雙重曝光(Double Exposure, DE)是指在光刻膠覆蓋的晶片上分別進(jìn)行兩次曝光。兩次曝光是在同樣的光刻膠上進(jìn)行的，但使用不同的掩模版。

雙重曝光工藝流程

兩次曝光之后，晶片做烘烤和顯影。工藝流程簡(jiǎn)寫(xiě)為：光刻膠旋涂-曝光1-曝光2-顯影-刻蝕(litho-litho-etch, LLE)。所以，雙重曝光是在同一層光刻膠上曝光兩次，兩次曝光光強(qiáng)的疊加產(chǎn)生所需要的圖形。

圖1 單層光刻膠上兩次曝光的空間像光強(qiáng)示意圖

例如，采用雙重曝光來(lái)實(shí)現(xiàn)50nm 1：1的線條：第一次曝光實(shí)現(xiàn)的溝槽(周期是200nm)；第二次曝光相同的圖案，但是曝光圖形整體移動(dòng)100nm。烘焙及顯影之后，將得到50n/50nm的致密圖形。該方案的優(yōu)勢(shì)是每次曝光只需要分辨周期為200nm的圖案，每一次曝光的照明條件可根據(jù)掩模圖形優(yōu)化；而且，相同的光刻膠層使用了兩次，工藝簡(jiǎn)單。由于兩次曝光之間晶圓在工件臺(tái)上不移動(dòng)，因此兩次曝光之間的對(duì)準(zhǔn)誤差較小。但是，雙重曝光也有缺點(diǎn)，如果兩次曝光成像的空間對(duì)比度較低或者散射光(flare)非常強(qiáng)，那么對(duì)于不需要曝光的區(qū)域而言，其接受到的總光強(qiáng)將可能高于光阻的脫保護(hù)閾值E₀，導(dǎo)致所有光刻膠被顯影掉，如圖1(a)所示。因此，曝光系統(tǒng)需要提供較高的空間圖像對(duì)比度，如圖1(b)所示。另外，光刻膠對(duì)曝光能量的反應(yīng)必須是高度非線性的，疊加效應(yīng)幾乎為零，即曝光能量小于某一個(gè)值時(shí)，光刻膠的損耗幾乎為零。

光學(xué)曝光

在曝光過(guò)程中，從光源發(fā)出的光通過(guò)對(duì)準(zhǔn)的掩摸版。版上有不透明和透明的區(qū)域，這些區(qū)域形成了要轉(zhuǎn)移到硅片表面的圖形。曝光的目的就是要把版上圖形精確地復(fù)制(在規(guī)范之內(nèi))成光刻膠上的最終圖像。曝光的一方面是，在所有其他條件相同時(shí)，曝光光線波長(zhǎng)越短能曝出的特征尺寸就越小。事實(shí)上它是縮小硅片上特征尺寸的驅(qū)動(dòng)。此外，曝光的光線產(chǎn)生一定能量，這對(duì)光刻膠產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)是必不可少的。光必須均勻地分配到曝光區(qū)域。光學(xué)光刻需要在短波長(zhǎng)下進(jìn)行強(qiáng)曝光以獲得當(dāng)今精細(xì)光刻的關(guān)鍵尺寸。