TWI416279B - 用來移除微影應用中之凝固物質的高當量濃度溶液 - Google Patents

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Description

用來移除微影應用中之凝固物質的高當量濃度溶液
本發明係關於在基板上圖案化薄膜之方法，尤有關於使用化學凝固物質在基板上二次圖案化薄膜之方法。
於材料處理方法中，為了在蝕刻期間於基板上提供用以轉印蝕刻圖案至下方薄膜之遮罩，圖案蝕刻包含施加輻射敏感性材料薄層(如光阻)至隨後將圖案化之基板上部表面。例如，輻射敏感性材料之圖案化通常包含使用光微影系統藉由輻射源穿過輻射敏感性材料之光罩(及相關的光學儀器)而曝光，接著使用顯影劑移除照射區(如在正光阻的情況下)，或無照射區域(如在負光阻的情況下)之感光物質。此外，此遮罩層可包含多個子層。
最近，吾人已採用二次圖案化方法，與目前使用標準光刻技術之方法相比，此方法容許在較小間距下較小特徵部之圖案化。一種降低特徵部尺寸之方法為於相同基板上使用二次標準光刻圖案及蝕刻技術(即，LELE-光刻/蝕刻/光刻/蝕刻)，因此形成較大且彼此緊密間隔之圖案，以達成與單一次曝光相比較小之特徵部尺寸。在LELE二次圖案化期間，將基板暴露於第一圖案，第一圖案係於輻射敏感性材料中形成，使用蝕刻處理將形成於輻射敏感性材料中所形成之第一圖案轉印至下層，接著針對第二圖案重複這一連串步驟。
另一降低特徵部尺寸之方法為於相同基板上使用兩次標準光刻圖案，再接著使用蝕刻技術(即，LLE-光刻/光刻/蝕刻)，因此形成較大且彼此緊密間隔之圖案，以達成與單一次曝光相比較小之特徵部尺寸。在LLE二次圖案化期間，將基板暴露於第一圖案，將基板暴露於第二圖案，第一圖案與第二圖案係於輻射敏感性材料中形成，並使用蝕刻處理將形成於輻射敏感性材料中之第一圖案及第二圖案轉印至下層。
一種關於LLE二次圖案化之方法包含光刻/凝固/光刻/蝕刻(LFLE)技術，其於第一圖案化層中之第一圖案上施加凝固物質以在其中引起交聯作用，因此容許第一圖案化層可承受隨後具有第二圖案之第二圖案化層之處理。然而，在其他因素中，習知LFLE技術產生較差產率及不可接受的缺陷度(defectivity)。
本發明係一種關於在基板上圖案化薄膜之方法。
本發明更包含一種關於在基板上使用化學凝固物質二次圖案化薄膜之方法。
根據一個實施例描述一種關於二次圖案化基板之方法。此方法包含在基板上形成第一輻射敏感性材料層，於第一輻射敏感性材料層中製備第一圖案，且在第一輻射敏感性材料層上施加化學凝固物質以形成第一輻射敏感性材料凝固層。此方法包含用一高當量濃度移除溶液將化學凝固層移除以保留第一輻射敏感性材料凝固層中之第一圖案，其中此高當量濃度移除溶液包含具有大於0.26當量濃度(N)之活性溶質。之後，此方法包含在基板上形成第二輻射敏感性材料層，並於第二輻射敏感性材料層中製備第二圖案。
根據另一實施例敘述一種關於圖案化基板之方法。此方法包含在基板上形成輻射敏感性材料層，於輻射敏感性材料層中製備圖案，且在輻射敏感性材料層上施加化學凝固層以形成輻射敏感性材料凝固層。之後，此方法包含用一高當量濃度移除溶液將化學凝固層移除以保留輻射敏感性材料凝固層中之圖案，其中此高當量濃度移除溶液包含具有大於0.26當量濃度(N)之活性溶質。
根據另一實施例敘述一種關於從基板移除凝固層之方法。此方法包含在基板上形成輻射敏感性材料層，在輻射敏感性材料層上施加化學凝固層，並使用包含活性溶質之高當量濃度移除溶液將化學凝固層移除。此方法更包含選擇高當量濃度移除溶液中活性溶質之當量濃度超過0.26以減少因移除步驟而殘留在基板上之殘留物。
一種關於圖案化基板之方法揭露於各種實施例中。然而，熟知相關技藝者將明白吾人可在無一或多個特定細節，或以其他替代及/或額外的方法、物質、或元件實行各種實施例。在其他情況下，未顯示或詳細敘述熟知結構、物質、或操作方式以避免混淆本發明各種實施例之實施態樣。
同樣地，為說明之用意，特定數目、物質與結構係為了提供本發明完整的說明而提出。然而，本發明可在無特定細節下實行。再者，吾人應明白各種顯示於圖示之實施例係說明性表示而非依比例繪製。
參考遍及本說明書之「一個實施例」或「一實施例」或其變化意味著與本實施例有關之特殊特徵部、結構、物質、或特徵之描述係包含於至少一個本發明實施例中，但不表示他們出現於每個實施例中。因此，遍及本說明書許多地方所出現如「於一個實施例中」或「於一實施例中」一詞係未必指涉本發明之相同實施例。再者，特殊特徵部、結構、物質、或特徵可以任何適當方式結合在一或多個實施例中。
但是，吾人應明白，儘管說明發明本質之一般概念，包含於敘述中之特徵亦為發明本質。
依照本發明實施例，使用於此之「基板(substrate)」一詞通常意指欲處理之主體。舉例而言，基板可包含任何物質部或裝置結構，尤其半導體或其他電子裝置，且可為底部基板結構(如半導體晶圓)或位在底部基板結構上或覆蓋底部基板結構之層別(如薄膜)。因此，基板並非限制於任何特定底部結構、下層或上層、圖案化或未圖案化，而是考慮到包含任何上述層或底部結構，與任何層及/或底部結構之組合。以下敘述可能參考特定類型之基板，但此僅為說明之用意而非限制意味。
現在參考圖示，在數個圖示裡(從圖1A直至1G)，其中同樣的參考數字係表示相同或對應的部分，且圖2根據一實施例說明一種關於二次圖案化基板之方法。此方法說明於流程圖200且始於210，其中210係於基板110上形成第一輻射敏感性材料層120。第一輻射敏感性材料層120可包含光阻。舉例而言，第一輻射敏感性材料層120可包含248 nm(奈米)光阻、193 nm光阻、157 nm光阻、EUV(極紫外線)光阻、或電子束敏感光阻。可將物質旋轉塗佈在基板110上以形成第一輻射敏感性材料層120。可使用軌道系統形成第一輻射敏感性材料層120。舉例來說，軌道系統可包含由Tokyo Electron Limited(TEL)於市面上所販售之Clean Track ACT8、ACT12、或LITHIUS光阻塗佈與顯影系統。其他用以在基板上形成光阻膜之系統與方法為習知旋塗式光阻技術者所熟知。可在塗佈處理之後執行一或多個第一塗佈後烘烤(PAB)以加熱基板110，並在一或多個第一PAB之後執行一或多個冷卻循環以冷卻基板110。
於220中並如圖1B所顯示，於輻射曝光系統中將具有第一輻射敏感性材料層120之基板110對準在第一對齊位置，並以具有第一影像圖案之第一輻射使基板110成像。輻射曝光系統可包含一乾式或溼式光微影系統。可使用任何適合的習知之步進式微影系統，或掃描式微影系統形成第一影像圖案。舉例而言，由ASML Netherlands B.V.(De Run 6501，5504 DR Velhoven，The Netherlands)，或由Canon USA，Inc.，半導體設備事業部(3300 North First Street，San Jose，CA95134)於市面上所販售之光微影系統。或者，可使用電子束微影系統形成第一影像圖案。
為了移除第一影像圖案區域，已曝光於第一影像圖案之第一輻射敏感性材料層120受到顯影處理，並於第一輻射敏感性材料層120中形成第一圖案122。顯影處理可包含在顯影系統(如軌道系統)中將基板暴露至顯影劑。舉例而言，軌道系統可包含由Tokyo Electron Limited(TEL)於市面上所販售之Clean Track ACT8、ACT12、或LITHIUS光阻塗佈與顯影系統。可在顯影處理之前執行一或多個第一曝光後烘烤(PEB)以加熱基板110，並在一或多個第一PEB之後執行一或多個冷卻循環以冷卻基板110。
於230中並如圖1C所示，施加化學凝固層130於第一輻射敏感性材料層120上以形成第一輻射敏感性材料凝固層120’。可藉由將物質旋轉塗佈於基板110上以形成化學凝固層130。可使用軌道系統形成化學凝固層130。舉例而言，軌道系統可包含由Tokyo Electron Limited(TEL)於市面上所販售之Clean Track ACT8、ACT12或LITHIUS光阻塗佈與顯影系統。其他用以於基板上形成光阻膜之系統與方法為習知旋塗式光阻技術者所熟知。可在塗佈處理之後執行一或多個烘烤處理以加熱基板110並硬化至少一部分的化學凝固層130。
由於施加化學凝固層130至基板110並加熱基板110，一部分的化學凝固層130與第一輻射敏感性材料層120之暴露表面反應而形成保護層132；視圖1D。保護層132保護第一輻射敏感性材料層120不受隨後的塗佈、曝光及顯影處理影響，因此「凝固」第一輻射敏感性材料層120以形成第一輻射敏感性材料凝固層120’。
化學凝固層130可包含任何於輻射敏感性材料層中引起交聯作用之可移除物質。化學凝固層130可包含聚合物質。舉例而言，化學凝固層130可包含由JSR Micro，Inc.(1280 North Mathilda Avenue，Sunnyvale，CA 94089)於市面上所販售之凝固物質，包含F112凝固物質。或者，舉例而言，化學凝固層130可包含由Rohm與Haas(道氏化學公司(100 Independence Mall West，Philadelphia，PA 19106)獨資之子公司)於市面上所販售之凝固物質，包含SCTM 1000表面硬化劑(SCA)。
於240中並如圖1E所示，使用高當量濃度的移除溶液從基板110移除化學凝固層130以保留第一輻射敏感性材料凝固層120，中之第一圖案122。高當量濃度移除溶液包含具有大於0.26當量濃度(N)之活性溶質。或者，高當量濃度移除溶液包含具有大於0.3當量濃度(N)之活性溶質。或者，高當量濃度移除溶液包含具有大於0.4當量濃度(N)之活性溶質。或者，高當量濃度移除溶液包含具有大於0.5當量濃度(N)之活性溶質。
高當量濃度移除溶液可包含鹼性水溶液。此外，高當量濃度移除溶液可包含氫氧化物。此外，高當量濃度移除溶液可包含四級銨氫氧化物。再者，高當量濃度移除溶液可包含氫氧化四甲銨(THAM)。
於高當量濃度移除溶液中THAM當量濃度(N)可大於0.26。或者，於高當量濃度移除溶液中THAM當量濃度(N)可大於或等於0.3。或者，於高當量濃度移除溶液中THAM當量濃度(N)可大於或等於0.4。或者，於高當量濃度移除溶液中THAM當量濃度(N)可大於或等於0.5。又或者，於高當量濃度移除溶液中THAM當量濃度(N)可為約0.32。
於高當量濃度移除溶液中THAM濃度可大於2.36%w/v(或每100毫升(ml)溶液2.36克溶質)。或者，於高當量濃度移除溶液中TMAH濃度可大於2.72%w/v(或每100毫升(ml)溶液2.72克溶質)。
習知移除溶液具有0.26或更低之當量濃度(N)。舉例而言，可容易地從商業供應商得到0.26當量濃度之TMAH類移除溶液。如以下將敘述，增加當量濃度(N)超過0.26導致二次圖案化處理之基板產量提高並降低影響裝置良率之基板缺陷度。
於250中並如圖1F所顯示，於基板110上形成第二輻射敏感性材料層140。第二輻射敏感性材料層140可包含光阻。舉例而言，第二輻射敏感性材料層140可包含248 nm(奈米)光阻、193 nm光阻、157 nm光阻、EUV(極紫外線)光阻、或電子束敏感光阻。可藉由在基板110上旋轉塗佈物質形成第二輻射敏感性材料層140。可利用軌道系統形成第二輻射敏感性材料層140。舉例而言，軌道系統可包含由Tokyo Electron Limited(TEL)於市面上所販售之Clean Track ACT8、ACT12、或LITHIUS光阻塗佈與顯影系統。其他用以在基板上形成光阻膜之系統與方法為習知旋塗式光阻技術者所熟知。可在塗佈處理之後執行一或多個第一塗佈後烘烤(PAB)以加熱基板110，並在一或多個第一PAB之後執行一或多個冷卻循環以冷卻基板110。
於260中並如圖1G所顯示，於輻射曝光系統中將具有第二輻射敏感性材料層140之基板110對準在第二對齊位置，並以具有第二影像圖案之第二輻射使基板110成像。第二輻射可與第一輻射相同或不同於第一輻射。輻射曝光系統可包含一乾式或溼式光微影系統。可使用任何適合的習知之步進式微影系統，或掃描式微影系統形成第二影像圖案。舉例而言，由ASML Netherlands B.V.(De Run 6501，5504 DR Veldhovon，The Netherlands)，或由Canon USA，Inc.，半導體設備事業部(3300 North First Street，San Jose，CA95134)於市面上所販售之光微影系統。或者，可使用電子束微影系統形成第二影像圖案。
為了移除第二影像圖案區域，已曝光於第二影像圖案之第二輻射敏感性材料層140受到顯影處理，並於第二輻射敏感性材料層140中形成第二圖案142，因此留下具有第一圖案122與第二圖案142之雙重圖案150。顯影處理可包含在顯影系統(如軌道系統)中將基板暴露至顯影劑。顯影處理可包含於顯影系統(如軌道系統)中將基板暴露至顯影劑。舉例而言，軌道系統可包含由Tokyo Electron Limited(TEL)於市面上所販售之Clean Track ACT8、ACT12、或LITHIUS光阻塗佈與顯影系統。可在顯影處理之前執行一或多個第一曝光後烘烤(PEB)以加熱基板110，並在一或多個第一PEB之後執行一或多個冷卻循環以冷卻基板110。
於270中，使用一或多個蝕刻處理將雙重圖案150轉印至基板110下層。一或多個蝕刻處理可包含任何溼式或乾式蝕刻處理之組合。乾式蝕刻處理可包含乾式電漿蝕刻處理或乾式無電漿蝕刻處理。
儘管化學凝固物質與其移除方法之運用已敘述於二次圖案化機構之相關內容中，上述化學凝固物質與其移除方法可用於單一圖案化機構及/或其他結構，其中該結構需要施加凝固物質，使凝固物質與下層/結構反應以形成保護層，並移除凝固物質以留下具保護層之下層/結構。
根據一範例，提供關於圖案化處理之結果，其中圖案化處理係利用化學凝固物質保護形成於輻射敏感性材料層中之圖案。該化學凝固物質包含名為F112之凝固物質，其由JSR Micro，Inc.於市面上所提供及銷售。第一移除溶液包含習知之水性0.26N TMAH溶液，其可容易地由商業供應商購得。第二移除溶液包含水性0.32 N TMAH溶液，其可容易地由商業供應商購得。在塗佈化學凝固物質之後，使用所指定之移除溶液移除化學凝固物質。
表1顯示缺陷計數作為移除溶液組成之函數。提供關於非可視缺陷及殘留聚合物(RP)缺陷之缺陷計數。此外，提供總缺陷計數與殘留聚合物缺陷對總缺陷之百分比(%)率。如表1顯示，當TMAH溶液當量濃度從0.26增加至0.32時，殘留聚合物缺陷計數減少46%。此外，當TMAH溶液當量濃度從0.26增加至0.32時，基板產量增加50%。發明者推測，越高當量濃度之移除溶液具有將溶解之化學凝固物質保留於溶液中之較佳能力，因此降低由殘留聚合物產生之缺陷度。此外，發明者推測，越高當量濃度之移除溶液促使化學凝固物質之較高移除速率，因此增加基板產量。
儘管只有某些本發明實施例已被詳細敘述於上，熟知本項技藝者將很快地明白於實施例中，吾人可執行許多修正而不須實質上脫離本發明新穎的教示與優勢。因此，所有上述修正意欲包含於本發明之範疇內。
110‧‧‧基板
120‧‧‧第一輻射敏感性材料層
120’‧‧‧第一輻射敏感性材料凝固層
122‧‧‧第一圖案
130‧‧‧化學凝固層
132‧‧‧保護層
140‧‧‧第二輻射敏感性材料層
142‧‧‧第二圖案
150‧‧‧雙重圖案
200‧‧‧流程圖
210-270‧‧‧步驟
於所附圖示中：圖1A至1G根據一實施例呈現二次圖案化基板之方法之簡易示意圖；及圖2根據另一實施例說明二次圖案化基板之方法。
200．．．流程圖
210．．．形成第一輻射敏感性材料層
220．．．於第一輻射敏感性材料層中製備第一圖案
230．．．在第一輻射敏感性材料層上施加化學凝固層以形成第一輻射敏感性材料凝固層
240．．．從第一輻射敏感性材料凝固層移除化學凝固層
250．．．形成第二輻射敏感性材料層
260．．．於第二輻射敏感性材料層中製備第二圖案
270．．．將第一圖案與第二圖案轉印至下層

Claims (18)

  1. 一種二次圖案化基板之方法，包含：在該基板上形成一第一輻射敏感性材料層；於該第一輻射敏感性材料層中使一第一圖案成像及顯影；在該第一輻射敏感性材料層上施加一化學凝固層以形成一第一輻射敏感性材料凝固層；使用一高當量濃度移除溶液移除該化學凝固層，以保留該第一輻射敏感性材料凝固層中之該第一圖案，其中該高當量濃度移除溶液包含具有大於0.3當量濃度之活性溶質；在該基板上形成第二輻射敏感性材料層；及於該第二輻射敏感性材料層中使一第二圖案成像及顯影。
  2. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，其中該高當量濃度移除溶液之當量濃度(N)係大於或等於0.4。
  3. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，其中該高當量濃度移除溶液之當量濃度(N)係大於或等於0.5。
  4. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，更包含：使用一或多個蝕刻處理轉印該第一圖案與該第二圖案至下層。
  5. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，其中形成該第一輻射敏感性材料層之該步驟包含以光阻旋轉塗佈該基板，且其中形成該第二輻射敏感性材料層之該步驟包含以光阻旋轉塗佈該基板。
  6. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，其中於第一輻射敏感性材料層中使該第一圖案成像及顯影之該步驟包含：於一輻射曝光系統中將該基板對準於第一對齊位置； 將該第一輻射敏感性材料層暴露至第一輻射；執行該第一輻射敏感性材料層之第一曝光後烘烤；於該第一曝光後烘烤之後冷卻該基板；及顯影該第一輻射敏感性材料層以於其中形成該第一圖案。
  7. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，其中於該第二輻射敏感性材料層中使該第二圖案成像及顯影之該步驟包含：於一輻射曝光系統中將該基板對準於第二對齊位置；將該第二輻射敏感性材料層暴露至第二輻射；執行該第二輻射敏感性材料層之第二曝光後烘烤；於該第二曝光後烘烤之後冷卻該基板；及顯影該第二輻射敏感性材料層以於其中形成該第二圖案。
  8. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，其中在第一輻射敏感性材料層上施加該化學凝固層之步驟包含：以該化學凝固層旋轉塗佈該基板；及加熱該基板。
  9. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，其中該高當量濃度移除溶液包含一鹼性水溶液。
  10. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，其中該高當量濃度移除溶液中之該活性溶質包含一氫氧化物。
  11. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，其中該高當量濃度移除溶液中之該活性溶質包含一四級銨氫氧化物。
  12. 如申請專利範圍第1項之二次圖案化基板之方法，其中該高當量濃度移除溶液中之該活性溶質包含一氫氧化四甲銨(TMAH)。
  13. 如申請專利範圍第12項之二次圖案化基板之方法，其中該高當量濃度移除溶液中之該活性溶質之當量濃度(N)大約等於0.32。
  14. 如申請專利範圍第12項之二次圖案化基板之方法，其中該高當量濃度移除溶液中之該TMAH之濃度係大於2.36%w/v。
  15. 如申請專利範圍第12項之二次圖案化基板之方法，其中該高當量濃度移除溶液中之該TMAH之濃度係大於或等於2.72%w/v。
  16. 如申請專利範圍第12項之二次圖案化基板之方法，更包含：選定該活性溶質於該高當量濃度移除溶液中之濃度，俾相對於0.26N標準移除溶液而減少該基板上之殘留聚合物缺陷計數30%或更多。
  17. 一種圖案化基板之方法，包含：在該基板上形成一輻射敏感性材料層；於該輻射敏感性材料層中使一圖案成像及顯影；在該輻射敏感性材料層上施加一化學凝固層，以形成一輻射敏感性材料凝固層；及使用一高當量濃度移除溶液移除該化學凝固層，以保留該輻射敏感性材料凝固層中之該圖案，其中該高當量濃度移除溶液包含具有大於0.3當量濃度(N)之活性溶質。
  18. 一種從一基板移除一凝固層之方法，包含：在該基板上形成一圖案化輻射敏感性材料層；在該圖案化輻射敏感性材料層上施加一化學凝固層；使用一含有活性溶質之高當量濃度移除溶液移除該化學凝固層；及選擇該高當量濃度移除溶液中該活性溶質之當量濃度大於 0.3，以減少因該移除步驟而殘留在該基板上之殘留物。
TW099132017A 2009-09-22 2010-09-21 用來移除微影應用中之凝固物質的高當量濃度溶液 TWI416279B (zh)

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