CN111208716B - 微影方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露是关于一种微影方法，其包括在基板上方形成抗蚀剂层。抗蚀剂层曝露于辐射。使用移除所曝露的抗蚀剂层的曝露部分的显影剂显影所曝露的抗蚀剂层，进而形成图案化的抗蚀剂层。使用碱性水冲洗溶液冲洗图案化的抗蚀剂层。

Description

微影方法
技术领域
本揭露涉及一种用于正色调显影的微影方法。
背景技术
微影术广泛地用于集成电路(IC)制造中，其中各种IC图案转移至工件以形成IC元件。微影术制程可包括在工件上方形成抗蚀剂层，将抗蚀剂层曝露于图案化辐射，及显影所曝露的抗蚀剂层，进而形成图案化的抗蚀剂层。随着IC技术不断向更小的技术节点发展，抗蚀剂图案的结构完整性变得更脆弱，因为抗蚀剂图案更易于变形、破裂及/或剥落。多个因素影响此等参数，其中有用于所曝露抗蚀剂层上的显影剂及冲洗溶液的选择。移除抗蚀剂层的曝露部分的正色调显影(Positive tone development，PTD)及移除抗蚀剂层的未曝露部分的负色调显影(Negative tone development，NTD)常常使用不同的显影剂及冲洗溶液。现有的PTD制程及NTD制程导致各种抗蚀剂结构问题。因此，虽然现有的微影技术大体已满足其预期的目的，但它们并非在各方面都完全令人满意。
发明内容
本揭露提供一种微影方法，包括在基板上方形成抗蚀剂层；抗蚀剂层曝露于辐射；使用显影剂显影所曝露的抗蚀剂层，进而形成图案化的抗蚀剂层；使用碱性水冲洗溶液冲洗图案化的抗蚀剂层。
本揭露提供一种微影方法，包括在基板上方形成抗蚀剂层；抗蚀剂层曝露于辐射；使用碱性水溶液润湿所曝露的抗蚀剂层；使用移除所曝露的抗蚀剂层的曝露部分的显影剂显影所曝露的抗蚀剂层，进而形成图案化的抗蚀剂层。
本揭露提供一种微影方法，包括在基板上方形成抗蚀剂层。抗蚀剂层曝露于辐射；在正色调显影剂中显影抗蚀剂层，进而形成图案化的抗蚀剂层；在显影抗蚀剂层期间向抗蚀剂层提供碱性水溶液；碱性水溶液的pH值低于正色调显影剂的pH值，且碱性水溶液的碱浓度低于正色调显影剂的碱浓度。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本揭露的各方面。应注意，各种特征不一定按比例绘制。实际上，为了清楚说明，可以任意增加或减小各种特征的尺寸和几何形状。
图1是根据本揭露的各种态样的用于处理工件的微影方法的流程图；
图2A至图2I是根据本揭露的各种态样的处于各种制造阶段的部分或完整的工件的剖面图；
图3是根据本揭露的各种态样的用于处理工件的微影方法的流程图；
图4是根据本揭露的各种态样的用于处理工件的微影方法的流程图；
图5A至图5E是根据本揭露的各种态样的处于各种制造阶段的部分或完整的工件的剖面图。
【符号说明】
100：方法
110：区块
120：区块
130：区块/操作
140：区块/操作
140'：操作
150：区块
160：区块
170：区块
180：操作
200：工件
202：辐射
204：显影剂
206：冲洗溶液
210：基板
220：材料层
220'：材料层
222：图案
224：掺杂特征(区域)
230：抗蚀剂层
230'：抗蚀剂层
232：曝露部分
234：未曝露部分
240：导电材料线
300：微影术方法/方法
400：微影术方法/方法
500：工件
510：硬遮罩
512：金属间层
512'：金属间层
514：含硅层
514'：含硅层
520：多层结构
522：底层
522'底层
524：中间层
524'：中间层
具体实施方式
以下揭露提供用于实施所提供标的的不同特征的许多不同的实施例或实例。下文描述部件及布置的特定实例以简化本揭露。当然，此等特定实例仅为实例且不意欲为限制性的。举例而言，在以下描述中第一特征形成于第二特征上方或形成于第二特征上可包括第一特征及第二特征直接接触而形成的实施例，且亦可包括额外特征可形成于第一特征与第二特征之间使得第一特征及第二特征不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复是为简单及清晰的目的且本身不规定所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。
另外，本文为便于描述可使用诸如“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”及其用语的空间上相对的术语以描述如图形中所图示的一元素或特征相对于另一(其他)元素或特征的关系。空间上相对的术语意欲涵盖除图形中所描绘的定向之外使用中或操作中的元件的不同定向。装置可按另一方向定向(转动90度或处于其他定向)且可因此同样地解释本文中所使用的空间上相对的描述符。
如本文所使用，“大约”、“约”、“近似”或“大体上”大致意谓既定值或范围的百分之20内或百分之10内或百分之5内。本文给出的数值量为近似的，意谓即使不清楚地叙述亦可推断术语“大约”、“约”、“近似”或“大体上”。
本揭露中所描述的进阶微影术制程、方法及材料可用于许多应用中，包括鳍式场效晶体管(FinFET)。举例而言，鳍片可经图案化以在特征之间产生相对密集的间距，此很适合以上揭露。另外，可根据以上揭露处理用于形成FinFET的鳍片的间隔件。
微影术可使用两种类型的显影制程中的一者：正色调显影(Positive tonedevelopment，PTD)制程及负色调显影(Negative tone development，NTD)制程。PTD制程使用正色调显影剂，其是指选择性溶解且移除抗蚀剂层的曝露部分的显影剂。NTD制程使用负色调显影剂，其是指选择性溶解且移除抗蚀剂层的未曝露部分的显影剂。PTD制程使用水基显影剂及水基冲洗溶液。NTD制程使用基于有机物的显影剂及基于有机物的冲洗溶液。当试图满足进阶技术节点对微影术解析度的需求时PTD制程及NTD制程具有缺点。举例而言，已观察到PTD制程及NTD制程造成抗蚀剂图案膨胀，导致抗蚀剂层的曝露部分与未曝露部分之间的对比不足(换言之，不良的抗蚀剂对比)且导致变形、破裂及/或剥落问题。在PTD中，水基冲洗溶液易于质子化抗蚀剂的羧基，进而产生抗蚀剂层的残余物。
本揭露因此探索可改良抗蚀剂层的残余物问题的有关PTD的材料及技术。举例而言，本揭露通过改变冲洗溶液的成分解决了PTD方法中的问题。在一些实施例中，不在冲洗溶液中使用纯水，而是碱加入冲洗溶液中以显著增加其去质子化能力，此减少抗蚀剂层中的残余物。可自聚合物分子移除氢，使得聚合物分子增加其对基于水的冲洗溶液的溶解度。
图1是根据本揭露的各种态样的用于处理工件(例如基板)的微影方法100的流程图。在一些实施例中，通过使用诸如深紫外线(DUV)微影术、超紫外线(EUV)微影术、电子束微影术、X光微影术及/或其他微影术的进阶微影术制程的系统完全或部分地实施方法100以增强微影术解析度。
首先简短地介绍图1的操作且随后结合图2A至图2I详细说明此等操作。在方块110处，抗蚀剂层形成于基板上方。在一些实施例中，抗蚀剂层为正色调抗蚀剂。在方块120处，抗蚀剂层以电磁波的形式曝露于辐射。在一些实施例中，抗蚀剂层曝露于图案化EUV辐射。在方块130处，使用曝露后烘烤(PEB)制程在较高的温度下烘烤经曝露的抗蚀剂层。在方块140处，使用显影剂(为水基溶液)显影经烘烤的抗蚀剂层。显影剂溶解或移除抗蚀剂层的曝露部分。在方块150处，使用碱性水冲洗溶液冲洗经显影的抗蚀剂层。在方块160处，旋转干燥经冲洗的抗蚀剂层。
注意可在方法100之前、在方法100期间且在方法100之后提供额外操作，且可移动、替换或除去所描述的操作中的一些来获得方法100的额外实施例。举例而言，在方块170处，方法100可对工件进行额外的制造操作。在实施例中，方块170包括使用经图案化的抗蚀剂层作为遮罩以图案化工件上的材料层的制造制程。特定而言，蚀刻材料层，使得材料层包括对应于经图案化的抗蚀剂层的图案的图案。在一些实施例中，在材料层中形成掺杂区域，使得材料层包括对应于经图案化的抗蚀剂层的图案的掺杂图案。
图2A至图2I是根据本揭露的各种态样的在各种制造阶段(诸如与方法100相关的彼等制造阶段)部分或完整的工件200的剖面图。在诸如微处理器、记忆体及/或其他IC元件的IC元件的制造(或处理)的中间阶段描绘工件200。在一些实施例中，工件200可为IC晶片的部分、晶片上系统(SoC)或其包括各种被动微电子元件及主动微电子元件的部分，此等被动微电子元件及主动微电子元件诸如电阻器、电容器、电感器、二极管、p型场效晶体管(PFET)、n型场效晶体管(NFET)、金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)、互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管、双极接面晶体管(BJT)、横向扩散MOS(LDMOS)晶体管、高压晶体管、高频晶体管、鳍式场效晶体管(FinFET)、其他合适的IC部件或其组合。已为清晰而简化图2A至图2I。额外的特征可加入工件200中，且在工件200的其他实施例中可替换、改变或除去下文所描述的特征中的一些。
在图2A中，工件200包括基板210。基板210可包括半导体基板(例如晶圆)、遮罩(亦称为光罩或主光罩)或可在其上进行处理以提供材料层以形成IC元件的各种特征的任何基底材料。取决于IC制造阶段，基板210包括经配置以形成IC特征(例如掺杂的区域/特征、隔离特征、栅极特征、源极/汲极特征(包括磊晶源极/汲极特征)、互连特征、其他特征或其组合)的各种材料层(例如介电层、半导体层及/或导电层)。在所描绘的实施例中，基板210包括诸如硅基板的半导体基板。基板210可包括诸如锗的另一元素半导体；诸如碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟及/或锑化铟的化合物半导体；诸如SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP及/或GaInAsP的合金半导体或其组合。替代地，基板210为绝缘体上半导体基板，诸如绝缘体上硅(Silicon-on-insulator，SOI)基板、绝缘体上硅锗(Silicongermanium-on-insulator，SGOI)基板或绝缘体上锗(Germanium-on-insulator，GOI)基板。可使用通过氧植入分离(Separation by implantation of oxygen，SIMOX)、晶圆接合及/或其他合适的方法制造绝缘体上半导体基板。在其中工件200制造成用于图案化IC元件的遮罩的一些实施例中，基板210可为包括透明材料(例如氟化钙(CaF2))或低热膨胀材料(例如熔凝石英、掺TiO2的SiO2或其他合适的低热膨胀材料)的遮罩基板。
待处理的材料层220(本文亦称为下层)安置于基板210上方。然而，本揭露设想的实施例中省去材料层220，使得直接处理基板210。在一些实施例中，材料层220包括导电材料或半导体材料，诸如金属或金属合金。在一些实施例中，金属包括钛(Ti)、铝(Al)、钨(W)、钽(Ta)、铜(Cu)、钴(Co)、钌(Ru)、其他合适的金属或其组合。在一些实施例中，金属合金包括金属氮化物、金属硫化物、金属硒化物、金属氧化物、金属硅化物、其他合适的金属合金或其组合。举例而言，在一些实施例中，材料层220包括氮化钛(TiN)、氮化钨(WN2)或氮化钽(TaN)。
替代地，材料层220包括介电材料，诸如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、金属氧化物或金属氮化物。举例而言，材料层220可包括SiO2、SiN、氮氧化硅(SiON)、碳氮化硅(SiCN)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)、二氧化铪(HfO2)或氧化镧(La2O3)。在一些实施例中，材料层220为待图案化以用于工件200的后续处理的硬遮罩层。在一些实施例中，材料层220是抗反射涂层(ARC)。在一些实施例中，材料层220是用于形成工件200的栅极特征(例如栅极介电质及/或闸电极)、源极/汲极特征(例如磊晶源极/汲极)及/或接触特征(例如多层互连(MLI)的导电特征或介电特征)的层。在其中工件200制造成用于图案化IC元件的遮罩的一些实施例中，材料层220是待处理以在其中形成IC图案的层，诸如吸收层(包括例如铬)或反射层(包括例如形成于基板210上的多个层，其中多个层包括多个膜对，诸如硅化钼(Mo/Si)膜对、钼铍(Mo/Be)膜对或经配置以用于反射辐射的其他合适的材料膜对)。
在图2B中，抗蚀剂层230通过合适的制程(例如方法100的方块110)形成于材料层220(或基板210)上。抗蚀剂层230亦称为光阻层、感光层、影像层、图案化层或感辐射层。抗蚀剂层230对在微影术曝露制程期间所使用的辐射敏感，诸如DUV辐射、EUV辐射、电子束辐射、离子束辐射及/或其他合适的辐射。在所描绘的实施例中，抗蚀剂层230包括对EUV辐射敏感的材料。在一些实施例中，通过在诸如材料层220的待处理的材料层上旋涂液体抗蚀剂材料形成抗蚀剂层230。在旋涂液体抗蚀剂材料之后(但在执行曝露制程之前)，可在抗蚀剂层230上执行预烘烤制程(例如)以蒸发溶剂且使形成于材料层220上方的液体抗蚀剂材料的密度增加。
在一些实施例中，抗蚀剂层230包括正色调材料(有时称为正色调抗蚀剂)，其中曝露于辐射的抗蚀剂层230的部分变为可溶于显影剂(或显示增加的溶解度)，且抗蚀剂层230的未曝露部分保持为不溶于显影剂。
在一些实施例中，抗蚀剂层230是通过曝露于诸如一些实施例中的电子束(电子束)的光化辐射而图案化的感光层。入射辐射照射的抗蚀剂区域的化学特性以取决于所使用的光阻的类型的方式改变。抗蚀剂层230为正抗蚀剂。正抗蚀剂是指当曝露于辐射时变为可溶于显影剂的抗蚀剂材料，而非曝露(或曝露较少)的抗蚀剂的区域不溶于显影剂。抗蚀剂为正抗蚀剂还是负抗蚀剂可取决于用于显影抗蚀剂的显影剂的类型。举例而言，当显影剂为诸如氢氧化四甲基铵(Tetramethylammonium hydroxide，TMAH)溶液的水基显影剂时，一些正抗蚀剂提供正图案(亦即通过显影剂移除曝露区域)。
在一些实施例中，根据本揭露的抗蚀剂在溶剂中包括聚合树脂及一或多种光敏化合物(Photoactive compound，PAC)。在一些实施例中，聚合树脂包括含有当与酸、碱或由PAC(如下文所进一步描述)产生的自由基混合时将分解(例如对酸不稳定的基团)或反应的一或多个基团的烃结构(诸如脂环烃结构)。在一些实施例中，烃结构包括形成聚合树脂的骨架主链的重复单元。此重复单元可包括丙烯酸酯(Acrylic esters)、甲基丙烯酸酯(Methacrylic esters)、丁烯酸酯(Crotonic esters)、乙烯基酯Vinyl esters)、顺丁烯二酸二酯(Maleic diesters)、反丁烯二酸二酯(Fumaric diesters)、衣康酸二酯(Itaconicdiesters)、(甲基)丙烯腈((Meth)acrylonitrile)、(甲基)丙烯酰胺((Meth)acrylamides)、苯乙烯(Styrenes)、乙烯醚(Vinyl ethers)、此等物质的组合或其类似物质。
另外，抗蚀剂的一些实施例包括一或多个光敏化合物(PAC)。PAC是光敏部件，诸如光酸产生剂、光碱产生剂、自由基产生剂或其类似物质。PAC可为正作用的或负作用的。
在一些实施例中，交联剂加至抗蚀剂。交联剂与来自聚合树脂中的烃结构的一者的一基团反应且亦与来自此等烃结构的独立者的第二基团反应以便将两个烃结构交联且接合在一起。此接合及交联增加交联反应的聚合物产物的分子量且增加抗蚀剂的总连接密度。密度及连接密度的此增加有助于改良抗蚀剂图案。
替代地，无或有添加至抗蚀剂成分的交联剂，在一些实施例中加入偶合剂，其中除交联剂之外加入偶合剂。偶合剂通过在交联剂之前与聚合树脂中的烃结构上的基团反应而帮助交联反应，允许交联反应的反应能减少且反应速率增加。所接合的偶合剂随后与交联剂反应，进而将交联剂耦合于聚合树脂。
替代地，在其中于无交联剂的情况下将偶合剂加至抗蚀剂的一些实施例中，偶合剂用于将来自聚合树脂中的烃结构中的一者的一基团偶合于来自此等烃结构的独立者的第二基团以便将两个聚合物交联且接合在一起。
抗蚀剂的个别成分置于溶剂中以便有助于混合且施配抗蚀剂。为有助于混合且施配抗蚀剂，至少部分地基于为聚合树脂及PAC所选择的材料而选择溶剂。在一些实施例中，选择溶剂使得聚合树脂(抗蚀剂聚合物及保护聚合物)及PAC可均匀地溶解于溶剂中且施配于待图案化的层上。
除聚合树脂、PAC、溶剂、交联剂及偶合剂之外，抗蚀剂的一些实施例亦包括帮助抗蚀剂获得高解析度的多种其他添加剂。举例而言，抗蚀剂的一些实施例亦包括界面活性剂以便帮助改良抗蚀剂涂布其施加的表面的能力。
加至抗蚀剂的一些实施例的另一添加剂为抑止剂，其抑制所产生的酸/碱/自由基在抗蚀剂内的扩散。抑止剂随着时间推移改良抗蚀剂图案配置及抗蚀剂的稳定性。在实施例中，抑止剂为胺，诸如第二较低脂肪胺、第三较低脂肪胺或其类似物质。在一些实施例中，有机酸用作抑止剂。
加至抗蚀剂的一些实施例的其他添加剂包括有助于防止所产生的酸在曝露抗蚀剂期间进行不当扩散的稳定剂；有助于控制抗蚀剂在显影期间溶解的溶解抑制剂；减少抗蚀剂与下层之间分层及裂痕的增塑剂；帮助观察者检验抗蚀剂以发现可需要在其他制程之前补救的任何缺陷的着色剂；提高抗蚀剂与抗蚀剂已施加于其上的下层(例如待图案化的层)之间的粘着力的粘合剂；及帮助抗蚀剂的顶面达到水平使得不会通过不水平表面不利地改变入射光的表面调平剂。
在一些实施例中，聚合树脂及PAC及任何所要的添加剂或其他试剂加至溶剂以用于涂覆。一旦添加，随后混合混合物以便实现整个抗蚀剂中均质的成分以保证不因抗蚀剂的不均匀混合或非均质成分而造成缺陷。一旦混合在一起，抗蚀剂可在使用之前储存或立即使用。
在抗蚀剂层230涂覆于待图案化的层之后，在一些实施例中执行抗蚀剂层230的预烘烤以硬化且干燥抗蚀剂层230至辐射曝露。抗蚀剂层230的硬化及干燥移除溶剂成分同时留下聚合树脂、PAC、交联剂及其他所选择的添加剂。在一些实施例中，在适于蒸发溶剂的温度下执行预烘烤，且此温度取决于为抗蚀剂所选择的材料。执行预烘烤一段足以硬化且干燥抗蚀剂层及保护层的时间。
在图2C中，在抗蚀剂层230上执行曝露制程(例如方法100的方块120)，其中用图案化辐射202照射抗蚀剂层230。在一些实施例中，图案化辐射202具有小于约250nm的波长，诸如DUV辐射(例如来自KrF雷射的248nm辐射或来自ArF雷射的193nm辐射)、EUV辐射、X光辐射、电子束辐射、离子束辐射及/或其他合适的辐射。在所描绘的实施例中，图案化辐射202为EUV辐射，其可指具有约1nm至约100nm的波长的辐射。在一些实施例中，EUV辐射具有约10nm至约15nm(例如约13.5nm)的波长。曝露制程可在空气、液体(浸渍微影术)或真空(例如当实施EUV微影术及/或电子束微影术时)。在一些实施例中，使用具有界定于其中的IC图案的遮罩图案化辐射，使得图案化辐射在抗蚀剂层230上形成IC图案的影像。遮罩取决于IC图案及用于制造遮罩的遮罩技术透射、吸收及/或反射辐射。在一些实施例中，在不使用遮罩的情况下(有时称为无遮罩微影术)通过根据IC图案直接调变辐射光束而图案化辐射光束。
潜伏图案通过曝露制程形成于抗蚀剂层230上。潜伏图案形成于抗蚀剂层230上，当抗蚀剂层230经受显影过程及冲洗过程时最终变为实体抗蚀剂图案。潜伏图案包括曝露部分232及未曝露部分234(其可包括抗蚀剂层230的未曝露部分及欠曝露部分)。如图2C中所展示，曝露部分232回应于曝露制程发生物理变化及/或化学变化。举例而言，抗蚀剂层230的曝露部分232中的PAC成分在吸收辐射时产生酸，其充当用于引起增加曝露部分232的溶解度的化学反应的触媒。
一个可能的反应机制可发生于曝露(及曝露后烘烤)期间。特定而言，初始的聚合物包括具有通过待移除的基团中的一者(例如对酸不稳定的基团)保护的羧酸的侧链。在脱保护反应中移除待移除的基团，由在曝露制程期间通过(例如)光酸产生剂产生的质子H+发起此脱保护反应。亦即，在曝露制程期间产生酸。此质子H+移除待移除的基团且另一氢原子可替换所移除的结构以形成脱保护(De-protected)的聚合物。
在曝露制程之后，可在抗蚀剂层230上执行曝露后烘烤(Post-exposure baking，PEB)制程(例如方法100的方块130)。PEB可促进聚合物的交联及/或抑制其他抗蚀剂成分与聚合物的反应。取决于抗蚀剂层230中包括的聚合物，PEB可催化所反应的感光部分与抗蚀剂层230中的聚合物的反应。可使用任何合适的烘烤条件(例如持续时间或温度分布图、烘烤循环)。在所描绘的实施例中，曝露制程及/或PEB制程增加曝露部分232的极性，将曝露部分232的溶解度增加至具有相对高极性的显影剂(例如水基溶液)。相比之下，在PEB制程之后未曝露部分234的极性保持为低的(或增加但低于曝露部分232)，因此未曝露部分234较不易溶于具有相对高极性的显影剂(例如水基溶液)。
在图2D中，在抗蚀剂层230上执行显影制程(例如方法100的方块140)，进而形成图案化的抗蚀剂层230’。在所描绘的实施例中，执行PTD制程以移除抗蚀剂层230的曝露部分232。举例而言，PTD显影剂204施加于溶解曝露部分232的抗蚀剂层230，使得图案化的抗蚀剂层230’其中具有界定于未曝露部分234之间的开口(合称为抗蚀剂图案)。在显影过程期间，羧基(例如-COOH)经去质子化且变为具有对PTD溶解度良好的带负电荷的聚合物(例如-COO-)。在一些实施例中，PTD显影剂204不包含有机物。施加PTD显影剂204可包括通过旋涂制程在图案化的抗蚀剂层230’上喷PTD显影剂204。
诸如亲水氢氧化四甲基铵(TMAH)的PTD施加于抗蚀剂层230，在显影过程期间通过亲水显影剂TMAH溶解抗蚀剂层230的曝露部分232(亲水性)且留下抗蚀剂层230的未曝露部分234(疏水性)形成图案化的抗蚀剂层230’。在一些其他实施例中，PTD显影剂204可为TMAH、四丁基氢氧化铵(TMAH)、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠、偏硅酸钠、氨水、一甲铵(Monomethylamine)、二甲胺(Dimethylamine)、三甲胺(Trimethylamine)、一乙胺(monoethylamine)、二乙胺(Diethylamine)、三乙胺(triethylamine)、一异丙胺(Monoisopropylamine)、二异丙胺(Diisopropylamine)、三异丙胺(Triisopropylamine)、一丁胺(Monobutylamine)、二丁胺(Dibutylamine)、一乙醇胺(Monoethanolamine)、二乙醇胺(Diethanolamine)、三乙醇胺(Triethanolamine)、二甲胺基乙醇(Dimethylaminoethanol)、二乙胺基乙醇(Diethylaminoethanol)、偏硅酸钾(potassiumMetasilicate)、碳酸钠、氢氧化四乙铵(Tetraethylammonium hydroxide)、此等物质的组合或其类似物质。
在图2E中，在显影制程之后执行冲洗制程(例如)以自工件200移除任何残余物及/或粒子(例如方法100的方块110)。在所描绘的实施例中，冲洗溶液206施加于图案化的抗蚀剂层230’以移除非所要的材料。冲洗溶液可使用去离子(DI)水。虽然DI水可足够满足其预期目的，但其常常导致各种问题，尤其当技术节点变得更小时(例如20nm及以下)。举例而言，在冲洗制程期间，DI水易于向带负电荷的聚合物(例如-COO-)提供氢离子，进而质子化带负电荷的聚合物。此质子化的聚合物(例如)较不易溶于DI水，导致图案化的抗蚀剂层230’中的残余物。对于较小的图案问题变得更严重，因为残余物更可能诱发图案临界尺寸(Critical dimension，CD)问题。
本揭露通过改变冲洗溶液的成分解决现有方法中的问题。碱加至冲洗溶液206中以减少冲洗溶液206的总氢离子，此减少图案化的抗蚀剂层230’的残余物。另外，由于碱包括具有对带负电荷的聚合物的静电排斥的负离子(负电荷)，可有效地移除带负电荷的聚合物。在一些实施例中，冲洗溶液206的pH值高于7.5。亦即，冲洗溶液206为碱性水冲洗溶液。
本文配置冲洗溶液206的成分以实现所要的结果。举例而言，冲洗溶液206包括水(可为DI水)及碱(pH值高于约7.5)。若碱(或冲洗溶液206)的pH值低于7.5，冲洗溶液206不提供充足的OH-以防止带负电荷的聚合物质子化。在一些实施例中，碱(或冲洗溶液206)的pH值设计为在特定的范围内，因为即使碱有助于减少或避免产生图案化的抗蚀剂层230’的残余物，冲洗溶液206中过高的pH值亦可不利地影响冲洗溶液206冲洗图案化的抗蚀剂层230’的能力。原因是若碱(或冲洗溶液206)的pH值过高，冲洗溶液206可提供过多OH-离子，使得图案化的抗蚀剂层230’经进一步去质子化。因此，图案化的抗蚀剂层230’的临界尺寸的准确度受影响。因此，碱(或冲洗溶液206)的pH值在约7.5至约12(或在另一实例中在约8与约12之间)的范围内。在一些实施例中，碱(或冲洗溶液206)的pH值低于显影剂204的pH值。注意在一些实施例中，碱(或冲洗溶液206)的pH值至少为约7.5以保证冲洗溶液206的总OH-增加足够多。
在一些实施例中，在约20℃至约40℃的范围中的温度下执行冲洗制程。温度影响冲洗溶液206的反应速度。亦即，当温度增加时碱与抗蚀剂层230之间的反应更快。因此，下限(例如约20℃)保证移除抗蚀剂层230中的水溶性分子，而上限(例如约40℃)防止冲洗溶液206与抗蚀剂层230’过度反应。冲洗溶液206与抗蚀剂层230’之间的过度反应造成抗蚀剂层230’的一些部分溶于冲洗溶液206中，影响图案化的抗蚀剂层230’的临界尺寸的准确度。保持冲洗温度有助于减少或避免上文所论述的残余物问题。
在一些实施例中，冲洗时间不到约三分钟。由于在一些实施例中可移除抗蚀剂层230的水溶性最强的分子少于三分钟，大于约三分钟的冲洗时间与冲洗时间不到约三分钟相比可产生图案化的抗蚀剂层230’的相似的所得图案。此可浪费制造时间，且制造制程的产量降低。在一些实施例中，冲洗时间在约15秒至约120秒的范围中，其中下限(例如约15秒)保证移除抗蚀剂层230中的水溶性分子，而上限(例如约120秒)防止浪费制造时间。
在一些实施例中，碱包括氨、甲胺(Methylamine)、二甲胺(Dimethylamine)、三甲胺(Trimethylamine)、吡啶(Pyridine)、咪唑(Imidazole)、吡咯(Pyrrole)、4-甲基咪唑(4-Methylimidazole)、吡唑(Pyrazole)、吡唑啉(Pyrazoline)、吡唑啶(Pyrazolidine)、甲基乙胺(methylethylamine)、恶唑(Oxazole)、噻唑(Thiazole)、其组合或其类似物质。在一些实施例中，冲洗溶液206无TMAH，因为TMAH具有高pH值而可诱发临界尺寸问题。在一些实施例中，冲洗溶液206的碱浓度高于约百万分之(ppm)0.2。图案化的抗蚀剂层230’的所得图案与当冲洗溶液206的碱浓度约为300ppm或以上时相似。由此，在一些实施例中，冲洗溶液206的碱浓度在约0.2ppm至约300ppm的范围中，其中下限(例如约0.2ppm)保证移除抗蚀剂层230中的水溶性分子，而上限(例如约300ppm)防止浪费制造时间。另外，碱可含有在图案化的抗蚀剂层230’中造成缺陷的缺陷源。由此，若冲洗溶液206的碱浓度高于300ppm，则冲洗溶液206可在图案化的抗蚀剂层230’中产生缺陷。
在图2F中，对图案化的抗蚀剂层230’执行旋转干燥制程(例如方法100的方块170)以进一步移除冲洗制程之后保留于图案化的抗蚀剂层230’上的任何液体及/或固体。可通过旋转干燥制程大体上移除图2E的冲洗溶液206。在旋转干燥制程期间，冲洗溶液206自晶圆中心向晶圆边缘旋转，且随后移除此冲洗溶液。
现参考图2G、图2H及图2I，使用图案化的抗蚀剂层230’作为遮罩对工件200执行额外的制造制程(例如对应于方法100的方块170)。举例而言，制造制程应用于图案化的抗蚀剂层230’的开口内，而保护由图案化的抗蚀剂层230’覆盖的工件200的其他部分不受制造制程影响。在一些实施例中，如图2G中所展示，制造制程使用图案化的抗蚀剂层230’作为蚀刻遮罩蚀刻材料层220。因此将图案自图案化的抗蚀剂层230’转移至材料层220，进而形成具有图案222的图案化的材料层220’。蚀刻制程可包括干式蚀刻制程、湿式蚀刻制程、其他合适的蚀刻制程或其组合。替代地，制造制程可包括使用图案化的抗蚀剂层230’作为植入遮罩而对材料层220进行植入制程，进而如图2H中所展示在材料层220’中形成各种掺杂特征(区域)224。在一些其他实施例中，不图案化材料层220，执行沉积制程以将图案化的抗蚀剂层230’的开口填充有材料，进而如图2I中所展示在材料层220上方形成IC特征(例如导电材料线240)。其后，如图2G、图2H及图2I中所描绘，自工件200移除图案化的抗蚀剂层230’。
图3是根据本揭露的各种态样的用于处理工件(例如基板)的微影方法300的流程图。方法300类似于图1的方法100，区别为方法300进一步包括操作130与操作140之间的操作180。在一些实施例中，具有与冲洗溶液206的成分相似(或相同)的成分的润湿溶液施加于所曝露的抗蚀剂层230以润湿所曝露的抗蚀剂层230且因此保证所曝露的抗蚀剂层230的可湿性。亦即，润湿溶液为碱性水溶液。在一些实施例中，润湿溶液无TMAH。由于碱性水溶液的细节类似于图2E中所提及的碱性水冲洗溶液206或与其相同，下文将不重复此描述。此操作有益于显影制程。润湿溶液帮助显影剂204在所曝露的抗蚀剂层230的整个表面上方提供良好的“覆盖率”。又，由于润湿溶液包括碱，润湿溶液防止抗蚀剂层230中的聚合物质子化。方法300的其他相关操作细节类似于方法100或与其相同，且因此下文将不重复此描述。
图4是根据本揭露的各种态样的用于处理工件(例如基板)的微影方法400的流程图。方法400类似于图1的方法100，区别为方法400包括操作140’而非操作140。在一些实施例中，具有与冲洗溶液206的成分相似(或相同)的成分的碱水溶液在显影制程期间进一步施加于具有显影剂204的所曝露的抗蚀剂层230。亦即，碱水溶液为碱性水冲洗溶液。在一些实施例中，碱水溶液无TMAH。由于碱性水溶液的细节类似于图2E中所提及的碱性水冲洗溶液206或与其相同，下文将不重复此描述。碱水溶液及显影剂204在一些实施例中可个别地施加于所曝露的抗蚀剂层230，且在一些其他实施例中可预先混合且随后施加于所曝露的抗蚀剂层230。在一些实施例中，碱水溶液的碱浓度低于显影剂204的碱浓度，使得可充分地执行显影制程(显影剂204支配诸如显影时间、显影温度的显影参数)，而碱水溶液可防止抗蚀剂层230中的聚合物质子化。方法400的其他相关操作细节类似于方法100或与其相同，且因此下文将不重复此描述。
图5A至图5E是根据本揭露的各种态样的处于各种制造阶段的部分或完全的工件500的剖面图。工件500类似于图2A至图2I中的工件200，区别为工件500包括抗蚀剂层230与材料层220之间的一些层。在图5A中，工件500进一步包括形成于材料层220上方的硬遮罩510。可通过CVD制程、PVD制程、ALD制程、旋涂式制程、其他合适的沉积制程或其组合沉积硬遮罩510。在一些实施例中，硬遮罩510包括多层硬遮罩。多层硬遮罩510包括金属间层512及金属间层512上方的含硅层514。金属间层512可包括氮化钛层、氧化钛层、氮化钽层、其他合适的金属层或其组合。在一些实施例中，金属间层510为氮化钛层。含硅层514可包括氧化硅(SiOx)层、碳氧化硅(SiOxCy)层、碳氮化硅(SiCxNy)层、碳化硅(SiCx)层、氮化硅(SiNx)层、聚合光阻层或其组合。在一些实施例中，含硅层514为SiOx层。在一些实施例中，通过使用TEOS作为制程气体的CVD制程沉积含硅层514。
多层结构520形成于硬遮罩510上方。在一些实施例中，多层结构520包括底层522、底层522上方的中间层524及中间层524上方的抗蚀剂层230。多层结构520的底层522形成于硬遮罩510上方。底层522包括CxHyOz材料、氧化硅(SiOx)、碳氧化硅(SiOxCy)、聚合材料或其他合适的材料。可通过CVD制程、蒸发制程、旋涂式制程、其他合适的沉积制程或其组合沉积底层522。在一些实施例中，中间层524包括SiCxHyOz材料。可通过CVD制程、蒸发制程、旋涂式制程、其他合适的沉积制程或其组合沉积中间层524。
参考图5B。抗蚀剂层230通过执行上文提及的方法100、方法300或方法400经图案化以形成图案化的抗蚀剂层230’，且因此省略其描述。
参考图5C。执行第一蚀刻制程以图案化中间层524，且执行第二蚀刻制程以图案化底层522。使用图案化的抗蚀剂层230’作为遮罩而图案化中间层524，且使用图案化的中间层524’作为遮罩而图案化底层522。在第一蚀刻制程及/或第二蚀刻制程期间，可部分地或完全消耗图案化的抗蚀剂层230’。
参考图5D。执行第三蚀刻制程以图案化含硅层514，且执行第四蚀刻制程以图案化金属间层512。使用图案化的底层522’作为遮罩而图案化含硅层514，且使用图案化的含硅层514’作为遮罩而图案化金属间层512。在第三蚀刻制程及/或第四蚀刻制程期间，可部分地或完全消耗图案化的底层522’。
参考图5E。执行第五蚀刻制程以图案化材料层220。使用金属间层512’作为遮罩而图案化材料层220。由于第五蚀刻制程的相关操作细节类似于图2G中展示的制程或与其相同，且因此下文将不重复此描述。
根据一些实施例，微影方法包括在基板上方形成抗蚀剂层；抗蚀剂层曝露于辐射；使用显影剂显影所曝露的抗蚀剂层，进而形成图案化的抗蚀剂层；使用碱性水冲洗溶液冲洗图案化的抗蚀剂层。
在一些实施例中，碱性水冲洗溶液的pH值低于该显影剂的pH值。
在一些实施例中，碱性水冲洗溶液的该pH值在约8至约12的范围中。
在一些实施例中，碱性水冲洗溶液包含碱，该碱包含氨、甲胺、二甲胺、三甲胺、吡啶、咪唑、吡咯、4-甲基咪唑、吡唑、吡唑啉、吡唑啶(Pyrazolidine)、甲基乙胺、恶唑、噻唑或其组合。
在一些实施例中，碱性水冲洗溶液的碱浓度在约0.2ppm至约300ppm的范围中。
在一些实施例中，碱性水冲洗溶液无氢氧化四甲基铵。
在一些实施例中，显影剂包含氢氧化四甲基铵(TMAH)及一碱，该碱包含氨、甲胺、二甲胺、三甲胺、吡啶、咪唑、吡咯、4-甲基咪唑、吡唑、吡唑啉、吡唑啶、甲基乙胺、恶唑、噻唑或其组合。
在一些实施例中，进一步包含在显影所曝露的抗蚀剂层期间将碱性水溶液施加于所曝露的抗蚀剂层，其中碱性水溶液的pH值低于该显影剂的pH值。
在一些实施例中，进一步包含在显影所曝露的抗蚀剂层之前使用碱性水溶液润湿所曝露的抗蚀剂层。
在一些实施例中，碱性水溶液及碱性水冲洗溶液包含相同的碱。
在一些实施例中，冲洗图案化的抗蚀剂层的冲洗时间少于约三分钟。
在一些实施例中，冲洗图案化的抗蚀剂层的冲洗温度在约20oC至约40oC的范围中。
根据一些实施例，微影方法包括在基板上方形成抗蚀剂层；抗蚀剂层曝露于辐射；使用碱性水溶液润湿所曝露的抗蚀剂层；使用移除所曝露的抗蚀剂层的曝露部分的显影剂显影所曝露的抗蚀剂层，进而形成图案化的抗蚀剂层。
在一些实施例中，碱性水溶液的pH值低于显影剂的pH值。
在一些实施例中，碱性水溶液包含一碱，该碱包含氨、甲胺、二甲胺、三甲胺、吡啶、咪唑、吡咯、4-甲基咪唑、吡唑、吡唑啉、吡唑啶、甲基乙胺、恶唑、噻唑或其组合。
在一些实施例中，碱性水溶液无氢氧化四甲基铵。
根据一些实施例，微影方法包括在基板上方形成抗蚀剂层。抗蚀剂层曝露于辐射；在正色调显影剂中显影抗蚀剂层，进而形成图案化的抗蚀剂层；在显影抗蚀剂层期间向抗蚀剂层提供碱性水溶液；碱性水溶液的pH值低于正色调显影剂的pH值，且碱性水溶液的碱浓度低于正色调显影剂的碱浓度。
在一些实施例中，碱性水溶液无氢氧化四甲基铵。
在一些实施例中，碱性水溶液包含碱，该碱包含氨、甲胺、二甲胺、三甲胺、吡啶、咪唑、吡咯、4-甲基咪唑、吡唑、吡唑啉、吡唑啶、甲基乙胺、恶唑、噻唑或其组合。
在一些实施例中，碱性水溶液的该碱浓度在约0.2ppm至约300ppm的范围中。
上文概述了若干实施例的特征使得熟悉此项技术者可更好地理解本揭露的态样。熟悉此项技术者将了解他们可容易地以本揭露为基础设计或修改用于达到相同目的及/或实现本文中所引入的实施例的相同优点的其他制程及结构。熟悉此项技术者亦应了解此等等效构造不脱离本揭露的精神及范畴，且他们可在不脱离本揭露的精神及范畴的情况下作出各种改变、替换及变更。

Claims (18)

1.一种微影方法，其特征在于，包含：
在一基板上方形成一抗蚀剂层；
将该抗蚀剂层曝露于辐射；
使用一显影剂显影所曝露的该抗蚀剂层，进而形成一图案化的抗蚀剂层；
在显影所曝露的该抗蚀剂层之前使用一碱性水溶液润湿所曝露的该抗蚀剂层，其中该碱性水溶液的一pH值低于该显影剂的一pH值；以及
使用一碱性水冲洗溶液冲洗该图案化的抗蚀剂层。
2.根据权利要求1所述的微影方法，其特征在于，该碱性水冲洗溶液的一pH值低于该显影剂的一pH值。
3.根据权利要求2所述的微影方法，其特征在于，该碱性水冲洗溶液的该pH值在8至12的范围中。
4.根据权利要求1所述的微影方法，其特征在于，该碱性水冲洗溶液包含一碱，该碱包含氨、甲胺(Methylamine)、二甲胺(Dimethylamine)、三甲胺(Trimethylamine)、吡啶(Pyridine)、咪唑(Imidazole)、吡咯(Pyrrole)、4-甲基咪唑(4-Methylimidazole)、吡唑(Pyrazole)、吡唑啉(Pyrazoline)、吡唑啶(Pyrazolidine)、甲基乙胺(Methylethylamine)、恶唑(Oxazole)、噻唑(Thiazole)或其组合。
5.根据权利要求4所述的微影方法，其特征在于，该碱性水冲洗溶液的碱浓度在0.2ppm至300ppm的范围中。
6.根据权利要求1所述的微影方法，其特征在于，该碱性水冲洗溶液无氢氧化四甲基铵(Tetramethylammonium hydroxide，TMAH)。
7.根据权利要求1所述的微影方法，其特征在于，该显影剂包含氢氧化四甲基铵(TMAH)及一碱，该碱包含氨、甲胺、二甲胺、三甲胺、吡啶、咪唑、吡咯、4-甲基咪唑、吡唑、吡唑啉、吡唑啶、甲基乙胺、恶唑、噻唑或其组合。
8.根据权利要求1所述的微影方法，其特征在于，进一步包含在显影所曝露的该抗蚀剂层期间将该碱性水溶液施加于所曝露的该抗蚀剂层。
9.根据权利要求1所述的微影方法，其特征在于，该碱性水溶液及该碱性水冲洗溶液包含相同的碱。
10.根据权利要求1所述的微影方法，其特征在于，该冲洗该图案化的抗蚀剂层的冲洗时间少于三分钟。
11.根据权利要求1所述的微影方法，其特征在于，该冲洗该图案化的抗蚀剂层的冲洗温度在20℃至40℃的范围中。
12.一种微影方法，其特征在于，包含：
在一基板上方形成一抗蚀剂层；
将该抗蚀剂层曝露于辐射；
使用一碱性水溶液润湿所曝露的该抗蚀剂层；以及
使用该碱性水溶液润湿所曝露的该抗蚀剂层后，使用移除所曝露的该抗蚀剂层的一曝露部分的一显影剂显影所曝露的该抗蚀剂层，进而形成一图案化的抗蚀剂层，其中该碱性水溶液的一pH值低于该显影剂的一pH值。
13.根据权利要求12所述的微影方法，其特征在于，该碱性水溶液包含一碱，该碱包含氨、甲胺、二甲胺、三甲胺、吡啶、咪唑、吡咯、4-甲基咪唑、吡唑、吡唑啉、吡唑啶、甲基乙胺、恶唑、噻唑或其组合。
14.根据权利要求12所述的微影方法，其特征在于，该碱性水溶液无氢氧化四甲基铵。
15.一种微影方法，其特征在于，包含：
在一基板上方形成一抗蚀剂层；
将该抗蚀剂层曝露于辐射；
在一正色调显影剂中显影该抗蚀剂层，进而形成一图案化的抗蚀剂层；以及
在显影该抗蚀剂层期间向该抗蚀剂层提供一碱性水溶液，其中该碱性水溶液的一pH值低于该正色调显影剂的一pH值，且该碱性水溶液的一碱浓度低于该正色调显影剂的一碱浓度。
16.根据权利要求15所述的微影方法，其特征在于，该碱性水溶液无氢氧化四甲基铵。
17.根据权利要求15所述的微影方法，其特征在于，该碱性水溶液包含一碱，该碱包含氨、甲胺、二甲胺、三甲胺、吡啶、咪唑、吡咯、4-甲基咪唑、吡唑、吡唑啉、吡唑啶、甲基乙胺、恶唑、噻唑或其组合。
18.根据权利要求15所述的微影方法，其特征在于，该碱性水溶液的该碱浓度在0.2ppm至300ppm的范围中。
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