TW202417972A - 使用二次光阻表面功能化進行遮罩形成的圖案化方法 - Google Patents

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Abstract

圖案化一基板的一方法包含用光化輻射的一圖案曝光於該基板上的一光阻層以形成一化學反應性表面圖案，及於該自動化阻劑處理系統處塗佈一旋塗材料以將該化學反應性表面圖案轉換至一光阻表面遮罩圖案。該方法更包含利用該光阻表面遮罩圖案作為一第一蝕刻遮罩蝕刻該光阻層以形成一光阻遮罩圖案，及用該光阻遮罩圖案作為一第二蝕刻遮罩蝕刻一待蝕刻層。

Description

使用二次光阻表面功能化進行遮罩形成的圖案化方法
此申請案主張於2022年7月19日提交的美國臨時專利申請案第63/390415號之優先權，其申請內容經由引用併入於此。
此發明係關於包含積體電路的微製程及圖案化半導體基板涉及的處理之微製程。
在材料處理方法中(像是光微影)，建立圖案化層通常涉及光化輻射敏感材料(像是光阻)的一薄層於一基板的一上表面的應用。此輻射敏感材料被轉換至一圖案化遮罩中，該圖案化遮罩可被用以蝕刻或轉移圖案至一基板上的一底層中。該輻射敏感材料的圖案化通常涉及一輻射源穿過一光罩(及相關的光學元件)至該輻射敏感材料上的曝光，其使用例如一光微影系統。該曝光在該輻射敏感材料之中建立接著可被顯影的一潛影圖案。顯影指的是溶解及移除該輻射敏感材料的一部分，以產生一地形或浮雕圖案。例如，顯影可包含利用一顯影溶劑或一顯影蝕刻劑氣體，移除該輻射敏感材料的照射區(如正光阻的情況下)，或非照射區(如負光阻的情況下)。該浮雕圖案可接著做為一遮罩層。
圖案化一基板的一方法包含:於一自動化阻劑處理系統處接收一基板係包含一待蝕刻層上的一光阻層，該光阻層對光化輻射敏感；用光化輻射的一圖案曝光該光阻層，以在光阻層曝光於光化輻射之部分上形成一化學反應性表面圖案，該光阻層於該化學反應性表面圖案與該待蝕刻層之間的較深的部分於該曝光步驟之後保持未曝光於光化輻射；於該自動化阻劑處理系統處塗佈一旋塗材料以轉換該化學反應性表面圖案至一光阻表面遮罩圖案，該化學反應性表面圖案於該轉換步驟期間與一遮罩化學物質相互作用；自該自動化阻劑處理系統處移除該旋塗材料未被轉換至該光阻表面遮罩圖案的部分；利用該光阻表面遮罩圖案作為一第一蝕刻遮罩來蝕刻該光阻層以形成一光阻遮罩圖案；及利用該光阻遮罩圖案作為一第二蝕刻遮罩來蝕刻該待蝕刻層。
圖案化一基板的一方法包含:接收一基板係包含旋轉塗佈於一待蝕刻層上的一光阻層，該光阻層的一主要表面包含一化學反應性表面圖案，該化學反應性表面圖案位於該光阻層曝光於極紫外線輻射的第一部分，被設置於該化學反應性表面圖案與該待蝕刻層之間的該光阻層的第二部分未曝光於該極紫外線輻射；旋轉塗佈包含一遮罩化學物質及一溶劑的一遮罩前驅物溶液於該光阻層上以形成一遮罩前驅物溶液層；基於該遮罩前驅物溶液層與該化學反應性表面圖案之間的一化學反應，形成一光阻表面遮罩圖案；移除未反應的遮罩前驅物溶液；利用該光阻表面遮罩圖案作為一第一蝕刻遮罩而圖案化該光阻層以形成一圖案化光阻層；及利用該圖案化光阻層作為一第二蝕刻遮罩而蝕刻該待蝕刻層。
圖案化一基板的一方法包含:接收一基板係包含設置於一待蝕刻層上的一光阻層及設置於該光阻層與該待蝕刻層之間的一中間層；用該光化輻射的一圖案曝光該光阻層，以於該光阻層曝光於該光化輻射之部分上形成一化學反應性表面圖案；轉換該化學反應性表面圖案以形成一光阻表面遮罩圖案；利用該光阻表面遮罩圖案作為一第一蝕刻遮罩來蝕刻該中間層以形成一中間層圖案；及利用該中間層圖案作為一第二蝕刻遮罩來蝕刻該待蝕刻層。
儘管本發明參照示例性實施例敘述，此實施方式章節不應被理解為限制性意義。該說明性實施例的不同修飾及組合，以及此發明的其他實施例，對於該領域的技術人員而言，當參見此實施方式章節時是顯而易見的。因此，所附請求項旨在包含任何此類修飾或實施例。
目前用於高數值孔徑(NA)極紫外線(EUV)光微影的光阻主要候選者為基於金屬氧化物之光阻，其中團簇形成和網路交聯會產生溶解度或耐蝕刻性的變化。曝光速度（photo speed）(靈敏度)、LWR (線寬粗糙度)、解析度及缺陷仍然是主要的問題。此揭露中的一表面成像、色調反轉方法允許傳統化學放大(CAR)EUV光阻的使用。此揭露中的此類技術為用於高NA EUV的金屬氧化物光阻的一替代品，藉由為半導體製造提供獨特的一圖案形成方法，允許打破該解析度/線邊緣粗糙度/靈敏度（RLS）三角形的能力。
此揭露所述之技術僅需一EUV光阻或其他光阻的表面成像，也就是說，一給定的光化輻射圖案不需要完全曝光一給定的光阻層厚度。表面成像與穿過整個光阻層厚度的成像相比，需要較少的EUV光子(因此較低劑量且較快的掃描時間)。需注意的是，此揭露中的技術可與其他光阻一起使用，例如:長波長光阻、UV光阻、DUV光阻、EUV光阻、及電子束光阻。當使用此揭露描述的技術來防止在非常小的尺寸下（例如小於約40 nm及甚至小於約10奈米）的圖案塌陷時，通常是更有益的。在該光阻曝光於光化輻射的區域中形成化學反應性基團的一表面潛影圖像。該表面潛影圖像接著可以被用作硬遮罩化學物質、聚合或其他與光阻相比具有不同的蝕刻選擇性之遮罩材料的一選擇性沉積模板。
此揭露所述之技術因而提供一方法，利用非等向性乾蝕刻以移除圖案化的材料而由光阻層建立一浮雕圖案。此揭露中的實施例提供一乾蝕刻顯影液，其可以傳統化學放大(CAR)光阻實行。實施例使用光阻之一層的該頂表面之極性變化來提供該曝光和未曝光區域之間的化學選擇性差異。表面的極性差異減輕了對一光阻全深度曝光的需求，並減輕了濕顯影的需求。含有遮罩化學物質的一硬遮罩前驅物溶液可被沉積在化學反應性基團的表面潛像上。該遮罩化學物質可以與化學反應性基團反應，以在光阻的曝光表面上形成一硬遮罩。或者，遮罩化學物質可被氣相沉積在該光阻的該表面上，並與該化學反應性基團反應形成一硬遮罩。氣態遮罩化學物質可以與該化學反應性基團反應，以於這些曝光的光阻區域選擇性地形成一硬遮罩。該遮罩化學物質可以與該化學反應性基團的極性靜電地反應，或也可以化學地反應以形成共價鍵。接著可執行非等向性的一乾蝕刻步驟以移除該光阻層的未覆蓋部分，同時硬遮罩材料覆蓋的區域受到保護並保持完整。
可以理解的是，此揭露中的實施例技術提供數個益處。只對該光阻層的一頂表面進行成像，該頂表面可比旋塗光阻薄許多倍。這顯著降低了光化焦深和曝光劑量要求。實施例技術可以使用傳統的CAR（有機）光阻。傳統光阻的對比度和解析度可以藉由實施例技術得到改善。遮罩化學物質可以與少量-COOH或-OH反應性基團反應，且仍然改質整個邊緣（增加圖像梯度）以使圖案比原始光罩圖案潛像（aerial image）更好。乾顯影蝕刻降低了使用厚光阻層時圖案塌陷的危險。增強的LWR藉由選定的表面聚合物或乾蝕刻條件之使用來提供。由於僅對光阻的表面進行成像，因此不需要對於該光化輻射的透明度。使用二次光阻表面功能化進行遮罩形成的實施例圖案化方法可以在整合的圖案化系統中執行。
現在將參照圖1、圖2和圖3A-3G來描述一示例實施例。圖1為一圖案化系統100的一方塊圖。圖2為根據實施例之形成一圖案的主要步驟之一流程圖。圖3A-3G為描繪圖2之流程圖中的處理步驟之三維等角投影視圖。
圖1為一圖案化系統100的一方塊圖，其顯示以一晶圓運輸系統118耦合在一起的各種不同製造工具。圖1中的該圖案化系統100包含:一光阻塗佈/顯影軌道（track）102，其用於旋轉塗佈光阻層；一烘烤腔室104，其用於從旋塗層中驅除溶劑或用於引發熱活化化學反應；一光微影掃描機106，其用於利用光化輻射的圖案曝光該光阻；一遮罩化學物質塗佈軌道108，其用於在一曝光的光阻層上形成一遮罩材料層；一濕清理腔室110，其用於去除未反應的遮罩化學物質；一光阻蝕刻腔室112，其用於經由該光阻層蝕刻硬遮罩圖案；一電漿蝕刻腔室114，其用於經由一待蝕刻層蝕刻該圖案；及一電漿灰化腔室116，其用於移除有機層(例如光阻)。該些工具中的一些可被整合至一自動化阻劑處理系統（track system）中，或者可為藉由晶圓運輸系統118耦合到該軌道的獨立工具。在一自動化阻劑處理系統中，多個晶圓可被連續處理。該自動化阻劑處理系統可包含一或多個上述之腔室，使得連續處理可在該晶圓上被自動執行。在一自動化阻劑處理系統中，該晶圓於各個腔室中被處理時被支撐在該軌道上，且被該晶圓運輸系統118運輸。該自動化阻劑處理系統可以貫穿不在真空狀態的所有腔室。例如，烘烤腔室104可為一獨立烘烤腔室或可為整合至該光阻塗佈/顯影軌道102中的一熱板。該光微影掃描機106可為一掃描機，像是具有248nm或193nm輻射的一深紫外線掃描機(DUV)、具有13.5nm輻射的一極紫外線掃描機(EUV)、或一電子束輻射工具。
參見圖2的區塊120及圖3A，一光阻層144使用圖1中之光阻塗佈/顯影軌道102沉積在覆蓋在一半導體基板140上的一待蝕刻層142上。在此說明性實施例中該光阻層144可為一EUV光阻，像是化學放大EUV光阻(CAR)。
通常來說，此揭露中使用的「基板」通常指被處理的一物體。該基板140可包含一裝置的結構之任何材料部分，特別是一半導體或其他電子裝置，且可以例如是一基底基板結構，諸如一半導體晶圓、一光微影光罩，或者是在一基底基板結構上或覆蓋其的一層(例如:一介電質薄膜、一金屬薄膜、或一電子裝置)。因此，基板並未被限制為特定的基底結構、底層或覆蓋層、圖案化或未圖案化，而是被設想為包含任何這樣的層或基底結構、以及層及/或基底結構的任何組合。此描述可能涉及特定種類的基板，但此處僅用於說明目的。
在圖2的區塊122及圖3B中，該光阻層144的表面於一光微影掃描機106(圖1)中用投射通過一光遮罩的光化輻射來曝光。當使用一傳統CAR光阻時，這可造成例如光阻劑表面的變化，包含化學反應性基團的形成(像是:羧基(-COOH)、羥基(-OH))或其他基於光阻中使用之材料的極性或化學變化。例如，其他光阻製劑可造成該光阻層的表面上之:乙醯基、磺酸基、醚基、羥基、酯基、醛基、羧基、胺基、或醯胺基。圖3B描繪一化學反應性表面圖案146的形成，其中該光阻層144曝光於光化輻射。
在該光阻的該表面上形成該化學反應性表面圖案146而非完全經由該光阻層144曝光該圖案，提供許多顯著的優點。有利地，形成該化學反應性表面圖案146所需的光化輻射劑量小於貫穿該光阻層144的整個厚度曝光該圖案所需之劑量。例如，這種較低的劑量可允許EUV光微影工具中每小時可以印出之晶圓數量的一相應增加，從而降低成本。此外，有利地，因為該化學反應性表面圖案146僅在該光阻層144的表面上形成，因此對該光微影掃描機106的焦深要求明顯放寬。因為該化學反應性表面圖案146僅在該光阻層144的表面上形成，光阻層144不需要像圖案通過整個光阻層144曝光時所需要的對光化輻射的透明。曝光後，可以執行一曝光後烘烤以去除多餘的溶劑並增強該化學放大光阻中的化學反應。
在圖2的124區塊及圖3C中，一遮罩前驅物材料溶液可旋轉塗佈於該曝光的光阻層144的表面上以形成遮罩前驅物材料層147。該遮罩前驅物材料溶液可利用遮罩化學物質塗佈軌道108(圖1)來旋轉塗佈。該遮罩前驅物材料可為無機物或其他不同於光阻之材料。
在圖2的區塊126及圖3D中，在該遮罩前驅物材料層147之中的遮罩化學物質可與化學反應性表面圖案中146的反應性基團反應，以成為一光阻表面遮罩圖案148。該遮罩前驅物材料層147可包含遮罩前驅物化學物質，其係與該化學反應性表面圖案146反應以形成對未曝光光阻有不同的一蝕刻抗性/選擇性之一硬遮罩。範例遮罩材料包含:氮化矽、氧化矽、及其他介電質或包含金屬之材料(像是:氮化鈦、氮化鉭、鈦鎢)，其具有與光阻相比不同之蝕刻選擇性。許多遮罩材料擁有相對於光阻顯著高之一蝕刻選擇性，代表相對薄的一光阻表面遮罩圖案148(大約5nm至150nm)對於一蝕刻遮罩來說可能是足夠的。該遮罩前驅物化學物質與該反應性基團之間的化學反應可於該烘烤腔室104（圖1）中發生於室溫或發生在一升高溫度。
在圖2的區塊128及圖3D中，遮罩前驅物材料層147中未反應的遮罩化學物質可被移除。該未反應的遮罩化學物質可利用該光阻塗佈/顯影軌道102(圖1)的顯影劑部分、利用一濕清理腔室110、或利用圖1中的圖案化系統100中之一旋轉/潤洗/乾燥腔室，來加以移除。
在圖2的區塊130及圖3E中，可以使用該光阻表面遮罩圖案148作為一第一蝕刻遮罩，執行非等向性乾蝕刻步驟以蝕刻穿過該光阻層144的整個厚度，形成光阻遮罩圖案145。這種非等向性蝕刻步驟可在傳統的基於電漿之蝕刻器(例如:圖1中的該圖案化系統100中的該光阻蝕刻腔室112)中執行。
該光阻遮罩圖案145可被用作為一第二蝕刻遮罩，以如圖2之區塊132及圖3F描述的一樣，將該圖案蝕刻入下方的該待蝕刻層142中。圖案化幾何圖形150形成於該待蝕刻層142之中。這種蝕刻可於圖1中的圖案化系統100中之電漿蝕刻腔室114中被執行。另外，該圖案可被反轉以藉由用一填充材料填滿該光阻遮罩圖案145中的開口、平坦化、接著移除該光阻遮罩圖案145，來形成一反轉浮雕圖案。雙重圖案化技術也可被執行。
在圖2中的區塊134及圖3G中，該光阻遮罩圖案145可於一電漿灰化腔室116(圖1)中被移除，留下圖案化幾何圖形150於該基板140上。
在一些實施例中，該待蝕刻層142可為擁有與一待蝕刻底層材料不同之蝕刻選擇性的硬遮罩材料。在這些實施例中，該光阻表面遮罩圖案148/光阻遮罩圖案145可為一第一蝕刻遮罩，以蝕刻該圖案，於該硬遮罩材料中形成圖案幾何圖形150。該光阻表面遮罩圖案148/光阻遮罩圖案145可藉由在電漿灰化腔室116(圖1)中灰化來被移除。圖案化幾何圖形150可被用作一第二蝕刻遮罩以蝕刻該圖案進入該基板140上的一個或多個底層中。
於一EUV掃描機之中整個光阻層厚度被曝光於其中的傳統EUV光阻被設計為高敏感的。該EUV光阻被曝光於EUV輻射之部分依據該EUV光阻為負性或正性而在液態或氣態顯影劑中變成可溶或不溶的。另外，該典型的EUV光阻須被設計使得該被顯影之EUV光阻幾何圖形(特別是寬度為40 nm或更小的一高深寬比幾何圖形) 具有良好的結構完整性，以防止圖案變形及圖案崩塌。為同時符合這些嚴格的標準，傳統的EUV光阻通常非常貴。
描述薄光阻表面蝕刻遮罩之形成的實施例現在將參考圖4、圖5、圖6A-6G、及圖7A-7H進行描述。圖4為一方塊圖，其描述用於在諸如半導體晶圓的基板上形成薄光阻表面蝕刻遮罩圖案的一圖案化系統115。圖5為根據實施例之一流程圖，其中之區塊描述形成薄光阻表面蝕刻遮罩圖案的主要步驟。圖6A-6G為三維等角投影圖，其描繪圖5之流程圖中的處理步驟，其中省略可選中間層200。圖7A-7G為三維等角投影圖，其描繪圖5之流程圖中的處理步驟，其中包含該可選中間層200。
該二次光阻表面功能化之圖案化方法僅於該EUV光阻被曝光之表面上形成化學反應性基團。一光阻表面遮罩圖案接著於該些曝光區域上形成。針對一些應用，可能需要一厚光阻層以補償於蝕刻期間的光阻侵蝕或允許具有垂直側壁的高深寬比凹槽之蝕刻。若一厚EUV光阻層被使用，於該表面之下且遍及該光阻層144之昂貴的光敏感聚合物保持未曝光及未反應的。這些昂貴的光敏感聚合物在未被該光阻表面遮罩圖案148保護之區域被蝕刻掉。若該光阻表面遮罩圖案148對於下方該待蝕刻層142有足夠高之蝕刻選擇性，50nm或更小之一光阻厚度可能是足夠的。EUV光阻可以100nm或更小厚度被旋塗沉積。EUV光阻可以30nm或甚至在未來更小的厚度而加以旋塗沉積。介於約5nm至150nm範圍之光敏感聚合物之薄層可利用光阻氣相沉積或光阻氣相聚合設備及技術來沉積。
若需要厚的一圖案以補償蝕刻期間的耗損或允許高深寬比凹槽的蝕刻，昂貴的EUV光阻之一薄(5nm至150nm)層可被沉積於便宜的、非光敏感聚合物的一厚(1000 nm至5000nm或更厚)中間層200的頂部上。該非光敏感聚合物可被設計為相較該昂貴的EUV光阻聚合物有更高之可撓性，以改善該圖案的完整性及降低成本。在該非光敏感聚合物層中(例如:在該可選中間層200中)的高深寬比之幾何圖形可被設計為擁有好的結構完整性，以防止高深寬比圖案的變形，但需要對於EUV為光敏感的且非透明可能顯著便宜。
替代地，該中間層200可包含一硬遮罩材料，像是:氮化矽、氧化矽、及其他介電材料或包含金屬的材料(像是:氮化鈦、氮化鉭、鈦鎢)，其擁有與該待蝕刻底層材料不同之一蝕刻選擇性。
圖4中之一圖案化系統115的方塊圖顯示以一晶圓運輸系統118耦合在一起的不同製造工具。該些工具中的一些可被整合至一軌道或可為藉由該晶圓運輸系統118耦合至該軌道的獨立工具。圖4中的該圖案化系統115包含:一中間層塗佈軌道180，其用於旋轉塗佈中間層；一烘烤腔室104，其用於由旋塗層移除溶劑或引發熱活化化學反應；一光阻沉積腔室188，其用於沉積薄光阻層；一光微影掃描機106，其用以曝光該光阻於光化輻射的圖案；一遮罩化學物質沉積腔室182；一中間層蝕刻腔室190；一濕清理腔室110，用以移除未反應的遮罩化學物質；及一電漿灰化腔室116，其用以移除有機層(像是光阻)。該光阻沉積腔室188可為一旋塗光阻軌道、一光阻氣相沉積腔室或一光阻氣相聚合腔室。烘烤腔室104可為一獨立烘烤腔室或整合至該中間層塗佈軌道180的一熱板。該光微影掃描機106可為一掃描機，像是具有248nm或193nm輻射的深紫外線掃描機(DUV)、具有13.5nm輻射的極紫外線掃描機(EUV)、或一電子束輻射掃描機。
參見圖5的區塊160及圖7A，一可選中間層200可被沉積在覆蓋在一半導體基板140上的待蝕刻層142上。圖6A描繪一實施例，其中該薄光阻表面蝕刻遮罩210(圖6F)擁有對於該待蝕刻層142足夠的選擇性，其中該中間層200可被省略。當該中間層200為一聚合物層，其可在圖4的該圖案化系統115中之中間層塗佈軌道180中被旋轉塗佈至該待蝕刻層142上。該中間層200可為一聚合物，被設計以擁有針對高深寬比的圖案幾何圖形之結構完整性，且被設計以擁有對於覆蓋的一薄光阻表面蝕刻遮罩210的選擇性(圖8E)。另外，該中間層200可由一硬遮罩材料構成，像是利用一CVD或PVD技術沉積的一介電質或金屬。
在圖5的區塊160以及圖6A和圖7A中，一薄光阻層202，可被沉積於該待蝕刻層上(圖6B)或一可選中間層200上(圖7B)。該薄光阻層202可被沉積於圖4中之該圖案化系統115中的一光阻沉積腔室188中。該薄(大約5nm至150nm)光阻薄膜可利用像是旋轉塗佈的技術在一光阻氣相沉積腔室中沉積，或藉由在一光阻氣相聚合腔室中的原位聚合來被沉積。
在圖5的區塊162及圖6B和7B中，可利用投射穿過一光遮罩的光化輻射曝光該薄光阻層202，以於該薄光阻層202上形成具有化學反應性基團的圖案區域246。因為該薄光阻層202的厚度可能小於一傳統光阻層，完全曝光過該薄光阻層202的厚度需要的光化輻射之劑量也可能相應地減少。這可在掃描期間節省顯著的時間，允許該掃描機改善其處理量。
在圖5的區塊164及圖6C和圖7C中，包含會與該圖案區域246中的該化學反應性基團反應的遮罩化學物質的一層206可以利用像是PVD或CVD的技術被沉積在該薄光阻層202上。另外，該遮罩化學物質層206可藉由如前面之實施例描述的旋轉塗佈來沉積。
在圖5的區塊166及圖6D和圖7D中，該遮罩化學物質可與該薄光阻層202的表面上之圖案區域246中的該化學反應性基團反應，以形成一光阻表面蝕刻遮罩210。該遮罩化學物質可與該化學反應性基團的表面極性靜電反應，或可與該表面極性化學地反應以形成共價鍵。該遮罩化學物質與該化學反應性基團之間的反應可於室溫發生，或可在圖4中之該圖案化系統115中的烘烤腔室104中被熱活化。
在圖5的區塊168及圖6E和圖7E中，未反應的遮罩化學物質可被移除。此操作可於一塗佈/顯影軌道的該顯影部分中、或一濕清理腔室中、或一旋轉-潤洗-乾燥腔室中執行。在一些實施例中，其中諸如氣態有機金屬遮罩化學物質的遮罩化學物質係與該化學反應性基團反應並且選擇性地只在該圖案區域246上沉積該光阻表面蝕刻遮罩210，此步驟可能不需要。
在圖5的區塊170及圖7F中，該光阻表面蝕刻遮罩210被用作一第一蝕刻圖案以蝕刻該圖案入該中間層200中，來形成一中間層蝕刻遮罩215。此步驟在圖6A-6G中描述的實施例中未被執行，於圖6A-6G中光阻表面蝕刻遮罩210直接形成於該待蝕刻層142而沒有中間層200。此步驟可於圖4中的該圖案化系統115中之非等向性電漿蝕刻腔室(中間層蝕刻腔室190)中被執行。該光阻表面蝕刻遮罩210可於形成該中間層蝕刻遮罩215後被移除。
在圖5的區塊172及圖7G中，該中間層蝕刻遮罩215可被用作一第二蝕刻圖案以蝕刻該圖案進入下方的該待蝕刻層142中，於該基板140上形成蝕刻幾何圖形250的一圖案。
在圖5的區塊172及圖6F中，該光阻表面蝕刻遮罩210被用作一第一蝕刻圖案以蝕刻該圖案進入該待蝕刻層142中，於該基板140上形成蝕刻幾何圖形250的一圖案。
在圖5的區塊174及圖6G和圖7H中，該中間層蝕刻遮罩215(圖7H)及該光阻表面蝕刻遮罩210(圖6G和圖7H)可被移除，在該基板140上留下蝕刻幾何圖形250的圖案。當該中間層為聚合的，該圖案化系統115中的該電漿灰化腔室116可被用於移除該中間層蝕刻遮罩215。
可以理解的，此揭露之實施例的許多變化及修飾被考量。例如，取代擁有一極性變化的該表面之該曝光區域，該初始光阻層可擁有期望的一表面能量，接著該光化輻射的圖案改變該表面能量，使得選擇性沉積或選擇性改質於該未曝光區域發生。針對選擇性沉積，許多不同的可用材料可被使用。針對選擇性修飾，不同處理技術可被使用，包含使用額外化學物質的表面處理、以及烘烤、雷射退火、矽烷化、交聯、諸如此類。
此發明之範例實施例總結於此。其他實施例可以藉由整個此說明書以及此揭露提出之請求項理解。
範例1. 圖案化一基板的一方法包含:於一自動化阻劑處理系統處，接收一基板係包含一待蝕刻層上的一光阻層，該光阻層對光化輻射敏感；利用光化輻射的一圖案曝光該光阻層，以在曝光於光化輻射之光阻層的部分上形成一化學反應性表面圖案，該光阻層於該化學反應性表面圖案與該待蝕刻層之間的較深的部分於該曝光步驟之後保持未曝光於光化輻射；於該自動化阻劑處理系統處塗佈一旋塗材料以轉換該化學反應性表面圖案至一光阻表面遮罩圖案，該化學反應性表面圖案於該轉換步驟期間與一遮罩化學物質相互作用；從該自動化阻劑處理系統處移除該旋塗材料未被轉換至該光阻表面遮罩圖案的部分；利用該光阻表面遮罩圖案作為一第一蝕刻遮罩來蝕刻該光阻層以形成一光阻遮罩圖案；及利用該光阻遮罩圖案作為一第二蝕刻遮罩來蝕刻該待蝕刻層。
範例2. 如範例1之方法，其中該光化輻射為UV、DUV、EUV、或電子束輻射。
範例3. 如範例1或2其中之一方法，其中該光阻層為一化學放大光阻，且其中曝光該光阻層的步驟造成一光化學反應係形成羧基或羥基，該羧基或羥基改變該光阻層的一主要表面的一極性並形成該化學反應性表面圖案。
範例4. 如範例1至3其中之一方法，其中於該化學反應性表面圖案上的化學反應性基團包含:乙醯基、磺酸基、醚基、羥基、酯基、醛基、羧基、胺基、或醯胺基。
範例5. 如範例1至4其中之一方法，其中該光阻遮罩圖案包含:二氧化矽、氮化矽、鈦、氧化鈦、氮化鈦、或氧化鋁。
範例6. 如範例1至5其中之一方法，其中於該自動化阻劑處理系統處塗佈該旋塗材料的步驟包含利用包括該遮罩化學物質的一遮罩前驅物溶液旋轉塗佈該基板，以形成一遮罩前驅物材料層，該遮罩前驅物材料層與該化學反應性表面圖案相互作用以形成該光阻表面遮罩圖案。
範例7. 圖案化一基板的一方法包含:接收一基板係包含旋轉塗佈於一待蝕刻層上的一光阻層，該光阻層的一主要表面包含一化學反應性表面圖案，該化學反應性表面圖案位於該光阻層曝光於極紫外線輻射的第一部分，被設置於該化學反應性表面圖案與該待蝕刻層之間的該光阻層的第二部分不曝光於該極紫外線輻射之下；旋轉塗佈一遮罩前驅物溶液係包含一遮罩化學物質及於該光阻層上之一溶劑，以形成一遮罩前驅物溶液層；基於該遮罩前驅物溶液層與該化學反應性表面圖案之間的一化學反應，形成一光阻表面遮罩圖案；移除未反應的遮罩前驅物溶液；利用該光阻表面遮罩圖案作為一第一蝕刻遮罩而圖案化該光阻層以形成一圖案化光阻層；及利用該圖案化光阻層作為一第二蝕刻遮罩而蝕刻該待蝕刻層。
範例8. 如範例7之方法，其中該光阻層為一化學放大光阻，且其中該光阻層曝光於該極紫外線輻射之該第一部分包含與該光阻層未曝光於該極紫外線輻射的該第二部分不同之一極性。
範例9. 如範例7或8其中之一方法，其中該化學反應性表面圖案上的化學反應性基團包含:乙醯基、磺酸基、醚基、羥基、酯基、醛基、羧基、胺基、及醯胺基。
範例10. 如範例7至9其中之一方法，其中該旋轉塗佈、形成該光阻表面遮罩圖案、移除該未反應的遮罩前驅物溶液、圖案化該光阻層之步驟係於一自動化阻劑處理系統中執行。
範例11. 圖案化一基板的一方法包含:接收一基板係包含設置於一待蝕刻層上的一光阻層及設置於該光阻層與該待蝕刻層之間的一中間層；利用該光化輻射的一圖案曝光該光阻層，以於該光阻層曝光於該光化輻射之部分上形成一化學反應性表面圖案；轉換該化學反應性表面圖案以形成一光阻表面遮罩圖案；利用該光阻表面遮罩圖案作為一第一蝕刻遮罩來蝕刻該中間層以形成一中間層圖案；及利用該中間層圖案作為一第二蝕刻遮罩來蝕刻該待蝕刻層。
範例12. 如範例11之方法，其中該光阻層於一自動化阻劑處理系統處旋轉塗佈至該中間層上，且該光阻層更包含於該光阻層曝光於光化輻射之第一部份上的一化學反應性表面圖案，且設置於該第一部分與該待蝕刻層之間之該光阻層的第二部分未曝光於該光化輻射。
範例13. 如範例11或12其中一方法，其中該光阻層於該自動化阻劑處理系統中的一氣相沉積腔室或該自動化阻劑處理系統中的一氣相聚合腔室中加以沉積，且其中該光阻層的一厚度在大約5nm至150nm的範圍內。
範例14. 如範例11至13其中一方法，其中該光阻層包含一化學放大光阻，且其中該光阻層曝光於該光化輻射之該第一部分包含與該光阻層未曝光於該光化輻射之該第二部分不同之一極性。
範例15. 如範例11至14之一方法，其中該化學反應性表面圖案上的化學反應性基團包含:乙醯基、磺酸基、醚基、羥基、酯基、醛基、羧基、胺基、或醯胺基。
範例16. 如範例11至15其中一方法，其中該光阻表面遮罩圖案包含:二氧化矽、氮化矽、鈦、二氧化鈦、氮化鈦、或氧化鋁。
範例17. 如範例11至16其中一方法，該方法更包含於該自動化阻劑處理系統處旋轉塗佈該中間層。
範例18. 如範例11至17其中一方法，其中轉換該化學反應性表面圖案的步驟包含在該自動化阻劑處理系統中的一氣相反應腔室中將該化學反應性表面圖案與氣體分子反應，該些氣體分子包含:矽原子及鹵素原子；氣體分子包含矽原子、氫原子及鹵素原子的氣體分子；包含矽原子、氧原子、及氫原子的氣體分子；包含矽原子、氫原子、氧原子、及鹵素原子的氣體分子；或包含有機金屬氣體分子的氣體分子。
範例19. 如範例11至18其中一方法，其中該轉換的步驟包含於一自動化阻劑處理系統中的一氣相沉積腔室中，執行一氣相沉積處理以於該化學反應性表面圖案的一主要表面上選擇性地沉積一遮罩前驅物材料，並將該遮罩前驅物材料與該化學反應性表面圖案反應以形成該光阻表面遮罩圖案。
範例20. 如範例11至19其中一方法，其中執行一氣相沉積處理的步驟包含執行一熱沉積處理、一化學氣相沉積處理、一原子層沉積處理、或一電漿輔助化學氣相沉積處理。
在前面的描述中，闡述具體細項，像是一處理系統的一特殊幾何圖形及此揭露中不同組件及處理的描述。然而，可以理解的是，此揭露中的技術可在與該些具體細項不同的實施例中實行，且這樣的細項為解釋之目的而非限制性的。此處揭露之實施例參照該隨附圖示進行描述。同樣地，為了解釋之目的，特定的號碼、材料、及配置被闡述以提供一完整的理解。然而，實施例可在沒有這些具體細項的情況下被實行。擁有基本上相同之功能建構的組件藉由像是參考字符來標示，因此任何多餘的描述可被省略。
不同的技術可被描述為多個離散操作以幫助理解該不同的實施例。描述的順序不該被理解為該些操作一定是順序相依的。而且，該些操作不需按照呈現順序被執行。描述之操作可以與該描述之實施例不同之一順序被執行。在附加的實施例中，各種附加操作可被執行及/或描述的操作可被省略。
此揭露中使用之「基板」或「目標基板」指根據此發明被處理之一物體。該基板可包含一裝置的任何材料部分或結構，特別是一半導體或其他電子裝置，且可能，例如，為一基座基板結構，像是一半導體晶圓、光罩或在一基座基板上或覆蓋其上之一層(像是一薄膜)。因此，基板不限於任何特定的基座結構、底層或覆蓋層、圖案化或未圖案化的，而是被理解為包含任何這樣的層或基座結構，及層及/或基座結構的任何組合。此描述可參照特定種類的基板，但這僅為示例之目的。
此領域之專業人士也可理解可對前面解釋之該些技術的操作做出許多變化，但仍達到與此發明相同之目的。此類變化旨在被包含於此揭露之範圍內。因此，前述的此發明之實施方式的描述未有限制之意圖。相反地，對本發明之實施例的任何限制在以下請求項中提出。
100:圖案化系統 102:光阻塗佈/顯影軌道 104:烘烤腔室 106:光微影掃描機 108:遮罩化學物質塗佈軌道 110:濕清理腔室 112:光阻蝕刻腔室 114:電漿蝕刻腔室 115:圖案化系統 116:電漿灰化腔室 118:晶圓運輸系統 140:基板 142:待蝕刻層 144:光阻層 145:光阻遮罩圖案 146:化學反應性表面圖案 147:遮罩前驅物材料層 148:光阻表面遮罩圖案 150:圖案化幾何圖形 180:中間層塗佈軌道 182:遮罩化學物質沉積腔室 188:光阻沉積腔室 190:中間層蝕刻腔室 200:中間層 202:薄光阻層 206:遮罩化學物質層 210:光阻表面蝕刻遮罩 215:中間層蝕刻遮罩 246:圖案區域 250:蝕刻幾何圖形
為更完整理解此發明及其優點，參考結合伴隨之附圖的以下描述，其中:
圖1為根據實施例之用於在基板上形成圖案的一半導體設備之一方塊圖。
圖2為根據實施例之一流程圖係附有描述一圖案化方法的區塊，該方法使用二次光阻表面功能化以形成遮罩。
圖3A-3G為根據實施例之於基板上形成圖案的處理步驟之三維等角投影圖。
圖4為根據實施例之用於在基板上形成圖案的一半導體設備之一方塊圖。
圖5為根據實施例之一流程圖係附有描述一圖案化方法的區塊，該方法使用二次光阻表面功能化以形成遮罩。
圖6A-6G為根據實施例之於基板上形成圖案的處理步驟之三維等角投影圖；且
圖7A-7H為根據實施例之於基板上形成圖案的處理步驟之三維等距投影圖。

Claims (20)

  1. 一種圖案化一基板的方法，該方法包含： 於一自動化阻劑處理系統處接收包含在一待蝕刻層之上的一光阻層之一基板，該光阻層對光化輻射敏感； 利用該光化輻射的一圖案曝光該光阻層以在該光阻層曝光於該光化輻射之部分形成一化學反應性表面圖案，該光阻層於該化學反應性表面圖案與該待蝕刻層之間的較深的部分於該曝光步驟之後保持未曝光於該光化輻射； 於該自動化阻劑處理系統處塗佈一旋塗材料以轉換該化學反應性表面圖案至一光阻表面遮罩圖案，該化學反應性表面圖案於該轉換步驟期間與一遮罩化學物質相互作用； 由一自動化阻劑處理系統處移除該旋塗材料未被轉換至該光阻表面遮罩圖案的部分； 利用該光阻表面遮罩圖案作為一第一蝕刻遮罩來蝕刻該光阻層以形成一光阻遮罩圖案；及 利用該光阻遮罩圖案作為一第二蝕刻遮罩來蝕刻該待蝕刻層。
  2. 如請求項1之方法，其中該光化輻射為UV、DUV、EUV、或電子束輻射。
  3. 如請求項1之方法，其中該光阻層為一化學放大光阻且其中曝光該光阻層的步驟造成形成羧基或羥基的一光化學反應，該羧基或羥基改變該光阻層的一主要表面的極性並形成該化學反應性表面圖案。
  4. 如請求項1之方法，其中該化學反應性表面圖案上的化學反應性基團包含:乙醯基、磺酸基、醚基、羥基、酯基、醛基、羧基、胺基、或醯胺基。
  5. 如請求項1之方法，其中該光阻遮罩圖案包含:二氧化矽、氮化矽、鈦、氧化鈦、氮化鈦、或氧化鋁。
  6. 如請求項1之方法，其中於該自動化阻劑處理系統處塗佈該旋塗材料的步驟包含: 利用包括該遮罩化學物質的一遮罩前驅物溶液旋轉塗佈該基板以形成一遮罩前驅物材料層，該遮罩前驅物材料層與該化學反應性表面圖案相互作用以形成該光阻表面遮罩圖案。
  7. 一種圖案化一基板的方法，該方法包含: 接收包含旋轉塗佈於一待蝕刻層之上的一光阻層之一基板，該光阻層的一主要表面包含一化學反應性表面圖案位於該光阻層曝光於極紫外線輻射的第一部分上，設置於該化學反應性表面圖案與該待蝕刻層之間的該光阻層的第二部分未曝光於該極紫外線輻射； 旋轉塗佈包含一遮罩化學物質及一溶劑之一遮罩前驅物溶液於該光阻層之上以形成一遮罩前驅物溶液層； 基於該遮罩前驅物溶液層與該化學反應性表面圖案之間的一化學反應形成一光阻表面遮罩圖案； 移除未反應的遮罩前驅物溶液； 利用該光阻表面遮罩圖案作為一第一蝕刻遮罩而圖案化該光阻層以形成一圖案化光阻層；及 利用該圖案化光阻層作為一第二蝕刻遮罩而蝕刻該待蝕刻層。
  8. 如請求項7之方法，其中該光阻層為一化學放大光阻，且其中該光阻層曝光於該極紫外線輻射之該第一部分包含與該光阻層未曝光於該極紫外線輻射的該第二部分不同之一極性。
  9. 如請求項7之方法，其中該化學反應性表面圖案上的化學反應性基團包含:乙醯基、磺酸基、醚基、羥基、酯基、醛基、羧基、胺基、及醯胺基。
  10. 如請求項7之方法，其中該旋轉塗佈、形成該光阻表面遮罩圖案、移除該未反應的遮罩前驅物溶液、圖案化該光阻層之步驟係於一自動化阻劑處理系統中執行。
  11. 一種圖案化一基板的方法，該方法包含: 接收一基板，其包含設置於一待蝕刻層之上的一光阻層及設置於該光阻層與該待蝕刻層之間的一中間層； 利用光化輻射的一圖案曝光該光阻層以於該光阻層曝光於該光化輻射之部分上形成一化學反應性表面圖案； 轉換該化學反應性表面圖案以形成一光阻表面遮罩圖案； 利用該光阻表面遮罩圖案作為一第一蝕刻遮罩來蝕刻該中間層以形成一中間層圖案；及 利用該中間層圖案作為一第二蝕刻遮罩來蝕刻該待蝕刻層。
  12. 如請求項11之方法，其中該光阻層於一自動化阻劑處理系統處旋轉塗佈至該中間層上，且該光阻層更包含於該光阻層曝光於光化輻射之第一部分上的一化學反應性表面圖案，且設置於該第一部分與該待蝕刻層之間的該光阻層的第二部分係未曝光於該光化輻射。
  13. 如請求項11之方法，其中該光阻層於一自動化阻劑處理系統中的一氣相沉積腔室或該自動化阻劑處理系統中的一氣相聚合腔室中加以沉積，且其中該光阻層的厚度在5 nm至150 nm的範圍內。
  14. 如請求項11之方法，其中該光阻層包含一化學放大光阻，且其中該光阻層曝光於該光化輻射之第一部分包含與該光阻層未曝光於該光化輻射之第二部分不同之一極性。
  15. 如請求項11之方法，其中該化學反應性表面圖案上的化學反應性基團包含:乙醯基、磺酸基、醚基、羥基、酯基、醛基、羧基、胺基、或醯胺基。
  16. 如請求項11之方法，其中該光阻表面遮罩圖案包含:二氧化矽、氮化矽、鈦、二氧化鈦、氮化鈦、或氧化鋁。
  17. 如請求項11之方法，該方法更包含於一自動化阻劑處理系統處旋轉塗佈該中間層。
  18. 如請求項11之方法，其中轉換該化學反應性表面圖案的步驟包含在一自動化阻劑處理系統中的一氣相反應腔室中，將該化學反應性表面圖案與氣體分子反應，該些氣體分子包含:矽原子及鹵素原子；包含矽原子、氫原子及鹵素原子的氣體分子；包含矽原子、氧原子、及氫原子的氣體分子；包含矽原子、氫原子、氧原子、及鹵素原子的氣體分子；或包含有機金屬氣體分子的氣體分子。
  19. 如請求項11之方法，其中該轉換的步驟包含: 於一自動化阻劑處理系統中的一氣相沉積腔室中，執行一氣相沉積處理以於該化學反應性表面圖案的一主要表面上選擇性地沉積一遮罩前驅物材料，並將該遮罩前驅物材料與該化學反應性表面圖案反應以形成該光阻表面遮罩圖案。
  20. 如請求項19之方法，其中執行一氣相沉積處理的步驟包含執行一熱沉積處理、一化學氣相沉積處理、一原子層沉積處理、或一電漿輔助化學氣相沉積處理。
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