TW202115509A - 增強含金屬光阻之微影效能的烘烤策略 - Google Patents

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凱蒂 林恩 納迪
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Abstract

本文中的各種實施例係關於在反應性氣體物種的存在下，將位於半導體基板上的含金屬進行烘烤的方法、設備、及系統。舉例來說，該方法可包括將該基板接收於一處理腔室中，該基板包括位於上方的一光阻層，其中該光阻層包括一含金屬光阻材料；將一反應性氣體物種從一氣體來源流動、通過一氣體輸送管線、並進入該處理腔室中，以及將該基板暴露至該處理腔室中的該反應性氣體物種；以及當將該基板暴露至該反應性氣體物種時，對該光阻層進行烘烤。

Description

增強含金屬光阻之微影效能的烘烤策略
本揭露總體上係關於半導體處理的領域。在特定的態樣中，本揭露係指向用於在微影圖案化及膜顯影的背景下處理光阻以形成圖案化遮罩的處理及設備。
隨著半導體加工持續發展，特徵部尺寸係持續縮小並需要新的處理方法。正在發展的一個領域為圖案化的方面，例如係使用經暴露至輻射而予以圖案化的光阻材料。
此處所提供之先前技術描述係為了一般性呈現本揭露之背景的目的。本案列名發明人的工作成果、至此先前技術段落的所述範圍、以及申請時可能不適格作為先前技術的實施態樣，均不明示或暗示承認為對抗本揭露內容的先前技術。
本文中的各種實施例係關於將位於基板上的光阻層進行烘烤的方法、設備、及系統。在所揭露實施例的一態樣中，係提供將位於基板上的光阻層進行烘烤的方法，該方法包括：將該基板接收於一處理腔室中，該基板包括位於上方的該光阻層，其中該光阻層包括一含金屬光阻材料；將一反應性氣體物種從一氣體來源流動、通過一氣體輸送管線、並進入該處理腔室中，以及將該基板暴露至該處理腔室中的該反應性氣體物種；以及當將該基板暴露至該反應性氣體物種時，對該光阻層進行烘烤。
在各種實施例中，該光阻層包括極紫外（EUV）光阻材料。在一些實施例中，該反應性氣體物種包括一氣體，該氣體係選自由：水、氫、氧、臭氧、過氧化氫、一氧化碳、二氧化碳、氨、一氧化二氮、一氧化氮、醇、乙醯丙酮、甲酸、草醯氯、吡啶、羧酸、胺、及其組合所構成的群組。在一些情況下，該反應性氣體物種可包括水。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括氫。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括氧。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括臭氧。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括過氧化氫。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括一氧化碳。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括二氧化碳。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括氨。在一些這樣的情況下，對該光阻進行烘烤係發生在已將該光阻暴露至EUV輻射以對該光阻圖案化之後，且其中係滿足下列條件的其中一者：（i）當對該光阻進行烘烤時，該處理腔室係維持在大氣壓力下，且該氨係提供在介於約0.001-5%（以體積計）之間的濃度，或者（ii）當對該光阻進行烘烤時，該處理腔室係維持在次大氣壓力下，且該氨係提供在介於約1-100毫托之間的分壓。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括一氧化二氮、及/或一氧化氮。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括醇。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括乙醯丙酮。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括甲酸。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括草醯氯。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括羧酸。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可包括胺。在某些情況下，示例性的胺可包括甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、及/或三乙胺。在各種實施例中，該反應性氣體物種可為氧化性的。在這些或其他情況下，該反應性氣體物種可為極性的。
在某些實行例中，將該基板暴露至該反應性氣體物種可促進該光阻層內的交聯。在這些或其他實施例中，將該基板暴露至該反應性氣體物種可促進移除該光阻層中的低分子量物種。舉例來說，該低分子量物種每分子可包括0、1、或2個金屬原子。在一些實施例中，將該基板暴露至該反應性氣體物種可將該光阻層中的金屬氫化物物種氧化成金屬氫氧化物物種。
在某些實行例中，該方法可更包括當對該光阻層進行烘烤時，施加真空至該處理腔室。在這些或其他實施例中，該方法可更包括當對該光阻層進行烘烤時，控制該處理腔室中的水濃度使其保持在一目標水濃度範圍內。類似地，該方法可包括當對該光阻層進行烘烤時，控制該處理腔室中的氧濃度使其保持在一目標氧濃度範圍內。在一些實施例中，當對該光阻層進行烘烤時，可將該處理腔室維持在等於、或低於大氣壓力。舉例來說，在一些情況下，當對該光阻層進行烘烤時，可將該處理腔室維持在低於大氣壓力。
當對該光阻層進行烘烤時，可對基板設置於上的支撐件進行溫度控制。舉例來說，在一些實施例中，該方法可更包括當對該光阻層進行烘烤時，提高一基板支撐件的溫度，其中該基板係設置在該基板支撐件上。在這些或其他實施例中，該方法可更包括當對該光阻層進行烘烤時，降低一基板支撐件的溫度，其中該基板係設置在該基板支撐件上。在一些情況下，該方法可包括控制該反應性物種進入該處理腔室的流動，以達成目標的交聯程度。可提供各種不同類型的熱。在一些實施例中，對該光阻層進行烘烤包括在一加熱板上對該基板加熱。在一些實施例中，對該光阻層進行烘烤包括將該基板暴露至紅外輻射、及/或紫外輻射。在一些實施例中，對該光阻層進行烘烤可包括從上方對該基板加熱。在這些或其他實施例中，對該光阻層進行烘烤可包括從下方對該基板加熱。
本文所述的方法可用於不同的應用。在一些情況下，係已將該光阻層施加至該基板但尚未進行圖案化，而該烘烤為施加後烘烤（PAB）。在其他情況下，係已將該光阻層施加至該基板並藉由部分暴露至EUV輻射而進行圖案化，以產生該光阻層的暴露及未暴露部分，而該烘烤為暴露後烘烤（PEB）。在這些或其他實施例中，該反應性氣體物種可包括極性且氧化性的分子。舉例來說，該反應性氣體物種可包括過氧化氫。
在所揭露實施例的另一態樣中，係提供一種用於烘烤基板上之光阻層的設備，該設備包括：一處理腔室；一入口，用於將一反應性氣體物種導引至該處理腔室；一出口，用於將材料從該處理腔室移除；一基板支撐件，位於該處理腔室內；一加熱器，配置以藉由傳導、對流、及/或輻射而加熱該基板；以及一控制器，具有至少一處理器，其中該至少一處理器係配置以控制該設備，以進行本文中請求保護、或以其他方式所描述的任何一種方法。
這些及其他態樣係參照圖式而進一步描述於下。
在本文中係詳細地參照本揭露的特定實施例。這些特定實施例的示例係繪示在隨附圖式中。雖然將結合這些特定實施例來描述本揭露，但將能理解的是，這並非意旨於將本揭露限制在這些特定實施例。相反地，其係意旨於涵蓋在本揭露之精神及範圍內所可包括的變更、修正、及均等物。在下列敘述中，許多具體細節係闡述以提供對本揭露的透徹理解。本揭露可在不具有一些或所有這些具體細節的情況下實施。在其他情況下，並未詳細描述習知的處理操作以免不必要地模糊本揭露。
半導體處理中的薄膜圖案化經常是半導體加工中的重要步驟。圖案化係涉及微影術。在習知的光微影術中（例如，193 nm光微影術），圖案係被印在光敏感的光阻膜上，藉由在光罩所界定的選擇區域中將光阻暴露至光子，從而在光阻中引起化學反應並產生在顯影步驟中可起到重要效果的化學對比（chemical contrast）以移除光阻的某些部分而形成圖案。接著，經圖案化及顯影的光阻膜可使用作為蝕刻遮罩以將該圖案轉移至由金屬、氧化物等所構成的下伏膜中。
包括22 nm、16 nm、及更低節點的先進技術節點（如國際半導體技術發展藍圖所定義）需要持續改善微影解析度。舉例來說，在16 nm節點中，位於鑲嵌結構中的通孔或線路之寬度通常不大於約30 nm ，這對於單純的193 nm光微影術係不可能的，否則就要涉及複雜的多重圖案化方案。
比起習知的光微影方法所能達成者，極紫外（EUV）微影術可藉由移動至較小的成像來源波長來擴展微影技術。可將約位於10-20 nm、或11-14 nm波長（例如， 13.5 nm波長）的EUV光源使用於前緣微影工具，亦稱為掃描器。EUV的輻射係會被各種固體及流體材料（包括石英、及水蒸氣）、以及環境壓力氣體所強烈吸收，因此EUV掃描器係在真空中操作。
EUV微影術係使用可被EUV光所圖案化的EUV光阻，以形成在蝕刻下伏層中所用的遮罩。EUV光阻可為透過基於液體之旋塗技術所製造的基於聚合物之化學放大光阻（chemically amplified resist, CAR）。CAR的替代品係可直接光圖案化的基於金屬氧化物的EUV光阻（PR）膜。這種PR膜可藉由（濕式）旋塗技術所製造，例如可取得自Inpria, Corvallis, OR、以及例如在美國專利公開號US 2017/0102612、及US 2016/0116839中描述的那些，至少它們對可光圖案化之含金屬氧化物膜的揭露係以參照的方式併入本文中；或是在2019年5月9日所提申且標題為「METHODS FOR MAKING EUV PATTERNABLE HARD MASKS」的申請案第PCT/US19/31618號中所描述的乾式氣相沉積，其至少關於可直接光圖案化之金屬氧化物膜的組成與圖案化，以形成EUV光阻遮罩的揭露係以參照的方式併入本文中。這些可直接光圖案化的EUV光阻可構成由、或包含高EUV吸收率的金屬、以及它們的有機金屬氧化物/氫氧化物與其他衍生物。在EUV暴露之後，EUV光子及所產生的二次電子可誘發化學反應，例如在基於SnOx光阻（及基於其他金屬氧化物的光阻）中的β-氫消除反應，並提供化學功能性以促進光阻膜中的交聯及其他變化。這些化學變化可接著在顯影步驟中起到重要效果，以選擇性地移除光阻膜的暴露、或未暴露區域，而形成轉移圖案所用的蝕刻遮罩。
還應理解的是，雖然本揭露係關於以EUV微影術作為示例的微影圖案化技術及材料，然而其亦可應用於其他的次世代微影技術。除了在當前使用及發展中包括標準13.5 nm 之EUV波長的EUV之外，與這種微影術最相關的輻射來源為DUV（深UV），其一般是指使用248 nm或193 nm的準分子雷射來源；X光，其形式上在X光範圍的較低能量範圍處包括EUV；以及電子束，其可涵蓋廣泛的能量範圍。這些特定方法可取決於在半導體基板及最終半導體裝置中所使用的特定材料及應用。因此，在本申請案中所描述的方法僅為可在本技術中所使用的示例性方法及材料。
光微影處理通常涉及一或更多烘烤步驟，以在光阻的暴露與未暴露區域之間促進產生化學對比所需的化學反應。對於大量生產（high volume manufacturing, HVM），這種烘烤步驟通常係在軌道上執行，其中係在環境空氣（或是，在一些情況下為N2 氣流）下，將晶圓在加熱板上以預設的溫度進行烘烤。在這些烘烤步驟期間，較謹慎地控制烘烤環境、以及導入環境中附加的反應性氣體成分可有助於進一步減低劑量需求、及/或改善圖案的逼真度（fidelity）。
本揭露描述一種新式的烘烤策略，該烘烤策略涉及謹慎地控制烘烤環境、反應性氣體的導入、以及在一些情況下謹慎地控制烘烤溫度的升降速率（ramping rate）。對於基於金屬氧化物的EUV光阻（PR），這種策略可為特別實用的。實用反應性氣體的示例包括水、氫、氧、臭氧、過氧化氫、一氧化碳、二氧化碳、氨、一氧化二氮、一氧化氮、甲胺、二甲胺、醇、乙醯丙酮、甲酸、草醯氯、羧酸、其他的胺、任何這些材料的取代形式等。該反應性氣體係以氣體形式加以提供，並可在輸送至反應腔室之前將其汽化。各種示例性氣體係進一步敘述於下。
儘管本揭露並不受限於任何特定的理論、或是操作機制，但應當理解，這些反應性氣體分子可經由氧化、配位、或酸/鹼化學以潛在地加快位於EUV暴露區域（在此示例中，係留存以在圖案化膜的顯影後形成遮罩的區域）中的基於金屬氧化物之EUV光阻的交聯行為，而有限地影響未暴露區域中的交聯。替代性地或附加地，在一些情況下，所述反應性氣體分子可促進將揮發性物種從基於金屬氧化物之EUV光阻移除，從而進一步提高光阻的穩定性。
圖1係根據各種實施例所呈現的流程圖。在操作101處，在基板上沉積光阻。該光阻沉積於上的基板通常包括下伏材料，所述下伏材料最終將會在對光阻進行圖案化/顯影之後被蝕刻。在各種實施例中，光阻沉積於上的基板可具有非晶形碳、旋塗碳（SoC）、旋塗玻璃（SoG）、矽氧化物、矽氮化物、矽氮氧化物、矽碳化物、矽碳氧化物等的暴露層。在許多情況下，該暴露層為可灰化硬遮罩（ashable hardmask, AHM）。在操作101中所沉積的光阻為基於金屬氧化物的EUV光阻。所述沉積可藉由濕式旋塗技術、或乾式基於氣相技術（例如，化學氣相沉積（CVD）、及/或原子層沉積（ALD）），這兩種技術可由熱能、電漿能量、或兩者所驅動。接著，在操作103處，將該基板暴露至第一烘烤步驟中的熱，該第一烘烤步驟經常被稱作施加後烘烤（post-application bake, PAB）。在操作105處，將該基板暴露至EUV輻射以將光阻圖案化，從而形成該光阻的暴露區域及未暴露區域。接著，在操作107處，將該基板暴露至第二烘烤步驟中的熱，該第二烘烤步驟經常被稱作暴露後烘烤（post- exposure bake, PEB）。接著，在操作109處，將該光阻顯影以選擇性地移除該未暴露區域。在本文的各種實施例中，在操作103的PAB期間、及/或操作107的PEB期間可將基板所暴露至的大氣進行控制。舉例來說，在這些步驟期間可將基板暴露至一或更多反應性氣體。各烘烤步驟係進一步敘述於下。 1. 施加後烘烤（PAB）
施加後烘烤係執行在將光阻沉積於基板上之後、且在將光阻暴露至圖案化所用的EUV輻射之前。請參見圖1的操作103。PAB可執行以驅除過量的溶劑（例如，在透過旋塗方法沉積光阻的情況下）、驅除其他低分子量或其他揮發性物種、以及促進光阻內的期望交聯程度。這些特徵係操作以提高光阻的穩定性。舉例來說，透過將在光阻內未接合、或是僅鬆弛接合的低分子量或其他揮發性物種驅除，可使含金屬分子的釋氣（outgassing）減低至可接受的量（例如，＜1E10 分子/（cm2 *月））。移除這些材料係有利的，原因在於它們可能會以其他方式汙染下游的處理、設備、及基板。在PAB期間所達成的交聯同樣地會提高光阻的穩定性；然而，過多的交聯可能會導致線寬的粗糙度提高。因此，在PAB期間可將交聯控制在期望的程度。
在本文的各種實施例中，在PAB期間可將基板暴露至反應性氣體。該反應性氣體可促進低分子量或其他揮發性物種的移除。在各種實施例中，在PAB期間被移除的低分子量物種可具有0個金屬原子、1個金屬原子、或2個金屬原子。在一些情況下，所移除的低分子量物種可包括雙金屬物種。具有三或更多金屬原子的分子通常具有相對較高的分子量且相對較不具揮發性，並且在PAB期間可能實質留存在光阻中。除了移除低分子量的物種之外，該反應性氣體可促進光阻內的期望交聯程度。由於這些特徵的效果，在PAB期間使用反應性氣體可助於穩定光阻。
示例性的處理設備及反應性氣體係提供於下。在各種實施例中，在PAB期間可將基板暴露至這些反應性氣體中的任何一或更多者。在特定示例中，在PAB期間可將基板暴露至處理大氣且伴隨著惰性氣體，該處理大氣具有受控的氧氣及/或濕氣（例如，水蒸氣）含量。在一些實施例中，可使用合適的氣體感測器及回饋機制，以確保將該處理大氣的組成控制在期望範圍內。
在各種實施例中，在PAB期間可將一或更多處理條件控制如下。可將基板加熱至介於約100-170°C的高溫，在一些情況下例如係介於約100-130°C。可將壓力維持在介於約0.1-760 Torr，在一些情況下例如係介於約0.1-1 Torr。可將基板暴露至該高溫介於約1-10分鐘的持續時間，例如介於約2-5分鐘。可將惰性氣體以介於約10-10,000 sccm的速率流入處理腔室中。在特定示例中，在PAB期間可控制處理腔室內的氧（例如，O2 ）濃度。在這些或其他實施例中，在PAB期間可控制水（例如，H2 O蒸氣）的濃度。
在一些實施例中，可省略PAB。在透過乾式基於氣相技術而並非濕式旋塗技術以沉積光阻的情況下，PAB可能是不需要的，例如因為不存在將用以沉積光阻的過量溶劑移除的需求。然而，即便係透過乾式基於氣相技術以沉積光阻的情況，執行PAB可有利於促進期望的交聯程度、與移除低分子量或其他揮發性物種，其中與利用濕式旋塗沉積技術相比，低分子量或其他揮發性物種對於乾式基於氣相沉積技術可能是較大的疑慮。在一些實施例中，PAB可為習知的PAB。換言之，可在不將基板暴露至反應性氣體物種的情況、及/或在非受控的大氣下進行PAB。在這種實施例中，可在暴露後烘烤期間將基板暴露至反應性氣體物種，如進一步敘述於下。 2. 暴露後烘烤（PEB）
暴露後烘烤係執行在將光阻暴露至圖案化所用的EUV輻射之後、且在將光阻進行顯影以移除光阻的未暴露部分之前。請參見圖1的操作107。PEB可為了數種目的而執行，例如：1）用以驅使將在EUV暴露期間所產生的有機片段完全蒸發；2）用以將金屬氫化物物種（在EUV暴露期間來自β-氫消除反應的其他產物）氧化成金屬氫氧化物；以及3）用以促進鄰近OH基之間的交聯，並形成交聯的金屬氧化物網狀結構。
烘烤溫度係謹慎地選擇以達成最佳的EUV微影效能。過低的PEB溫度將導致有機片段的不完全移除、以及不充足的交聯、並因此在給定的劑量下具有較少顯影所用的化學對比。過高的PEB溫度亦將具有不利的影響，包括在未暴露區域（在此示例中，為了形成遮罩，此區域會由於圖案化膜的顯影而移除）中的劇烈氧化與膜收縮、以及在PR與下方層（underlayer, UL；通常為旋塗碳材料）之間的介面處的非期望交互擴散（interdiffusion），這兩者均會導致化學對比的減損、以及缺陷密度的增加（由於不可溶的浮渣）。將烘烤溫度及烘烤時間作為唯一的調節項（knob）往往使可調性（tunability）及製程裕度（process window）十分受限。
如本文所述，在PEB處理期間謹慎地控制烘烤環境、及反應性氣體物種的導入，提供了附加的化學調節項以對交聯處理進行微調。舉例來說，由於烷基的減少與氫化物/氫氧化物成份的形成而使得該暴露區域傾向比未暴露區域更具極性，因此在烘烤步驟期間存在像是H2 O2 的極性、氧化性分子可促進暴露區域中金屬氫化物的氧化。其他氣體，例如在反應性氣體章節中所描述於下的那些，還可經由氧化、酸/鹼化學、配位化學、及其組合來改變氫化物氧化、與氫氧化物交聯反應的動力學。所述反應性氣體可提供在受控的大氣中，例如使用下方烘烤設備章節中所述的任何設備。所述反應性氣體可伴隨像是N2 、Ar、He、Ne、Kr、Xe等的非反應性氣體而提供。在一些情況下，在PEB期間可在該大氣中提供空氣、或是乾淨的乾空氣。
用以在基於金屬氧化物的EUV光阻材料中調整交聯行為之動力學的能力提供較廣的製程裕度，該較廣的製程裕度透過使交互擴散及其他相關的缺陷形成機制最小化，以允許微影效能的進一步最佳化。舉例來說，若反應性氣體可有效率地減低烘烤溫度的需求，則可減緩PR/UL介面處的交互擴散疑慮，而將會有益於減少缺陷。
在某些實施例中，在PEB期間可將一或更多處理條件控制如下。可將基板加熱至介於約100-250°C的高溫，在一些情況下例如係介於約120-200°C。可將壓力維持在介於約0.1-760 Torr，在一些情況下例如係介於約0.1-1 Torr。可將基板暴露至該高溫介於約1-10分鐘的持續時間，例如介於約2-5分鐘。可將惰性氣體以介於約10-10,000 sccm的速率流入處理腔室中。在特定示例中，在PEB期間可控制處理腔室內的氧（例如，O2 ）濃度。在這些或其他實施例中，在PEB期間可控制水（例如，H2 O蒸氣）的濃度。
在特定實施例中，在PEB期間可將基板暴露至氨。在一些情況下，氨可為在PEB期間唯一存在的反應性氣體，然而在其他情況下，可伴隨著氨提供一或更多附加反應性氣體。在一些實施例中，在大氣壓力下、或當處理腔室處於真空時係介於約1-100毫托的分壓下（在一些情況下係介於1-10毫托），可將氨提供在介於約0.001-5.0%（以體積計）之間的濃度，在一些情況下係介於約0.001-0.5%（以體積計）之間。PEB的持續時間（及/或在PEB期間將基板暴露至氨的持續時間）可介於約5秒與約10分鐘之間，在一些情況下係介於約5秒與1分鐘之間。在將基板暴露至氨之後，可利用惰性氣體將處理腔室吹淨（purge）。在各種實施例中，惰性氣體吹淨的持續時間可與將基板暴露至氨的持續時間一樣長、或較長。這些步驟可促進M-OH縮合（condensation）/交聯的鹼性催化（alkaline catalysis），該鹼性催化使得相對較高分子量、較低揮發性的物種形成，而形成如上所述較穩定的光阻膜。這些步驟還可使已暴露至EUV輻射（或其他類型的微影圖案化輻射）的膜區域變得堅固且密實，並可在比以其他方式達成相同膜性質所需的更低烘烤溫度下實現這些功效。在一些實施例中，在PAB期間可使用這些相同的反應條件。在一些情況下，在PAB及/或PEB期間可使用這些相同的反應條件，伴隨著本文中所述的替代性或附加反應性氣體，包括但不限於其他揮發性胺類，例如甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、吡啶等。
在一些實施例中， PEB可為習知的PEB。換言之，可在不將任何反應性氣體提供至基板的情況下、及/或在非受控的大氣下進行PEB。在這種情況下，可在PAB期間將一或更多反應性氣體提供至基板。 3. 反應性氣體
在本文的各種實施例中，在光阻的烘烤操作期間，可將基板暴露至一或更多反應性氣體。如上所述，所述反應性氣體可促進期望的交聯程度、促進低分子量或其他揮發性物種的移除、及/或使光阻穩定。
可使用數種不同的反應性氣體。實用反應性氣體的示例包括水（H2 O）、氫（H2 ）、氧（O2 ）、臭氧（O3 ）、過氧化氫（H2 O2 ）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2 ）、氨（NH3 ）、一氧化二氮（N2 O）、一氧化氮（NO）、甲胺（CH3 NH2 ）、二甲胺（(CH3 )2 NH）、三甲胺（N(CH3 )3 ）、乙胺（CH3 CH2 NH2 ）、二乙胺（(CH₃CH₂)₂NH）、三乙胺（N(CH2 CH3 )3 ）、醇（Cn H2n+1 OH，包括但不限於甲醇、乙醇、丙醇、及丁醇）、乙醯丙酮（CH₃COCH₂COCH₃）、甲酸（HCOOH）、草醯氯（(COCl)2 ）、羧酸（Cn H2n+1 COOH）、及其他小分子胺（NR1 R2 R3 ，其中R1 、R2 、與R3 的每一者係獨立選自氫、羥基、脂肪族、鹵化脂肪族（haloaliphatic）、鹵化雜脂肪族（haloheteroaliphatic）、雜脂肪族（heteroaliphatic）、芳香族、脂肪-芳香族（aliphatic-aromatic）、雜脂肪-芳香族（heteroaliphatic-aromatic）、或其任何組合）等。還可使用這些反應性氣體的取代形式。在一些情況下，在光阻的烘烤操作期間可將基板暴露至二或更多反應性氣體。
反應性氣體可經由氧化、配位、或酸/鹼化學而與光阻交互作用。在PEB操作期間將反應性氣體進行輸送的一些情況下，反應性氣體可優先地與已暴露至EUV輻射之區域中的光阻交互作用。這種優先的交互作用可由於在EUV暴露期間發生的化學變化（例如，在該光阻中烷基的減少）所引起。
在PAB及/或PEB期間將基板暴露至反應性氣體之後，可將於其中處理著基板的腔室進行抽氣、及/或例如利用惰性氣體進行吹淨。在一些情況下，惰性氣體吹淨的持續時間可至少與將基板暴露至反應性氣體的持續時間一樣長。 4. 溫度升降
在一些實施例中，在烘烤步驟期間可將基板的溫度變化控制在一速率下。在一些情況下，急速加熱與冷卻可能會產生問題。藉由將基板溫度的上升或下降控制在一速率下，可避免與急速加熱及冷卻相關的問題。此外，可將烘烤溫度所上升及/或下降的速率進行控制，以微調光阻中的交聯行為。 5. 烘烤設備
本文中所述的烘烤操作可在各種不同類型的處理設備上進行。在一些情況下，處理設備可具有與周邊環境隔絕的封閉腔室。在其他情況下，處理設備可具有未與周邊環境隔絕的開放腔室。在使用開放腔室的某些情況下，可在軌道上處理基板，其中該軌道可連續地、或非連續地進行操作。一般而言，封閉腔室提供對處理大氣的較佳控制，並提供與具潛在危害性的反應化學品相關的附加安全性。然而，開放腔室在一些情況下可為較佳的，舉例來說，在大量生產以及使用非危害性化學品的情況下。
腔室可配備提供所需處理大氣所用的一或更多入口。所需處理大氣可包括如上所述的一或更多反應性氣體。於是，所述入口可與反應性氣體來源流體連接。反應性氣體可從該反應性氣體來源流動、通過氣體輸送管線、經過所述入口、並進入該腔室中。在相關溫度下反應性氣體為液體的情況下，可將反應性氣體以液體進行儲存，並接著在輸送至氣體輸送管線/入口/腔室之前汽化。除此之外，在某些實行例中，可將空氣、及/或惰性氣體（例如，N2 、Ar、He、Ne、Kr、Xe等）提供至該處理大氣。這些空氣、及/或惰性氣體同樣地可從氣體來源流動、通過氣體輸送管線、經過入口、並進入該腔室中。在一些情況下，該處理大氣可為無空氣（air-free）的。
該腔室還可配備從該腔室移除材料所用的一或更多出口。所述出口可與真空源流體連接，以允許主動地將氣態物種從該腔室移除。真空連接的出口可在封閉腔室及開放腔室兩者中使用。當在封閉腔室中使用時，真空連接的出口可在次大氣壓（sub-atmospheric pressure）下進行處理。在處理腔室係開放腔室（不與周邊隔絕）的情況下，所述出口可為任何路徑，其中氣體可通過所述路徑而被動地從該腔室逸散。
如上所述，在某些實施例中，可在烘烤步驟期間控制腔室內的大氣。在一些情況下，在烘烤步驟期間可主動地控制反應性氣體（例如，氧、及/或水、及/或本文所述的任何其他反應性氣體）的濃度。除了上述的入口及出口之外，該腔室可進一步配備感測器（例如，殘餘氣體分析器、傅立葉轉換紅外光譜感測器等），以監測腔室中的大氣組成。這些感測器可用於提供回饋以主動地控制烘烤大氣的組成。
為了對光阻進行烘烤，該腔室係配備一或更多加熱元件，所述加熱元件係配置以加熱基板。所述加熱元件可從上方及/或從下方對基板加熱。所述加熱元件可加熱基板的前側（例如，半導體裝置/結構所形成之處）及/或基板的背側。各種不同類型的加熱元件可獨立地、或彼此結合地使用。示例性加熱元件可包括加熱的基板支撐件（例如，基座、卡盤等）、以及例如紅外燈及/或紫外燈的輻射源。
在一些實施例中，該腔室可配備一或更多冷卻元件，所述冷卻元件係配置以冷卻基板。舉例來說，可將基板支撐件配置以冷卻基板。在一實施例中，基板支撐件可包括冷卻通道，其中熱交換流體係流經所述冷卻通道從而冷卻基板。如特定應用所需求，可使用其他的熱交換硬體。在烘烤操作之後，冷卻元件對於控制基板冷卻的速率可為特別有用的。
該腔室還可配備溫度感測器，用以在烘烤操作期間監測基板、及/或基板支撐件的溫度。在一示例中，該腔室包括用於在烘烤期間量測基板表面之溫度的高溫計（pyrometer）。可將得自高溫計或其他溫度感測器的溫度測量使用作為回饋，以在烘烤期間主動地控制基板的溫度。
圖2係根據一實施例而呈現處理腔室200的簡化視圖。在此示例中，處理腔室200為具有一可控制大氣的封閉腔室。基板201可設置在基板支撐件202上，其中該基板支撐件202還可對該基板加熱及/或冷卻。在一些情況下，可提供替代性或附加的加熱與冷卻元件。處理氣體係通過入口203進入該處理腔室200。材料係通過出口204而從處理腔室200移除，其中該出口204可連接至真空源（未顯示）。處理腔室200的操作可由控制器206所控制，其係進一步討論於下。此外，感測器205可例如提供用以監測處理腔室200內的溫度、及/或大氣的組成。透過控制器206，可將得自感測器205的讀數使用於主動回饋環路（active feedback loop）中。
在其中進行烘烤的腔室可經由數種方式進行配置。在一些實施例中，該腔室係與將光阻進行沉積所使用的相同腔室、及/或與將光阻暴露至EUV輻射所使用的相同腔室、及/或與將光阻顯影所使用的相同腔室。在一些實施例中，該腔室係專用的烘烤腔室，而不使用於例如沉積、蝕刻、EUV暴露、或光阻顯影的其他處理。該腔室可為獨立運作的腔室、或可將其整合至較大型的處理工具，例如將光阻進行沉積所使用的沉積工具、將光阻暴露至EUV輻射所使用的EUV暴露工具、及/或將光阻顯影所使用的顯影工具。如特定應用的需求，用於烘烤的腔室可與這些工具的任何一或更多者結合。
該腔室還可配備控制器。在一些實行例中，控制器為系統的一部份，該系統可為上述示例的一部分。這樣的系統可包括半導體處理設備，該半導體處理設備包括一或更多處理工具、一或更多腔室、用於處理的一或更多平台、及/或特定處理組件（晶圓基座、氣流系統等）。這些系統可與電子元件進行整合，以在半導體晶圓、或基板的處理之前、期間、與之後控制它們的操作。所述電子元件可被稱為「控制器」，其可控制一或更多系統的各種組件或子部件。取決於處理需求、及/或系統類型，可將控制器進行編程以控制本文所揭露的任何處理，包括處理氣體的運輸、溫度設定（例如，加熱、及/或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流量設定、流體運輸設定、位置及操作設定、對於一工具、及其他傳輸工具、及/或連接至或與特定系統相互連接的傳送室之晶圓傳輸進出。
廣義來說，控制器可定義成具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子元件，以接收指令、發送指令、控制操作、啟動清除操作、啟動終點測量等。所述積體電路可包括以韌體形式儲存程式指令的晶片、數位訊號處理器（DSP）、定義為特殊應用積體電路（ASIC）的晶片、及/或執行程式指令（例如，軟體）的一或更多微處理器或微控制器。程式指令可係以各種獨立設定（或程式檔案）形式而傳達至控制器的指令，以定義出用於在半導體基板上、或針對半導體基板、或對系統執行特定處理的操作參數。在一些實施例中，操作參數可係為由製程工程師所定義之配方的一部分，以在將晶圓的一或更多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒進行加工的期間完成一或更多的處理步驟。
在一些實行例中，控制器可係為電腦的一部分、或耦接至電腦，所述電腦係整合並耦接至所述系統、或係以其他方式網路連接至所述系統、或是其組合。例如，控制器可位於「雲端」、或FAB主電腦系統的全部、或一部分，而可允許對於基板處理的遠端存取。所述電腦可使得對於系統的遠端存取能夠監控加工操作的當前進程、檢查過去加工操作的歷史、檢查來自複數加工操作的趨勢或性能度量、變更當前處理的參數、設定當前處理之後的處理步驟、或是開始新的處理。在一些示例中，遠端電腦（例如，伺服器）可透過網路向系統提供處理配方，其中該網路可包括區域網路、或網際網路。遠端電腦可包括使用者介面，而能夠對參數和/或設定進行輸入或編程，所述參數和/或設定則接著從遠端電腦傳達至系統。在一些示例中，控制器接收數據形式的指令，所述指令係在一或更多操作期間用於待執行之各處理步驟的指定參數。應當理解的是，所述參數可特定於待執行的處理類型、以及控制器所配置以連接或控制的工具類型。因此，如上所述，控制器可例如藉由包括一或更多離散控制器而進行分佈，所述離散控制器係彼此以網路連接且朝共同目的（例如，本文所述的處理與控制）而運作。為此目的所分佈的控制器示例將係位於腔室上的一或更多積體電路，其與遠端設置（例如，位於平台層或作為遠端電腦的一部分）、且結合以控制腔室上之處理的一或更多積體電路連通。
不具限制地，示例性系統可包括電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉-清洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、晶邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積（PVD）腔室或模組、化學氣相沉積（CVD）腔室或模組、原子層沉積（ALD）腔室或模組、原子層蝕刻（ALE）腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、或可有關於或使用於半導體晶圓之加工及/或製造中的其他半導體處理系統。
如上所述，取決於工具所待執行的一或更多處理步驟，控制器可連通至一或更多其他工具電路或模組、其他工具構件、群集式工具、其他工具介面、相鄰工具、鄰近工具、遍布於工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料輸送中所使用的工具，而將基板的容器帶進及帶出半導體製造工廠的工具位置、和/或裝載通口。 結論
揭露了用以增強含金屬EUV光阻之EUV微影效能的烘烤策略。
應當理解，本文所述的示例及實施例僅僅係為了說明目的，且會將鑑於這些示例及實施例的各種修改或變化建議給本領域中的通常知識者。雖然為了清楚起見而已省略各種細節，但可實施各種設計的替代品。因此，所呈現的示例係被視為說明性而非限制性的，且本揭露並不受限於本文所給出的細節，而是可在本揭露的範圍內進行修改。
101~109:操作 200:處理腔室 201:基板 202:基板支撐件 203:入口 204:出口 205:感測器 206:控制器
圖1係根據各種實施例所呈現以描述微影圖案化處理的流程圖。
圖2係根據某些實施例而呈現處理腔室的簡化視圖。
101~109:操作

Claims (45)

  1. 一種烘烤基板上之光阻層的方法，該方法包括： 將該基板接收於一處理腔室中，該基板包括位於上方的該光阻層，其中該光阻層包括一含金屬光阻材料； 將一反應性氣體物種從一氣體來源流動、通過一氣體輸送管線、並進入該處理腔室中，以及將該基板暴露至該處理腔室中的該反應性氣體物種；以及 當將該基板暴露至該反應性氣體物種時，對該光阻層進行烘烤。
  2. 如請求項1之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該光阻層包括極紫外（EUV）光阻材料。
  3. 如請求項2之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括一氣體，該氣體係選自由：水、氫、氧、臭氧、過氧化氫、一氧化碳、二氧化碳、氨、一氧化二氮、一氧化氮、醇、乙醯丙酮、甲酸、草醯氯、吡啶、羧酸、胺、及其組合所構成的群組。
  4. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該水。
  5. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該氫。
  6. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該氧。
  7. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該臭氧。
  8. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該過氧化氫。
  9. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該一氧化碳。
  10. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該二氧化碳。
  11. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該氨。
  12. 如請求項11之烘烤基板上之光阻層的方法，其中對該光阻層進行烘烤係發生在已將該光阻層暴露至EUV輻射以對該光阻層圖案化之後，且其中係滿足下列條件的其中一者： （i）當對該光阻層進行烘烤時，該處理腔室係維持在大氣壓力下，且該氨係提供在介於約0.001-5%（以體積計）之間的濃度，或者 （ii）當對該光阻層進行烘烤時，該處理腔室係維持在次大氣壓力下，且該氨係提供在介於約1-100毫托之間的分壓。
  13. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該一氧化二氮、及/或該一氧化氮。
  14. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該醇。
  15. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該乙醯丙酮。
  16. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該甲酸。
  17. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該草醯氯。
  18. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該羧酸。
  19. 如請求項3之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括該胺。
  20. 如請求項19之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該胺包括甲胺、二甲胺、及/或三甲胺。
  21. 如請求項19之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該胺包括乙胺、二乙胺、及/或三乙胺。
  22. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種係氧化性的。
  23. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種係極性的。
  24. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中將該基板暴露至該反應性氣體物種係促進該光阻層內的交聯。
  25. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中將該基板暴露至該反應性氣體物種係提高該光阻層的穩定性。
  26. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中將該基板暴露至該反應性氣體物種係促進移除該光阻層中的低分子量物種。
  27. 如請求項26之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該低分子量物種係每分子包括0、1、或2個金屬原子。
  28. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中將該基板暴露至該反應性氣體物種係將該光阻層中的金屬氫化物物種氧化成金屬氫氧化物物種。
  29. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，更包括當對該光阻層進行烘烤時，施加真空至該處理腔室。
  30. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，更包括當對該光阻層進行烘烤時，控制該處理腔室中的水濃度使其保持在一目標水濃度範圍內。
  31. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，更包括當對該光阻層進行烘烤時，控制該處理腔室中的氧濃度使其保持在一目標氧濃度範圍內。
  32. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中當對該光阻層進行烘烤時，係將該處理腔室維持在等於、或低於大氣壓力。
  33. 如請求項32之烘烤基板上之光阻層的方法，其中當對該光阻層進行烘烤時，係將該處理腔室維持在低於大氣壓力。
  34. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，更包括當對該光阻層進行烘烤時，提高一基板支撐件的溫度，其中該基板係設置在該基板支撐件上。
  35. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，更包括當對該光阻層進行烘烤時，降低一基板支撐件的溫度，其中該基板係設置在該基板支撐件上。
  36. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，更包括控制該反應性氣體物種進入該處理腔室的流動，以達成目標的交聯程度。
  37. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中對該光阻層進行烘烤包括在一加熱板上對該基板加熱。
  38. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中對該光阻層進行烘烤包括將該基板暴露至紅外輻射、及/或紫外輻射。
  39. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中對該光阻層進行烘烤包括從上方對該基板加熱。
  40. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中對該光阻層進行烘烤包括從下方對該基板加熱。
  41. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中係已將該光阻層施加至該基板但尚未進行圖案化，而該烘烤為施加後烘烤（PAB）。
  42. 如請求項2至21中任一項之烘烤基板上之光阻層的方法，其中係已將該光阻層施加至該基板並藉由部分暴露至EUV輻射而進行圖案化，以產生該光阻層的暴露及未暴露區域，而該烘烤為暴露後烘烤（PEB）。
  43. 如請求項42之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括極性且氧化性的分子。
  44. 如請求項43之烘烤基板上之光阻層的方法，其中該反應性氣體物種包括過氧化氫。
  45. 一種用於烘烤基板上之光阻層的設備，該設備包括： 一處理腔室； 一入口，用於將一反應性氣體物種導引至該處理腔室； 一出口，用於將材料從該處理腔室移除； 一基板支撐件，位於該處理腔室內； 一加熱器，配置以藉由傳導、對流、及/或輻射而加熱該基板；以及 一控制器，具有至少一處理器，其中該至少一處理器係配置以控制該設備，以進行請求項1至44中的任何一種方法。
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