CN112309902A - 衬底加工装置和方法 - Google Patents

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substrate
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I.拉伊杰马克斯
D.皮尤米
I.祖尔科夫
D.德罗斯特
M.吉范斯
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ASM IP Holding BV
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Abstract

公开了一种用以产生牺牲掩蔽层的衬底加工方法和装置。该层通过在反应腔室中提供选择为与衬底上的辐射改性和未改性的层部分中之一反应而不与辐射改性和未改性的层部分中之另一反应的第一前体以选择性地生长所述牺牲掩蔽层来产生。

Description

衬底加工装置和方法
技术领域
本公开总的涉及一种衬底加工装置和产生牺牲掩蔽层的方法。
用以在衬底上产生牺牲掩蔽层的衬底加工装置可包括光刻输入/输出端口以在衬底加工装置与光刻投影装置之间转移衬底。
用以产生牺牲掩蔽层的衬底加工方法可包括：
向光刻投影装置提供具有可辐射改性层的衬底以便图案化，和
用光刻投影装置的暴露辐射改性暴露于辐射之处的可辐射改性层来图案化衬底的可辐射改性层。
背景技术
可在衬底上的抗蚀剂层中形成图案之前和/或之后使用衬底加工装置(如轨道或涂覆机)在衬底上进行不同的工艺步骤。例如，如果衬底上存在污染物，则可通过化学处理来去除。可将衬底加热到足以驱除衬底上可能存在的任何湿气的温度。可施加粘附促进剂以促进抗蚀剂在衬底上的粘附。
在衬底加工装置的抗蚀剂沉积设备中，衬底可例如通过旋涂抗蚀剂而被覆盖以抗蚀剂层。可向衬底上分配抗蚀剂的粘性液体溶液，并可旋转衬底以产生均匀的薄层。然后可烘烤抗蚀剂涂覆晶片以蒸发抗蚀剂溶剂。
具有抗蚀剂层的衬底可从衬底加工装置转移到光刻投影装置。在光刻投影装置中，可将具有抗蚀剂层的衬底暴露于(极)紫外辐射的图案化辐射光束。暴露于辐射会在抗蚀剂层中导致化学变化，从而图案化该层。
对于EUV光刻，抗蚀剂层可能非常薄。这样的薄层可能不是非常耐蚀刻的。
发明内容
提供此概述是为了以简化的形式引入一系列概念。下文在本公开的实例实施例的详细描述中更详细地描述这些概念。本概述并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也并非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
在一些实施例中，可提供用以在衬底上产生牺牲掩蔽层的衬底加工装置。衬底加工装置可包括光刻输入/输出端口以在衬底加工装置与光刻投影装置之间转移衬底。衬底加工装置可提供有选择性沉积设备以在反应腔室中提供选择为与辐射改性和未改性的层部分中之一反应而不与辐射改性和未改性的层部分中之另一反应的第一前体以产生牺牲掩蔽层。所述装置可包括衬底装卸器以在光刻输入/输出端口和选择性沉积设备之间转移衬底。所述装置可包括可操作地连接到衬底装卸器和选择性沉积设备的控制系统。控制系统可提供有存储器，所述存储器提供有当在控制系统上执行时控制以下的程序：控制衬底装卸器以从光刻输入/输出端口拾取衬底并将其移动到选择性沉积设备；和控制选择性沉积设备以在反应腔室中提供选择为与辐射改性和未改性的层部分中之一反应而不与辐射改性和未改性的层部分中之另一反应的第一前体以产生牺牲掩蔽层。
在一些实施例中，公开了一种用以产生牺牲掩蔽层的衬底加工方法。衬底加工方法可包括向光刻投影装置提供具有可辐射改性层的衬底以便图案化。衬底加工方法可还包括用光刻投影装置的暴露辐射改性暴露于辐射之处的可辐射改性层来图案化衬底的可辐射改性层。可将衬底从光刻投影装置移动到选择性沉积设备的反应腔室。可在反应腔室中提供选择为与改性和未改性的层部分中之一反应而不与改性和未改性的层部分中之另一反应的第一前体以产生牺牲掩蔽层。
出于概述本发明和所实现的优于现有技术的优势的目的，在本文上述内容中描述了本发明的某些目标和优势。当然，应理解，未必所有此类目标或优势都可根据本发明的任一特定实施例实现。因此，举例来说，所属领域的技术人员将认识到，本发明可按实现或优化本文中教示或表明的一个优势或一组优势的方式体现或实行，而未必实现本文中可能教示或表明的其它目标或优势。
所有这些实施例均意在包括在所公开的本发明的范围内。通过下文结合附图对某些实施例的详细描述，这些及其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的，本发明不限于所公开的任何特定实施例。
附图说明
虽然本说明书以具体地指出并明确地要求保护被视为本发明实施例的内容的权利要求书结束，但在结合附图阅读时，可以根据本公开的实施例的某些实例的描述更容易地确定本公开的实施例的优势，在附图中：
图1示意了根据本公开的至少一个实施例的衬底加工方法。
图2示意了适用于图1的衬底加工方法的衬底加工装置。
图3示意了用于图2的衬底加工装置的选择性沉积设备。
图4和5示意了根据本发明的实施例的无抗蚀剂图案化方法。在整个图4和5中，遵循以下编号：410–可辐射改性层；411–辐射改性层部分；412-未改性层部分；420-下层；430-衬底；440-牺牲掩蔽层；450–凹部。
具体实施方式
尽管下文公开了某些实施例和实例，但所属领域的技术人员将理解，本发明延伸超出了本发明具体公开的实施例和/或用途以及显而易见的修改和其等效物。因此，希望本发明所公开的范围不应受下文所描述特定公开实施例的限制。此外，本文呈现的图示并不意味着是任何特定材料、结构或设备的实际视图，而仅仅是用来描述本公开的实施例的理想化表示。
如本文所用，术语“衬底”可指可使用的或上面可形成器件、电路或膜的任何一种或多种下层材料。另外，术语“可改性层”可指可向其中引入另外的物种如原子、分子或离子的任何材料。术语“半导体器件结构”可指已加工或已部分加工的半导体结构的任何部分，其为、包含或限定待形成于半导体衬底上或半导体衬底中的半导体器件的有源或无源部件的至少一部分。例如，半导体器件结构可包含集成电路的有源和无源部件，例如晶体管、存储器元件、换能器、电容器、电阻器、导电线、导电过孔和导电接触垫。
如本文所用，术语“前体”可指参与产生另一化合物的化学反应的化合物，并特别是指构成膜的膜基质或主要骨架的化合物；术语“反应物”可与术语前体互换使用。取决于上下文，前体可包括在常温常压(NTP)下为气体的材料、气化的固体和/或气化的液体，并可由单一气体或气体的混合物构成。
术语“原子层沉积”可指在工艺腔室中进行沉积循环、通常多个连续沉积循环的气相沉积工艺。当使用前体/反应性气体和吹扫气体(例如，惰性载气)的交替脉冲进行时，如本文所用，术语“原子层沉积”还意在包括由相关术语如化学气相原子层沉积、原子层外延(ALE)、分子束外延(MBE)、气体源MBE或有机金属MBE和化学束外延所指定的工艺。
通常，对于ALD工艺，在每个循环期间，向反应腔室引入前体并使其化学吸附到沉积表面(例如，衬底表面，其可包含来自先前的ALD循环的先前沉积的材料或其他材料)，并形成不易于与额外的前体反应的约单层或亚单层材料(即，自限性反应)。其后，可随后将反应物(例如，另一前体或反应气体)引入到工艺腔室中以用于将被化学吸附的前体转化为沉积表面上的所需材料。反应物可能能够与前体进一步反应。在一个或多个循环期间，例如在每个循环的每个步骤期间，可采用吹扫步骤来从工艺腔室去除任何过量的前体和/或从反应腔室去除任何过量的反应物和/或反应副产物。
在整个本公开的实施例中可能给出了大量的实例材料，应指出，针对每一实例材料给出的化学式不应理解为限制性的，并且给出的非限制性实例材料不应受限于所给实例化学计量。
本公开的一个目的在于提供将避免可能在光刻抗蚀剂与下面的层之间发生的粘附问题的图案化设备和方法。
本公开的另一个目的在于提供将避免光酸偏析到抗蚀剂/空气界面的图案化设备和方法。
本公开的另一个目的在于提供将允许光刻程序基本上不发生浮渣缺陷和/或抗蚀剂线条断开的图案化设备和方法。
本公开的另一个目的在于提供将允许光刻程序基本上不发生图案坍塌的图案化设备和方法。
本公开的另一个目的在于提供将允许沉积具有高蚀刻预算的光刻层的图案化设备和方法。
图1示意了根据至少一个实施例的示例性衬底加工方法。实施例可包括用以产生牺牲掩蔽层的衬底加工方法。
衬底加工方法30可包括：在步骤32中，向例如可改性层沉积设备提供衬底；在步骤34中，在可改性层沉积设备中在衬底上沉积可辐射改性层；和在步骤36中，将提供有可辐射改性层的衬底移动到光刻投影装置以局部改性，例如图案化。具有可改性层的衬底也可从其他地方获得。
事实上，可改性层也可以是衬底的顶表面或作为顶表面提供的层。EUV的高能辐射可改变顶表面的性质，这可产生选择性沉积工艺的选择性以产生蚀刻掩模。
在一些实施例中，可改性层包含碳，并且其可包含选自C-C、C-N和C-O键的化学键。可借助于EUV辐射适当地破坏这样的键，从而局部地改变暴露区域中可改性层的性质。然后可利用这样的局部改性实现区域选择性沉积。
在一些实施例中，可辐射改性层包含一种或多种选自Sn、Sb、Hf、In和Te的元素。另外或替代地，可在其上沉积可辐射改性层的下层中提供选自Sn、Sb、Hf、In和Te的元素。因此，在一些实施例中，用于沉积可辐射改性层的工艺涉及在包含选自Sn、Sb、Hf、In和Te的元素的下层上沉积可辐射改性层。下层可包含例如SiOC和/或SiOCN，并可以是众所周知的沉积方法，例如采用PECVD或PEALD的方法。在本发明不受任何理论或特定操作模式的束缚的情况下，据信这些元素通过其对EUV光子相对高的俘获截面而改善可改性层对EUV辐射的敏感性。
在光刻投影装置中，可在步骤38中用光刻投影装置的暴露辐射改性暴露于辐射之处的可辐射改性层来图案化衬底的可辐射改性层；并在步骤40中将衬底从光刻投影装置移动到选择性沉积设备的反应腔室。在选择性沉积设备中，可在反应腔室中提供选择为与改性和未改性的层部分中之一反应而不与改性和未改性的层部分中之另一反应的第一前体以在步骤42中产生牺牲掩蔽层。
由于第一前体仅与改性和未改性的层部分中之一反应而不与改性和未改性的层部分中之另一反应，故可产生耐蚀刻性可与可辐射改性层的厚度无关的牺牲掩蔽层。在步骤34中提供的可辐射改性层可具有一个单层的厚度。可辐射改性层可具有超过一个单层的厚度。可辐射改性层可具有0.1至50nm之间、或0.5至40nm之间的厚度，更优选5至20nm的厚度。在一些实施例中，可辐射改性层可具有至少0.1nm至至多0.5nm、或至少0.5nm至至多1.0nm、或至少1.0nm至至多2.0nm、或至少2.0nm至至多5.0nm、或至少5.0nm至至多10.0nm、或至少10.0nm至至多20.0nm、或至少20.0nm至至多50.0nm的厚度。
根据本公开，可能无需在用光刻投影装置的暴露辐射图案化之后立即用特殊的显影剂溶液来去除一些可辐射改性层。在非常小的特征尺寸下，在去除可辐射改性层的一部分之后可能存在图案坍塌的风险。图案坍塌的风险可因较厚的可辐射改性层而增加。不用显影剂溶液去除可辐射改性层的一部分，可辐射改性层可得到更好的稳定化。
第一前体可选择为与改性和未改性的层部分中之一反应而不与改性和未改性的层部分中之另一反应。可通过第一前体与改性和未改性的层部分中之一反应来改变耐蚀刻性，并由此可产生牺牲掩蔽层。可通过牺牲掩蔽层蚀刻衬底，从而可去除改性和未改性的层部分中之一。蚀刻之后，如果不再需要牺牲掩蔽层，则可完全去除牺牲掩蔽层。
因此，在本公开的一些实施例中，可辐射改性层可用于在衬底中形成多个凹部。在这样的实施例中，牺牲掩蔽层可适合沉积在辐射改性层部分和未改性层部分中的任一个上。牺牲掩蔽层可例如经由等离子体增强原子层沉积(ALD)、热ALD、自由基增强ALD(REALD)、等离子体增强化学气相沉积(CVD)或热CVD沉积。
在一些实施例中，牺牲掩蔽层通过选择性ALD工艺沉积，该工艺采用对OH基团比对CHx基团(其中x为1至3的整数)更具反应性的前体。有利的是，在这样的实施例中使用的前体对CHx基团(其中x为1至3的整数)基本上不具反应性，而其对OH基团是高度反应性的。采用对OH基团可比对CH3基团更具反应性的前体的工艺的实例包括TiN或TiO2的ALD，其使用TiCl4和NH3或者H2O TDMAT(四(二甲基酰氨基)钛)和H2O和/或TTIP(四异丙醇钛)和H2O。采用对OH基团更具反应性的前体的工艺的另一个实例包括Ru通过EBECHRu(乙基-苯乙基-1,4-环己二烯钌)的ALD。在本发明不受任何特定理论或操作模式的束缚的情况下，据信这些工艺在CH3封端表面上相对于OH封端表面表现出成核延迟，这可被利用以提供在OH封端表面上相对于CH3封端表面上的选择性生长。
在一些实施例中，牺牲掩蔽层通过选择性ALD工艺沉积，该工艺采用对OH基团比对CHx基团(其中x为1至3的整数)较不具反应性的前体。有利的是，在这样的实施例中使用的前体对CHx基团(其中x为1至3的整数)是高度反应性的，而其对OH基团较不具反应性或不具反应性。这样的工艺可用于在CHx封端表面上相对于OH封端表面上选择性沉积牺牲掩蔽层。例如，前体可包含四氧化钌并可使用H2作为试剂。因此，含钌的牺牲掩蔽层可通过例如热ALD或等离子体增强ALD在CHx封端表面上相对于OH封端表面上选择性地沉积。
在已沉积牺牲掩蔽层之后，可对衬底进行蚀刻步骤。合适的蚀刻步骤是本领域熟知的。如果需要，可在蚀刻步骤之后使用熟知的技术去除牺牲掩蔽层。
任选地，牺牲掩蔽层沉积步骤和蚀刻步骤可在同一个反应腔室中进行。任选地，任何牺牲掩蔽层去除步骤也可在同一个反应腔室中进行。
本公开的衬底加工装置的非限制性实例可在图2中示意，其包括根据本公开的实施例的示例性衬底加工装置1的示意图。应指出，图2中示意的衬底加工装置1是示例性的衬底加工装置的简化示意版本而不含有在本公开的衬底加工装置的制造中可能采用的每一个元件，即如每一个阀、气体管线、加热元件和反应器部件等。
示例性的衬底加工装置1可包括晶圆盒装卸部2，其上可放置具有多个衬底15的晶圆盒3。晶圆盒装卸部2可充当晶圆厂输入/输出端口以在晶圆盒3中在衬底加工装置与晶圆厂的其余部分之间转移衬底15。衬底加工装置1可适用于图1的衬底加工方法。
衬底加工装置可具有光刻输入/输出端口5。衬底可经由光刻输入/输出端口5转移到光刻投影装置。
衬底加工装置可具有加工部4。在加工部4中可提供用于在衬底上沉积可辐射改性层的可改性层沉积设备7。
可改性层沉积设备7可包括用以在衬底上涂覆可辐射改性材料(例如，抗蚀剂)的可辐射改性涂层设备。可改性层沉积设备7可包括用以旋转衬底的可旋转衬底台17和用以向衬底的表面提供液体的液体分配器。可向衬底提供液体形式的可辐射改性材料(例如，抗蚀剂)，同时衬底可以10至100转每秒旋转20至60秒。
在加工部4中可提供衬底装卸器6以在晶圆盒装卸部2处的晶圆盒3、可改性层沉积设备7和光刻输入/输出端口5之间转移衬底。出于此目的，衬底装卸器6可具有可在水平和竖直方向上移动的衬底固持器。
在加工部4中可提供选择性沉积设备11，所述选择性沉积设备提供有反应腔室12和用以固持衬底于反应腔室12中的衬底台13。可在反应腔室中提供选择为与辐射改性和未改性的层部分中之一反应而不与辐射改性和未改性的层部分中之另一反应的第一前体以产生掩蔽层。选择性沉积设备可包括前体分配和去除系统14，该系统包括一个或多个反应腔室阀以向反应腔室12提供气态第一前体和自所述反应腔室去除气态第一前体。衬底装卸器6可构造和布置为用于向和自选择性沉积设备11移动衬底。
衬底加工装置1可提供有控制系统8，所述控制系统可操作地连接到衬底装卸器6、可辐射改性层沉积设备7和选择性沉积设备11，并提供有提供有程序的存储器M。当控制系统8上执行存储器M中的程序时，其可：
控制衬底装卸器6从晶圆盒装卸部2处的晶圆盒3拾取衬底15、将衬底移动到可改性层沉积设备7并将其安放在可旋转衬底台17上；
控制可辐射改性层沉积设备7向在可旋转衬底台17上的衬底上沉积可辐射改性层；和，
控制衬底装卸器6从可旋转衬底台17拾取衬底并经由光刻输入/输出端口5、例如经由光刻输入/输出端口5处的第一和第二衬底台16将衬底移动到光刻投影装置。在光刻投影装置中用暴露辐射局部改性可辐射改性层之后，可经由光刻输入/输出端口5将衬底转移回衬底加工装置。
可执行控制器8的存储器M中的程序以：
控制衬底装卸器6通过光刻输入/输出5拾取衬底并将衬底移动到选择性沉积设备11；和，
控制选择性沉积设备11在具有前体分配和去除系统14的反应腔室中提供选择为与辐射改性和未改性的层部分中之一反应而不与辐射改性和未改性的层部分中之另一反应的第一前体以产生牺牲掩蔽层；和，
控制衬底装卸器6从选择性沉积设备11拾取衬底并将其移动到晶圆厂输入/输出端口2。
可在加工部4中提供加热站9和冷却站10以分别烘烤和冷却衬底。加热站9和冷却站10也可由衬底装卸器6供给衬底。在将衬底转移到光刻投影装置之前可能需要加热和/或冷却。
当例如从别处获得具有可辐射改性层的衬底时，可省略可改性层沉积设备7。在这样的情况下，衬底装卸器可能不需要将衬底移动到可改性层沉积设备和经由光刻输入/输出端口从可改性层沉积设备移动衬底到光刻投影装置。
图3示意了用于图2的衬底加工装置1的非限制性示例性选择性沉积设备11。选择性沉积设备11可包括构造和布置为固持至少一个衬底15的反应腔室12，所述衬底在其上提供有可辐射改性层106。
能够用来用(第一)前体选择性沉积的反应腔室12可包括配置用于原子层沉积(ALD)工艺、或等离子体增强原子层沉积(PEALD)或自由基增强原子层沉积(REALD)的反应腔室以及配置用于化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或金属有机CVD(MOCVD)工艺的反应腔室。反应腔室12也可能够原位定向等离子体蚀刻或连接到针对等离子体蚀刻能力设计的反应腔室12b。根据一些实施例，可使用喷淋头反应腔室。根据一些实施例，可使用错流、批量、小批量、浸泡或空间ALD反应腔室。
在本公开的一些实施例中，可使用批量反应腔室。在一些实施例中，可使用立式批量反应腔室。在其他实施例中，批量反应腔室包括配置为容纳10个或更少晶片、8个或更少晶片、6个或更少晶片、4个或更少晶片或者2个或更少晶片的小批量反应器。
反应腔室12内可设置具有至少一个衬底15的衬底固持器13，所述衬底上设置有可辐射改性层106，即设置在衬底15的上表面上。在本公开的一些实施例中，衬底15可包括平面衬底或图案化衬底。
在一些实施例中，可辐射改性层的形成包括在衬底上沉积下层，例如无定形碳(sp3/sp2碳)下层。无定形碳下层可例如借助于含烃前体和等离子体如稀有气体等离子体例如氦等离子体或氩等离子体来沉积。可辐射改性层可借助于进一步的等离子体处理形成在下层的表面上。在一些实施例中，可辐射改性层包含在无定形碳下层上的表面官能团，如NH2、Cl、F和CH3官能团。在示例性的实施例中，这样的基团可通过使无定形碳下层经受等离子体处理而形成在所述下层的表面上，其中使用包含F、Cl、N和/或H的等离子体。如此形成的NH2、Cl、F和/或CH3官能团在暴露于极紫外(EUV)辐射时会由于C-NH2、C-Cl、C-F和/或C-CH3键的裂开而受损，并可随后在晶片暴露于氧时被C-OH基团所替代。氧可例如通过暴露于反应腔室中或通过将衬底暴露于大气中来提供。
(i)在一些实施例中，可辐射改性层的形成包括自组装单层(SAM)的沉积。在此情况下，可使用EUV辐射来从SAM去除一个或多个官能团，从而改性可辐射改性层。可借助于EUV辐射去除的示例性官能团包括NH2、Cl、F、I、Br和CH3。去除这些官能团中的一个或多个可大大改变SAM涂覆衬底的暴露区域的表面性质。在一些实施例中，SAM可借助于浸泡模式下的CVD沉积，即通过将衬底暴露于SAM蒸气直至在衬底上的SAM吸附达到饱和。或者，可借助于多个SAM前体脉冲沉积SAM。这可改善SAM层致密化。脉冲可持续例如0.1至1.0秒、或1.0至2.0秒、或2.0至5.0秒、或5.0至10.0秒、或10.0至20.0秒。
在一些实施例中，可辐射改性层包含聚合物膜。这样的聚合物膜可例如借助于分子层沉积来沉积。合适的膜包括聚酰亚胺、聚酰胺和聚脲膜。示例性的聚合物膜可借助于美国专利US10343186B2中公开的方法沉积，该专利全文以引用方式并入本文。
衬底15可包含一种或多种材料，包括但不限于硅(Si)、锗(Ge)、锗锡(GeSn)、硅锗(SiGe)、硅锗锡(SiGeSn)、碳化硅(SiC)或III-V族半导体材料如砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)或氮化镓(GaN)。在本公开的一些实施例中，衬底15可包括工程化衬底，其中表面半导体层设置在本体支承件上方，其间设置有中间内埋氧化物(BOX)。
图案化衬底可包括这样的衬底，其可包含形成于衬底的表面中或表面上的半导体器件结构，例如，图案化衬底可包括部分制造的半导体器件结构，如例如晶体管和/或存储器元件。在一些实施例中，衬底可含有单晶表面和/或一个或多个次表面，所述次表面可包含非单晶表面，如多晶表面和/或无定形表面。单晶表面可包含例如以下中的一种或多种：硅(Si)、硅锗(SiGe)、锗锡(GeSn)或锗(Ge)。多晶或无定形表面可包含电介质材料，如氧化物、氮氧化物或氮化物，例如氧化硅和氮化硅。
在本公开的一些实施例中，衬底15具有设置于其上的可辐射改性层106，即，设置于衬底15的上表面上。可辐射改性层106可包含在暴露于辐射后可选择性地与(第一)前体反应而选择性地在可辐射改性层106上生长掩蔽层的任何材料。
在本公开的一些实施例中，可辐射改性层106可包含聚合物抗蚀剂如光致抗蚀剂、极紫外(EUV)抗蚀剂、浸泡光致抗蚀剂、化学放大型抗蚀剂(CAR)或电子束抗蚀剂(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA))中的至少之一。可辐射改性层106还可以是金属、氧化物、自组装单层(SAM)或任何其他材料。另外或替代地，可辐射改性层106可包含C、N、H和/或O。任选地，可辐射改性层包含C-F键、C-Cl键和/或C-NH2键。这些键可借助于用EUV光子辐照而被破坏，从而导致局部改变的层性质，这可能影响干法和/或湿法蚀刻速率。另外或替代地，其可允许在暴露区域上相对于非暴露区域上的选择性沉积，例如区域选择性的牺牲掩蔽层沉积。
在一些实施例中，可辐射改性层还包含一种或多种选自Sn、Sb、Hf、In和Te的元素。另外或替代地，可在其上沉积可辐射改性层的下层中提供选自Sn、Sb、Hf、In和Te的元素。因此，在一些实施例中，用于沉积可辐射改性层的工艺涉及在包含选自Sn、Sb、Hf、In和Te的元素的下层上沉积可辐射改性层。在本发明不受任何理论或特定操作模式的束缚的情况下，据信这些元素可通过其对EUV光子相对高的俘获截面而改善可改性层对EUV辐射的敏感性。
在本公开的一些实施例中，可辐射改性层106可包含多孔材料，例如微米多孔和/或纳米多孔材料，包括多孔材料如旋涂玻璃(SOG)和旋涂碳(SOC)。在本公开的一些实施例中，可辐射改性层106可提供有一种或多种牺牲掩蔽层材料，包括但不限于碳化硼、无定形碳、氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。
在本公开的一些实施例中，可辐射改性层106可包含图案化的可辐射改性材料，如图案化的抗蚀剂或图案化的牺牲掩蔽层，其包含一个或多个特征。所述特征可在后续蚀刻过程期间转移到下面的衬底中。所述特征可包括可取决于曝光和相关的显影工艺形成的任何几何形状，并且可包括但不限于线特征、框特征、开孔特征和圆形特征。
在本公开的一些实施例中，可辐射改性层106可包含平坦的可辐射改性材料，在局部改性之后，其可在后续工艺期间图案化。例如，可辐射改性层106可包含平坦的抗蚀剂，其可在后续光刻暴露步骤或可辐射改性层106期间图案化。
衬底15可设置在反应腔室12中并由衬底固持器13固持在适当位置，所述衬底固持器被配置为将至少一个衬底保持在其上。在本公开的一些实施例中，本文公开的选择性沉积工艺可利用将衬底15和相关的可辐射改性层106加热到适合的工艺温度的工艺。因此，衬底固持器13可包括一个或多个加热元件110，所述加热元件可配置为加热其上设置了可辐射改性层106的衬底15。
加热元件110可配置为将衬底15加热到20至450℃之间、优选地50至150℃之间、更优选地60至120℃之间、最优选地70至100℃之间的温度，例如85℃。在本公开的一些实施例中，选择性沉积设备11被构造和布置为将反应腔室中的压力控制到0.001至1000托之间、优选地0.1至500托之间、最优选地1至100托之间的值。
在本公开的一些实施例中，选择性沉积设备11可包括前体分配和去除系统14。前体分布和去除系统可包括气体递送系统112，所述气体递送系统可进一步包括构造和布置为提供多种前体的蒸气并将相关的蒸气分配到反应腔室12的一个或多个前体源114A和114B。气体递送系统112还可包括源容器116，所述源容器配置为用于贮存和分配可用在本文描述的示例性选择性沉积工艺的吹扫循环中的吹扫气体。气体递送系统112还可包括反应物源容器118，所述反应物源容器配置为用于容纳和分配前体到反应腔室12以用在本文描述的示例性选择性沉积工艺中。作为非限制性实例，选择性沉积设备11可包含构造和布置为提供第一前体的蒸气的第一前体源114A。在一些实施例中，第一前体源114A可包括构造和布置为蒸发第一前体的第一前体蒸发器。
在一些实施例中，第一前体源114A可包括源容器，所述源容器配置为用于在合适的操作条件下贮存和容纳第一前体。举例来说，第一前体可包括固体前体、液体前体或气相前体，并且源容器可配置为用于在合适的操作条件下贮存和容纳固体、液体或气相前体。
在一些实施例中，第一前体源可包括第一前体蒸发器，所述第一前体蒸发器可包括一个或多个可控加热元件，所述可控加热元件可将第一前体加热到合适的操作温度，由此可控地蒸发第一前体的一部分，蒸发的蒸气随后经由合适的措施分配到反应腔室12以选择性地沉积在可辐射改性层上。在一些实施例中，与第一前体源114A相关的一个或多个加热元件可配置为控制第一前体的蒸气压。另外，流量控制器120A，例如质量流量控制器(MFC)，可进一步与第一前体源114A相关并可配置为控制由第一前体源114A例如第一前体蒸发器产生的蒸气的质量流量。除了流量控制器120A之外，阀122A，例如截止阀，也可与第一前体源114A相关并可用于使第一前体源114A与反应腔室12脱离，即，当阀122A处于关闭位置时，可阻止由第一前体源114A产生的蒸气流入反应腔室12中。
在额外实施例中，第一前体源114A可进一步包括载气输入(未示出)，使得载气(例如，氮)可经过或鼓泡通过第一前体，使得第一前体可变得夹带在载气中且载气/第一前体蒸气可随后通过适当方式递送到反应腔室12。
在本公开的一些实施例中，选择性沉积设备11(图3)可包括前体分配和去除系统14，所述前体分配和去除系统构造和布置为向反应腔室12提供来自第一前体源114A的第一前体的蒸气和从反应腔室12去除第一前体的蒸气。
在本公开的一些实施例中，选择性沉积设备11可包括前体分配和去除系统14，所述前体分配和去除系统构造和布置为向反应腔室12提供来自第一前体源114A的第一前体的蒸气，所述蒸气包含元素如金属或半导体，例如IV族半导体。在反应腔室12中，所述元素如金属或半导体可选自铝(Al)、铪(Hf)、镓(Ga)、锗(Ge)、硅(Si)、锆(Zr)、铟(In)、锂(Li)、碲(Te)、锑(Sb)、钛(Ti)、钽(Ta)和锡(Sn)。
在本公开的一些实施例中，选择性沉积设备11可包括前体分配和去除系统14，所述前体分配和去除系统构造和布置为在反应腔室12中提供包含烷基酰胺前体例如金属烷基酰胺前体或IV族半导体烷基酰胺前体的前体。
在本公开的一些实施例中，选择性沉积设备11可包括前体分配和去除系统14，所述前体分配和去除系统构造和布置为提供选自三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)和氢化二甲基铝(DMAH)的前体。选择性沉积设备可由此选择性地在改性和未改性的层部分中之一如抗蚀剂中或上提供金属如铝。
在本公开的一些实施例中，选择性沉积设备11可包括前体分配和去除系统14，所述前体分配和去除系统构造和布置为向反应腔室12提供来自第一前体源114的第一前体的蒸气，在反应腔室12中，所述蒸气包含金属卤化物或IV族半导体的卤化物。
在本公开的一些实施例中，选择性沉积设备11的前体分配和去除系统14构造和布置为在反应腔室中提供包含SnI4或SnCl4的前体。在本公开的一些实施例中，示例性的选择性沉积设备11可包括前体分配和去除系统，所述前体分配和去除系统构造和布置为在反应腔室中提供选自四乙基锡、四甲基锡或乙酰丙酮酸锡的前体。选择性沉积设备11可由此选择性地在改性和未改性的层部分中之一如抗蚀剂中或上提供金属如锡。
在本公开的一些实施例中，示例性的选择性沉积设备11可包括前体分配和去除系统14，所述前体分配和去除系统构造和布置为向反应腔室12提供来自第一前体源114的第一前体的蒸气，在反应腔室中，所述蒸气包含金属或IV族半导体，例如镁和/或钙。
在一些实施例中，选择性沉积设备11可构造和布置为选择性地在改性和未改性的层部分中之一如抗蚀剂中或上沉积硅。
在一些实施例中，第一前体源114A可构造和布置为提供氨基硅烷的蒸气。
更详细地，前体分配系统可包括气体递送系统112和一个或多个气体管线，例如与第一前体源114A流体连通的气体管线124、与第二前体源114B流体连通的气体管线126、与源容器116流体连通的气体管线128，和与反应物源容器118流体连通的气体管线130。作为非限制性实例，气体管线124流体地连接到第一前体源114A，并且可以配置为用于将第一前体的蒸气传送到反应腔室12。
前体分配系统可还包括气体分配器132，所述气体分配器配置为用于向反应腔室12中和其上设置了可辐射改性层106的衬底15上分配第一前体的蒸气，气体分配器132除与气体管线126、128和130流体连通以外还与气体管线124流体连通。
作为非限制性实例实施例，气体分配器132可包括喷淋头，如图3中以框形式所示意。应注意，尽管喷淋头以框形式示出，但喷淋头可以是相对复杂的结构。在替代的实施例中，喷淋头可配置为维持引入到喷淋头中的多个蒸气之间的分离，所述多个蒸气仅在设置于反应腔室12内的衬底15附近彼此接触。此外，喷淋头可配置为向反应腔室12中提供竖直或水平气流。示例性的气体分配器见述于美国专利号8,152,922中，其内容在这样的内容与本公开不矛盾的程度上通过引用并入本文。
如图3中所示意，前体分配系统可包括气体递送系统112、至少气体管线124、126、128和130以及气体分配器132，然而应指出，前体分配系统可包括图3中未示意的另外的部件，例如另外的气体管线、阀、致动器、密封件和加热元件。
除了前体分配系统外，选择性沉积设备11的前体分配和去除系统14还可包括构造和布置为从反应腔室12去除气体的去除系统。在一些实施例中，去除系统可包括设置在反应腔室12的壁内的排气口134、与排气口134流体连通的排气管线136，以及与排气管线136流体连通并配置为用于从反应腔室12内抽空气体的真空泵138。在已经利用真空泵138从反应腔室12排出气体后，所述气体可沿着额外排气管线140传送并离开额外站11，在所述额外站中，所述气体可经历进一步消除过程。
为了进一步帮助从反应腔室12内去除前体气体(即，反应性蒸气)，去除系统可进一步包括通过气体管线128流体连接到气体分配器132的源容器116。举例来说，源容器116可配置为用于容纳和贮存吹扫气体，例如氩气(Ar)、氮气(N2)或氦气(He)。与源容器116相关的流量控制器120C和阀122C可控制流量，特别是通过气体管线128传送到气体分配器132并进入反应腔室12中的吹扫气体的质量流量，其中吹扫气体可帮助从反应腔室12内去除气相前体气体、惰性气体和副产物，特别是从可改性层106的暴露表面吹扫前体气体和未反应的副产物。吹扫气体(和任何相关前体和副产物)可以利用真空泵138通过排气口134离开反应腔室12。
在本公开的一些实施例中，选择性沉积设备11可还包括顺序控制器142，所述顺序控制器可操作地连接到前体分配系统和去除系统并包括存储器144，所述存储器提供有程序以当在顺序控制器上运行时执行在辐射改性和未改性层中之一上或中的选择性沉积。
顺序控制器
更详细地，示例性的选择性沉积设备11可包括顺序控制器142，所述顺序控制器还可包括控制线144A、144B和144C，其中控制线可使选择性沉积设备11的各种系统和/或部件与顺序控制器142联系。举例来说，控制线144A可使顺序控制器142与气体递送系统112联系，并由此提供对包括气体管线124、126、128和130以及气体分配器132的前体分配系统的控制。控制线144B可使顺序控制器142与反应腔室12联系，由此提供对反应腔室的操作的控制，包括但不限于工艺压力和衬底台13温度。控制线144C可使顺序控制器142与真空泵138联系，使得顺序控制器142可提供对气体去除系统的操作和控制。顺序控制器142可以可操作地连接到控制系统8(在图2中)。
应指出，如图3中所示意，顺序控制器142包括三条控制线144A、144B和144C；然而，应理解，可采用大量的控制线(即，电学和/或光学连接的控制线)来联系包括选择性沉积设备11的所需系统和部件与顺序控制器142，从而提供对设备的总体控制。
在本公开的一些实施例中，顺序控制器142可包括选择性地操作阀、加热器、流量控制器、歧管、泵和包括在示例性的选择性沉积设备11中的其他设备的电子电路。这样的电路和部件用以从相应的前体源114A、114B、反应物源容器118和吹扫气体源容器116引入前体气体和吹扫气体。顺序控制器142还可控制前体脉冲顺序的时序、衬底和反应腔室12的温度，和反应腔室的压力，以及提供选择性沉积设备11的适当操作所必需的各种其他操作。在一些实施例中，顺序控制器142还可包括控制软件和电控制或气动控制的阀，以控制前体和吹扫气体进出反应腔室12的流动。在本公开的一些实施例中，顺序控制器142可包括存储器144，所述存储器提供有程序以当在顺序控制器上运行时执行在可辐射改性层上或中的选择性沉积。举例来说，顺序控制器142可包括执行某些选择性沉积工艺的模块，如软件或硬件部件，例如FPGA或ASIC。模块可配置为位于顺序控制器142的可寻址存储介质上并可配置为执行一个或多个选择性沉积工艺。
在本公开的一些实施例中，顺序控制器142的存储器144可提供有程序，所述程序通过以下操作用以执行在反应腔室中提供选择为与改性和未改性的层部分中之一反应而不与改性和未改性的层部分中之另一反应的前体以产生牺牲掩蔽层：启用前体分配系统和去除系统以向反应腔室12内衬底15上的可辐射改性层106提供前体的蒸气，由此，前体选择性地与衬底15上可辐射改性层106的改性和未改性的层部分中之一反应。
在本公开的一些实施例中，示例性的选择性沉积设备11可包括第二前体源114B，例如第二前体蒸发器。更详细地，第二前体源114B可构造和布置为提供第二前体的蒸气。举例来说，第二前体源114B可包括可构造和布置为蒸发第二前体的第二前体蒸发器。在一些实施例中，第二前体源114B可与第一前体源114A相同或大体上相同，且因此为简洁起见省略关于第二前体源114B的细节。
在一些实施例中，前体分配系统和去除系统14可构造和布置为向反应腔室12提供来自第二前体源114B的第二前体的蒸气。举例来说，气体管线126可经由流量控制器120B和阀122B流体连接到第二前体源114B，并且可将第二前体的蒸气从第二前体源114B传送到气体分配器132并随后传送到反应腔室12中。在一些实施例中，存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在可辐射改性层106上或中的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统以向反应腔室12提供第二前体的蒸气，由此，第二前体可在反应腔室中与改性和未改性的层部分106中之一反应而不与改性和未改性的层部分中之另一反应以在衬底15上产生牺牲掩蔽层。
在本公开的一些实施例中，存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在可辐射改性层106上的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统以在第一前体之后提供第二前体，即，第一前体源114A可向反应腔室12中提供第一前体的蒸气并选择性地在可辐射改性层106上或中沉积第一前体，随后第二前体源114B可向反应腔室12提供第二前体的蒸气并选择性地在可辐射改性层106上或中沉积第二前体。当在顺序控制器142上运行时，存储在存储器144中的程序的选择性沉积循环可具有比提供第二前体的蒸气的第三时段长的提供第一前体的蒸气的第一时段以执行在可辐射改性层106上或中的选择性沉积。
在一些实施例中，顺序控制器142可在存储器144上运行程序以启用前体分配系统和去除系统来在第二前体之后提供第一前体，即，第二前体源114B可向反应腔室12提供第二前体的蒸气以选择性地沉积在可辐射改性层106上，随后第一前体源114A可向反应腔室12提供第一前体的蒸气以选择性地在可改性层106上沉积第一前体蒸气。
在本公开的一些实施例中，存储在存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在可辐射改性层106上的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统以向反应腔室12提供第一前体，然后进行吹扫循环以从反应腔室去除过量的第一前体和任何副产物，随后向反应腔室提供第二前体，然后进行第二吹扫循环以从反应腔室去除过量的第二前体和任何副产物。
更详细地，顺序控制器142的存储器144内的程序可首先启用第一前体源114A并向反应腔室12提供第一前体的蒸气以选择性地沉积在可辐射改性层106上或中，随后可停用第一前体源114A并可断开第一前体源114A与反应腔室12之间去往反应腔室12的流体连接，例如通过与第一前体源114A相关的阀122A。在第一前体源114A被停用并与反应腔室12断开后，安装在顺序控制器142的存储器144中的程序可接合或继续接合真空泵138以从反应腔室12排出第一前体的过量蒸气和任何副产物。在另外的实施例中，除了利用真空泵138从反应腔室12排出第一前体的过量蒸气和任何副产物外，安装在顺序控制器142的存储器144中的程序还可例如通过打开与源容器116相关的阀122C来启用容纳吹扫气体源的源容器116。吹扫气体可流过气体管线128并经由气体分配器132进入反应腔室12中并吹扫反应腔室12，特别地，可吹扫设置在衬底15上的可改性层106。安装在顺序控制器142的存储器144中的程序可随后使吹扫气体停止流过反应腔室12，并随后启用动第二前体源114B，由此向反应腔室12提供第二前体的蒸气，特别是选择性地在可辐射改性层106上沉积由第二蒸气源114B提供的第二前体蒸气。安装在顺序控制器142的存储器144中的程序可随后使第二前体的蒸气停止流向反应腔室12，并随后启用源容器116以再次吹扫反应腔室，例如去除第二前体的过量蒸气。
在本公开的一些实施例中，存储在存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在可辐射改性层106上或中的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统以向反应腔室提供第二前体的蒸气，然后进行吹扫循环以从反应腔室去除第二前体的过量蒸气和任何副产物，随后向反应腔室提供第一前体的蒸气，然后进行第二吹扫循环以从反应腔室去除第一前体的过量蒸气和任何副产物。
在本公开的另外的实施例中，除了第一前体源114A和第二前体源114B之外，示例性的额外站11可进一步包括反应物源容器118和反应物供应管线，即，气体管线130，其构造和布置为向反应腔室12提供包含氧前体的反应物。
在本公开的一些实施例中，反应物源容器118可包括固相、液相或气相中的反应物。在一些实施例中，反应物源容器118可包括反应物蒸发器，即，一个或多个加热元件可与反应物源容器相关以实现反应物的蒸发，并由此将包括氧前体的汽化反应物提供到反应腔室12。
在一些实施例中，通过使用与反应物源容器118相关的阀122D和流量控制器120D两者，可实现控制包括氧前体的蒸气反应物到反应腔室的流动。在其中反应物源容器118进一步包括反应物蒸发器的本公开的一些实施例中，反应物蒸发器可构造和布置为蒸发水(H2O)或过氧化氢(H2O2)中的至少一种作为包括氧前体的反应物。
在本公开的一些实施例中，反应物源容器118可以存储气态氧前体并通过反应物供应管线130和气体分配器132将气态氧前体分配到反应腔室12。在一些实施例中，气态氧前体可包括臭氧(O3)或分子氧(O2)中的至少一种。
在本公开的一些实施例中，示例性的选择性沉积设备11可任选地进一步包括等离子体发生器146。等离子体发生器146可构造和布置为从气态氧前体生成等离子体，由此向反应腔室12提供原子氧、氧离子、氧自由基和受激氧物种中的一种或多种，由此等离子体发生器146所产生的基于氧的等离子体可与设置在衬底15上方的层106反应。
在一些实施例中，可在程序顺序中的每个步骤之后进行吹扫循环以通过利用真空泵138排尽反应腔室12并任选地使来自源容器116的吹扫气体流动而从反应腔室去除过量的前体和副产物。在一些实施例中，提供氧前体然后提供第一前体的蒸气的程序顺序可重复一次或多次。在一些实施例中，可在程序顺序中的每个步骤之后进行吹扫循环以通过利用真空泵138排尽反应腔室12并任选地使来自源容器116的吹扫气体流动而从反应腔室去除过量的前体和副产物。
在本公开的一些实施例中，存储器144中的程序编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在层106上或中的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统以提供第一前体，随后提供反应物，随后提供第二前体，并随后提供反应物。
在本公开的一些实施例中，存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过多次以下操作执行在层106上或中的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统14以提供第一前体，随后提供反应物，随后提供第二前体，并随后提供反应物。
在本公开的一些实施例中，存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在层106上或中的选择性沉积：在提供第一前体、随后提供反应物、随后提供第二前体和随后提供反应物中的每一个步骤之间启用前体分配系统和去除系统以从反应腔室去除前体和/或反应物。
在本公开的一些实施例中，存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在层106上或中的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统以提供第一前体，随后提供第二前体，并随后提供反应物。在一些实施例中，提供第一前体、随后提供第二前体并随后提供反应物的程序顺序可重复一次或多次。在一些实施例中，可在程序顺序中的每个步骤之后进行吹扫循环以通过利用真空泵138排尽反应腔室12并任选地使来自源容器116的吹扫气体流动而从反应腔室去除过量的前体和副产物。
在本公开的一些实施例中，存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在层106上或中的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统以提供第二前体，随后提供第一前体，并随后提供反应物。在一些实施例中，提供第二前体、随后提供第一前体并随后提供反应物的程序顺序可重复一次或多次。在一些实施例中，可在程序顺序中的每个步骤之后进行吹扫循环以通过利用真空泵138排尽反应腔室12并任选地使来自源容器116的吹扫气体流动而从反应腔室去除过量的前体和副产物。
在本公开的一些实施例中，存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在层106上或中的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统以提供第一前体，随后提供反应物，并随后提供第二前体。在一些实施例中，提供第一前体、随后提供反应物并随后提供第二前体的程序顺序可重复一次或多次。在一些实施例中，可在程序顺序中的每个步骤之后进行吹扫循环以通过利用真空泵138排尽反应腔室12并任选地使来自源容器116的吹扫气体流动而从反应腔室去除过量的前体和副产物。
在本公开的一些实施例中，存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在层106上或中的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统以提供反应物，随后提供第一前体，随后提供第二前体，并随后提供反应物。在一些实施例中，提供反应物、随后提供第一前体、随后提供第二前体并随后提供反应物的程序顺序可重复一次或多次。在一些实施例中，可在程序顺序中的每个步骤之后进行吹扫循环以通过利用真空泵138排尽反应腔室12并任选地使来自源容器116的吹扫气体流动而从反应腔室去除过量的前体和副产物。
在本公开的一些实施例中，存储器144中的程序可编程为当在顺序控制器142上运行时通过以下操作执行在层106上或中的选择性沉积：启用前体分配系统和去除系统以提供反应物，随后提供第一前体，随后提供反应物，并随后提供第二前体。在一些实施例中，提供反应物、随后提供第一前体、随后提供反应物并随后提供第二前体的程序顺序可重复一次或多次。在一些实施例中，可在程序顺序中的每个步骤之后进行吹扫循环以通过利用真空泵138排尽反应腔室12并任选地使来自源容器116的吹扫气体流动而从反应腔室去除过量的前体和副产物。
图4示意了根据本公开的一个实施例的无抗蚀剂图案化方法。小图1)示出了沉积在衬底(430)上的可辐射改性层(410)。如图所示，可在衬底(430)与可辐射改性层(410)之间提供任选的下层(420)。在一些实施例中，可辐射改性层(410)可由下层(420)的表面构成。应理解，在其他实施例中，可辐射改性层(410)可直接沉积在衬底上，从而避免对下层(420)的需要。小图2)示出了可辐射改性层(410)可怎样暴露于极紫外(EUV)辐射，从而产生多个辐射改性的层部分(411)和多个未改性的层部分(412)。然后可或如小图3b)中所示在辐射改性的层部分(411)上或如小图3a)中所示在未改性的层部分(412)上选择性地沉积牺牲掩蔽层。随后的蚀刻步骤导致凹部(450)的形成，如小图4a和4b中所示。特别地，小图4b示出了当已在辐射改性的层部分(411)上沉积了牺牲掩蔽层(440)时如何在未改性的层部分(412)下面蚀刻凹部(450)。小图4a示出了当在未改性的层部分(412)上沉积了牺牲掩蔽层(440)时如何在辐射改性的层部分(411)下面蚀刻凹部(450)。任选地，牺牲掩蔽层沉积步骤和蚀刻步骤可在同一个反应腔室中进行。任选地，任何牺牲掩蔽层去除步骤也可在同一个反应腔室中进行。
图5示意了根据本公开的一个实施例的无抗蚀剂图案化方法。小图1)示出了沉积在衬底(430)上的可辐射改性层(410)。可辐射改性层(410)可包含有机化合物，所述有机化合物包含C、N、H和/或O，并可借助于光子如极紫外(EUV)光子局部改性。这可导致蚀刻速率朝向湿法或干法蚀刻过程局部改变。
如图所示，可在衬底(430)与可辐射改性层(410)之间提供任选的下层(420)。在一些实施例中，可辐射改性层(410)可由下层(420)的表面构成。应理解，在其他实施例中，可辐射改性层(410)可直接沉积在衬底上，从而避免对下层(420)的需要。小图2)示出了可辐射改性层(410)可怎样暴露于极紫外(EUV)辐射，从而产生多个辐射改性的层部分(411)和多个未改性的层部分(412)。小图3)示出了在层去除步骤中未改性的层部分(412)如何被去除而辐射改性的层部分(411)保持在原地。在替代的实施例(未示出)中，未改性的辐射改性层部分不受层去除步骤的影响并因此保持在原地，而辐射改性的层部分(411)在层去除步骤期间被去除。
在小图3)的蚀刻步骤之后，可选择性地沉积牺牲掩蔽层。牺牲掩蔽层可例如如小图4a)中所示沉积在辐射改性的层部分(411)上，或如小图4b)中所示沉积在暴露的下层上。在不存在下层的情况下，牺牲掩蔽层可直接沉积在衬底(430)上(未示出实施例)。当在层去除步骤期间去除辐射改性的层部分而未改性的层部分保持在原地时，牺牲掩蔽层可沉积在未改性的层部分上(未示出实施例)。
然后可在牺牲掩蔽层沉积之后进行蚀刻步骤，该蚀刻步骤导致在其中尚未沉积牺牲掩蔽层的区域中形成凹部(450)，如例如小图5a和5b中所示。特别地，小图5a示出了当已在辐射改性的层部分(411)上沉积了牺牲掩蔽层(440)时如何在未改性的层部分(411)的位置处蚀刻凹部(450)。小图5b示出了当已在未改性的层部分(412)上沉积了牺牲掩蔽层(440)时如何在辐射改性的层部分(412)的位置处蚀刻凹部(450)。当然，相同的原理适用于其他实施例中：在蚀刻步骤期间蚀刻尚未沉积牺牲掩蔽层的区域，和在蚀刻步骤期间不蚀刻或基本上不蚀刻已经沉积了牺牲掩蔽层的区域。如果需要，可在蚀刻步骤之后去除牺牲掩蔽层。任选地，牺牲掩蔽层沉积步骤和蚀刻步骤可在同一个反应腔室中进行。任选地，任何牺牲掩蔽层去除步骤也可在同一个反应腔室中进行。
合适的可辐射改性层(410)包括无定形碳层，例如借助于等离子体增强的原子层沉积(PEALD)或借助于等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)沉积的无定形碳层。无定形碳层可包含sp2和sp3碳。换句话说，无定形碳层可包含C-C、C＝C和C-H键。另外，无定形碳可含有C-N和/或C-O键。当无定形碳层中的区域暴露于EUV光时，C＝C、C-H、C-N和/或C-O键可能被破坏。在本发明不受任何特定理论或操作模式的束缚的情况下，据信所造成的损伤可能使得暴露的无定形碳层部分可在低温例如低于100℃的温度下、或低于90℃的温度下、或低于80℃的温度下、或低于70℃的温度下、或低于60℃的温度下、或低于50℃的温度下、或低于40℃的温度下被H自由基选择性地蚀刻。H自由基可例如在远程等离子体工具中产生。据信，未暴露的无定形碳层部分在这些低温下不被H自由基蚀刻，因为未暴露的无定形碳层部分未因EUV暴露而损伤，并且因为无定形碳中的C-C键基本上不被H自由基蚀刻。另外，并且不受任何特定理论或操作模式的束缚，据信H自由基可氢化无定形碳层的表面，从而导致所述表面上CH3端基的形成。因此，据信可因此形成具有CH3-封端无定形碳的区域，其可在牺牲掩蔽层的沉积过程中用作阻挡层或活性层。
可选择性地沉积在CH3-封端无定形碳上的牺牲掩蔽层的一个实例为RuO2，例如借助于包含RuO4的前体在有机溶剂中开始。在有机溶剂中包含RuO4的组合物可商购获得。
可选择性地沉积在下层或衬底上而不是CH3-封端无定形碳上的掩蔽层的实例包括TiO(即，氧化钛)x、TiOxCy(即，碳氧化钛)或TiN借助于卤化钛前体如TiCl4的原子层沉积；氧化铪借助于卤化铪前体如HfCl4的原子层沉积；和钌借助于EBECHRu的原子层沉积。这些材料可相对于CH3-封端无定形碳选择性地沉积在其上的下层和衬底包括基于金属的下层和基于硅的下层及衬底如单晶硅、旋涂硅和低k电介质。当掩蔽层选自氧化钛、氮化钛和钌时，则相对于CH3-封端无定形碳用于选择性沉积的适当下层可包含SiO2、SiN和/或SiON。当掩蔽层选自氧化钛或氮化钛时，则相对于CH3-封端无定形碳用于选择性沉积的适当下层可包含钌。当使用钌作为掩蔽层时，则相对于CH3-封端无定形碳用于选择性沉积的合适下层可包含氧化钛或氮化钛。在一些实施例中，前述下层可另外包含锡，这可降低实现正确的暴露所需的EUV剂量。
当用于沉积、蚀刻和/或其他目的时，本发明的方法和设备将提供众多优点。例如，可避免与抗蚀剂坍塌相关的问题。相反，当抗蚀剂与下层之间的粘附不够强时，采用厚抗蚀剂线(例如，30nm厚)的现有技术可能在湿法显影期间发生抗蚀剂线坍塌。另外，本文公开的方法将避免在使用包含光酸发生剂(PAG)的抗蚀剂时可能出现的问题如PAG偏析和PAG淬火。另外，当用于蚀刻目的时，本发明的方法将允许具有优异的蚀刻预算的牺牲掩蔽层的选择性沉积，即使在仅需要非常薄的下层和提供非常高的分辨率时，例如13nm的分辨率，或甚至在使用高数值孔径时大约8nm的分辨率。
上文所描述的本公开的实例实施例不限制本发明的范围，因为这些实施例仅仅是本发明实施例的实例，本发明由所附权利要求书和其合法等效物限定。任何等同的实施例均意在包括在本发明的范围内。实际上，除本文示出和描述的那些外，本公开的各种修改，如所述要素的替代的可用组合，本领域技术人员可从说明书显而易见。这样的修改和实施例也意在落在附随的权利要求书的范围内。

Claims (22)

1.一种用以在衬底上产生牺牲掩蔽层的衬底加工装置，所述装置包括：
光刻输入/输出端口，所述光刻输入/输出端口用以在所述衬底加工装置与光刻投影装置之间转移衬底；
选择性沉积设备，所述选择性沉积设备用以在反应腔室中提供选择为与辐射改性和未改性的层部分中之一反应而不与辐射改性和未改性的层部分中之另一反应的第一前体以产生所述掩蔽层；
衬底装卸器，所述衬底装卸器用以在所述光刻输入/输出端口和所述选择性沉积设备之间转移衬底；和，
控制系统，所述控制系统可操作地连接到所述衬底装卸器和所述选择性沉积设备并提供有存储器，所述存储器提供有当在所述控制系统上执行时进行以下的程序：
控制所述衬底装卸器以经由所述光刻输入/输出端口拾取所述衬底并将其移动到所述选择性沉积设备；和
控制所述选择性沉积设备以在所述反应腔室中提供选择为与所述辐射改性和未改性的层部分中之一反应而不与所述辐射改性和未改性的层部分中之另一反应的所述第一前体以产生所述牺牲掩蔽层。
2.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中所述存储器提供有程序，当在所述控制系统上执行时所述程序启用所述前体分配和去除系统以在向所述反应腔室提供所述第一前体之后从所述反应腔室去除所述第一前体的一部分。
3.根据权利要求2所述的衬底加工装置，其中所述前体分配和去除系统包括一个或多个反应腔室阀以向所述反应腔室提供气态第二前体和自所述反应腔室去除气态第二前体，并且存储在所述存储器中的选择性沉积工艺还包括启用所述前体分配和去除系统，以在所述反应腔室中提供所述第二前体以在所述反应腔室中与所述改性和未改性的层部分中之一反应而不与所述改性和未改性的层部分中之另一反应以产生所述牺牲掩蔽层。
4.根据权利要求3所述的衬底加工装置，其中存储在所述存储器中的所述选择性沉积方法还包括启用所述前体分配和去除系统以从所述反应腔室去除所述第二前体的一部分。
5.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中所述选择性沉积设备构造和布置为选择性地在所述辐射改性和未改性的层部分中之一上沉积金属。
6.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中所述选择性沉积设备的所述前体分配和去除系统构造和布置为在所述反应腔室中提供金属卤化物。
7.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中所述衬底加工装置提供有可改性层沉积设备以在衬底上沉积可辐射改性层。
8.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中所述选择性沉积设备的所述前体分配和去除系统构造和布置为在所述反应腔室中提供包含金属的前体，所述金属选自铝(Al)、铪(Hf)、镓(Ga)、锗(Ge)、锆(Zr)、铟(In)、锂(Li)、碲(Te)、锑(Sb)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)和锡(Sn)。
9.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中所述选择性沉积设备的所述前体分配和去除系统构造和布置为在所述反应腔室中提供包含氧化剂的前体。
10.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中所述选择性沉积设备的所述前体分配和去除系统构造和布置为在所述反应腔室中提供包含硅的前体。
11.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中所述选择性沉积设备构造和布置为将所述反应腔室的温度控制到20至450℃之间的值。
12.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中所述选择性沉积设备构造和布置为将所述反应腔室中的压力控制到0.001至1000、优选地0.1至500、最优选1至100托之间的值。
13.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中可辐射改性层沉积设备包括用以旋转所述衬底的可旋转衬底台和用以向所述衬底的表面提供液体的液体分配器。
14.根据权利要求1所述的衬底加工装置，其中所述装置包括：
晶圆厂输入/输出端口，所述晶圆厂输入/输出端口用以在所述衬底加工装置和半导体晶圆厂之间转移衬底；
可辐射改性层沉积设备，所述可辐射改性层沉积设备用以在所述衬底上沉积可辐射改性层；和
控制系统，所述控制系统可操作地连接到所述衬底装卸器、所述可辐射改性层沉积设备和所述选择性沉积设备并提供有存储器，所述存储器提供有当在所述控制系统上执行时进行以下的程序：
控制所述衬底装卸器以从所述晶圆厂输入/输出端口拾取衬底并将其移动到所述可改性层沉积设备；
控制所述可辐射改性层沉积设备以在所述衬底上沉积可辐射改性层；和，
控制所述衬底装卸器以从所述可改性层沉积设备拾取所述衬底并经由所述光刻输入/输出端口将其移动到光刻投影装置；并在用所述光刻投影装置的暴露辐射局部改性所述衬底上的所述可辐射改性层之后：
控制所述衬底装卸器以经由所述光刻输入/输出端口拾取所述衬底并将其移动到所述选择性沉积设备；
控制所述选择性沉积设备以在所述反应腔室中提供选择为与所述辐射改性和未改性的层部分中之一反应而不与所述辐射改性和未改性的层部分中之另一反应的所述第一前体，以产生所述牺牲掩蔽层；和，
控制所述衬底装卸器以从所述选择性沉积设备拾取所述衬底并将其移动到所述晶圆厂输入/输出端口。
15.一种用以产生牺牲掩蔽层的衬底加工方法，所述方法包括：
向光刻投影装置提供具有可辐射改性层的衬底以局部改性所述可辐射改性层；
用所述光刻投影装置的暴露辐射局部改性所述衬底的所述可辐射改性层，以改性暴露于辐射之处的所述可辐射改性层；
将所述衬底从所述光刻投影装置移动到选择性沉积设备的反应腔室；和，
在所述反应腔室中提供选择为与所述改性和未改性的层部分中之一反应而不与所述改性和未改性的层部分中之另一反应的第一前体，以产生所述牺牲掩蔽层。
16.根据权利要求15所述的衬底加工方法，其中所述可辐射改性层具有至少一个单层的厚度。
17.根据权利要求15所述的衬底加工方法，其中所述可辐射改性层具有超过一个单层的厚度。
18.根据权利要求15所述的衬底加工方法，其中所述可辐射改性层具有0.1至20nm、更优选地1至20nm之间的厚度。
19.根据权利要求15所述的衬底加工方法，其中在提供选择为与所述改性和未改性的层部分中之一反应的所述第一前体之后，所述前体分配和去除系统从所述反应腔室去除所述第一前体的未反应部分和/或反应副产物。
20.根据权利要求19所述的衬底加工方法，其中在从所述反应腔室去除所述第一前体的一部分之后，所述前体分配和去除系统向所述反应腔室提供第二前体。
21.根据权利要求20所述的衬底加工方法，其中在提供所述第二前体之后所述前体分配和去除系统从所述反应腔室去除所述第二前体的未反应部分和/或反应副产物。
22.一种用以产生图案化衬底的衬底加工方法，所述方法包括：
根据权利要求15所述产生牺牲掩蔽层；
通过所述牺牲掩蔽层蚀刻所述衬底；以及，
去除所述牺牲掩蔽层。
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