对光刻衬底上的正色调抗蚀剂层进行构图的方法

摘要

提供一种单曝光方法和双曝光方法，以减少掩模误差因子并提高光刻印刷步骤分辨率。本发明包括使用正色调抗蚀剂，将具有稠密线和间隙的需要图案分解为印刷在交错位置的半稠密间隙的两个子图案。每次曝光都在对两个半稠密间隙的相应掩模图案施加相对间隙宽度扩展之后执行。表示间隙宽度扩展的因子具有1到3之间的值，从而减少掩模误差因子和线边粗糙。

说明书

技术领域

【0001】本发明一般涉及光刻以及相关的曝光半导体衬底的方法。

背景技术

【0002】光刻曝光设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图装置(例如，提供掩模图案的掩模或掩模板)可以产生对应于IC单层的电路图案。在光刻中，光束穿过掩模板对照射光束构图，并由光刻设备的投影系统投影到已经覆盖了感光抗蚀剂(例如，抗蚀剂)材料的衬底(硅晶片)的目标部分(例如，包括一个或多个管芯)上，从而在抗蚀剂上形成需要图案。通常，单个晶片包括相邻目标部分的整个网络，其每个每次通过投影系统连续的照射。

【0003】在半导体制造中，对晶片衬底上的具有更小图案和特征的更小半导体器件的不断要求，推动着光刻曝光设备能够获得的光学分辨率的极限。

【0004】通常，曝光在可以由光刻曝光设备光解的晶片衬底上图案的可重复特征(例如，“半节距”)的最小尺寸，取决于投影系统和(图案化的)投影辐射光束的属性。特别地，半节距特征尺寸的光分辨率可以由瑞利分辨率方程的简单形式得到：

p_0.5＝k₁·λ/NA，其中k₁≥0.25         (1)

【0005】其中：p_0.5表示可重复特征尺寸(例如，“半节距”)，单位nm；

【0006】NA代表投影系统的数值孔径；

【0007】λ代表投影光束的波长，单位nm；以及

【0008】k₁是代表半节距特征尺寸可获得的光学分辨率极限的因子。

【0009】如上所述，k₁理论上的光学分辨率半节距下极限是0.25。试图接近k₁＝0.25的阻障，进行过相当多的努力以研发能够采用更短波长和/或更高数值孔径的昂贵技术，从而允许接近k₁≥0.25限制的更小特征的制造。

【0010】集成电路图案的制造包括特征之间的间隙容差的控制，以及特征尺寸容差的控制。特别是最小尺寸的容差的控制，例如在集成电路器件制造中允许的接点尺寸或线宽或线间隙的控制，是重要的。这些最关键尺寸的大小被称为临界尺寸(“CD”)。包含基本等于CD的最小尺寸的特征在本文中被称为“CD尺寸特征”。

【0011】进一步，伴随着低k1成像的各种现象，例如线端收缩、圆角、CD相对于节距的变化、掩模误差因子(“MEF”)、以及线边粗糙(“LER”)可能导致特征保真度的损失超过容差。特别地，MEF导致多晶硅栅的长度不同，降低集成电路的性能。MEF定义为抗蚀剂上CD尺寸特征的CD响应于掩模上对应特征的对应尺寸变化的变化率，由此考虑到投影系统的缩小而将后者尺寸标准化为衬底层级。在光刻领域，掩模误差因子，可选地，也被称为掩模误差增强因子(“MEEF”)。两个概念是相同的，在本文中称为掩模误差因子或MEF。

【0012】上述的光刻设备典型地包括辐射系统和投影系统。辐射系统通常包括照明系统。照明系统接收来自光源的辐射，例如激光，并且产生照明光束以照明目标，例如构图设备(例如，掩模台上的掩模)。在典型的照明系统中，光束成形并被控制，从而在照明系统的瞳孔平面上光束具有需要的空间强度分布。这样在瞳孔平面上的空间强度分布有效地作为产生照明光束的实际辐射源。可以利用所述强度分布的不同形状，其由(基本均匀的)黑背景上的亮区组成。任何这种形状在下文可以被称为“照明模式”。已知的照明模式包括：传统的(在所述瞳孔上的顶帽型强度分布)、环形的、偶极的、四极的和更复杂形状的照明瞳孔强度分布的排列。在所述瞳孔平面上的侧边位置对应于在构图设备上的入射角，任何这样的入射角通常被表示为投影系统的数值孔径NA的西格马(σ)分数。从而，在照明系统瞳孔处的强度分布的更完整特征，除了照明模式的表示，还包括照明模式的参数的表示，例如，σ和NA。照明模式和所述照明模式对应参数的结合，此处被称为“照明设置”。已知的照明设置包括：“传统”照明设置(从而照明瞳孔内的强度分布基本均匀地等于由σ的参数值和投影系统的数值孔径NA的参数值定义的一定范围，其中0＜σ＜1)、环形设置、偶极设置、四极设置和更复杂的排列。通常分别由表示环面或极子的内部和外部径向范围的参数σ_inner和σ_outer分别表征环形或者多极设置。这样的照明模式提供构图设备的离轴照明。可以由各种方式形成照明设置。可以由变焦透镜控制传统照明模式的σ值，同时可以由变焦展象镜(zoom-axicon)控制环形模式的σ_inner和σ_outer值。可以使用投影系统中的可变虹彩光圈控制NA值。

【0013】可以在瞳孔平面中使用具有适当孔径的光圈或通过衍射光学元件形成更复杂的设置(例如所述偶极和四极模式)。典型地，排列所述衍射光学元件以产生照明系统的瞳孔平面的预选择角强度分布上游。该角强度分布转化为在照明系统的瞳孔平面上对应的空间强度分布。

【0014】特别在高数值孔径(NA＞0.85)并且使用离轴照明模式来照明构图设备时，在目的是在抗蚀剂上印刷沟槽或线的半稠密规则间隔图案、宽度具有临界尺寸并且特征之间大约是临界尺寸三倍间隔的这些光刻过程中，MEF和LER是限制k₁进一步减少的最显著缺陷。

发明内容

【0015】本发明的实施例改善在抗蚀剂层上构图的光刻曝光过程。具有本发明主旨的方法，此处举例说明并广泛描述，是为了增强光刻系统的图像分辨率。

【0016】此处提供一种对至少部分覆盖在光刻衬底上的具有包含目标特征和邻近间隙的周期性排列的目标图案的抗蚀剂层进行构图的方法，该目标特征具有目标特征宽度，包括照明包含对象特征和邻近间隙的周期性排列的掩模图案，该对象特征具有对象特征宽度，将该掩模图案缩小投影到衬底上，曝光该抗蚀剂层以成像掩模图案，其中每个对象特征以比各自相邻间隙的亮度低的亮度成像，并且其中该方法进一步包括安排比例，该比例定义为对象特征宽度乘以缩小率再除以目标特征宽度，具有低于0.8的值，并补偿低于0.8的值以提供目标图案。

【0017】按照本发明的一方面提供第二种方法，如上述的方法，其中目标图案的周期性排列具有目标节距并且其中目标占空因数，定义为目标特征宽度除以目标节距，是0.7到0.8当中的任何一个值。

【0018】按照本发明的一方面提供一种具有包含需要特征和相邻需要间隙的周期性排列的需要图案的衬底的方法，包括：将需要图案分为两个交错的目标图案，分别是第一目标图案和第二目标图案，每个目标图案包括具有设置在目标特征附近的需要间隙的目标特征的周期性排列；在衬底上提供第一抗蚀剂层，至少部分覆盖衬底，按照上述第二种方法使用第一目标图案对第一抗蚀剂层构图，显影第一抗蚀剂层；在衬底上提供第二抗蚀剂层，至少部分覆盖衬底，按照上述第二方法使用第二目标图案对第二抗蚀剂层构图，其中设置投影以将第二目标图案间隙插入在第一目标图案间隙的位置。

【0019】按照本发明的另一方面，提供一种计算机程序产品，包括程序代码，用来控制光刻设备以执行对至少部分覆盖衬底、具有包括目标特征和相邻间隙的周期性排列的目标图案的抗蚀剂层进行构图的方法，该目标特征具有目标特征宽度，包括：

照明包括对象特征和相邻间隙的周期性排列的掩模图案，该对象特征具有对象特征宽度；

将掩模图案以一定缩小率投影到衬底上；

曝光至少部分覆盖衬底的抗蚀剂层以成像掩模图案，其中每个对象特征以比各自相邻间隙的亮度低的亮度成像；

补偿低于0.8的偏离率，其中偏离率定义为对象特征宽度乘以缩小率并除以目标特征宽度。

【0020】按照本发明的另外方面，提供一种光刻设备，包括控制器，配置来运行计算机程序产品并实现上述补偿。

附图说明

【0021】现在参考所附的附图仅使用示例的方式描述本发明的实施例，其中同样的附图标记代表同样的部分，其中：

【0022】图1显示了光刻构图步骤的掩模误差因子的大小。水平轴表示掩模图案的宽度，垂直轴表示抗蚀剂上构图的线的宽度；

【0023】图2显示了按照本发明的光刻构图步骤的掩模误差因子的大小；

【0024】图3显示了将需要图案的密集线和间隙分解成两个半密集间隙图案；

【0025】图4显示了提供有硬掩模和抗蚀剂层的光刻衬底；

【0026】图5显示了按照本发明的双曝光构图方法的连续结果，包括第一次曝光和硬掩模的第一次蚀刻的效果；

【0027】图6显示了按照本发明的双曝光构图方法的结果，包括第二次曝光和硬掩模的第二次蚀刻的效果；

【0028】图7显示了按照本发明的光刻设备；

【0029】图8显示了目标图案、掩模图案和联系彼此的抗蚀剂层的特征尺寸；以及

【0030】图9显示了按照本发明的实施例的目标图案、掩模图案和联系彼此的抗蚀剂层的特征尺寸。

具体实施方式

【0031】如上所述，一直需要获得精细光学分辨率从而接近半节距k₁的理论下极限0.25，用来印刷具有特征和特征间的间隙的图案，例如，线与间隙的稠密或半稠密图案。除了增强光刻构图步骤的分辨率，还需要获得特征保真度。掩模图案可以具体为与目标图案，例如，需要图案，基本相似玻璃上的铬图案。然而，在掩模图案，例如具体为提供有依靠电子束写入的铬特征图案的石英衬底的制造中，可能发生残余图案写入误差。这样的误差由光刻步骤转移到目标图案上，光刻步骤对这样的图案误差的敏感度由所谓的掩模误差因子表示。降低掩模误差因子可以提供重要的优越性。

【0032】上述的掩模误差因子(MEF)现象，伴随着低k₁成像，可能导致特征保真度的损失超过容差。MEF定义为CD尺寸特征宽度RS在抗蚀剂上的变化ΔRS的比率，响应于掩模上的对应特征的对应尺寸PS的变化ΔPS，从而考虑到投影系统的缩小率M(M的数值可以为，例如1/4，1/5或1/8)，将后者尺寸PS标准化为衬底层级：

MEF＝ΔRS/(ΔPS·M)                        (2)

【0033】简单起见，在本文中，公式中的缩放因子M可提可不提，但当讨论缩小到掩模层级时，假设是考虑的。在掩模误差因子存在时，由使用投影系统的成像步骤提供的特征保真度以及曝光的抗蚀剂的成像特征可能受影响，从而变得超过容差。下面，在公式和特征中，M设为1；然而，应理解的是，本发明不限于M＝1的步骤和设备。

【0034】为了说明MEF的发生，在图8中示意性地显示了抗蚀剂构图步骤。在步骤中，将包含目标特征81和邻近间隙801(可以是，例如线形特征81和邻近间隙801)的周期性排列的目标图案800印在正色调抗蚀剂上，提供在衬底上作为层820。在图8中，周期性排列的节距表示为TP，并被称为目标节距。照射掩模图案810并投影在衬底上以曝光抗蚀剂层820。掩模图案810包括对应于目标图案的对象特征82和邻近间隙802的周期性排列。对象特征82具有对象特征宽度PS，邻近间隙802具有25nm的临界尺寸CD宽度。此外，在周期性排列810中出现的对象特征和邻近间隙的节距被称为对象节距OP(因此，相对狭窄的间隙802被设为节距OP)。在现有步骤中，节距OP是100nm。从而，对象特征82具有75nm的宽度，例如，临界尺寸CD的三倍。曝光步骤可以例如使用衰减相移掩模(att-PSM)执行。使用这种掩模，对象特征具体为相移、辐射吸收特征(但是跳过一小段辐射)，例如石英衬底上具有临界尺寸CD的三倍，即75nm宽度的钼硅(MoSi)。对象特征82在具有衬底层级的掩模图案的图像上成像为暗特征，结果是未曝光的抗蚀剂材料特征83，而间隙802成像为图像上明亮的区域，由此导致感光抗蚀剂的部分803。

【0035】此处描述的目标特征的周期性排列可以进一步由目标占空因数TDC表示，其定义为目标特征宽度TS除以目标节距TP，涉及构图的抗蚀剂层上特征的尺寸，还可以由掩模图案占空因数PDC表示，也称为对象占空因数或图案占空因数，定义为对象特征宽度PS除以对象节距OP，涉及掩模层级的特征的尺寸。在现有步骤中，占空因数TDC和PDC是相等的：

TDC＝PDC＝75[nm]/100[nm]＝0.75

【0036】为了进一步表征光刻构图步骤，参数BR，称为偏离率、或比率、或偏置，定义为按投影系统的缩小率而缩小的对象特征宽度PS·M与目标图案特征的目标特征宽度TS的比率：

BR＝PS·M/TS，

在当前步骤中，BR＝1(M＝1)。图9示意性地显示了比率BR的定义。

【0037】通常引入掩模图案特征的附加尺寸偏差补偿例如在图案投影和曝光中产生的误差作用。掩模图案特征的这种偏置，可以包括相关尺寸相对于通常尺寸的高达大约10％的偏差。偏置的应用导致对象占空因数PDC轻微地偏离目标占空因数TDC。例如，在上述步骤中当间隙的宽度按因子1.2增加，同时间隙的节距保持在100nm，图案占空因数PDC是0.7，偏离率BR是0.93。通常，相对偏离率BR统一值的偏差是有限的，然而，大约达到+或-0.1。

【0038】图1显示了MEF数量的一个例子，尤其用于其中目标图案和掩模图案是具有0.9到1.1之间的偏离率BR的周期性线和间隙图案的步骤。在图1中，水平轴表示掩模图案的线的宽度PS，垂直轴表示导致在抗蚀剂上构图的线的宽度83，理想地对应于目标宽度TS。在图1中宽度83相对于宽度PS的倾角A的正切表示现有光刻步骤的掩模误差因子。进一步由0.93的NA校准的正色调抗蚀剂模型表征该步骤，抗蚀剂层的厚度为50nm，并且偶极TE极化照明模式具有σ_inner＝0.82和σ_outer＝0.96。MEF的值随着掩模图案特征的宽度强烈变化并且达到10的量级。

【0039】按照本发明的第一实施例，可以由选择低于0.8的偏离率BR的值而充分降低该步骤的MEF。在本实施例中偏离率被选为0.67。这意味着掩模上的线和间隙都具体为50nm宽度的线和间隙。对象占空因数PDC是0.5，并且要求的目标占空因数TDC是0.75。

图2显示了在如上述相同的照明情况下导致的对掩模图案误差的敏感度。MEF降低到2.9到3.8之间的值。在图9的示意性图表中，对象特征82的偏置相对于目标特征的位置不对称地发生。应注意，本方面不限于这种不对称偏置，该偏置可以不同设置，尤其是该偏置可以相对于对应的目标特征对称。

【0040】在本实施例中，通过以施加0.67的偏置补偿构图步骤获得需要的目标占空因数TDC＝0.75。该补偿包括调整曝光剂量以将图案占空因数PDC设为0.5而不是0.75。这样对曝光剂量的调整引起在衬底层级辐射图案的曝光区域内曝光剂量的调整。为了分析的目的，该图案可以被当作空间像，由投影系统提供。在本实施例中，空间像的反差比常规步骤中的空间像的反差要大得多，如上所述，由此TDC＝0.75，0.9＜BR＜1.1。从而，相对于现有技术的曝光剂量减少了的曝光剂量，可以用于空间像的更宽区域，其中曝光剂量低于清除能量(energy-to-clear)。此处，“清除能量”的概念是指在正色调抗蚀剂中从不可溶到可溶(在负色调抗蚀剂中从可溶到不可溶)的可溶度的变化，其发生在曝光剂量的阈值，所谓的“清除能量”。按照本发明获得的MEF的降低，还导致LER的降低，由于处理中的目标图案的线边粗糙误差是取决于构成掩模图案的线的线边粗糙。

【0041】第二实施例与第一实施例相同，除了目标占空因数TDC不同于0.75。按照本发明的并如同第一实施例中描述的方法的优势在间隙邻近非临界尺寸线的半稠密目标图案中也是一样的。在该实施例中，目标图案的线具有70nm到80nm范围内的线宽，线和间隙的目标节距是100nm。这样，按照本发明，目标占空因数TDC的值，可以从0.7到0.8的范围内选择。按照本发明的一方面，可以使用100nm的节距(忽略缩小因子M)在20nm到55nm范围内线宽的掩模图案，结合曝光剂量的调整以获得任何选择的目标图案占空因数，例如，具有0.2到0.55范围内的值的图案占空因数PDC，提供这个范围的目标图案线宽。在本发明中，具有100nm的节距和在20nm到55nm范围内线宽的图案，偏离率BR具有最低值0.25，最高值0.78即低于0.8。

【0042】按照本发明，概念“间隙”是由抗蚀剂上的线和间隙的图案构成，不限于在显影后抗蚀剂上的间隙。不考虑曝光之后的光刻步骤，例如抗蚀剂的曝光后烘焙和显影，就可以获得本发明的优势。

【0043】因此，在与第一和或第二实施例相同的第三实施例种，目标图案的线是正色调抗蚀剂上的未曝光线，目标图案的间隙具体为感光正色调抗蚀剂材料的部分，其中这些部分按照目标图案的间隙而成形。

【0044】在本发明的第四实施例中提供MEF的进一步降低，其与第一实施例相同，除了图案占空因数PDC是PDC＝0.25(25nm的图案线和75nm的图案间隙)以及目标占空因数TDC＝0.5(50nm宽的目标图案线和50nm宽的目标图案间隙)。偏离率BR是0.5，可获得的MEF是2。

【0045】按照本发明的一方面，可以将负色调抗蚀剂(而不是正色调抗蚀剂)用于前四个实施例中的任何一个，其中需要提供在这些实施例中的间隙对应于曝光的负色调抗蚀剂材料的特征(未曝光的抗蚀剂在显影之后从衬底表面突出)。因为之后掩模图案的成像与前四个实施例中的情况基本相同，获得了类似降低的MEF。

【0046】按照本发明的另一方面，在前四个实施例的任何一个中对施加偏置的补偿包括对已曝光的抗蚀剂显影(溶解)和施加特征收缩处理，或曝光剂量调节与显影后施加特征收缩的结合。可以使用特征收缩处理来减少根据抗蚀剂显影所获得图案的间隙的宽度。例如，由施加化学处理(例如使用RELACS^TM材料覆盖间隙，进行混合/烘焙处理，冷却衬底并由D.I.水清洗)或热抗蚀剂流动处理提供间隙的收缩，使收缩特征能够以控制的方式获得特征尺寸校正达到50nm的收缩。

【0047】如上所述，长期存在着对获得精细光学分辨率的需要。按照本发明，能够绕过半节距k1的理论下极限0.25以使用双曝光处理印刷稠密线并开发上述单曝光实施例的优势。

【0048】作为下面更详细的介绍，本发明通过执行双曝光技术获得低于半节距下极限值半节距p_0.5＝k₁·λ/NA，  其中  k₁＝0.25，从而绕过k₁＝0.25的壁垒，其中在两次曝光之间对抗蚀剂施加曝光后烘焙(也被称为“PEB”)，或可选地，施加曝光后烘焙和随后对抗蚀剂显影的结合。在对抗蚀剂显影后获得的抗蚀剂图案可以用作蚀刻掩模，以蚀刻设置在抗蚀剂层下的硬掩模。

【0049】按照本发明的一方面，光刻双曝光构图步骤涉及正色调抗蚀剂在用于印刷特征(其中k₁＜0.25)的排他性应用。在印刷例如稠密、半稠密和/或隔离线的特征的光刻中，使用正色调抗蚀剂比使用负色调抗蚀剂更优越。

【0050】按照本发明的一方面，在前三个实施例的任何一个当中描述的对抗蚀剂层构图的方法都是在双曝光光刻步骤中施加两次。本发明包括将稠密CD尺寸特征和CD尺寸间隙(例如，稠密线和间隙)的需要图案分解为半稠密、CD尺寸间隙(以及非临界尺寸的特征或线)的第一和第二目标图案。间隙印刷在彼此交错或交替的位置上，每次曝光都使用正色调抗蚀剂。两个掩模图案或对象图案分别联系两个目标图案，并且各自的对象图案可以设置在单一的标线或两个单独的标线上。在没有任何特征偏置的情况下，每个对象图案的特征可以具有大约3倍临界尺寸CD的宽度，但是与这种非临界特征相邻的间隙仍然是CD尺寸。这样，目标占空因数TDC可以等于或大约0.75。按照本发明，尽管每次曝光都是由将低于0.8的偏离率BR施加到两个对象图案的对象特征而执行，从而两个对象图案的占空因数PDC低于0.6。这意味着，目标图案的CD尺寸间隙对应于两个对应半稠密间隙掩模图案中相应的间隙宽度加宽的间隙，因此表示间隙宽度加宽的因子具有1-3之间的值(忽略投影系统的缩小因子)，从而减少掩模误差因子和线缘粗糙。下面的实施例将更详细地描述本发明的这个方面。

【0051】按照本发明的第五实施例，提供一种对至少部分覆盖光刻衬底的材料层构图的双曝光方法，如图3示意性地显示，该材料层具有线和间隙组成的需要的稠密图案DL。图3显示了需要特征(线)31和邻近的需要间隙301的周期性排列；该周期性排列的节距DP是图案DL需要的节距。需要图案DL分为两个插入的目标图案，分别是第一目标图案SDS1和第二目标图案SDS2。为了将需要图案分离，可以使用基于规则或基于模型的掩模图案设计软件。目标图案SDS1和SDS2中的每一个分别包括目标线特征32、34和与目标特征邻近的目标间隙302、304的周期性排列。如图3所示，目标间隙(302，304)的宽度与需要间隙301的宽度相同。该方法包括两次连续的对正色调抗蚀剂层的构图，从而将两个目标图案SDS1和SDS2各自的间隙302和304设置在衬底上彼此交错的位置上。图案SDS1和SDS2可以转移到材料层上以提供需要图案DL。

【0052】在本实施例中，如图4所示，可以承载预处理过的IC层的衬底W被提供有目标层TL，目标层TL的顶上有硬掩模层HM，在硬掩模层HM的顶上有正色调抗蚀剂层RL1。

【0053】具有目标图案SDS1的第一构图具有目标占空因数TDC1，包括按照目标图案SDS1的掩模图案MP1，并具有对象占空因数PDC1，以及偏离率BR1。为了开发低MEF的优越性，选择低于0.8的偏离率BR1。

【0054】在本实施例中，连续的曝光情况与第一实施例中相同。例如，目标图案SDS1和SDS2各自的目标占空因数TDC1和TDC2都是0.75，掩模图案MP1和MP2各自的对象占空因数PDC1和PDC2都是0.5，两个掩模的特征各自的偏离率BR1和BR2都是0.67。

【0055】使用掩模图案MP1和用来在抗蚀剂层上成像掩模图案的投影系统将抗蚀剂层RL1曝光为辐射图案。调整曝光剂量以得到特别为图案SDS1的目标占空因数TDC1。如图5A所示，第一构图之后是显影抗蚀剂层RL1以提供抗蚀剂材料的蚀刻掩模RM1。如图5B所示，接着干法蚀刻硬掩模层HM以将目标图案转移到硬掩模层上。如图5C所示，除去抗蚀剂掩模RM1，将补充的正色调抗蚀剂层RL2设置在硬掩模层HM上。

【0056】接着，按照与上述相同的方法执行第二次曝光，这样放置掩模MP2使得目标图案SDS2的间隙304可以设置在与图案SDS1的间隙交错的位置上。如图5D所示，这可以通过将掩模MP2的间隙502设置在与预先蚀刻的硬掩模HM的间隙504交错的位置上而实现。

【0057】由于具有第一次曝光，通过选择低于0.8的偏离率BR2，并通过按照选择的偏离率BR2设置曝光剂量以获得专门用于图案SDS2的目标占空因数TDC2，获得低MEF的优势。

【0058】如图6A所示，随后对已曝光的抗蚀剂层RL2的显影，提供抗蚀剂材料的蚀刻掩模RM2。如图6B所示，接着再次干法蚀刻硬掩模层HM以将目标图案SDS2转移到硬掩模层上。如图6C所示，接着除去抗蚀剂掩模RM2，结果获得了目标图案SDS1和随后的目标图案SDS2的转移，以提供按照需要图案DL对硬掩模HM的构图。

【0059】通过对目标层TL进行第三次蚀刻获得最终图案转移，其可以作为在综合蚀刻室中的预图案转移的一部分。

【0060】在本实施例中，提供抗蚀剂掩模RM1和RM2可以进一步包括在对抗蚀剂层曝光之前和/或之后的各种处理。例如，预曝光步骤可以包括清洗、涂底层和软烘焙步骤。在曝光之后，晶片衬底可以经过不同的后曝光处理，例如，后曝光烘焙(PEB)和硬烘焙。此外，任何抗蚀剂层可以包括底部抗反射涂层或可显影的底部抗反射涂层以减少曝光辐射的背反射。

【0061】本发明的第六实施例与第五实施例相同，除了在第一次曝光、以及随后对硬掩模层HM的蚀刻和抗蚀剂掩模RM1的去除之后显影抗蚀剂层RL1。反之，在第一次曝光之后和第二次曝光之前，抗蚀剂层RL1经过曝光后烘焙和接着(充分地)抗蚀剂层RL1的未曝光部分按照前述实施例的第二曝光步骤经历补充的、第二次曝光。曝光后烘焙具有在抗蚀剂层RL1上固定第一目标图案SDS1的作用，从而在第二次曝光中抗蚀剂没有对第一次曝光的“记忆”。利用抗蚀剂的非线性化学特性来进行所述的固定图案。特别地，结合KrF受激准分子激光器和ArF受激准分子激光器而使用的正色调抗蚀剂是化学增强抗蚀剂。化学增强抗蚀剂材料的关键组分是光酸发生器(称为PAG)，是一种感光成分。抗蚀剂还包括具有分块矩阵构造的B基化合物。在这种构造之下，曝光之后，光酸发生器PAG转化为光酸PA+，其部分被B基化合物中和。

【0062】在烘焙步骤中，在光酸PA+和聚合物之间催化反应，使得在烘焙之后，聚合物解块，使其溶解在典型的显影溶液中，光酸PA+大量电离。例如，感光聚合物解块反应可以导致，即在烘焙时间接近40秒之后，失去初次曝光的记忆。接着，在光酸PA⁺和聚合物之间发生的化学反应减弱，这样再剩下的烘焙时间内聚合物解块的范围不再增加。这样，该情况下，在40秒的烘焙期间之后，光酸PA+实际上消散以按照图案SDS1在抗蚀剂上提供相对高对比度和稳定潜在的图像，进而对第一次(或之前的任何一次)曝光几乎没有记忆。

【0063】由于抗蚀剂层对无论显影和/或曝光的非线性响应，按照图案SDS1的抗蚀剂掩模RM1的特征的空间傅立叶变换(其由光刻设备的投影系统所提供)，包含比掩模图案MP1的图像强度图案的空间傅立叶变换更高的空间频率。相似地，掩模图案MP2的强度图案具有比掩模图案MP1的特征的空间傅立叶变换更低的空间频率。此外，在上述的双曝光实施例中，无论通过将图案SDS1转移到硬掩模HM上或通过将图案SDS1固定在抗蚀剂层上，都可以避免按照图案SDS1和SDS2成像的两个子图案的干扰或合并。从而，作为转移到硬掩模HM上的合并图案DL的空间傅立叶变换，也包括比按照半节距p_0.5＝k₁·λ/NA的倒数更高的空间频率，从而避免了k₁≥0.25的极限。公式中所述更高频率的存在，使得能够绕过k₁＝0.25的壁垒。

【0064】按照本发明的一方面，第五和第六实施例不限于选择用于目标占空因数和掩模图案或对象占空因数中选择的特殊值。例如，与按照本发明的单曝光步骤类似，目标占空因数可以具有0.7到0.8之间的值，图案占空因数可以具有0.2到0.55之间的值。

【0065】按照本发明的另一方面，上述实施例中的任一个都不限于包含线和间隙的图案。本发明可一般地用来印刷例如在半稠密图案(使用按照本发明的单曝光步骤)中排列的沟槽和沟槽的稠密图案(使用按照本发明的双曝光步骤)。

【0066】第七实施例与第五实施例相同，除了下面描述的细节。按照本发明的第七实施例，如第四实施例中所述，双曝光印刷法使用两次曝光，从而对于每次曝光提供进一步降低到2值的MEF。这样，对于两次曝光，各自的对象占空因数PDC1和PDC2由PDC1＝PDC2＝0.25(25nm的图案线和75nm的图案间隙)给出，并且分别的目标占空因数TDC1和TDC2由TDC1＝TDC2＝0.5(50nm宽的目标图案线和50nm宽的目标图案间隙)给出，从而BR1＝BR2＝0.5。

【0067】第七实施例与第五实施例不同的地方在于，在两次曝光之间的蚀刻步骤和第二次曝光之后的蚀刻步骤都是由进行特征收缩处理而补充。执行特征收缩步骤是为了将图案SDS1和SDS2的间隙宽度减小到，例如30nm，允许间隙之间有交错的位置，如第五实施例中所述。例如，可以通过在对硬掩模层HM进行干法蚀刻时施加蚀刻偏置来产生并获得特征收缩。可选地，可以通过进行用来收缩抗蚀剂掩模RM1和RM2的抗蚀剂处理来提供收缩。可以使用抗蚀剂处理收缩技术，例如为了收缩特征对抗蚀剂进行的化学或热处理，并已经显示可以用来以控制的方式对特征尺寸校正达到50nm收缩。

【0068】按照本发明，不需要在两次曝光之间沉积硬掩模层。而是，原理上，现有曝光和线印刷方法只使用传统的水显影步骤和干法蚀刻步骤。从而，本方法可以简单地应用于包含光刻设备和典型地连接到光刻设备的涂层/显影轨道的光刻系统。

【0069】在图7中示意性地显示了按照本发明的实施例的光刻曝光设备。该设备包括：

【0070】配置来调节辐射光束B(例如，UV辐射或DUV辐射，例如由受激准分子激光器产生，具有193nm或157nm的波长，或由激光加热等离子源产生的具有136nm波长的EUV辐射)的照明系统(照明器)IL。

【0071】构造来支撑构图设备(例如，掩模)MA并连接到配置来按照一定参数精确定位构图设备的第一定位器PM的支撑结构(例如，掩模台)MT；

【0072】构造来支持衬底(例如，覆盖抗蚀剂的芯片)W并连接到配置来按照一定参数精确定位衬底的第二定位器PW的衬底台(例如，芯片台)WT；以及

【0073】构造来将图案通过构图设备MA传给辐射光束B而投影到衬底W的目标部分C(例如，包含一个或更多管芯)上的投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS。

【0074】照明系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射、反射、磁、电磁、静电或其它类型的光学部件，或其组合，用来引导、成形或控制辐射。

【0075】支撑结构可以是框架或台，例如，可以按需要固定或移动。支撑结构可以确保构图设备处于需要的位置，例如，相对于投影系统。此处使用的术语“刻线”或“掩模”都可以当作与更普遍的术语“构图设备”是同义的。

【0076】此处使用的术语“构图设备”可以广泛地解释为任何可以用来将一个图案传到辐射光束的横截面上从而在衬底的目标部分产生图案的设备。应注意，传到辐射光束上的图案不一定精确对应于衬底目标部分的需要图案，例如，如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常，传到辐射光束上的图案对应于设备中，例如在集成电路中，为目标部分产生的一个特定功能的层。构图设备可以是透射的或反射的。

【0077】此处使用的术语“投影系统”可以广泛地解释为包括任何类型的投影系统，包括折射、反射和反射折射光学系统，或其任意组合，适合所使用的曝光辐射，或其它因素例如浸入液体或真空的应用。此处使用的术语“投影透镜”可以当作与更普遍的术语“投影系统”是同义的。

【0078】如此处所示，该设备属于透射型(例如，使用透射掩模)。可选地，该设备可以属于反射型(例如，使用反射掩模)。

【0079】光刻设备可以属于具有两个(双台)或多个衬底台(和/或两个或以上掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，附加的台可以并行使用，或在一个或多个台上可以进行预备步骤，同时一个或多个其它台正在用来曝光。

【0080】光刻设备也可以属于其中衬底的至少一部分可以被具有相对高的折射率的液体覆盖的类型，例如，水，从而填满投影系统和衬底之间的间隙。浸入液体也可以设置在光刻设备的其它间隙里，例如在掩模和投影系统之间。浸入技术在本领域公知用来增加投影系统的数值孔径。此处使用的术语“浸入”不是指一种结构，例如衬底，必须浸没在液体中，而仅仅是指在曝光期间液体处于投影系统和衬底之间。

【0081】参考图7，照明器IL接收来自辐射源SO的辐射光束。该源和光刻设备可以是分离的个体，例如当该源是受激准分子激光器。在这种情况下，不认为该源是形成光刻设备的一部分，辐射光束借助于包括例如适当的引导镜和/或光束扩展器的光束传输系统BD从源SO传到照明器IL。在其它情况下，该源可以作为光刻设备整体的一部分，例如当该源是汞灯时。源SO和照明器IL，如果需要的话与光束传输系统BD一起，可以称为辐射系统。

【0082】照明器IL可以包括用来调节辐射光束的角强度分布的调节器AD。通常，至少可以分别调整在照明器瞳孔平面的强度分布参数σ_-outer和σ_-inner。此外，照明器IL可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。照明器可以用来控制辐射光束，使其在横截面上具有需要的一致性和强度分布。

【0083】辐射光束B入射到构图设备(例如，掩模MA)，该构图设备由支撑结构保持(例如，掩模台MT)，辐射光束B由构图装置构图。穿过掩模MA之后，辐射光束B穿过投影系统PS，其将光束聚焦在衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉设备，线性编码器或电容传感器)，衬底台WT可以精确移动，例如，为了将不同的目标部分C安置在辐射光束B的路径上。

类似地，可以使用第一定位器PM和另一个位置传感器(在图7中没有明确显示)来相对于辐射光束B的路径精确定位掩模MA，例如在从掩模库机械检索之后，或在扫描当中。通常，可以借助于作为第一定位器PM构成部分的长程模块(粗糙定位)和短程模块(精确定位)实现掩模台MT的运动。类似地，可以使用作为第二定位器PW构成部分的长程模块和短程模块实现衬底台WT的运动。在步进器(相对于扫描器)的情况下，掩模台MT可以只连接到短程制动器，或可以固定。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2对准掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据专用的目标位置，但它们可以位于目标部分之间的间隙(该目标部分之间的间隙就是划线对准标记)。类似地，在掩模MA上提供有不止一个管芯的状况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。

【0084】所述设备可以用于下面模式中的至少一个：

【0085】1、在步进模式，掩模台MT和衬底台WT实质上保持静止，同时传到辐射光束的整个图案同时投影在目标部分C上(例如，单静态曝光)。接着衬底台WT在X和/或Y方向移动，使得可以曝光不同的目标图案C。在步进模式，曝光场的最大尺寸限于在单静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。

【0082】2、在扫描模式，同步扫描掩模台MT和衬底台WT，同时将传到辐射光束的图案投影到目标部分C上(即单动态曝光)。可以由投影系统PS的放大缩小和图像反转特性决定衬底台WT相对于掩模台MT的速度与方向。在扫描模式，曝光场的最大尺寸限于单动态曝光的目标部分的宽度(在非扫描方向)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(在扫描方向)。

【0087】3、在另一模式，掩模台MT实质上保持静止以支撑可编程构图设备，移动或扫描衬底台WT，同时传到辐射光束的图案投影在目标部分C上。在这种模式，通常使用一个脉冲辐射源，并且在衬底台WT每次运动之后或在扫描期间内连续的辐射脉冲之间按要求更新可编程构图设备。这种操作模式可以容易地应用于使用可编程构图设备例如上述类型的可编程镜阵列的无掩模光刻。

【0088】还可以使用上述所有使用模式的组合和/或变形，或完全不同的使用模式。

【0089】按照本发明的一方面，光刻系统包括：光刻曝光仪器、光刻干涉仪器。在这种仪器中，将抗蚀剂层曝光为在多光束干涉仪器中获得的条纹图案。例如，两个UV或DUV辐射的准直射光束以产生线性干涉条纹的角度彼此干涉。将具有感光层的晶片安置在可移动的台上。该台可以旋转并分别在两个方向平移。将由任何合适的已知源产生的两个实质上准直射的相干光束从与相对的晶片相关的法向矢量以可变的角度引向抗蚀剂层，以在抗蚀剂层上形成干涉图案。相干辐射的干涉辐射光束可以由例如采用分束元件的ArF受激准分子激光器产生，或可以由任何合适的已知方法提供，使它们由同一个源产生，并且在晶片上的强度实质上相等，以确保高对比度的曝光。

【0090】在一层或多层抗蚀剂层上产生的干涉图案可以通过例如旋转晶片和/或平移晶片而改变。

【0091】按照本发明的控制装置可以包括存储器，可以在其中存储关于子图案SDS1和SDS2的数据并在用来产生合并图案DL的两次曝光的每次当中用来控制光刻曝光设备(例如，设置台MT和WT的相对位置，和/或设置有关的照明模式)。同一存储器可以用来存储关于设置偏离率BR1和BR2的数据。基于存储在存储器中的数据，对可以作为控制装置一部分的计算机进行编程并用来执行按照本发明的任何方法步骤。

【0092】按照本发明的计算机程序产品可以包括程序代码，用来控制光刻设备以执行对至少部分覆盖衬底、具有包括目标特征和相邻间隙的周期性排列的目标图案的抗蚀剂层进行构图的方法，该目标特征具有目标特征宽度。该方法包括，照明具有对象特征和相邻间隙的周期性排列的掩模图案，该对象特征具有对象特征宽度，将掩模图案以一定缩小率投影到衬底上，曝光至少部分覆盖衬底的抗蚀剂层以成像掩模图案，其中每个对象特征以比各自相邻间隙的亮度低的亮度成像，补偿低于0.8的偏离率，其中偏离率定义为对象特征宽度乘以缩小率并除以目标特征宽度。在本发明的实施例中，光刻设备包括配置来运行计算机程序产品并起补偿作用的控制器。按照本发明的一方面，光刻设备是配置来执行例如第五实施例中所描述的双曝光步骤。上述光刻设备的控制器接着是配置来运行上述计算机程序产品并对两次不同的抗蚀剂构图步骤起补偿作用，其中以包括目标特征和相邻间隙的周期性排列的第一目标图案对第一抗蚀剂层进行构图，以包括目标特征和相邻间隙的周期性排列的第二目标图案对第二抗蚀剂层进行构图，并且其中第一和第二目标图案的间隙是交错的。

【0093】尽管在本文中关于光刻设备在IC制造中的应用做了充分的说明，但应理解，此处描述的光刻设备可以包括其它应用，例如，制造集成光学系统、磁畴存储器的导向和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等等。本领域技术人员应注意，在这些可选的应用当中，此处使用的术语“晶片”和“管芯”可以认为分别与更普遍的术语“衬底”或“目标部分”是同义的。此处所述的衬底可以在曝光前或后在例如轨道(典型地将抗蚀剂层施加到衬底上并显影曝光过的抗蚀剂的工具)、测量工具和/或检查工具中进行处理。在应用时，此处揭示的技术方案可以用于这种和其它的衬底处理工具。此外，可以不止一次处理衬底，例如为了制造多层IC，所以此处使用的术语衬底也可以指已经包含多个经处理过的层的衬底。

【0094】此处使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有大约365、355、248、193、157、或126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如，具有5-20nm范围内的波长)。

【0095】本文使用的术语“透镜”，可以指任何一个或多个不同类型的光学部件的组合，包括折射、反射、磁、电磁和静电光学部件。

【0096】尽管上面详细描述了本发明的特殊实施例，但应注意，本发明还能以描述之外的方式实施。

【0097】上述说明是为了示例，并非限制。这样，对于本领域技术人员来讲显而易见的是，可以对上述本发明做出修改，而并不背离权利要求书所请求保护的范围。