CN105137725A - 基于多重曝光的图形制作方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多重曝光的图形制作方法，包括：将期望形成的密集初始图形分割成较为第一图形和第二图形，在掩模板上的不同区域分别形成第一图形和第二图形；在衬底硅片上沉积硅薄膜，然后涂敷光刻胶层，对光刻胶层进行加热固胶；以第一照明条件对光刻胶层执行第一次曝光，曝光图形为第一图形；以第二照明条件对光刻胶层执行第二次曝光，曝光图形为第二图形，使得第一图形与第二图形在光刻胶层上同时存在以组成密集初始图形；将晶圆转运入自动化光阻涂布及显影系統进行曝光后烘焙，两次曝光作业中被光照的光刻胶部分发生光酸反应；将晶圆执行显影，从而光刻胶保留部分形成密集初始图形；将晶圆执行蚀刻，从而在硅薄膜上形成了密集初始图形。

Description

基于多重曝光的图形制作方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种基于多重曝光的图形制作方法。

背景技术

由于半导体芯片的集成度不断提高，图形的特征尺寸也随之缩小，但是由于解像率极限无法实现跟小的线宽，为了突破解像率的限制可以采取多重成像的方法来制作小线宽的图案。

在传统的双重图形成形技术制作密集图形的过程，将原本的密集图案拆分为两层较为稀疏的图案，制作两块不同的掩模板。其中，在需要制作密集图形的衬底硅片上沉积多晶硅或氧化硅薄膜和硬掩膜然后涂敷第一光刻胶。经过曝光，烘焙，显影以及蚀刻后在硬掩模上形成第一块掩模板的图案。在此硅片上涂敷第二层光刻胶。经过曝光和显影后在第二光刻胶中形成第二块掩模板的图案。经过一体化蚀刻后，两块掩模板和的图案都形成在多晶硅或氧化硅薄膜上，组成了完整的图案。需要注意的是两次曝光使用的照明条件是不一样的，因为针对两层不同的图案需要不同照明设定来增强解像率。

双重图形成形技术需要两次光刻和刻蚀，其成本远远大于传统的单次曝光成形技术。上述方案的过程比较复杂，产能低成本高。

以下是上述方案具体执行流程的解释。

以一批次共三枚晶圆为例。三枚晶圆按照顺序输入自动化光阻涂布及显影系統(TRACK机台)，晶圆依照顺序进行光刻胶旋转涂敷，烘焙固胶，然后三枚晶圆依序传送入光刻机中进行第一次曝光。此次曝光图形来自第一块掩模板，三枚晶圆返回自动化光阻涂布及显影系統进行曝光后烘焙，光刻胶显影后输出自动化光阻涂布及显影系統。

此批次三枚晶圆依序输入蚀刻机台进行首次蚀刻，硬掩模层蚀刻出第一块掩模板的图案。

此批次三枚晶圆依序再次输入自动化光阻涂布及显影系統，晶圆依照顺序进行光刻胶旋转涂敷，烘焙固胶，三枚晶圆依序再次送入光刻机第二次曝光，此次曝光图形来自第二块掩模板，三枚晶圆后续曝光后烘焙，光刻胶显影后输出自动化光阻涂布及显影系統。

此批次三枚晶圆依序在此输入蚀刻机台进行蚀刻，依照第二次曝光形成的图案以及硬掩模层的图案进行一体化蚀刻，最终在多晶硅薄膜上形成所需要的完整的密集图形。

依照这种流程完成整个制程步骤多，制成周期(cycletime)长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够提高产能和减少制作成本的基于掩模板特殊设计的具有高精度套准的多重曝光方案下的图形制作方法。

为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种基于多重曝光的图形制作方法，包括：

将期望形成的密集初始图形分割成较为相对稀疏的第一图形和第二图形，并且在掩模板上的不同区域分别形成第一图形和第二图形；

在需要制作密集初始图形的衬底硅片上沉积硅薄膜，然后涂敷光刻胶层，并且对光刻胶层进行加热固胶；

以第一照明条件对光刻胶层执行第一次曝光，曝光图形为来自掩模板的第一图形；

以第二照明条件对光刻胶层执行第二次曝光，曝光图形为来自掩模板的第二图形，使得第一图形与第二图形在光刻胶层上同时存在以组成密集初始图形；

将晶圆转运入自动化光阻涂布及显影系統进行曝光后烘焙，两次曝光作业中被光照的光刻胶部分发生光酸反应；

将晶圆执行显影，从而光刻胶保留部分形成密集初始图形；

将晶圆执行蚀刻，从而在硅薄膜上形成了密集初始图形。

优选地，所述硅薄膜为多晶硅薄膜。

优选地，所述硅薄膜为氧化硅薄膜。

优选地，第二照明条件不同于第一照明条件。

优选地，在对多个晶圆执行处理时，先针对所述多个晶圆中的每个晶圆执行第一次曝光，然后再对所述多个晶圆中的每个晶圆执行第二次曝光。

优选地，在对多个晶圆执行处理时，在针对一个晶圆执行完第一次曝光和第二次曝光，再对下一个晶圆执行第一次曝光和第二次曝光。

优选地，第一次曝光和第二次曝光时曝光单元的布局被设计成使得第一次曝光和第二次曝光的曝光单元错位重叠后恰好是第一层图案与第二层图案的重合。

根据本发明，还提供了一种基于多重曝光的图形制作方法，包括：

将期望形成的密集初始图形分割成较为相对稀疏的多个图形，并且在掩模板上的不同区域分别形成多个图形中的各个图形；

在需要制作密集初始图形的衬底硅片上沉积硅薄膜，然后涂敷光刻胶层，并且对光刻胶层进行加热固胶；

针对多个图形中的各个图形，根据来自掩模板的相应图形以对光刻胶层执行曝光，使得多个图形在光刻胶层上同时存在以组成密集初始图形；

将晶圆转运入自动化光阻涂布及显影系統进行曝光后烘焙，两次曝光作业中被光照的光刻胶部分发生光酸反应；

将晶圆执行显影，从而光刻胶保留部分形成密集初始图形；

将晶圆执行蚀刻，从而在硅薄膜上形成了密集初始图形。

优选地，所述硅薄膜为多晶硅薄膜。

优选地，所述硅薄膜为氧化硅薄膜。

本发明将复杂的高密度图案拆分为多层相对简单的低密度图案，集成在同一块掩模板上，分别执行曝光；其中在一层光刻胶上执行多次曝光，使用一块光掩模，两个不同的照明设定；由于多次曝光的过程中掩模板和晶圆的取置只有一次，所以具有良好的套准精度；而且，由于整个制程只需要一次蚀刻作业，从而保证了非常高的产出效率。

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图示了完整的密集图形M0被分割为较为稀疏的图形M1与M2的情况的俯视图。

图2至图4图示了根据本发明实施例的基于多重曝光的图形制作方法的各个步骤。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

本发明提供了一种高效的高密度密集图形的制作方法，其中同样如图1的俯视图所示，期望形成的完整的密集初始图形M0被分割成较为稀疏的第一图形M1与第二图形M2，并且在掩模板上的不同区域分别形成第一图形和第二图形；而且如图2至4所示，所述方法包括：

第一步骤：如图2的截面图所示，在需要制作密集初始图形M0的衬底硅片上沉积硅薄膜F(例如，所述硅薄膜为多晶硅薄膜，或者所述硅薄膜为氧化硅薄膜)，然后涂敷光刻胶层P，并且对光刻胶层P进行加热固胶；

第二步骤：如图3的俯视图所示，以第一照明条件对光刻胶层P执行第一次曝光，曝光图形为来自掩模板的第一图形M1；

第三步骤：如图4的俯视图所示，以第二照明条件对光刻胶层P执行第二次曝光，曝光图形为来自掩模板的第二图形M2，使得第一图形M1与第二图形M2在光刻胶层上同时存在以组成密集初始图形；优选地，第二照明条件不同于第一照明条件。

第四步骤：将晶圆转运入自动化光阻涂布及显影系統进行曝光后烘焙，两次曝光作业中被光照的光刻胶部分发生光酸反应；

第五步骤：将晶圆执行显影，从而光刻胶保留部分形成密集初始图形M0；

第六步骤：将晶圆执行蚀刻，从而在硅薄膜F上形成了密集初始图形M0。

进一步地，本方法不局限于双重曝光，同样适用于更多次曝光，只需要在第三步骤和第四步骤中间重复步第三步骤。

优选的，在多次曝光时使用不同的照明条件，以使得不同图型获得最佳的解像率。

优选的，设计特殊的掩模板布局，可以二合一甚至更多，以满足多于两次曝光的制程，将原本的密集图案拆分为多层较为稀疏的图案，集成在同一块掩模板上，分为多次曝光执行。在一个曝光任务中完成了多层图案的曝光，不需要取置掩模板和晶圆，在高产出的同时保证的优异的套层对准精度。

优选的，在执行曝光任务时可以设计各种不同的曝光路径，以保证套准精度和产出效率。

优选的，可以订制Y-方向加长的掩模板，使更多层的图案集成在同一块掩模板上，相应的改造光刻机掩模板承载台可以控制加长掩模板，这样可以实现更多层的曝光。

进一步地，本发明制程至少可以通过以下途径实现。

以一批次共三枚晶圆为例来解释本发明，具体流程如下。

三枚晶圆按照顺序输入自动化光阻涂布及显影系統，晶圆依照顺序进行光刻胶旋转涂敷，烘焙固胶。被依次送入光刻机中进行第一次曝光以及第二次曝光。后续返回自动化光阻涂布及显影系統进行曝光后烘焙，并显影。

三枚晶圆依序再次输入蚀刻机台进行蚀刻，依照光刻胶层上的图形进行一体化蚀刻形成最终的密集图形。

在执行曝光任务时可以设计各种不同的曝光路径。

a)首先执行整片晶圆所有曝光单元的完成第一图案M1的曝光，再执行整片晶圆所有曝光单元的第二图案M2的曝光；

b)在同一曝光单元完成第一图案M1图案曝光，接着进行第二图案M2的曝光，然后再执行下一个曝光单元的第一图案M1&第二图案M2图案曝光，逐渐完成整片晶圆的所有曝光单元的曝光，并且可以优化每一个曝光单元曝光时扫描的方向，第一图案M1与第二图案M2反向，这种曝光路径可以是整个掩模板受热均匀，曝光扫描方向可以提高产出。

以双重曝光为例，在掩模板上设计特殊版图布局，两次曝光的曝光单元错位重叠使得第一层图案M1与第二层图案M2重合，最终形成密集图案的状况。依照此版图布局设计两次曝光时曝光单元的布局，实现两次曝光的曝光单元错位重叠后恰好是第一层图案M1与第二层图案M2重合，最终形成密集图案的状况，这种设计的曝光单元数只是a)、b)的一半左右，具有更高的产出效率。

可以看出，本发明通过把多层图案集成在同一块掩模板上的方法，在一次光刻课作业中实现了多次曝光，在高产出的同时保证的优异的的套层对准精度。而且，本发明制程只需要执行一次蚀刻，其成本与传统的单次成像技术相当，产能利用率高，成本低。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于多重曝光的图形制作方法，其特征在于包括：

将期望形成的密集初始图形分割成较为相对稀疏的第一图形和第二图形，并且在掩模板上的不同区域分别形成第一图形和第二图形；

在需要制作密集初始图形的衬底硅片上沉积硅薄膜，然后涂敷光刻胶层，并且对光刻胶层进行加热固胶；

以第一照明条件对光刻胶层执行第一次曝光，曝光图形为来自掩模板的第一图形；

以第二照明条件对光刻胶层执行第二次曝光，曝光图形为来自掩模板的第二图形，使得第一图形与第二图形在光刻胶层上同时存在以组成密集初始图形；

将晶圆转运入自动化光阻涂布及显影系統进行曝光后烘焙，两次曝光作业中被光照的光刻胶部分发生光酸反应；

将晶圆执行显影，从而光刻胶保留部分形成密集初始图形；

将晶圆执行蚀刻，从而在硅薄膜上形成了密集初始图形。

2.根据权利要求1所述的基于多重曝光的图形制作方法，其特征在于，所述硅薄膜为多晶硅薄膜。

3.根据权利要求1或2所述的基于多重曝光的图形制作方法，其特征在于，所述硅薄膜为氧化硅薄膜。

4.根据权利要求1或2所述的基于多重曝光的图形制作方法，其特征在于，第二照明条件不同于第一照明条件。

5.根据权利要求1或2所述的基于多重曝光的图形制作方法，其特征在于，在对多个晶圆执行处理时，先针对所述多个晶圆中的每个晶圆执行第一次曝光，然后再对所述多个晶圆中的每个晶圆执行第二次曝光。

6.根据权利要求1或2所述的基于多重曝光的图形制作方法，其特征在于，在对多个晶圆执行处理时，在针对一个晶圆执行完第一次曝光和第二次曝光，再对下一个晶圆执行第一次曝光和第二次曝光。

7.根据权利要求1或2所述的基于多重曝光的图形制作方法，其特征在于，第一次曝光和第二次曝光时曝光单元的布局被设计成使得第一次曝光和第二次曝光的曝光单元错位重叠后恰好是第一层图案与第二层图案的重合。

8.一种基于多重曝光的图形制作方法，其特征在于包括：

将期望形成的密集初始图形分割成较为相对稀疏的多个图形，并且在掩模板上的不同区域分别形成多个图形中的各个图形；

在需要制作密集初始图形的衬底硅片上沉积硅薄膜，然后涂敷光刻胶层，并且对光刻胶层进行加热固胶；

针对多个图形中的各个图形，根据来自掩模板的相应图形以对光刻胶层执行曝光，使得多个图形在光刻胶层上同时存在以组成密集初始图形；

将晶圆转运入自动化光阻涂布及显影系統进行曝光后烘焙，两次曝光作业中被光照的光刻胶部分发生光酸反应；

将晶圆执行显影，从而光刻胶保留部分形成密集初始图形；

将晶圆执行蚀刻，从而在硅薄膜上形成了密集初始图形。

9.根据权利要求8所述的基于多重曝光的图形制作方法，其特征在于，所述硅薄膜为多晶硅薄膜。

10.根据权利要求8所述的基于多重曝光的图形制作方法，其特征在于，所述硅薄膜为氧化硅薄膜。