CN111856888A - 一种增强密集图形光刻分辨率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种增强密集图形光刻分辨率的方法，包括执行胶图案化工艺，从而形成第一掩模图案；执行胶层处理工艺；再次执行胶图案化工艺，从而形成第二掩模图案，第二掩模图案中的图形与第一掩模图案中的图形间隔设置；其中，胶图案化工艺包括：在衬底上依次形成第一胶层和第二胶层；通过光刻曝光工艺在第一胶层上形成曝光区和非曝光区；采用第一溶剂去除曝光区和第二胶层的部分区域，或者先采用第二溶剂去除曝光区，再采用第三溶剂去除第二胶层的部分区域，从而在第一胶层形成第一图案，在第二胶层形成第二图案，第二图案是在第一图案基础上缩进后的图案；采用第四溶剂去除非曝光区；胶层处理工艺用于使第一胶层耐第一溶剂或第三溶剂溶解。
Description
技术领域
本发明涉及微电子光刻工艺技术领域，尤其涉及一种增强密集图形光刻分辨率的方法。
背景技术
在集成电路制造过程中光刻工艺是将光刻掩模上的图形精确复制到衬底(单晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化镓、砷化镓、氧化铝、碳化硅、磷化铟或金属衬底等)表面的光刻胶上。然后在光刻胶的保护作用下，经过刻蚀、离子注入或薄膜沉积等工艺过程，实现衬底表面选择性的图形化、离子掺杂或生长薄膜等功能。
一直以来，半导体工业中光刻技术都在追求更高的分辨率以便可以达到更小的电子器件尺寸，从而获得更优异的产品性能。如以下公式(1)所示，Rayleigh方程给出了光刻分辨率(R)与波长(λ)和数值孔径(NA)之间的关系：
式中k1是光刻过程中的工艺参数，与光刻胶材料及光刻工艺过程有关，一般为0.3-0.8；λ为曝光光源的波长；NA为镜头的数值孔径；n为光源与光刻胶之间介质的折射率(通常是空气)；θ为镜头的半角孔径。
根据公式(1)可知，想要得到更小的图形尺寸，可以通过减小k1值、降低曝光波长或者增加数值孔径等方法。在工业中，最主要是通过开发更短波长的曝光光源和增加NA值以及通过照明条件优化等分辨率增强手段来不断提高光刻工艺的分辨率。但对于特定波长光刻机设备来说，很难通过以上方法突破由于衍射极限造成的分辨率极限。
对于大多数芯片制造企业来说，购买更先进的光刻机满足分辨率的需求所需要的资金成本往往是巨大的。尤其是对于4寸或6寸晶圆厂来说，采用先进的光刻机(如ArF光刻机)是非常不经济的。因此对于有些需要突破分辨率极限的制造需求，就需要通过特殊的光刻工艺来增强图形分辨率。
发明内容
鉴于现有技术中的问题，本发明提供了一种增强密集图形光刻分辨率的方法，其包括：
执行胶图案化工艺，从而形成第一掩模图案；
执行胶层处理工艺；
再次执行所述胶图案化工艺，从而形成第二掩模图案，所述第二掩模图案中的图形与所述第一掩模图案中的图形间隔设置；
其中，
所述胶图案化工艺包括：
在衬底上依次形成第一胶层和第二胶层；
通过光刻曝光工艺在所述第一胶层上形成曝光区和非曝光区；
采用第一溶剂去除所述曝光区和所述第二胶层的部分区域，或者先采用第二溶剂去除所述曝光区，再采用第三溶剂去除所述第二胶层的部分区域，从而在所述第一胶层形成第一图案，在所述第二胶层形成第二图案，所述第二图案是在所述第一图案基础上缩进后的图案；
采用第四溶剂去除所述非曝光区；
所述胶层处理工艺用于使所述第一胶层耐所述第一溶剂或所述第三溶剂溶解。
进一步地，两次胶图案化工艺分别使用不同的掩模版。
进一步地，所述第一胶层采用可显影胶，所述可显影胶适于在碱性显影液中溶解，并且耐有机显影液和光刻胶溶剂溶解；所述可显影胶可通过烘烤温度和时间改变其在碱性显影液中的溶解速率；所述第二胶层采用光刻胶；所述第一溶剂和所述第三溶剂采用碱性显影液；所述第二溶剂采用适于去除所述曝光区的有机显影液；所述第四溶剂采用适于去除所述非曝光区的光刻胶溶剂；所述胶层处理工艺为烘烤工艺。
现有的光刻显影分为碱性显影和有机溶剂显影两种方式，本申请中的“碱性显影液”是针对并适用于碱性显影的显影液，“有机显影液”是针对并适用于有机溶剂显影的显影液。
进一步地，所述可显影胶是具有聚甲基戊二酰亚胺结构、马来酰亚胺-丙烯酸共聚物、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物或聚酰亚胺结构的材料。
进一步地，所述可显影胶采用金属剥离工艺中所使用的金属剥离胶，或采用可显影的底部抗反射涂层材料。
进一步地，所述第二胶层采用G线、I线、KrF、ArF、ArF浸没式、EUV或电子束光刻胶。
进一步地，所述第二胶层采用酚醛树脂-重氮萘醌类光刻胶、化学放大类光刻胶、主链断裂型光刻胶或含金属氧化物类光刻胶。
进一步地，所述第二胶层采用适于碱性显影液或有机显影液进行显影的正性光刻胶。
进一步地，所述第四溶剂采用丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚、乳酸乙酯、丙酮、环戊酮、环己酮中的一种或几种；或采用苯甲醚或二氯苯。
进一步地，在所述衬底上涂覆所述可显影胶并进行烘烤后形成所述第一胶层。
本发明的增强密集图形光刻分辨率的方法，可以实现光刻图形的微缩，突破衍射极限的限制，从而使光刻图形分辨率得到提升。可通过现有光刻机来获得优于其最小曝光尺寸的图形，而无需购买更先进的光刻机来满足分辨率的需求，降低了对于先进光刻机、高分辨率光刻胶及复杂光刻工艺的依赖。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1至图13是本发明的实施例中光刻工艺各步骤的结构示意图。
具体实施方式
在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。附图为原理图或者概念图，各部分厚度与宽度之间的关系，以及各部分之间的比例关系等等，与其实际值并非完全一致。
实施例一
本实施例的增强密集图形光刻分辨率的方法，采用两次曝光工艺，具体流程包括：
在衬底100上均匀涂覆一层可显影胶101并进行烘烤，如图1所示。
衬底100可以是单晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅、氮化镓、砷化镓、氧化铝、碳化硅、磷化铟或其他金属或金属合金衬底。
可显影胶101不同于光刻胶，其无需曝光即在碱性显影液中有一定的溶解性能，并可以通过烘烤温度和时间改变其溶解速率，一般在碱性显影液中的溶解速率在0.1～200纳米/秒。可显影胶101还可以耐光刻胶溶剂溶解。符合以上条件的可显影胶的材料可以是在金属剥离(lift-off)工艺中使用的金属剥离胶或者是可显影的底部抗反射涂层材料。
在可显影胶101上均匀涂覆一层光刻胶102并进行烘烤，如图2所示。
光刻胶102可以是G线、I线、KrF、ArF、ArF浸没式、EUV或电子束光刻胶。
光刻胶102可以是酚醛树脂-重氮萘醌类光刻胶、化学放大类光刻胶、主链断裂型光刻胶或含金属氧化物类光刻胶。
本实施例中，光刻胶102是适于碱性显影液进行显影的正性光刻胶。
通过第一次光刻曝光工艺，基于该步工艺中所使用的掩模版，在光刻胶102上形成曝光区102a和非曝光区102b，如图3所示。
执行曝光后显影工艺，采用碱性显影液将曝光区102a去除，同时碱性显影液也能够溶解光刻胶102下层的可显影胶101，在预定时间后，形成如图4所示的结构，其中光刻胶102中曝光区102a被碱性显影液溶解去除，位于曝光区102a下方的可显影胶也被去除，基于碱性显影液对于可显影胶溶解时的各向同性，曝光区102a下方的可显影胶在横向上也被溶解掉一部分，如图4所示，非曝光区102b中某处的线条尺寸为W1，其下方的可显影胶尺寸为W2，可显影胶相对于其上方的光刻胶有一个内切深度D1，从而W2＝W1-2*D1，非曝光区102b形成了与掩模版对应的图案，可显影胶101在显影工艺后所形成的图案，相对于非曝光区102b的图案，具有一单边缩进，缩进尺寸即内切深度D1。
本实施例中的碱性显影液可采用如1％～30％的氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液或四乙基氢氧化铵水溶液等碱性显影液。直接使用碱性显影液可以通过单次显影工艺形成图4所示的底部内切结构，内切深度D1的大小取决于所使用的可显影胶101及其烘烤工艺以及光刻胶100的类型及显影液类型和显影工艺条件，通常可显影胶101在显影液中的溶解速率越快、曝光区102a在显影液中的溶解速率越快，或者显影液浓度越高、显影时间越长，都会使内切深度D1越大。
执行顶层去胶，采用光刻胶溶剂去除位于顶层的光刻胶102中的非曝光区102b，如图6所示。
本实施例中，上述光刻胶溶剂为有机溶剂，可以是丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚、乳酸乙酯、环戊酮、环己酮等一种或几种可溶解顶部光刻胶的溶剂。采用有机溶剂浸泡或喷淋等方式进行去胶，从而将底部的可显影胶101暴露出来。
可显影胶101通常在结构中具有羧基、酯羟基或酚羟基等活性基团可以参与碱溶过程，并且具备一定的耐有机溶剂特性以实现可以选择性地去除上层光刻胶而下层可显影胶保留的目的。可以选用具有聚甲基戊二酰亚胺(PMGI)结构、马来酰亚胺-丙烯酸共聚物、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物或聚酰亚胺等结构材料，如美国Microchem公司的LOR及SF系列产品，或是儒芯微电子材料(上海)有限公司(以下简称儒芯)的LR和DB系列产品等。选择特定溶解速率的可显影胶，主要取决于后续工艺中需要实现的内切深度及图形尺寸的大小。一般来说，可显影胶在显影液中的溶解速率越大，实现的内切深度越大，相应图形尺寸越小。
可显影胶101涂覆在衬底100上之后，执行预设条件的烘烤，烘烤后形成的薄膜在光刻胶溶剂中溶解性很低。通常烘烤温度为130～250℃，烘烤后将可显影胶101在光刻胶溶剂中的溶解速率控制在2纳米/秒以下。一般对于可显影胶来说，通过烘烤工艺过程，可实现胶的固化，其固化程度直接影响到在碱性显影液中的溶解速率和在光刻胶溶剂中的溶解性能。烘烤温度越高，烘烤时间越长，固化程度越高，其在显影液中的溶解速率越低，在光刻胶溶剂中溶解性能越差。因此在选择烘烤温度和时间时，需要考虑对可显影胶溶解速率的需求及在光刻胶溶剂中溶解性能的需求。
完成顶层去胶后，衬底上保留了图案化的可显影胶101，再次进行烘烤，烘烤温度范围为180-250℃，以使可显影胶101能够耐碱性显影液溶解，如图7所示。如前所述可以通过烘烤温度和时间改变可显影胶在碱性显影液中的溶解速率，溶解速率的调整范围一般在0.1～200纳米/秒，优选地，将溶解速率控制在2纳米/秒以下。
继续在衬底100表面均匀涂覆一层可显影胶201并进行烘烤，如图8所示。
在可显影胶201上均匀涂覆一层光刻胶202并进行烘烤，如图9所示。
通过第二次光刻曝光工艺，基于该步工艺中所使用的掩模版，在光刻胶102上形成曝光区202a和非曝光区202b，如图10所示。在第二次曝光工艺中使用的掩模版不同于第一次曝光工艺中所使用的掩模版。
执行曝光后显影工艺，采用碱性显影液将曝光区202a去除，同时碱性显影液也能够溶解光刻胶202下层的可显影胶201，在预定时间后，形成如图11所示的结构，其中光刻胶202中曝光区202a被碱性显影液溶解去除，位于曝光区202a下方的可显影胶也被去除，基于碱性显影液对于可显影胶溶解时的各向同性，曝光区202a下方的可显影胶在横向上也被溶解掉一部分，如图11所示，非曝光区202b中某处的线条尺寸为W3，其下方的可显影胶尺寸为W4，可显影胶相对于其上方的光刻胶有一个内切深度D2，从而W4＝W3-2*D2，非曝光区202b形成了与掩模版对应的图案，可显影胶201在显影工艺后所形成的图案，相对于非曝光区202b的图案，具有一单边缩进，缩进尺寸即内切深度D2。
执行顶层去胶，采用光刻胶溶剂去除位于顶层的光刻胶202中的非曝光区202b，如图13所示。
完成顶层去胶后，衬底上保留了图案化的可显影胶101和可显影胶201，再次进行烘烤，烘烤温度范围为180-250℃，以使可显影胶201适于后续进行刻蚀、离子注入或薄膜沉积等工艺。
在第二次曝光工艺中所使用的可显影胶201、光刻胶202、显影液和光刻胶溶剂的材料选择以及加工过程中各工艺参数的选择，与第一次曝光工艺中的可显影胶101、光刻胶102、显影液和光刻胶溶剂的材料选择以及工艺参数的选择相同，在此不再赘述。
实施例二
本实施例的增强密集图形光刻分辨率的方法，采用两次曝光工艺，具体流程包括：
在衬底100上均匀涂覆一层可显影胶101并进行烘烤，如图1所示。
衬底100可以是单晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅、氮化镓、砷化镓、氧化铝、碳化硅、磷化铟或其他金属或金属合金衬底。
可显影胶101不同于光刻胶，其无需曝光即在碱性显影液中有一定的溶解性能，并可以通过烘烤温度和时间改变其溶解速率，一般在碱性显影液中的溶解速率在0.1～200纳米/秒。可显影胶101还可以耐有机显影液和光刻胶溶剂溶解。符合以上条件的可显影胶的材料可以是在金属剥离(lift-off)工艺中使用的金属剥离胶或者是可显影的底部抗反射涂层材料。
在可显影胶101上均匀涂覆一层光刻胶102并进行烘烤，如图2所示。
光刻胶102可以是G线、I线、KrF、ArF、ArF浸没式、EUV或电子束光刻胶。
光刻胶102可以是酚醛树脂-重氮萘醌类光刻胶、化学放大类光刻胶、主链断裂型光刻胶或含金属氧化物类光刻胶。
本实施例中，光刻胶102是适于有机显影液进行显影的正性光刻胶。
通过光刻曝光工艺，基于该步工艺中所使用的掩模版，在光刻胶102上形成曝光区102a和非曝光区102b，如图3所示。
执行曝光后显影工艺，本实施例中分两步显影，分别用于去除曝光区102a去除，以及将可显影胶101图案化。
首先采用第一显影液将曝光区102a去除，形成如图5所示的结构，其中光刻胶102中曝光区102a被第一显影液溶解去除，下层的可显影胶101仍保留。
被去除的曝光区102a相当于在光刻胶102上打开窗口，之后采用第二显影液对于暴露出的可显影胶101进行溶解，基于第二显影液对于可显影胶溶解时的各向同性，窗口下方的可显影胶在横向上也被溶解掉一部分，如图4所示，非曝光区102b中某处的线条尺寸为W1，其下方的可显影胶尺寸为W2，可显影胶相对于其上方的光刻胶有一个内切深度D1，从而W2＝W1-2*D1，非曝光区102b形成了与掩模版对应的图案，可显影胶101在显影工艺后所形成的图案，相对于非曝光区102b的图案，具有一单边缩进，缩进尺寸即内切深度D1。
本实施例中，第一显影液采用有机溶剂，如醋酸正丁酯、醋酸正戊酯、甲苯、二甲苯等。
本实施例中，第二显影液采用碱性显影液，如1％～30％的氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液或四乙基氢氧化铵水溶液等碱性显影液。内切深度D1的大小取决于所使用的可显影胶101及其烘烤工艺以及第二次显影的显影液类型和显影工艺条件，通常可显影胶101的溶解速率越快或者显影液浓度越高、显影时间越长，都会使内切深度D1越大。
执行顶层去胶，采用光刻胶溶剂去除位于顶层的光刻胶102中的非曝光区102b，如图6所示。
本实施例中，上述光刻胶溶剂可以是苯甲醚或二氯苯等可溶解顶部光刻胶的溶剂。采用有机溶剂浸泡或喷淋等方式进行去胶，从而将底部的可显影胶101暴露出来。
可显影胶101通常在结构中具有羧基、酯羟基或酚羟基等活性基团可以参与碱溶过程，并且具备一定的耐有机溶剂特性以实现可以选择性地去除上层光刻胶而下层可显影胶保留的目的。可以选用具有聚甲基戊二酰亚胺(PMGI)结构、马来酰亚胺-丙烯酸共聚物、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物或聚酰亚胺等结构材料，如美国Microchem公司的LOR及SF系列产品，或是儒芯微电子材料(上海)有限公司(以下简称儒芯)的LR和DB系列产品等。选择特定溶解速率的可显影胶，主要取决于后续工艺中需要实现的内切深度及图形尺寸的大小。一般来说，可显影胶在显影液中的溶解速率越大，实现的内切深度越大，相应图形尺寸越小。
可显影胶101涂覆在衬底100上之后，执行预设条件的烘烤，烘烤后形成的薄膜在光刻胶溶剂中溶解性很低。通常烘烤温度为130～250℃，烘烤后将可显影胶101在光刻胶溶剂中的溶解速率控制在2纳米/秒以下。一般对于可显影胶来说，通过烘烤工艺过程，可实现胶的固化，其固化程度直接影响到在显影液中的溶解速率和在光刻胶溶剂中的溶解性能。烘烤温度越高，烘烤时间越长，固化程度越高，其在显影液中的溶解速率越低，在光刻胶溶剂中溶解性能越差。因此在选择烘烤温度和时间时，需要考虑对可显影胶溶解速率的需求及在光刻胶溶剂中溶解性能的需求。
完成顶层去胶后，衬底上保留了图案化的可显影胶101，再次进行烘烤，烘烤温度范围为180-250℃，以使可显影胶101能够耐显影液溶解，如图7所示。如前所述可以通过烘烤温度和时间改变可显影胶在显影液中的溶解速率，溶解速率的调整范围一般在0.1～200纳米/秒，优选地，将溶解速率控制在2纳米/秒以下。
继续在衬底100表面均匀涂覆一层可显影胶201并进行烘烤，如图8所示。
在可显影胶201上均匀涂覆一层光刻胶202并进行烘烤，如图9所示。
通过第二次光刻曝光工艺，基于该步工艺中所使用的掩模版，在光刻胶102上形成曝光区202a和非曝光区202b，如图10所示。在第二次曝光工艺中使用的掩模版不同于第一次曝光工艺中所使用的掩模版。
执行曝光后显影工艺，本实施例中分两步显影，分别用于去除曝光区202a去除，以及将可显影胶201图案化。
首先采用第一显影液将曝光区202a去除，形成如图12所示的结构，其中光刻胶202中曝光区202a被第一显影液溶解去除，下层的可显影胶201仍保留。
被去除的曝光区202a相当于在光刻胶202上打开窗口，之后采用第二显影液对于暴露出的可显影胶201进行溶解，基于第二显影液对于可显影胶溶解时的各向同性，窗口下方的可显影胶在横向上也被溶解掉一部分，如图11所示，非曝光区202b中某处的线条尺寸为W3，其下方的可显影胶尺寸为W4，可显影胶相对于其上方的光刻胶有一个内切深度D2，从而W4＝W3-2*D2，非曝光区202b形成了与掩模版对应的图案，可显影胶201在显影工艺后所形成的图案，相对于非曝光区202b的图案，具有一单边缩进，缩进尺寸即内切深度D2。
执行顶层去胶，采用光刻胶溶剂去除位于顶层的光刻胶202中的非曝光区202b，如图13所示。
完成顶层去胶后，衬底上保留了图案化的可显影胶101和可显影胶201，再次进行烘烤，烘烤温度范围为180-250℃，以使可显影胶201适于后续进行刻蚀、离子注入或薄膜沉积等工艺。
在第二次曝光工艺中所使用的可显影胶201、光刻胶202、第一显影液、第二显影液和光刻胶溶剂的材料选择以及加工过程中各工艺参数的选择，与第一次曝光工艺中的可显影胶101、光刻胶102、第一显影液、第二显影液和光刻胶溶剂的材料选择以及工艺参数的选择相同，在此不再赘述。
实施例三
本实施例的增强密集图形光刻分辨率的方法，采用两次曝光工艺，具体流程包括：
在衬底100上均匀涂覆一层可显影胶101并进行烘烤，如图1所示。
在可显影胶101上均匀涂覆一层光刻胶102并进行烘烤，如图2所示。
通过第一次光刻曝光工艺，基于该步工艺中所使用的掩模版，在光刻胶102上形成曝光区102a和非曝光区102b，如图3所示。
执行曝光后显影工艺，采用碱性显影液将曝光区102a去除，同时碱性显影液也能够溶解光刻胶102下层的可显影胶101，在预定时间后，形成如图4所示的结构，其中光刻胶102中曝光区102a被碱性显影液溶解去除，位于曝光区102a下方的可显影胶也被去除，基于碱性显影液对于可显影胶溶解时的各向同性，曝光区102a下方的可显影胶在横向上也被溶解掉一部分，可显影胶101在显影工艺后所形成的图案，相对于非曝光区102b的图案，具有一单边缩进，缩进尺寸即内切深度D1。
执行顶层去胶，采用光刻胶溶剂去除位于顶层的光刻胶102中的非曝光区102b，如图6所示。
完成顶层去胶后，衬底上保留了图案化的可显影胶101，再次进行烘烤，烘烤温度范围为180-250℃，以使可显影胶101能够耐显影液溶解，如图7所示。如前所述可以通过烘烤温度和时间改变可显影胶在显影液中的溶解速率，溶解速率的调整范围一般在0.1～200纳米/秒，优选地，将溶解速率控制在2纳米/秒以下。
继续在衬底100表面均匀涂覆一层可显影胶201并进行烘烤，如图8所示。
在可显影胶201上均匀涂覆一层光刻胶202并进行烘烤，如图9所示。
通过第二次光刻曝光工艺，基于该步工艺中所使用的掩模版，在光刻胶102上形成曝光区202a和非曝光区202b，如图10所示。在第二次曝光工艺中使用的掩模版不同于第一次曝光工艺中所使用的掩模版。
执行曝光后显影工艺，本实施例中分两步显影，分别用于去除曝光区202a去除，以及将可显影胶201图案化。
首先采用第一显影液将曝光区202a去除，形成如图12所示的结构，其中光刻胶202中曝光区202a被第一显影液溶解去除，下层的可显影胶201仍保留。
被去除的曝光区202a相当于在光刻胶202上打开窗口，之后采用第二显影液对于暴露出的可显影胶201进行溶解，基于第二显影液对于可显影胶溶解时的各向同性，窗口下方的可显影胶在横向上也被溶解掉一部分，如图11所示，可显影胶201在显影工艺后所形成的图案，相对于非曝光区202b的图案，具有一单边缩进，缩进尺寸即内切深度D2。
执行顶层去胶，采用光刻胶溶剂去除位于顶层的光刻胶202中的非曝光区202b，如图13所示。
完成顶层去胶后，衬底上保留了图案化的可显影胶101和可显影胶201，再次进行烘烤，烘烤温度范围为180-250℃，以使可显影胶201适于后续进行刻蚀、离子注入或薄膜沉积等工艺。
本实施例实质上是由实施一的第一次曝光工艺和实施例二的第二次曝光工艺相组合形成，其中涉及的可显影胶、光刻胶、显影液和光刻胶溶剂的材料选择以及加工过程中各工艺参数的选择，与实施例一的第一次曝光工艺和实施例二的第二次曝光工艺中所述的相同，在此不再赘述。
实施例四
本实施例的增强密集图形光刻分辨率的方法，采用两次曝光工艺，具体流程包括：
在衬底100上均匀涂覆一层可显影胶101并进行烘烤，如图1所示。
在可显影胶101上均匀涂覆一层光刻胶102并进行烘烤，如图2所示。
通过光刻曝光工艺，基于该步工艺中所使用的掩模版，在光刻胶102上形成曝光区102a和非曝光区102b，如图3所示。
执行曝光后显影工艺，本实施例中分两步显影，分别用于去除曝光区102a去除，以及将可显影胶101图案化。
首先采用第一显影液将曝光区102a去除，形成如图5所示的结构，其中光刻胶102中曝光区102a被第一显影液溶解去除，下层的可显影胶101仍保留。
被去除的曝光区102a相当于在光刻胶102上打开窗口，之后采用第二显影液对于暴露出的可显影胶101进行溶解，基于第二显影液对于可显影胶溶解时的各向同性，窗口下方的可显影胶在横向上也被溶解掉一部分，如图4所示，可显影胶101在显影工艺后所形成的图案，相对于非曝光区102b的图案，具有一单边缩进，缩进尺寸即内切深度D1。
执行顶层去胶，采用光刻胶溶剂去除位于顶层的光刻胶102中的非曝光区102b，如图6所示。
完成顶层去胶后，衬底上保留了图案化的可显影胶101，再次进行烘烤，烘烤温度范围为180-250℃，以使可显影胶101能够耐显影液溶解，如图7所示。如前所述可以通过烘烤温度和时间改变可显影胶在显影液中的溶解速率，溶解速率的调整范围一般在0.1～200纳米/秒，优选地，将溶解速率控制在2纳米/秒以下。
继续在衬底100表面均匀涂覆一层可显影胶201并进行烘烤，如图8所示。
在可显影胶201上均匀涂覆一层光刻胶202并进行烘烤，如图9所示。
通过第二次光刻曝光工艺，基于该步工艺中所使用的掩模版，在光刻胶102上形成曝光区202a和非曝光区202b，如图10所示。在第二次曝光工艺中使用的掩模版不同于第一次曝光工艺中所使用的掩模版。
执行曝光后显影工艺，采用碱性显影液将曝光区202a去除，同时碱性显影液也能够溶解光刻胶202下层的可显影胶201，在预定时间后，形成如图11所示的结构，其中光刻胶202中曝光区202a被碱性显影液溶解去除，位于曝光区202a下方的可显影胶也被去除，基于碱性显影液对于可显影胶溶解时的各向同性，曝光区202a下方的可显影胶在横向上也被溶解掉一部分，可显影胶201在显影工艺后所形成的图案，相对于非曝光区202b的图案，具有一单边缩进，缩进尺寸即内切深度D2。
执行顶层去胶，采用光刻胶溶剂去除位于顶层的光刻胶202中的非曝光区202b，如图13所示。
完成顶层去胶后，衬底上保留了图案化的可显影胶101和可显影胶201，再次进行烘烤，烘烤温度范围为180-250℃，以使可显影胶201适于后续进行刻蚀、离子注入或薄膜沉积等工艺。
本实施例实质上是由实施二的第一次曝光工艺和实施例一的第二次曝光工艺相组合形成，其中涉及的可显影胶、光刻胶、显影液和光刻胶溶剂的材料选择以及加工过程中各工艺参数的选择，与实施例二的第一次曝光工艺和实施例一的第二次曝光工艺中所述的相同，在此不再赘述。
通过实施例一至四中的工艺可以形成密集光刻图形，突破衍射极限的限制，使光刻图形分辨率得到提升。参考图4和图11，通过两次曝光工艺，第一次曝光工艺的光刻图形线宽W2＝W1-2*D1，第二次曝光工艺的光刻图形线宽W4＝W3-2*D2，并且两次形成的光刻线条交替设置，从而既缩小了线条宽度同时又缩小了线条间距，相比于现有工艺，在使用相同光刻机的前提下，突破了可光刻工艺极限。如在现有I线光刻机及光刻工艺条件下，上层光刻胶的最小图形线宽W1和W3可以做到0.3微米，图形周期P1和P2均为0.8微米，将内切深度D1和D2调整至0.05微米，通过上述实施例中的工艺其图形线宽W2＝W1-2*D1＝0.3-2*0.05＝0.2微米，W4＝W3-2*D2＝0.3-2*0.05＝0.2微米，根据两次图案的相对位置，叠加后图案中相邻线条间距可缩小至0.2微米，从而极大地缩小了图形尺寸，增加了图形分辨率。
实施例五
以下针对I线光刻工艺条件下的分辨率增强，结合具体参数进行说明：
1)在单晶硅衬底经疏水处理后，均匀涂覆第一层可显影胶LR811(儒芯)，厚度0.3微米，并在190℃下烘烤3分钟。
2)在可显影胶LR811薄膜上均匀涂覆第一层光刻胶AZ701(AZELECTRONICMATERIALS公司)，厚度0.5微米，并在90℃下烘烤1分钟。
3)经I线曝光机曝光0.4微米线条图形(本实施例中线条宽度和间距均为0.4微米)，能量为160mJ/cm2。曝光后在110℃下烘烤1分钟，然后在2.38％TMAH显影液中显影60秒，可得到内切深度为0.1微米的内切结构。
4)将第一层光刻胶用去胶剂OK73(PGMEA/PGME＝3/7)浸泡1分钟，去除上层光刻胶。
5)留下第一层可显影胶LR811薄膜，并在200℃下烘烤3分钟硬化，得到0.2微米线宽的光刻图形。
6)在以上第一层可显影胶上涂覆第二层可显影胶LR811(儒芯)，厚度0.3微米，并在190℃下烘烤3分钟。
7)在第二层可显影胶LR811薄膜上均匀涂覆第二层光刻胶AZ701，厚度0.3微米，并在90℃下烘烤1分钟。
8)经I线曝光机对准第一层可显影胶形成的图案后，曝光0.4微米线条图形(本实施例中线条宽度和间距均为0.4微米)，能量为160mJ/cm2。曝光后在110℃下烘烤1分钟，然后在2.38％TMAH显影液中显影60秒，得到内切深度为0.1微米的内切结构。
9)将第二层光刻胶用去胶剂OK73(PGMEA/PGME＝3/7)浸泡1分钟，去除上层光刻胶。
10)将剩下的第一和第二层可显影胶LR811薄膜，在200℃下烘烤3分钟硬化，即得到0.2微米线宽的密集光刻图形，第一和第二层可显影胶LR811薄膜形成的图案中的线条间隔设置，在线条宽度减小的同时也缩小了线条的间距。
本实施例，通过以上工艺过程，可以将I线工艺条件下0.4微米线宽密集图形微缩成0.2微米线宽的密集图形，达到分辨率增强的目的。
实施例六
以下针对采用有机显影液显影光刻胶工艺条件下的分辨率增强，结合具体参数进行说明：
1)在单晶硅衬底经疏水处理后，均匀涂覆第一层可显影胶LR707(儒芯)，厚度100纳米，并在180℃下烘烤2分钟。
2)在可显影胶LR707薄膜上均匀涂覆第一层光刻胶EB200(儒芯)，厚度100纳米，并在180℃下烘烤3分钟。
3)经电子束曝光机曝光200纳米密集线条图形(周期400纳米)，能量为200μC/cm2。曝光后在有机显影液正乙酸戊酯中显影60秒，将顶部光刻胶图形显影开。再将晶圆用2.38％TMAH显影液中显影30秒，得到内切深度为50纳米的内切结构。
4)将第一层光刻胶用去胶剂苯甲醚浸泡1分钟，去除上层光刻胶。
5)留下第一层可显影胶LR707薄膜，并在200℃下烘烤3分钟硬化，得到100纳米线宽的光刻图形(其中线宽为100纳米，周期P为400纳米)。
6)在以上第一层可显影胶上涂覆第二层可显影胶LR707(儒芯)，厚度100纳米，并在180℃下烘烤2分钟。
7)在第二层可显影胶LR707薄膜上均匀涂覆第二层光刻胶EB200(儒芯)，厚度100纳米，并在180℃下烘烤3分钟。
8)经电子束曝光机曝光200纳米密集线条图形(周期400纳米)，能量为200μC/cm2(相对第一次曝光图形具有位移，位移量为图形周期的一半，即200纳米)。曝光后在有机显影液正乙酸戊酯中显影60秒，将顶部光刻胶图形显影开。再将晶圆用2.38％TMAH显影液中显影35秒，得到内切深度为50纳米的内切结构。
9)将第二层光刻胶用去胶剂苯甲醚浸泡1分钟，去除上层光刻胶。
10)将剩下的第一和第二层可显影胶LR707薄膜，在200℃下烘烤3分钟硬化，即得到线宽100纳米，周期200纳米的密集光刻图形。第一和第二层可显影胶LR707薄膜形成的图案中的线条间隔设置，在线条宽度减小的同时也缩小了线条的间距。
本实施例，通过上述工艺过程，可以将电子束曝光条件下200纳米线宽、400纳米周期的密集图形微缩成100纳米线宽、200纳米周期的密集图形，达到分辨率增强的目的。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种增强密集图形光刻分辨率的方法，其特征在于，包括：
执行胶图案化工艺，从而形成第一掩模图案；
执行胶层处理工艺；
再次执行所述胶图案化工艺，从而形成第二掩模图案，所述第二掩模图案中的图形与所述第一掩模图案中的图形间隔设置；
其中，
所述胶图案化工艺包括：
在衬底上依次形成第一胶层和第二胶层；
通过光刻曝光工艺在所述第一胶层上形成曝光区和非曝光区；
采用第一溶剂去除所述曝光区和所述第二胶层的部分区域，或者先采用第二溶剂去除所述曝光区，再采用第三溶剂去除所述第二胶层的部分区域，从而在所述第一胶层形成第一图案，在所述第二胶层形成第二图案，所述第二图案是在所述第一图案基础上缩进后的图案；
采用第四溶剂去除所述非曝光区；
所述胶层处理工艺用于使所述第一胶层耐所述第一溶剂或所述第三溶剂溶解。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，两次胶图案化工艺分别使用不同的掩模版。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一胶层采用可显影胶，所述可显影胶适于在碱性显影液中溶解，并且耐有机显影液和光刻胶溶剂溶解；所述可显影胶可通过烘烤温度和时间改变其在碱性显影液中的溶解速率；所述第二胶层采用光刻胶；所述第一溶剂和所述第三溶剂采用碱性显影液；所述第二溶剂采用适于去除所述曝光区的有机显影液；所述第四溶剂采用适于去除所述非曝光区的光刻胶溶剂；所述胶层处理工艺为烘烤工艺。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可显影胶是具有聚甲基戊二酰亚胺结构、马来酰亚胺-丙烯酸共聚物、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物或聚酰亚胺结构的材料。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可显影胶采用金属剥离工艺中所使用的金属剥离胶，或采用可显影的底部抗反射涂层材料。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二胶层采用G线、I线、KrF、ArF、ArF浸没式、EUV或电子束光刻胶。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二胶层采用酚醛树脂-重氮萘醌类光刻胶、化学放大类光刻胶、主链断裂型光刻胶或含金属氧化物类光刻胶。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二胶层采用适于碱性显影液或有机显影液进行显影的正性光刻胶。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第四溶剂采用丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚、乳酸乙酯、丙酮、环戊酮、环己酮中的一种或几种；或采用苯甲醚或二氯苯。
10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述衬底上涂覆所述可显影胶并进行烘烤后形成所述第一胶层。
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