般表达式为L3RN+X-的铵盐，其中，至少一个L含有例如硅氧烷或氟烷基的CO2相容基团，R是短链(C6或更低的)烃，X是从碘化物、氢氧化物和羧化物基团中选出的阴离子。在一个实施例中，CCS络合物是L3MeN+C-(A)，其包括不对衬阳离子和羧化物阴离子。可以将除了盐之外的其他材料(例如，乙醇)与CO2混合。在一个实施例中，将含有位于衬底401上的光刻胶402的晶片放置到光刻胶显影室(未示出)内。使光刻胶显影室达到一定压强。一般而言，通过改变所述室内的压强，能够控制进入所述室内的气体的类型和量。例如二氧化碳的气体在压力作用下进入了所述室内。为了在显影过程中对化学反应起到催化作用，可以向所述气体添加例如CO2相容盐的其他材料。可以在所述气体之前将这些材料添加到所述室内，或者可以将这些材料与所述气体一起添加到所述室内。在一个实施例中，采用CO2相容盐在超临界CO2溶液内对衬底401上的正性光刻胶402进行显影，从而将部分406从衬底401去除。在一个实施例中，在环境条件下，将CO2相容盐添加到含有晶片的室内，其中，所述晶片具有位于衬底401上的光刻胶402，之后，在例如4000psi的预定压强下将CO2气体添加到所述室内。CCS在以预定压强添 加CO2的同时立即溶解，从而形成了超临界CO2溶液。在一个实施例中，CO2中的CCS的浓度大约处于1毫摩尔(“mM”)到大约20mM之间。典型地，超临界CO2溶液在光刻胶402的显影过程中发挥着类似于液体的作用，以去除部分406。在对光刻胶402进行了预定时间(例如，3分钟)的显影之后，降低超临界CO2溶液所受的压力，使之再次变成CO2气体。采用纯CO2冲洗所述室，从而将光刻胶402和sc CO2之间的化学反应的产物从衬底401上去除。在一个实施例中，在所述室内的压强大约处于2000psi到8000psi的范围内、温度大约处于40℃到100℃的范围内时，采用CO2相容盐在超临界CO2溶液内对正性光刻胶402进行显影，从而将部分406从由单晶硅构成的衬底401上去除。显影时间可能从大约1分钟到大约10分钟。在另一实施例中，在所述室内的压强大约为4000psi、温度大约为50℃时，采用CO2相容盐在超临界CO2溶液内对正性光刻胶402进行显影，从而从由单晶硅构成的衬底401上去除部分406。 
在另一实施例中，用于去除负性光刻胶402的高曝光度部分405的第一化学试剂包括sc CO2溶液。可以通过与上文相对于正性光刻胶所描述的方式相类似的方式向负性光刻胶施加含有CO2相容盐的sc CO2溶液。在另一实施例中，用于选择性地去除负性光刻胶402的低曝光度部分406的第二化学试剂包括碱性物质，例如，碱、胺。在另一实施例中，用于去除负性光刻胶402的低曝光度部分406的第二化学试剂包括TMAH。对于微电子器件制造领域的普通技术人员而言，对负性光刻胶的低曝光度部分进行显影是公知的。 
如图4D所示，选择性地去除了具有高曝光度的光刻胶部分和具有低曝光度的光刻胶部分，因而只有具有中等曝光度的光刻胶部分407仍保留在衬底401上。 
由于每一掩模特征的图像具有两个从低光强到高光强的过渡区域，因而所得到的光刻胶图案的特征数量将是掩模图案的特征数量的两倍。如图4D所示，对于掩模403的不透明特征410和透明部分404之间的每一个光强摆动而言，将产生两个光刻胶特征(部分407)。 
部分407之间的间距412至少比掩模403的特征410之间的间距410小两倍，如图4D所示。在一个实施例中，具有中等光强度的部分407之间 的间距412大约处于5nm到30nm的范围内。上文相对于图4C和图4D描述的用于采用第一化学试剂选择性地去除具有高辐射曝光度的部分405以及采用第二化学试剂选择性地去除具有低辐射曝光度的部分406的这两个显影过程的顺序可以调换，而不会改变所得到的图案。在一个实施例中，在从衬底401去除具有低辐射曝光度的部分406之前，从衬底401选择性地去除具有高辐射曝光度的部分405。在另一实施例中，在从衬底401去除具有低辐射曝光度的部分406之后，从衬底401选择性地去除具有高辐射曝光度的部分405。 
图5A-5B示出了一个形成具有各种尺寸的图案特征的实施例。图5A示出了根据本发明的一个实施例的采用具有中等透射特征的掩模而以中等强度在衬底上的光刻胶上形成图像。如图5A所示，掩模503具有不透明特征504、透明部分505和处于透明部分505之间的中等透射特征506。图5A示出了由光刻系统的掩模503和辐射520在衬底501上的光刻胶502内生成的辐射曝光度轮廓510。如图5A所示，对应于透明部分505的与高辐射曝光度相对应的正性光刻胶502的部分507具有高于第一阈值512的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度。如图5A所示，对应于不透明特征504的具有低辐射曝光度的正性光刻胶502的部分508具有低于第二阈值511的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度。对应于不透明特征504的边缘的光刻胶502的部分509以及对应于中等透射特征506的光刻胶502的部分513具有中等辐射曝光度，并且具有处于第一阈值512和第二阈值511之间的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度，如图5A所示。第一和第二阈值512和511如参考图3和图4所述。 
在一个实施例中，中等透射掩模特征506包括只透射一部分入射辐射520的材料，从而使部分513的辐射曝光度大约处于入射辐射520的大约0.15到大约0.5之间。对于微电子器件制造领域的普通技术人员而言这样的材料是公知的。在一个实施例中，具有高辐射曝光度的光刻胶部分507接收入射辐射520的0.5或更多，具有低辐射曝光度的光刻胶部分508接收入射辐射520的不到0.15；具有中等辐射曝光度的光刻胶部分509和513接收入射辐射520的大约0.15到大约0.5。接下来，对经曝光的光刻胶502进行烘焙，以增强如上文参考图3-4所述的光诱导化学变化。
图5B是与图5A类似的图示，其示出了如上文参考图3和图4所描述的采用第一化学试剂从衬底501选择性地去除了具有高辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分507并且采用第二化学试剂从衬底501选择性地去除了具有低辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分508之后的情况。如图5B所示，通过掩模特征504的边缘处的辐射衍射，由中等辐射曝光度部分509在衬底501上生成了图案特征，这一点如上文参考图3和图4所述，同时通过中等透射掩模特征506，由中等辐射曝光度部分513在衬底501上建立了大的特征。照此，可以在衬底501上对具有多种尺寸的光刻胶特征进行构图。 
如图5B所示，部分509之间的间距514至少比特征504之间的间距516小两倍。在一个实施例中，间距514处于大约20nm到大约80nm之间。在一个实施例中，通过改变掩模503的中等透射特征506的尺寸519而对部分513的尺寸517进行调节。在一个实施例中，部分509的尺寸518小于30nm，部分513的尺寸517至少为40nm。 
微电子器件制造领域的普通技术人员将认识到，可以通过与上文参考图4所描述的采用第一化学试剂和第二化学试剂、借助负性光刻胶的类似的方式来应用上文参考图5A-5B所描述的方法。 
图6A-6B示出了另一形成具有多种尺寸的图案特征的实施例。图6A示出了根据本发明的另一实施例的采用具有中等透射特征的掩模在衬底上的光刻胶上以中等强度形成图像。如图5A所示，掩模603具有不透明特征604、透明部分605和位于不透明特征604之间的中等透射区域606。图6A示出了通过光刻系统的掩模603和辐射620在衬底601上的光刻胶602中产生的辐射曝光度和酸浓度的轮廓610。如图6A所示，对应于透明部分605的与高辐射曝光度对应的正性光刻胶602的部分607具有高于第一阈值612的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度。如图6A所示，对应于不透明特征604的具有低辐射曝光度的正性光刻胶602的部分608具有低于第二酸浓度阈值611的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度。如图6A所示，对应于不透明特征604的边缘的正性光刻胶602的部分609和对应于中等透射特征606的光刻胶602的部分613具有中等辐射曝光度，并且具有处于第一阈值612和第二阈值611之间的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度。第一和第二阈值612和611如参考图3和图4所述。
如图6A所示，通过掩模特征604的边缘处的辐射620的衍射在部分609内产生中等辐射曝光度，并且通过中等透射掩模特征606在部分613内建立中等辐射曝光度。在一个实施例中，中等透射掩模特征606包括只透射一部分入射辐射620的材料，从而使部分613的辐射曝光度大约处于入射辐射620的0.15到0.5之间。对于微电子器件制造领域的普通技术人员而言这样的材料是公知的。在一个实施例中，具有高辐射曝光度的光刻胶部分607接收入射辐射620的0.5或更多，具有低辐射曝光度的光刻胶部分608接收入射辐射620的不到0.15；具有中等辐射曝光度的光刻胶部分609和613接收入射辐射620的大约0.15到大约0.5。接下来，对经曝光的光刻胶602进行烘焙，以增强如上文参考图3-4所述的光诱导化学变化。 
图6B是与图6A类似的图示，其示出了如上文参考图3和图4所述的采用第一化学试剂从衬底601选择性地去除了具有高辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分607并且采用第二化学试剂从衬底601选择性地去除了具有低辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分608之后的情况。如图6B所示，通过掩模特征604的边缘处的辐射衍射，由中等辐射曝光度部分609在衬底601上建立图案特征，这一点如上文参考图3和图4所述，同时由中等辐射曝光度部分613在衬底601上建立大的特征，该中等辐射曝光度部分613由中等透射掩模特征606制成。照此，可以在衬底601上对具有多种尺寸的光刻胶特征进行构图。可以通过改变掩模603的中等透射特征606的尺寸619来调节部分613的尺寸617。在一个实施例中，部分609的尺寸618小于30nm，部分613的尺寸617至少为40nm。 
微电子器件制造领域的普通技术人员将认识到，可以通过与上文参考图4描述的采用第一化学试剂和第二化学试剂、借助负性光刻胶的类似的方式来应用上文参考图6A-6B描述的方法。 
图7A-7B示出了另一形成具有多种尺寸的图案特征的实施例。图7A示出了根据本发明的另一实施例以中等强度在衬底上的光刻胶上形成图像。如图7A所示，掩模703具有不透明特征704、透明部分705和设置在透明部分705之间的不透明特征706。不透明特征706具有宽度717，该宽度717小到足以通过使辐射720在特征706的边缘发生衍射而使光刻胶702的部分713具有中等辐射曝光度。图7A示出了通过光刻系统的掩模703和 辐射720在衬底701上的光刻胶702内产生的辐射曝光度以及酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度的轮廓710。如图7A所示，对应于透明部分705的接收高辐射曝光度的光刻胶702的部分707具有高于第一阈值712的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度。如图7A所示，对应于不透明特征704的接受低辐射曝光度的光刻胶702的部分708具有低于第二阈值711的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度。如图7A所示，对应于不透明特征704的边缘的光刻胶702的部分709和对应于不透明特征707的光刻胶702的部分713具有中等辐射曝光度，并且具有处于第一阈值712和第二浓度阈值711之间的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度。第一和第二阈值712和711如参考图3和图4所述。如图7A所示，分别通过辐射720在掩模特征704的边缘和掩模特征706的边缘发生的衍射在部分709和713内生成了中等辐射曝光度。在一个实施例中，具有高辐射曝光度的光刻胶部分707接收入射辐射720的0.5或更多，具有低辐射曝光度的光刻胶部分708接收入射辐射720的不足0.15；具有中等辐射曝光度的光刻胶部分709和713接收入射辐射720的大约0.15到大约0.5。接下来，对经曝光的光刻胶702进行烘焙，以增强如上文参考图3-4所述的光诱导化学变化。 
图7B是与图7A类似的图示，其示出了如上文参考图3和图4所述的采用第一化学试剂从衬底701选择性地去除了具有高辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分707并且采用第二化学试剂从衬底701选择性地去除了具有低辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分708之后的情况。如图7B所示，分别通过辐射在掩模特征704和706的边缘发生的衍射而由中等辐射曝光度部分709和713在衬底701上生成了图案特征。如图7B所示，部分709之间的间距714至少比特征704之间的间距716小两倍。在一个实施例中，间距714处于大约20nm到大约80nm之间。在一个实施例中，通过改变不透明特征706的尺寸717来对部分713的尺寸718进行调节。 
微电子器件制造领域的普通技术人员将认识到，可以通过与上文参考图4描述的采用第一化学试剂和第二化学试剂、借助负性光刻胶的类似的方式来应用上文参考图7A-7B描述的方法。 
图8A-8B示出了另一形成具有多种尺寸的图案特征的实施例。图8A示出了根据本发明的另一实施例的以中等强度在衬底上的光刻胶上形成图 像。如图8A所示，掩模803具有不透明特征804、透明部分805和设置在不透明部分804之间的透明特征806。透明特征806具有宽度817，该宽度817小到足以通过使辐射820从特征806的边缘发生衍射而使光刻胶802的部分813受到中等辐射曝光度。图8A示出了通过光刻系统的掩模803和辐射820在衬底801上的光刻胶802内产生的辐射曝光度以及酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度的轮廓810。对应于透明特征805的接受高辐射曝光度的光刻胶802的部分807具有高于第一阈值812的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度，如图8A所示。对应于不透明特征804的接受低辐射曝光度的光刻胶802的部分808具有低于第二阈值811的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度，如图8A所示。对应于不透明部分804的边缘的光刻胶802的部分809和对应于透明特征806的光刻胶802的部分813具有中等辐射曝光度，并且具有处于第一阈值812和第二阈值811之间的酸浓度和/或去保护聚合物的化学浓度，如图8A所示。第一和第二阈值812和811如参考图3和图4所述。如图8A所示，分别通过辐射820在掩模特征804的边缘和掩模特征806的边缘处的衍射而在部分809和813内产生了中等辐射曝光度。在一个实施例中，具有高辐射曝光度的光刻胶部分807接收入射辐射820的0.5或多，具有低辐射曝光度的光刻胶部分808接收入射辐射820的不足0.15，具有中等辐射曝光度的光刻胶部分809和813接收入射辐射820的大约0.15到大约0.5。接下来，对经曝光的光刻胶802进行烘焙，以增强上文参考图3-4描述的光诱发化学变化。 
图8B是与图8A类似的图示，其示出了如上文参考图3和图4所述的采用第一化学试剂从衬底801选择性地去除了具有高辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分807并且采用第二化学试剂从衬底801选择性地去除了具有低辐射曝光度的经曝光的光刻胶部分808之后的情况。如图8B所示，分别通过辐射在掩模特征804和806的边缘处的衍射而由中等辐射曝光度部分809和813在衬底801上生成图案特征。可以通过改变透明特征806的尺寸817来调节部分813的尺寸818。 
微电子器件制造领域的普通技术人员将认识到，可以通过与上文参考图4描述的采用第一化学试剂和第二化学试剂、借助负性光刻胶的类似的方式来应用上文参考图8A-8B描述的方法。 
图9A-9E示出了在显影处理之前采用第二光刻胶曝光，以去除残余光刻胶部分的方法的一个实施例。图9A示出了如上文参考图3-7所述的沉积于衬底(未示出)上的光刻胶902的一个实施例的顶视图。图9B是与图9A类似的图示，其示出了如上文参考图3-7所述的设置在光刻胶902上的掩模901。采用掩模901使光刻胶902暴露于辐射(未示出)下，以生成如上文参考图3-7所述的具有高辐射曝光度、低辐射曝光度和中等辐射曝光度的部分，其中掩模901包括不透明特征904和透明部分903。 
图9C是与图9B类似的图示，其示出了采用掩模901使光刻胶902暴露于辐射下之后的情况。如图9C所示，光刻胶902具有有着中等辐射曝光度的部分905。如图9C所示，具有中等辐射曝光度的部分905包括不需要的残余中等辐射曝光度光刻胶部分913，其位于长的中等辐射曝光度部分914(图案特征)的边缘。部分913是因辐射在掩模901的特征904的边缘发生衍射而生成的。 
图9D是与图9C类似的图示，其示出了通过另一掩模906使残余的中等辐射曝光度部分913暴露于额外的辐射下。掩模906具有使残余部分913暴露于额外辐射下的透明特征907。使残余部分913通过透明特征907暴露于额外辐射下能够将部分913转化为如上文参考图3-7所述的酸浓度高于上酸浓度阈值的高辐射曝光度部分。在采用掩模901和掩模906使光刻胶902暴露于辐射下之后，对光刻胶902进行烘焙，以增强如上文参考图3-4所述的光诱发化学变化。 
图9E是与图9D类似的图示，其示出了如上文参考图3-4所述的采用第一化学试剂选择性地去除了具有高辐射曝光度的光刻胶部分，采用第二化学试剂选择性地去除了具有低辐射曝光度的光刻胶部分，同时使具有中等辐射曝光度的部分在衬底上保持原样的情况。如图9E所示，由具有中等辐射曝光度的部分914形成的具有间距910的图案保留在衬底920上。图案间距910至少比掩模特征904之间的间距911小两倍，如图9B和图9E所示。 
在上述说明中，已经参考本发明的具体示范性实施例对本发明进行了描述。显然，在不背离权利要求限定的范围更宽的本发明的精神和范围的情况下，可以对其做出各种修改。因此，应当从说明的意义上而不是从限 定的意义上来看待说明书和附图。

Claims (19)

1.一种方法，包括：
采用掩模使形成于衬底上的光刻胶暴露于辐射下，以形成一个或多个第一光刻胶部分、一个或多个第二光刻胶部分以及一个或多个第三光刻胶部分；
采用第一化学试剂从所述衬底去除所述一个或多个第一光刻胶部分；以及
采用第二化学试剂从所述衬底去除所述一个或多个第二光刻胶部分，其中，在采用所述第一化学试剂去除所述第一光刻胶部分以及在采用所述第二化学试剂去除所述第二光刻胶部分的同时，使所述第三光刻胶部分保留在所述衬底上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一化学试剂包括碱性物质。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二化学试剂包括超临界溶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光刻胶是正性光刻胶。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光刻胶是负性光刻胶。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一光刻胶部分暴露于所述辐射的至少50％下，所述第二光刻胶部分暴露于所述辐射的不足15％下，所述第三光刻胶部分暴露于所述辐射的15％到50％之间下。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一光刻胶部分具有高于上酸浓度阈值的酸浓度，所述第二光刻胶部分具有低于下酸浓度阈值的酸浓度，所述第三光刻胶部分具有处于所述上酸浓度阈值和所述下酸浓度阈值之间的酸浓度。
8.一种用于使图案特征倍增的方法，包括：
通过第一掩模使形成于衬底上的光刻胶暴露于第一辐射下，以形成具有第一辐射曝光度的第一光刻胶部分、具有第二辐射曝光度的第二光刻胶部分和具有第三辐射曝光度的第三光刻胶部分，其中，所述第三辐射曝光度低于所述第一辐射曝光度且高于所述第二辐射曝光度，所述第一掩模具有第一特征和透射一部分入射辐射的第一透射区域；
采用第一化学试剂从所述衬底去除所述第一光刻胶部分；以及
采用第二化学试剂从所述衬底上去除所述第二光刻胶部分，其中，在采用所述第一化学试剂去除所述第一光刻胶部分以及在采用所述第二化学试剂去除所述第二光刻胶部分的同时，使所述第三光刻胶部分保留在所述衬底上，从而形成具有第二特征的第一图案。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二特征的数量至少是所述第一特征的数量的两倍。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一化学试剂包括碱性物质。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二化学试剂包括超临界溶液。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括：
通过调节所述第一透射区域的第二尺寸来调节所述第三部分中的至少一个的第一尺寸。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括：
通过第二掩模使所述光刻胶暴露于第二辐射下，从而在所述光刻胶中形成第二图案。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述光刻胶是正性光刻胶。
15.一种用于降低图案间距的方法，包括：
采用掩模使衬底上的光刻胶暴露于辐射下，以形成一个或多个具有第一酸浓度的第一光刻胶部分、一个或多个具有第二酸浓度的第二光刻胶部分以及一个或多个具有第三酸浓度的光刻胶部分；
采用第一化学试剂对所述光刻胶进行显影，从而选择性地去除所述第一光刻胶部分；
采用第二化学试剂对所述光刻胶进行显影，从而选择性地去除所述第二光刻胶部分，其中，在采用所述第一化学试剂去除所述一个或多个第一光刻胶部分以及在采用所述第二化学试剂去除所述一个或多个第二光刻胶部分的同时，使所述一个或多个第三光刻胶部分保留在所述衬底上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一酸浓度高于上酸浓度阈值，所述第二酸浓度低于下酸浓度阈值，所述第三酸浓度处于所述上酸浓度阈值和所述下酸浓度阈值之间。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一光刻胶部分暴露于所述辐射的至少50％下，所述第二光刻胶部分暴露于所述辐射的不足15％下，所述第三光刻胶部分暴露于所述辐射的15％到50％之间下。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一化学试剂包括碱性物质。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二化学试剂包括超临界溶液。
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