CN105074572A - 以气相沉积来沉积的光刻胶及此光刻胶的制造与光刻系统 - Google Patents

Abstract

一种光刻胶气相沉积系统包含：真空腔室，真空腔室具有加热元件以及用于固持基板的冷却卡盘，真空腔室具有加热的入口；以及气相沉积系统，气相沉积系统连接至加热的入口，以使前驱物挥发进入真空腔室中，以在由冷却卡盘冷却的基板之上凝结光刻胶。沉积系统产生半导体晶片系统，半导体晶片系统包含：半导体晶片，以及在半导体晶片之上的气相沉积的光刻胶。需要半导体晶片系统的极紫外线光刻系统包含：极紫外线光源；镜，镜用于引导来自极紫外线光源的光；中间掩模台，中间掩模台用于使来自极紫外线光源的光成像；以及晶片台，晶片台用于放置具有气相沉积的光刻胶的半导体晶片。

Description

以气相沉积来沉积的光刻胶及此光刻胶的制造与光刻系统

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2013年3月14日申请的美国临时专利申请序列号16/786,042的优先权，通过引用该申请而将该申请的标的并入本文。

本申请包含与2013年12月23日同时申请的美国专利申请序列号14/139,307有关的标的，且通过引用该申请而将该申请的标的并入本文。

本申请包含与2013年12月23日同时申请的美国专利申请序列号14/139,371有关的标的，且通过引用该申请而将该申请的标的并入本文。

本申请包含与2013年12月23日同时申请的美国专利申请序列号14/139,415有关的标的，且通过引用该申请而将该申请的标的并入本文。

本申请包含与2013年12月23日同时申请的美国专利申请序列号14/139,507有关的标的，且通过引用该申请而将该申请的标的并入本文。

技术领域

本发明大体涉及极紫外线光刻光刻胶。

背景技术

极紫外线光刻(EUV，也被称为软x射线投影光刻(softx-rayprojectionlithography))是用以取代用于制造0.13微米及更小的最小特征尺寸的半导体器件的深紫外线光刻(deepultravioletlithography)的竞争者。

然而，极紫外线光通常在7至40纳米的波长范围内，极紫外线光在实质上所有材料中被强烈吸收。因此，极紫外线系统通过光的反射来工作，而非通过光的透射来工作。通过使用一系列的镜或透镜元件，以及反射元件或涂布有非反射性吸收剂掩模图案的掩模坯料(maskblank)，图案化光化光(actiniclight)被反射至涂布光刻胶的半导体晶片上。

用于将图案转印至光刻胶的光刻技术的进步，已经使得能够转印日益变小的图案。这意味着能够在集成电路中形成更小的集成电路特征。因此，可以在半导体集成电路上的给定区域中放置更多的元件，因此能够大大降低集成电路的成本，同时提高使用这些集成电路的电子器件的功能。

在制造半导体集成电路时，在半导体晶片上沉积光刻胶。在暴露至辐射及其他处理时，光刻胶的被暴露区域经受改变，使得光刻胶的那些区域更困难或更容易移除。因此，后续的处理可以选择性移除较易移除的材料，而留下被图案化与较难移除的材料。接着此图案能通过该光刻胶转印至半导体晶片，例如，通过使用剩余的光刻胶作为掩模来将需要的特征蚀刻至半导体晶片的下层中。

因为需要形成越来越精细的掩模，因此对于EUV光刻胶也产生许多要求。目前，没有已知的材料是同时满足对EUV光刻胶的分辨率、线边缘粗糙度以及灵敏性(RLS)的要求。除了RLS的问题外，用于EUV光刻胶的传统旋涂式技术在许多方面都具有缺陷。

第一，旋涂式光刻胶利用铸溶剂进行涂布，这会造成环境问题。

第二，旋涂式沉积技术并不提供良好的厚度控制，并在垂直的Z方向中具有厚度变化，特别是在膜厚度减小的时候。

第三，旋涂式光刻胶溶液的组分可能由于表面能量效应而在界面处有分离的倾向。

因此，当变得更加需要EUV光刻技术时，找到这些问题的答案越来越关键。此外，对降低成本、提高效率与性能并满足竞争压力的需求对找到这些问题的答案的关键必要性增加了更大的紧迫性。

尽管已长期寻找这些问题的解决方案，但先前的发展并未教导或建议任何的解决方案，因此本领域技术人员是长期困惑于这些问题的解决方案。

发明内容

本发明的实施方式提供光刻胶沉积系统，所述系统包含：真空腔室，所述真空腔室具有加热元件和用于固持基板的冷却卡盘，所述真空腔室具有加热的入口；以及气相沉积系统，所述气相沉积系统连接至所述加热的入口，以使前驱物挥发进入所述真空腔室中，以在由所述冷却卡盘冷却的基板之上凝结光刻胶。

本发明的实施方式提供极紫外线光刻系统，所述系统包含：极紫外线光源；镜，所述镜体用于引导来自所述极紫外线光源的光；中间掩模(reticle)台，所述中间掩模台用于放置极紫外线掩模坯料；以及晶片台，所述晶片台用于放置涂布有气相沉积的光刻胶的晶片。

本发明的实施方式提供极紫外线光刻系统，所述系统包含：极紫外线光源；镜，所述镜用于引导来自所述极紫外线光源的光；中间掩模台，所述中间掩模台用于放置已经利用气相沉积的光刻胶图案化的极紫外线掩模；以及晶片台，所述晶片台用于放置晶片。

本发明的实施方式提供半导体晶片系统，所述系统包含：半导体晶片；以及所述半导体晶片之上的以气相沉积而沉积的光刻胶。

本发明的某些实施方式除了以上提及的那些步骤或元件以外，还具有其他步骤或元件，或者本发明的某些实施方式具有代替以上提及的那些步骤或元件的其他步骤或元件。对于本领域技术人员而言，通过参考附图阅读以下具体实施方式时，这些步骤或元件将变得显而易见。

附图说明

图1为根据本发明实施方式的气相沉积系统的截面。

图2为根据本发明实施方式的半导体晶片的部分。

图3为根据本发明实施方式的图2的气相沉积光刻胶于图案化之后的图。

图4为根据本发明实施方式的用于极紫外线光刻系统的光学元件组。

图5图示根据本发明实施方式的极紫外线光刻系统。

具体实施方式

为使本领域技术人员能够制作并使用本发明，将充分详细地描述以下的实施方式。应了解，基于本发明揭示内容，其他实施方式将是显而易见的，且在不背离本发明的范围的情况下可以做出系统、工艺或机械的改变。

在以下描述中，将给出许多特定细节，以提供对本发明的完整了解。然而，将明显的是，可以在没有这些特定细节的情况下，来实施本发明。为了避免对本发明造成干扰，一些熟知的电路、系统配置以及工艺步骤则不详细揭示。

图示出系统的实施方式的这些附图是半图解的且未按比例绘制，特别地，为了表达的清晰，在这些附图中一些尺寸被夸大图示。类似地，虽然为了容易描述，在这些附图中的视图通常以相似方向图示，但这些附图中的此描绘方式绝大部分为随意选择。一般而言，本发明可于任何方向中操作。

将在所有附图中使用相同编号来表示相同的元件。

为了解释的目的，在本文使用的术语“水平”定义为平行于晶片的表面或平面的平面，而不管其方向为何。术语“垂直”是指垂直于刚刚定义的水平的方向。诸如“以上”、“以下”、“底部”、“顶部”、“侧部”(如在“侧壁”中)、“较高”、“较低”、“上方”、“于…之上”以及“下方”之类的术语则如附图中所示的那样相对于水平平面而定义。术语“在…上”意指各元件之间有直接接触。

在本文使用的术语“处理”包括在形成描述的结构时所需的材料或光刻胶的沉积、材料或光刻胶的图案化、曝光、显影、蚀刻、清洁和/或移除。

现在参考图1，图1图示根据本发明实施方式的气相沉积系统的截面。气相沉积系统可为独立系统或沉积系统100的部分。特指为气相沉积系统100的独立系统包含真空腔室102，真空腔室102具有加热的主要入口104和一或多个加热的次级入口，比如入口106。气相沉积系统100具有出口108。

真空腔室102包含加热元件110和冷却卡盘112，冷却卡盘112用于固持半导体晶片115、极紫外线掩模坯料或其他掩模坯料。

前驱物116挥发并被引入至真空腔室102。当挥发的前驱物116抵达冷却卡盘112时，前驱物116于半导体晶片115的表面上凝结。前驱物116的实例为金属烷氧化物(metalalkoxides)或其他挥发性金属氧化物前驱物，比如叔丁醇铪、正丁醇钛(titaniumn-butoxide)、硼氢化铪及其他物质。

前驱物可选择性地与水或另一种氧化剂反应，所述氧化剂如臭氧或过氧化物，以将金属氧化物前驱物转变成金属氧化物膜或金属氧化物颗粒。虽然可以使用任何的金属氧化物，但是铪、锆、锡、钛、铁和钼的氧化物工作良好。反应氧化剂可与金属氧化物前驱物同时引入，或与金属氧化物前驱物依序引入。

在一些实施方式中，将前驱物引入至该腔室中，以刻意驱动前驱物之间的气相反应，造成沉积于半导体晶片115上的较大分子的形成。也可引入第二前驱物(如在原子层沉积(ALD)反应中第二前驱物与其他前驱物被同时引入或依序引入)。

此第二前驱物为配体，所述配体与金属氧化物颗粒或膜键合，或引发与附在金属中心周围的现有配体的配体取代反应。虽然可以使用任意金属中心，但铪、锆、锡、钛、铁和钼的金属中心工作良好。实例包含如异丁烯酸、甲酸、乙酸及其他物质的羧酸，但也可以包含诸如磺酸、二烯烃或其他化学品之类的其他官能度物质(functionality)，所述其他官能度物质能与金属氧化物颗粒或膜形成复合物。

现在参考图2，图2图示根据本发明实施方式的半导体晶片115的一部分。半导体晶片115具有基板200，其可包含诸如晶体硅(例如，Si<100>或Si<111>)、氧化硅、应变硅、硅锗、掺杂或未掺杂的多晶硅、掺杂或未掺杂的硅晶片之类的材料、诸如砷化镓、氮化镓、磷化铟等等的III-V族材料，并可为图案化或未图案化的晶片。基板可以具有各种尺寸，比如200毫米或300毫米直径的晶片，以及可为矩形或方形格板(pane)。基板可暴露至预处理工艺，以研磨、蚀刻、还原、氧化、羟化、退火和/或烘烤基板表面。

基板200具有基板表面204，基板表面204可为在制造工艺期间执行膜处理之后在基板上形成的任何基板或材料表面。例如，根据应用，能执行处理的基板表面204包含诸如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(SOI)、碳掺杂氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石之类的材料，以及诸如金属、金属氮化物、金属合金及其他导电材料之类的任何其他材料。基板表面上的阻隔层、金属或金属氮化物包含钛、氮化钛、氮化钨、钽和氮化钽、铝、铜或用于器件制造的任何其它导体或导电或不导电阻挡层。

气相沉积的光刻胶206通过气相沉积技术、使用图1的气相沉积系统被沉积于基板表面204上。气相沉积的光刻胶206与基板200的结合形成半导体晶片系统210。已经发现气相沉积的光刻胶206在极紫外线或较小的光刻中特别有用。气相沉积系统100包含加热的腔室及与冷却卡盘结合的加热的化学输送管线。气相沉积的光刻胶206可通过气相沉积(汽化、分解等等)、化学气相沉积(前驱物反应)、原子层沉积或不同于旋涂式沉积的其他工艺进行沉积。

此外，同样也可以利用气相沉积技术选择性地将光活性化合物同时或依序地引入至腔室中。此光活性化合物可为酸产生剂、自由基产生剂或能重新排列以产生诸如配体之类的活性化学品的化合物，所述活性化学品能取代金属中心周围的配体，或对金属中心周围的配体的取代、重新排列、凝结或改变进行催化，以致在膜或颗粒中引起溶解度的改变。

现在参考图3，图3图示根据本发明实施方式的图2的气相沉积的光刻胶206于图案化之后的图。一旦曝光至辐射(紫外线、深紫外线、极紫外线、电子束、可见光、红外线、离子束、x射线及其他辐射)之后，在气相沉积的光刻胶206中引起化学反应，所述化学反应是在金属氧化物处或者是在光活性化合物中。此反应最终(要么直接地要么在曝光后烘烤或其他曝光后处理之后)造成气相沉积的光刻胶206在溶剂中的溶解度的改变，或造成在等离子体蚀刻工艺中膜蚀刻速率的改变。此溶解度或蚀刻速率的改变能用于最后将气相沉积的光刻胶206图案化，以提供图案化的气相沉积的光刻胶300。

在一些实施方式中，工艺条件在整个沉积过程保持固定，造成从上到下成分均匀的光刻胶。在其他实施方式中，沉积条件或使用的化学品在沉积光刻胶时是变化的，从而形成从上到下不同的光刻胶成分。

在一些实施方式中，在堆叠物底部处的光刻胶的性质可被调制以达成特定目标。例如，在堆叠物底部处的材料可具有更高的极紫外线光子吸收性，这接着能导致额外的二次电子的产生，这些二次电子中的一些电子接着朝上引导至光刻胶中，以催化额外的反应并改善极紫外线光刻胶的性能。此改善能表现在灵敏性、线边缘粗糙度、浮渣或基部(footing)的减少或其他改善。

在其他实施方式中，光刻胶能沉积于基板上而具有之前所提及的所需性质，所述光刻胶并非作为光刻胶沉积的部分而被沉积，而是通过单独的、独立的工艺而被沉积。

在又其他实施方式中，光刻胶被沉积于更传统的基板上，比如半导体、金属或包含硅、氧化硅、锗、氮化硅、金属、金属氧化物、金属氮化物、底部抗反射涂层的电介质以及其他基板。

在一些实施方式中，前驱物通过热蒸发而成为气相，但也可以使用诸如真空喷淋之类的其他技术进行沉积。

在一些实施方式中，配体数量与金属原子数量的比例或颗粒尺寸被控制，以控制光刻胶的性质，比如光敏性。

在一些实施方式中，额外的前驱物可共同沉积于光刻胶中，以限制光活性化合物的反应或扩散。在光酸产生剂的情况中，此额外的前驱物可为碱基或光可分解碱基。在光自由基产生剂的情况中，此前驱物可为自由基清除剂，余此类推。

在一些实施方式中，此工艺于系统上执行，所述系统使用转动卡盘，以改善遍及晶片的沉积厚度均匀性。在其他实施方式中，使用冷凝阱(coldtrap)来在未反应的前驱物材料离开腔室之前捕捉该未反应的前驱物材料。

本发明的实施方式具有比现有技术更佳地满足在这些关键领域中的需求的潜能。此外，利用真空技术进行的光刻胶沉积在许多方面相对于传统的旋涂式技术更具优势。首先，利用真空技术进行的光刻胶沉积消除了来自系统的溶剂，这具有环境优势。接着，真空沉积技术允许使用者从共形到平整化调整沉积，而旋涂式膜倾向于只具有平整化特性。另外，真空沉积技术给使用者对整个厚度的膜成分的更多控制，并允许使用者于Z方向中建立均匀膜，而在旋涂工艺期间，光刻胶溶液的组分可能因为表面能量效应而倾向于在界面处分离。真空沉积技术还允许通过改变沉积条件而在膜被沉积时，于厚度中产生受控制的成分改变。利用传统技术则无法进行此控制。

所预期的本发明实施方式的主要应用是在使用任何类型的图案化辐射技术(可见光、深紫外线、极紫外线、电子束或x射线光刻)来对微电子与光子器件进行图案化的整个领域之中。因为所描述的沉积方法的独特方面，因此本发明实施方式的应用不会受限于只使用于平坦、平整的基板。

现在参考图4，图4图示根据本发明实施方式的用于极紫外线光刻系统的光学元件组400。光学元件组400具有极紫外线光源402，比如等离子体源，以用于产生极紫外线光，并将极紫外线光收集于收集器404中。收集器404将光提供至场小面镜(fieldfacetmirror)408，场小面镜408为照射器系统406的一部分，照射器系统406进一步包含光瞳小面镜(pupilfacetmirror)410。照射器系统406将极紫外线光提供至中间掩模412，中间掩模412反射极紫外线光，并且极紫外线光通过投影光学元件414到达图案化半导体晶片416上。

现在参考图5，图5图示根据本发明实施方式的极紫外线光刻系统500。极紫外线光刻系统500包含附属于光学元件组400的晶片台506、极紫外线光源区域502和中间掩模台504。

所得方法、工艺、设备、器件、产品和/或系统是直接的、具备成本效益的、不复杂的、高度通用的、精确的、灵敏的及有效的，并可以通过调整已知的部件来实施，以进行就绪、高效且经济的制造、应用及使用。图2的气相沉积光刻胶206为极紫外线光刻系统500的关键部件，且极紫外线光刻系统500无法在没有气相沉积的光刻胶的情况下执行其功能。

本发明的另一重要方面为本发明有价值地对降低成本、简化系统及提高效能的历史趋势进行支援且提供服务。

本发明的这些与其他的有价值方面因此使当前技术前进至至少下一阶段。

虽然已经结合特定最佳模式描述本发明，但应了解根据先前描述的内容，对于本领域技术人员而言，各种替代、修改与变化都将是显而易见的。据此，旨在涵盖所有落于所包括的权利要求的范围内的所有此种替代、修改与变化。所有在此阐述及在附图中图示的事项将被解释成说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种光刻胶沉积系统，所述系统包括：

真空腔室，所述真空腔室具有加热元件和用于固持基板的冷却卡盘，所述真空腔室具有加热的入口；以及

气相沉积系统，所述气相沉积系统连接至所述加热的入口，以使前驱物挥发进入所述真空腔室中，以在由所述冷却卡盘冷却的所述基板之上凝结气相沉积的光刻胶。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述气相沉积系统于气相沉积期间改变沉积成分与条件。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述气相沉积系统提供挥发性金属氧化物的前驱物，以用于沉积所述气相沉积的光刻胶。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述气相沉积系统提供金属烷氧化物的前驱物，以用于沉积所述气相沉积的光刻胶。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述真空腔室用于使所述前驱物与氧化剂反应，以将金属氧化物前驱物转变成为金属氧化物光刻胶。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述真空腔室用于驱动气相反应，从而在所述基板之上导致分子沉积物。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述气相沉积系统用于使配体前驱物反应，所述反应引发在金属中心周围的配体取代反应。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述气相沉积系统用于提供配体前驱物，以与在所述真空腔室中形成的金属氧化物键合。

9.一种极紫外线光刻系统，所述系统包括：

极紫外线光源；

镜，所述镜用于引导来自所述极紫外线光源的光；

中间掩模台，所述中间掩模台用于使来自所述极紫外线光源的光成像在极紫外线掩模上；以及

晶片台，所述晶片台用于放置涂布气相沉积的光刻胶的半导体晶片，以用于接收来自所述中间掩模台的光。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述气相沉积的光刻胶为挥发性金属氧化物。

11.如权利要求9所述的系统，其中所述气相沉积的光刻胶为在所述半导体晶片之上的分子沉积物。

12.如权利要求9所述的系统，其中所述气相沉积的光刻胶包含配体。

13.如权利要求9所述的系统，其中所述气相沉积的光刻胶为在金属中心周围的配体。

14.如权利要求9所述的系统，其中所述气相沉积的光刻胶为与金属氧化物键合的配体。

15.一种半导体晶片系统，所述系统包括：

半导体晶片；以及

在所述半导体晶片之上的气相沉积的光刻胶。

16.如权利要求15所述的半导体晶片系统，其中所述气相沉积的光刻胶为挥发性金属氧化物。

17.如权利要求15所述的半导体晶片系统，其中所述气相沉积的光刻胶为在所述半导体晶片之上的分子沉积物。

18.如权利要求15所述的半导体晶片系统，其中所述气相沉积的光刻胶包含配体。

19.如权利要求15所述的半导体晶片系统，其中所述气相沉积的光刻胶为在金属中心周围的配体。

20.如权利要求15所述的半导体晶片系统，其中所述气相沉积的光刻胶为与金属氧化物键合的配体。