CN102096335A - 双重曝光方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的双重曝光方法包括步骤：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上涂布光刻胶材料；在所述光刻胶材料上涂布阻挡层材料；以及在涂布阻挡层材料之后执行双重曝光。根据本发明的双重曝光方法通过引入阻挡层材料，以降低现有的双重曝光技术中光刻胶在两次曝光之间的记忆，从而减少第二次曝光对第一次曝光光刻胶材料的影响；并且，根据本发明的双重曝光方法减少了双重图形技术的刻蚀等工艺步骤，从而大大降低了生产成本。

Description

双重曝光方法
技术领域
本发明属集成电路工艺技术领域，具体涉及到一种双重曝光方法。
背景技术
随着半导体技术的不断进步，器件的功能不断强大，随之而来的是半导体制造难度的与日俱增。下一代光刻技术中，EUV(极紫外光)技术由于种种原因不能如期而至；水浸没式光刻技术也不足以支持32nm半节距的量产，而高折射率浸没光刻技术采用高折射率浸入液、光刻胶和镜头，能够将透镜系统的数值孔径提高到1.35以上，使光刻机的有效分辨率得到提升，然而由此会产生的高昂的费用。
另一种解决方案正逐渐被看好，它只需对现有光刻基础设施进行很小的改动，就可以有效地填补45nm到32nm甚至更小节点的光刻技术空白，这就是作为生产导向型设计之一的双重图形和双重曝光技术，这种方案能够使本已很难再降低的k1因子继续减小到0.25以下。
双重图形曝光的原理是将一套高密度的电路图形分解成两套分立的、密度低一些的图形，然后将它们印制到目标晶圆上。双重图形曝光有多种不同的实现方法，不过基本步骤都是先印制一半的图形，显影，刻蚀；然后重新旋涂一层光刻胶，再印制另一半的图形，最后利用硬掩膜或选择性刻蚀来完成整个光刻过程。
和双重图形技术相比，双重曝光技术的优点是减少了刻蚀工艺以及多层硬掩膜材料，因此在一定程度上降低了生产成本，但是该技术中，第二次曝光时的光强不可避免地会对第一次曝光的光刻胶图形产生影响，所以对光刻胶的选择尤为重要，要求光刻胶具有非线性的特性。
因此，希望能够提供一种能够避免第二次曝光对第一次曝光产生的光刻胶图形的影响的双重曝光技术。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种双重曝光技术，其通过引入阻挡层材料，以降低现有的双重曝光技术中光刻胶在两次曝光之间的记忆，从而减少第二次曝光对第一次曝光光刻胶材料的影响。
根据本发明，提供了一种双重曝光方法，其包括步骤：提供半导体衬底；
在所述半导体衬底上涂布光刻胶材料；在所述光刻胶材料上涂布阻挡层材料；以及在涂布阻挡层材料之后执行双重曝光。
根据本发明的作为生产导向型设计之一的双重曝光技术，通过在光刻胶上引入阻挡层材料，减少了双重曝光方法中光刻胶的记忆效应，从而降低了双重曝光对两次光刻胶成像的相互影响。并且，本发明尤其适用于深亚微米/微米集成电路工艺技术。
优选地，在上述双重曝光方法中，所述在涂布阻挡层材料之后执行双重曝光的步骤包括：利用第一张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光，使阻挡层材料的第一部分区域发生漂白反应；利用第一张掩膜版对所述光刻胶进行曝光，以在所述光刻胶材料中形成第一潜像；利用第二张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光，使阻挡层材料的第二部分区域发生漂白反应；以及利用第二张掩膜版对所述光刻胶进行曝光，以在所述光刻胶材料中形成第二潜像。
优选地，在上述双重曝光方法中，所述双重曝光方法还包括：在所述执行双重曝光的步骤之后，对所述半导体衬底进行显影，从而在所述光刻胶上留下双重曝光的图形。
优选地，在上述双重曝光方法中，所述光刻胶材料为KrF光刻胶和/或ArF光刻胶。
优选地，在上述双重曝光方法中，在执行在所述光刻胶材料上涂布阻挡层材料的步骤之前、和/或在执行利用第一张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光的步骤之前，对所述半导体衬底进行烘烤。
优选地，在上述双重曝光方法中，所述阻挡层材料包含聚合物成分，且聚合物成分中含有吸收部分，该吸收部分可在光照下发生漂白反应。
优选地，在上述双重曝光方法中，所述聚合物成分中的吸收部分发生漂白反应的光照波长和所述光刻胶的光学成像波长相同，并且光照后发生漂白反应的部分的光吸收小于未漂白部分的光吸收。
优选地，在上述双重曝光方法中，所述聚合物成分中还含有酸性成分，使得光照后所述阻挡层材料可溶解于碱性溶液。
优选地，在上述双重曝光方法中，所述阻挡层材料的吸光系数大于所述光刻胶的吸光系数。
优选地，在上述双重曝光方法中，在利用所述第一张掩膜版分别对所述阻挡层材料和所述光刻胶进行曝光时，阻挡层材料的曝光能量小于光刻胶的曝光能量；和/或在利用所述第二张掩膜版分别对所述阻挡层材料和所述光刻胶进行曝光时，阻挡层材料的曝光能量小于光刻胶的曝光能量。
优选地，在上述双重曝光方法中，所述阻挡层材料的厚度小于所述光刻胶的厚度。
优选地，在上述的双重曝光方法中，在利用所述第一张掩膜版分别对所述阻挡层材料和所述光刻胶进行曝光时，掩膜版的位置不变。在利用所述第二张掩膜版分别对所述阻挡层材料和所述光刻胶进行曝光时，掩膜版的位置不变。
优选地，所述第一张掩膜版和所述第二张掩膜版可以具备相同的图形。
优选地，所述第二张掩膜版在所述第一张掩膜版的基础上移动半个空间节距。
优选地，在对所述半导体衬底进行显影之前，需要对所述衬底进行曝光后烘烤。
本发明利用两次曝光的方法达到了单次曝光所不能达到的光刻分辨率极限，使现有光学光刻技术得到了延伸；另外，两次曝光之间硅片不用下载片台，减轻了对套刻的挑战，而且相对于双重图形技术，刻蚀等工艺步骤的减少降低了生产成本；同时，通过阻挡层的引入，降低了两次曝光间光刻胶的记忆，减少了两次曝光之间光照对光刻胶图形的相互影响，从而降低了双重曝光技术对光刻胶非线性的要求。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1为本发明实施例提供的一种双重曝光方法的步骤的流程图；以及
图2A至图2G为本发明实施例提供的一种双重曝光方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种双重曝光方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的优选实施例提供了一种双重曝光的方法，该双重曝光方法先提供半导体衬底；然后在所述半导体衬底上涂布光刻胶；接着在所述光刻胶上涂布阻挡层材料；利用第一张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光，使阻挡层材料的第一部分区域发生漂白反应；再利用第一张掩膜版对所述光刻胶进行曝光，以在所述光刻胶材料中形成第一潜像；然后利用第二张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光，使阻挡层材料的第二部分区域发生漂白反应；再利用第二张掩膜版对所述光刻胶进行曝光，以在所述光刻胶材料中形成第二潜像；对所述半导体衬底进行显影，从而在所述光刻胶上留下双重曝光的图形。
请参考图1，其为本发明实施例提供的一种双重曝光方法的步骤流程图，结合该图1，该方法包括以下步骤：
步骤S101，提供半导体衬底；
步骤S102，在所述半导体衬底上涂布光刻胶材料；
步骤S103，在所述光刻胶材料上涂布阻挡层材料。随后即可执行双重曝光，其具体描述如下述步骤所述。
步骤S104，利用第一张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光，使阻挡层材料的第一部分区域发生漂白反应；
步骤S105，利用第一张掩膜版对所述光刻胶进行曝光，以在所述光刻胶材料中形成第一潜像；
步骤S106，利用第二张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光，使阻挡层材料的第二部分区域发生漂白反应；
步骤S107，利用第二张掩膜版对所述光刻胶进行曝光，以在所述光刻胶材料中形成第二潜像；
步骤S108，对所述半导体衬底进行显影，从而在所述光刻胶上留下双重曝光的图形。
下面将结合剖面示意图对本发明的一种双重曝光的方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。
图2A至图2G为本发明实施例提供的一种双重曝光方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图。
参见图2A所示，并结合图1的步骤S101和步骤S102，首先，提供半导体衬底200。
需要说明的是，所述半导体衬底200可以为具有金属层和电介质层的硅衬底或者具备集成电路及其他元件一部分的部分处理分级基片。也就是说，在本申请文本中，半导体衬底应该被广义地理解为包括但不限于：只含有硅材料的衬底、以及已经经过部分加工的衬底(例如加工后的“半导体衬底”可能包含或者不包含半导体衬底材料之外的其它材料)。
然后，在所述半导体衬底200上涂布光刻胶材料210，所述光刻胶材料210可以为KrF(氟化氪)光刻胶或ArF(氟化氩)光刻胶。具体地说，在本实施例中，所述光刻胶材料210采用KrF光刻胶。
参见图2B所示，并结合图1的步骤S103，接着，在所述光刻胶210上涂布阻挡层材料220。所述阻挡层材料220中包含聚合物成分，该聚合物成分中含有某种吸收部分和酸性成分，其中吸收部分可在光照下发生漂白反应，酸性成分使所述阻挡层材料在光照后可溶解于碱性溶液，如四甲基氢氧化铵(TMAH)。
优选的，所述阻挡层材料220的吸光系数k大于所述光刻胶210的吸光系数k。
可选的，所述阻挡层材料的厚度小于所述光刻胶的厚度。本实施例中，所述阻挡层材料的厚度为50nm-100nm。
可选的，在所述光刻胶210上涂布阻挡层材料220之前，还包括：前烘烤所述半导体衬底200，使所述光刻胶210中的水分蒸发，增加所述光刻胶210的粘附性。
在图2B所述的结构的基础上，随后即可执行双重曝光，具体如下文所述。
参见图2C所示，并结合图1的步骤S104，利用第一张掩膜版对所述阻挡层材料220进行曝光，使阻挡层材料的第一部分区域230发生漂白反应，发生了漂白反应的第一部分区域230的光吸收小于未漂白部分220的光吸收。
优选地，该聚合物成分中的吸收部分发生漂白反应的光照波长和所述光刻胶的光学成像波长相同。
可选的，在利用第一张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光之前，还包括：前烘烤所述半导体衬底200，使所述阻挡层材料220中的水分蒸发，增加所述阻挡层材料220的粘附性。
参见图2D所示，并结合图1的步骤S105，利用第一张掩膜版对所述光刻胶210进行再曝光，以在所述光刻胶材料210中形成第一潜像240。
参见图2E所示，并结合图1的步骤S106，用第二张掩膜版对所述阻挡层材料220进行曝光，使阻挡层材料220的第二部分区域250发生漂白反应，此时所述阻挡层材料220中发生了漂白反应的第一部分区域230和第二部分区域250的光吸收于小于未漂白部分220的光吸收。
参见图2F所示，并结合图1的步骤S107，利用第二张掩膜版对所述光刻胶210进行再曝光，以在所述光刻胶材料210中形成第二潜像260。
可选的，在利用所述第一张掩膜版分别对所述阻挡层材料220和所述光刻胶210进行曝光时，掩膜版的位置不变，且阻挡层材料220的曝光能量小于光刻胶210的曝光能量。
可选的，在利用所述第二张掩膜版分别对所述阻挡层材料220和所述光刻胶210进行曝光时，掩膜版的位置不变，且所述阻挡层材料220的曝光能量小于所述光刻胶210的曝光能量。
可选的，所述第一张掩膜版和所述第二张掩膜版可以具备相同的图形。这样，可在所述第一张掩膜版的基础上移动例如半空间节距，以得到所述第二张掩膜版。
参见图2G所示，并结合图1的步骤S108，对所述衬底200进行显影，从而 在所述光刻胶210上留下双重曝光的图形240和260。
可选的，在对所述半导体衬底200进行显影之前，需要对所述衬底200进行曝光后烘烤。
在本实施例中，对所述半导体衬底200进行前烘和后烘的温度均为90℃-110℃，烘烤时间为60秒-90秒。
可选的，还可以利用刻蚀等工艺将光刻胶220中的两次曝光图形240和260传递至衬底200中的下层和目标层材料。
综上所述，本发明提供了一种双重曝光的方法，该方法先提供半导体衬底200，然后在所述半导体衬底200上涂布光刻胶材料210，之后在所述光刻胶210上涂布阻挡层材料220，利用第一张掩膜版先后对所述阻挡层材料220和光刻胶210进行曝光，分别使所述阻挡层材料220的第一部分区域230发生漂白反应，以及在所述光刻胶材料210中形成第一潜像240，再利用第二张掩膜版先后对所述阻挡层材料220和光刻胶210进行曝光，分别使所述阻挡层材料220的第二部分区域250发生漂白反应，以及在所述光刻胶材料210中形成第二潜像260，最后对所述半导体衬底200进行显影，从而在所述光刻胶210中留下双重曝光的图形240和260。
需要说明的是，本领域技术人员来说可以理解的是，虽然以上述流程中的各个步骤说明了本发明，但是本发明并不排除除了上述步骤之外其它步骤的存在。本领域技术人员来说可以理解的是，可在不脱离本发明的范围的情况下，可以在所描述的步骤中加入其它步骤以形成其它结构或者实现其它目的。
对于本领域技术人员来说明显的是，可在不脱离本发明的范围的情况下对本发明进行各种改变和变形。所描述的实施例仅用于说明本发明，而不是限制本发明；本发明并不限于所述实施例，而是仅由所附权利要求限定。

Claims (16)

1.一种双重曝光方法，其特征在于包括步骤：
提供半导体衬底；
在所述半导体衬底上涂布光刻胶材料；
在所述光刻胶材料上涂布阻挡层材料；以及
在涂布阻挡层材料之后执行双重曝光。
2.根据权利要求1所述的双重曝光方法，其特征在于，其中所述在涂布阻挡层材料之后执行双重曝光的步骤包括：
利用第一张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光，使阻挡层材料的第一部分区域发生漂白反应；
利用第一张掩膜版对所述光刻胶进行曝光，以在所述光刻胶材料中形成第一潜像；
利用第二张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光，使阻挡层材料的第二部分区域发生漂白反应；以及
利用第二张掩膜版对所述光刻胶进行曝光，以在所述光刻胶材料中形成第二潜像。
3.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，所述双重曝光方法还包括：在所述执行双重曝光的步骤之后，对所述半导体衬底进行显影，从而在所述光刻胶上留下双重曝光的图形。
4.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，所述光刻胶材料为KrF光刻胶和/或ArF光刻胶。
5.根据权利要求2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，在执行在所述光刻胶材料上涂布阻挡层材料的步骤之前、和/或在执行利用第一张掩膜版对所述阻挡层材料进行曝光的步骤之前，对所述半导体衬底进行烘烤。
6.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，所述阻挡层材料包含聚合物成分，且所述聚合物成分中含有吸收部分，所述吸收部分可在光照下发生漂白反应。
7.根据权利要求6所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，所述聚合物成分中的吸收部分发生漂白反应的光照波长和所述光刻胶的光学成像波长相同，并且光照后发生漂白反应的部分的光吸收小于未漂白部分的光吸收。
8.根据权利要求6或7所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，所述聚合物成分中还含有酸性成分，使得光照后所述阻挡层材料可溶解于碱性溶液。
9.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，所述阻挡层材料的吸光系数大于所述光刻胶的吸光系数。
10.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，在利用所述第一张掩膜版分别对所述阻挡层材料和所述光刻胶进行曝光时，阻挡层材料的曝光能量小于光刻胶的曝光能量；和/或
在利用所述第二张掩膜版分别对所述阻挡层材料和所述光刻胶进行曝光时，阻挡层材料的曝光能量小于光刻胶的曝光能量。
11.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，所述阻挡层材料的厚度小于所述光刻胶的厚度。
12.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，在利用所述第一张掩膜版分别对所述阻挡层材料和所述光刻胶进行曝光时，掩膜版的位置不变。
13.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，在利用所述第二张掩膜版分别对所述阻挡层材料和所述光刻胶进行曝光时，掩膜版的位置不变。
14.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，所述第一张掩膜版和所述第二张掩膜版可以具备相同的图形。
15.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，所述第二张掩膜版在所述第一张掩膜版的基础上移动半个空间节距。
16.根据权利要求1或2所述的双重曝光方法，其特征在于，其中，在对所述半导体衬底进行显影之前，需要对所述衬底进行曝光后烘烤。
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