CN101034254B - 用于增强的光刻图案化的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种利用碳基硬掩模的双图案化系统和工艺，该双图案化系统提供在单硬掩模蚀刻步骤中形成具有比在基于单曝光的硬掩模中可印刷的最小间隔小的特征间隔的硬掩模特征的装置。

Description

用于增强的光刻图案化的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种在光刻中增强图案转移的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种具有可变掩模性质的硬掩模系统。
发明背景
本发明涉及光刻和光刻投影设备领域，光刻投影设备包含用于提供辐射投影束的辐射系统、用于支撑图案化装置的支撑结构、用于保持基板的基板台和用于将图案化的光束投影到基板的目标部分上的投影系统，图案化装置用于根据所希望的图案来图案化投影束。
这里采用的术语“图案化装置”应当广义解释为指的是可以用于对应于在基板的目标部分中建立的图案将图案化截面赋予入射辐射束的装置。在上下文中也可以使用术语“光阀”。通常，该图案对应于在目标部分中建立的装置中的特定功能层，例如集成电路或其它器件。这种图案化器件的实例包括：
-掩模。掩模的概念在光刻方面是公知的，并且包括例如二元、交替相移和衰减相移掩模类型以及各种混合掩模类型。根据掩模上的图案，在辐射束中上述掩模的布置会导致撞击在掩模上的辐射的选择性透射(在透射掩模的情况下)或反射(在反射掩模的情况下)。在掩模的情况下，支撑结构通常是掩模台，其确保掩模保持在入射辐射束的所希望位置，并且如果希望的话则可以相对于该光束移动；
-可编程反射镜阵列。这种装置的一个实例是具有粘弹性控制层的矩阵可寻址表面和反射表面。支持这种设备的基本原理是反射表面的寻址区域反射入射光例如为衍射光，而未寻址区域反射入射光为非衍射光。利用合适的滤光器，非衍射光可以被过滤出反射光束，仅留下衍射光。以这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而被图案化。可编程反射镜阵列的可选实施例采用微小反射镜的矩阵布置，其每一个通过施加合适的局部电场或通过采用压电致动器都可以关于轴单独倾斜。再次，该反射镜是矩阵可寻址的，以便寻址的反射镜在与未寻址反射镜不同的方向上反射入射辐射束。以这种方式，反射束根据矩阵可寻址反射镜的寻址图案而被图案化。所需要的矩阵寻址可以利用合适的电子电路执行。
在这里如上所述的两种情形下，图案化装置可以包括一个或多个可编程反射镜阵列。如这里提到的关于反射镜阵列的更多信息例如可以从US5,296,891和US5,523,193、以及PCT专利申请WO98/38597和WO98/33096收集，其并入这里作为参考。在可编程反射镜阵列的情况下，支撑结构可具体化为框架或台，例如，如需要的话其可固定或可移动；和
-可编程LCD阵列。在US 5,229,872中给出了这种构造的实例，其并入这里作为参考。如上所述，在该情况下支撑结构可具体化为框架或台，例如，如需要的话其可固定或可移动。
为了简单起见，本文的其余部分在某些位置本身具体地涉及包含掩模和掩模台的实例。然而，在如这里以上提到的图案化装置的较宽范围下，应当看出在这种情形下所论述的普遍原理。
光刻投影设备例如可以用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，图案化装置可生成对应于IC的单独层的电路图案。该图案可以成像到已涂布一层辐射敏感材料(抗蚀剂)的基板(硅晶片)的目标部分(例如，包括一个或多个管芯)上。通常，单晶片包含经由投射系统一个个连续照射的相邻目标部分的整个网络。在采用通过掩模台上的掩模图案化的当前设备中，在两种类型的机器之间存在区别。在一种类型的光刻投影设备中，在一次曝光中通过曝光整个掩模图案到目标部分上来照射每个目标部分。这种设备一般称为晶片步进机或步进-重复设备。
在可选设备中，一般称为步进-扫描设备，通过在给定的参考方向(“扫描”方向)上的投影束下逐步扫描掩模图案来照射每个目标部分，同时同步扫描与该方向平行或反平行的基板台。通常，由于投影系统具有放大倍数M(通常＜1)，所以基板台扫描的速度V是扫描掩模台的M倍。关于如这里描述的光刻装置的更多信息例如可以从US 6,046,792收集，通过参考并入这里。
在利用光刻投影设备的制造工艺中，将图案(例如，在掩模中)成像到至少部分被一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基板上。在该成像步骤之前，基板可经受各种工序，例如涂底、抗蚀剂涂布和软烘焙。曝光之后，基板可进行其它工序，例如曝光后烘焙(PEB)、显影、硬烘焙和成像特征的测量/检查。该阵列的工序作为基础来图案化器件例如集成电路(IC)的单独层。这种图案化层则可经受各种处理，例如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学-机械抛光等，所有都指的是去掉单独层。如果需要几层，则必须对每个新层重复整个工序或其变形。最后，器件阵列将存在于基板(晶片)上。这些器件则通过例如划片或锯切的技术彼此隔开，由此单独器件可以安装在载体上、连接到插针上等。关于这种处理的进一步信息例如可以从由Peter van Zant所著，McGraw HillPublishing公司1997、第三版的书籍ISBN 0-07-067250-4“Microchip Fabrication：A Practical Guide to SemiconductorProcessing”获得，并入这里作为参考。
为了简单起见，投影系统在下文中可称为“透镜”。然而，该术语应当广义解释为包含各种类型的投影系统，例如，包括折射光学器件、反射光学器件和反射折射系统。辐射系统还可包括根据用于引入、成形或控制辐射投影束的这些设计类型的部件操作，并且这些部件还可在下面共同或单个称为“透镜”。
此外，光刻设备可以是具有两个或多个基板台(和/或两个或多个掩模台)的类型。在这种“多平台”器件中，另外的台可平行使用，或者预备步骤可在一个或多个台上执行，而一个或多个其它台用于曝光。例如，在US 5,969,441和WO 98/40791中描述了双台光刻设备，二者并入这里作为参考。
尽管可在本文中对根据本发明在集成电路的制造中使用的该设备进行具体参考，但应明确地明白这种设备具有许多其它可能的应用。例如，它可用在制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示面板、薄膜磁头等中。本领域技术人员将意识到，在这种可选应用的上下文中，在本文中任一使用的术语“刻线”、“晶片”或“管芯”应当认为是分别由更通用的术语“掩模”、“基板”和“目标部分”代替。
在本文献中，术语“辐射”和“投影束”用于包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有365、248、193、157或126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如，具有5-20nm范围的波长)等等。
对于光刻处理，图案在晶片上的随后层中的位置对于器件图案在基板上的正确精确度应当尽可能精确，所有特征都应当具有在特定容限内的尺寸。该覆盖应当在建立功能器件的良好限定容限内。最后，光刻投影设备包括覆盖测量模块，其在具有掩模图案的基板上提供用于确定图案的覆盖度，如在图案顶部上的抗蚀剂层中所限定的。
覆盖系统一般通过光学元件进行测量。相对于定位在基板上的图案的位置的掩模图案的位置通过测量来自被光源照明的光学标记器的光学响应来确定。由光学标记器产生的信号通过传感器布置来测量。覆盖度可来自传感器的输出。
在微电子器件处理(或IC处理)期间沿着整个生产线使用光学标记器。在前端生产线(FEOL)期间，例如，在晶体管结构的制造期间标记器用于覆盖。在后一阶段在后端生产线(BEOL)期间，需要标记器来覆盖金属化结构，例如连接线和通孔。注意到在两种情况下，标记器的集成度应当足以满足覆盖需要的准确度。
发明内容
在本发明的一个实施例中，用于图案转移的方法包括在基板的表面上提供硬掩模层的第一步骤。优选地，硬掩模层是类金刚石碳。在第二步骤中，当基板定位在关于图案化辐射束的第一水平位置时，朝着硬掩模层提供图案化的辐射束。例如，图案化的辐射束可以是光，例如穿过物理掩模的UV或可见光波长辐射。可选地，图案化的辐射束可以是由来自微反射镜阵列或利用光阀系统的反射光形成的光束，例如可见光或UV辐射。硬掩模层的第一部分暴露到来自图案化的辐射束的第一剂量的辐射，其中第一剂量足以基本上改变第一部分的蚀刻特性。图案化的光束和基板关于彼此相对移位一距离至第二位置。优选，该距离小于利用单曝光中的图案化辐射束可印刷在硬掩模上的最小特征间距。将不同于硬掩模层的第一部分的第二部分暴露到来自图案化的辐射束的第二剂量的辐射，其中第二剂量足以基本上改变第二部分的蚀刻特性。在进一步的步骤中，对硬掩模层进行蚀刻处理，其中基本上移除了第一和第二部分，并且其中除了第一和第二部分之外的硬掩模层的部分基本完整。因此，可以制备具有间隔小于在单曝光中可印刷的最小特征间距的特征的硬掩模。
在本发明的一个实施例中，用于图案转移的方法包括在基板上提供辐射敏感硬掩模层的第一步骤。该基板可以是具有层、图案化特征或器件结构的任一组合的任一表面。优选，硬掩模层是非晶碳层。在第二步骤中，在基板的第一位置处提供配置以产生特征间隔(D)的图案化辐射束，其中硬掩模层的第一部分暴露到蚀刻增强辐射剂量。优选，从可见光或UV辐射源接收蚀刻增强辐射剂量。在从第一位置移位小于D的距离的基板的第二位置提供图案化的辐射束，其中硬掩模层的第二部分暴露到蚀刻增强辐射剂量。在另外的步骤中，对硬掩模层进行蚀刻，其中在接收蚀刻增强剂量之后配置第一和第二部分以蚀刻得比硬掩模层的未照射部分快很多。在本发明的一个实施例中，第一和第二位置之间的距离是约D/2。因此，本发明的工艺提供具有特征是在单曝光工艺中利用单硬掩模蚀刻步骤和无光致抗蚀剂处理以限定硬掩模来提供约一半间隔的硬掩模。
在本发明的一种结构中，用于增强的光刻图案化基板的系统包括配置以提供图案化辐射束的光刻设备。优选地，配置图案化的辐射束以在单曝光中在基板中产生特征间隔(D)。在一种结构中，通过穿过掩模的可见光或UV辐射提供图案化的辐射束。在另一结构中，图案化的辐射束是通过产生图案化的光束的无掩模装置形成的。该系统进一步包括用于保持具有设置在其上的硬掩模的基板的基板台。提供控制器，配置其改变基板关于图案化辐射束的相对位置以在第一位置曝光到第一剂量辐射和在第二位置曝光到第二剂量辐射。优选，第一和第二位置之间的移位小于由图案化的辐射束提供的特征间隔。第一位置和第二位置之间的相互移位可以通过基板台的移动、图案化光束的移动、或二者来完成。配置接收第一和第二辐射剂量的硬掩模的部分，以在蚀刻工艺中蚀刻得比硬掩模的未照射部分快很多。以这种方式，图案化的特征可以通过选择性蚀刻硬掩模来蚀刻到硬掩模中，其中图案化特征的最小间隔小于由单曝光中图案化的辐射光束限定的最小特征间距。
在本发明的一种结构中，第一曝光中使用的图案化辐射束与第二曝光中使用的图案化辐射束相同。在本发明的另一结构中，第一曝光中使用的图案化辐射束不同于第二曝光中使用的图案化辐射束，其中在第一曝光中印刷在硬掩模中的特征不同于在第二曝光中印刷的硬掩模印刷的特征。在后一结构的优选实施例中，用于第一和第二曝光的图案化辐射束通过用于产生图案化束的无掩模装置例如可以编程以产生不同光束图案的可编程微反射镜阵列产生。
在本发明的一个方面中，硬掩模材料与使用来自单掩模的两次曝光的双曝光光刻工艺结合使用。优选，如最初应用到基板上的硬掩模材料是具有基本上类金刚石碳性质的非晶碳。在本发明的一种结构中，非晶碳硬掩模材料具有通过O2等离子体灰化或相关的等离子体蚀刻工艺移除的主要耐受性。一旦暴露到蚀刻增强辐射剂量，如此暴露的非晶碳硬掩模材料的部分变得基本石墨化。优选，辐射剂量来自可见光或例如从受激准分子激光器源发出的248或193nm波长的UV辐射。在一个方面中，通过等离子体工艺例如O2等离子体灰化选择性地移除基本被辐射石墨化的硬掩模的区域。因此，双曝光工艺可以用于图案化特征到具有比由单曝光提供的密度高的硬掩模中，其中双曝光工艺可以包括硬掩模的单选择性蚀刻步骤。
附图说明
图1示例了包括至少一个标记器结构的光刻投影设备。
图2示意性地示例了根据本发明一个实施例的计算机布置。
图3a-c示例了用于帮助阐明本发明特征的基准工艺的特征。
图4-4c示例了根据本发明的一个实施例，包含在双图案化系统中的示范性特征。
具体实施方式
图1示意性地描绘了包括至少一个根据本发明实施例的标记器结构的光刻投影设备。该设备包括：
照明系统IL，用于提供辐射(例如，UV或EUV辐射)的投影束PB。在该特定的情况下，该辐射系统还包括辐射源SO；
第一支撑结构MT(例如，掩模台)，用于支撑图案化装置、MA(例如掩模)，并连接到用于关于零件PL精确定位图案化装置的第一定位器(未示出)；
第二支撑结构WT(例如，晶片台)，用于保持基板、W(例如，涂布抗蚀剂的硅晶片)，并连接到用于关于零件PL精确定位基板的第二定位器PW；和
投影系统PL(例如，反射投影透镜)，用于通过图案化装置MA将输入到投影束PB的图案成像到基板W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。
投影系统PL提供有用于调节该系统的设置的致动装置AD。在下文将更详细地说明调节设置的操作。
如这里所描述的，该设备是透射型的(即，具有透射掩模)。然而，该设备可选地是反射型的(具有反射掩模)。可选地，该设备可采用另一类型的图案化装置，例如如上所述类型的可编程反射镜阵列。
源SO(例如，汞灯或受激准分子激光器)产生辐射束。例如，该光束直接地或在横过调节元件例如束扩展器Ex之后供给照明系统(照明器)IL。照明系统I L进一步调节该光束，并包括可调光学元件AM，用于设置光束PB的强度分布的外和/或内径向范围(一般分别称为σ-外和σ-内)。另外，通常包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。以该方式，撞击在掩模MA上的光束PB包括在其截面所希望的均匀性和强度分布。
关于图1应当注意，源SO可位于光刻投影设备(如通常是当源SO例如是汞灯时的情况)的外壳内。可选地，源SO可远离光刻投影设备，产生的光束引入到设备中(例如，借助合适的引入反射镜)。该后一情形通常是源SO是受激准分子激光器的情况。本发明可应用到这些中的两种情形。
光束PB入射到掩模MA上，该掩模保持在掩模台MT上。横过掩模MA，光束PB穿过透镜PL，其聚焦光束PB到基板W的目标部分C上。借助第二定位器PW和干涉仪IF，基板台WT可精确地移动，例如，以在光束PB的路径上定位不同的目标部分C。相似地，例如，在从掩模库机械取回掩模MA之后、或在扫描期间，第一定位器(作用于掩模台MT)可以用于相对于光束PB的路径精确地定住掩模MA。通常，物体台MT、WT的移动将借助长冲程模块(粗定位)和短冲程模块(精定位)实现，其未明确示于图1中。然而，在晶片步进机(如与步进-扫描设备相对)的情况下，掩模台MT可恰好连接到短冲程驱动器，或可固定。掩模MA和基板W可利用掩模对准标记M1、M2和基板对准标记P1、P2对准。
所描述的设备可以用在两种不同的模式中：
1.在步进模式，掩模台MT和基板台WT保持基本固定，并且输入到光束PB的整个图案在一个操作(即，单“闪”)中投影到目标部分C上。基板台WT则在X和/或Y方向上移位，以便不同的目标部分C可以通过光束PB照射；和
2.在扫描模式，除了在单“闪”时给定的目标部分C没有暴光外，基本上是相同的情形。代替地，掩模台MT可以以速度v在给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如Y方向)上移动，以便使投影光束PB在掩模图像上方扫描；同时，基板台WT同时在相同或相反方向上以速度V＝Mv移动，其中M是透镜PL的放大率(一般，M＝1/4或1/5)。以这种方式，可以曝光相对大的目标部分C，而不必折衷分辨率。
3.在另一模式，保持可编程图案化装置的掩模台MT保持基本固定，并且基板台WT移动或扫描，同时传给投影光束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在每次移动基板台WT之后或在扫描期间在连续辐射脉冲之间如所需要地更新可编程图案化器件。该模式的操作可以容易施加到利用可编程图案化装置，例如如上所述类型的可编程反射镜阵列的无掩模光刻。
还可采用上述模式的组合和/或变形或使用整个不同的模式。
在未示例的变形实施例中，基板台可用包括两个扫描平台的双扫描布置来代替，连续提供晶片给两个扫描平台。当在以上描述的不同模式的一个或另一个中暴露晶片中的一个时，晶片中的另一个受到在曝光之前执行的必需测量，目的是降低每个晶片位于曝光区内的时间量并由此增加了系统的生产量。更一般地，光刻设备可以是具有两个或多个基板台(和/或两个或多个掩模台)的类型。在这种多平台机器中，另外的台可平行使用或者可在一个或多个台上执行预备步骤，同时使用一个或多个其它台用于曝光。
干涉仪一般包括光源，例如激光器(未示出)，并且一个或多个干涉仪用于确定关于要被测量的物体例如基板或台的一些信息(例如，位置、对准等)。在图1中，借助实例示意性地描绘了单干涉仪IF。光源(激光器)产生通过一个或多个光束操纵器发送给干涉仪IF的度量束MB。在提供不只一个干涉仪的情况下，通过使用将度量束分离成用于不同干涉仪的分离光束的光学系统，度量束可在它们之间共用。
用掩模台MT上的掩模对准台WT上的基板的基板对准系统MS在接近台WT的示范性位置处示意性地示出，并包括生成瞄准基板W上的标记器结构的光束的至少一个光源和检测来自那个标记器结构的光学信号的至少一个传感器器件。要注意，基板对准系统MS的位置取决于随着光刻投影设备的实际类型改变的设计条件。
此外，光刻投影设备包括在执行成像和曝光处理期间能够控制和调节机器设置的电子控制系统。示范性的电子控制系统示意性地示于图2中。注意光刻投影设备包括用于以高精度控制光刻投影设备的功能的复杂计算资源。图2仅示例了关于本发明的计算资源的功能性。计算资源可包括这里未示出的另外的系统和子系统。
可调节机器设置以通过在垂直方向上替换投影图像来补偿聚焦偏移量。可选地，可调节机器设置以通过在水平面(x、y面)上横向移位图像位置来提高对准。
图2示意性地示例了如在本发明的特定实施例中使用的计算机布置8，包括具有外围设备的主处理器21。主处理器21连接至存储指令和数据的存储单元18、19、22、23、24、一个或多个读取单元30(读取例如软盘17、CD ROM 20、DVD等)、输入器件例如键盘26和鼠标27、和输出器件例如监视器28和打印机29。可提供其它的输入器件，像轨迹球、触摸屏或扫描仪，以及其它输出器件。
提供输入/输出(I/O)器件31用于连接光刻投影设备。布置I/O器件31用于处理传送至致动器和传感器并从致动器和传感器接收的信号，致动器和传感器根据本发明参与控制投影系统PL。而且，提供网络I/O器件32用于连接至网络33。
存储单元包括RAM 22、(E)EPROM 23、ROM 24、磁带单元19和硬盘18。然而，应当理解，可提供本领域技术人员公知的其它存储单元。而且，一个或多个存储单元可物理地布置远离处理器21。示出处理器21为一个盒子，然而，它可包括平行工作或由一个主处理器控制的几个处理单元，可彼此远离设置，如本领域技术人员公知的那样。
此外，计算机布置8可位于远离光刻投影设备的位置，并在另外的网络连接上提供光刻投影设备的功能。
投影系统提供有能够通过操纵投影系统内的光学元件和平台位置来调节投影系统的光学设置的致动器件AD。致动器件AD提供有用于与控制系统(未示出)交换控制信号的输入和输出端口。本发明的计算机布置8能够以在曝光期间，特征的覆盖位移制作得尽可能低的这种方式控制和调节投影系统的设置。应当注意，计算机布置8可从光刻投影设备接收涉及投影系统和/或光刻投影设备的其它部分的状态和/或设置的状态信号。如本领域技术人员意识到的，状态信号会影响电子控制系统的定时和/或响应。
图3a-c示例了用于帮助阐明本发明的特征的基准工艺的特征。叠层300示例了可以用在基板例如基板层306的光刻图案化中的一系列层。在所描绘的特定实例中，基板层306可以是硅晶片上的栅叠层。为了在基板层306中图案化特征，在初始步骤(未示出)中，可以应用硬掩模层304和抗蚀剂层302。在图3a中所描绘的第一图案化步骤期间，掩模310用于图案化抗蚀剂层302和硬掩模层304，如所示的。该图案化可以通过将抗蚀剂层302曝光到穿过掩模310中的孔径308的辐射来完成。例如，该辐射可以是248nm或193nmUV辐射，其化学改变接收辐射的抗蚀剂的区域，以便辐射区可以被选择性地保护或被随后的蚀刻工艺选择性地蚀刻(如图3a所描绘的)，留下图案化的特征。在随后图案化抗蚀剂层302的步骤中，层302中的开口用于蚀刻层302下面的层304，如图3a所描绘的。
例如，在高级的电子部件中，随着将被图案化的特征的尺寸变小，例如层304的硬掩模对于图案化工艺变得日益重要。图案化的光致抗蚀剂层，例如层302本身可以用作掩模层，以便可以蚀刻图案化的抗蚀剂层下面的层。然而，为了选择性蚀刻下面的基板层(例如硅、氧化硅等)使用图案化的抗蚀剂层的一般蚀刻工艺，一般以较快的速率蚀刻抗蚀剂层。因此，可以被蚀刻的下面的基板层的厚度被抗蚀剂层的厚度限制，如果被蚀刻的基板层太厚，则其在蚀刻期间会完全消失。然而，随着所需要的特征图案收缩，抗蚀剂层的厚度也必须缩小，以保护转移到抗蚀剂下面的层中的图案的完整性，并防止高和窄抗蚀剂特征的倒塌。
考虑到这种竞争问题，使用硬掩模提供了蚀刻较小特征的能力。通过与抗蚀剂层302结合使用硬掩模304，可以蚀刻细特征。硬掩模层一般比抗蚀剂层薄，因为硬掩模层由具有比一般的抗蚀剂层例如PMMA更高的关于下面的基板层的蚀刻选择性的材料设计。因此，相对薄层的抗蚀剂可以用于首先图案化薄的硬掩模层。在初始图案化抗蚀剂层之后硬掩模层的厚度足够低，该抗蚀剂在硬掩模层的随后蚀刻期间可以继续存在。在随后的步骤中，可以用图案化的硬掩模层作为掩模蚀刻下面的基板层，以便在硬掩模层中的开口中蚀刻基板。硬掩模层的高蚀刻选择性使得较薄的硬掩模层继续存在蚀刻下面的基板所必需的蚀刻时间。
尽管使用硬掩模来提供小特征蚀刻，在其它情形当中，能够蚀刻到基板中的最小特征尺寸被用来照射和图案化掩模材料的光波长施加限制。基于光刻工具参数例如数值孔径，对于所使用的光的给定波长，限制了可以在基板上印刷的相邻特征之间的最小间距(“最小特征间距”)。由于对应于小间距的任一掩模特征没有印刷在基板上，所以一般根据利用采用掩模的光刻工具可印刷的最小特征间距来选择在光刻掩模中使用的最小间距(考虑到从掩模到基板的缩小)。因此，对于给定的光刻设备，用于产生给定图案辐射束的一个掩模或一组掩模，被典型地配置具有掩膜特征，该掩膜特征被设计来通过光刻设备在具有特征间距等于或大于由光刻设备可印刷的最小特征间距的基板中产生结构。
考虑到以上限制，随着器件之间的所需间隙(需要的最小特征间距)在高级的电子技术中缩小，利用常规的单曝光工艺制备这种器件变得日益困难了，其中在单曝光中基板暴露到图案化的辐射束。例如，对于亚90-nm的器件尺寸，利用248或193nm辐射来图案化特征日益困难。
为了增加基板上的结构量，以便结构可以在小于与用于图案化基板的光刻工具有关的最小特征间距的距离隔开，可以采用例如双曝光的技术，如图3a-3c中所示。如上所述，图3a代表其中在硬掩模蚀刻步骤之后曝光的抗蚀剂区初始曝光和移除发生的处理阶段。当掩模区A在图的中心附近时，发生抗蚀剂/硬掩模叠层302/304的图案化。在添加另外层的抗蚀剂以涂布开口312之后，出现图3b中所描绘的处理阶段，之后是在掩模310中的移位，如由区域A的位置所描绘的。抗蚀剂/硬掩模层302/304的随后图案化和蚀刻产生新的开口314。在图3c中，选择性地移除了抗蚀剂302，留下具有特征304’隔开距离D’的图案化的硬掩模304。因此，在单曝光中配置以产生特征间距D的掩模，可以用于图案化和形成具有特征间距D′～D/2的硬掩模。然而，将意识到，图3a-3c中描绘的工艺需要两个分离的抗蚀剂层沉积、抗蚀剂302的两个曝光步骤和硬掩模304的两个蚀刻步骤。
图4-4c示例了根据本发明的一种结构，包括在用于增强的图案转移的系统和方法中的示范性特征。叠层400包括硬掩模层404和基板406。优选，层404是非晶碳材料。如这里使用的，术语“非晶碳”指的是具有高含量sp-3键(优选大于50％)的材料。非晶碳一般包含基本成分氢，在一些情况下接近、但优选超过50％。这里称为“非晶碳”的材料的一个限定特征，是具有基本的类金刚石特征。可以通过光学性质的测量、碳原子的键合测量和其它物理测量来示出类金刚石特征。非晶碳一般也具有可以由相似的物理测量确定类石墨特征的成分。一般，非晶碳具有很少或没有晶序。一般，在非晶碳内混合的类金刚石和类石墨区域以很紧密的尺寸出现，通常在纳米或更小的尺寸，以便未照射的非晶碳材料在图案化特征的长度尺寸(目前大于约50nm)上表现均质。
在图4-4c所示的结构中，执行与图3a-3c所描绘的相似的双曝光图案化工艺。因此，利用单曝光在基板(硬掩模)中配置以产生特征间隔D的物理掩模410，可以用于产生具有特征间隔D/2的硬掩模404。然而，基本减少了包含在到达图4c的图案化的硬掩模结构中的工艺步骤。
在图4中，单层硬掩模404优选是非晶碳。如所沉积的，非晶碳层基本上如上所述。非晶碳层可以通过公知的技术例如化学汽相沉积、等离子体增强化学汽相沉积和物理汽相沉积来沉积。如在图4中所描绘的，掩模410提供有配置以提供具有特征间隔D的图案化辐射束的孔径412。在曝光到UV辐射之后，如图4a所示，例如，利用受激准分子激光器，照射部分402。近来已显示出类金刚石碳的激光照射导致石墨化(参见Seth等人，Thin Solid Films254(1995)92-95)。因此，区域402基本上是类石墨的。在图4b所描绘的步骤，重复以上描绘的用于产生图4a的结构的工艺。在该情况下，掩模410移位等于D的一半的距离。例如，在第一曝光之后，用于双曝光工艺的光刻工具中的控制器可以移位基板台等于D/2的距离。将意识到，距离D/2一般是沿着如图1所定义的x方向、y方向或二者组合的“水平”移位。在物理掩模用于提供图案化光束或辐射的情况下，能够以与区域402基本相同的尺寸形成区域403。换句话说，因为在图4a和4b所示的两次曝光中使用孔径412，所以照射的区域403和402的尺寸应当约等于等效的照射条件。
在图4c中，执行选择性蚀刻工艺，以便移除区域402、403，留下具有D/2特征间距的图案化层404。因为照射部分402、403基本石墨化，所以在O2等离子体中的蚀刻(等离子体灰化)可以用于蚀刻照射部分。已示出，石墨化材料可蚀刻得比未照射的非晶碳(参见Seth等人)更快。例如，对于受到248nm波长辐射的约500nm的初始非晶碳厚度，以400mJ/cm2的流量暴露到100个脉冲，利用O2反应性离子蚀刻产生了暴露的非晶碳与未暴露的非晶碳约3.5的蚀刻率比。将意识到，术语“O2等离子体”、“O2反应性离子蚀刻”、“O2灰化”尽管未必是单种类的O2气体，但指的是包含高百分比O2气体的反应性离子蚀刻工艺。
在本发明的另一实施例中，图4、4a和4b中所示的步骤可以利用产生图案化辐射束的无掩模装置执行。例如，组成图案化辐射束的辐射束组(beamlets)414，可以通过来自微反射镜阵列元件(未示出)的反射光或通过穿过光阀阵列(未示出)的光产生。控制产生无掩模图案化辐射束的装置的控制器可以用于移位无掩模图案化的辐射束达到由图4a和4b所示的步骤之间的距离D/2。可选地，基板台控制器可以用于移位包含图4a和4b中所示的曝光步骤之间的硬掩模层的基板，而由微反射镜阵列产生的束组414保持静止。
根据本发明的一个方面，通过适当的选择层404的层厚度，和通过适当的选择蚀刻增强辐射剂量，蚀刻时可以完全移除两部分402、403，而未照射层404的主要部分保留为硬掩模。如这里所使用的术语“蚀刻增强辐射剂量”，指的是基于硬掩模的辐射波长和材料性质的辐射量，足以使硬掩模蚀刻率相比硬掩模的未照射部分显著增加。例如，增加照射的硬掩模部分的蚀刻率达25-50％(相对于未照射部分)的辐射剂量认为是适度的蚀刻增强剂量，而增加蚀刻率达200％的剂量可以认为是基本蚀刻增强剂量。因为在部分402和403的曝光之后，图4a-4c中描绘的以上工艺仅需要单硬掩模蚀刻，暴露部分的蚀刻率的增强对于本发明的实施例运行不需要严格。作为实例，对于200nm厚的非晶碳硬掩模层，部分402和403会受到增加蚀刻率达100％的蚀刻增强剂量。在随后的O2灰化期间，完全移除部分402和403的时间对应于约100nm未照射硬掩模部分的移除。即使使用20％的过蚀刻来确保完全移除部分402和403，也将保留80nm的未照射硬掩模，其更足以承受将图案化的特征409转移到基板中所执行的随后蚀刻。因此，图4a-c中所描绘的双曝光工艺可以仅利用两个光刻曝光步骤和单蚀刻步骤完成。而且存在宽的辐射剂量“处理窗”，其中辐射剂量可以改变并在增强足以制备图4c的结构的区域402和403的蚀刻率时仍有效。
要注意，对应于可印刷在给定的图案化辐射束(例如，穿过掩模的光束)的基板上的特征间距的间距D，不需要是来自给定光刻工具的最小特征间距。例如，公知给定的248nm工具能够在单曝光时印刷120nm的最小特征间距。基于该知识，如果在晶片中希望100nm的最小特征间距，用于光刻工具的掩模能够设计为200nm的最小特征间距，并经过以上描绘的双曝光工艺，其中在晶片上产生了100nm的特征间距。这允许印刷其标定的单曝光最小间距很好位于工具能力内的结构，同时仍制备特征间距在单曝光最小特征间距以下的结构。
在本发明的其它结构中，图案化的辐射光束的特征是在单曝光时可印刷的最小特征间距D，在曝光到图案化束的第一和第二曝光位置之间的基板的水平移位可以是不同于D/2的值，例如D/3。
在本发明的另一结构中，可以在第三位置执行硬掩模层到图案化束的第三曝光。例如，曝光的相对位置相对于图案化辐射束的尺寸D可以是位于零、D/3和2D/3处。
还要注意，如参考图4a披露的双曝光工艺会导致两个不同的特性间距。例如，再次参考图4b，特征402和403之间的相对移位可以是D/3，在其情况下，图案化特征402、403的阵列特征是，在例如相邻403特征之间的间距D以及在相邻402、403对之间的间距D/3。
进一步要注意的是，这里涉及的特征间隔D不限制于特征“间距”，其中术语间距表示重复多次的特征之间的规则间隔。术语D可以指的是，恰好是一对特征或几个特征的性质的特征间隔或最小特征间隔，而不是重复多次的特征之间的规则间隔。
另外，尽管以上公开的一些实施例通常涉及利用在每次曝光中可以具有基本相同图案的图案化光束或辐射的多个曝光，但本发明的实施例对于其中图案化的辐射束的图案在各曝光之间不同也是可以的。例如，图案化辐射束的第一曝光可用于图案化拉伸的栅特征到硬掩模中以在栅特征之间具有间隔D，而第二曝光用于图案化不同的特征，例如四方形。第二曝光的四方形特征也具有从栅特征移位D/2的D的间隔。例如，利用可编程的微反射镜阵列，可以完成硬掩模的该“异质”(heterogeneous)双曝光图案化。因此，特征402通常在尺寸和形状可以与特征403不同。
以上的方法和系统可以与在利用图案化辐射束图案化基板中采用的任一图案化(“掩模”)面结合使用。例如，掩模面可以是金属面或可选地是栅面。每个不同的掩模面与不同的最小晶片间距D相关。另外，在两次不同曝光之间的图案化辐射束的相对水平移位不必涉及最小间距，但可代表绝对移位值或涉及图案化辐射束的另一特征。例如，水平移位可以以规定特征的最小隔离的设计规则为基础。在本发明的另一结构中，用于图案转移的系统包括具有辐射源和例如掩模的图案化器件的光刻系统，其中图案化的辐射束投影到基板上。提供辐射敏感硬掩模材料为基板顶表面上的涂层。如这里所使用的，术语“辐射敏感硬掩模材料”，指的是性质容易被曝光到通常在可见的或紫外光谱内的电磁辐射改变的硬掩模材料。如这里使用的术语“硬掩模”，指的是与一般的光致抗蚀剂材料相比设置在基板上的层，通常更加耐受机械变形和用于蚀刻基板材料的某些蚀刻处理，并且可以比光致抗蚀剂材料更加热稳定。优选，辐射敏感硬掩模材料是非晶碳材料，它的类石墨含量在暴露到入射在基板上的来自UV光图案化束的UV辐射的区域中基本上会增加。光刻系统另外包括基板台和提供用于辐射敏感硬掩模材料的双曝光工艺的控制器。优选，配置控制器以将基板定位在相对于用于硬掩模材料(设置在基板上)的第一曝光的图案化辐射束的第一位置；和将基板定位在相对于用于硬掩模材料的第二曝光的图案化辐射束的第二位置，其中第一和第二位置之间的距离等于小于最小间距D，例如D/2。在本发明的一种结构中，控制器使基板台在曝光之间移动距离D/2。在本发明的另一结构中，控制器用于在曝光之间移位图案化的辐射束的位置达到距离D/2，而基板台保持固定。因此，在硬掩模材料中可以产生照射特征的双曝光图案，其中在图案化特征之间的最小间距是D/2。通过正确选择用于第一和第二曝光的辐射剂量以及选择性蚀刻条件，利用单蚀刻步骤，图案化的硬掩模可以产生具有位于照射特征的位置处并隔开D/2的开口。
根据本发明的另一方面，可以用位于碳硬掩模层下面的常规对准标记执行利用非晶碳硬掩模的双曝光工艺。在一个示范性步骤中，执行非晶碳层的图案化，以便覆盖对准标记的硬掩模层的区域保持未曝光。因此，那些区域在硬掩模图案化步骤之后保持基本类金刚石特性。公知类金刚石碳对用于进行对准的波长的光高透射。因此，通过显像未照射碳掩模下面的对准标记容易进行对准。
在本发明的另一结构中，用于图案转移的系统包括具有辐射源和例如掩模的图案化器件的光刻系统，其中图案化的辐射束投影到基板上。提供辐射敏感硬掩模材料作为基板顶表面上的涂层。如这里使用的，术语“辐射敏感硬掩模材料”，指的是性质容易被曝光到通常在可见的或紫外光谱内的电磁辐射改变的硬掩模材料。如这里使用的术语“硬掩模”，指的是与一般的光致抗蚀剂材料相比设置在基板上的层，通常更加耐受机械变形和用于蚀刻基板材料的某些蚀刻处理，并且可以比光致抗蚀剂材料更加热稳定。优选，辐射敏感硬掩模材料是非晶碳材料，它的类石墨含量在暴露到入射在基板上的来自UV光的图案化束的UV辐射的区域中基本上会增加。光刻系统另外包括基板台和提供用于辐射敏感硬掩模材料的双曝光工艺的控制器。优选，配置控制器以将基板定位在相对于用于硬掩模材料(设置在基板上)的第一曝光的图案化辐射束的第一位置；和将基板定位在相对于用于硬掩模材料的第二曝光的图案化辐射束的第二位置，其中第一和第二位置之间的距离等于小于最小间距D，例如D/2。在本发明的一种结构中，控制器使基板台在曝光之间移动距离D/2。在本发明的另一结构中，控制器用于在曝光之间移位图案化的辐射束的位置达到距离D/2，而基板台保持固定。因此，在硬掩模材料中可以产生照射特征的双曝光图案，其中在图案化特征之间的最小间距是D/2。通过正确选择用于第一和第二曝光的辐射剂量以及选择性蚀刻条件，利用单蚀刻步骤，图案化的硬掩模可以产生具有位于照射特征的位置处并隔开D/2的开口。
根据本发明的一个实施例，图案转移的方法，在该方法中当基板位于相对于图案化束的第一位置时朝着提供在基板上的硬掩模层提供图案化的辐射束，其中硬掩模层的第一部分暴露到来自图案化辐射束的第一剂量的辐射，该图案转移的方法特征在于步骤：将与硬掩模层的第一部分不同的第二部分暴露到来自图案化辐射束的第二剂量的辐射，第一和第二剂量足以增强各个第一和第二部分的蚀刻特性；和对硬掩模层进行蚀刻处理，其中基本移除了第一和第二部分，并且其中除了第一和第二部分之外的硬掩模层的部分基本完整。
根据本发明的另一实施例，在基板中图案转移的方法，在该方法中在基板上提供辐射敏感硬掩模层，其中在基板的第一位置提供配置以产生特征间隔(D)的图案化辐射束，其中硬掩模层的第一部分暴露到蚀刻4增强辐射剂量，该图案转移的方法特征在于步骤：在从第一位置移位小于D的距离的基板的第二位置提供图案化的辐射束，其中硬掩模层的第二部分暴露到蚀刻增强辐射剂量；和对硬掩模层进行蚀刻，其中在接收蚀刻增强剂量之后配置第一和第二部分以蚀刻得比硬掩模层的未照射部分快很多。
根据本发明的另一实施例，图案转移的系统包括光刻设备装置，配置以提供图案化的辐射束，配置该图案化的辐射束以在单曝光中在基板中产生特征间隔；基板台装置，用于保持具有设置在其上的硬掩模的基板；和控制器装置，配置以改变基板和图案化的辐射束之间的相对位置，用于在第一相对位置曝光到第一剂量的辐射和在第二相对位置曝光到第二剂量的辐射，其特征在于第一和第二位置之间的移位小于特征间隔，其中配置接收第一和第二辐射剂量的硬掩模的部分以在蚀刻工艺中以比硬掩模的未照射部分基本更快的速率蚀刻。
虽然已公开了本发明的优选形式，但对于本领域技术人员显而易见的是，可进行能够实现本发明的一些优点的各种改变和修改，而不脱离本发明的精神和范围。对于本领域技术人员显而易见的是，可适当地替换执行相同功能的其它部件。而且，利用适合的处理器指令，可在所有的软件工具中或在利用硬件逻辑和软件逻辑的组合以实现相同结果的混合工具中完成本发明的方法。因此，本发明的范围要通过所附的权利要求单独地确定。

Claims (19)

1.一种用于图案转移的方法，包括：
朝着提供在基板上的硬掩模层提供图案化的辐射束，
将硬掩模层的第一部分暴露到来自图案化的辐射束的第一剂量的辐射，第一剂量足以增强第一部分的蚀刻特征；
将与硬掩模层的第一部分不同的第二部分暴露到来自图案化的辐射束的第二剂量的辐射，第二剂量足以增强第二部分的蚀刻特征；和
对硬掩模层进行蚀刻处理，其中在蚀刻处理期间移除了第一和第二部分，并且其中除了第一和第二部分之外的硬掩模层的部分是完整的；其中
在曝光第一部分之后和在曝光第二部分之前将基板相对图案化的辐射束移位一水平位移，其中图案化的辐射束具有在单次曝光中可印刷在硬掩模上的最小特征间距，并且其中水平位移小于最小特征间距，
其中在暴露到辐射束之前，硬掩模层是具有主要成分为类金刚石碳的非晶碳。
2.如权利要求1的方法，其中图案化的辐射束包括365nm、248nm、193nm、157nm和126nm UV辐射之一。
3.如权利要求1的方法，其中第一和第二剂量相同。
4.如权利要求1的方法，其中第一和第二剂量每个都足以石墨化相应的第一和第二部分。
5.如权利要求1的方法，其中蚀刻工艺是O2反应性离子蚀刻工艺，并且其中硬掩模层的照射部分与未照射部分的蚀刻率比大于2。
6.如权利要求1的方法，其中水平位移是最小特征间距的一半。
7.如权利要求1的方法，进一步包括在对硬掩模层进行蚀刻处理之前，将与硬掩模层的第一和第二部分不同的第三部分暴露到来自图案化的辐射束的第三剂量的辐射，第三剂量足以改变第三部分的蚀刻特征，其中在蚀刻处理期间移除了第三部分。
8.一种用于图案转移的方法，包括：
在基板上提供辐射敏感硬掩模层；
提供配置以在基板和图案化的辐射束之间的第一相对位置处的硬掩模层上产生最小特征间隔的图案化的辐射束，其中将硬掩模层的第一部分暴露到蚀刻增强辐射剂量；
在基板和图案化的辐射束之间的第二相对位置处提供图案化的辐射束，第二相对位置离第一相对位置移位小于D的距离，其中硬掩模层的第二部分暴露到蚀刻增强辐射剂量；和
对硬掩模层进行蚀刻，其中配置第一和第二部分，以在接收到蚀刻增强辐射剂量之后蚀刻得比硬掩模层的未照射部分快很多，
其中D是在单次曝光中利用图案化的辐射束可印刷在硬掩模中的最小特征间隔；蚀刻增强辐射剂量是基于硬掩模的辐射波长和材料性质、足以使硬掩模蚀刻率相比硬掩模的未照射部分显著增加的辐射剂量，
其中在未照射部分中硬掩模层是具有主要成分为类金刚石碳的非晶碳。
9.如权利要求8的方法，其中非晶碳包括在10％和50％之间的碳和在90％和50％之间的氢。
10.如权利要求8的方法，其中非晶碳是通过化学汽相沉积、等离子体增强化学汽相沉积和物理汽相沉积中的一种形成的。
11.如权利要求8的方法，其中第一相对位置和第二相对位置之间的距离是最小特征间隔的一半。
12.如权利要求8的方法，其中由在第一相对位置通过曝光到蚀刻增强辐射剂量形成的第一部分的特征不同于在第二相对位置通过曝光到蚀刻增强辐射剂量形成的的第二部分的特征。
13.如权利要求8的方法，进一步包括在硬掩模曝光到第一相对位置和第二相对位置处的图案化的辐射束期间，让覆盖对准标记的硬掩模层的部分不被曝光。
14.一种用于图案转移的系统，包括：
基板台，用于保持具有硬掩模设置在其上的基板；
配置以提供图案化的辐射束的光刻设备，该图案化的辐射束配置以在单次曝光中在基板中产生在硬掩模中的最小特征间隔；和
控制器，配置以改变基板和图案化的辐射束之间的相对位置、用于在基板和图案化的辐射束之间的第一相对位置将硬掩模的第一部分曝光到第一剂量的辐射和在基板和图案化的辐射束之间的第二相对位置将硬掩模的第二部分曝光到第二剂量的辐射，第一相对位置和第二相对位置之间的位移小于最小特征间隔，其中分别接收第一和第二辐射剂量的硬掩模的第一和第二部分配置成在蚀刻工艺中以比硬掩模的未照射部分快很多的速率蚀刻，
其中在暴露到辐射束之前，硬掩模层是具有主要成分为类金刚石碳的非晶碳。
15.如权利要求14的系统，其中图案化的辐射束包括365nm、248nm、193nm、157nm和126nm UV辐射之一。
16.如权利要求14的系统，其中蚀刻工艺是O2反应性离子蚀刻工艺，并且其中硬掩模的照射与未照射部分的蚀刻率比大于2。
17.如权利要求14的系统，其中控制器是配置在第一相对位置和第二相对位置之间移动基板的基板台控制器。
18.如权利要求14的系统，其中控制器是用于产生图案化的辐射束的无掩模装置的控制器，配置该控制器以移位在第一相对位置和第二相对位置之间的图案化的辐射束。
19.如权利要求14的系统，其中图案化的辐射束具有在第一相对位置的与硬掩模的第一部分的特征对应的第一结构和在第二相对位置的与硬掩模的第二部分的特征对应的第二结构。
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