CN109471329A - 进行光刻工艺的方法 - Google Patents

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葛宗翰
郑雅如
张庆裕
林进祥
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Abstract

一种进行光刻工艺的方法被提供。此方法包括形成光致抗蚀剂层于基板之上，并且通过进行曝光工艺曝光光致抗蚀剂层的一部分，以形成曝光区域及未曝光区域。此方法包括在光致抗蚀剂层上进行一烘烤工艺，而形成多个孔洞于光致抗蚀剂层的曝光区域中。此方法亦包括移除光致抗蚀剂层的未曝光区域，以形成凹口于光致抗蚀剂层中，并且填充后处理涂布材料于凹口及孔洞中。此方法还包括通过进行第二显影工艺移除后处理涂布材料的一部分，且后处理涂布材料的其他部分残留于光致抗蚀剂层的曝光区域的表面上，以形成经过图案化的光致抗蚀剂层。

Description

进行光刻工艺的方法
技术领域
本公开实施例系有关于一种光刻工艺，且特别有关于一种进行光刻工艺的方法。
背景技术
半导体装置使用于各种电子应用中，例如，个人电脑、手机、数码相机和其他电子设备。半导体装置通常通过以下方式而制造，包括在半导体基板上依序沉积绝缘或介电层、导电层及半导体层，使用光刻工艺图案化上述各材料层，借以在此半导体基板上形成电路组件及元件。通常在单一半导体晶片上制造许多集成电路，并且通过沿着切割线在集成电路之间进行切割，以将各个管芯单一化。上述各个管芯通常分别地封装于，例如，多芯片模块中或其他类型的封装中。
光刻工艺(photolithography process)广泛用于集成电路制造，并且各种集成电路图案被转移到工件(workpiece)，以形成集成电路装置。由于部件尺寸持续减小，制造过程持续变得更加难以进行。因此，尽管现有的光刻工艺已普遍足以达成预期的目标，然而却无法完全满足所有需求。
发明内容
本公开的一实施例提供一种进行光刻工艺的方法，包括：形成光致抗蚀剂层于基板之上；通过进行曝光工艺曝光上述光致抗蚀剂层的一部分，以形成曝光区域及未曝光区域；在上述光致抗蚀剂层上进行烘烤工艺，而形成多个孔洞于上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域中；通过进行第一显影工艺移除上述光致抗蚀剂层的上述未曝光区域，以形成凹口于上述光致抗蚀剂层中；使用后处理涂布材料填充上述凹口及上述孔洞，其中上述后处理涂布材料位于上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域之上；以及通过进行第二显影工艺移除上述后处理涂布材料的一部分，其中上述后处理涂布材料的其他部分残留于上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域的多个表面上，以形成经过图案化的光致抗蚀剂层。
本公开的另一实施例提供一种进行光刻工艺的方法，包括：形成光致抗蚀剂层于基板之上；曝光上述光致抗蚀剂层的一部分，以形成第一曝光区域、第二曝光区域及位于上述第一曝光区域及上述第二曝光区域之间的未曝光区域；在上述光致抗蚀剂层上进行烘烤工艺，而形成多个孔洞于上述第一曝光区域及上述第二曝光区域中；形成后处理涂布材料于上述第一曝光区域、上述第二曝光区域及上述未曝光区域之上，且位于上述孔洞中；通过第一显影剂移除上述后处理涂布材料的一部分，其中上述后处理涂布材料的其他部分残留于上述第一曝光区域的顶表面、上述第二曝光区域的顶表面及上述未曝光区域的顶表面上；以及使用第二显影剂移除上述未曝光区域，其中上述后处理涂布材料的上述其他部分残留在上述第一曝光区域的上述顶表面及上述第二曝光区域的上述顶表面上。
本公开的又一实施例提供一种进行光刻工艺的方法，包括：形成光致抗蚀剂层于基板之上，其中上述光致抗蚀剂层包括聚合物及连接到上述聚合物的酸不稳定基；曝光上述光致抗蚀剂层的一部分，以形成曝光区域及未曝光区域；在上述光致抗蚀剂层上进行烘烤工艺，使上述酸不稳定基从上述聚合物上被分开，而形成多个孔洞于上述曝光区域中；形成第一后处理涂布材料于上述曝光区域及上述未曝光区域之上且位于上述孔洞中；移除上述第一后处理涂布材料的一部分，其中上述第一后处理涂布材料的其他部分残留于上述曝光区域的顶表面及上述未曝光区域的顶表面上；以及移除上述未曝光区域，其中上述第一后处理涂布材料的上述其他部分残留于上述曝光区域的上述顶表面上。
附图说明
根据以下的详细说明并配合所附附图做完整公开。应注意的是，根据本产业的一般作业，图示并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸，以做清楚的说明。
图1A到图1I示出依据本公开一些实施例的进行光刻工艺的各个阶段的剖面图。
图2A示出依据本公开一些实施例的光致抗蚀剂层的化学结构的示意图。
图2B及2C图示出依据本公开一些实施例的例示性的酸不稳定基的化学结构的示意图。
图2D示出依据本公开一些实施例的当在光刻工艺中进行曝光工艺时发生于光致抗蚀剂层中的反应的示意图。
图2E示出依据本公开一些实施例的光致抗蚀剂层的聚合物与第一后处理涂布材料的排列的示意图。
图3A到图3H示出依据本公开一些实施例的进行光刻工艺的各个阶段的剖面图。
图3E’示出依据本公开一些实施例的光致抗蚀剂层的曝光区域的剖面图。
图4A到图4G示出依据本公开一些实施例的进行光刻工艺的各个阶段的剖面图。
图4G’示出依据本公开一些实施例的光致抗蚀剂层的曝光区域的剖面图。
附图标记说明：
10～掩模
12～曝光工艺
14～离子注入工艺
22～第一链段
24～第二链段
26～第三链段
30～聚合物基
40～酸不稳定
50～光产酸剂
102～基板
104～材料层
105～掺杂区域
106～底层
106a～经过图案化的底层
108～中间层
108a～经过图案化的中间层
110～光致抗蚀剂层
110a～曝光区域
110b～未曝光区域
111～凹口
112～孔洞
120～第一后处理涂布材料
130～第二后处理涂布材料
具体实施方式
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同部件(feature)。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本说明书叙述了一第一部件形成于一第二部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一部件与上述第二部件是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加部件形成于上述第一部件与上述第二部件之间，而使上述第一部件与第二部件可能未直接接触的实施例。另外，以下公开的不同范例可能重复使用相同的参照符号和/或标记。这些重复系为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例和/或结构之间有特定的关系。
下文描述实施例的各种变化。通过各种视图与所示出的实施例，类似的元件标号用于标示类似的元件。应可理解的是，可在进行所述的方法之前、之间或之后，提供额外的操作步骤，并且在所述的方法的其他实施例中，所述的部分步骤可被变更顺序、置换或省略。
本公开实施例提供半导体结构及其形成方法的实施例。图1A到图1I示出依据本公开一些实施例的进行光刻工艺的各个阶段的剖面图。在一些实施例中，光刻工艺用于负显影(negative tone development,NTD)工艺。“负显影工艺”已被使用于将材料层图案化。通过光源将光致抗蚀剂层(resist layer)曝光，之后进行曝光后烘烤(post-exposurebaking)。光致抗蚀剂层的曝光区域的组成部分的一部分被改变，并且更难以将此部分溶解在负显影溶剂中。当光致抗蚀剂层被显影时，只有光致抗蚀剂层的未曝光区域被洗掉。
请参照图1A，提供基板102。基板102可由硅或其他半导体材料所形成。在一些实施例中，基板102为晶片。额外地且另外地，基板102可包括其他元素半导体材料，例如，锗。在一些实施例中，基板102由化合物半导体或合金半导体所形成，例如，碳化硅(siliconcarbide)、砷化镓(gallium arsenic)、砷化铟(indium arsenide)或磷化铟(indiumphosphide)、硅锗(silicon germanium)、碳化硅锗(silicon germanium carbide)、磷砷化镓(gallium arsenic phosphide)或磷化镓铟(gallium indium phosphide)。在一些实施例中，基板102包括外延层(epitaxial layer)。举例而言，基板102具有覆盖于块材(bulk)半导体上的外延层。
可形成一些装置组件于基板102上。这样的装置组件包括晶体管(例如，金属氧化物半导体场效晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)、互补式金属氧化物半导体(CMOS)晶体管、双极接面晶体管(bipolar junctiontransistor,BJT)、高压晶体管(high-voltage transistor)、高频晶体管(high-frequencytransistor)、P沟道和/或N沟道场效晶体管(PFETs/NFETs)等)、二极管及其他合适的组件。可进行各种工艺以形成装置组件，例如，沉积、蚀刻、注入、光刻、退火及其他合适的工艺。
基板102可包括各种掺杂区域，例如，p型阱或n型阱。可使用p型掺质(例如，硼或二氟化硼(BF2))和/或n型掺质(例如，磷或砷)对掺杂区域进行掺杂。在一些其他实施例中，掺杂区域可直接形成于基板102上。
基板102亦包括隔离结构(图中未示出)。隔离结构用以定义并且电性隔离形成于基板102之中和/或之上的各种装置。在一些实施例中，隔离结构包括浅沟槽隔离(shallowtrench isolation,STI)结构、局部硅氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)结构或其他合适的隔离结构。在一些实施例中，隔离结构包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、掺杂氟的硅酸盐玻璃(fluoride-doped silicate glass,FSG)或其他合适的材料。
之后，形成材料层104于基板102之上。材料层104被配置为在后续的制造过程中被图案化或被掺杂。材料层104可以是一层或多层材料层。在一些实施例中，材料层104包括硅层、介电层和/或经过掺杂的多晶硅层。
之后，依据本公开一些实施例，形成底层106于材料层104之上，如图1B所示出。底层106可以是三层光致抗蚀剂层(也称为三层光致抗蚀剂(tri-layer photoresist))的第一层。底层106可包括一材料，此材料是可图案化的(patternable)和/或具有抗反射(anti-reflection)特性。在一些实施例中，底层106为底部抗反射涂布(bottom anti-reflectivecoating,BARC)层。在一些实施例中，底层106包括碳主链聚合物(carbon backbonepolymer)。在一些实施例中，底层106由无硅(silicon-free)材料所形成。在一些实施例中，通过旋转涂布(spin-on coating)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、物理气相沉积(PVD)工艺或其他合适的沉积工艺形成底层106。
形成中间层(middle layer)108于底层106之上。中间层108可具有一组成成分，此组成成分能够提供用于光刻工艺的抗反射特性和/或硬掩模(hard mask)特性。此外，中间层108被设计为提供相对于底层106及光致抗蚀剂层110的蚀刻选择性。在一些实施例中，中间层108由氮化硅、氮氧化硅或氧化硅所形成。
形成光致抗蚀剂层110于中间层108之上。光致抗蚀剂层110可以是正型光致抗蚀剂或负型光致抗蚀剂。在一些实施例中，光致抗蚀剂层110包括碳主链聚合物。在一些实施例中，光致抗蚀剂层110为化学增幅型(chemical amplified,CA)光致抗蚀剂。在一些实施例中，光致抗蚀剂层110由聚(甲基丙烯酸甲酯)(Poly(methyl methacrylate),PMMA)、聚(甲基戊二酰亚胺)(poly(methyl glutarimide),PMGI)、酚醛树脂(phenol formaldehyderesin,DNQ/Novolac)、SU-8或其他合适的材料所形成。光致抗蚀剂层110还包括光产酸剂(photo-acid generator,PAG)。当光致抗蚀剂层110被暴露于辐射线(例如，光)时，光产酸剂形成少量的酸。光产酸剂可具有一浓度，其介于光致抗蚀剂层110的重量的1％到30％之间的范围。
之后，依据本公开一些实施例，形成掩模10于光致抗蚀剂层110之上，且在光致抗蚀剂层110上进行曝光工艺12，如图1C所示出。如此一来，形成曝光区域(exposed region)110a及未曝光区域(unexposed region)110b。
在一些实施例中，进行负显影工艺，通过第一显影剂移除光致抗蚀剂层110的未曝光区域110b,而留下光致抗蚀剂层110的曝光区域110a。
曝光工艺12的辐射线能量可包括由氟化氪(KrF)准分子激光(excimer laser)产生的248nm光束、由氟化氩(ArF)准分子激光产生的193nm光束、由氟(F2)准分子激光产生的157nm光束、或极紫外(Extreme ultra-violet,EUV)光，例如，波长约13.5nm的极紫外光。
之后，依据本公开一些实施例，进行第一显影工艺显影光致抗蚀剂层110，以形成经过图案化的光致抗蚀剂层110a，如图1D所示出。通过第一显影剂移除光致抗蚀剂层110的一部分。光致抗蚀剂层110的曝光区域110a被留下，且光致抗蚀剂层110的未曝光区域110b被第一显影剂移除。在光致抗蚀剂层110的两个相邻的曝光区域110a之间形成一个凹口111。
第一显影剂可以是有机溶剂。在一些实施例中，第一显影剂包括甲基戊基酮(methyl amyl ketone,MAK)、乙酸正丁酯(n-butyl acetate,nBA)、乙酸正戊酯(n-pentylacetate,nPA)、乙基戊基酮(ethyl amyl ketone,EAK)或上述的组合。
图2A示出依据本公开一些实施例的光致抗蚀剂层110的化学结构的示意图。图2B及图2C示出依据本公开一些实施例的例示性的酸不稳定基的化学结构的示意图。
如图2A所示出，光致抗蚀剂层110包括聚合物30、酸不稳定基(acid labilegroup,ALG)40及光产酸剂50。当光致抗蚀剂层110暴露于辐射线能量中且吸收此辐射线时，光产酸剂50产生酸。当光致抗蚀剂层110处于酸性环境中时，酸不稳定基40从聚合物30上被分开。换言之，当光致抗蚀剂层110暴露于辐射线时，光产酸剂50催化酸不稳定基40从聚合物30上被分开的反应。如此一来，光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的极性(polarity)和/或溶解度被改变。
在如图2B所示出的实施例中，酸不稳定基40是甲基环戊基(methlycyclopentyl,MCP)，其通过共价键与聚合物30的羧基键结。在如图2C所示出的实施例中，酸不稳定基40是乙基环戊基(ethylcyclopentyl)，其通过共价键与聚合物30的羧基键结。
在一些实施例中，光产酸剂50包括含氟官能基，例如，全氟磺酸(perfluorosulfonate)、二苯基碘鎓(diphenyliodonium)、三氟甲烷磺酸(trifluoromethane sulfonate)、二苯基碘鎓九氟丁烷磺酸(diphenyliodoniumnonafluorobutane sulfonate)、三苯基锍三氟甲烷磺酸(triphenylsulfoniumtrifluromethane sulfonate)、三苯基锍九氟丁烷磺酸(triphenylsulfoniumnonafluorobutane sulfonate)、三苯基锍双(全氟甲磺酰基)酰亚胺(triphenylsulfoniumbis(perfluoromethanesulfonyl)imide)、含氟官能基或上述的组合。在一些实施例中，光产酸剂50包括基于苯环的(phenyl ring based)官能基、基于杂环的(heterocyclic ringbased)官能基、其他合适的官能基或上述的组合。
图2D示出依据本公开一些实施例的当在光致抗蚀剂层110上进行曝光工艺12时发生于光致抗蚀剂层110中的反应的示意图。
如图2D所示出，在酸不稳定基40从光致抗蚀剂层110的聚合物30被释出之后，在聚合物30中形成羧酸基。在曝光工艺之后，在光致抗蚀剂层110上进行曝光后烘烤(post-exposure-baking,PEB)工艺。在第一显影工艺(将于后续进行)的期间，离开的酸不稳定基40将在烘烤期间释放到空气中或是被冲走。如此一来，由于曝光后烘烤工艺或第一显影工艺产生酸不稳定基40的排气(outgassing)，因此，在光致抗蚀剂层110的曝光区域110a中形成一些孔洞112(示出于图1D中)。
在一些实施例中，在约80℃到约160℃的温度范围下进行曝光后烘烤工艺。在一些实施例中，进行曝光后烘烤工艺的持续时间为约5秒到约60秒的范围。
之后，依据本公开一些实施例，第一后处理涂布材料(post treatment coatingmaterial)120形成于凹口111及孔洞112中，且位于光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的表面之上，如图1E所示出。更具体而言，第一后处理涂布材料120覆盖光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的顶表面及侧壁表面。由于第一后处理涂布材料120为液态，其流入光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的孔洞112中。
第一后处理涂布材料120被配置为用以修补孔洞112且避免图案崩塌(patterncollapse)。此外，第一后处理涂布材料120被配置为用以改善光致抗蚀剂层110的表面粗糙度。因此，能够改善光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的线宽粗糙度(line widthroughness,LWR)。
在一些实施例中，在形成第一后处理涂布材料120之后并且在移除后处理涂布材料的一部分之前，在第一后处理涂布材料120上进行后处理工艺(post treatmentprocess)。后处理工艺被配置为加速第一后处理涂布材料120中的溶剂的排气。后处理工艺包括辐射固化(radiation curing)工艺、热烘烤(thermal baking)工艺或上述的组合。在一些实施例中，在约80℃到约160℃的温度范围下进行后处理工艺。在一些实施例中，进行后处理工艺的持续时间为约60秒到约120秒的范围。
图2E示出依据本公开一些实施例的光致抗蚀剂层110的聚合物30与第一后处理涂布材料120的排列的示意图。
如图2E所示出，第一后处理涂布材料120包括第一链段22以及连接到第一链段22的第二链段24。在一些其他实施例中，第一后处理涂布材料120还包括连接到第二链段24的第三链段26。
第一链段22(标记为“A”)被配置为用以与光致抗蚀剂层110的曝光区域110a形成物理键结或化学键结。第一链段22(标记为“A”)包括卤素原子(halogen atom)、羟基(hydroxy group)、胺基(amine group)、磺基(sulfo group)或羧基(carboxyl group)。在一些实施例中，第一链段22是胺基。
第二链段24(标记为“B”)被配置为用以增加第一后处理涂布材料120的蚀刻抗性(etching resistance)。第二链段24(标记为“B”)包括：经取代的或未经取代的直链、支链或环状烃基；或是经取代的或未经取代的芳香基；和/或经取代的或未经取代的直链、支链或环状烃基的至少一个氢被卤素、羟基、磺基或羧基取代。在一些实施例中，第二链段24是经取代的或未经取代的C3-C10伸烷基(alkylene)在一些实施例中，第二链段24是伸苯基(phenylene)。
第三链段26(标记为“C”)被配置为增加光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的蚀刻抗性及光致抗蚀剂对比度(resist contrast)。第三链段26(标记为“C”)包括疏水(hydrophobic)部分或亲水(hydrophilic)部分。疏水部分可包括经取代的或未经取代的直链、支链或环状烃基；和/或经取代的或未经取代的直链、支链或环状烃基的至少一个氢被卤素、羟基、磺基或羧基取代。亲水部分可包括羧基或硅氧烷基。在一些实施例中，第三链段26是烃基。
在一些实施例中，第一后处理涂布材料120包括如下所列的通式(I)、通式(II)或通式(III)。在通式(I)中，第一后处理涂布材料120包括第一链段22及第二链段24。在通式(II)及通式(III)中，第一后处理涂布材料120包括第一链段22、第二链段24及第三链段26。
之后，依据本公开一些实施例，通过进行第二显影工艺，以移除第一后处理涂布材料120的一部分，如图1F所示出。第二显影剂是用于第二显影工艺中。如此一来，第一后处理涂布材料120的其他部分被留在光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的顶表面及侧壁表面上。在一些实施例中，第二显影剂不同于第一显影剂。在一些实施例中，第二显影剂包括极性(polar)溶剂(例如，水、异丙醇(IPA)、甲基异丁基甲醇(methyl isobutyl carbinol,MIBC)、醇(alcohol))或有机溶剂(例如，丙二醇单甲醚醋酸酯(propylene glycolmonomethyl ether acetate,PGMEA)或丙二醇单甲醚(propylene glycol monomethylether,PGME)。
由于与光致抗蚀剂层的曝光区域110a与第一链段22之间存在物理键结或化学键结，因此，有一薄膜形成且残留于光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的顶表面及侧壁表面上。在一些实施例中，残留的第一后处理涂布材料120的厚度为约0.1nm到约5nm的范围。如此一来，形成经过图案化的光致抗蚀剂层110a，如图1F所示出。
之后，依据本公开一些实施例，通过使用形成经过图案化的光致抗蚀剂层110a作为掩模，将中间层108图案化，以形成经过图案化的中间层108a，如图1G所示出。
在一些实施例中，移除经过图案化的光致抗蚀剂层110a。在一些实施例中，通过使用极性溶剂的湿式蚀刻工艺移除经过图案化的光致抗蚀剂层110a。由于酸不稳定基40从聚合物30释放而形成羧酸基(如图2D所示出)，光致抗蚀剂层110的曝光区域110a因而变得亲水。因此，可通过极性溶剂移除光致抗蚀剂层110的曝光区域110a。
之后，依据本公开一些实施例，通过使用形成经过图案化的中间层108a作为掩模，移除底层106的一部分，以形成经过图案化的底层106a，如图1H所示出。如此一来，经过图案化的中间层108a的图案被转移到底层106。
之后，依据本公开一些实施例，通过使用经过图案化的中间层108a及经过图案化的底层106作为掩模，在材料层104上进行蚀刻工艺，如图1I所示出。
虽然孔洞112形成于光致抗蚀剂层110的曝光区域110a中，但是孔洞112被第一后处理涂布材料120填满，以避免光致抗蚀剂层110的图案崩塌。再者，光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的外侧侧壁表面及顶表面被第一后处理涂布材料120覆盖，以改善线宽粗糙度。因此，光刻分辨率(lithography resolution)得到改善。此外，在将位于光致抗蚀剂层110下方的各层图案化的期间，第一后处理涂布材料120被配置为增加光致抗蚀剂层110的蚀刻抗性。
图3A到图3H示出依据本公开一些实施例的进行光刻工艺的各个阶段的剖面图。
依据本公开一些实施例，形成掩模10于光致抗蚀剂层110之上，并且在光致抗蚀剂层110上进行曝光工艺12，如图3A所示出。
之后，依据本公开一些实施例，在曝光工艺12之后，形成曝光区域110a及未曝光区域110b，如图3B所示出。之后，在光致抗蚀剂层110上进行曝光后烘烤工艺。由于从光致抗蚀剂层110的聚合物释放出酸不稳定基，因此在曝光区域110a中形成一些孔洞112。
之后，依据本公开一些实施例，第一后处理涂布材料120形成于孔洞112中，并且位于光致抗蚀剂层110的曝光区域110a及未曝光区域110b的表面之上，如图3C所示出。
之后，依据本公开一些实施例，通过使用第一显影剂的第一显影工艺，以移除第一后处理涂布材料120的一部分，如图3D所示出。如此一来，第一后处理涂布材料120的其他部分被留在光致抗蚀剂层110的曝光区域110a及未曝光区域110b的表面上，而形成一薄膜。
依据本公开一些实施例，通过使用第二显影剂的第二显影工艺，以显影未曝光区域110b及形成于未曝光区域110b之上的第一后处理涂布材料120的部分，如图3E所示出。在一些实施例中，第二显影剂不同于第一显影剂。如此一来，形成经过图案化的光致抗蚀剂层110a。
图3E’示出依据本公开一些实施例的光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的剖面图。孔洞112形成于光致抗蚀剂层110中且位于光致抗蚀剂层110的外侧侧壁表面上。形成于光致抗蚀剂层110外侧侧壁表面上的孔洞112被第一后处理涂布材料120填满，因此，光致抗蚀剂层110的外侧表面粗糙度得到改善。
之后，依据本公开一些实施例，通过使用经过图案化的光致抗蚀剂层110a作为掩模，将中间层108图案化，以形成经过图案化的中间层108a，如图3F所示出。
在一些实施例中，移除经过图案化的光致抗蚀剂层110a。在一些实施例中，通过湿式蚀刻工艺或干式蚀刻工艺移除经过图案化的光致抗蚀剂层110a。
之后，依据本公开一些实施例，通过使用经过图案化的中间层108a作为掩模，移除底层106的一部分，以形成经过图案化的底层106a，如图3G所示出。如此一来，经过图案化的中间层108a的图案被转移到底层106。
之后，依据本公开一些实施例，通过使用经过图案化的中间层108a及经过图案化的底层106a作为掩模，在材料层104上进行离子注入工艺14，如图3H所示出。如此一来，材料层104的一部分被掺杂而形成掺杂区域105于材料层104中。可使用p型掺质(例如，硼或二氟化硼)和/或n型掺质(例如，磷或砷)对掺杂区域进行掺杂。
在第一实施例中，在形成第一后处理涂布材料120于孔洞120中之前，移除未曝光区域110b。在第二实施例中，在移除未曝光区域110b之前，使用第一后处理涂布材料120填满孔洞112。与第一实施例相比，在第二实施例中先修补光致抗蚀剂层110的图案，以进一步避免图案崩塌。通过将第一后处理涂布材料120填充于孔洞112中，光致抗蚀剂层的图案的线宽粗糙度得到改善。因此，光刻分辨率得到改善。
图4A到图4G示出依据本公开一些实施例的进行光刻工艺的各个阶段的剖面图。
依据本公开一些实施例，形成掩模10于光致抗蚀剂层110之上，且在光致抗蚀剂层110上进行曝光工艺12，如图4A所示出。
之后，依据本公开一些实施例，在曝光工艺12之后，形成曝光区域110a及未曝光区域110b，如图4B所示出。更具体而言，未曝光区域110b位于第一曝光区域110及第二曝光区域110a之间。之后，在光致抗蚀剂层110上进行曝光后烘烤工艺。由于从光致抗蚀剂层110的聚合物释放出酸不稳定基，因此在曝光区域110a中形成一些孔洞112。
之后，依据本公开一些实施例，第一后处理涂布材料120形成于孔洞112中，并且位于光致抗蚀剂层110的曝光区域110a及未曝光区域110b的顶表面之上，如图4C所示出。
之后，依据本公开一些实施例，通过使用第一显影剂的第一显影工艺，以移除第一后处理涂布材料120的一部分，如图4D所示出。如此一来，第一后处理涂布材料120的其他部分被留在光致抗蚀剂层110的曝光区域110a及未曝光区域110b的表面上，而形成一薄膜。此薄膜是通过物理作用力或化学键结，而残留于曝光区域110a的顶表面及未曝光区域110b的顶表面上。
依据本公开一些实施例，通过使用第二显影剂的第二显影工艺，以显影未曝光区域110b及形成于未曝光区域110b之上的第一后处理涂布材料120的部分，如图4E所示出。如此一来，形成经过图案化的光致抗蚀剂层110a。
之后，依据本公开一些实施例，形成第二后处理涂布材料130于第一后处理涂布材料120及中间层108之上，如图4F所示出。使用第二后处理涂布材料130，以进一步修补光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的表面粗糙度。
之后，依据本公开一些实施例，通过使用第三显影剂的第三显影工艺，以移除第二后处理涂布材料130的一部分，如图4G所示出。如此一来，光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的侧壁表面受到第二后处理涂布材料130所覆盖。残留的第二后处理涂布材料130的厚度为约0.1nm到约5nm的范围。
图4G’示出依据本公开一些实施例的光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的剖面图。孔洞112形成于光致抗蚀剂层110中及光致抗蚀剂层110的侧壁表面上。使用第一后处理涂布材料120填充形成于光致抗蚀剂层110的侧壁表面上的孔洞112，并且形成第二后处理涂布材料130于第一后处理涂布材料120之上。应注意的是，由于已经有由第一后处理涂布材料120所形成的薄膜形成在顶表面上，因此，第二后处理涂布材料130形成于光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的侧壁表面之上，但是并未形成于光致抗蚀剂层110的曝光区域110a的顶表面之上。
形成第二后处理涂布材料130于第一后处理涂布材料120的外侧侧壁表面上，以进一步修补表面粗糙度。因此，通过使用第一后处理涂布材料120及第二后处理涂布材料130，光致抗蚀剂层110的图案的线宽粗糙度得到改善。因此，光刻分辨率得到改善。
在此提供进行光刻工艺的一些实施例。在位于基板上的材料层之上形成三层光致抗蚀剂层。此三层光致抗蚀剂层包括底层、中间层及光致抗蚀剂层。使用此三层光致抗蚀剂层以将位于其下方的材料层图案化，并且随后将其移除。将光致抗蚀剂层暴露于辐射线中以形成曝光区域及未曝光区域。之后，当在光致抗蚀剂层上进行烘烤工艺时，一些孔洞形成于曝光区域中。形成第一后处理涂布材料于上述孔洞中，以修补光致抗蚀剂层的图案，并且避免图案崩塌。光致抗蚀剂层的图案的线宽粗糙度得到改善，因此，光刻分辨率得到改善。
在本公开的一些实施例中，提供一种进行光刻工艺的方法。上述方法包括形成光致抗蚀剂层于基板上，并且通过进行曝光工艺曝光上述光致抗蚀剂层的一部分，以形成曝光区域及未曝光区域。上述方法包括在上述光致抗蚀剂层上进行烘烤工艺，而形成多个孔洞于上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域中。上述方法亦包括通过进行第一显影工艺移除上述光致抗蚀剂层的上述未曝光区域，以形成凹口于上述光致抗蚀剂层中，并且将后处理涂布材料填充于上述凹口及上述孔洞中，且位于上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域之上。上述方法还包括通过进行第二显影工艺移除上述后处理涂布材料的一部分，且上述后处理涂布材料的其他部分残留于上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域的多个表面上，以形成经过图案化的光致抗蚀剂层。
如本公开的一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述后处理涂布材料的上述其他部分残留于上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域的顶表面及多个侧壁表面上。
如本公开的一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述后处理涂布材料包括第一链段及连接到上述第一链段的第二链段，且上述第一链段被配置为与上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域形成物理键结或化学键结。
如本公开的一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述第一链段包括卤素原子、羟基、胺基、磺基或羧基。
如本公开的一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述第二链段被配置为用以增加上述后处理涂布材料的蚀刻抗性，且上述第二链段包括经取代的或未经取代的直链、支链或环状烃基；或是经取代的或未经取代的芳香基；和/或该经取代的或未经取代的直链、支链或环状烃基的至少一个氢被卤素、羟基、磺基或羧基取代。
如本公开的一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述后处理涂布材料还包括第三链段，且上述第三链段被配置为增加上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域的光致抗蚀剂对比度。
如本公开的一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，上述方法还包括在移除上述后处理涂布材料的上述部分之前，在上述后处理涂布材料上进行后处理工艺。
如本公开的一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述后处理工艺包括辐射固化工艺、热烘烤工艺或上述的组合。
如本公开的一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述光致抗蚀剂层包括聚合物及酸不稳定基，且当在上述光致抗蚀剂层上进行上述烘烤工艺时，上述酸不稳定基从上述聚合物上被分开。
如本公开的一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，上述方法还包括形成材料层于上述基板之上；形成底层于上述材料层之上；形成中间层于上述底层之上；形成上述光致抗蚀剂层于上述中间层之上；通过使用上述经过图案化的光致抗蚀剂层作为掩模，将上述中间层图案化，以形成经过图案化的中间层；通过使用上述经过图案化的中间层作为掩模，将上述底层图案化以形成经过图案化的底层作为掩模；以及通过使用上述经过图案化的底层作为掩模，在上述材料层上进行蚀刻工艺或离子注入工艺。
在本公开的另一些实施例中，提供一种进行光刻工艺的方法。上述方法包括形成光致抗蚀剂层于基板之上，并且曝光上述光致抗蚀剂层的一部分，以形成第一曝光区域、第二曝光区域及位于上述第一曝光区域及上述第二曝光区域之间的未曝光区域。上述方法亦包括在上述光致抗蚀剂层上进行烘烤工艺，而形成多个孔洞于上述第一曝光区域及上述第二曝光区域中。上述方法还包括形成后处理涂布材料于上述第一曝光区域、上述第二曝光区域及上述未曝光区域之上，且位于上述孔洞中，并且通过第一显影剂移除上述后处理涂布材料的一部分。上述后处理涂布材料的其他部分残留于上述第一曝光区域的顶表面、上述第二曝光区域的顶表面及上述未曝光区域的顶表面上。上述方法包括使用第二显影剂移除上述未曝光区域，其中上述后处理涂布材料的上述其他部分残留在上述第一曝光区域的上述顶表面及上述第二曝光区域的上述顶表面上。
如本公开的另一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述光致抗蚀剂层包括聚合物及酸不稳定基，且当在上述光致抗蚀剂层上进行上述烘烤工艺时，上述酸不稳定基从上述聚合物上被分开。
如本公开的另一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，上述方法还包括在移除上述未曝光区域之后，形成第二后处理涂布材料于上述第一曝光区域及上述第二曝光区域之上；以及移除上述第二后处理涂布材料的一部分，上述后处理涂布材料的其他部分残留于上述光致抗蚀剂层的上述第一曝光区域及上述第二曝光区域的多个侧壁表面上。
如本公开的另一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述第一显影剂不同于上述第二显影剂。
如本公开的另一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述后处理涂布材料包括第一链段及连接到上述第一链段的第二链段，且上述第一链段被配置为与上述光致抗蚀剂层的上述第一曝光区域及上述第二曝光区域形成物理键结或化学键结。
在本公开的又一些实施例中，提供一种进行光刻工艺的方法。上述方法包括形成光致抗蚀剂层于基板之上，其中上述光致抗蚀剂层包括聚合物及连接到上述聚合物的酸不稳定基。上述方法包括曝光上述光致抗蚀剂层的一部分，以形成曝光区域及未曝光区域，并且在上述光致抗蚀剂层上进行烘烤工艺，使上述酸不稳定基从上述聚合物上被分开，而形成多个孔洞于上述曝光区域中。上述方法亦包括形成第一后处理涂布材料于上述曝光区域及上述未曝光区域之上且位于上述孔洞中，并且移除上述第一后处理涂布材料的一部分。上述第一后处理涂布材料的其他部分残留于上述曝光区域的顶表面及上述未曝光区域的顶表面上。上述方法亦包括移除上述未曝光区域，其中上述第一后处理涂布材料的上述其他部分残留于上述曝光区域的上述顶表面上。
如本公开的又一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，上述方法还包括在移除上述未曝光区域之后，形成第二后处理涂布材料于上述曝光区域之上；以及移除上述第二后处理涂布材料的一部分，以形成上述第二后处理涂布材料于上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域的多个侧壁表面上。
如本公开的又一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中移除上述第一后处理涂布材料的上述部分的上述步骤是通过第一显影剂而进行，移除上述未曝光区域的上述步骤是通过第二显影剂而进行，且上述第一显影剂不同于上述第二显影剂。
如本公开的又一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述孔洞形成于上述曝光区域的多个外侧侧壁表面上，且上述曝光区域的上述外侧侧壁表面受到上述第一后处理涂布材料的覆盖。
如本公开的又一些实施例所述的进行光刻工艺的方法，其中上述第一后处理涂布材料包括第一链段及连接到上述第一链段的第二链段，且上述第一链段被配置为与上述光致抗蚀剂层的上述曝光区域形成物理键结或化学键结。
前述内容概述了许多实施例的部件，使本领域普通技术人员可以从各个方面更佳地了解本公开实施例。本领域普通技术人员应可理解，且可轻易地以本公开实施例为基础来设计或修饰其他工艺及结构，并以此达到相同的目的和/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本领域普通技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本公开的发明构思与范围。在不背离本公开的发明构思与范围的前提下，可对本公开进行各种改变、置换或修改。
虽然本公开已以数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的构思和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本公开的保护范围当视随附的权利要求书所界定者为准。

Claims (1)

1.一种进行光刻工艺的方法，包括：
形成一光致抗蚀剂层于一基板之上；
通过进行一曝光工艺曝光该光致抗蚀剂层的一部分，以形成一曝光区域及一未曝光区域；
在该光致抗蚀剂层上进行一烘烤工艺，形成多个孔洞于该光致抗蚀剂层的该曝光区域中；
通过进行一第一显影工艺移除该光致抗蚀剂层的该未曝光区域，以形成一凹口于该光致抗蚀剂层中；
使用一后处理涂布材料填充该凹口及所述多个孔洞，其中该后处理涂布材料位于该光致抗蚀剂层的该曝光区域之上；以及
通过进行一第二显影工艺移除该后处理涂布材料的一部分，其中该后处理涂布材料的其他部分残留于该光致抗蚀剂层的该曝光区域的表面上，以形成一经过图案化的光致抗蚀剂层。
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