CN110275389A - 制造集成电路器件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造集成电路(IC)器件的方法包括：曝光在衬底的主表面上形成的光致抗蚀剂膜的部分区域以产生酸；以及，使酸在光致抗蚀剂膜的部分区域中扩散。使酸扩散可以包括：使用面向衬底的电极通过填充在光致抗蚀剂膜和电极之间的电场透过层在与衬底的主表面延伸的方向垂直的方向上对光致抗蚀剂膜施加电场。电场透过层可以包括含离子层或导电聚合物层。

Description

制造集成电路器件的方法
相关申请的交叉引用
将于2018年3月16日在韩国知识产权局递交的题为“METHOD OF MANUFACTURINGINTEGRATED CIRCUIT DEVICE”的韩国专利申请No.10-2018-0031102通过引用的方式整体合并在本文中。
技术领域
实施例涉及制造集成电路(IC)器件的方法，更具体地，涉及使用电场来制造IC器件的方法。
背景技术
随着IC器件的按比例缩小和高集成度的快速发展，当使用光刻工艺形成图案时，需要能够确保要形成的图案的尺寸精度的新技术。特别地，随着IC器件的设计规则的减小，开发了改善临界尺寸(CD)一致性和使用用于形成以精细间距高密度布置的多个图案的光刻工艺中的简化工艺来提高生产率的技术。
发明内容
一个或多个实施例涉及制造IC器件的方法。所述方法包括在衬底的主表面上形成包括光致产酸剂PAG在内的光致抗蚀剂膜。曝光光致抗蚀剂膜的第一区域以在第一区域中产生酸。可以通过经由在光致抗蚀剂膜和面向衬底的主表面的电极之间的电场透过层在与衬底的主表面延伸的方向垂直的方向上对光致抗蚀剂膜施加电场，使酸在光致抗蚀剂膜的第一区域中扩散。电场透过层可以包括含离子层或导电聚合物层。
一个或多个实施例涉及一种制造IC器件的方法。所述方法包括制备第一电极、第二电极、和与第一电极和第二电极连接的电源，电源在第一电极和第二电极之间施加电场。可以在衬底的主表面上形成光致抗蚀剂膜，光致抗蚀剂膜包括光致产酸剂(PAG)。曝光光致抗蚀剂膜的第一区域，以在光致抗蚀剂膜的第一区域中产生酸。可以将衬底布置为使得光致抗蚀剂膜面向第一电极，在两者之间存在包括含离子层在内的电场透过层。可以通过经由电场透过层在与衬底的主表面延伸的方向垂直的方向上对光致抗蚀剂膜施加电场，使酸在光致抗蚀剂膜的第一区域中扩散。可以通过显影光致抗蚀剂膜来形成光致抗蚀剂图案。
一个或多个实施例涉及一种制造IC器件的方法。所述方法可以包括制备第一电极、第二电极、和与第一电极和第二电极连接的电源，电源在第一电极和第二电极之间施加电场。包括光致产酸剂(PAG)在内的光致抗蚀剂膜可以形成在衬底的主表面上。可以在光致抗蚀剂膜上形成电场透过层，电场透过层包括导电聚合物层。可以通过电场透过层曝光光致抗蚀剂膜的第一区域，以在光致抗蚀剂膜的第一区域中产生酸。可以将衬底布置为使得光致抗蚀剂膜面向第一电极，在两者之间存在电场透过层。可以通过经由电场透过层在与衬底的主表面延伸的方向垂直的方向上对光致抗蚀剂膜施加电场，使酸在光致抗蚀剂膜的第一区域中扩散。可以通过显影光致抗蚀剂膜来形成光致抗蚀剂图案。
附图说明
通过参考附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员将变得显而易见，在附图中：
图1示出了根据实施例的制造集成电路(IC)器件的方法的流程图；
图2A至图2D示出了根据实施例的制造IC器件的方法中的顺序阶段的横截面图；
图3示出了根据实施例的当电场透过层包括离子水时制造IC器件的方法的流程图；
图4示出了根据实施例的当电场透过层包括离子凝胶图案时制造IC器件的方法的流程图；
图5示出了根据实施例的当电场透过层包括导电聚合物层时制造IC器件的方法的流程图；
图6示出了显示根据实施例的制造IC器件的方法中的电场施加工艺和热施加工艺的接通/关断时间点的定时图；
图7示出了根据其它实施例的制造IC器件的方法的流程图；
图8示出了根据其它实施例的制造IC器件的方法的流程图；以及
图9A和图9B示出了图8中所示的制造IC器件的方法中的一些阶段的横街面图。
具体实施方式
图1是根据实施例的制造集成电路(IC)器件的方法的流程图。图2A至图2D是根据实施例的制造IC器件的方法中的顺序阶段的横截面图。将参考图1和图2A至图2D描述根据实施例的制造IC器件的方法。
参考图1和图2A，在工艺P12中，可以在衬底110上形成光致抗蚀剂膜120。衬底110可以具有主表面110M，并且光致抗蚀剂膜120可以形成在衬底110的主表面110M上。衬底110可以包括含有单一材料的单层或含有多种不同材料的多层结构。多层结构可以包括半导体层、绝缘层、导电层或其组合。
衬底110的主表面110M可以包括待处理的膜，并且光致抗蚀剂膜120可以形成在该待处理的膜上。在一些实施例中，待处理的膜可以包括待蚀刻的区域、待注入离子的区域、待化学或物理修改的区域等。在一些实施例中，可以在衬底110和光致抗蚀剂膜120之间形成抗反射层(ARL)。
在一些实施例中，待处理的膜可以是半导体衬底。在一些其它实施例中，待处理的膜可以包括导电膜、介电膜、绝缘膜或其组合，这些膜可以形成在半导体衬底上。例如，待处理的膜可以包括金属、合金、金属碳化物、金属氮化物、金属氧氮化物、金属碳氧化物、半导体、多晶硅(poly-Si)、氧化物、氮化物、氮氧化物或其组合。
在一些实施例中，为了形成光致抗蚀剂膜120，可以用包括光敏聚合物、光致产酸剂(PAG)和溶剂在内的光致抗蚀剂组合物涂覆衬底110。可以使用旋涂工艺、喷涂工艺、深涂工艺等来执行光致抗蚀剂组合物的涂覆。
光致抗蚀剂膜120可以由正型光致抗蚀剂材料获得。光致抗蚀剂膜120可以包括通过酸的作用来增加其极性的聚合物。例如，光致抗蚀剂膜120可以包括含有酸不稳定保护基团的聚合物和含有PAG的化学放大光致抗蚀剂。
在一些实施例中，光致抗蚀剂膜120可以包括248nm氟化氪(KrF)准分子激光抗蚀剂、193nm氟化氩(ArF)准分子激光抗蚀剂、157nmF2准分子激光抗蚀剂、13.5nm极紫外(EUV)抗蚀剂等。
例如，光致抗蚀剂膜120可以包括基于(甲基)丙烯酸酯的聚合物。基于(甲基)丙烯酸酯的聚合物可以是基于脂肪族(甲基)丙烯酸酯的聚合物。例如，基于(甲基)丙烯酸酯的聚合物可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(甲基丙烯酸叔丁酯)、聚(甲基丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸降冰片酯)、基于(甲基)丙烯酸酯的聚合物的重复单元的二元或三元共聚物、或其组合等。此外，上述聚合物可以具有被各种酸不稳定保护基团替代的结构。酸不稳定保护基团可以选自叔丁氧基羰基(t-BOC)、异壬基、2-甲基-2-金刚烷基、2-乙基-2-金刚烷基、3-四氢呋喃基、3-氧代环己基、γ-丁内酯-3-基、马来酸内酯(mavaloniclactone)、γ-丁内酯-2-基、3-甲基-γ-丁内酯-3-基、2-四氢吡喃基、2-四氢呋喃基、2，3-碳酸丙烯酯-1-基、1-甲氧基乙基、1-乙氧基乙基、1-(2-甲氧基乙氧基)乙基、1-(2-乙酰氧基乙氧基)乙基、叔乙氧基羰基甲基、甲氧基甲基、乙氧基甲基、三甲氧基甲硅烷基、三乙氧基甲硅烷基等。
参考图1和图2B，在工艺P14中，可以曝光光致抗蚀剂膜120的部分区域，使得可以从光致抗蚀剂膜120产生酸PA。为了曝光光致抗蚀剂膜120的部分区域，可以通过光掩模122将光照射到光致抗蚀剂膜120的部分区域上。曝光工艺可以使用电子束(e-beam)曝光系统、极紫外(EUV)曝光系统、248nm KrF准分子激光曝光系统、193nm ArF准分子激光曝光系统、365nm i-线曝光系统等来执行。
当将使用形成在衬底110上的光致抗蚀剂膜120来形成精细图案(例如，宽度为几十纳米的多个接触孔图案)时，可以采用EUV光刻工艺，该工艺包括使用波长为大约13.5nm的EUV光的曝光工艺。由于EUV光刻工艺在真空状态下执行，因此EUV光刻系统可能不具有沿着照射方向沿其整个深度完全照射光致抗蚀剂膜120所需的足够功率。结果，对于在曝光工艺期间充足增加剂量以从光致抗蚀剂膜120中包括的PAG产生所需量的酸PA可能会有限制。因此，可以以最小剂量执行曝光工艺，使得光致抗蚀剂膜120可以在从光致抗蚀剂膜120的曝光表面起始的光致抗蚀剂膜120的厚度方向上仅曝光部分厚度或深度，该部分厚度或深度小于光致抗蚀剂膜120的总厚度。
在工艺P14中执行曝光工艺之后，光致抗蚀剂膜120可以被划分为曝光区域124和非曝光区域126。在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中，可以从光致抗蚀剂膜120中的PAG产生酸PA。通过曝光工艺产生的酸PA可以在曝光区域124中扩散，以在光致抗蚀剂1膜20中包括的抗蚀剂树脂中引发脱保护反应，从而在抗蚀剂树脂中引起交联反应。
参考图1和图2C，在工艺P16中，可以使用电场施加设备140在与衬底110的主表面110M延伸的方向垂直的方向上(例如，沿着照射方向)对光致抗蚀剂膜120施加电场EF，使酸PA可以进一步在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中扩散。
电场施加设备140可以包括第一电极142、第二电极144和电源146，电源146连接到第一电极142和第二电极144，用以在第一电极142和第二电极144之间施加电场。第二电极144可以具有支撑表面144S以支撑衬底110。
当使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF时，可以通过填充光致抗蚀剂膜120和第一电极142之间的空间的电场透过层150对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。在一些实施例中，在对光致抗蚀剂膜120施加电场EF期间，电场透过层150可以与光致抗蚀剂膜120和第一电极142中的每一个接触(例如，直接接触)。也就是说，当电场透过层150的底表面与光致抗蚀剂膜120接触(例如，直接接触)并且电场透过层150的顶表面与第一电极142接触(例如，直接接触)时，可以使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。
电场施加设备140还可以包括加热器148，用以通过第二电极144对衬底110施加热。在图1的工艺P16中，在通过使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF来使酸PA在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中扩散的同时，可以执行使用加热器148对衬底110施加热的曝光后烘烤(PEB)工艺。在一些实施例中，PEB工艺可以在大约80℃至大约130℃的温度下执行大约40秒至大约100秒。
在一些实施例中，电场透过层150可以包括含离子层。含离子层可以包括离子水或离子凝胶图案。
当电场透过层150包括离子水时，离子水可以包括水和离子，离子从氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、氯化锂(LiCl)、硝酸钠(NaNO3)、四甲基氯化铵(C4H12NCl)等获得。
图3是当电场透过层150包括离子水时，根据图1的工艺P16通过使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF而使酸PA在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中扩散的工艺的流程图。参考图2C和图3，在工艺P16A1中，衬底110和第一电极142可以定位(例如，布置)为使得光致抗蚀剂膜120的顶表面(例如，与衬底110的主表面110M相对的表面)可以与第一电极142间隔开，在两者之间存在分离空间SP。
在一些实施例中，光致抗蚀剂膜120的顶表面与第一电极142之间的分离空间SP可以具有大约0.2μm至大约10μm的高度。当衬底110支撑在第二电极144上时，第一电极142和/或第二电极144可以上下移动，以控制第一电极142和/或第二电极144的高度(例如，以控制分离空间SP的高度)。因此，光致抗蚀剂膜120和第一电极142可以定位(例如，布置)为使得光致抗蚀剂膜120的顶表面可以面向第一电极142，在两者之间存在具有期望高度的分离空间SP。
在工艺P16A2中，可以向分离空间SP中注入离子水以形成电场透过层150。在一些实施例中，可以使用毛细作用来向分离空间SP中注入离子水。
在工艺P16A3中，可以使用电场施加设备140通过包括离子水在内的电场透过层150对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。
如在图1的工艺P16和图3的工艺P16A3所述，在使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF期间，可以使用加热器148执行PEB工艺。在PEB工艺期间，电场透过层150的温度可以增加。
在比较示例中，如果分离空间SP填充有去离子水(DIW)，则当使用电场施加设备140通过DIW对光致抗蚀剂膜120施加电场EF时，DIW的温度可以增加。DIW的沸点可以低于离子水的沸点。因此，当使用DIW时，与当使用离子水时相比，冒泡可能在相对低的温度下开始，并且可能通过DIW的冒泡来损坏光致抗蚀剂膜120。
相反，当使用包括离子水在内的电场透过层150对光致抗蚀剂膜120施加电场EF的同时执行PEB工艺时，与使用DIW的情况相比，可以抑制由于冒泡导致的光致抗蚀剂膜120的损坏。
返回参考图1，在工艺P16中，当使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF时，电场透过层150可以包括含离子层，并且含离子层可以包括离子凝胶图案。在一些实施例中，离子凝胶图案可以包括凝胶图案，凝胶图案包括有机胺阳离子和反阴离子。
图4是当电场透过层150包括离子凝胶图案时，根据图1的工艺P16通过使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF来使酸PA在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中扩散的工艺的流程图。参考图2C和图4，在工艺P16B1中，离子凝胶图案可以粘附到第一电极142中的面向第二电极144的表面。备选地，可以将包括离子凝胶图案在内的电场透过层150粘附到光致抗蚀剂膜120的顶表面。在一些实施例中，电场透过层150中包括的离子凝胶图案可以具有大约0.2μm至大约400μm的厚度。
在一些实施例中，可以包括在构成电场透过层150的离子凝胶图案中的有机胺阳离子可以是1-乙基-3-甲基咪唑(EMI)阳离子或1-丙基-3-甲基咪唑(PMI)阳离子。含离子层中包括的反阴离子可以是溴化物(Br-)、四氟硼酸盐(BF4 -)或双(三氟甲基磺酰基)酰胺(N-(SO2CF3)2)。可以使用各种离子作为可以包括在离子凝胶图案中的有机胺阳离子和反阴离子。
在一些实施例中，为了形成离子凝胶图案，可以将有机胺阳离子和反阴离子溶解在有机溶剂(例如，丙酮)中以制备离子液体。通过将乙烯基单体溶解在离子液体中获得的液体可以施加到平坦的浇铸衬底上，并且离子液体中包含的乙烯基单体可以进行原位自由基聚合。乙烯基单体可以包括丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯。例如，自由基聚合可以在过氧化苯甲酰(BPO)存在的情况下，在大约80℃的温度下进行大约12小时。在自由基聚合之后，可以在大约140℃的温度下进行热处理大约30分钟，以形成包括离子和聚合物凝胶的组合在内的聚合物隔膜。此后，可以将聚合物隔膜图案化为期望的形状，并且用作电场透过层150。
在一些其它实施例中，为了形成离子凝胶图案，首先，作为离子液体的1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰业胺和作为网络形成聚合物的聚(偏二氟乙烯-共-七氟丙烯)可以溶解在有机溶剂(例如，丙酮)中以制备离子凝胶墨水。可以将制备的离子凝胶墨水滴在浇铸衬底上，然后在空气中干燥大约24小时以去除有机溶剂，从而制备离子凝胶膜。此后，可以例如使用刀片将离子凝胶膜形成为期望的形状或图案。
在一些其它实施例中，为了形成离子凝胶图案，首先，作为离子液体的1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺可以与作为引发剂的聚(乙二醇)二丙烯酸酯和2-羟基-2-甲基苯丙酮混合，以制备光敏墨水。然后，可以将制备的光敏墨水滴到浇铸衬底上并浇铸，并且在施加紫外(UV)光的情况下与聚合物交联以制备离子凝胶膜。可以将离子凝胶膜形成为期望的形状或图案，例如使用刀片进行切割来。然后，可以例如使用镊子将离子凝胶膜从铸造衬底移动到期望位置。
返回参考图2C和图4，在工艺P16B2中，衬底110和第一电极142可以定位为使得光致抗蚀剂膜120的顶表面可以与包括离子凝胶图案在内的电场透过层150接触(例如，直接接触)。为此，可以通过上下移动第一电极142和/或第二电极144来调整第一电极142和/或第二电极144的位置。电场透过层150的底表面可以与光致抗蚀剂膜120的顶表面接触(例如，直接接触)，同时电场透过层150的顶表面可以与第一电极142接触(例如，直接接触)。
在工艺P16B3中，可以使用电场施加设备140通过包括离子凝胶图案在内的电场透过层150对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。如在图1的工艺P16中所述，可以在使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场期间使用加热器148执行PEB工艺。
在一些其它实施例中，当在图1的工艺P16中使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF时，电场透过层150可以包括导电聚合物层。
根据实施例，尽管导电聚合物层可以包括芳香族杂环聚酰亚胺、线性聚酰亚胺、聚乙炔、聚(对亚苯基)(PPP)、聚噻吩、聚(亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚吡咯(PPy)、聚(对亚苯基亚乙烯基)(PPV)、聚(噻吩乙烯亚乙烯基)(PTV)、聚苯胺(PANi)、聚异硫茚(PITN)、聚(对亚苯基硫醚))(PPS)及其组合，但是可以在制造IC器件的方法中使用各种导电聚合物层。
图5是当电场透过层150包括导电聚合物层时，根据图1的工艺P16通过使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF来使酸PA在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中扩散的工艺的流程图。
参考图2C和图5，在工艺P16C1中，衬底110和第一电极142可以定位为使得第一电极142面向光致抗蚀剂膜120，在两者之间存在包括导电聚合物层的电场透过层150。在一些实施例中，包括导电聚合物层的电场透过层150可以在执行图1的工艺P12之后并且在执行工艺P14之前形成在光致抗蚀剂膜120上。在一些其它实施例中，包括导电聚合物层的电场透过层150可以在执行图1的工艺P14之后形成在光致抗蚀剂膜120上。在一些其它实施例中，包括导电聚合物层的电场透过层150可以形成第一电极142上。
在工艺P16C2中，包括导电聚合物层的电场透过层150位于第一电极142和光致抗蚀剂膜120之间，并且与第一电极142和光致抗蚀剂膜120中的每一个接触(例如，直接接触)，可以使用电场施加设备140通过包括导电聚合物层的电场透过层150对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。
图2C示出了由电源146输出的输出电压的波形是具有峰值电压V/-V的矩形波的示例。备选地，可以从电源146输出直流(DC)电压。在一些实施例中，可以通过电源146在第一电极142和第二电极144之间施加大约1Hz至大约10KHz的电场EF。
如图2C所示，当衬底110被支撑在第二电极144的支撑表面144S上时，光致抗蚀剂膜120和第一电极142之间的分离空间SP可以填充有电场透过层150。当电场透过层150与光致抗蚀剂膜120和第一电极142中的每一个接触(例如，直接接触)时，可以使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。因此，在使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF期间，在光致抗蚀剂膜120和第一电极142之间可以不存在空气层或空余空间。结果，由于在对光致抗蚀剂膜120施加电场EF期间光致抗蚀剂膜120既不与第一电极142接触也不暴露于空气，因此光致抗蚀剂膜120的顶表面的污染可以减少或者消除。
在根据图1的工艺P16使酸PA在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中扩散期间，可以使用加热器148对衬底110施加热。第二电极144可以与衬底110的底表面直接接触。在一些其它实施例中，金属或绝缘膜可以在第二电极144和衬底110之间。
电场施加设备140的第一电极142和第二电极144中的每一个电极可以包括金属电极或透明电极。金属电极可以包括铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、钼(Mo)或其组合。透明电极可以包括氧化铟锡(ITO)。用于第一电极142的材料可以与用于第二电极144的材料相同或不同。
在光致抗蚀剂膜120经过根据图1的工艺P14的曝光工艺之后，光致抗蚀剂膜120设置在电场施加设备140的第一电极142和第二电极144之间。光致抗蚀剂膜120和第一电极142之间的分离空间SP填充有电场透过层150，然后在衬底110的厚度方向(即，与衬底110的主表面110M延伸的方向垂直)上对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。如上所述，通过在衬底110的厚度方向上对光致抗蚀剂膜120施加电场EF，光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中的酸PA在竖直方向上移动的距离不仅可以通过酸PA的扩散来增加，也通过由于电场EF引起的酸PA的漂移来增加。换句话说，酸PA扩散的方向可以由于在第一电极142和第二电极144之间施加的电场EF而改变，使得靠近光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中的顶部表面的酸PA可以在曝光区域124中朝向光致抗蚀剂膜120的底表面移动。
因此，可以抑制酸PA在横向方向上的扩散，同时可以增加酸PA在竖直方向上扩散的距离。因此，即使在曝光工艺期间通过使用相对小的剂量产生相对少量的酸PA以提高曝光工艺中的生产率的情况下，酸PA也可以在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124的总厚度上在竖直方向上主动扩散。因此，抗蚀剂树脂的脱保护反应可以在光致抗蚀剂膜120的总厚度上主动发生。结果，在执行随后的显影工艺(例如，图1的工艺P18中所示的显影工艺)之后，可以获得具有良好竖直侧壁轮廓的光致抗蚀剂图案。
在电场透过层150的底表面与光致抗蚀剂膜120的顶表面接触(例如，直接接触)并且电场透过层150的顶表面与第一电极142中的面向光致抗蚀剂膜120的底表面接触(例如，直接接触)时，可以对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。因此，在对光致抗蚀剂膜120施加电场EF期间，光致抗蚀剂膜120可以不与第一电极142接触或不暴露于工艺气氛(例如，空气)。因此，光致抗蚀剂膜120的顶表面可以不被第一电极142或工艺气氛污染，并且电场EF可以有效地从第一电极142透射到光致抗蚀剂膜120。
在一些实施例中，为了根据图1的工艺P16对光致抗蚀剂膜120施加电场EF，可以在第一电极142和第二电极144之间施加大约300MHz或更高的高频电场。
在一些实施例中，可以不向衬底110供应用于促进酸PA扩散的附加热量和抗蚀剂树脂的脱保护反应。在这种情况下，由于使用电场施加设备140通过高频电场向光致抗蚀剂膜120供应的活化能，可以促进酸PA的竖直移动和抗蚀剂树脂的脱保护反应。因此，即使不使用加热器148，也可以使用在第一电极142和第二电极144之间施加高频电场的方法来执行PEB工艺。
在图1的工艺P16中，在与衬底110的主表面110M延伸的方向垂直的方向上施加的电场EF可以用于使由曝光工艺产生的酸PA扩散。因此，可以通过由于电场EF引起的曝光区域124中存在的酸PA的漂移来抑制酸PA在曝光区域124中在横向方向上(例如，朝向曝光区域外的区域)的扩散。酸PA在与衬底110的厚度方向相对应的竖直方向上移动的距离可以根据电场EF的方向而增加。因此，酸PA可以在光致抗蚀剂膜120的总厚度上在竖直方向上主动扩散，并且在曝光区域124中主动移动到光致抗蚀剂膜120的底表面。因此，可以增加分辨率，可以改善要在衬底110上形成的图案的尺寸精度，并且可以增强临界尺寸(CD)一致性。在一些实施例中，根据图1的工艺P16的酸扩散工艺可以执行大约1秒至大约90秒。
参考图1和图2D，在工艺P18中，可以显影光致抗蚀剂膜120以形成具有开口120H的光致抗蚀剂图案120P。为了显影光致抗蚀剂膜120，可以使用碱性显影剂，例如，按重量2.38％的四甲基氢氧化铵(TMAH)显影剂。必要时，在显影光致抗蚀剂膜120之后，可以去除(例如，使用DIW漂洗)光致抗蚀剂图案120P。
在一些实施例中，当电场透过层150包括离子水或导电聚合物层时，在光致抗蚀剂膜120的显影期间，可以通过显影剂容易地将残留在光致抗蚀剂膜120上的电场透过层150与光致抗蚀剂膜120的曝光区域124一起去除。在一些其它实施例中，当电场透过层150包括离子凝胶图案时，在执行图1的工艺P16之后，在图1的工艺P18中显影光致抗蚀剂膜120之前，还可以执行将离子凝胶图案与光致抗蚀剂膜120的顶表面分离的工艺。
图6是示出了根据实施例的当通过使用电场施加设备140对光致抗蚀剂膜120施加电场EF使酸PA在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中扩散(如制造IC器件的方法中参考图1和图2C的工艺P16所述)时，用于酸PA的扩散的电场(EF)施加工艺和使用加热器148的热施加工艺的接通/关断时间点的定时图。
当如图1中的工艺P16中的那样执行用于酸PA的扩散的电场(EF)施加工艺和PEB工艺时，图6所示的定时可以用于使通过曝光工艺产生的酸在横向方向上扩散最小化，并且增加所产生的酸在竖直方向上移动的距离。
现在，将参考图2C和图6更详细地描述该工艺。当初始化PEB工艺时，可以通过接通(ON)电场施加设备140的电源146来首先对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。此后，可以通过在对光致抗蚀剂膜120施加电场EF期间接通(ON)加热器148来将热量传导到衬底110。
当PEB工艺终止时，可以在对光致抗蚀剂膜120施加电场EF期间关断(OFF)加热器148，从而阻断从加热器148传导到衬底110的热量。在加热器148关断(OFF)之后，可以关断电场施加设备140的电源146，以停止对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。
在PEB工艺中，如图6所示，在接通加热器148之前，可以通过接通(ON)电源146来首先对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。此外，在通过关断(OFF)电源146来停止对光致抗蚀剂膜120施加电场EF之前，可以通过关断(OFF)加热器148来暂停供应到衬底110的热量。因此，在施加电场EF之前并且在电场EF的施加终止之后，可以防止由于加热器148产生的热量导致酸在光致抗蚀剂膜120中在不期望的方向上的扩散。换句话说，仅使用加热器148加热可能导致酸在横向方向上的扩散。因此，可以改善要在衬底110上形成的图案的尺寸精度，并且可以增强CD一致性。
图7是根据其它实施例的制造IC器件的方法的流程图。在如图7中所示的那样描述制造IC器件的方法时，相同的附图标记用于表示与图1至图6中相同的元件，并且将省略其重复描述。
参考图7，在工艺P22中，可以制备图2C中所示的电场施加设备140。参考图2A和图7，在工艺P32中，可以使用与参考图1和图2A在工艺P12中所述的方法类似的方法来在衬底110上形成包括PAG在内的光致抗蚀剂膜120。参考图2B和图7，在工艺P34中，通过使用与参考图1和图2B在工艺P14中所述的方法类似的方法，可以曝光光致抗蚀剂膜120的部分区域，使得可以从光致抗蚀剂膜120的曝光区域124产生酸。
参考图2C和图7，在工艺P36中，衬底110可以位于第二电极144上，使得光致抗蚀剂膜120可以面向第一电极142，在两者之间存在包括含离子层在内的电场透过层150。如参考图1和图2C所述，含离子层可以包括离子水或离子凝胶图案。
当电场透过层150包括离子水时，在衬底110位于第二电极144上使得光致抗蚀剂膜120面向第一电极142之后，可以使用毛细作用将离子水注入到光致抗蚀剂膜120的顶表面和第一电极142的底表面之间的分离空间SP中。
当电场透过层150包括离子凝胶图案时，在衬底110位于第二电极144上使得光致抗蚀剂膜120面向第一电极142之前，离子凝胶图案可以粘附到第一电极142中的面向光致抗蚀剂膜120的底表面。此后，在衬底110被支撑在第二电极144上时，第一电极142和/或第二电极144可以上下移动。因此，可以控制第一电极142和/或第二电极144的高度，使得光致抗蚀剂膜120可以与离子凝胶图案接触(例如，直接接触)。备选地，离子凝胶图案可以设置在光致抗蚀剂膜120上，并且可以上下移动第一电极142和/或第二电极144，使得第一电极142的底表面可以接触(例如，直接接触)离子凝胶图案。
参考图2C和图7，在工艺P38中，可以使用电场施加设备140通过包括含离子层在内的电场透过层150在与衬底110的主表面110M延伸的方向垂直的方向上对光致抗蚀剂膜120施加电场EF，使得酸PA可以在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中扩散。
如图2C所示，电场施加设备140还可以包括加热器148，以通过第二电极144对衬底110施加热量。在这种情况下，在对光致抗蚀剂膜120施加电场EF期间，可以使用加热器148对衬底110施加热量。
参考图2D和图7，在工艺P40中，通过使用参考图1和图2D在工艺P18中所述的方法相同的方法，可以显影光致抗蚀剂膜120以形成具有开口120H的光致抗蚀剂图案120P。
图8是根据其它实施例的制造IC器件的方法的流程图。图9A和图9B是图8中所示的制造IC器件的方法中的一些工艺的横截面图。在如图8中所示的那样描述制造IC器件的方法时，相同的附图标记用于表示与图1至图6中相同的元件，并且将省略其重复描述。
参考图8，在工艺P52中，可以制备图2C中所示的电场施加设备140。参考图2A和图8，在工艺P62中，可以使用与工艺P12中描述的方法类似的方法在衬底110上形成包括PAG的光致抗蚀剂膜120。
参考图8和图9A，在工艺P64中，可以在光致抗蚀剂膜120上形成包括导电聚合物层在内的电场透过层150。为了形成包括导电聚合物层在内的电场透过层150，可以用其中分散有导电聚合物的溶剂涂覆光致抗蚀剂膜120，并且可以例如使用烘烤工艺使溶剂挥发。溶剂可以是含水溶剂或有机溶剂。备选地，导电聚合物层可以形成在第一电极142上。
参考图8和图9B，在工艺P66中，通过使用参考图1和图2B在工艺P14中所述的方法类似的方法，可以通过包括导电聚合物层在内的电场透过层150曝光光致抗蚀剂膜120的部分区域，使得可以在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中产生酸PA。换句话说，在图8的工艺中，在光致抗蚀剂膜120曝光之前形成电场透过层150。备选地，可以在光致抗蚀剂膜曝光之后在光致抗蚀剂膜120上形成电场透过层150。
参考图2C和图8，在工艺P68中，通过使用与图5的工艺P16C1中描述的方法相同的方法，衬底110和第一电极142可以定位为使得光致抗蚀剂膜120可以面向第一电极142，在两者之间存在包括导电聚合物层在内的电场透过层150。
参考图2C和图8，在工艺P70中，通过使用与图5的工艺P16C2中描述的方法相同的方法，当包括导电聚合物层在内的电场透过层150插入在第一电极142和光致抗蚀剂膜120之间且与第一电极142和光致抗蚀剂膜120中的每一个接触时，可以使用电场施加设备140在与衬底110的主表面100M延伸的方向垂直的方向上通过导电聚合物层对光致抗蚀剂膜120施加电场EF，因此酸PA可以在光致抗蚀剂膜120的曝光区域124中扩散。
如图2C所示，电场施加设备140还可以包括加热器148，加热器148被配置为通过第二电极144对衬底110施加热量。在这种情况下，在对光致抗蚀剂膜120施加电场EF期间，可以使用加热器148对衬底110施加热量。
参考图2D和图8，在工艺P72中，通过使用参考图1和图2D在工艺P18中所述的方法相同的方法，可以显影光致抗蚀剂膜120以形成具有开口120H的光致抗蚀剂图案120P。
根据实施例，在参考图1至图9B描述的制造IC器件的方法中，在光刻工艺期间，可以在与衬底110的主表面110M垂直的方向上施加电场EF，使得可以防止酸PA在光致抗蚀剂膜120中在横向方向上扩散，并且可以增加酸PA在竖直方向上移动的距离。在这种情况下，可以使用电场透过层150对光致抗蚀剂膜120施加电场EF。在使用电场透过层150对光致抗蚀剂膜120施加电场EF期间，可以抑制光致抗蚀剂膜120的损坏。此外，在对光致抗蚀剂膜120施加电场期间，光致抗蚀剂膜120可能不太可能接触第一电极142或曝光于工艺气氛(例如，空气)。因此，电场EF可以有效地从第一电极142透射到光致抗蚀剂膜120，而不用担心第一电极142或工艺气氛污染光致抗蚀剂膜120的顶表面。
一个或多个实施例提供了一种制造集成电路(IC)器件的方法，通过该方法可以获得具有改善的分辨率和一致的临界尺寸(CD)分布的光致抗蚀剂图案，同时使用简化的工艺确保光刻工艺中的生产率。一个或多个实施例可以包括在彼此面向的电极和光致抗蚀剂膜之间的电场透过层。电场透过层可以接触(例如，直接接触)电极和光致抗蚀剂膜中的彼此面向的表面。
本文已经公开了示例实施例，并且尽管采用了特定术语，但是它们仅用于且将被解释为一般的描述性意义，而不是为了限制的目的。在一些情况下，如提交本申请的本领域普通技术人员应认识到，除非另有明确说明，否则结合特定实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用或与结合其它实施例描述的特征、特性和/或元件相结合使用。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的前提下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种制造集成电路器件的方法，所述方法包括：
在衬底的主表面上形成光致抗蚀剂膜，所述光致抗蚀剂膜包括光致产酸剂PAG；
曝光所述光致抗蚀剂膜的第一区域，以在所述光致抗蚀剂膜的第一区域中产生酸；
通过经由在所述光致抗蚀剂膜和面向所述衬底的主表面的电极之间的电场透过层在与所述衬底的主表面延伸的方向垂直的方向上对所述光致抗蚀剂膜施加电场，使酸在所述光致抗蚀剂膜的第一区域中扩散；以及
通过显影所述光致抗蚀剂膜形成光致抗蚀剂图案，
其中，所述电场透过层包括含离子层或导电聚合物层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述酸扩散包括在施加电场之前使所述光致抗蚀剂膜和所述电极中的每一个与所述电场透过层接触。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述电场透过层包括离子水，以及
所述离子水包括水和从以下获得的离子：氯化钠、氯化钾、氯化锂、硝酸钠或四甲基氯化铵。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述酸扩散包括：
将所述衬底和所述电极布置为使得所述光致抗蚀剂膜的顶表面与所述电极分离，在两者之间存在分离空间；
将离子水注入到所述分离空间中，以形成所述电场透过层；以及
通过所述离子水对所述光致抗蚀剂膜施加电场。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述电场透过层包括离子凝胶图案，以及
所述离子凝胶图案包括有机胺阳离子和反阴离子。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述酸扩散包括：
提供离子凝胶图案来作为所述电极和所述光致抗蚀剂膜之间的所述电场透过层；
将所述衬底和所述电极布置为使得所述光致抗蚀剂膜和所述电极中的每一个与所述离子凝胶图案接触；以及
通过所述离子凝胶图案对所述光致抗蚀剂膜施加电场。
7.根据权利要求1所述的方法，在曝光所述光致抗蚀剂膜的第一区域之前，还包括提供导电聚合物层来作为所述电场透过层，
其中，使所述酸扩散包括：
将所述衬底和所述电极布置为使得所述光致抗蚀剂膜和所述电极中的每一个与所述导电聚合物层接触；以及
通过所述导电聚合物层对所述光致抗蚀剂膜施加电场。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述酸扩散还包括在施加电场期间加热所述衬底。
9.一种制造集成电路器件的方法，所述方法包括：
制备第一电极、第二电极、和与所述第一电极和所述第二电极连接的电源，所述电源在所述第一电极和所述第二电极之间施加电场；
在衬底的主表面上形成光致抗蚀剂膜，所述光致抗蚀剂膜包括光致产酸剂PAG；
曝光所述光致抗蚀剂膜的第一区域，以在所述光致抗蚀剂膜的第一区域中产生酸；
将所述衬底布置为使得所述光致抗蚀剂膜面向所述第一电极，在两者之间存在包括含离子层在内的电场透过层；
通过经由所述电场透过层在与所述衬底的主表面延伸的方向垂直的方向上对所述光致抗蚀剂膜施加电场，使酸在所述光致抗蚀剂膜的第一区域中扩散；以及
通过显影所述光致抗蚀剂膜形成光致抗蚀剂图案。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，使所述酸扩散还包括对所述衬底施加热量。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电场透过层包括离子水或离子凝胶图案。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电场透过层包括离子水，所述方法还包括：
将所述衬底布置为使得所述光致抗蚀剂膜面向所述第一电极，在两者之间存在分离空间；以及
将所述离子水注入到所述分离空间中。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电场透过层包括离子凝胶图案，所述方法还包括：
在将所述衬底布置为使得所述光致抗蚀剂膜面向所述第一电极之前，将所述离子凝胶图案提供给所述第一电极和所述光致抗蚀剂膜中的一个，以及
布置所述衬底包括：将所述衬底布置为使得所述光致抗蚀剂膜和所述第一电极中的每一个与所述离子凝胶图案接触。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电场透过层包括从氯化钠、氯化钾、氯化锂、硝酸钠或四甲基氯化铵获得的离子。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电场透过层包括：
咪唑阳离子；以及
溴化物、四氟硼酸盐或双(三氟甲基磺酰基)酰胺阴离子。
16.一种制造集成电路器件的方法，所述方法包括：
制备第一电极、第二电极、和与所述第一电极和所述第二电极连接的电源，所述电源在所述第一电极和所述第二电极之间施加电场；
在衬底的主表面上形成包括光致产酸剂PAG在内的光致抗蚀剂膜；
在所述光致抗蚀剂膜上形成电场透过层，所述电场透过层包括导电聚合物层；
通过所述电场透过层曝光所述光致抗蚀剂膜的第一区域，以在所述光致抗蚀剂膜的第一区域中产生酸；
将所述衬底布置为使得所述光致抗蚀剂膜面向所述第一电极，在两者之间存在所述电场透过层；
通过经由所述电场透过层在与所述衬底的主表面延伸的方向垂直的方向上对所述光致抗蚀剂膜施加电场，使酸在所述光致抗蚀剂膜的第一区域中扩散；以及
通过显影所述光致抗蚀剂膜形成光致抗蚀剂图案。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，使所述酸扩散还包括对所述衬底加热。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，使所述酸扩散包括使所述电场透过层和所述第一电极接触。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述形成光致抗蚀剂图案包括去除所述电场透过层。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电场透过层包括芳香族杂环聚酰亚胺、线性聚酰亚胺、聚乙炔、聚(对亚苯基)、聚噻吩、聚(亚乙基二氧噻吩)、聚吡咯、聚(对亚苯基亚乙烯基)、聚(噻吩乙烯亚乙烯基)、聚苯胺、聚异硫茚、聚(对亚苯基硫醚)及其组合。
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