CN110989299A - 基于热胀冷缩的光刻方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于热胀冷缩的光刻方法，该方法包括在晶圆上涂覆热敏光刻胶；将涂覆好热敏光刻胶的晶圆升温后光刻；将光刻后的晶圆降温后曝光，即完成所述光刻。本发明不同于传统光刻依赖波长缩短来提高分辨率，它通过温控来实现分辨率提高，克服了当前传统光刻依赖光源波长缩短而造成的技术困难，为集成电路制造节点的进一步缩小提供了一种新方法；该方法操作简单，所需温度控制设备技术较成熟，成本低，这大大降低了进一步提高光刻分辨率而带来的成本增加。
Description
技术领域
本发明属于光刻领域，具体涉及一种基于热胀冷缩的光刻方法。
背景技术
随着光刻技术的不断发展，集成电路芯片尺寸逐渐微缩。目前，集成电路已经通过193nm波长的浸没式光刻实现7nm节点量产。然而，193nm浸没式光刻是通过多重曝光并经过上千道工序实现7nm节点制程，其过程繁杂，大大增加光刻成本。同时对7nm以下节点浸没式光刻已无能为力。为了降低光刻复杂度、缩减成本，进一步缩小节点尺寸到7nm以下，需要进一步缩短光刻光源的波长且具有足够的功率以满足量产需求，或发展新的光刻技术。
研究者提出了极紫外(Extreme Ultraviolet，EUV)光刻技术，它不同于传统的浸没式光刻，整个EUV光刻系统都是以多层膜反射式结构进行光路设计，由于波长为13.5nm，因此具有更高的分辨率，是未来7nm及以下节点工艺的最有潜力技术。该技术流程图1如下所示，在晶圆上涂胶后，利用紫外光进行照射光刻，然后对光刻胶曝光。形成图案。图案大小即为光刻投影图案大小。基于该原理的光刻工艺技术，波长是光刻尺度的决定性因素，即波长越短，光刻图案尺度和分辨率越小。目前EUV光刻应用波长为13.5nm的光源进行光刻，可以满足7nm及以下节点需求。然而，这种通过提高光刻成像分辨率来实现节点尺寸微缩的传统方法依赖于光刻波长、整个光刻系统及光刻胶性能的持续提升。在某些参数上已经接近于物理极限，继续增加性能将使成本指数上升，甚至是不可完成。且波长持续缩短将对短波光源的研发及相关技术成本带来巨大挑战。因此，急需发展一种基于新原理的光刻技术，实现芯片尺寸的进一步微缩，提高集成电路集成度。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种基于热胀冷缩的光刻方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于热胀冷缩的光刻方法，包括：
在晶圆上涂覆热敏光刻胶；
将涂覆好热敏光刻胶的晶圆升温后光刻；
将光刻后的晶圆降温后曝光，即完成所述光刻。
基于上述技术方案可知，本发明的基于热胀冷缩的光刻方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：
(1)光刻前将热敏光刻胶加热升温产生膨胀，光刻后再将温度降低到常温，热敏光刻胶冷缩使光刻图案尺寸微缩，这种方法不同于传统光刻依赖波长缩短来提高分辨率，它通过温控来实现分辨率提高，克服了当前传统光刻依赖光源波长缩短而造成的技术困难，为集成电路制造节点的进一步缩小提供了一种新方法；
(2)该方法操作简单，所需温度控制设备技术较成熟，成本低，这大大降低了进一步提高光刻分辨率而带来的成本增加。
附图说明
图1是传统光刻过程流程示意图；
图2是本发明实施例中光刻流程示意图。
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种基于热膨冷缩的光刻方法，包括：
在晶圆上涂覆热敏光刻胶；
将涂覆好热敏光刻胶的晶圆升温后光刻；
将光刻后的晶圆降温后曝光，即完成所述光刻。
在本发明的一些实施例中，所述光刻步骤中光刻光源为极紫外光。
在本发明的一些实施例中，所述热敏光刻胶的热敏温度为20至90℃，可以根据热敏光刻胶的不同选择不同的温度，例如为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃。
在本发明的一些实施例中，所述热敏光刻胶的热膨胀位移为10至12纳米。
在本发明的一些实施例中，所述降温步骤中升温到40至90℃，可以根据热敏光刻胶的不同选择不同的温度，例如为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃。
在本发明的一些实施例中，所述升温步骤中升温时间小于或等于30分钟。
在本发明的一些实施例中，所述降温步骤中降温到10至30℃。
在本发明的一些实施例中，所述降温步骤中降温时间小于或等于30分钟。
在本发明的一些实施例中，所述降温步骤结束后得到的光刻图案缩小至7纳米以下。
在本发明的一些实施例中，所述升温步骤和降温步骤是在温控室内实现的。
在一个示例性实施例中，本发明公开了一种基于热膨胀原理的光刻方法。将晶圆涂上能够在20℃至90℃升温下产生10nm左右膨胀位移的热敏光刻胶，将其放置于温控室中，升高温度至90℃，使热敏光刻胶受热膨胀产生10nm至12nm微位移，温升过程控制在半小时内以便控制膨胀精度和光刻效率。膨胀的光刻胶经极紫外光源照射后形成常规光刻对应节点的光刻图案，完成光刻，然后在半小时内将光刻胶温度降至20℃左右室温，载有常规光刻图案尺寸的热敏光刻胶受冷微缩，图案尺寸缩小，曝光之后形成比常规光刻尺寸进一步微缩的光刻图案，提高光刻分辨率。通过控制热敏光刻胶温度实现光刻图案的尺寸，从而实现光刻图案的微缩。这不但克服了当前传统光刻依赖光源波长缩短而造成的技术困难，同时大大降低了集成电路芯片的制造成本。为集成电路制造节点的进一步缩小提供了一种新方法。
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
本实施例的基于热膨胀原理的光刻方法具体过程如图2所示。即通过精准控制光刻胶和硅晶圆基底材料的温度，在光刻时首先通过环境温度控制加热热敏光刻胶使其产生微膨胀，热敏光刻胶的温度控制在20℃到90℃内变化，当温度从20℃加热到90℃过程中热敏光刻胶因受热产生10nm-12nm膨胀位移，在90℃温度下热敏光刻胶在极紫外光照射下产生常规对应节点(如7nm节点)的光刻图案，当环境温度从90℃降低至20℃常温时，带有光刻图案的热敏光刻胶因受冷微缩至常规尺寸，进而使光刻图案微缩至7nm以下。升温、降温过程分别控制在半小时以内完成以控制热膨胀/冷缩位移的精度及光刻效率，曝光后产生相对于常规光刻节点进一步微缩的光刻图案。该发明通过精准的温控来缩小光刻图案的尺寸，可以有效降低光刻节点尺寸，解决因波长缩短而带来的技术困难及成本提升问题。
所述的热敏光刻胶内含有在温度变化过程中可以膨胀、收缩的材料，例如热敏树脂等。
本发明的重点在于基于热膨胀原理的光刻方法，其他没有详细描述的步骤，例如光刻方法、曝光方法等均为常规现有技术，在此不再赘述。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)该方法适用于其它任何波长的光刻光。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于热膨冷缩的光刻方法，包括：
在晶圆上涂覆热敏光刻胶；
将涂覆好热敏光刻胶的晶圆升温后光刻；
将光刻后的晶圆降温后曝光，即完成所述光刻。
2.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，
所述光刻步骤中光刻光源为极紫外光。
3.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，
所述热敏光刻胶的热敏温度为20至90℃。
4.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，
所述热敏光刻胶的热膨胀位移为10至12纳米。
5.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，
所述降温步骤中升温到40至90℃。
6.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，
所述升温步骤中升温时间小于或等于30分钟。
7.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，
所述降温步骤中降温到10至30℃。
8.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，
所述降温步骤中降温时间小于或等于30分钟。
9.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，
所述降温步骤结束后得到的光刻图案缩小至7纳米以下。
10.根据权利要求1所述的光刻方法，其特征在于，
所述升温步骤和降温步骤是在温控室内实现的。
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