[发明专利]光刻设备

说明书

技术领域

本发明涉及光刻设备，特别涉及一种用于包含第一组分和第二组分的光致抗蚀剂的光刻设备。

背景技术

微电子产业的飞速发展要求半导体器件的特征尺寸越来越小，器件特征尺寸的减小一方面依赖于曝光工具，另一方面也与光致抗蚀剂的选择密切相关。因此，与光刻技术相应的光致抗蚀剂的选择与应用也成为光刻工艺中的一个重要研究内容。

光刻技术的进步促进了光致抗蚀剂性能的不断完善。利用化学放大作用的光致抗蚀剂具有高灵敏度、强的耐干法腐蚀性等优点，有利于半导体后续加工工艺的进行，因此在半导体工艺领域具有广阔的应用前景。在光刻领域正逐渐受到人们的关注。可以相信，工艺性能得到更加完善稳定的化学放大光致抗蚀剂将在半导体工业中发挥重要作用。

化学放大光致抗蚀剂一般包括三个部分：基质树脂、有机溶剂和光致产酸剂(photo-acid generator，PAG)。化学放大光致抗蚀剂经曝光或光照后，PAG吸收能量发生光分解，生成光酸(photo-acid)，发生酸催化反应，使曝光区域的基质树脂发生保护基团的去除反应或树脂与交联剂之间的交联反应，形成正性或负性潜像，在一定的溶剂中显影形成曝光图案。此外，也有一些化学放大光致抗蚀剂使用光致产碱剂(photo-base generator，PBG)来替代光致产酸剂，通过光碱(photo-base)来产生碱催化反应，同样可以与基质树脂发生保护基团的去除反应或树脂与交联剂之间的交联反应，形成正性或负性潜像。

但是，有两种因素会降低潜像的对比度。

一种因素是光酸或光碱的扩散。通过第一波段的光照射产生的光酸或光碱会从质量浓度高的地方逐渐扩散到质量浓度低的地方。这样，光酸或光碱的质量浓度分布将偏离光学图像，从而使光酸或光碱的潜像的对比度降低。

第二种因素是光学衍射。理论上，通过掩模形成的光学图像应该是简单的二值图像，即光学图像中，对应于被掩模遮挡部分的图像的光强为零，而对应于掩模的透光部分的图像的光强为常数。然而，实际上，随着半导体工艺关键尺寸的不断减小，光的衍射效应越来越明显，使得光学图像中原本光强应当为零的部分也具有一定的光强。由此，导致光酸或光碱的潜像的对比度进一步降低。

在现有技术的光刻设备中，通常采用限制光酸或光碱的扩散长度的方式来提高潜像的对比度。但是，这种做法的缺陷在于使得去除反应或交联反应的效率降低。此外，现有技术不能克服由于衍射效应而导致的潜像对比度降低。

发明内容

本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于包含能够产生化学放大作用的第一组分和第二组分的光致抗蚀剂的光刻设备，该光刻设备包括：第一曝光设备，用于使用第一波段的光对涂覆在衬底上的光致抗蚀剂的表面上的选定区域进行选择性照射，使得所述第一组分产生第一化学物质；以及第二曝光设备，用于使用第二波段的光对所述光致抗蚀剂的表面的所有区域进行均匀照射，使得所述第二组分产生第二化学物质，其中所述第二波段不同于所述第一波段，所述第二化学物质能够与所述第一化学物质发生反应，从而降低所述第一化学物质在光致抗蚀剂中的质量浓度。

优选地，所述第一曝光设备包括：第一光源，用于发射第一波段的光；以及第一曝光光学器件，用于将所述第一波段的光通过掩模之后形成的光学图案成像到所述光致抗蚀剂表面，以限定所述光致抗蚀剂表面的选定区域。

优选地，所述第二曝光设备包括：第二光源，用于发射第二波段的光；和第二曝光光学器件，用于将所述第二波段的光投射到所述光致抗蚀剂的表面的所有区域。

优选地，所述第二曝光光学器件包括：光束均质器，其中所述第二波段的光经所述光束均质器后变为强度分布均匀的光；和限制光束孔径的光学元件。

优选地，所述第二光源包括波长选择器，所述波长选择器从所述第二光源发射的光中选择所述第二波段的光。

优选地，所述第二曝光设备还包括曝光控制器，所述曝光控制器通过设定所述第二曝光设备的曝光时间和光强来控制所述第二曝光设备的曝光剂量。

优选地，所述第二曝光设备还包括连接到所述曝光控制器的光强闭环控制器，所述光强闭环控制器通过确定所述第二波段的光的光强与设定光强之差是否超过预定阈值来控制所述第二波段的光的光强。

优选地，所述第二曝光设备连接到所述第一曝光设备，通过所述第一曝光设备的操作触发所述第二曝光设备的操作。

优选地，所述第二曝光设备使用所述第二波段的光的均匀照射与所述第一曝光设备的选择性照射同时进行。