CN101923285B - 光刻方法和布置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光刻方法和布置。所述光刻方法包括：使第一材料层在辐射束下曝光以便在第一层中形成第一图案特征，第一图案特征具有侧壁；并且控制所述辐射束的聚焦特性以控制所述侧壁的侧壁角度；在第一图案特征上形成第二材料层以在第一图案的侧壁上形成覆盖层；去除第二层的一部分，在所述第一图案的侧壁上留下所述第二材料层的覆盖层；去除由第一层形成的第一图案，在衬底上留下在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层的所述第二层的至少一部分，所述第二层留在衬底上的所述部分在与被去除的第一图案特征的侧壁的位置邻近的位置上形成第二图案特征。

Description

光刻方法和布置
技术领域
本发明涉及一种光刻方法和布置。所述光刻布置可以是或可以包括如下所述的光刻设备。
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成与所述IC的单层一致的电路图案，并且将该图案成像到到具有辐射敏感材料(抗蚀剂)的层的衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。通常，单个衬底将包含连续地曝光的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓的步进机，在所述步进机中，通过将整个图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓的扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。
可以应用到衬底的图案特征的尺寸(例如线宽或临界尺寸)受形成用于在衬底上提供所述特征的辐射束的辐射的波长的限制。为了减小最小特征尺寸，因此可以采用较短波长的辐射。然而，实际应用中，将波长减小至例如电磁波光谱的极紫外范围内以便减小最小特征尺寸在技术上是困难的且昂贵的。因此，为了减小可以应用到衬底的特征尺寸，已经采用了不同的方法。一种减小应用到衬底的图案的特征尺寸的方法是两次图形化(double patterning)。“两次图形化”是广义的术语，其覆盖用于在衬底上提供例如尺寸或间隔不能由通过单次曝光和通过该曝光图案化的抗蚀剂的单次显影获得的间距分开的图案特征的多种技术。
两次图形化的一个示例是已知的双重曝光(double exposure)。双重曝光是采用两个不同的掩模(或已经偏移以便偏移将要应用到抗蚀剂的图案的目标位置的相同的掩模)对抗蚀剂的相同层的两次单独曝光的序列。衬底和/或掩模可以被移动远小于用于曝光抗蚀剂的辐射的波长的距离。在一个示例中，可以曝光抗蚀剂以提供第一图案。然后可以移动衬底和/或掩模并且采取第二次曝光以提供第二图案，同时确保第二图案的特征位于第一图案的特征之间(例如相间或交叉、交错)。第一图案和第二图案都单独地受到在每一次曝光中应用的辐射波长施加到最小图案特征尺寸上的相同的限制。然而，因为结合的第一和第二图案的图案特征彼此相间设置(例如相交叉或交错)，图案特征可以比使用仅一次曝光获得的图案特征相互较靠近。然而，这种方法的一个问题是第一和第二曝光必须精确地对准(或者，换句话说，覆盖或重叠)以确保在最终的结合的图案中的图案特征之间的间隔是所需的。这是难以可靠地且一致地实现的。
另一方法有时称为间隔物光刻工艺或自对准间隔物工艺(以及很多其他变体)。这种工艺包括在衬底上提供第一图案特征(或多于一个的第一图案特征)。如上所述，该第一图案特征的最小尺寸受到用于提供所述图案特征的辐射的波长带来的限制。然后在第一图案特征上提供材料，覆盖第一图案特征的侧壁。侧壁上的覆盖层已知作为间隔物，这种方法以其命名。然后第一图案特征本身被去除，但是位于侧壁上的材料保留。这种材料形成两个第二图案特征，它们由原始的第一图案特征的宽度分开。因此，代替单个第一图案特征，形成两个第二图案特征——第二图案特征例如接近原始第一图案特征的节距的一半。在不必减小所用辐射的波长的情况下使所述节距减半。
在间隔物光刻工艺中，仅采取单次曝光，并且不需要考虑与上面讨论的双重曝光工艺相关的对准或重叠要求。然而，在间隔物光刻工艺中面临不同的问题。例如，期望确保第二图案特征彼此具有相同的尺寸(例如相同的线宽)，并且确保第二图案特征相对于彼此是等距间隔的，以便保证提供到衬底上的图案是尽可能的规则和均匀。这是难以实现的。
发明内容
本发明旨在例如提供一种光刻方法和布置，其消除或减少现有技术中的一个或更多个问题，不管这些问题是否在本文中确定或别的地方确定。
根据本发明的第一方面，提供一种光刻方法，包括：在衬底表面上设置第一材料层；将所述第一材料层的一部分曝光在辐射束下，以便在所述第一材料层中形成第一图案特征，所述第一图案特征具有侧壁，并且控制所述辐射束的聚焦特性以控制所述侧壁的侧壁角度；在所述第一图案特征上设置第二材料层，所述第二材料层在所述第一图案特征的侧壁上设置覆盖层；去除所述第二材料层的一部分，在所述第一图案特征的侧壁上留下所述第二材料层的覆盖层；和去除由所述第一材料层形成的所述第一图案特征，在所述衬底上留下在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层的所述第二材料层的至少一部分，留在所述衬底上的所述第二材料层的所述部分在邻近被去除的第一图案特征的侧壁位置的位置上形成第二图案特征。
控制所述聚焦特性可以控制第一图案特征的侧壁的侧壁角度，由此影响在所述第一图案特征的所述侧壁上的所述第二材料层的覆盖层的尺寸。影响在所述第一图案特征的侧壁上的所述第二材料层的覆盖层的尺寸会导致影响在去除所述第一图案特征之后留在所述衬底上的所述第二材料层的所述至少一部分的尺寸。
除了控制所述辐射束的聚焦特性，所述方法可以包括控制由所述辐射束提供的辐射的剂量，以便控制所述第一图案特征的所述侧壁的侧壁角度。通过控制所述辐射束的聚焦特性可以实现所述剂量的改变。
可以响应于之前形成的第二图案特征的测量值、或之前形成的第二图案特征之间的间距执行对所述聚焦特性的控制。
如果所述第一图案特征是特定类型，则可以执行用于所述第一图案特征的所述聚焦特性的控制。
对所述衬底的一个或更多个特定区域而不是所述衬底的整个区域执行用于所述第一图案特征的所述聚焦特性的控制。
控制所述聚焦特性可以包括沿基本上垂直于所述衬底表面的方向控制所述聚焦特性。控制所述聚焦特性包括离开或朝向所述衬底表面移动所述聚焦特性。控制所述聚焦特性包括沿基本上垂直于所述衬底表面的方向扩展或减小所述聚焦特性。
所述聚焦特性是下列中的一个：提供辐射束的布置的焦距、所述辐射束的焦点以及所述辐射束的焦深。
所述方法可以包括形成多个第一图案特征以依次形成另一第二图案特征。
在去除由所述第一材料层形成的所述第一图案特征、在所述衬底上留下在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层的所述第二材料层的至少一部分、所述第二材料层留在所述衬底上的所述部分在与被去除的第一图案特征的侧壁位置邻近的位置上形成第二图案特征之后，所述方法包括：将所述第二图案特征转移到所述衬底。将第二图案特征转移到所述衬底可以表述成形成第三图案特征。正如本领域技术人员知道的，所述第三图案特征可以与所述第二图案特征在形状、尺寸、结构和/或取向方面一致。
根据本发明的第二方面，提供一种光刻布置，包括：用于提供辐射束的照射系统；用于支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用于将图案在所述辐射束的横截面赋予所述辐射束；用于保持衬底的衬底台；用于将图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上的投影系统；和控制器，其中在使用中所述光刻布置用于执行下述方法中的至少一部分：在所述衬底的表面上形成第一材料层；将所述第一材料层的一部分曝光在辐射束下，以便在所述第一材料层中形成第一图案特征，所述第一图案特征具有侧壁；在所述第一图案特征上形成第二材料层，所述第二材料层在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层；去除所述第二材料层的一部分，在所述第一图案特征的侧壁上留下所述第二材料层的覆盖层；去除由所述第一材料层形成的所述第一图案特征，在所述衬底上留下在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层的所述第二材料层的至少一部分，留在所述衬底上的所述第二材料层的所述部分在与被去除的第一图案特征的侧壁的位置邻近的位置上形成第二图案特征，并且在所述光刻布置被用于执行所述方法的至少一部分之前，所述控制器配置成接收与之前形成的第二图案特征的测量值或之前形成的第二图案特征之间的间距相关的信息，以及在所述方法期间，所述控制器配置成控制所述光刻布置的至少一部分，以便控制所述辐射束的所述聚焦特性、以控制所述第一图案特征的侧壁的侧壁角度。
根据本发明的第三方面，提供使用本发明的第一或第二方面的光刻方法或布置制造的器件的至少一部分。
上述方面已经在控制用于提供图案特征的辐射束的聚焦特性以便控制图案特征的侧壁角度的情形中描述。对侧壁角度的控制被用于控制或在某种程度上控制第二图案特征和/或随后形成的第三图案特征的尺寸(例如，线宽)。在另一方面，辐射束的一个或更多个其他特性的控制可以用于控制用辐射束形成的第一图案特征的侧壁角度。替换地或附加地，任何合适的辐射束的特性可以被控制以改变第一图案特征的特性，其又会允许对第二图案特征以及随后形成的第三图案特征的尺寸(例如线宽)的一定程度的控制。例如，任何合适的辐射束的特性可以被控制以改变第一图案特征的轮廓线的特性。辐射束的特性可以是聚焦特性以外的其他特性。第一图案特征的特性可以是侧壁角度以外的其他特征。
因此，本发明的第四方面可以描述成一种光刻方法，包括：在衬底表面上形成第一材料层；将所述第一材料层的一部分曝光于辐射束、以便在所述第一材料层中形成第一图案特征，所述第一图案特征具有侧壁，并且控制所述辐射束的特性以控制第一图案特征的特性；在所述第一图案特征上形成第二材料层，所述第二材料层在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层；去除所述第二材料层的一部分，在所述第一图案特征的侧壁上留下所述第二材料层的覆盖层；去除由所述第一材料层形成的所述第一图案特征，在所述衬底上留下在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层的所述第二材料层的至少一部分，留在所述衬底上的所述第二材料层的所述部分在与被去除的第一图案特征的侧壁的位置邻近的位置上形成第二图案特征。被控制的辐射束的特性应该对第一图案特征的特性具有影响，其又会对随后形成的第二图案特征(以及随后形成的第三图案特征)的尺寸具有影响。
附图说明
下面仅通过示例的方式，参考附图对本发明的实施例进行描述，其中示意性附图中相应的标记表示相应的部件，在附图中：
图1示意地示出根据本发明实施例的光刻设备；
图2a到2h示意地示出间隔物光刻工艺的实施例；
图3a和3b示意地示出与参照图2a到2h示出并描述的工艺相关的曝光原理；
图4a到4c示意地示出根据本发明实施例的、与用于形成那些图案特征的辐射束的聚焦特性的改变相关的对图案特征的侧壁的侧壁角度的影响；
图5a到5g示意地示出根据本发明实施例的间隔物光刻工艺的一部分；
图6是示意地示出根据本发明实施例的用于形成第一图案特征的辐射束的焦点偏移和用该第一图案特征形成的第二图案特征的线宽之间的关系；和
图7示意地示出表示如何根据本发明实施例控制辐射束的聚焦特性的流程图。
具体实施方式
虽然本文具体参考了光刻设备用于IC制造，但是应该理解这里所述的光刻设备可以有制造具有微米尺度、甚至纳米尺度的特征的部件的其他应用，例如用于制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头等。本领域技术人员应该看到，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)、测量工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将这里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。
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(UV)辐射(例如具有或约为365、248、193、157或126nm、或更短的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如波长范围在5-20nm)。
这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、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的目标部分上的所需图案完全相符。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MA可以是透射式的或反射式的。图案形成装置MA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。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型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布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束；在这种方式中，所反射的束被图案化。
所述支撑结构MT或图案形成装置支撑结构保持图案形成装置MA。支撑结构MT或图案形成装置支撑结构以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置MA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MA。所述支撑结构MT可以采用机械的、真空的、静电的或其它例如真空条件下静电夹持的夹持技术保持图案形成装置MA。所述支撑结构MT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并且可以确保图案形成装置位于所需的位置处(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。
这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统，投影系统的类型可以包括折射型光学系统、反射型光学系统、反射折射型光学系统，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。
照射系统IL也可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、反射折射型光学部件，以引导、成形、或控制辐射，并且这些部件下文还可以统称为或简称为“透镜”。
光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的支撑结构)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。
光刻设备还可以是这种类型，其中衬底被浸入具有相对高的折射率的液体(例如水)中，以便填充投影系统的最终元件和衬底之间的空间。浸没技术用于增大投影系统的数值孔径在本领域是公知的。
图1示意地示出了根据本发明的一个特定实施例的光刻设备。所述光刻设备包括：
-照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束PB(例如，紫外(UV)辐射或极紫外(EUV)辐射)；
-支撑结构或图案形成装置支撑结构(例如支撑结构)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与用于相对于物体PL精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；
-衬底台(例如晶片台)WT，其构造成用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于相对于物体PL精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和
-投影系统(例如折射式投影透镜)PL，其配置成用于将由图案形成装置MA赋予辐射束PB的图案成像到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。
如这里所述，所述设备是透射型的(例如采用透射型掩模)。替换地，所述设备可以是反射型的(例如前面提到的采用可编程反射镜阵列的类型)。
所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源SO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，不会将该源考虑成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/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。在其它情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统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AM。通常，可以对所述照射器IL的光瞳平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可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。所述照射器提供调节的辐射束PB，该辐射束在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。
所述辐射束PB入射到保持在图案形成装置支撑结构MT上的所述图案形成装置(例如，掩模MA)上。已经穿过图案形成装置MA之后，所述辐射束PB通过透镜PL，所述透镜PL将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束PB的路径精确地定位掩模MA。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM和PW的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现物体台MT和WT的移动。然而，在步进机的情况下(与扫描器相反)，支撑结构MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。
可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中：
1.在步进模式中，在将图案形成装置支撑结构MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束PB的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT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，在对图案形成装置支撑结构MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束PB的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于图案形成装置支撑结构MT的速度和方向可以通过所述投影系统PL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动态曝光中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，将用于保持可编程图案形成装置的图案形成装置支撑结构MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束PB的图案投影到目标部分C上。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。这种操作模式可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)的无掩模光刻术中。
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。
正如上面讨论的那样，如果抗蚀剂层的单次曝光之后跟随着该抗蚀剂的显影，在该抗蚀剂中形成的任何图案的最小特征尺寸受到用于形成该图案的辐射的波长的限制。如果采取两次不同曝光，每次曝光的图案彼此相间定位(例如相交叉或交错)，最终的图案特征可以比单次曝光和单次抗蚀剂显影获得的图案特征彼此更靠近。然而，以这种方式设置图案面临对每次曝光的图案精确对准(例如覆盖或重叠)的问题。更好的(或至少是替换的)方法可能是使用间隔物光刻工艺，其不存在这种对准(或重叠)问题。这种间隔物光刻工艺在图2a到2h中示意地示出。
图2a示意地示出一个衬底。衬底可以与例如在图1中描述的衬底类似或相同。图2b示意地示出在衬底2的表面上提供第一材料层4。第一材料层4有时被称为牺牲层，因为该层将在工艺过程中稍后的阶段中被牺牲(去除)。第一材料层4暴露于辐射束(例如图案化辐射束)下，以便在第一材料层4中形成第一图案特征。然后第一材料层4被显影。图2c示出第一材料层已经被显影的第一衬底2。如图所示，第一图案特征6已经设置在衬底2上。第一图案特征6具有侧壁8。侧壁8沿基本上垂直于衬底2表面的方向延伸。
图2d示出第二材料层10设置在第一图案特征6上。第二材料层10覆盖第一图案特征6的侧壁8。第二材料层10通常被称为保形层(conformal layer)，因为第二材料层10与第一图案特征6的形状一致。
图2e示出：第二材料层的一部分被例如通过蚀刻或类似方法去除。第二材料层的覆盖层(coating)12被留(例如涂覆或覆盖层)在第一图案特征6的侧壁8上。保留在第一图案特征6的侧壁8上的第二材料层的覆盖层12通常(例如在目前所述的间隔物光刻工艺的工艺中)被称为间隔物。因此，可以理解，在整个说明书中术语“间隔物”被用来并且可以被用来描述第一图案特征6的侧壁8上的第二材料层的覆盖层。随后例如通过蚀刻或化学处理或类似方法去除第一图案特征6。
图2f示出已经去除第一图案特征。在去除第一图案特征后，留在衬底2上的是在第一图案特征(已经去除)的侧壁上形成覆盖层12的第二材料层的至少一部分。因此这种材料12在衬底2上与被去除的第一图案特征的侧壁的位置邻近的位置上形成第二图案特征12。下文中材料12被称为第二图案特征12。通过对比图2c和2f，可以看到图2f的第二图案特征12是图2c中的第一图案特征6的节距的一半。这种节距的减半不是通过减小用于提供这种图案特征的辐射波长来实现的，而是已经通过单次曝光之前和之后的合适的处理(例如提供和去除层)来实现的。
再参考图2f，示出不同的间距和宽度：S1是形成在单个第一图案特征的两侧的侧壁上的第二图案特征12之间的间距；S2是邻近相邻且不同的第一图案特征的侧壁而形成的第二图案特征12之间的间距；L1是邻近第一图案特征的第一侧壁形成的第二图案特征12的宽度(或换言之，线宽)；L2是邻近第一图案特征的相对的第二侧壁形成的第二图案特征的宽度(或换句话说，线宽)。
为了形成均匀构造和间隔的图案特征，期望S1等于S2，并且L1等于L2。从图2a到2f以及以上的描述可以认识到，间距S1主要由与第一图案特征6的形成相关的光刻过程(例如见图2b和2c)确定。间距S2也由与第一图案特征6的形成相关的光刻过程(例如见图2b和2c)确定，但是也与第二材料层10(如图2d所示)的提供和随后去除第二材料层10的一部分(见图2e)有关。第二图案特征12的线宽L1和L2由被提供(例如见图2d)并在随后去除第二材料层10的所述部分之后存在(见图2e)的第二材料层10的厚度确定。应该认识到，精确且一致地控制所有的确定间距S1、S2和L1、L2的过程是困难的，这意味着必然难以确保第二图案特征12是等间距地间隔并且具有相等宽度。
图2a到2f示出的过程可以继续。可以理解，在图2f中示出的第二图案特征需要转移到衬底2。图2g示出如何通过例如蚀刻或类似方法去除没有被第二图案特征12遮蔽的衬底2的区域。由第二图案特征12遮蔽的区域形成第三图案特征14，其由与衬底2相同的材料形成。然后例如通过蚀刻或类似方法去除第二图案特征12。图2h示出已经去除第二图案特征的衬底2。可以看到，第三图案特征14保留在衬底2上并且这些第三图案特征14的线宽L1、L2和第三图案特征14之间的间距S1、S2与在图2f中示出和所述的基本上相同。
再看图2b和2c，所述的辐射束用于在衬底上提供图案特征。图3a和3b示意地示出如何实施这个过程。参照图3a，衬底2示出具有第一材料层4。第一材料层4暴露到已经穿过图案形成装置(例如掩模)18以形成图案化的辐射束的辐射16(例如紫外辐射)下。应该认识到，可以使用任何合适的图案形成装置。在辐射束16下的曝光与随后的显影一起可以用于提供第一图案特征，如上面的参照图2c所述的。图3b示出形成在衬底2上的第一图案特征。当提供第一图案特征6，就知道将辐射束16聚焦到用来形成第一图案特征6的第一材料层上或内，或聚焦在图案特征的临界尺寸的敏感度对聚焦特性(例如辐射束的焦点)的改变最小的平面(相对于衬底的表面)上。这有助于确保第一图案特征6的侧壁8被良好地限定且基本上垂直于衬底2的表面延伸。
根据本发明实施例，用于形成第一图案特征的辐射束的聚焦特性可以被控制成控制第一图案特征的侧壁的侧壁角度。正如下面更详细地讨论的，聚焦特性的控制控制第一图案特征的侧壁的侧壁角度，由此影响随后形成在第一图案特征的侧壁上的第二材料层的覆盖层的尺寸(例如厚度或类似)。这又会影响在去除第一图案特征之后留在衬底上的第二材料层的所述至少一部分的尺寸，即影响第二图案特征的尺寸(例如线宽)。因此，根据本发明的实施例，第二图案特征的尺寸可以用光刻控制，与处理控制(例如层沉积或层去除)不同或与其结合。
下面将参照图4到7仅以示例的方式描述本发明的实施例。
图4a示意地示出衬底20。第一材料层已经形成到衬底20上，用辐射束曝光并且显影而形成第一图案特征22(基本上与图2a到2c介绍的相同)。第一图案特征22具有侧壁24。用于形成第一图案特征22的辐射束的一部分在图中用轮廓线26表示。轮廓线26可以例如表示在形成第一图案特征22(例如这些特征之间)的区域附近的辐射束(或辐射束的一部分)的强度分布。将会认识到，仅以示例的方式给出轮廓线26，并且仅作为帮助理解本发明的基本和示图辅助而被给出。在实际情况下，这种轮廓线可以更加复杂或不在图中示出的准确位置处。
轮廓线26提供辐射束的聚焦特性的表示。聚焦特性可以是形成辐射束的系统的焦距、辐射束的焦点或辐射束的焦深中的一个。通过控制沿基本上垂直于衬底表面的方向的聚焦特性可以控制聚焦特性。例如，聚焦特性可以离开或朝向衬底20的表面移动(例如焦点可以移动)，或在基本上垂直于衬底20的表面的方向上延伸或减小(例如焦深可以延伸或减小)。在图4a到4c中，这种控制由轮廓线26示出，朝向或离开衬底20移动。在其他示例(未示出)中，聚焦特性的改变(例如焦深的改变)可以由轮廓线26的形状沿基本上垂直于衬底20表面的方向延伸或压缩来表示。
再参照图4a，辐射束基本上聚焦在衬底20的表面上，意味着轮廓线26也居中位于衬底20的表面上。在该实施例中，当焦点位于这个位置上，第一材料层将最终在第一图案特征22上形成侧壁24的区域被基本上相等剂量的辐射曝光。这意味着侧壁24基本上垂直于衬底20的表面。这可以附加地或替换地被描述为：导致侧壁的侧壁角度为90°(如果从衬底20的表面测量)或0°(如果沿基本上垂直衬底20的表面的方向测量)。
图4b示出一种情形，其中辐射束的焦点已经向下偏移(如图所示)，例如朝向和/或通过限定衬底20的表面的平面。因此，在图4b中所示的轮廓线26比图4a中示出的轮廓线26位置低。参照图4b，可以看到侧壁24的侧壁角度基本上沿着轮廓线26。在图4b中示出的结构中，这导致侧壁24延伸离开衬底20并且朝向邻近的第一图案特征22的侧壁24成一角度。
图4c示出参照图4b示出且描述的类似的情形。然而，在图4c中辐射束的焦点已经偏离衬底20，如图所示轮廓线26偏离离开衬底20。侧壁24的侧壁角度也基本上跟随轮廓线26。在图4c中，这导致侧壁24延伸离开衬底20并且离开邻近的第一图案特征22的侧壁成一角度。
可以认识到，轮廓线的位置对侧壁角度的影响仅以示例的方式给出，并且作为帮助理解本发明的基本和示图辅助而被给出。在实际应用中，轮廓线的位置(与聚焦特性相关)和最终的侧壁角度之间的关系可以是更复杂的，或没有如图所示的直接关系。
改变(即控制)侧壁的侧壁角度的效果在于：随后在第一图案特征上形成的第二材料层的尺寸(例如厚度)也被改变的(即受控的)。能够控制随后在第一图案特征上形成的第二材料层的尺寸(例如厚度)允许控制从随后去除第一图案特征形成的第二图案特征的尺寸(例如线宽或厚度)。这在图5a到5f中示出，其示意地示出了间隔物光刻工艺的一部分。
图5a示意地示出图4b中的衬底20和第一图案特征22。可以以参照图2a到2c描述的相同的方式并结合对用于形成图案特征的辐射束的聚焦特性的控制(参照图4b描述)形成第一图案特征22。第一图案特征22的侧壁24离开衬底20延伸并且朝向邻近的第一图案特征22的侧壁24形成一角度。图5a还示出第二材料层30已经形成在第一图案特征22上。第二材料层30覆盖第一图案特征22的侧壁24。第二材料层10通常被称为保形层，因为第二材料层30与第一图案特征22的形状相同。
图5b示出，第二材料层的一部分通过例如蚀刻或类似方法被去除。第二材料层的覆盖层32被保留在第一图案特征22的侧壁24上(例如覆盖或涂覆)。保留在第一图案特征22的侧壁24上的第二材料层的覆盖层32通常被称为例如当前所述的工艺-间隔物光刻工艺中的间隔物。因此，可以理解，在本文中使用且可以使用术语“间隔物”来描述第一图案特征22的侧壁24上的第二材料层的覆盖层。然后第一图案特征22通过蚀刻或化学处理或类似方法去除。
对比图5b和图2d(与图5b相反，在图2d中所示的侧壁垂直地离开衬底延伸)可以看到，在图5b和图2d中侧壁的覆盖层厚度不同。具体地，在图5b中示出的侧壁覆盖层比在图2d中示出的较厚。这种不同之处的重要性在下文中介绍。
现在参照图5c，第一图案特征已经去除。在去除第一图案特征后，留在衬底20上的是第二材料层形成在第一图案特征(已经去除)的侧壁上的覆盖层32的至少一部分。此时，这种材料32在衬底20上与被去除的第一图案特征的侧壁位置相邻近的位置上形成第二图案特征32。在下文中，材料32指的是第二图案特征32。通过对比图4b和5c可以看到，图5c中的第二图案特征32具有图4b中的第一图案特征22的节距的一半。这种节距的减半不是通过减小用于提供这种图案特征的辐射波长来实现的，而是通过在单次曝光之前和之后的合适的处理或加工(例如形成和去除层)来实现的。
再参照图5c，示出不同的间距和宽度：S1是形成在单个第一图案特征的两侧的侧壁上的第二图案特征32之间的间距；S2是邻近相邻且不同的第一图案特征的侧壁形成的第二图案特征32之间的间距；L1是邻近第一图案特征的第一侧壁形成的第二图案特征12的宽度(或换言之，线宽)；L2是邻近第一图案特征的相对的第二侧壁形成的第二图案特征的宽度(或换句话说线宽)。
在图5a到5c中示出的过程可以继续。可以理解到，在图5c中示出的第二图案特征32可能需要转移到衬底20。图5d示出，如何通过例如蚀刻或类似方法去除衬底20未被第二图案特征32遮挡的区域。被第二图案特征32遮挡的区域形成第三图案特征34，其由与衬底20相同的材料形成。然后通过例如蚀刻或类似方法去除第二图案特征32。图5e示出当第二图案特征已经被去除的衬底20。可以看到，第三图案特征34保留在衬底20上，并且这些第三图案特征34的线宽L1、L2以及第三图案特征34之间的间距S1、S2与参照图5c描述的基本上是相等的。
图5f与上面所述的图5c相同，为了对比再次示出。图5g与图2f相同。总的说，图5g示出形成在衬底2上的第二图案特征12，其中通过在基本上垂直地离开衬底2延伸的第一图案特征的侧壁上形成覆盖层来形成第二图案特征12。现在对比图5f和5g。在图5f中，当第一图案特征的侧壁没有垂直地离开衬底20延伸、而以一定角度离开(例如见图5b)时形成的第二图案特征比图5g中的厚(例如具有较大的线宽)，其中通过覆盖基本上垂直地离开衬底延伸(例如见图2e)的第一图案特征的侧壁形成第二图案特征12。由此将可以认识到，改变用于在衬底上形成第一图案特征的辐射束的聚焦特性可以用以影响这些第一图案特征的侧壁的侧壁角度。随后，这些侧壁角度的改变可以用以控制通过在去除第一图案特征之前覆盖这些侧壁形成的第二图案特征的线宽。总之，用于形成第一图案特征的辐射束的聚焦特性的变化可以用以控制采用第一图案特征，例如采用第一图案特征的侧壁形成的第二图案特征的尺寸(例如线宽)。
控制辐射束的聚焦特性、从而控制第二图案特征的线宽的优点在于，聚焦特性的改变可以局部地应用到第一类型的图案特征(例如形成密集排布的规则的线、具有特定节距的线、具有特定线宽的线或类似的)或应用到衬底的一个或更多个特定区域(例如其中将要形成密集排布的规则的线的区域)。这是与通常应用到整个衬底(即，全局应用)的诸如蚀刻或显影等加工方法相对照的。另一优点在于，聚焦特性可以通过例如适当地控制光刻设备(例如照射器或投影透镜、投影系统或类似)的性能而精确地控制，并且可以在衬底的不同区域上精确地应用精确的控制(例如通过适当地精确控制衬底的移动或辐射束的移动，或两者)。例如，这种控制可以被应用使得对不同的管芯、目标部分或曝光场或类似物来说聚焦特性是不同的。图6是示意地描述辐射束的焦点的偏移(相对于例如当焦点与衬底表面、或第一材料层的表面一致时的名义值)和根据本发明实施例形成的第二(或第三)图案特征的最终线宽之间的关系。焦点朝向或离开衬底偏移200nm可以用来获得第二图案特征的线宽的2nm的改变。焦点的100nm偏移可以用来实现最终的第二图案特征的线宽的1nm的改变。总之，曲线图描述了通过合适地精确控制焦点偏移可以精确地控制线宽。
除了控制用于提供第一图案特征的辐射束的聚焦特性(由此，随后形成第二图案特征)，还可以控制辐射的剂量。辐射剂量的控制也可以用于控制第一图案特征的侧壁的侧壁角度，由此允许进一步控制随后形成的第二图案特征的尺寸(例如线宽)。通过控制辐射束的聚焦特性可以实现剂量的改变。
控制辐射束的聚焦特性可以响应于之前形成的第二图案特征的测量值(例如其尺寸)或之前形成的第二图案特征之间的间距(例如上面所述的S1、S2、L1、L2)进行实施。这些测量值可以实施用以确定是否需要改变(例如增大或减小)第二图案特征的尺寸(例如线宽、L1、L2)。如果需要这种增大或减小，可以控制辐射束的聚焦特性以控制第一图案特征的侧壁的侧壁角度，如上所述。当在实施过测量的相同的衬底上或不同的衬底上形成第一图案特征时可以采取这种控制。
图7示意地示出流程图，其示出如何使用测量值控制辐射束的聚焦特性，以此控制采用该辐射束形成的第一图案特征的侧壁角度。方框50示意地表示光刻设备和加工(例如蚀刻)工具。可以采用光刻设备和加工工具50执行间隔物光刻工艺以完成参照图5a到5f示出并描述的方法。然后具有最终的第二图案特征的衬底被转移(如箭头52所示)至量测(例如测量)台54。在量测台54处，可以执行多种测量，例如上面所述的间距S1、S2或线宽L1、L2。随后有关测量值的信息被发送(由箭头56表示)至由方框58表示的控制器。控制器58配置成接收所述信息56。该信息56与之前形成的第二图案特征的测量值或之前形成的第二图案特征之间的间距有关或等同。控制器58还配置成控制(箭头60所示)光刻设备的至少一部分(例如照射器或投影系统的一部分)，以便控制辐射束的聚焦特性，以在随后的曝光中控制第一图案特征的侧壁的侧壁角度。
图7中提到的控制器可以形成光刻布置的一部分。光刻布置可以包括：用于提供辐射束的照射系统；用于支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用于将图案在辐射束的横截面赋予辐射束；用于保持衬底的衬底台；用于将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上的投影系统；和控制器。因此可以将光刻布置描述成包括光刻设备(例如图1中示出的)和用于该布置的至少一部分的控制器。在使用时，光刻布置用于执行上述方法的至少一部分，其概括地包括：在衬底表面上提供第一材料层；将第一材料层的一部分曝光到辐射束、以在第一材料层中形成第一图案特征，所述第一图案特征具有侧壁；在所述第一图案特征上提供第二材料层，所述第二材料层在所述第一图案特征的侧壁上提供覆盖层；去除所述第二材料层的一部分，留下在所述第一图案特征的侧壁上的所述第二材料层的覆盖层(例如以形成一个或更多个间隔物，如上所述)；去除由第一材料层形成的第一图案特征，在衬底上留下在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层的所述第二材料层的至少一部分，留在衬底上的第二材料层的所述部分在与被去除的第一图案特征的侧壁的位置邻近的位置上形成第二图案特征(即，间隔物)。在所述方法之前，控制器可以配置成接收与之前形成的第二图案特征的尺寸、或之前形成的第二图案特征之间的间距的测量值相关的信息，并且在所述方法期间，控制器配置成控制光刻布置的至少一部分(例如照射器或投影系统的一部分)以便控制辐射束的聚焦特性，以由此控制第一图案特征的侧壁的侧壁角度(因此例如控制随后使用第一图案特征形成的第二图案特征的线宽)。
控制器可以是任何合适的布置，其能够控制例如光刻布置的一部分。例如，控制器可以是计算机，或嵌入的处理器，或用于在这种计算机或处理器中使用的代码。
在上面的描述中，已经提到第二图案特征。例如，已经描述，可以响应于之前形成的第二图案特征的测量值(例如其尺寸)或之前形成的第二图案特征之间的间距(例如上面描述的S1、S2、L1、L2)实施控制辐射束的聚焦特性。替换地或附加地，可以响应于之前形成的第三图案特征的测量值(例如其尺寸)或之前形成的第三图案特征之间的间距(例如上面描述的S1、S2、L1、L2)控制辐射束的聚焦特性，所述第三图案特征如上所述被形成(例如通过和/或使用第二图案特征)形成。所述测量可以在与根据本发明的实施例投影辐射束以形成第一图案特征的衬底相同的衬底或不同的衬底上应用。
从本发明的实施例的描述中将会认识到，本发明的实施例尤其可应用于纳米尺度的光刻术，其中图案特征(例如上面所述的第一、第二或第三图案特征)的一个或更多个尺寸(例如线宽或临界尺寸)是纳米量级。
由于第一图案特征被第二材料层覆盖的方式，通常第一图案特征的尺寸(例如线宽)比第二材料层的尺寸(例如厚度)大，并且因此比由使用第二材料层得到的第二图案特征的尺寸(例如线宽)大。
将会认识到，根据本发明的实施例形成第二(和/或第三)图案特征可以用于制造器件的部分或全部。因此，根据本发明的实施例，提供使用根据本发明实施例的方法或布置制造的器件的至少一部分，如上所述。
已经在控制用于提供图案特征的辐射束的聚焦特性以便控制图案特征的侧壁角度的情形中描述了上面的实施例。侧壁角度的控制被用于控制或某种程度上控制第二图案特征以及随后形成的第三图案特征的尺寸(例如线宽)。在其他实施例中，辐射束的一个或更多个其他特性的控制被用于控制使用该辐射束形成的第一图案特征的侧壁角度。替换地或附加地，可以控制辐射束的任何适当的特性以改变允许依次某种程度地控制第二图案特征的尺寸(例如线宽)和随后形成的第三图案特征的尺寸(例如线宽)的第一图案特征的特性。辐射束的特性可以是不同于聚焦特性的其他特性。第一图案特征的特性可以是侧壁角度以外的特性。
虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应该认识到，本发明可以以上述不同的方式实施。该说明书不是为了限制本发明。

Claims (13)

1.一种光刻方法，包括步骤：
在衬底表面上形成第一材料层；
使所述第一材料层的一部分在辐射束下曝光、显影所述第一材料层的所述部分，以便在所述第一材料层中形成第一图案特征，所述第一图案特征具有侧壁，并且控制所述辐射束的聚焦特性以控制所述侧壁的侧壁角度，所述聚焦特性为形成辐射束的系统的焦距、辐射束的焦点或辐射束的焦深中的一个；
在所述第一图案特征上形成第二材料层，所述第二材料层在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层；
去除所述第二材料层的一部分，使得在所述第一图案特征的侧壁上留下所述第二材料层的覆盖层；和
去除由所述第一材料层形成的所述第一图案特征，在所述衬底上留下在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层的所述第二材料层的至少一部分，所述第二材料层留在所述衬底上的所述至少一部分在与被去除的第一图案特征的侧壁的位置邻近的位置上形成第二图案特征。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述控制所述聚焦特性的步骤控制所述第一图案特征的所述侧壁的所述侧壁角度，由此影响在所述第一图案特征的所述侧壁上的所述第二材料层的覆盖层的尺寸。
3.如权利要求2所述的方法，其中，影响在所述第一图案特征的侧壁上的所述第二材料层的覆盖层的尺寸又会导致影响在去除所述第一图案特征之后留在所述衬底上的所述第二材料层的至少一部分的尺寸。
4.如权利要求1所述的方法，其中，除了控制所述辐射束的聚焦特性，控制由所述辐射束提供的辐射剂量以便控制所述第一图案特征的所述侧壁的侧壁角度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，响应于之前形成的第二图案特征的测量值或之前形成的第二图案特征之间的间距来实施控制所述聚焦特性的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，其中，如果所述第一图案特征是特定类型，则实施对应所述第一图案特征的所述聚焦特性的控制步骤。
7.如权利要求1所述的方法，其中，对所述衬底的一个或更多个特定区域而不是所述衬底的整个区域实施对应所述第一图案特征的所述聚焦特性的控制步骤。
8.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述聚焦特性包括沿基本上垂直于所述衬底的表面的方向控制所述聚焦特性。
9.如权利要求8所述的方法，其中，控制所述聚焦特性包括离开或朝向所述衬底的表面移动所述聚焦特性。
10.如权利要求8所述的方法，其中，控制所述聚焦特性包括沿基本上垂直于所述衬底的表面的方向延伸或减小所述聚焦特性。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述聚焦特性是下列中的一个：提供辐射束的布置的焦距、所述辐射束的焦点以及所述辐射束的焦深。
12.如权利要求1所述的方法，包括形成多个第一图案特征，以此形成另一第二图案特征。
13.如权利要求1所述的方法，其中在下列步骤之后：
去除由所述第一材料层形成的所述第一图案特征，在所述衬底上留下在所述第一图案特征的侧壁上形成覆盖层的所述第二材料层的至少一部分，所述第二材料层留在所述衬底上的所述部分在与被去除的第一图案特征的侧壁的位置邻近的位置上形成第二图案特征，
所述方法还包括：将所述第二图案特征转移到所述衬底。
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