专利名称：用于小线条印刷的光刻方法
技术领域：
本发明涉及到在器件衬底层内形成亚微米宽度特征图形的方法，此方法包括下列步骤在衬底上形成正性抗蚀剂和负性抗蚀剂类型之一的抗蚀剂层；提供掩模，此掩模具有对应于待要形成在衬底层中的特征图形的掩模图形；利用提供曝光剂量的投影束，经由掩模图形照射抗蚀剂层，从而在各个成像特征周围的抗蚀剂层中产生酸性浓度分布；在曝光后的烘焙(PEB)步骤中，对被照射的抗蚀剂层进行加热，以使得从最高照射强度区域开始，正性抗蚀剂层材料变成在显影液中可溶解，而负性抗蚀剂层变成在显影液中不可溶解；在显影液中对抗蚀剂层进行显影，以使得抗蚀剂材料从溶解度高于阈值的抗蚀剂层区域被清除，从而得到抗蚀剂分布图形；以及从被抗蚀剂分布图形描绘的衬底层区域清除材料或将材料添加到这些区域，以便在衬底层中形成所需的特征图形。
本发明还涉及到用这种图形化方法来制造器件的方法以及用此方法制造的器件。
利用掩蔽、材料清除、以及注入技术，本方法还可以被用于集成电路(IC)之类的器件的制造。
正性抗蚀剂层被理解为是受到照射的区域在显影步骤中被清除的抗蚀剂层。负性抗蚀剂层被理解为是未受到照射的区域在显影步骤中被清除的抗蚀剂层。
衬底被理解为是一片例如硅的材料，诸如IC之类的完整的多层器件待要利用一些相继的加工步骤组逐层地被制作到其中。作为主要加工步骤，各个这些加工步骤组包含在衬底上涂敷辐射敏感层或抗蚀剂层，使衬底与掩模对准，将此掩模的掩模图形成像在抗蚀剂层中，对抗蚀剂层进行显影，经由抗蚀剂层对衬底进行腐蚀或注入再进行清洗，以及其它的加工步骤。术语衬底覆盖了制造工艺中不同阶段时的衬底，亦即不具有或仅仅具有一个已经构成的器件特征层的衬底、具有除一层之外的所有已经构成的器件特征层的衬底、和所有的中间衬底。
此方法使用光刻投影设备，此设备是IC制造中的主要工具。此投影设备被用来将不同的掩模图形相继地成像在半导体衬底的同一个区域处，各个掩模图形被成像在衬底的不同层面处即不同的层中。此设备依次包括用来提供投影束的照明单元、用来容纳掩模的掩模夹具、用来容纳衬底的衬底夹具、以及安置在掩模夹具与衬底夹具之间的投影系统。掩模配备有对应于待要形成在此衬底层中的器件特征图形的掩模图形，由该特定的掩模图形构形此衬底层。可以是透镜系统或平面镜系统或这些系统的组合的投影系统，在一个被涂敷于衬底上的抗蚀剂层上形成该掩模图形的所谓虚像的像。此虚像显现了对应于掩模图形的强度分布。
在抗蚀剂层的被照射即被曝光的区域内产生酸，此酸被淬灭剂部分地中和。通常曝光步骤被随之以对抗蚀剂层的烘焙步骤，此步骤被称为曝光后烘焙(PEB)步骤。在正性抗蚀剂层中，利用PEB步骤的热激活使得留下的酸开始清除存在于抗蚀剂聚合物链中的阻碍溶解性的原子团(solubility-blocking groups)。所谓去保护抗蚀剂的这一作用的效果在于，一旦去保护作用已经发生到一定程度，即达到一个阈值，抗蚀剂就变成可溶解于含水的显影剂。这意味着，对于给定时间长度的PEB步骤，在虚像强度超过给定的阈值强度的区域内，抗蚀剂聚合物将变成可溶解。在负性抗蚀剂层中，热激活引起对抗蚀剂的保护，亦即可溶解于显影剂溶液中的可溶解抗蚀剂变成了不可溶解。
由于希望稳定地增大IC器件中的电子元件数目以及这种器件的工作速度，故应该稳定地减小器件特征即线条或称为临界尺度(CD)的最小宽度以及这些特征之间的距离。因此，具有越来越小的图形特征和特征之间越来越小的距离的掩模图形应该被成像。依赖于光刻投影设备投影系统的分辨能力即分辨率和掩模图形的结构，利用此设备能够以所要求的质量成像图形特征的最小尺寸。此分辨率正比于λ/NA，其中λ是投影束的波长，NA是投影系统的数字光圈。提高数字光圈和/或减小波长，能够提高分辨率。对当前光刻投影设备中相当大的数字光圈的增大，由于会降低正比于λ/NA2的投影系统的景深而不太可能。而且，若数字光圈被进一步增大，则修正投影系统跨越整个所需图像视野的像差变得太困难了。将波长从在目前光刻投影设备中所用的远紫外(DUV)区中的193nm减小到例如157nm，存在着有关投影系统光学元件的材料和抗蚀剂材料的新问题，这些材料对这种波长的辐射足够灵敏。对于下一代光刻投影设备，已经提出了使用波长约为13nm的超紫外(EUV)辐射。使用这种辐射确实能够成像显著地更为精细的图形结构，但EUV投影设备的设计和开发是一个极具挑战性和耗费时间的任务。由于EUV容易被空气吸收，故投影束的路径应该在真空中，这就有具体的新问题。适当而有效的EUV辐射源尚无处取得，对EUV辐射灵敏的新的抗蚀剂材料有待于开发。适合于生产IC或其它器件的EUV光刻投影设备在今后几年内不可能得到。
于是，对于具有显著地小于目前制造的器件的器件特征(即线条)的器件的采用常规投影设备和具有常规特征尺寸的掩模图形的制造方法，存在着很大的需求。在器件衬底层中构成宽度小于100nm的如此小的线条，也可以被称为甚小线条(VSL)印刷。
为了从常规掩模图形印刷这种非常小的线条，曝光剂量亦即用来成像线条的电磁能量的量，可能被提高到过度曝光的水平。过度曝光的效果在于，从正性抗蚀剂聚合物链清除阻碍溶解性原子团的酸分子的量增加，以及这些分子能够到达靠近待要印刷的线条的中心的抗蚀剂区域。此中心对应于投影在抗蚀剂层上的虚像中的强度最小值，此最小值对应于二元掩模图形亦即黑白图形的黑色线条。以这种方式，虚像下方的抗蚀剂区域变成可溶解，致使在抗蚀剂层的显影和腐蚀之后，在衬底层中得到的器件特征小于虚像中对应的线条。
但利用过度曝光工艺得到的器件宽度非常依赖于投影系统的焦距变化。若投影束被聚焦在抗蚀剂层上，则投影在此层上的虚像的特征具有最小的尺度。若投影系统的焦平面相对于抗蚀剂层偏移，则掩模图形不再锐利地成像在抗蚀剂层上，此抗蚀剂层中成像特征的尺度因而增大。这意味着抗蚀剂层所接收的虚像中的最大强度减小，在采用正性抗蚀剂的情况下，这导致线宽增大。过度曝光可能出现的第二问题是线条破灭，亦即，所需的图形特征即线条由于过度显影和随后的过度腐蚀而消失。过度曝光的第三问题是，所需抗蚀剂分布顶部上的抗蚀剂受到损失，这可能导致所需图形特征不希望的腐蚀。
利用对抗蚀剂层非常偏轴即歪斜的照射(例如众所周知的双极或四极照射)，或利用相移掩模图形来代替二元掩模图形，能够减轻上述各个问题。但用偏轴照明得到的图像质量非常依赖于图形特征的取向和周期性或图形中各个特征的间距。与二元掩模相比，相移掩模非常昂贵，特别是若待要用特定掩模生产的IC的数目不很大，将是价格过高的。
各种光刻方法遇到的另一问题一般在于，衬底层中构成的特征的尺寸应该等于目标尺寸的M倍，M是投影系统的放大倍数。目标尺寸在IC设计中被固定，于是在掩模图形中，以下被称为设计宽度。其中最重要的不规则性是焦距变化和曝光剂量变化的光刻工艺不规则性，可能引起实际尺寸与目标尺寸之间的差异。焦距变化不仅可以由投影系统的不完整性引起，而且还可能起因于将虚像投影在抗蚀剂层上，此虚像显现由利用先前光刻工艺在下方衬底层中构成的特征图形造成的形貌。但对于每种光刻工艺，存在着特定的特征尺寸，称为等焦CD，因为它们对被构成的特征的尺寸的影响比较小而能够容忍比较大的焦距和剂量变化。此等焦CD强烈地依赖于所用的抗蚀剂和设计图形中因而也是虚像中的特征的近邻结构。不幸的是，此等焦CD通常不等于设计图形中的特征尺寸。这意味着光刻工艺宽容度亦即工艺容差非常小，从而必须对投影系统的景深和曝光剂量提出非常高的要求。
本发明的目的是提供一种开始段落所述的方法，此方法使得能够构成宽度小于100nm的图形特征和/或具有大的工艺宽容度。此方法的特征在于，PEB步骤的时间长度以及曝光剂量适合于待要形成的特征的设计宽度。
本发明基于洞察到PEB时间长度能够被用作调整工艺的参数。除了曝光剂量之外，此时间长度确定了最大照射区域中产生的酸分子能够穿过抗蚀剂从最小照射抗蚀剂区域扩散到达的距离。PEB于是被用来控制成为可溶解并在显影步骤中将被清除的抗蚀剂区域的尺寸。这种情况对正性抗蚀剂层是成立的。在负性抗蚀剂层的情况下，PEB时间长度控制着可溶解抗蚀剂成为不可溶解的程度。所述洞察能够被用来解决上述各个问题。
在此方法的一个实施方案中，在PEB步骤中，不可溶解与可溶解之间的转变起初具有负的斜率，此实施方案的特征是增大了的PEB时间长度被用来将斜率推到至少0的斜率，且最好是正斜率。
在目前使用的光刻工艺中，PEB时间长度例如是90秒钟，抗蚀剂层中的酸浓度分布具有负斜率，这意味着不可溶解与可溶解之间的转变具有负斜率。对于正性抗蚀剂，负斜率意味着所要求的不可溶解抗蚀剂特征的顶部表面区域大于其底部区域。这种抗蚀剂特征在显影过程中比具有正斜率亦即顶部表面区域小于底部区域的抗蚀剂特征更不稳定。对于负性抗蚀剂特征，负的斜率意味着所要求的可溶解抗蚀剂特征的顶部表面区域小于其底部，这可能在清除可溶解抗蚀剂部分时引起困难。由于PEB步骤改变抗蚀剂层中的酸浓度分布因而改变不可溶解与可溶解抗蚀剂材料之间的转变位置和斜率，故PEB时间长度能够被用作工艺参数，以便将斜率从负斜率改变到至少为0的斜率且最好是正斜率。
此方法的进一步特征可以是使用厚度为300-350nm的抗蚀剂层。
已经发现，此方法与厚度约为300nm例如为320-330nm的抗蚀剂层结合使用，提供了优异的结果。
此方法的进一步特征可以是使用这样一种抗蚀剂，此抗蚀剂的适当的辐射吸收梯度被用来减小由延长了的PEB时间长度所造成的不可溶解与可溶解抗蚀剂材料之间的转变斜率的改变。
若例如90度的特定斜率是不可溶解与可溶解抗蚀剂材料之间的转变所要求的，则能够使用此方法。90度的斜率意味着分隔不可溶解与可溶解抗蚀剂材料的虚拟壁垂直于抗蚀剂层的表面平面。对于设计成用90秒钟的常规PEB时间得到这种斜率的光刻工艺，当采用更长的PEB时间时，斜率将改变。例如，当采用180秒钟的PEB时间时，将得到80度的正斜率(对于正性抗蚀剂)。这是由于曝光辐射被抗蚀剂层吸收，引起层顶部处的曝光强度比层底部处的更高。根据本发明，对于正性抗蚀剂，可以采用所谓的表面抑制，以便在抗蚀剂顶部处吸收更少的辐射。对于负性抗蚀剂，可以采用抗蚀剂表面增强，同时用比通常更高浓度的显影液来对抗蚀剂进行显影。
采用更长的PEB时间可能影响光刻工艺的产率。产率被理解为单位时间内能够加工的衬底的数目。光刻投影(曝光)设备的曝光时间例如是90秒钟。若如通常在常规工艺中那样PEB时间也是90秒钟，则能够保持曝光衬底从曝光设备到亦称为热板的PEB装置的稳定流。若PEB时间是例如260秒钟，则已经被曝光了的衬底在其能够被置于PEB装置之前必须等待170秒钟，这意味着工艺的产率被显著地降低。
根据本发明，若方法的进一步特征是为了对连续照射的衬底进行PEB步骤而使用一些PEB装置，PEB装置的数目对应于一个衬底的PEB时间长度与曝光时间的比率，则能够保持高的产率。
对于包括衬底相对于掩模图形对准的曝光时间为90秒钟且PEB时间为260秒钟的给定例子，可以使用3个PEB装置。例如，若第一曝光过的衬底被输送到第一PEB装置，第二曝光过的衬底被输送到第二PEB装置，第三曝光过的衬底被输送到第三PEB装置，第四曝光过的衬底被输送到第一PEB装置，等等，则能够保持原来的高产率，有效的利用是由下列事实造成的，即在IC(器件)制造位置也称为Fab处存在着一些不同时使用的热板。在此新方法中，热板在部分地重叠的各个时间段内被使用。
光刻工艺中遇到的一个普遍问题是，从具有给定设计CD因而也是掩模图形中的CD的密集线条印刷的特征比从具有同样设计CD的孤立线条印刷的更宽。孤立线条或特征被认为是在约为特征宽度尺寸的周围区域中没有近邻特征的一种特征。密集线条或特征被认为是在约为特征宽度的相互距离处形成一系列特征的一部分的一种特征。例如，设计CD为100nm的孤立特征被印刷成宽度为90nm的特征，而密集特征印刷品具有110nm的宽度。为了解决此问题，亦即减小或消除印刷宽度的差异，可以利用同等密集偏置原理。此原理基于光学近似修正(OPC)。OPC意味着一个或多个额外的特征被安排在设计器件特征的近邻。这些额外的特征是如此之小，以至于它们不因此成像，但确实影响使设计特征成像的曝光束部分的波前沿因而影响该设计特征的图像。利用掩模图形中特定的OPC特征，能够使从密集特征和从孤立特征印刷的特征宽度彼此相等。
但发现，PEB时间的增加引起印刷的密集特征的宽度与印刷的孤立特征的宽度之间的差异增大。例如，若PEB时间从90秒钟被增加到260秒钟，则印刷的孤立特征的宽度为100nm，而印刷的密集特征的宽度为130nm。原来的OPC特征无法修正宽度的差异。
若此方法的进一步特征是在设计阶段中使用预计的PEB时间长度作为设计参数来确定特征的设计图形的设计宽度，则可消除这一问题。
用于印刷特征宽度修正的OPC特征现在能够适合于待要使用的PEB时间，致使能够再次消除宽度差异。以这种方式得到了方法的进一步改进。也有可能将用于印刷线条宽度控制之外的目的的其它OPC特征适合于选择的PEB时间长度。
根据本发明的第一情况，此方法的特征在于，PEB步骤的时间长度被增大，以便形成具有最小尺度的器件特征，此最小尺度小于掩模图形的虚像的相应最小尺度，此虚像由投影束形成在抗蚀剂层中。
在方法的这一实施方案中，PEB时间被用作控制待要形成的器件特征的宽度的一种手段，特别是借助于增大PEB时间而减小此宽度。
此实施方案的进一步特征最好在于，PEB步骤至少执行140秒钟，且较小的相应曝光剂量被用来得到小于80nm的特征宽度。
利用较小的曝光剂量，降低了酸分子的数量，特别是在最小强度区域附近，并在离最小强度区域较大的距离处达到影响正性抗蚀剂去保护的此酸分子数量的阈值。在这一较大的距离处，虚像强度对焦距变化的敏感性低得多。PEB时间长度从90秒钟到140秒钟以上例如260秒钟的显著增大，还使得少量存在于靠近最小强度区的区域中的酸分子能够对抗蚀剂去保护。于是，靠近最小强度区中心的抗蚀剂也变得可溶解，以致减小了图形特征的宽度，尽管使用了低的曝光剂量。此方法的最大优点在于，对于低的曝光剂量，焦距变化造成的强度变化范围小得多。由于(较长的)PEB步骤以及酸的(更有效的)使用对投影设备引起的焦距误差不灵敏，故有可能以比较大的工艺宽容度印刷例如40nm宽的非常小的线条。
上面的情况对正性抗蚀剂有效。相似的效果出现在负性抗蚀剂中，条件是抗蚀剂变成被保护，而不是去保护。
以这种方式，显著地增大了利用常规光刻工具以可控和可靠的方式来印刷不断减小的线宽的可能性。
上述40nm的线宽被给定为可能线宽的例子。本发明也能够被用来印刷大于40nm和小于常规方法可得到的宽度的线宽。PEB时间的延长依赖于待要印刷的最小线宽，线宽越大，所要求的延长就越小。所述260秒钟的PEB时间突出地适合于印刷40nm宽的线条。为了印刷仍然非常小的40-80nm的线宽，可以采用比常规PEB时间长度仍然大得多的260-140秒钟的PEB时间长度。
根据本发明的第二情况，此方法的特征在于，利用PEB时间长度和曝光剂量的适配，等焦CD被调整到设计CD。
以这种方式，得到了印刷非常小的和较大的设计CD的大的工艺宽容度。将等焦CD调整到设计CD被认为是不仅使等焦CD等于设计CD，而且还使等焦CD更靠近设计CD。
此方法的第一实施方案的特征在于使用了二元掩模图形。
可以包含透明衬底和例如其一侧上的铬特征的图形的二元掩模，是最廉价的光刻掩模类型。利用与此新方法结合的这种掩模，能够显著地减小最小线宽，从而能够以这种掩模进行印刷和/或能够显著地增大印刷工艺的宽容度。
此方法的第二实施方案的特征是使用了相移掩模图形。
相移掩模可以是纯粹的相移掩模，也称为铬少的掩模。在这种掩模中，器件特征的边界由在投影束中引入相移的小区域标记。相移掩模也可以是这样一种掩模，其中，器件特征是不透明的例如铬的特征，其边界由相移区标记。掩模图形的各个相移束部分彼此干涉，从而形成的图像特征可以显著地小于从二元掩模上的相同掩模图形所能够得到的图像特征。利用与此新方法结合的相移掩模，能够进一步减小可印刷的线条宽度和/或能够显著地增大印刷工艺的宽容度。
本发明还涉及到逐层制造包含分布在不同层上的器件特征的器件的方法，此方法使用一些构造器件特征的工艺，每个工艺用于一个器件层。此方法的特征在于，至少一个构造工艺包含上述的方法。
由于新的图形形成方法导致具有更小的最小器件特征和/或更好地确定的特征尺寸的器件，故本发明也体现在这种器件中。
从下面描述的各实施方案，本发明的这些和其它的情况是显而易见的，并将参照下面描述的各个实施方案，以非限制性例子的方式加以解释。
在附图中
图1示意地示出了能够执行此方法的光刻投影设备的一个实施方案；图2示出了目前标准的光刻工艺和其中采用了本发明的工艺的景深与CD的关系；图3示出了标准光刻工艺的方框图；图4示出了不同偏焦值的虚像强度分布；
图5a和5b分别示出了利用标准工艺和其中采用了本发明的工艺得到的二元掩模特征印刷的Bossung曲线；图6a和6b分别示出了利用标准工艺和其中采用了本发明的工艺得到的相移掩模特征印刷的Bossung曲线；而图7、8、9示出了借助于改变曝光后烘焙时间长度和曝光剂量如何能够调整等焦CD。
在图1的示意图中，仅仅示出了光刻投影设备即曝光设备实施方案的最重要的模块。此设备包含其中容纳投影系统例如透镜投影系统PL的投影柱。用来承载掩模MA的掩模夹具MH被安置在此系统上方，此掩模包含待要成像的掩模图形C。此掩模图形是对应于待要形成在衬底层或晶片W中的特征的特征图形。掩模夹具构成掩模平台MT的一部分。衬底平台WT被安置在投影透镜系统下方的投影柱中。衬底平台配备有用来夹持衬底例如半导体晶片W的衬底夹具WH。辐射灵敏层PR例如光抗蚀剂层被涂敷在衬底上。掩模图形C应该被多次成像在抗蚀剂层中，每次成像在另一IC区域或管芯Wd中。衬底平台可沿X和Y方向运动，致使在掩模图形已经被成像在一个IC区域中之后，下一个IC区域能够被置于掩模图形和投影系统之下。
此设备还包含配备有例如汞灯或诸如KrF准分子激光器那样的准分子激光器的辐射源LA的照明系统、透镜系统LS、反射器RE、以及收集透镜CO。由照明系统提供的投影束即曝光束PB对掩模图形C进行照射。投影系统PL将此图形成像在衬底W上的IC区域中。
此设备还配备有一些测量系统。第一测量系统是对准测量系统，用来确定衬底相对于掩模图形C在XY平面内的对准。第二测量系统是干涉计系统，用来测量衬底的X和Y位置以及取向。还提供了焦点误差探测系统(未示出)，用来确定投影系统的焦点场或像场与衬底上的辐射敏感层PR之间的偏离。这些测量系统是伺服系统的部件，包含电子信号处理和控制电路以及执行器，利用它们能够用测量系统馈送的信号来修正衬底的位置和取向以及焦点。
对准探测系统使用掩模MA中的二个对准记号M1和M2，这些记号被示于图1的右上部分。这些记号例如是衍射光栅，但也可以由其它记号例如在光学上不同于其周围的正方形或划道组成。对准记号最好是二维的，亦即沿图1中二个相互垂直的方向X和Y方向延伸。衬底W包含至少二个对准记号，其中二个P1和P2被示于图1中。这些记号被置于必须形成掩模图形的图像的衬底区域的外面。光栅记号P1和P2最好是相位光栅，且光栅记号M1和M2最好是幅度光栅。对准探测系统可以是双系统，其中二个对准束b和b’被分别用来探测衬底记号P2相对于掩模记号M2的对准以及用来探测衬底记号P1相对于掩模记号M1的对准。在跨越对准探测系统之后，各个对准束分别被入射在辐射敏感的探测器3和3’上。各个探测器将相关的束转换成电信号，此电信号是衬底记号相对于掩模记号的对准程度的指示，因而也是衬底相对于掩模的对准程度的指示。在US-A 4778275中，描述了一种双对准探测系统，其中有此系统的进一步细节。
为了精确地确定衬底的X和Y位置，光刻设备包含多轴干涉计系统，在图1中用方框IF示意地示出了此系统。在US-A 4251160中描述了一种双轴干涉计系统，而在US-A 4737823中描述了一种三轴干涉计系统。在EP-A 0498499中，描述了一种五轴干涉计系统，利用它能够非常精确地测量沿X和Y轴的位移以及绕Z轴的旋转以及绕X和Y轴的倾斜。
如图1所示，干涉计系统的输出信号Si以及对准探测系统的信号S3和S3’，被馈送到信号处理电路SPU例如微计算机，此微计算机对这些信号进行处理，以便控制执行器AC的信号Sac。此执行器经由衬底平台WT沿XY平面移动衬底夹具WH。
例如借助于沿Z方向彼此相对移动投影透镜系统和衬底，或借助于沿Z方向移动投影系统的一个或多个透镜元件，上述焦点误差探测系统的输出信号被用来修正焦点误差。在US-A 4356392中描述了一种可以固定到投影透镜系统的焦点误差探测系统。在US-A 5191200中描述了一种探测系统，用它能够探测焦点误差和衬底的局部倾斜。
对于减小器件特征即线条的细节、宽度、以及相邻器件特征之间的距离，以便提高器件的工作速度和/或提高这种器件中的元件数目，存在着稳定增长的要求。在图1中示出了其一个例子的、能够以满意的方式用光刻投影设备成像的细节的细小程度，由投影系统的成像质量和分辨能力来确定。常规地借助于增大数字光圈NA和/或减小投影辐射的波长，已经改善了分辨能力即分辨率。在实践中很难期望进一步增大数字光圈，而投影束波长的进一步减小将造成许多新的问题。
有关用仍然能够制造的投影设备来成像更小的图形细节的方法的更新的发展，是采用步进和扫描光刻设备，而不是步进光刻设备。在步进设备中，材料全视野照明，亦即，在一个操作中整个掩模图形被照射，并作为一个整体被成像在衬底的IC区域上。在第一IC区域已经被曝光之后，步骤进行到下一个IC区域，亦即，以将下一个IC区域置于掩模图形之下的方式来移动衬底夹具。此IC区域然后被曝光，等等，直至衬底的所有IC区域被提供有掩模图形为止。在步进扫描设备中，仅仅矩形或圆形区段形状的掩模图形区域被照明，衬底IC区域的对应的子区域因而每次被曝光。在考虑到投影系统的放大倍数的情况下，掩模图形和衬底被同步移动通过投影束。在一个连续工艺中，掩模图形的后续子区域则每次被成像在相关IC区域的对应子区域上。在以这种方式将整个掩模图形成像在IC衬底区域上之后，衬底夹具执行步进运动，亦即开始将下一个IC区域移动到投影束中。掩模则被例如设定在其起始位置，然后，所述下一个IC区域被扫描曝光。如在步进扫描方法中那样，仅仅使用了像场的中心部分，因而仅仅这一部分的光学像差需要修正，比较大的数字光圈能够被采用。以这种方式，能够以所需质量被成像的器件特征的宽度及其间距，能够被减小到一定程度。但用光学装置提高器件图形的密度对于下一代的IC和其它器件是不够的。而且，由于像光学像差那样的设备的不完美以及光刻工艺的不完美，数字光圈、波长、以及扫描原理所设置的理论限制在实际上将达不到。
使用能够在抗蚀剂层中形成具有非常小的线条(VSL)的也称为虚像的图像的投影系统，不能保证相应小的器件特征就能够被形成在器件衬底层中。当在衬底层中形成非常小的特征时，出现二个主要问题。亦即线条破灭和工艺对焦点变化非常高的敏感性。对于正性抗蚀剂，线条破灭是这样一种现象，即抗蚀剂从其应该保留的位置被清除，致使所需的特征即线条消失。图2示出了焦点变化对光刻工艺形成小线条的能力的影响。
图2示出了标准工艺的以及100nm的设计线宽的景深DOF(单位是微米)与所要求的最小特征宽度(CD临界尺度)的关系。曲线C-1表示密集线条的情况，亦即线条来自一些这种线条分隔开140nm的图形，而曲线C-2表示孤立线条的情况。此图形和线条是二元掩模图形。二元掩模被认为是一种包括透明衬底的掩模，其一侧配备有共同表示设计图形的不透明区域的构造。不透明区域通常由铬组成。景深被认为是得到的线宽变化保持在设计线宽±10％以内时的偏焦值范围。如上所述和稍后要讨论的那样，利用100nm线宽图形的过度曝光，能够印刷图2所示的小于100nm的特征宽度。图2清楚地示出了景深随CD的减小而大幅度减小，特别是对于密集线条更是如此(曲线C-1)；对于85nm的CD，DOF已经小到100nm。曲线C-1与孤立线条的曲线C-2之间的差异，是由孤立线条与一系列线条的(密集)线条形成部分的虚像强度分布之间的差异引起的。
图3示出了与本发明有关的光刻工艺各个步骤的方框图。对于此图和下列各个图，假设使用正性抗蚀剂。
方框B-1表示提供具有抗蚀剂层的衬底层以及将衬底置于图1那样的投影设备中的步骤，在此衬底层上待要形成器件特征的图形。
方框B-2表示设计和提供掩模以及将此掩模置于投影设备中的步骤，此掩模包含对应于待要构成的器件特征图形的掩模图形。
方框B-3表示利用提供所需曝光剂量的曝光束经由掩模图形照射抗蚀剂层的步骤。在抗蚀剂的曝光部分中，利用部分地中和酸分子的淬灭剂，酸分子以受控的方式被分离。
方框B-4表示从投影设备取出具有曝光了的抗蚀剂层的衬底且将其置于炉子中以便在预定时间内经历曝光后烘焙的步骤。在正性抗蚀剂中，PEB对剩余的酸分子进行热激发，开始清除存在于抗蚀剂聚合物链中的阻碍溶解性的原子团。此动作即所谓对抗蚀剂进行去保护。结果，一旦去保护已经达到给定水平即阈值，抗蚀剂就变得可溶解。给定一个固定的PEB时间长度，为了使抗蚀剂可溶解，虚像强度必须至少等于阈值强度。
方框B-5表示从PEB装置取出衬底并将其置于显影液中以便清除抗蚀剂的可溶解部分从而得到抗蚀剂图形的步骤。
方框B-6表示从显影液取出衬底并将其置于腐蚀装置和/或注入装置中的步骤。材料从而从由方框B-5中得到的抗蚀剂图形D所描绘的层区被清除和/或添加到此层区，致使得到具有所需特性的IC区域。对于完整(IC)器件的制造，图3所示的一系列光刻步骤以及准备和中间步骤被重复多次，此次数等于待要构成的器件衬底层的数目。
为了构成宽度为100nm以下的器件特征即线条，可以使用过度曝光，亦即采用增大的辐射剂量的曝光。过度曝光的作用在于，在靠近虚像强度最小值中心的抗蚀剂区域中也达到阈值虚像强度，此中心对应于待要形成的线条的中心。这意味着这些区域中的抗蚀剂也变得可溶解，致使在显影步骤之后，将留下小于虚像线条的抗蚀剂线条，用VSL来表示此非常小的线条。
在实践中非常重要的利用过度曝光来印刷VSL的缺点在于，如图2中曲线C-1和C-2所示，印刷的线宽对焦点变化非常敏感，以及线条破灭。观察以下虚像在出现焦点误差时的行为就能够理解对焦点变化的这种强烈灵敏性。图4对二元掩模图形中100nm的孤立线条示出了虚像强度IAI(任意单位)与不同偏焦(DF)数值(0-0.6微米，以0.1微米步进)时抗蚀剂层中的x位置的函数关系。对于各个偏焦数值，示出了分隔开的曲线DF1-DF6。位置x＝0对应于虚像中强度最小值的中心，从而对应于必须印刷非常小的线条处的位置。在位置x＝0周围的区域I中，虚像强度随偏焦增大而急剧增大。对于形成在衬底层中的特征，这可能意味着其宽度对焦点误差非常敏感。这种情况和线条破灭一起造成非常小的景深。换言之，若采用过度曝光，则对于印刷非常小的线条存在着小的处理窗口甚至不存在处理窗口。过度曝光技术的另一缺点在于抗蚀剂分布的顶部上的大量抗蚀剂材料遭受损失。
根据本发明，小的曝光剂量与长的PEB时间长度一起被用于VSL印刷。对于小的曝光剂量，在这样产生的虚像强度最小值附近、因而是图4中的区域I中的少量酸分子，不足以使此区域中的聚合物抗蚀剂可溶解。仅仅在远离区域I的区域II中才达到对抗蚀剂进行显影的阈值。在区域II中，虚像强度显著地比在区域I中更不敏感。若仅仅采用低的曝光剂量，则可能已经印刷了相当宽的线条。但更为有效的使用是借助于延长曝光后烘焙或去保护步骤的时间长度而由产生的少量酸分子实现的。这使得同等数量的酸分子能够使更多的聚合物位置去保护。接近虚像强度最小值的较小的酸浓度现在变得足以使抗蚀剂可溶解，致使在显影之后保留下非常小的抗蚀剂线条。由于延长了的PEB步骤和酸分子的更有效利用不受光学系统引起的焦点变化的影响，故得到了景深的大幅度改善。
新的工艺技术还提供了线条破灭问题的解决方案。使用较低曝光剂量和延长了的PEB时间长度的作用在于抗蚀剂分布的斜率更为正。这一倾斜被认为是从抗蚀剂特征(即线条的顶部)到其底部(亦即这种线条的壁)的过渡。对于具有正斜率的抗蚀剂线条，顶部小于底部。这种抗蚀剂线条在后续加工步骤中更稳定且对线条破灭更不敏感。更长的PEB步骤还可以提供抗蚀剂聚合物到器件衬底的改进的粘合性，还可防止线条破灭。
新工艺技术对焦点变化(亦即更大的DOF)的明显地更小的敏感性与明显地降低了的线条破灭机会的结合，导致印刷非常小的线条的能力显著增强。在图2中由曲线C-3和C-4示出了这一点。这些曲线分别对用于曲线C-1和C-2的相同的密集线条和相同的孤立线条示出了景深与所要求的CD的关系。显而易见，新的工艺技术使得能够印刷明显地更小的CD，并提供了对于降到50nm和以下的小CD的明显地增大了的DOF。
图2的数据是从图5a和5b所示的Bossung曲线计算的。通常借助于在各个分立步骤中改变曝光剂量和焦点设定的情况下跨越衬底进行相同特征即线条的一系列印刷来描述光刻印刷工艺的特性。例如用扫描电子显微镜(SEM)来观察印刷的线条，以便得到焦点-曝光矩阵(FEM)。当测得的CD数值被描绘成剂量和焦点的函数时，就得到所谓Bossung曲线。图5a示出了利用目前的标准工艺用90秒钟的PEB时间长度从具有分隔开140nm的100nm铬线条图形的二元掩模得到的bossung曲线。使用了厚度约为300nm且包含众所周知的光刻抗蚀剂AR 237型抗蚀剂的抗蚀剂层。对于13.80-19.40mJ/cm2范围内的8个不同的曝光剂量，CD数值(单位是nm)被描绘成偏焦数值DF(单位是微米)的函数(曲线ED1-ED8)。图5a对所表示的工艺参数示出了能够印刷的最小线条宽度(CD)是80nm。对于这一CD，仅仅200nm的焦点改变亦即DOF仅仅是200nm是能够被容忍的。若出现更大的焦点误差，则无法印刷80nm的线宽。
图5b示出了从相同的二元掩模和用相同的工艺得到的Bossung曲线，不同的是曝光剂量更小且PEB时间长度被明显地延长到了260秒钟。采用了从9.40-16.00mJ/cm2范围内的12个不同的曝光剂量(曲线ED10-ED21)。图5b示出了在这些情况下能够印刷降至40nm的线宽，且大得多的焦点变化能够被容忍。对于80nm的线宽，1200nm的焦点变化是可容忍的，而对于45nm的线宽，可容忍的焦点变化是900nm。
得到了新工艺对最小CD和焦点不敏感性的提高，而未曾像双极和四极照明那样的变通的常规增强技术的情况那样引入对掩模图形中特征的间距和取向的依赖性。
若有需要，借助于用相移掩模(PSM)图形代替二元掩模图形，新工艺还可以与提高分辨率的常规方法进行组合。在相移图形中，特征的边界线由各个在照射束中引入相移的区域来标记。利用来自这些区域的各个束部分的干涉，能够印刷比来自二元掩模的相同特征的成像线宽更小的线宽。图6a示出了这一点，图6a示出了用28.00-37.00mJ/cm2范围内的10个不同的曝光剂量得到的纯粹相移掩模线条的Bossung曲线(曲线ED30-ED39)。CD数值是用常规标准工艺用90秒钟的PEB曝光时间长度得到的。图6a示出了能够印刷的最小线宽(CD)原则上是42nm。但DOF非常小，仅仅100nm。
若较低的曝光剂量和260秒钟的PEB时间长度被用来印刷同样的相移掩模线条，则得到图6b的Bossung曲线。图6b示出了用15.10-18.60范围内的6个不同曝光剂量得到的CD数值(曲线ED40-ED45)。新工艺现在使得能够印刷降至36nm的线宽，且对于37nm的线宽，能够容忍直至580nm的大得多的焦点变化。
从中得到图6a和6b的Bossung曲线的掩模图形仅仅包含相移区。这种掩模图形由于不包含不透明的区域，故也称为少铬的图形。新方法还能够被用于包含其特征为不透明形式，在其边缘上安置相移区的掩模图形。
本发明的第二情况涉及到使工艺确定的等焦CD适配于器件特征设计的CD。等焦CD涉及到光刻工艺降低工艺参数改变的影响的能力。最严重的影响是由曝光剂量和焦点变化的改变引起的，从图5a、5b、6a、6b所示的Bossung曲线可见。但对于被称为等焦CD的特定的特征宽度，能够容忍非常大的焦点和剂量变化。此等焦CD高度依赖于设计图形中特征的周围和所用的抗蚀剂。不幸的是，工艺确定的等焦CD通常与以下称为设计CD的设计中所需的特征宽度不一致。这意味着工艺宽容度即公差通常非常小，使得非常难以恰当地运行光刻工艺。
由于等焦线条很大程度上决定于提供给抗蚀剂层的虚像和其中由焦点变化引起的变化，故人们可以尝试改变或改善此图像，以便达到设计CD与等焦CD之间的对应关系。但虚像通常是IC设计的主要环节。仅仅能够利用昂贵且不灵活的装置，例如使用相移掩模或双极和四极照明那样的极度偏轴的照明，才能够按所希望的方向改善此虚像。后一种照明的结果高度依赖于掩模图形中特征的取向和周期性(间距)。使等焦CD等于设计CD的另一种选择可以是使用另一种抗蚀剂材料。但这可能以不可控的方式偏移等焦线条。由于抗蚀剂材料的改变还影响到光刻工艺的其它方面，故这不是一种现实的解决办法。
本发明利用这样一个事实，即在正性抗蚀剂的PEB步骤中，酸分子通过抗蚀剂聚合物从已经接收最大虚像强度的区域扩散到已经接收最小强度的区域，来达到设计CD与等焦CD之间的对应关系。结果，在已经进行PEB步骤之后得到的酸浓度分布就不同于原来由虚像强度分布确定的酸浓度分布。PEB步骤还影响着与虚像特征有关的不同的酸浓度分布，此不同的分布可能来自虚像的各种焦点位置，从而偏移这些分布的交叉处。例如由于酸分子的大部分扩散出现在斜率最大的酸浓度分布处，故不同焦点线条彼此相交处的位置将改变。相交位置的偏移意味着等焦线的偏移。本发明利用PEB时间长度来调整酸扩散范围，从而控制最终的酸浓度分布并调整与此相交有关的等焦CD。用较长的PEB时间，扩散发生在较长的范围内，最终的酸分布因而不同于用较短的PEB时间得到的分布。
由于PEB时间长度决定了由抗蚀剂的虚像曝光所产生的酸分子被用来使抗蚀剂聚合物去保护的效率如何，故曝光剂量应该适合于避免太多的抗蚀剂材料在显影步骤中被去保护和被清除。由于PEB时间长度和曝光剂量决定了离抗蚀剂线条即特征的中心多近的抗蚀剂变得去保护因而可溶解，故这些参数控制着等焦CD。
图7-9使同时调整PEB时间长度和曝光剂量的效果一目了然。图7示出了利用目前的标准工艺，用90秒钟的PEB时间长度，从二元掩模中分隔开140nm的100nm铬线条图形的密集线条得到的Bossung曲线。曝光剂量与为了得到图5a的曲线所用的相同，致使图7的曲线相似于图5a的曲线。图7示出了各个曝光剂量的最拟合的Bossung曲线(ED1-ED8)，而不是连接图5a的测量CD数值的线条，以便指出属于给定曝光剂量的CD数值在何种程度上为等焦CD。这些曲线的曲率越小，对于有关曝光剂量的所有CD，就越接近等焦情况。对于图7的工艺条件，等焦CD位于100nm的设计CD周围。粗直线BL1、BL2表示仍然被容忍的CD数值的边界。通常，这些线条被置于设计CD数值的+10％和-10％处。
图8示出了利用除了PEB时间长度已经被缩短到30秒钟且曝光剂量已经被增加之外其它都相同的工艺从相同的二元掩模得到的Bossung曲线。采用了32.00-44.00mJ/cm2范围内的7个不同的曝光剂量(曲线ED50-ED56)。对于图8的工艺条件，等焦CD位于大约130nm；32.00mJ/cm2的曝光剂量的曲线ED50显示出最小的曲率。这些条件因而不适合于印刷分别在90nm与110nm处的边界线之间的约为100nm的设计CD，但非常适合于印刷分别被偏移到120nm和140nm的边界线之间的约为130nm的设计CD。对于图8更高的曝光剂量，在酸分子开始明显地扩散之前，淬灭剂被完全湮灭。
图9示出了与图7、8和图5b所用相同的二元掩模的Bossung曲线。现在已经使用了显著延长了的260秒钟的PEB时间长度，这与得到图5b的Bossung曲线所用的相同。而且，图9的曝光剂量与图5b的相同，致使二个图示出了相似的Bossung曲线。在图9中，13.60mJ/cm2的曝光剂量的曲线ED17显示出最小的曲率，致使对于此图表示的工艺条件，等焦CD位于大约60nm。图9还显示出对于显著地延长了的PEB时间长度，50-90nm之间的宽广范围的CD数值是准等焦的，这意味着对于这些CD数值的Bossung曲线的曲率与等焦CD的差别是较小的。这意味着，利用PEB步骤的非常简单的延长，光刻工艺一般变得对衬底(晶片)上大范围不同的特征图形的焦点变化更不敏感。此外，新工艺与图形中特征的取向和周期性无关，因此能够被用于各种各样的用途。对于图9的较低曝光剂量，淬灭剂在整个PEB步骤中都存在。
本发明于是提供了一种方法，使得能够以独立的方式调整等焦CD而无须改变虚像。此方法能够在目前光刻工艺中容易地实现并提供巨大的优点。此方法使得能够将等焦CD调整成对应于设计CD。这意味着显著地扩大了给定抗蚀剂能够被使用的用途范围。调整等焦CD的能力提供了在任何情况下对于待要印刷的图形结构使用最大可能工艺窗口(工艺宽容度)的可能性。此方法还能够被用来将工艺调整成具有同时印刷不同尺寸的器件特征的最大的综合性能。
利用正性抗蚀剂已经描述了本发明，但也可以被应用于采用负性抗蚀剂的光刻工艺中。根据本发明的各种措施将在负性抗蚀剂中产生相似的效果，然而是在抗蚀剂保护亦即使可溶解的抗蚀剂变成不可溶解的机制方面，而不是在抗蚀剂去保护机制方面。
本发明还能够被用来将不可溶解抗蚀剂材料与可溶解抗蚀剂材料之间的转变的斜率从负斜率改变到至少0斜率且最好是正斜率。
在PEB时间长度是例如90秒钟的目前使用的光刻工艺中，抗蚀剂层中的酸浓度分布可以具有负斜率，这意味着不可溶解与可溶解抗蚀剂材料之间的转变可以具有负斜率。对于正性抗蚀剂，负斜率意味着所要求的不可溶解抗蚀剂特征的顶部表面区大于其底部区。这种抗蚀剂特征在显影步骤中比具有正斜率(亦即具有的顶部表面区小于其底部区)的抗蚀剂特征更不稳定。对于负性抗蚀剂特征，负斜率意味着所要求的可溶解抗蚀剂特征的顶部表面区小于其底部区，这在清除可溶解抗蚀剂部分时可以造成困难。由于PEB步骤改变了抗蚀剂层中的酸浓度分布，从而改变不可溶解与可溶解抗蚀剂材料之间转变的位置和斜率，故PEB时间长度能够被用作工艺参数来改变斜率。
利用厚度约为300nm的抗蚀剂层，得到了图2、5b、6b、7、8、9所示的结果。这表明非常适合于这种常规的抗蚀剂厚度。本发明从而能够被用于常规的光刻工艺情况。
若根据本发明采用较长的PEB时间，则可以改变不可溶解与可溶解抗蚀剂材料之间的转变斜率的幅度。用PEB时间为90秒钟的常规工艺得到的例如90度的斜率，若PEB时间被延长到180秒钟，则可以改变成例如80度的斜率。90度的斜率意味着分隔不可溶解与可溶解抗蚀剂材料的虚拟壁垂直于抗蚀剂层的表面平面。斜率幅度的改变是由抗蚀剂层吸收曝光辐射造成的，这种吸收引起层顶部处的曝光强度大于层底部处的强度。延长了的PEB时间在正性抗蚀剂中可以引起斜率幅度变得太小，而在负性抗蚀剂中可以引起负斜率幅度变得太大。为了抵消抗蚀剂厚度上变化的吸收，可以采取对正性抗蚀剂和负性抗蚀剂不同的下列斜率问题措施。对于正性抗蚀剂，可以使用所谓表面抑制，它意味着在抗蚀剂层的顶部处较少的辐射被吸收。对于负性抗蚀剂表面，利用对常规工艺显现正斜率的抗蚀剂，能够解决斜率问题，这是利用强烈的表面增强以便用具有更高显影剂浓度的显影液来提高显影步骤中的溶解速率而得到的。对于显影步骤，正性抗蚀剂和负性抗蚀剂的工艺不再对称；对于负性抗蚀剂，采用浓度更高的显影剂来避免负斜率。利用上述额外的措施，本发明的方法得到了改进。
用较长的PEB时间可以影响光刻工艺的产率。产率被认为是单位时间内能够被加工的衬底的数目。光刻投影(曝光)设备的曝光时间是例如90秒钟。若如通常在常规工艺中那样PEB时间也是90秒钟，则能够保持曝光过的衬底从曝光设备稳定地流到也称为热板的PEB装置。若PEB时间是例如260秒钟，则已经被曝光的衬底在能够被置于PEB装置之前必须等待170秒钟，这意味着工艺的产率被显著地降低了。
利用对应于一个衬底的PEB时间长度和曝光时间的比率的一些PEB装置，能够保持工艺的高产率。对于包括衬底相对于掩模图形对准的曝光时间为90秒钟且PEB时间为260秒钟的给定例子，将采用3个PEB装置。若第一曝光过的衬底被输送到第一PEB装置，第二曝光过的衬底被输送到第二PEB装置，第三曝光过的衬底被输送到第三PEB装置，第四曝光过的衬底被输送到第一PEB装置，等等，则能够保持原来的高产率，有效的使用是以下事实造成的，即在也称为Fab的IC(器件)制造位置处存在着不同时被使用的一些热板。
光刻工艺中遇到的一个普遍问题是，从具有给定的设计CD因而也是掩模图形中的CD的密集线条印刷的特征比从具有相同的设计CD的孤立线条印刷的特征更宽。孤立的线条即特征被认为是在特征宽度量级尺寸的周围区域中没有近邻特征的一种特征。密集线条或特征被认为是以特征宽度量级的相互距离形成一系列特征的一部分的一种特征。例如，设计CD为100nm的孤立特征被印刷成宽度为90nm的特征，而密集特征具有110nm的宽度。为了解决此问题，亦即减小或消除印刷宽度的差异，可以利用同等密集偏置原理。此原理基于光学近似修正(OPC)。OPC意味着一个或多个额外的特征被安排在设计器件特征的近邻。这些额外的特征是如此之小，以至于它们不因此成像，但确实影响使设计特征成像的曝光束部分的波前沿因而影响设计特征的图像。利用掩模图形中特定的OPC特征，能够使从密集特征和从孤立特征印刷的特征宽度彼此相等。
但发现，PEB时间的增加引起印刷的密集特征的宽度与印刷的孤立特征的宽度之间的差异增大。例如，若PEB时间从90秒钟被增加到260秒钟，则印刷的孤立特征的宽度为100nm，而印刷的密集特征的宽度为130nm。原来的OPC特征无法修正宽度的差异。
根据本发明，若预计的PEB时间长度在设计阶段中被用作设计参数来确定特征的设计图形的设计宽度，则能够消除这一问题。
用于印刷的特征宽度修正的OPC特征现在能够适合于待要使用的PEB时间，以便能够再次消除宽度差异。以这种方式，得到了方法的进一步改进。也有可能将用于印刷的线条宽度控制之外的其它目的的其它OPC特征适合于选择的PEB时间长度。
在上述解释中，已经建议印刷的特征可以具有与掩模图形中相应特征相同的宽度。这意味着投影系统是1∶1的成像系统。光刻投影设备通常具有例如1/4或1/5的放大倍数，这意味着掩模特征的宽度是印刷的特征的宽度的4或5倍。为了使解释尽可能简单而没有考虑投影系统的放大倍数。
本发明的目的是改善器件逐层制造的方法，此器件包含分布在不同层面上的器件特征，此方法采用构成器件特征的一些工艺，每个工艺对应一个器件层面。借助于在至少一个构成工艺中实现本发明，本发明也被体现在此方法中。
作为导致具有更小的最小器件特征和/或更确定的特征尺寸的新的图形形成方法，本发明也体现在这种器件中。
虽然利用具体的光刻投影设备和利用IC的制造已经描述了本发明，但本发明不局限于此。本发明还能够被用于像晶体板(crystalpanel)、薄膜磁头、集成平面光学系统等的其它器件制造中。而且，本发明能够与能够形成所需虚像的任何投影设备组合使用。
权利要求
1.一种在器件衬底层中形成亚微米宽度的特征图形的方法，此方法包括下列步骤在衬底上形成正性抗蚀剂和负性抗蚀剂类型之一的抗蚀剂层；提供掩模，此掩模具有对应于待要形成在衬底层中的特征图形的掩模图形；利用提供曝光剂量的投影束，经由掩模图形照射抗蚀剂层，从而在各个成像的特征周围的抗蚀剂层中产生酸浓度分布；在曝光后的烘焙(PEB)步骤中，对被照射的抗蚀剂层进行加热，以使得从最高照射强度区域开始，正性抗蚀剂层的材料变成在显影液中可溶解，而负性抗蚀剂层的材料变成在显影液中不可溶解；在显影液中对抗蚀剂层进行显影，以使得抗蚀剂材料从溶解度高于阈值数值的抗蚀剂层区域被清除，从而得到抗蚀剂分布图形；从被抗蚀剂分布图形描绘的衬底层区域清除材料或将材料添加到此区域，以便在衬底层中形成所需的特征图形，其特征在于，PEB步骤的时间长度和曝光剂量适合于待要形成的特征的设计宽度。
2.权利要求1所述的方法，其中在PEB步骤中，不可溶解和可溶解抗蚀剂材料之间的转变起初具有负的斜率，其特征是增大了的PEB时间长度被用来将斜率推到至少0的斜率，且最好是正斜率。
3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于采用厚度为300-350nm范围的抗蚀剂层。
4.权利要求1或3所述的方法，其特征在于，采用具有适当辐射吸收梯度的抗蚀剂，以便减小由延长的PEB时间长度所造成的不可溶解与可溶解抗蚀剂材料之间的转变的斜率的变化。
5.权利要求1、2、3、或4所述的方法，利用同一个光刻曝光系统，以便用同一个掩模图形在成批衬底的衬底层中相继形成同一个图形，其特征在于，多个PEB装置被用来对相继曝光过的衬底执行PEB步骤，PEB装置的数目基本上对应于用于一个衬底的PEB时间长度与曝光时间的比率。
6.权利要求1-5中任何一项所述的方法，其中，提供掩模图形的步骤包括设计具有光学近似修正特征的图形，其特征在于，在设计阶段中，预计的PEB时间长度被用作设计参数来确定特征设计图形的设计宽度。
7.权利要求1-6中任何一项所述的方法，其特征在于，PEB步骤的时间长度被增大，以便形成具有最小尺度的器件特征，此最小尺度小于掩模图形的虚像中的相应尺度，此虚像被投影束形成在抗蚀剂层中。
8.权利要求7所述的方法，其特征在于，PEB步骤被执行至少140秒钟，且相应的较小曝光剂量被用来得到小于80nm的特征宽度。
9.权利要求1-6中任何一项所述的方法，用于具有等焦CD的光刻工艺，其特征在于，通过适配PEB时间长度和曝光剂量，将等焦CD调整到设计CD。
10.权利要求1-9中任何一项所述的方法，其特征在于使用二元掩模图形。
11.权利要求1-9中任何一项所述的方法，其特征在于使用相移掩模图形。
12.一种逐层制造器件的方法，此器件包含分布在不同层面上的器件特征，此方法采用构成器件特征的多个工艺，每个工艺用于一个器件层面，其特征在于，至少一个构成工艺包含权利要求1-11中任何一项所述的方法。
13.一种利用权利要求1-12中任何一项所述的方法制造的器件。
全文摘要
借助于显著地延长曝光后烘焙步骤和降低曝光剂量，能够显著地减小利用光刻工艺在衬底层中构成的器件特征图形的最小特征宽度(CD)，而不降低工艺宽容度(DOF)。利用同样的措施，能够将等焦CD调整到设计CD，以便增大对于任意CD的工艺宽容度。
文档编号G03F7/039GK1678960SQ03820300
公开日2005年10月5日 申请日期2003年8月18日 优先权日2002年8月30日
发明者D·范斯蒂恩温克, J·H·拉梅斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司