CN101655669A

CN101655669A - 一种厚光阻的多重曝光方法

Info

Publication number: CN101655669A
Application number: CN200910055190A
Authority: CN
Inventors: 陈蕾; 赖强; 鲍晔; 胡林; 周孟兴
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2010-02-24

Abstract

本发明提供一种用于厚光阻的多重曝光方法，属于光刻技术领域。本发明曝光方法中，通过N(N为大于或等于2的整数)次曝光对厚光阻的同一预定区域曝光，每次曝光的曝光能量小于厚光阻单次曝光的光刻技术的曝光能量的N分之一。使用该发明的曝光方法对厚光阻进行曝光时，具有成像质量高、光刻机寿命长的特点。

Description

一种厚光阻的多重曝光方法

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，具体涉及一种厚光阻的多重曝光方法。

背景技术

在半导体制造技术领域中，光刻技术广泛应用。光刻技术用于对晶圆表面的薄膜的图案的构图成型，其一般包括光阻(PR)涂覆、曝光、显影等工序。对表面涂覆光阻的晶圆进行曝光后，被曝光部分的光阻在显影液中的溶解度改变，从而可以在显影过程中露出光阻的目标图案。因此，在曝光过程中需要对光阻充分曝光，以改变光阻的化学性质、进而改变其在显影液的溶解度。

现有技术中，在不同的半导体制程中，为适应特殊制程需要，某些光刻步骤中通常需要涂覆比较厚的光阻来曝光；例如，0.13um工艺节点的制程中，有时需要涂覆的光阻的厚度在6um或6um以上，而一般的光阻的厚度在2um或2um以下，我们定义这种大于或等于一般厚度值三倍的光阻为“厚光阻”。

图1所示为现有技术的厚光阻的曝光方法示意图。如图1所示，厚光阻13涂覆于晶圆14之上，光刻机的曝光光线通过掩膜版11、曝光系统的棱镜12后聚焦于厚光阻13上。图1中示意性地给出了曝光光线路径，为实现光阻的均匀曝光，曝光光线聚焦于光阻的平面15上(如图1中所示的焦点F1、F2)，曝光光线聚焦的焦点位置是由光刻系统的焦深参数决定的。平面15为平行于晶圆上表面的平面，基本位于厚光阻13的正中间。现有技术图1所示的曝光方法的缺点是：(1)由于光阻的厚度太厚，一次需要极高的曝光能量(Dose)，这容易导致成像镜头由发热效应膨胀，进一步引发对准精度下降、成像质量恶化，长期用于对厚光阻曝光时，会降低透镜的使用寿命；(2)厚光阻受焦深影响，其上下表面的曝光程度有所差异，导致光阻显影后形成的曝光图案的侧壁非常倾斜，从而影响光刻的曝光精度。图2为采用图1所示曝光方法曝光显影后的厚光阻的示意图，如图2所示，13b为带曝光图案的光阻，其侧壁垂直度不佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，避免使用高曝光能量条件对厚光阻曝光并提高曝光形成的光阻图案的侧壁形状的垂直度。

为解决以上技术问题，本发明提供的多重曝光方法，用于对晶圆上的厚光阻曝光，通过N次曝光对厚光阻的同一预定区域进行曝光，每次曝光的曝光能量小于或等于对所述厚光阻仅作单次曝光的光刻技术的曝光能量的N分之一；其中所述N为大于或等于二的整数。

根据本发明提供的多重曝光方法，其中，所有曝光过程中，掩膜版位置固定，实现对厚光阻的同一预定区域曝光。

每次曝光的焦深参数可以相同。

每次曝光的焦深参数可以按照曝光的顺序依次增大。

作为较佳实施例技术方案，所述多重曝光方法为双重曝光方法，所述N等于2。每次曝光的曝光能量均等于厚光阻单次曝光光刻技术的曝光能量的二分之一。第一次曝光的曝光能量等于厚光阻单次曝光光刻技术的曝光能量的二分之一，第二次曝光的曝光能量小于第一次曝光的曝光能量。在第一次曝光的焦深参数条件下，曝光的焦平面与晶圆的上表面之间的距离为厚光阻的厚度的四分之三；在第二次曝光的焦深参数条件下，曝光的焦平面与晶圆的上表面之间的距离为厚光阻的厚度的四分之一。

在又一实施例技术方案中，所述多重曝光方法为三重曝光方法，所述N等于3。，所述第一次曝光的曝光能量、第一次曝光的曝光能量和第一次曝光的曝光能量均等于厚光阻单次曝光光刻技术的曝光能量的三分之一。在第一次曝光的焦深参数条件下，曝光的焦平面与晶圆的上表面之间的距离为厚光阻的厚度的六分之五；在第二次曝光的焦深参数条件下，曝光的焦平面与晶圆的上表面之间的距离为厚光阻的厚度的二分之一；在第三次曝光的焦深参数条件下，曝光的焦平面与晶圆的上表面之间的距离为厚光阻的厚度的六分之一。

本发明的技术效果是，由于曝光能量相对厚光阻单次曝光光刻技术的曝光能量减小，可有效避免由光刻机成像镜头的发热效应导致的膨胀，从而保证光刻机长期使用后的对准精度和成像质量，延长光刻机的使用寿命；另一方面由于多次曝光过程中分别采用不同的焦深参数，使曝光光线分别聚焦于厚光阻的不同厚度部分，可以改善厚光阻曝光图案的侧壁形状。因此，使用该发明的曝光方法对厚光阻进行曝光时，具有成像质量高、光刻机寿命长的特点。

附图说明

图1是现有技术的厚光阻的曝光方法示意图；

图2是采用图1所示曝光方法曝光显影后的厚光阻的示意图；

图3是本发明提供的第一实施例多重曝光方法的第一步示意图；

图4是本发明提供的第二实施例多重曝光方法的第二步示意图；

图5是采用第一实施例多重曝光方法曝光显影后的厚光阻的示意图；

图6是本发明提供的第二实施例多重曝光方法的第一步示意图；

图7是本发明提供的第二实施例多重曝光方法的第二步示意图；

图8是本发明提供的第二实施例多重曝光方法的第三步示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图3所示为本发明提供的第一实施例多重曝光方法的第一步示意图。如图3所示，该发明提供的曝光方法用于对晶圆24上的厚光阻23曝光，当光阻的厚度大于或者等于一般光阻厚度的3倍时，我们定义为“厚光阻”。该实施例是针对0.13um工艺节点的光刻技术。在0.13um工艺节点下的光刻技术中，一般光阻厚度小于2um，图3中厚光阻23的厚度C0为6um。需要说明的是，不同工艺节点，其一般光阻厚度是有所变化的。曝光光线通过掩膜版21、光刻系统的棱镜22聚焦于厚光阻23的平面25a。其中，曝光光线的曝光能量D1小于图1所示现有技术对厚光阻仅作单次曝光的光刻技术的曝光能量D0，在该实施例中，D1约为D0的二分之一，曝光能量可以通过现有技术的光刻机进行参数调整设置，曝光光线的具体类型不受本发明限制。掩膜版21上预先制作了图案，曝光光线可以通过掩膜版21将掩膜版的图案转移至光阻23上。图中示意性地给出了曝光光线的曝光过程的路径，F1和F2为其中的两个焦点，通过设置光刻机的焦深参数，在第一焦深参数条件下，所有焦点(包括F1和F2)聚焦于平面25a，平面25a在该次曝光中为焦平面。其中，平面25a为平行于晶圆24的上表面的平面，在该实施例中，平面25a距晶圆的上表面的距离C1为C0的四分之三；当然本发明的C1值不仅限于此，C1大于C0值的二分之一即可。通过以上限定，能够更好地实现在曝光能量D1的条件下对预定区域的厚光阻上半部分进行充分曝光。

图4所示为本发明提供的第一实施例多重曝光方法的第二步示意图。完成图3所示的第一步后，掩膜版21不动，继续对厚光阻23的同一预定区域进行曝光。在该步骤中，通过对光刻机进行调整，以第二焦深参数条件进行曝光。如图4所示，在该焦深参数条件下，所有焦点(包括F3和F4)聚焦于平面25b，平面25b在该次曝光中为焦平面，其中，平面25b为平行于晶圆24的上表面的平面，在该实施例中，平面25b距晶圆的上表面的距离C2为C0的四分之一；在其它实施例中，C1至少小于C0值的二分之一。另外，在该实施例中，曝光光线的曝光能量与第一步中的曝光能量D1基本相同。通过以上限定，能够实现在曝光能量D1的条件下对预定区域的厚光阻下半部分进行充分曝光。在其它实施例中，该步骤中的曝光能量D2可以小于第一步中的曝光能量D2，只要能够更好地实现对厚光阻下半部分进行充分曝光即可。

由上述可知，第一实施例中公开了对厚光阻的双重曝光的方法，其中，由于曝光能量D1相对现有技术的曝光能量大大减小，可有效避免由光刻机成像镜头的发热效应导致的膨胀，从而保证光刻机长期使用后的对准精度和成像质量，延长光刻机的使用寿命；另一方面，在该实施例中，在两次曝光过程中分别采用不同的焦深参数，使曝光光线分别聚焦于厚光阻的不同纵向位置的平面上，可以改善厚光阻曝光图案的侧壁形状；图5是采用第一实施例多重曝光方法曝光显影后的厚光阻的示意图，对比图2和图5所示，23b为带曝光图案的光阻，其侧壁垂直度相对更好。因此该发明的曝光方法对光刻机和成像质量两方面都有显著效果。

本实施方式中进一步提供厚光阻三重曝光的方法。

图6所示为本发明提供的第二实施例多重曝光方法的第一步示意图；如图6所示，该发明提供的曝光方法用于对晶圆34上的厚光阻33曝光，当光阻的厚度大于或者等于一般光阻厚度的3倍时，我们定义为“厚光阻”。该实施例是针对0.13um工艺节点的光刻技术。在0.13um工艺节点下的光刻技术中，一般光阻厚度小于2um，图6中厚光阻33的厚度C0为9um。需要说明的是，不同工艺节点，其一般光阻厚度是有所变化的。曝光光线通过掩膜版31、光刻系统的棱镜32聚焦于厚光阻33的35a平面。其中，曝光光线的曝光能量D1小于图1所示现有技术单次曝光方法的曝光能量D0，在该实施例中，D1约为D0的三分之一，曝光能量可以通过现有技术的光刻机进行参数调整设置，曝光光线的具体类型不受本发明限制。掩膜版31上预先制作了图案，曝光光线可以通过掩膜版31将掩膜版的图案转移至光阻33上。图中示意性地给出了曝光光线的曝光过程的路径，F1和F2为其中的两个焦点。通过设置光刻机的焦深参数，在第一焦深参数条件下，所有焦点(包括F1和F2)聚焦于平面35a，平面35a在该次曝光中为焦平面。平面35a为平行于晶圆34的上表面的平面。在该实施例中，平面35a距晶圆的上表面的距离C1为C0的六分之五；当然本发明的C1值不仅限于此，C1大于C0值的三分之二即可。通过以上限定，能够更好地实现在曝光能量D1的条件下对预定区域的厚光阻的上表面的三分之一部分进行充分曝光。

图7所示为本发明提供的第二实施例多重曝光方法的第二步示意图；完成图6所示的第一步后，掩膜版31位置固定，继续对厚光阻33的同一预定区域进行曝光。在该步骤中，通过对光刻机进行调整，以第二焦深参数条件进行曝光。如图7所示，在该焦深参数条件下，所有焦点(包括F3和F4)聚焦于平面35b，平面35b在该次曝光中为焦平面，其中，平面35b为平行于晶圆34的上表面的平面，在该实施例中，平面35b距晶圆的上表面的距离C2为C0的二分之一。另外，在该实施例中，曝光光线的曝光能量与第一步中的曝光能量D1基本相同。通过以上限定，能够更好地实现在曝光能量D1的条件下对预定区域的厚光阻的中部分的三分之一厚度进行充分曝光。在其它实施例中，该步骤中的曝光能量D2可以稍微小于第一步中的曝光能量D2。

图8所示为本发明提供的第二实施例多重曝光方法的第三步示意图；完成图7所示的第二步后，掩膜版31位置固定，继续对厚光阻33的同一预定区域进行曝光。在该步骤中，通过对光刻机进行调整，以第二焦深参数条件进行曝光。如图8所示，在该焦深参数条件下，所有焦点(包括F5和F6)聚焦于平面35c，平面35c在该次曝光中为焦平面，其中，平面35c为平行于晶圆34的上表面的平面，在该实施例中，平面35c距晶圆的上表面的距离C3为C0的六分之一。另外，在该实施例中，曝光光线的曝光能量与第一步中的曝光能量D1基本相同。这通过以上限定，能够更好地实现在曝光能量D1的条件下对预定区域的厚光阻的下表面部分的三分之一厚度进行充分曝光。在其它实施例中，该步骤中的曝光能量D2可以稍微小于第一步中的曝光能量D2。

至此，第二实施例的多重曝光方法结束。

需要说明的是，根据光阻厚度值的变化，可以增加曝光的次数。第二实施例的曝光方法与第一实施例的曝光方法相比，适合于更厚的光阻的曝光。但是，需要注意的是，随着曝光次数增加，其生产效率相对下降。因此，较多情况下，采用两重或者三重的曝光方法。

进一步部需要说明的是，以上实施例的曝光方法中，每次曝光的焦深参数是不相同地。在其它实施例中，也可以采用焦深参数相同的方式进行多次曝光。由于每次曝光的曝光剂量远小于仅作单次曝光的光刻技术的曝光能量，可有效避免由光刻机成像镜头的发热效应导致的膨胀，从而保证光刻机长期使用后的对准精度和成像质量，延长光刻机的使用寿命；在光刻胶的成像质量方面，具有一定改善作用，但效果相对没有第一、第二实施例明显。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims

1.一种多重曝光方法，用于对晶圆上的厚光阻曝光，其特征在于，通过N次曝光对厚光阻的同一预定区域进行曝光，每次曝光的曝光能量小于或等于对所述厚光阻仅作单次曝光的光刻技术的曝光能量的N分之一；其中所述N为大于或等于二的整数。

2.根据权利要求1所述的多重曝光方法，其特征在于，每次曝光的焦深参数相同。

3.根据权利要求2所述的多重曝光方法，其特征在于，每次曝光的焦深参数按照曝光的顺序依次增大。

4.根据权利要求1所述的多重曝光方法，其特征在于，所有曝光过程中，掩膜版位置固定，实现对厚光阻的同一预定区域曝光。

5.根据权利要求1所述的多重曝光方法，其特征在于，所述多重曝光方法为双重曝光方法，所述N等于2。

6.根据权利要求4所述的多重曝光方法，其特征在于，每次曝光的曝光能量均等于厚光阻单次曝光光刻技术的曝光能量的二分之一。

7.根据权利要求4所述的多重曝光方法，其特征在于，第一次曝光的曝光能量等于厚光阻单次曝光光刻技术的曝光能量的二分之一，第二次曝光的曝光能量小于第一次曝光的曝光能量。

8.根据权利要求3所述的多重曝光方法，其特征在于，在第一次曝光的焦深参数条件下，曝光的焦平面与晶圆的上表面之间的距离为厚光阻的厚度的四分之三；在第二次曝光的焦深参数条件下，曝光的焦平面与晶圆的上表面之间的距离为厚光阻的厚度的四分之一。

9.根据权利要求1所述的多重曝光方法，其特征在于，所述多重曝光方法为三重曝光方法，所述N等于3。

10.根据权利要求9所述的多重曝光方法，其特征在于，所述第一次曝光的曝光能量、第一次曝光的曝光能量和第一次曝光的曝光能量均等于厚光阻单次曝光光刻技术的曝光能量的三分之一。

11.根据权利要求9所述的多重曝光方法，其特征在于，在第一次曝光的焦深参数条件下，曝光的焦平面与晶圆的上表面之间的距离为厚光阻的厚度的六分之五；在第二次曝光的焦深参数条件下，曝光的焦平面与晶圆的上表面之间的距离为厚光阻的厚度的二分之一；在第三次曝光的焦深参数条件下，曝光的焦平面与晶圆的上表面之间的距离为厚光阻的厚度的六分之一。