TW202012609A - 微影的方法、積體電路的製造方法及清洗溶液 - Google Patents

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Abstract

提供在先進技術節點能達到高圖案結構整合度的光阻清洗溶液及相應的微影技術。示範的微影方法包含在工作件上形成光阻層，將光阻層對輻射進行曝光，使用顯影劑對曝光的光阻層進行顯影，以移除曝光的光阻層的未曝光部分，藉此形成圖案化的光阻層，以及使用清洗溶液以清洗圖案化的光阻層。顯影劑為有機溶液，且清洗溶液包含水。

Description

微影的方法、積體電路的製造方法及清洗溶液
本發明實施例是關於微影的方法、積體電路的製造方法及清洗溶液，特別是有關於在製造積體電路的期間實施的微影技術及/或微影材料。
微影在積體電路(integrated circuit，IC)的製造中被廣泛地利用，其中將各種積體電路圖案轉移至工作件以形成積體電路裝置。微影製程一般涉及在工作件上形成光阻層(resist layer)，將光阻層對圖案化的輻射進行曝光，以及對曝光的光阻層進行顯影，藉此形成圖案化的光阻層。當積體電路技術持續地朝更小的技術節點進展，由於光阻圖案更容易變形、傾倒及/或剝落，光阻圖案的結構整合度變得更脆弱。這些參數受到許多因素的影響，其中為對曝光的光阻層所使用的顯影劑及清洗溶液的選擇。正型顯影(positive tone development，PTD)移除光阻層的曝光部分，而負型顯影(negative tone development，NTD)移除光阻層的未曝光部分，正型顯影和負型顯影經常使用不同的顯影劑和清洗溶液。目前的正型顯影和負型顯影製程產生各種光阻結構的問題。因此，雖然現存的微影技術已逐漸滿足它們既定的用途，但它們仍未在各方面皆徹底的符合要求。
根據本發明的一些實施例，提供微影的方法。方法包含在工作件上形成光阻層，將光阻層對輻射進行曝光，使用顯影劑對曝光的光阻層進行顯影，以移除曝光的光阻層的未曝光部分，藉此形成圖案化的光阻層，以及使用清洗溶液以清洗圖案化的光阻層。顯影劑為有機溶液，且清洗溶液包含水。
根據本發明的一些實施例，提供積體電路的製造方法。方法包含在工作件上形成光阻層，將光阻層對圖案化的輻射進行曝光，在負型顯影劑中移除光阻層的未曝光部分，藉此形成圖案化的光阻層，負型顯影劑包含有機溶劑，以及在清洗溶液中對圖案化的光阻層進行清洗，其中清洗溶液的整體表面張力高於有機溶劑的表面張力。
根據本發明的一些實施例，提供在負型顯影之後清洗圖案化的光阻層的清洗溶液。清洗溶液包含水、偶極溶劑和交聯劑。
本發明大致上是關於製造積體電路裝置的方法，特別是有關於在製造積體電路的期間實施的微影技術及/或微影材料。
以下揭露提供了很多不同的實施例或範例，用於實施本發明實施例的不同部件。在此描述的不同範例中可能重複參考數字及/或字母，此重複是為了簡化和清楚，並非在討論的各種實施例及/或組態之間指定其關係。再者，組件和配置的具體範例描述如下，以簡化本揭露的說明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例而言，以下敘述中提及第一部件形成於第二部件之上或上方，可能包含第一和第二部件直接接觸的實施例，也可能包含額外的部件形成於第一和第二部件之間，使得第一和第二部件不直接接觸的實施例。此外，在本揭露中，一個部件形成在另一個部件上、一個部件與另一個部件連接及/或耦接可能包含前述之部件直接接觸的實施例，也可能包含額外的部件插入前述之部件之間的實施例，使得前述之部件並未直接接觸。
此外，空間上相關的用語，例如「在……之下」、「在……下方」、「下方的」、「在……上方」、「上方的」和其他類似的用語可用於此，使得描述圖中所示之一元件或部件與其他元件或部件之間的關係更加地容易。此空間上相關的用語可涵蓋除圖式描繪之方向外，使用或操作中的裝置之不同方向。舉例而言，若將圖式中的裝置上下翻轉，原先以在其他元件或部件下或下方描述的元件，將轉換方向為在其他元件或部件的上方。因此，示範的措辭「在……下方」可包含「在……上方」及「在……下方」兩種解讀方式。設備可以其他方向定位(旋轉90度或其他方向)，且在此使用的空間相關描述可同樣依此解讀。
微影一般使用兩種類型之顯影製程中的其中一種，兩種類型之顯影製程為正型顯影(positive tone development，PTD)製程和負型顯影(negative tone development，NTD)製程。正型顯影製程使用正型顯影劑，一般指選擇性地溶解和移除光阻層(resist layer)之曝光部分的顯影劑。負型顯影製程使用負型顯影劑，一般指選擇性地溶解和移除光阻層之未曝光部分的顯影劑。正型顯影製程使用以水為基底的顯影劑以及以水為基底的清洗溶液。負型顯影製程使用以有機為基底(organic-based)的顯影劑以及以有機為基底的清洗溶液。當正型顯影製程和負型顯影製程試圖要達到先進技術節點所需的微影解析度要求時，兩者皆有缺點產生。舉例而言，已觀察到正型顯影製程和負型顯影製程(特別是那些使用包含乙酸正丁酯(n-butyl acetate)溶劑的負型顯影劑)都會使得光阻圖案膨脹，導致光阻層的曝光部分和未曝光部分之間不足的對比(換言之，光阻對比(resist contrast)差)，結果產生變形、傾倒及/或剝落的問題。在負型顯影中，以有機為基底的顯影劑以及以有機為基底的清洗溶液皆易於軟化光阻層(藉由使光阻層膨脹)，藉此破壞光阻圖案的結構整合度。然而，負型顯影一般提供比正型顯影較佳的正規化成像對數斜率(normalized image log-slope，NILS)。基於這個理由，負型顯影成為先進技術節點中改善解析度的焦點。
本發明的實施例因此探討能改善光阻圖案之結構整合度的負型顯影相關之材料和技術。舉例而言，本發明的實施例藉由改變清洗溶液的組成以解決在現存之負型顯影方法中的問題。一些實施例中，作為在清洗溶液中使用純有機溶劑的替代，在清洗溶液中加入水以顯著地增加它的化學極性，因此降低其對光阻圖案的軟化。在水分子和聚合物分子之間形成氫鍵以「硬化」光阻圖案。一些實施例中，清洗溶液包含其他成分，例如幫助清洗溶液與以有機為基底的顯影劑混合的偶極溶劑、幫助清洗溶液在圖案化的光阻層的整個表面上提供良好之「覆蓋性」的低表面張力溶劑，以及幫助光阻圖案中的聚合物鏈連在一起的交聯劑。在此仔細地配置清洗溶液的組成，以在增加圖案化的光阻層的結構整合度的同時達到有效地清洗。
第1圖是根據本發明的各個方面，顯示處理工作件(例如基底)之微影方法100的流程圖。一些實施例中，藉由採用先進微影製程的系統以整體或部分地執行方法100，例如採用深紫外光(deep ultraviolet，DUV)微影、極紫外光(extreme ultraviolet，EUV)微影、電子束(e-beam)微影、X射線(x-ray)微影及/或其他微影以提高微影解析度。
首先簡要地介紹第1圖的步驟，然後與第2A-2F圖連結以詳盡地說明。在方框102的步驟中，在工作件的材料層上形成光阻層。一些實施例中，光阻層為負型光阻層，且材料層為晶圓(或基底)的一部分。在方框104的步驟中，將光阻層對電磁波形式的輻射進行曝光。一些實施例中，將光阻層對圖案化的極紫外光(EUV)輻射進行曝光。在方框106的步驟中，使用曝光後烘烤(post-exposure baking，PEB)製程在升高的溫度中烘烤光阻層。在方框108的步驟中，使用顯影劑使烘烤後的光阻層顯影，顯影劑為有機溶劑。顯影劑溶解或者移除光阻層的未曝光部分。在方框110的步驟中，使用清洗溶液以清洗顯影後的光阻層。
需注意的是可在方法100的前、中、後提供額外的步驟，且可在方法100之額外的實施例中移動、取代或消除前述的一些步驟。舉例而言，在方框112的步驟中，方法100可在工作件上繼續進行額外的製程步驟。在一實施例中，方框112包含使用圖案化的光阻層作為遮罩以將工作件上的材料層圖案化的製程步驟。明確而言，蝕刻材料層，使得材料層包含與圖案化的光阻層相應的圖案。一些實施例中，在材料層內形成摻雜區，使得材料層包含具有與圖案化的光阻層圖案相應的摻雜區圖案。
第2A-2F圖是根據本發明的各個方面，顯示工作件200在各個製程階段(例如與方法100相關的製程階段)之整體或一部分的部分剖面圖。工作件200是以在積體電路裝置(例如微處理器、記憶體及/或其他積體電路裝置)之製程(或處理過程)中的中間階段進行描述。一些實施例中，工作件200可為一部分的積體電路晶片、系統單晶片(system on chip，SoC)或前述包含各種被動和主動微電子裝置的部分，例如電阻、電容、電感、二極體、P型場效電晶體(p-type field effect transistors，PFETs)、N型(n-type)場效電晶體(NFETs)、金屬氧化物半導體(metal-oxide semiconductor)場效電晶體(MOSFETs)、互補式(complementary)金屬氧化物半導體(CMOS)電晶體、雙極性接面(bipolar junction)電晶體(BJTs)、橫向擴散(lateral diffused)金屬氧化物半導體(LDMOS)電晶體、高電壓電晶體、高頻率電晶體、鰭式(fin-liked)場效電晶體(FinFETs)、其他合適的積體電路組件或前述之組合。已將第2A-2F圖簡化以進行清楚地描述。可在工作件200內加入額外的部件，且在工作件200的其他實施例中，可取代、修改或刪除以下描述的一些部件。
在第2A圖中，工作件200包含基底202。基底202可包含半導體基底(例如晶圓)、遮罩(也稱為光遮罩(photomask)或光罩(reticle))或任何可在其上方進行處理以提供形成積體電路裝置之各個部件的材料層的基底材料。根據積體電路製程階段，基底202包含配置用以形成積體電路部件(例如摻雜區/部件、隔離部件、閘極部件、源/汲極部件(包含磊晶源/汲極部件)、互連部件、其他部件或前述之組合)的各種材料層(例如介電層、半導體層及/或導電層)。在所述的實施例中，基底202包含半導體基底，例如矽基底。基底202可包含其他的元素半導體(例如鍺)、化合物半導體(例如碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦及/或銻化銦)、合金半導體(例如SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP及/或GaInAsP)或前述之組合。或者，基底202為絕緣層上覆半導體(semiconductor-on-insulator)基底，例如絕緣層上覆矽(silicon-on-insulator，SOI)基底、絕緣層上覆矽鍺(silicon germanium-on-insulator，SGOI)基底或絕緣層上覆鍺(germanium-on-insulator，GOI)基底。可使用氧植入隔離(separation by implantation of oxygen，SIMOX)、晶圓接合及/或其他合適的方法來製造絕緣層上覆半導體基底。一些實施例中，將工作件200製造為對積體電路裝置進行圖案化的遮罩，基底202可為包含透明材料(例如氟化鈣(CaF2 ))或低熱膨脹材料(例如熔融石英(fused quartz)、摻雜二氧化鈦(TiO2 )的二氧化矽(SiO2 )或其他合適的低熱膨脹材料)的遮罩基底。
在基底202上設置將進行處理的材料層204(在此也稱為下層)。然而，本發明的實施例預計包含省略材料層204的實施例，使得基底202可直接被進行處理。一些實施例中，材料層204包含導電材料或半導體材料，例如金屬或金屬合金。一些實施例中，金屬包含鈦(Ti)、鋁(Al)、鎢(W)、鉭(Ta)、銅(Cu)、鈷(Co)、釕(Ru)、其他合適的金屬或前述之組合。一些實施例中，金屬合金包含金屬氮化物、金屬硫化物、金屬硒化物、金屬氧化物、金屬矽化物、其他合適的金屬合金或前述之組合。舉例而言，一些實施例中，材料層204包含氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN2 )或氮化鉭(TaN)。
或者，材料層204包含介電材料，例如氧化矽(SiO2 )、氮化矽(SiN)、金屬氧化物或金屬氮化物。舉例而言，材料層204可包含SiO2 、SiN、氮氧化矽(SiON)、氮碳化矽(SiCN)、碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al2 O3 )、二氧化鉿(HfO2 )或氧化鑭(La2 O3 )。一些實施例中，材料層204為將要被圖案化以在後續工作件200的製程中使用的硬遮罩層。一些實施例中，材料層204為抗反射塗(anti-reflective coating，ARC)層。一些實施例中，材料層204將要用來形成工作件200的閘極部件(例如閘極介電質及/或閘極電極)、源/汲極部件(例如磊晶的源/汲極)及/或接觸部件(例如多層互連(multilayer interconnect，MLI)的導電或介電部件)。一些實施例中，工作件200係製造為對積體電路裝置進行圖案化的遮罩，將對材料層204進行處理以在材料層204中形成積體電路圖案，例如吸收層(例如包含鉻)或反射層(例如包含在基底202上形成的多層，其中前述之多層包含複數個雙層膜，例如鉬-矽化物(Mo/Si)雙層膜、鉬-鈹(Mo/Be)雙層膜、或其他合適的用以反射輻射的雙層膜材料。
在第2B圖中，藉由合適的製程(例如方法100的方框102)在基底202上形成光阻層206。光阻層206也稱為光阻擋(photoresist)層、光敏感(photosensitive)層、成像(imaging)層、圖案層或輻射敏感層。光阻層206對微影曝光製程期間使用的輻射(例如深紫外光(DUV)輻射、極紫外光(EUV)輻射、電子束輻射、離子束輻射及/或其他合適的輻射)敏感。在所述的實施例中，光阻層206包含對極紫外光輻射敏感的材料。一些實施例中，藉由在將要進行處理的材料層(例如材料層204)上旋轉塗布液態光阻材料以形成光阻層206。在旋轉塗布液態光阻材料之後(且在實施曝光製程之前)，可對光阻層206實施預烘烤(pre-bake)製程，舉例而言，以蒸發溶劑並使形成在材料層204上的液態光阻材料緻密化。
一些實施例中，光阻層206包含負型材料(有時稱為負型光阻)，其中光阻層206對輻射曝光的部分對顯影劑變得無法溶解(或溶解度降低)，且光阻層206的未曝光部分對顯影劑仍為可溶解的。光阻層206可包含化學增幅光阻(chemically amplified resist，CAR)材料。一些實施例中，化學增幅光阻材料包含聚合物及/或其他合適的光阻成分混合於溶劑中，且用以提供負型材料。其他光阻成分可包含光致產酸劑(photo acid generator，PAG)成分、熱致產酸劑(thermal acid generator，TAG)成分、酸不穩定基團(acid labile group，ALG)成分、淬滅(quencher)成分、光可分解基底(photo-decomposable base，PDB)成分、發色團(chromophore)成分、交聯(cross-linker)成分、表面活性劑(surfactant)成分及/或其他根據化學增幅光阻材料的需求之合適的成分。一些實施例中，化學增幅光阻材料包含吸收輻射後產生酸的光致產酸劑成分。在所述的實施例中，光阻層206為負型光阻層，自光致產酸劑成分產生的酸可催化化學增幅光阻材料中聚合物的交聯，及/或抑制其他光阻成分與化學增幅光阻材料中的聚合物進行反應，改變光阻層206的曝光部分(例如極性及/或溶解度)的特性。舉例而言，當光阻層206對輻射進行曝光達到定義之曝光劑量臨界值時，光阻層206的曝光部分在顯影劑中呈現溶解度降低(及/或對顯影劑的疏水性增加)的情況。
在第2C圖中，對光阻層206實施曝光製程(例如方法100中的方框104)，其中以圖案化的輻射208照射光阻層206。一些實施例中，圖案化的輻射208具有低於約250nm的波長，例如深紫外光輻射(例如氟化氪(KrF)雷射的248nm輻射或氟化氬(ArF)雷射的193nm輻射)、極紫外光輻射、X射線輻射、電子束輻射、離子束輻射及/或其他合適的輻射。在所述的實施例中，圖案化的輻射208為極紫外光輻射，亦即具有約1nm至約100nm之波長的輻射。一些實施例中，極紫外光輻射具有約10nm至約15nm的波長(例如約13.5nm)。曝光製程可在空氣、液體(浸潤式微影)或真空(例如當實施極紫外光微影及/或電子束微影時)中進行。一些實施例中，使用具有定義之積體電路圖案的遮罩將輻射圖案化，使得圖案化的輻射形成光阻層206上之積體電路圖案的圖像。遮罩根據積體電路圖案與用來製造遮罩的遮罩技術以傳遞、吸收及/或反射輻射。一些實施例中，在不使用遮罩的情況下，藉由根據積體電路圖案，直接調節輻射束以將輻射束圖案化(有時稱為無遮罩微影)。
藉由曝光製程在光阻層206上形成潛在的圖案。潛在的圖案係形成在光阻層206上，最終當光阻層206歷經顯影和清洗製程後將成為物理性的光阻圖案。潛在的圖案包含曝光部分206a和未曝光部分206b(可包含光阻層206的曝光部分和未曝光部分)。如第2C圖所示，曝光部分206a對於曝光製程產生物理性及/或化學性的改變。舉例而言，光阻層206的曝光部分206a的光致產酸劑成分在吸收輻射後產生酸，其作為催化劑，用以產生降低(或增加)曝光部分206a之溶解度的化學反應。舉例而言，光致產酸劑成分產生的酸催化聚合物的交聯及/或抑制其他光阻成分(例如酸不穩定基團成分)與光阻層206之曝光部分206a的聚合物進行反應，藉此化學性地改變曝光部分206a。
在曝光製程之後，可對光阻層206實施曝光後烘烤(PEB)製程(例如方法100中的方框106)。曝光後烘烤製程能促進聚合物的交聯，及/或抑制其他光阻成分與聚合物反應。根據光阻層206包含的聚合物，曝光後烘烤可催化光阻層206中反應的光敏感成分與聚合物之間的反應。可使用任何合適的烘烤條件(例如持續時間或溫度分佈、烘烤循環)。在所述的實施例中，曝光製程及/或曝光後烘烤製程增加曝光部分206a的極性、降低曝光部分206a對相對低極性之顯影劑的溶解度。反之，在曝光後烘烤製程之後，未曝光部分206b維持低的極性(或比曝光部分206a增加得少)，使得未曝光部分206b對相對低極性之顯影劑更容易溶解。
在第2D圖中，對光阻層206實施顯影製程(例如方法100中的方框108)，藉此形成圖案化的光阻層206’。在所述的實施例中，實施負型顯影以移除圖案化的光阻層206’的未曝光部分206b。舉例而言，對光阻層206施加溶解未曝光部分206b的負型顯影劑210，在圖案化的光阻層206’內留下在曝光部分206a之間定義的(多個)開口212(曝光部分206a與開口212一起稱為光阻圖案)。由於負型顯影劑210係以有機溶劑為基底，合適的有機溶劑包含乙酸正丁酯、乙醇、己烷、苯環、甲苯及/或其他合適的溶劑。一些實施例中，負型顯影劑210不含水(可理解的是，可存在最低限量的水含量，舉例而言，由於周遭環境的濕度或其他偶發理由所造成的影響)。施加負型顯影劑210可包含藉由旋轉塗布製程在圖案化的光阻層206’上噴灑負型顯影劑210。
在第2E圖中，在顯影製程後實施清洗製程，舉例而言，以自工作件200移除任何殘餘物及/或粒子(例如方法100的方框110)。在所述的實施例中，對圖案化的光阻層206’施加清洗溶液216以移除不想要的材料。現存的顯影劑和清洗溶液皆使用有機溶劑。雖然有機溶劑一般符合它們既定的用途，它們卻經常產生各種問題，特別是當技術節點變得越來越小時(例如20nm、10nm、7nm及更小的尺寸)。舉例來說，在顯影製程期間，有機溶劑容易滲入光阻並使光阻軟化(例如藉由使光阻體積膨脹)，藉此損壞光阻圖案的結構整合度。當圖案越小時，由於前述的軟化更容易導致圖案的變形、傾倒及/或剝落，此問題將變得更嚴重。由於現存的清洗溶液也是有機溶劑，將使此問題更加惡化。在化學上，「同類相容(like dissolved like)」的理論可得出極性溶液溶解極性物質，且非極性溶液溶解非極性物質。因此，由於有機溶劑和光阻具有相似的極性，顯影和清洗中使用的有機溶劑容易使光阻軟化。
本發明實施例藉由改變清洗溶液的成分以解決現存方法的問題。在清洗溶液216中加入水，例如去離子水(de-ionized water，DIW)，以增加清洗溶液216的整體極性，因此降低圖案化的光阻層206’的軟化。一些實施例中，清洗溶液216的極性高於負型顯影劑210的極性及/或圖案化的光阻層206’(包含曝光部分206a和未曝光部分206b)的極性。亦即清洗溶液216具有相對高的極性。因此，清洗溶液216的極性可根據負型顯影劑210及/或光阻層206的極性來設計。一些實施例中，「極性」一詞係描述偶極矩。因此，清洗溶液216之極性分子的整體偶極矩可高於負型顯影劑210之極性分子的整體偶極矩及/或光阻層206之極性分子的整體偶極矩。清洗溶液216包含各種成分，清洗溶液216的整體極性可使用任何合適的方式(例如成分的加權組合)進行計算。
清洗溶液216中的水也藉由氫鍵改善了圖案化的光阻層206’的結構穩定性。第3圖為清洗製程之後曝光部分206a中某些分子的簡化示意圖。曝光部分206a包含聚合物分子310，具有極性官能基(以P1、P2表示)可與水分子(以HOH表示)交互作用。如第3圖所示，當水分子滲入曝光部分206a時，可在水分子與極性官能基P1及/或P2之間形成一或多個氫鍵320。水分子和氫鍵320將多個聚合物分子310連在一起以形成較長的聚合物長鏈， 因此「硬化」曝光部分206a。水分子可另外藉由偶極-偶極交互作用(dipole-dipole interaction)與聚合物分子310進行交互作用。水不會溶解聚合物分子310。因此，清洗溶液216中的水藉由降低圖案的變形、傾倒及/或剝落以增加圖案化光阻層206’的結構穩定性。極性官能基P1和P2可包含-OH、-COO、COOH、-NH、-S、-SO、內酯(lactone)或其他合適的極性官能基、或前述之組合。需注意的是，雖然本發明的實施例因為水具有與聚合物分子形成強的氫鍵的能力而使用水做為硬化化學物質的範例，若其他化學物質能實現相似的效果也可被使用。
在此仔細地描述清洗溶液216的成分以達到最佳的效果。舉例而言，將加入清洗溶液216的水含量設定在特定的範圍內，此係由於即使水幫助降低或避免圖案化的光阻層206’的軟化，太多水在清洗溶液216內可能對清洗溶液216清洗圖案化的光阻層206’的能力產生負面的影響。理由在於，即使在顯影製程期間使大部分的負型顯影劑210脫離圖案化的光阻層206’的表面，在顯影製程之後，負型顯影劑210仍會有一層留在圖案化的光阻層206’的表面。若清洗溶液216包含太多水，由於極性具有顯著之差異的緣故，清洗溶液216將無法與負型顯影劑210良好地混合。若清洗溶液216並未滲入負型顯影劑210的那一層，清洗溶液216將無法到達圖案化的光阻層206’的表面以進行有效地清洗。再者，水具有高的表面張力，可能無法有效地到達圖案化的光阻層206’中的某些表面區域(例如靠近具有奇特之角度的底部角落)。因此，水占清洗溶液216的約1%至約30%之間(例如在一範例中約為15%，或另一範例中在約5%和約20%之間)。除非另有說明，在此提及的百分比意指重量百分比。需注意的是，一些實施例中，水的含量至少約為5%以確保清洗溶液216的整體極性有足夠的增加。再者，由於清洗製程涉及旋轉工作件200，在清洗製程期間與之後，由於其他與水相比具有較低沸點的溶劑自工作件200脫離，水的含量可能增加(例如從約5%增加至更高的百分比)。
清洗溶液216可包含水及一或多個有機溶劑。一些實施例中，清洗溶液216包含極性溶劑，例如二醇(diol)、二酸(diacid)及/或二胺(diamine)。極性溶劑的分子也可與聚合物分子310進行交互作用，例如藉由偶極-偶極交互作用或氫鍵。偶極溶劑可能不像水一樣與聚合物分子310有強烈的交互作用，但偶極溶劑與負型顯影劑210具有良好的混合能力。因此，適當含量的偶極溶劑可幫助達到最佳的清洗結果。一些實施例中，偶極溶劑占清洗溶液216的約5%至約70%之間，前述之下限係確保與負型顯影劑210的混合能力，而前述之上限係由清洗溶液216中的水含量決定(例如若清洗溶液216具有約30%的水，它就不能含有超過約70%的偶極溶劑)。在一實施例中，由於二胺與水和以有機為基底的負型顯影劑210皆能進行良好的混合，且二胺能與曝光部分206a形成強的氫鍵，可使用二胺作為偶極溶劑。
一些實施例中，清洗溶液216包含低表面張力的溶劑，其表面張力低於預定的臨界值(例如對空氣約為35達因/公分(dyn/cm))。由於水具有高的表面張力(對空氣約為72-73達因/公分(dyn/cm))，若清洗溶液216僅包含水，其可能不具有足夠的濕潤性(wettability)以達到圖案化的光阻層206’之某些表面區域(例如靠近具有奇特之角度的底部角落)。低表面張力的溶劑使清洗溶液216的整體表面張力降低，因此幫助清洗溶液216在圖案化的光阻層206’的整體表面上提供良好的「覆蓋性」。一些實施例中，低表面張力的溶劑包含二甘醇(diethylene glycol)(具有約為30 dyn/cm的表面張力)、或二胺(diamine)(有些具有約31 dyn/cm的表面張力)、或其他合適的溶劑、或者前述之組合。一些實施例中，偶極溶劑和低表面張力的溶劑為相同的溶劑(例如二胺)。低表面張力的溶劑可能會或可能不會形成氫鍵。
一些實施例中，低表面張力的溶劑占清洗溶液216的約10%至約70%之間，前述之下限係確保濕潤性，而前述之上限係由清洗溶液216中的水含量決定(例如若清洗溶液216具有約30%的水，它就不能含有超過約70%的低表面張力的溶劑)。一些實施例中，雖然低表面張力的溶劑其本身可有低至約25%的表面張力，它的體積是受限的，以使清洗溶液216的整體表面張力(在成分混合後)約為35 dyn/cm或更高。維持清洗溶液216的整體表面張力幫助減少或避免上述的軟化問題。一些實施例中，清洗溶液216的整體表面張力高於負型顯影劑210的表面張力(低於約35 dyn/cm)。
一些實施例中，清洗溶液216包含交聯劑，交聯劑為能與圖案化的光阻層206’的聚合物分子310交聯的溶質。交聯劑為有機材料，例如二胺或碳二亞胺(carbodiimide)，其可與聚合物分子310的官能基形成共價鍵。舉例而言，交聯劑可具有兩個極性官能基，與兩個聚合物分子310的兩個COOH基團共價結合。前述之交聯可幫助硬化圖案化的光阻層206’。一些實施例中，交聯劑占清洗溶液216的約0.01%至約15%之間，前述之下限係確保與圖案化的光阻層206’之間產生足夠的交聯，而前述之上限係由清洗溶液216中的交聯劑溶解度決定(例如若清洗溶液216具有約30%的水，且水不能溶解多於約50%的交聯劑，交聯劑的含量就限制在約15%)。
如上所述，在此仔細地描述清洗溶液216中的各種成分(包含溶劑和溶質)，例如水、偶極溶劑、低表面張力的溶劑及/或交聯劑，以達到最佳的效果(在維持圖案化的光阻層206’的結構整合度的同時有效地清洗)。這些成分的類型及其相對的含量可以組合的方式進行選擇。一些實施例中，清洗溶液216包含約20%的水、10%-20%的偶極溶劑、60%-70%的低表面張力的溶劑，而剩餘的部分為交聯劑。在一實施例中，清洗溶液216包含約20%的水、約15%的偶極溶劑、約64%的低表面張力的溶劑，以及約1%的交聯劑。如以下進一步描述的，也可調整清洗條件(例如持續時間、溫度和旋轉速度)以達到最佳的效果。
在清洗製程之後，一些實施例中，實施顯影後烘烤(post-development baking，PDB)製程，舉例而言，以進一步增加圖案化的光阻層206’的結構穩定性。可在半導體製程中的烤爐設備內的腔室(例如加熱板)中實施顯影後烘烤製程。
現在參考第2F圖，使用圖案化的光阻層206’作為遮罩，對工作件200實施額外的製程(例如對應方法100的方框112)。舉例而言，在圖案化的光阻層206’的(多個)開口內施加製程，同時，圖案化的光阻層206’ 覆蓋工作件200的其他部分以保護其他部分不受製程的影響。一些實施例中，製程使用圖案化的光阻層206’作為蝕刻遮罩以蝕刻材料層204。因此自圖案化的光阻層206’將圖案轉移至材料層204，藉此形成具有圖案204a之圖案化的材料層204’。蝕刻製程可包含乾式蝕刻製程、濕式蝕刻製程、其他合適的蝕刻製程或前述之組合。或者，製程可包含使用圖案化的光阻層206’作為植入遮罩對材料層204進行植入製程，藉此在材料層204內形成各種摻雜部件(區域)。隨後，如第2E圖所示，自工作件200移除圖案化的光阻層206’，留下設置在基底202上的圖案化的材料層204’。除了將材料層204圖案化以外，本發明的實施例也預計包含實施沉積製程以將材料填入圖案化的光阻層206’的開口212內，藉此在材料層204上形成積體電路部件(例如導電材料線)的實施例。
一些實施例中，在顯影和清洗系統中對工作件200施加負型顯影劑210和清洗溶液216。第4圖為顯影和清洗系統300的簡化區塊圖，顯影和清洗系統300可根據本發明之實施例的各個方面用以對光阻層206實施顯影及清洗光阻層206。顯影和清洗系統300包含晶圓平台352，晶圓平台352具有工作件(例如工作件200)藉由真空機構、靜電夾盤(e-chucking)或其他合適的機構固定於晶圓平台352上。運動機構354與晶圓平台352整合以驅動晶圓平台352，使得晶圓平台352在顯影製程期間旋轉工作件200。一些實施例中，運動機構354包含根據製程階段驅動晶圓平台352以各種速度轉動的馬達，例如在顯影製程期間為第一速度，而在清洗製程期間為第二速度。一些實施例中，運動機構354包含設置以沿著垂直方向及/或水平方向移動晶圓平台352的升高系統，使得在顯影和清洗系統300中可將工作件200置放在不同的高度。噴嘴356傳送顯影劑(例如負型顯影劑210)給工作件200。一些實施例中，當晶圓平台352轉動工作件200時，噴嘴356分配負型顯影劑210。負型顯影劑210可儲存於容器358中，然後藉由傳送系統(例如泵、壓縮氣體或其他設置經由一或多個管線以傳送顯影劑至噴嘴356的機構)傳送至噴嘴356。如上所述，負型顯影劑210包含一或多個有機溶劑。一些實施例中，有機溶劑係預先混合並儲存於容器358中。或者，當對工作件200施加負型顯影劑210時，有機溶劑係儲存在分開的容器內並藉由傳送系統混合。在將負型顯影劑210從工作件200脫離之後，排放出口370引導負型顯影劑210自顯影和清洗系統300排出，例如朝著廢料處理系統的方向。
一些實施例中，顯影和清洗系統300在旋轉塗布製程中施加負型顯影劑210，舉例而言，藉由在旋轉工作件200時，在光阻層206上噴灑負型顯影劑210。一些實施例中，在工作件200上持續地噴灑負型顯影劑210。或者，一些實施例中，藉由其他方式施加負型顯影劑210，例如攪濁(puddle)製程。一些實施例中，在積體電路製造流程中，顯影和清洗系統300為群組設備(cluster tool)的一部分。舉例而言，在微影系統中對光阻層206曝光之後，將工作件200轉移至顯影和清洗系統300。
接續顯影製程，另一個噴嘴366傳送清洗溶液(例如清洗溶液216)至工作件200。一些實施例中，噴嘴366以相似於負型顯影劑210的分配方式在圖案化的光阻層206’上分配清洗溶液216。清洗溶液216可儲存在容器368中，然後藉由傳送系統(例如泵、壓縮氣體或其他設置經由一或多個管線以傳送顯影劑至噴嘴366的機構)傳送至噴嘴366。如上所述，清洗溶液216包含水和一或多個有機溶劑。一些實施例中，清洗溶液216的成分係預先混合並儲存於容器368中。一些實施例中，顯影和清洗系統300在清洗溶液216的各種成分之間控制混合比值。
在將清洗溶液216從工作件200脫離之後，排放出口370引導清洗溶液216自顯影和清洗系統300排出，例如朝著廢料處理系統的方向。需注意的是，負型顯影劑210(不含水的有機溶液)和清洗溶液216(含水)可經由相同的排放出口370引導離開顯影和清洗系統300。換言之，有機溶液和以水為基底的溶液可傳送至相同的廢料處理系統。這與現存的顯影和清洗系統不同，現存的顯影和清洗系統係將有機溶液和以水為基底的溶液傳送至分別的廢料處理系統，且由分別的廢料處理系統進行處理。
需注意的是，根據實施的微影製程技術，顯影和清洗系統300可包含額外的部件。第4圖被簡化以清楚描述。可在顯影和清洗系統300中加入額外的部件，且在其他顯影和清洗系統300的實施例中可取代或刪除上述的一些部件。
本發明的實施例提供各種光阻層清洗溶液及相應的微影技術，以改善圖案化的光阻層的結構整合度。示範的微影方法包含在工作件上形成光阻層，將光阻層對輻射進行曝光，使用顯影劑對曝光的光阻層進行顯影，以移除曝光的光阻層的未曝光部分，藉此形成圖案化的光阻層，以及使用清洗溶液以清洗圖案化的光阻層。顯影劑為有機溶液，且清洗溶液包含水。在一實施例中，在清洗圖案化的光阻層的期間，水滲入圖案化的光阻層使得水分子與圖案化的光阻層的極性官能基之間形成氫鍵。在一實施例中，水占清洗溶液的比值在約5%至約30%之間。在一實施例中，清洗溶液更包含偶極溶劑，偶極溶劑占清洗溶液的比值在約5%至約70%之間。在一實施例中，清洗溶液包含溶劑，溶劑具有低於約35 dyn/cm的表面張力。在一實施例中，具有低於約35 dyn/cm的表面張力的溶劑占清洗溶液的比值在約10%至約70%之間。在一實施例中，清洗溶液具有高於約35 dyn/cm的整體表面張力。在一實施例中，清洗溶液包含交聯劑。在一實施例中，交聯劑占清洗溶液的比值在約0.01%至約15%之間。在一實施例中，顯影劑的有機溶液包含乙酸正丁酯但不包含水，其中清洗溶液包含在約5%到約30%之間的水，約10%到約20%之間的偶極溶劑，以及在約0.01%到約15%之間的交聯劑。
在另一個範例的方面，本發明的實施例提供製造積體電路的方法。方法包含在工作件上形成光阻層，將光阻層對圖案化的輻射進行曝光，在負型顯影劑中移除光阻層的未曝光部分，藉此形成圖案化的光阻層，其中負型顯影劑包含有機溶劑，以及在清洗溶液中對圖案化的光阻層進行清洗，其中清洗溶液的整體表面張力高於有機溶劑的表面張力。在一實施例中，清洗溶液的整體表面張力對空氣至少為約35 dyn/cm，且其中有機溶劑的該表面張力對空氣小於約35 dyn/cm。在一實施例中，清洗溶液具有整體極性高於圖案化的光阻層的極性和有機溶劑的極性。在一實施例中，清洗溶液包含約5%至約30%之間的水，以及約5%至約70%的極性溶劑。在一實施例中，清洗溶液更包含0.01%與15%之間的交聯劑。在一實施例中，清洗溶液更包含溶劑，溶劑具有低於約35 dyn/cm的表面張力。在一實施例中，方法更包含在將光阻層曝光之後，以及在移除光阻層的未曝光部分之前，對光阻層實施烘烤製程，以及在清洗溶液中對圖案化的光阻層進行清洗之後，使用圖案化的光阻層作為遮罩對工作件進行處理。
在又一個範例的方面，本發明的實施例提供在負型顯影之後清洗圖案化的光阻層的清洗溶液。清洗溶液包含水，偶極溶劑以及交聯劑。在一實施例中，水占清洗溶液的比值在約5%至約30%之間，偶極溶劑占清洗溶液的比值在約5%至約70%之間，且交聯劑占清洗溶液的比值在約0.01%至約15%之間。在一實施例中，清洗溶液更包含溶劑，溶劑具有低於約35 dyn/cm的表面張力。
以上概述數個實施例或範例之特徵，以便在本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本發明實施例的觀點。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者應該理解，他們能以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例或範例相同之目的及/或優勢。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解到，此類等效的結構並無悖離本發明實施例的精神與範圍，且他們能在不違背本發明實施例之精神和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。
100:方法 102、104、106、108、110、112:方框 200:工作件 202:基底 204:材料層 204’:圖案化的材料層 204a:圖案 206:光阻層 206’:圖案化的光阻層 206a:曝光部分 206b:未曝光部分 208:圖案化的輻射 210:負型顯影劑 212:開口 216:清洗溶液 300:顯影和清洗系統 310:聚合物分子 320:氫鍵 352:晶圓平台 354:運動機構 356、366:噴嘴 358、368:容器 370:排放出口 P1、P2:極性官能基
藉由以下的詳述配合所附圖式，我們能更加理解本發明實施例的內容。需注意的是，根據產業上的標準做法，許多部件(feature)並未按照比例繪製。事實上，為了能清楚地討論，這些部件的尺寸可能被任意地增加或減少。 第1圖是根據本發明的各個方面，顯示處理工作件之微影方法的流程圖。 第2A、2B、2C、2D、2E和2F圖是根據本發明的各個方面，顯示工作件在各個製程階段之部分的剖面圖。 第3圖是根據本發明的各個方面，顯示圖案化的光阻層的曝光部分中某些分子的簡化示意圖。 第4圖是根據本發明的各個方面，顯示顯影和清洗系統的簡化區塊圖。
206a:曝光部分
310:聚合物分子
320:氫鍵
P1、P2:極性官能基

Claims (20)

  1. 一種微影的方法，包括： 在一工作件上形成一光阻層； 將該光阻層對輻射進行曝光； 使用一顯影劑對曝光的該光阻層進行顯影，以移除曝光的該光阻層的一未曝光部分，藉此形成一圖案化的光阻層；以及 使用一清洗溶液以清洗該圖案化的光阻層，其中該顯影劑為一有機溶液，且其中該清洗溶液包含水。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微影的方法，其中在清洗該圖案化的光阻層的期間，水滲入該圖案化的光阻層使得水分子與該圖案化的光阻層的極性官能基之間形成氫鍵。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微影的方法，其中水占該清洗溶液的比值在約5%至約30%之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之微影的方法，其中該清洗溶液更包含一偶極溶劑，該偶極溶劑占該清洗溶液的比值在約5%至約70%之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之微影的方法，其中該清洗溶液包含一溶劑，該溶劑具有低於約35達因/公分(dyn/cm)的表面張力。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之微影的方法，其中具有低於約35達因/公分(dyn/cm)的表面張力的該溶劑占該清洗溶液的比值在約10%至約70%之間。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之微影的方法，其中該清洗溶液具有高於約35達因/公分(dyn/cm)的整體表面張力。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之微影的方法，其中該清洗溶液包含一交聯劑。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之微影的方法，其中該交聯劑占該清洗溶液的比值在約0.01%至約15%之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之微影的方法，其中該顯影劑的該有機溶液包含乙酸正丁酯但不包含水，其中該清洗溶液包含在約5%到約30%之間的水，約10%到約20%之間的偶極溶劑，以及在約0.01%到約15%之間的交聯劑。
  11. 一種積體電路的製造方法，包括： 在一工作件上形成一光阻層； 將該光阻層對圖案化的輻射進行曝光； 在一負型顯影劑中移除該光阻層的一未曝光部分，藉此形成一圖案化的光阻層，其中該負型顯影劑包含一有機溶劑；以及 在一清洗溶液中對該圖案化的光阻層進行清洗，其中該清洗溶液的一整體表面張力高於該有機溶劑的一表面張力。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之積體電路的製造方法，其中該清洗溶液的該整體表面張力對空氣至少為約35達因/公分(dyn/cm)，且其中該有機溶劑的該表面張力對空氣小於約35達因/公分(dyn/cm)。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之積體電路的製造方法，其中該清洗溶液具有一整體極性高於該圖案化的光阻層的極性和該有機溶劑的極性。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之積體電路的製造方法，其中該清洗溶液包含約5%至約30%之間的水，以及約5%至約70%的極性溶劑。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之積體電路的製造方法，其中該清洗溶液更包含0.01%與15%之間的交聯劑。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之積體電路的製造方法，其中該清洗溶液更包含一溶劑，該溶劑具有低於約35達因/公分(dyn/cm)的表面張力。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之積體電路的製造方法，更包括： 在將該光阻層曝光之後，以及在移除該光阻層的該未曝光部分之前，對該光阻層實施烘烤製程；以及 在該清洗溶液中對該圖案化的光阻層進行清洗之後，使用該圖案化的光阻層作為遮罩對該工作件進行處理。
  18. 一種在負型顯影之後清洗一圖案化的光阻層的清洗溶液，該清洗溶液包括： 水； 一偶極溶劑；以及 一交聯劑。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之清洗溶液，其中水占該清洗溶液的比值在約5%至約30%之間，其中該偶極溶劑占該清洗溶液的比值在約5%至約70%之間，且其中該交聯劑占該清洗溶液的比值在約0.01%至約15%之間。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之清洗溶液，其中該清洗溶液更包含一溶劑，該溶劑具有低於約35達因/公分(dyn/cm)的表面張力。
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