CN115362414A - 用于增强euv光刻性能的暴露前光致抗蚀剂固化 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于在光刻图案化操作之前将有机金属氧化物膜暴露于全面性UV处理的方法和装置。全面性UV处理可以用来推移膜的溶解度曲线，从而可以使用较低的EUV剂量来对膜进行图案化。此外，全面性UV处理可以在显影之后使用，以进一步固化膜。

Description

用于增强EUV光刻性能的暴露前光致抗蚀剂固化
通过引用并入
PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本技术的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本技术的现有技术。
半导体设备(例如集成电路)的制造是一种涉及光刻的多步骤处理。通常，该处理包含在晶片上沉积材料，以及通过光刻技术图案化材料以形成半导体设备的结构特征(例如晶体管和电路)。本领域已知的典型光刻处理的步骤包含：准备衬底；例如通过旋涂来施加光致抗蚀剂；将光致抗蚀剂以所需图案暴露于光，使光致抗蚀剂的暴露区域或多或少可溶于显影液；施加显影液进行显影，以移除光致抗蚀剂的暴露或未暴露区域；以及进行随后的处理，例如通过蚀刻或材料沉积，以在已移除光致抗蚀剂的衬底区域上产生特征。
半导体设计的发展产生了在半导体衬底材料上创造更小特征的需求，并受到这种能力的推动。这种技术的进步在“摩尔定律”被描述为在密集集成电路中的晶体管密度每两年会加倍一次。事实上，芯片设计和制造已经进步到使得现代微处理器可以在单一芯片上包含数十亿个晶体管和其他电路特征。此类芯片上的单个的特征可以是约22纳米(nm)或更小的数量级，在某些情况下小于10nm。
制造具有如此小特征的设备的一个挑战是能够可靠且可重复地产生具有足够分辨率的光刻掩模。当前的光刻处理通常使用193nm紫外(UV)光来暴露光致抗蚀剂。光的波长明显大于要在半导体衬底上产生的特征的所需尺寸的这个事实产生了固有问题。实现小于光波长的特征尺寸需要使用例如多重图案化之类的复杂分辨率增强技术。因此，在开发使用例如极紫外辐射(EUV)的较短波长光(具有10nm至15nm的波长，例如具有13.5nm的波长)的光刻技术方面存在显著的兴趣和研究努力。
然而，EUV光刻处理可能会带来挑战，包含低功率输出和光子吸收随机性。类似于193nm UV光刻中使用的那些传统有机化学增幅光致抗蚀剂(CAR)在用于EUV光刻时具有潜在的缺点，尤其是因为它们在EUV区域具有低吸收系数，且光活化的化学物质的扩散会导致模糊或线边缘粗糙度。此外，为了提供对下层设备层进行图案化所需的抗蚀刻性，在传统CAR材料中图案化的小特征可能会导致高深宽比，进而出现图案坍塌的风险。因此，仍然需要有改善的EUV光致抗蚀剂材料，其具有例如减小的厚度、更大的吸旋光性和更大的抗蚀刻性等特性。
发明内容
本文公开了处理光致抗蚀剂的方法和系统，所述方法包含：在处理室中的衬底上接收含金属光致抗蚀剂；以及通过将所述含金属光致抗蚀剂暴露于全面性UV来进行处理，以修正所述含金属光致抗蚀剂的材料特性，以使所述含金属光致抗蚀剂的辐射敏感度增加。在多种实施方案中，所述全面性UV的波长为小于300nm，为约248nm，为约193nm，或者为DUV。在一些实施方案中，所述全面性UV的强度为介于1到100mJ/cm2之间。在一些实施方案中，对所述含金属光致抗蚀剂的所述处理增加了所述含金属光致抗蚀剂对EUV辐射的敏感度。在多种实施方案中，对所述含金属光致抗蚀剂的所述处理增加了所述含金属光致抗蚀剂对所述衬底的粘附性。在一些实施方案中，对所述含金属光致抗蚀剂的所述处理在将所述含金属光致抗蚀剂暴露于EUV光刻之前进行。在多种实施方案中，所述含金属光致抗蚀剂的溶解度在不超过约2mJ/cm2的剂量范围内突然改变。在一些实施方案中，对所述含金属光致抗蚀剂的所述处理还包含在控制温度、压力、环境气体化学物质、气流/比率和湿度的情况下进行的热处理。
在多种实施方案中，所述方法还包含：将所述含金属光致抗蚀剂暴露于图案化EUV光，以及使所述含金属光致抗蚀剂显影，以移除部分的所述含金属光致抗蚀剂。在一些实施方案中，所述EUV光的强度介于约20至100mJ/cm2之间。在一些实施方案中，使所述含金属光致抗蚀剂显影是干式处理。在一些实施方案中，使所述含金属光致抗蚀剂显影是湿式处理。在多种实施方案中，使所述含金属光致抗蚀剂显影是正型处理。在一些实施方案中，使所述含金属光致抗蚀剂显影是负型处理。在一些实施方案中，所述方法还包含在使所述含金属光致抗蚀剂显影之后，清洗所述含金属光致抗蚀剂以移除残渣。在多种实施方案中，所述方法还包含在使所述含金属光致抗蚀剂显影之后，将所述含金属光致抗蚀剂暴露于额外的全面性UV，以改善所述含金属光致抗蚀剂的蚀刻选择性。在多种实施方案中，将所述含金属光致抗蚀剂暴露于额外的全面性UV是在氧存在的情况下执行的。在一些实施方案中，所述氧的分压为至少10Torr。
下面将参考相关附图详细描述所公开的实施方案的这些和其他特征。
附图说明
图1显示了负型光致抗蚀剂的溶解度曲线。
图2显示了一示例性实施方案的操作的流程图。
图3显示了一光致抗蚀剂的吸收光谱示例。
图4显示了使用本文讨论的技术生产的薄膜线的示例。
图5A和5B为示意图，其说明了用于执行根据公开的实施方案的方法的处理室的示例。
具体实施方式
本公开内容大致涉及半导体处理领域。在特定的方面中，本公开内容涉及用于在EUV图案化和EUV图案化膜显影的背景下处理EUV光致抗蚀剂(例如对EUV-敏感的金属和/或含金属氧化物的光致抗蚀剂膜)以形成图案化掩模的方法和装置。
本文详细参照本公开内容的特定实施方案。特定实施方案的示例由附图说明。虽然将结合特定实施方案来描述本公开内容，但应当理解，其并非旨在限制将本公开内容限制于这些特定实施方案。相反，其意图使替代方案、修改方案和等同方案可以包含在本公开内容的精神和范围内。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所呈现公开内容的透彻理解。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本公开内容。在其他情况下，不详细描述公知的处理操作，以免不必要地模糊本公开内容。
半导体处理中的薄膜的图案化通常是半导体制造中的一个重要步骤。图案化涉及光刻。在例如193nm光刻的传统光刻技术中，通过以下方式来印刷图案：将光子从光子源发射到掩模上并将图案印刷到光敏感光致抗蚀剂上，从而在光致抗蚀剂中引起化学反应，并在显影之后移除光致抗蚀剂的某些部分来形成图案。
先进技术节点(如国际半导体技术路线图所定义)包含22nm、16nm及以上的节点。例如在16nm节点中，镶嵌结构中的典型通孔或线的宽度通常不大于约30nm。先进半导体集成电路(IC)和其他设备上的特征缩放正在推动光刻技术以提高分辨率。
极紫外(EUV)光刻可以通过使用比传统光刻方法可实现的更小的成像源波长来扩展光刻技术。大约10-20nm或11-14nm波长(例如13.5nm波长)的EUV光源可用于尖端的光刻工具，也称为扫描仪。EUV辐射会在包含石英和水蒸气在内的大范围的固体和流体材料中被强烈吸收，因此在低压环境中运行。
EUV光刻是利用EUV光致抗蚀剂，这些光致抗蚀剂经过图案化以形成用于蚀刻下层的掩模。EUV光致抗蚀剂可以是通过基于液体的旋涂技术生产的基于聚合物的化学增幅光致抗蚀剂(CAR)。CAR的替代物是可直接光图案化的含金属氧化物膜，例如那些可从Inpria(Corvallis,OR)取得并描述于例如美国专利公开US 2017/0102612、US 2016/021660和US2016/0116839中，至少其公开的可光图案化的含金属氧化物膜是通过引用而并入在此。这种膜可以通过旋涂技术或干式气相沉积来生产。可以通过在低压环境中的EUV暴露来直接图案化含金属氧化物膜(即不使用另外的光致抗蚀剂)，提供低于30nm的图案化分辨率，例如在2018年6月12日发布的美国专利9,996,004(名称为EUV PHOTOPATTERNING OF VAPOR-DEPOSITED METAL OXIDE-CONTAINING HARDMASKS)和/或在2019年5月9日提交的申请PCT/US19/31618(名称为METHODS FOR MAKING EUV PATTERNABLE HARD MASKS)所说明的，其公开内容至少涉及可直接光图案化金属氧化物膜的组成、沉积和图案化以形成EUV光致抗蚀剂掩模，其内容通过引用而并入本文。通常，图案化涉及用EUV辐射对EUV抗蚀剂进行暴露，以在抗蚀剂中形成光图案，接着使其显影以根据光图案移除一部分抗蚀剂以形成掩模。
应理解，虽然本公开涉及以EUV光刻为例的光刻图案化技术和材料，但其也适用于其他的下一世代光刻技术。除了包含目前正使用和开发的标准13.5nm EUV波长的EUV的外，与这种光刻最相关的辐射源是DUV(深紫外光)，其一般是指使用248nm或193nm准分子雷射光源、X射线，其正式包含在X射线范围中的较低能量范围的EUV以及可以覆盖宽能量范围的电子束。具体方法可以取决于半导体衬底和最终半导体设备中使用的特定材料和应用。因此，本申请中描述的方法仅仅是可用于本技术的方法和材料的示例。
可直接光图案化的EUV光致抗蚀剂可以由金属和/或在有机成分中混合的金属氧化物组成或包含金属和/或在有机成分中混合的金属氧化物。该金属/金属氧化物非常有前途，因为它们可以增强EUV光子吸附并产生二次电子和/或显示出对下面的膜堆叠件和设备层的蚀刻选择性增加。金属或金属氧化物EUV光致抗蚀剂可以在EUV图案化暴露之后通过湿式或干式技术显影。
迄今为止，这些光致抗蚀剂是使用湿式(溶剂)方法显影，这需要将晶片移动到轨道，于该处暴露在显影溶剂中、干燥并烘烤。由于在精细特征之间的溶剂蒸发期间的表面张力效应，湿式显影可能会限制生产率并导致线塌陷。已经提出干式显影技术以通过消除衬底脱层和界面损坏来克服这些问题。此外，干式显影具有多种环境优势。与干式显影化学物质相比，用于各种湿式处理的有机溶剂可能需要昂贵的废弃处理程序。
CAR膜接近EUV性能的限制，并且表现出几个缺点。由于EUV吸收低，因此它们必须比目前针对EUV抗蚀剂的关键尺寸厚许多，这在显影过程中由于高深宽比而存在着图案崩塌的风险。更令人担忧的是酸扩散处理中较宽的清除半径，导致图案化膜中的线边缘粗糙度相对较高。淬灭剂可用于降低酸扩散半径，但这是以敏感度降低为代价，迫使需要较高剂量以及因此较低的扫描仪的产出和更高的成本。当前CAR的空间分辨率无法达到下一代设备结构需要的小间距所期望的EUV光刻性能。
有机金属光致抗蚀剂具有显著更高的EUV吸收系数，且可以明显更薄但同时仍提供良好的耐蚀刻性。然而，需要通过提高敏感度、降低线边缘粗糙度和/或提高膜的分辨率来改进它们的性能。尤其是印出明确界定的特征所需的EUV剂量被认为是一个关键指标，因为它定义了EUV扫描仪的产出；任何剂量上的减少均会构成显著的成本节省。
全面性UV暴露技术
本公开内容提供了在PR沉积之后且在光刻暴露之前的EUV光致抗蚀剂(PR)的全面性(blanket)处理方法，以及光刻图案显影之后的全面性处理，以硬化一部分剩余的PR(在负型光致抗蚀剂中的暴露部分或者在正型光致抗蚀剂中的未暴露部分的光致抗蚀剂)。在光刻-图案化EUV敏感膜(例如EUV PR)上的EUV暴露剂量的影响中，其为：1)促使溶解度改变以及界定图案化特征的边缘轮廓，和2)促使足够PR-衬底粘附性，以防止特征在湿式显影处理中脱层。涉及全面性UV处理的涂敷后固化(PAC)可以通过降低光刻剂量和提高衬底粘附性来提高光致抗蚀剂性能。PAC可以部分暴露PR而不促使溶解度改变，使得在扫描仪的EUV图案化剂量(并且因此时间)可以显著降低。必要的化学性和结构性的修改可以通过光学、热、等离子体或电子束方法实现。这种策略可以通常适用于干式-沉积EUV PR以及其它含金属或CAR抗蚀剂。在EUV图案化暴露之前处理EUV PR具有多种优势，包含降低EUV剂量要求、增加产出/降低获得图案化PR的成本、改善/增加PR-衬底粘附性以及去耦处理以提高光刻图案化剂量的粘附性。
金属有机PR，包含干式-沉积并且旋涂金属有机膜(例如锡-氧化物PR)，可以在图1所示的线110表现出对比度曲线。x轴为提高EUV剂量，而y轴是在光刻图案显影以移除部分PR后剩余的厚度。y轴因此指出EUV剂量引起PR的溶解度变化的效果如何(例如效率如何/在什么剂量范围内)。线110用于负型光致抗蚀剂，其中未暴露部分被移除。正型光致抗蚀剂可能存在反向曲线，其中暴露部分被移除。线110说明大部分的溶解度变化系发生在狭窄区域中。
对于金属-有机PR，在阈值剂量下的EUV暴露会促使PR膜内部的化学性和结构性的变化，但不会是足以引起在显影溶剂中的溶解度变化的改变，如线110所示。暴露不足的膜将维持其可溶性，且在湿式显影之后不会剩下图案。然而，通过以低于阈值的特定剂量对整个PR膜进行预暴露，对比度曲线可发生变化，因此需要降低EUV暴露剂量以有效地形成图案。线120说明了本文所述的PAC处理的效果：曲线已经偏移到较低的EUV剂量，使得在EUV扫描仪中导致溶解度变化需要更少的时间，进而代表了大量的成本节约。在一些实施方案中，PR的敏感度是指足以引起溶解度变化的辐射剂量，使得增加的PR敏感度(例如作为本文所公开的技术的结果)可以是指相比于没有此处公开的技术，足以引起湿式或干式显影中溶解度变化的较低的辐射剂量。
光学PAC可以使用EUV整片暴露(flood exposure)或其他替代光源，如深UV(DUV)和UV光(低强度连续波或高强度闪光两者)来实现。毯覆盖式EUV/DUV/UV暴露比在扫描仪中光刻EUV暴露成本显著更低，所以PAC具有通过降低扫描仪的暴露时间来降低光刻暴露步骤的总成本的潜力。可以使用具有UV暴露能力的任何合适的工具来执行如本文所述的光学暴露前处理。一些特别合适的示例包含可从Lam Research Corporation(Fremont,CA)获得的SOLA或LUMIER工具。
不希望受到理论的束缚，应理解的是DUV光子可能会破坏金属-烷基键(例如Sn-C键)，而不须显著驱动交联。因此，通过降低交联所需的EUV剂量而基本上不引起交联，可以使用全面性UV处理来改变图1所示的对比度曲线。这对于负型光致抗蚀剂可能是有利的，其中移除了PR的未暴露部分。全面性UV处理减少了在暴露区域的交联所需的EUV剂量，这是合乎期望的，但其基本上并不驱动在未暴露区域的交联，这是不合乎期望的。因此，之后的光刻EUV暴露可能会以比引起溶解度变化所需的更低剂量来驱动暴露区域中的交联。
EUV光子可以破坏多重键，其至少部分是因为对二次电子的影响，其可期望地驱动金属氧化物膜的交联。相比之下，例如193nm或248nm光子的DUV光子可能只会破坏单键。因此，使用这种较高波长/较低能量的全面性UV处理会是有利的，其具有在UV范围内的宽光谱或在例如193nm或248nm的DUV波长的特定波长，其中单一光子不会破坏多重键并驱动交联以降低有效图案化所需的EUV剂量。然而，在一些实施方案中，较低的EUV剂量也可以具有导致线边缘粗糙度和线宽粗糙度的随机效应。较高的EUV剂量通常会降低粗糙度，从而在一些实施方案中使用最小的EUV剂量来充分降低线粗糙度。在这样的实施方案中，可以考虑最小EUV剂量而使UV全面性处理优化，以有效地平衡UV全面性处理和EUV剂量以获得最佳成本和性能。
本文所述的PAC的另一个好处是增加PR和下层衬底之间的粘附性。衬底可以暴露于与烃基取代的锡封端剂接触的羟基，以形成烃基封端的SnOx膜而作为衬底表面上的成像/PR层。PAC可以改善PR的衬底粘附性，不论光刻剂量如何。目前，EUV剂量可能高于定义图案线所需的剂量，以增加PR与下伏衬底之间的粘附性。能够将粘附性与EUV暴露解耦对于具有其他有吸引力的特征但遭受脱层这个主要故障机制的衬底是有益的。因此，可以使用全面性UV处理来增加PR对下伏衬底的粘附性。
本文所述的PAC的另一个好处是减少含锡物质在干式沉积后的排气(off-gassing)。排气是不想要的，因为它会导致交叉污染。PAC可以通过交联低分子量物质(例如烃基取代的锡封端剂)和/或通过化学转化为挥发性较低的化合物来减少排气。
本文所公开的处理技术通常适用于EUV PR和其他负型光致抗蚀剂，无论是气相沉积还是旋涂，尤其是对于具有鲜明对比曲线的抗蚀剂，其中溶解度在非常窄的剂量范围内会突然变化，如图1所示。
虽然上述讨论集中在负型光致抗蚀剂上，但相同的技术也可以应用于正型光致抗蚀剂。例如可以使用UV泛光灯来减少光致抗蚀剂中的交联，从而使暴露区域在较低剂量下转变为溶解度。结果是，上述的相同预处理策略可以与正型光致抗蚀剂系统一起使用。
在一些实施方案中，在图案化EUV暴露后但在显影前，可以进行类似的处理来取代，以作为暴露后固化。在一些实施方案中，在图案化的EUV暴露之后的全面性UV处理可以实现与PAC类似的功能。然而，在其他实施方案中，在图案化的EUV暴露之前执行全面性UV处理可能更有利。不希望受到理论的束缚，应理解全面性UV处理会优先破坏金属-烷基键。在图案化EUV暴露后，PR的图案化部分可能比未暴露部分具有更少的金属-烷基键。因此，由于金属-烷基键的差异，在图案化的EUV暴露之后进行全面性EUV处理可能对未暴露部分具有相对更大的影响，从而不利地降低了PR的暴露部分和未暴露部分之间的对比度。
在一些实施方案中，如本文所讨论的全面性UV处理技术可以与热处理相结合。例如，可以在图案化EUV暴露之前或之后烘烤衬底。衬底可以在控制温度、压力、环境气体化学物质、气流/比率和湿度的情况下进行热处理。在一些实施方案中，可以在热处理期间执行全面性UV处理。在2020年2月4日提出申请的美国专利申请No.62/970,020，名称为POSTAPPLICATION/EXPOSURE TREATMENTS TO IMPROVE DRY DEVELOPMENT PERFORMANCE OFMETAL-CONTAINING EUV RESIST，进一步讨论了在图案化EUV暴露之前和/或之后衬底的热处理，其公开内容至少涉及热处理具有含金属EUV光致抗蚀剂的衬底，在此通过引用并入作为参考。
在一些实施方案中，可以在已暴露图案的显影之后应用如本文所讨论的全面性UV处理技术。当在显影之后应用时，本公开内容中所描述的处理可用于硬化晶片上剩余的图案。这种方法可用于正型和负型显影。对于暴露时发生交联的正型含金属光致抗蚀剂，这种方法会证明是特别有利的，因为剩余的膜在化学上和机械上是易碎的。2019年10月8日提交的美国专利申请No.62/912,330讨论了用于正型光致抗蚀剂显影的技术，并且为了描述正型光致抗蚀剂显影的目的通过引用并入本文。可以使用显影后处理而在后续转移蚀刻期间硬化剩余的PR并且减少掩模腐蚀。
此外，在一些实施方案中，可以在氧气存在下进行显影后固化。氧气可能会在全面性UV暴露下发生反应而形成臭氧。接着臭氧可以与任何剩余的烷基反应而产生可以通过真空泵移除的挥发性化合物。
PR的显影后处理具有多种优点，其包含：降低了随后的图案转印蚀刻所需的PR厚度，如此可以使得能够以较低的蚀刻选择性直接在下层进行图案化，以及硬化光致抗蚀剂特征的基脚、减少图案转移蚀刻期间关键尺寸损失的可变性。
处理流程
图2描绘了处理半导体衬底的方法的处理流程。方法200包含在201处，于处理室中在半导体衬底的衬底层上提供含金属光致抗蚀剂。例如，衬底可以是以任何合适的方式生产的部分制造的半导体设备膜堆叠件。在203处，含金属光致抗蚀剂被暴露于全面性UV处理以修正含金属光致抗蚀剂的材料特性。在一些实施方案中，材料特性的修改使得在随后的暴露后干式显影处理中的蚀刻选择性增加。在一些实施方案中，含金属光致抗蚀剂经修正以增加交联，同时仍保持溶解性。此外，在一些实施方案中，含金属光致抗蚀剂经修正以提高粘附性并减少排气。该处理会涉及控制强度和持续时间的UV整片暴露。
在操作205中，PR被暴露于图案化的EUV光刻处理，以在PR中产生图案。在一些实施方案中，EUV处理的剂量小于没有PAC时的剂量。此外，虽然这里谈论的是对EUV光刻的讨论，但是此处所公开的技术可以用于例如193nm或248nm的更高波长的光刻。在操作205之后，在操作207中将PR显影以根据光刻图案来移除部分PR。移除的部分取决于PR和显影化学物质是用于负型光致抗蚀剂还是正型光致抗蚀剂。在一些实施方案中，显影操作207为干式处理，而在其他实施方案中可以使用湿式处理。
操作209是一种可选处理以清洗PR。在一些实施方案中，显影之后可能存在遗留的残渣，其可以通过诸多处理移除。在其他实施方案中，PR可以具有因图案化EUV暴露所产生的线边缘粗糙度(LER)或线宽粗糙度(LWR)，其可以通过操作209期间的清洗处理来降低。
操作211为进一步固化PR的另一个可选处理。与操作203类似，显影之后的PR被暴露于全面性UV处理。操作203和211之间的一个区别为暴露程度：对于PAC，全面性UV的剂量并不旨在引起PR中的溶解度变化。然而，对于操作211，全面性UV剂量旨在通过破坏任何剩余的Sn-C键并驱动交联完成来固化PR。因此，全面性UV剂量可能比PAC UV剂量高得多，例如高10x、50x或100x。
处理参数
在一些实施方案中，用于全面性UV处理的波长小于约300nm。在一些实施方案中，全面性UV处理使用峰值波长为约250nm(例如248nm)的发射器。在一些实施方案中，发射器具有约190nm(例如193nm)的波长。
在一些实施方案中使用具有例如小于约300nm、约250nm或约190nm的峰值波长的宽带发射器。在一些实施方案中，用于PAC全面性UV处理的能量剂量可介于约1和100mJ/cm2之间或介于约20和100mJ/cm2之间。例如，在一些实施方案中，使用248nm发射器，PAC全面性UV处理的能量剂量介于约1-100、2-80或3-60mJ/cm2之间。在一些实施方案中，全面性UV处理的持续时间介于约1秒到300秒之间。在一些实施方案中，对于PAC或显影后固化，可以使用等离子体或电子束暴露代替光学处理。
在一些实施方案中，用于PR的全面性UV处理的能量剂量通常可以随着UV处理的波长降低而降低，因为对于相似剂量，较低波长的UV处理可能对PR产生更大的影响。一般来说，UV处理的效果取决于发射器的发射光谱以及PR的吸收光谱。例如，比起使PR具有较低吸收率的波长，在PR于例如约190nm的特定波长下具有较高吸收率的情况下，可以使用在该特定波长下的较低全面性UV剂量。图3呈现了可以与本实施方案一起使用的PR的示例吸收光谱。如图3的吸收光谱所示，较低的波长下吸收更多。因此，吸收较少的波长也可用于UV全面性处理，但剂量可能更高，以达到与具有较高吸收率的波长类似的效果。此外，在一些实施方案中，下伏层可以影响UV处理的剂量。
在一些实施方案中，图案化的EUV光刻剂量可以低于以其他方式使用的剂量。在一些实施方案中，图案化EUV暴露处理的能量剂量可以是介于约30到60mJ/cm2之间。
对于显影之后的固化，在使用193nm发射器的剂量可以为至少约10mJ/cm2，且在该波长或更长的波长下可以显著更高。如上所述，基于PR在较高波长下的吸收率较低，较高波长可以使用较高的剂量。在一些实施方案中，可以使用等离子体或电子束暴露代替光学处理，以用于PAC或显影之后的固化。在一些实施方案中，显影之后的固化是在氧存在的情况下进行，例如在至少10Torr的氧分压、或介于10Torr和大气压之间的氧存在的情况下进行。
膜组成
如本文所述的全面性UV处理可以与多种PR一起使用。在一些实施方案中，PR为干式沉积的有机金属氧化物膜，例如锡氧化物膜，如本文别处所述，且例如于2018年11月14日提交的，名称为METHODS FOR MAKING HARD MASKS USEFUL IN NEXT-GENERATIONLITHOGRAPHY的美国专利申请No.62/767,198中所描述，其公开内容至少涉及可直接光图案化金属氧化物膜的组成、沉积和图案化以形成EUV光致抗蚀剂掩模，在此通过引用并入此处。在其他实施方案中，PR是如本文别处所述的旋涂膜或CAR。在一些实施方案中，PR具有约20nm的厚度。
在一些实施方案中，PR膜具有鲜明的对比度曲线。可以通过在约2mJ/cm2的暴露范围内发生的大部分的溶解度变化来定义鲜明的对比曲线。例如，暴露于EUV且未经全面性UV处理的EUV PR膜可以具有约12mJ/cm2的转变剂量(transition dose)或引起溶解度变化的剂量，其中大部分溶解度变化发生在约15-20％的转变剂量内，或约2mJ/cm2内。在如本文所述的全面性UV处理之后，引起转变的EUV剂量可能较低，例如约6mJ/cm2，其中溶解度转变仍可在约2mJ/cm2以上的范围发生。对比曲线可以通过例如显影之后剩余的厚度作为EUV剂量的函数来测量。
示例
图4提供了膜400a-c的示例，这些膜具有不同程度的全面性UV处理。膜400a没有经过全面性UV处理且以48mJ/cm2的EUV剂量图案化以实现期望的图案。膜400b以34mJ/cm2的EUV剂量进行低UV全面性处理。膜400c以25mJ/cm2的EUV剂量进行高UV全面性处理。如上所述，高EUV剂量(如膜400a所使用的剂量)通常用于引起溶解度的变化且界定PR中的图案线，如膜400a中所图示的。然而，使用本文所述的技术，可以使用全面性UV处理来降低导致溶解度变化所需的EUV剂量。如膜400b和400c所示，使用全面性UV处理可以允许以较低的图案化EUV剂量来引起溶解度变化。在膜400b和400c中，全面性UV处理预暴露了PR，从而降低了导致溶解度变化所需的EUV剂量，而不会导致未暴露区域的溶解度发生显著变化。因此，使用比膜400a更低的EUV剂量对膜400b和400c进行图案化，同时仍然实现类似的线图案。由于全面性UV处理比图案化EUV剂量较不昂贵，因而这些技术可以降低时间和成本，以获得图案化的膜。
装置
本发明可以在许多不同类型的装置中实施。通常，该装置包含一或多个室(有时称为处理反应器)，其容纳一个或多个晶片并适用于晶片处理。至少一个室包含UV源。本发明的所有操作可以采用单一室，或者可以使用不同的室。每个室可以容纳一个或多个进行处理的晶片。在UV处理操作期间，一个或多个室将晶片保持在一个或多个限定位置(在该位置内有或没有例如旋转、振动或其他搅动的运动)。对于要加热晶片的某些操作，该装置可以包含加热板。
在某些实施方案中，使用多站式固化室来执行固化处理。如上所述，在某些实施方案中，本发明的多个操作固化处理依赖于其能够独立地调节每个步骤或操作的UV强度、波长、光谱分布和衬底温度。此外，在固化处理中，可以在每个步骤以相同或不同的流速注入某些惰性或反应性气体。类似地，UV暴露的各种影响(例如破坏金属-碳键、产生臭氧、处理时间等)可以通过独立地调节UV强度和衬底温度来调节。下面讨论各种示例的详细处理参数。
能够通过独立控制衬底温度和UV强度来调节这些效果的多站式固化室描述于上面引用的美国专利申请No.11/115,576以及于2005年7月18日提交的名称为“CastPedestal With Heating Element and Coaxial Heat Exchanger”的共同转让的美国专利申请No.11/184,101，其全部内容通过引用并入本文并用于所有目的。
这些室通过减少晶片上的IR辐射量和/或提供进出晶片的独立传热机制来解耦衬底温度和UV强度。例如，室可以配备冷反射镜或其他反射器以减少入射到晶片上的IR辐射量。此外，每个基座或其他衬底支撑件可具有独立的传热机制以帮助维持衬底温度而不管UV强度如何。因此，和衬底温度与UV强度耦合的传统UV固化室不同，衬底温度和UV强度可以针对大范围的温度和强度来独立设定。
图5A和5B显示了适合与使用UV泛光灯的本发明的某些实施方案的装置的一种实施方案。室501包含多个固化站503、505、507和509，其中每一个均容纳一个晶片。站503包含转移销519。图3B为室的侧视图，显示站503和505以及位于基座523和525上方的晶片513和515。在晶片和基座之间存在间隙504。晶片可以通过例如销之类的附件支撑在基座上方，或者漂浮在气体上。抛物面或平面冷镜553和555定位于UV泛光灯组533和535上方。来自灯组533和535的UV光穿过窗543和545。晶片503和505便接着暴露于辐射。在替代性的实施方案中，晶片可由基座523和525支撑。在这样的实施方案中，灯可以配备有或没有冷镜。通过与基座完全接触，可以在足够高的压强(通常在50和760Torr之间，但优选在100和600Torr之间)下使用例如氦气或氦气和氩气的混合物之类的导电气体来保持晶片温度。
在操作中，晶片(或其他衬底)在站503进入室。站503处的基座温度可设置为第一温度，例如220℃，站503上方的UV灯设置为第一强度。在某些情况下，不同的站会以不同的波长或波长范围照射晶片。上面的示例使用会产生广谱辐射的UV泛光灯。可以在辐射源中使用光学部件来调制到达晶片的广谱的部分。例如反射器、滤波器或反射器和滤波器两者的组合可用于从辐射中减去一部分光谱。这种滤波器中的一种为带通滤波器。
光学带通滤波片被设计成传送特定波段。其由许多介电材料薄层所组成，这些薄层具有不同的折射率，以在透射光中产生建设性和破坏性干涉。如此一来，光学带通滤波片可设计成仅传送特定波段。该范围限制通常取决于干涉滤光透镜和薄膜滤光材料的组成。入射光穿过两个涂覆反射面。反射涂层之间的距离决定哪些波长将产生破坏性干涉以及哪些波长将被允许通过涂覆表面。在反射光束同相(in phase)的情况下，光将穿过两个反射面。然而，如果波长反相(out of phase)，破坏性干涉将阻挡大部分反射，几乎没有任何透射。以此方式，干涉滤波片能够衰减高于或低于所期望范围的波长处的透射光强度。
可衰减到达晶片的辐射波长的另一滤波片为窗543，其通常由石英制成。通过改变金属杂质的水平和水含量，可使石英窗阻挡非所期望的波长的辐射。金属杂质极少的高纯度二氧化硅石英越深入紫外线则越透光。作为一示例，厚度为1cm的石英在170nm波长下将具有约50％的透射率，而在160nm处则下降至仅百分之几。增加石英中杂质水平导致较低波长UV的透射率降低。电熔融石英具有更多金属杂质的存在，将其UV透射波长限制至200nm左右。另一方面，合成二氧化硅具有更高纯度，并将下移至170nm。对于红外辐射，通过石英的透射率取决于水含量。石英中更多水意味着更容易吸收红外辐射。石英中的水含量可通过制造处理来控制。因此，可控制穿过石英窗的辐射透射光谱，以截止或减小较短波长的UV透射和/或减小较长波长的红外透射。
另一种类型的滤波器是UV截止滤波器。这些滤波器不允许低于设定值(例如280nm)的UV透射。这些滤波器是通过吸收低于截止值的波长来作用的。这可能有助于优化所需的固化效果。
还可通过改变光产生器的性质来控制辐射波长。UV泛光灯可产生UV到红外线的广泛辐射光谱，但其他光产生器也可用于发射较小光谱或增加较窄光谱的强度。其他光产生器可以是汞蒸气灯、掺杂汞蒸气灯、电极灯、准分子灯、准分子激光、脉冲氙灯、掺杂氙灯。激光(例如准分子激光)可发射单一波长的辐射。当对汞蒸气和氙灯中添加掺杂物时，窄波段的辐射可能会变得更强。常见的掺杂物为铁、镍、钴、锡、锌、铟、镓、铊、锑、铋或这些的组合。例如，掺杂有铟的汞蒸气灯在可见光谱和450nm左右强放光；掺杂有铁，在360nm处强放光；而掺杂有镓，在320nm处强放光。辐射波长也可通过改变灯的填充压力来控制。例如，可用高压汞蒸气灯以更强地发射250nm至440nm(更集中地310nm至350nm)的波长。低压汞蒸气灯发射较短波长。
除了改变光产生器性质以及使用滤波片外，也可使用优先传送灯光谱输出的一或更多个片段的反射片。常用的反射片为冷镜，其允许红外辐射通过但反射其他光。可使用优先反射谱带的光的其他反射片。因此，晶片可以在不同站处暴露于不同波长的辐射。当然，辐射波长在一些站中可以相同。
在图5B中，基座523和525是静止的。转位器511是在每个暴露周期之间将每个晶片从一基座抬起并移动到另一基座。转位器511为附接到具有旋转和轴向运动的运动机构531的转位器板521。施加向上的轴向运动到转位器板521以从每个基座拾取晶片。旋转运动则用于将晶片从一站推进到另一站。之后，运动机构便对板施加向下轴向运动，以将晶片放在站上。
基座523和525经电加热并保持在期望的处理温度。如果需要，基座523和525也可以配备冷却管线。每一基座可以有自己的加热系统。在替代实施方案中，可以使用大的加热器区块来支撑晶片而不是单个的基座。使用例如氦气之类的导热气体来实现基座和晶片之间的良好热耦合。在一些实施方案中，可以使用具有同轴热交换器的铸造基座。这些在上面引用的申请No.11/184,101中有描述。
图4A和4B仅显示出一个合适的装置的示例，也可使用设计用于与先前和/或后续处理相关的其他方法的其它装置。例如，在使用泛光灯的另一个实施方案中，其晶片支撑件为转盘。与固定式的基座晶片支撑件不同，其晶片并不会相对于转盘移动。将晶片装载到转盘上后，转盘会在必要时旋转，以将晶片暴露在来自UV灯组的光。在暴露期间，转盘是静止的。暴露期结束后，转盘旋转以推进每个晶片，以便暴露于下一组灯。加热和冷却元件可以嵌入在旋转转盘内。替代地，转盘可以与加热板接触、或支撑晶片使其悬在加热板上方。
在某些实施方案中，衬底被暴露于来自聚焦灯而非泛光灯的UV辐射。不同于其中晶片在暴露期间是固定的(如在图5A和5B)的泛光灯的实施方案，在这些实施方案中随着晶片被扫描而暴露于聚焦灯期间，晶片和光源之间存在相对移动。
可使用设计用于与先前和/或后续处理相关的其他方法的其它装置。例如，如果室配备有UV辐射源，则本发明的方法可以与用于沉积EUVPR层的标准PECVD室一起使用。一些超关键流体室系统也可配置为包含UV辐射源。这些系统中的许多也可用于执行全面性的UV暴露程序。
在一些实现方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何处理，包括UV暴露、处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出与具体系统连接或通过接口连接的工具和其他转移工具和/或装载锁。
概括地说，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片、和/或一个或多个微处理器、或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，以改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供处理配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的处理的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的处理和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的处理。
示例性系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。
结论
虽然前述实施方案为了清楚理解的目的而详细说明，然而，在所附权利要求的范围内可实施某些改变与修改是显而易见的。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本文所公开的实施方案。在其他情况下，不详细描述公知的处理操作，以免不必要地模糊所公开实施方案。且虽然所公开的实施方案是与特定实施方案结合描述，但应理解到这些特定实施方案并非意在限制本公开的实施方案。应注意到有许多实现本实施方案的处理、系统以及装置的替代方式。因此，这些实施方案应视为是说明性的而非限制性的，且这些实施方案并不限于此处所提出的细节。

Claims (27)

1.一种方法，其包含：
在处理室中的衬底上接收含金属光致抗蚀剂；以及
通过将所述含金属光致抗蚀剂暴露于全面性UV来进行处理，以修正所述含金属光致抗蚀剂的材料特性，以使所述含金属光致抗蚀剂的辐射敏感度增加。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述全面性UV的波长为DUV。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述全面性UV的波长为小于300nm。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述全面性UV的波长为约248nm。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述全面性UV的波长为约193nm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述全面性UV的强度为介于1到100mJ/cm2之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中对所述含金属光致抗蚀剂的所述处理增加了所述含金属光致抗蚀剂对EUV辐射的敏感度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中对所述含金属光致抗蚀剂的所述处理增加了所述含金属光致抗蚀剂对所述衬底的粘附性。
9.根据权利要求1所述的方法，其中对所述含金属光致抗蚀剂的所述处理减少了来自所述含金属光致抗蚀剂的排气。
10.根据权利要求1所述的方法，其中对所述含金属光致抗蚀剂的所述处理在将所述含金属光致抗蚀剂暴露于EUV光刻之前进行。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述含金属光致抗蚀剂的溶解度在不超过约2mJ/cm2的EUV剂量范围内突然改变。
12.根据权利要求1所述的方法，其中对所述含金属光致抗蚀剂的所述处理还包含在控制温度、压力、环境气体化学物质、气流/比率和湿度进行的热处理。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的方法，其还包含：
将所述含金属光致抗蚀剂暴露于图案化EUV光，以及
使所述含金属光致抗蚀剂显影，以移除部分的所述含金属光致抗蚀剂。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述EUV光的强度介于约20至100mJ/cm2之间。
15.根据权利要求13所述的方法，其中使所述含金属光致抗蚀剂显影是干式处理。
16.根据权利要求13所述的方法，其中使所述含金属光致抗蚀剂显影是湿式处理。
17.根据权利要求13所述的方法，其中使所述含金属光致抗蚀剂显影是正型处理。
18.根据权利要求13所述的方法，其中使所述含金属光致抗蚀剂显影是负型处理。
19.根据权利要求13所述的方法，其还包含在使所述含金属光致抗蚀剂显影之后，清洗所述含金属光致抗蚀剂以移除残渣。
20.根据权利要求13所述的方法，其还包含在使所述含金属光致抗蚀剂显影之后，将所述含金属光致抗蚀剂暴露于额外的全面性UV，以改善所述含金属光致抗蚀剂的蚀刻选择性。
21.根据权利要求20所述的方法，其中将所述含金属光致抗蚀剂暴露于额外的全面性UV是在氧存在的情况下执行的。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述氧的分压为至少10Torr。
23.一种用于沉积薄膜的装置，其包含：
含金属光致抗蚀剂沉积模块，其包含处理室以用于沉积EUV-敏感的含金属膜；
控制器，其包含一或多个存储器设备以及一或多个处理器，所述一或多个存储器设备包含计算机可执行指令，以用于控制所述一或多个处理器以:
在所述处理室中的衬底上接收含金属光致抗蚀剂；以及
通过将所述含金属光致抗蚀剂暴露于全面性UV来进行处理，以修正所述含金属光致抗蚀剂的材料特性，使得所述含金属光致抗蚀剂的辐射敏感度增加。
24.根据权利要求23所述的装置，其中对所述含金属光致抗蚀剂的所述处理在将所述含金属光致抗蚀剂暴露于EUV光刻之前进行。
25.根据权利要求23所述的装置，其中所述含金属光致抗蚀剂的溶解度在不超过约2mJ/cm2的EUV剂量范围内突然改变。
26.根据权利要求23所述的装置，其还包含：
将所述含金属光致抗蚀剂暴露于图案化EUV光，以及
使所述含金属光致抗蚀剂显影，以移除所述含金属光致抗蚀剂的部分。
27.根据权利要求26所述的装置，其还包含在使所述含金属光致抗蚀剂显影之后，将所述含金属光致抗蚀剂暴露于额外的全面性UV，以改善所述含金属光致抗蚀剂的蚀刻选择性。
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