TWI441239B - 製造微影元件的方法、微影單元及電腦程式產品 - Google Patents

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Description

製造微影元件的方法、微影單元及電腦程式產品
本發明大體而言係關於用於曝光半導體基板之微影術及相關聯之方法及裝置。
微影曝光裝置可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。在該狀況下，一圖案化元件可產生一對應於IC之個別層的電路圖案。在光微影術中，藉由使一光束穿越該圖案化元件來圖案化該輻射光束，且由微影裝置之投影系統將該輻射光束投影至一塗佈有光活化抗蝕劑(亦即，光致抗蝕劑)材料層之基板(矽晶圓)上的一目標部分(例如，包含一或多個晶粒)上，以便在抗蝕劑中成像所要之圖案。一般而言，單一基板將含有經由投影系統來一次一個地連續照射之相鄰目標部分的整個網路。
在半導體工業中，由於不斷要求在IC之層中具有較小特徵之較小半導體元件，使得不斷推動在基板上印刷具有密集配置之特徵(諸如閘極及接點)之圖案的工作。詳言之，存在印刷具有密集線及密集空間之圖案的需要。印刷該等圖案包含至少兩個微影製程步驟。第一步驟包含光學成像及抗蝕劑曝光以將一圖案自一圖案化元件(諸如，具備光罩圖案之光罩或主光罩)轉印至一上覆於一基板之抗蝕劑層。第二製程包含使已曝光之抗蝕劑層經受抗蝕劑顯影，其中溶解分別為正調(positive tone)或負調抗蝕劑之經曝光或未經曝光之抗蝕劑部分，使抗蝕劑特徵自基板突出。舉例而言，可使用正調抗蝕劑來印刷密集線及空間，以便獲得由未經曝光之正調抗蝕劑材料組成的線。
大體而言，藉由在提供抗蝕劑層之前提供一底部抗反射塗層至基板來減輕曝光輻射在基板表面處之反射的有害效應。在下文中將該底部抗反射塗層稱作BARC。
在具有以最佳解析度印刷之密集線及空間的圖案中，線之線寬CD(臨界尺寸)大體上等於空間之空間寬度，使得線寬為將該等線安置在圖案中所用之間距的一半。
用以印刷線之最大密度由微影裝置特性以及印刷製程特性來確定。裝置特性包括裝置之成像系統(例如，光學投影系統)的特性。製程特性包括曝光及顯影製程之特性及抗蝕劑之特性。
通常，上述特性與以最大可印刷密度配置之線或空間之最小寬度CD之間的關係可寫作CD＝k1 (λ/NA)，其中NA表示投影系統之數值孔徑，λ表示曝光輻射之波長，且k1 為表示除NA及λ之外之任何特性之效應的因數。
以上關係指代習知單一曝光微影印刷製程。對於該製程而言，不可能配置該印刷而使得k1 <0.25，因為極限k1 ＝0.25為用於印刷密集線空間結構之基本物理光學極限。
除減小波長及增加數值孔徑之外，眾多所謂解析度增強技術(RET)正在使用或發展中以獲得儘可能低之k1 值：RET之實例為使用光罩圖案輔助特徵、使用源－光罩(source－mask)最佳化計算來識別最佳光罩照明機制及相關光罩圖案布局，及使用諸如衰減相移光罩(PSM)及交變PSM或無鉻PSM的不同類型之光罩。
為進一步增加密集線空間圖案之最大密度，建議並發展使得能以k1 <0.25來印刷線的雙重圖案化技術。在(例如)用於印刷密集線及空間之雙溝槽雙重圖案化製程中，在一目標層中以交錯位置蝕刻第一及第二空間圖案。該目標層可(例如)為待用於蝕刻下伏於該目標層之層的犧牲蝕刻光罩。該雙重圖案化技術利用在單次曝光製程中在給定數值孔徑NA及波長λ下印刷具有一低於值CD之寬度CDdp 之空間的半密集圖案之可能性(在空間以大於2k1 (λ/NA)之間距配置時)。因此，在線與空間之寬度相等之意義上，該圖案並非密集圖案。代替地，線之寬度為(例如)三倍於空間之寬度CDdp 。對於印刷線狀空間之該半密集圖案或印刷一半密集溝槽圖案(其中CDdp <CD)而言，一般使用正調抗蝕劑。
用於印刷密集線之雙溝槽雙重圖案化製程藉由以下三個步驟特徵化。在第一步驟中，在抗蝕劑中印刷第一半密集空間圖案。在抗蝕劑顯影之後，將剩餘抗蝕劑光罩用作用於第二步驟之蝕刻光罩。在第二步驟中，藉由對基板應用各向異性蝕刻製程來將空間轉印至一目標層，且接著剝離抗蝕劑光罩。大體而言，使用反應性離子蝕刻製程(RIE製程)。在第三步驟中，再次以抗蝕劑塗佈目標層，且在抗蝕劑中印刷第二半密集空間圖案。第二印刷經配置以致第二圖案之空間相對於目標層中所蝕刻之空間而交錯定位。由於交錯，使得再次使用RIE製程對目標層進行之後續蝕刻產生了自基板之表面突出的目標層材料之線。藉由使兩個半密集空間圖案(每一圖案之特徵為其空間寬度CDdp 及間距4 CDdp )交錯，所得線具有等於空間寬度CDdp 之寬度，以獲得密集線圖案。
與以上所述之雙溝槽雙重圖案化製程相關聯的一問題為，在第一印刷步驟與第二印刷步驟之間的對目標層之RIE處理減小了可圖案化基板之速度，且習知微影裝置或習知軌道裝置(連接至該微影裝置)並不包括RIE處理構件。軌道裝置經配置以自微影裝置搬運基板並將基板搬運至微影裝置且執行複數個抗蝕劑處理步驟(諸如抗蝕劑塗佈、抗蝕劑顯影)及其他標準預曝光及後曝光抗蝕劑製程(諸如預曝光烘焙及/或後曝光烘焙)。
需要(例如)提供一種雙重圖案化方法，其中減輕繼第一次圖案化之後且先於第二次圖案化之蝕刻製程的有害效應。
根據本發明之一態樣，提供一種微影元件製造方法，其包含：以一包括一第一特徵區段及一第二特徵區段之圖案而圖案化一第一輻射敏感材料之一層，該層經配置以至少部分地覆蓋一基板之一表面，該第一特徵區段及該第二特徵區段自該表面突出且被該表面之一未被覆蓋部分分開；提供一第二輻射敏感材料之一層至該表面之該未被覆蓋部分；以一包括一第三特徵區段之圖案而圖案化該第二輻射敏感材料之該層，該第三特徵區段相對於該第一特徵區段及該第二特徵區段而安置於交錯位置中、自該表面之該未被覆蓋部分突出且經配置以與該第一特徵區段及該第二特徵區段結合提供一所要圖案之一部分，其中該方法進一步包括：在提供該第二輻射敏感材料之該層之前且在圖案化該第一輻射敏感材料之該層之後將一表面調節製程應用至該表面之該未被覆蓋部分，以增強該第三特徵區段對該表面之黏著性。
根據本發明之一態樣，提供一種微影單元，其包含一微影裝置、複數個製程裝置及一用於控制該微影裝置與該等製程裝置的控制單元，其中該複數個製程裝置包含一表面調節裝置，其經配置以增強一第二輻射敏感材料之一第三特徵區段對安置於一第一輻射敏感材料之一第一特徵區段與一第二特徵區段之間的一基板之一表面的一未被覆蓋部分的黏著性。
根據本發明之一態樣，提供一種電腦程式產品，其包含記錄於一電腦可讀媒體上之指令，該等指令經調適以控制一微影單元執行一元件製造方法，該方法以所述次序包括：在一基板之一表面上提供一第一輻射敏感材料之一層；以一包括自該表面突出且被該表面之一未被覆蓋部分分開之一第一特徵區段及一第二特徵區段的圖案而圖案化該層；將一表面調節製程應用至該表面之該未被覆蓋部分，以增強一第二輻射敏感材料之一第三特徵區段對該表面之一黏著性；提供該第二輻射敏感材料之一層至該表面之該未被覆蓋部分；以一包括該第三特徵區段之圖案而圖案化該第二輻射敏感材料之該層，該第三特徵區段相對於該第一特徵區段及該第二特徵區段而安置於交錯位置中且自該表面之該未被覆蓋部分突出，且其中該第一特徵區段、該第二特徵區段及該第三特徵區段經配置以組合地提供一所要圖案之一部分。
 實施例1
根據本發明之一實施例，且如圖1中所說明，提供自頂層114之一表面112突出之抗蝕劑材料線的一密集線空間圖案100。頂層114可為至少部分地上覆於一微影基板W之底部抗反射塗層(BARC)。兩個相鄰線110及111之抗蝕劑發源於基板上之兩個各別、獨立的抗蝕劑沈積。第一抗蝕劑沈積及第二抗蝕劑沈積包括提供各別第一抗蝕劑材料及第二抗蝕劑材料至基板W且微影處理該第一抗蝕劑材料及該第二抗蝕劑材料。第一抗蝕劑材料及第二抗蝕劑材料中之每一者可為任何輻射敏感材料，諸如正調抗蝕劑或負調抗蝕劑。第一抗蝕劑材料及第二抗蝕劑材料可為具有相反調性(tonality)之抗蝕劑。線110可僅為一或多個抗蝕劑材料特徵之特徵區段。類似地，線111可為該等區段。在一實施例中，基板為矽晶圓，其可能在應用本實施例之雙重圖案化製程之前已進行了微影處理以提供一或多個IC層。進一步向基板提供一在BARC層114之下之目標層TL，其待根據本發明方法而以一所要圖案加以圖案化。線110及111可僅為該所要圖案之一部分。目標層TL可為IC層或用於微影處理中之任何其他類型之層。代替BARC，頂層114可為(例如)無機底部抗反射塗層或安置於基板上之硬光罩。該硬光罩可(例如)為氧化物層或諸如SiON或SiN或TiN之氮化物之層。
圖2說明為本發明雙重圖案化方法之部分的製程步驟200之流程。在提供第一抗蝕劑至基板W(圖2，步驟210)之後，在第一抗蝕劑層中印刷一第一半密集線圖案(圖2，步驟220)。該印刷包括一顯影步驟，其中應用第一顯影劑以提供第一組空間。習知氫氧化物顯影製程可用於顯影第一抗蝕劑。舉例而言，四甲基銨氫氧化物溶液用於本實施例中，此類型之顯影劑通常被稱作TMAH顯影劑。
在圖3A中，說明最初兩個步驟210及220之結果。自BARC表面突出之所得第一組線310之線寬為CDdp ，且線之間的空間之寬度為3 CDdp 。圖3A中之兩個線110可僅為一或多個特徵之第一特徵區段及第二特徵區段。
其次，提供第二抗蝕劑至基板(圖2，步驟230)。此製程經配置以致至少表面112之在第一組線310之間的未被覆蓋部分(例如，空間)由第二抗蝕劑材料覆蓋或以第二抗蝕劑材料填充。亦可提供另一抗蝕劑預處理。其次，在第二抗蝕劑層中印刷一第二半密集線圖案320(圖2，步驟240)。步驟230及240之結果在圖3B中加以說明。第二圖案經配置以致自BARC表面114突出之所得第二組線320之線寬亦為CDdp ，且線111之間的空間之寬度為3 CDdp 。第二組線320之位置相對於第一組線310而配置於交錯位置中。此在圖3B中示意性地指示。圖3B中兩個線110之間的線111可僅為一或多個特徵之前述第一特徵區段與第二特徵區段之間的第三特徵區段。可(例如)藉由使用具有分別根據第一半密集線圖案310及第二半密集線圖案320之圖案的第一光罩及第二光罩來獲得交錯。接著可藉由相對於光罩上之一或多個共同對準標記將該兩個圖案安置為彼此間有移位而獲得交錯，且根據所要交錯而選擇該兩個圖案之移位。所得圖案之間距為2 CDdp ，且因此獲得所要密集線空間圖案，其中由於CDdp 小於CD，因此有效地，因數k1 為0.25或可能小於0.25。
第二印刷製程(步驟240)包括使用第二顯影劑來對第二抗蝕劑材料顯影以提供第二組空間(亦即，圖3B中線110與111之間的空間)。第二顯影劑之組成及第一抗蝕劑材料之組成經配置以致將包括線110之第一組特徵310暴露至第二顯影劑下大體上不會影響此等線之構成及形狀。
在印刷第二半密集線圖案320之後，獲得密集線及空間之所要蝕刻光罩圖案100。可應用習知RIE製程以將密集線圖案轉印至目標層TL(圖2，步驟250)。可隨後應用習知抗蝕劑剝離製程來剝離此抗蝕劑光罩。
在本實施例中，第一抗蝕劑材料為正調光致抗蝕劑，諸如TOK P6239抗蝕劑，且使用TMAH顯影劑來印刷第一組線。可用於印刷半密集線之光罩類型為亮場(bright field)光罩，諸如亮場覆鉻玻璃光罩(COG光罩)、交變相移光罩(交變PSM)或無鉻PSM。第二抗蝕劑為負調光致抗蝕劑，諸如TOK N023或TOK N027抗蝕劑，且可使用(例如)暗場COG光罩或暗場衰減PSM來印刷第二組線。
參看如在基板層級處獲得之特徵尺寸及圖案尺寸(例如，為獲得光罩層級處之對應尺寸，應慮及藉由微影裝置之投影系統而成像的縮減比)，使用兩個半密集線圖案來成像具有50 nm寬度之線，其中50 nm線以200 nm之間距安置。藉由應用本實施例之方法，對於每次曝光使用具有NA＝0.93及λ＝193 nm之微影裝置來獲得具有50 nm寬度之密集線及具有50 nm寬度之空間的抗蝕劑圖案。照明設定為Σ(sigma)＝0.5，且使用COG光罩圖案。BARC為AZ 1C5D BARC。
儘管本發明方法可因此原則上用於雙重圖案化以避免中間RIE或其他蝕刻製程，但可藉由在第一次曝光及顯影之後(亦即，在第一次圖案化第一抗蝕劑材料層之後)且在提供第二抗蝕劑至基板之前應用一表面調節製程步驟來獲得對本發明雙重圖案化製程之良率的改良，該表面調節製程步驟經配置以調節圖3A中在特徵110之間的表面112之被清除的、未被覆蓋的部分。在如圖4中所說明之製程流程400中，在步驟410中提及此表面調節步驟。與圖2比較，在印刷第一半密集線圖案之製程步驟220與提供第二抗蝕劑至基板之製程步驟230之間執行額外製程步驟410。理想地，待在第一次顯影之後且在將第二抗蝕劑材料塗覆至基板之前應用BARC表面調節步驟。
應瞭解，在應用TMAH顯影劑(其為圖4中之步驟220之部分)期間，BARC表面112之部分在第一抗蝕劑溶解後變得未被覆蓋且被暴露至TMAH顯影劑。BARC之此等未被覆蓋部分之表面包括圖3A中線110之間的空間之表面。如圖5中之陰影線表面部分510所示意性地指示，TMAH顯影製程改變了緊鄰未被覆蓋之BARC部分之表面112及在該表面112處的層114 BARC材料之性質。將BARC表面暴露至TMAH顯影劑改變了包括於BARC之表面部分510中的材料之極性及/或酸度。表面部分510之較高極性與隨後印刷之抗蝕劑特徵對經顯影劑暴露之下伏BARC表面之黏著性的減小有聯繫，且表面部分510之較低酸度與在使用負調抗蝕劑作為第二抗蝕劑時引起該隨後印刷之抗蝕劑特徵超出容許度的底切(導致減小之黏著性)有聯繫。應瞭解，將BARC暴露至TMAH顯影劑引起了極性之增加及/或酸度之減小。BARC表面調節步驟410經配置以完全或至少部分地減小由TMAH誘發之極性增加及/或由TMAH誘發之酸度減小。在缺乏BARC表面調節步驟410時，歸因於第二抗蝕劑特徵對BARC表面之減小之黏著性，及/或歸因於第二抗蝕劑之特徵之底切，可能發生圖案崩塌。圖案崩塌之一實例在圖6中加以說明。可藉由配置BARC表面調節步驟410以影響BARC表面部分510之極性及/或酸度(以單位pH表示)來避免此有害效應。
在本實施例中，且根據本發明之一態樣，BARC表面調節步驟410包括將基板暴露至酸，該酸可為氫氟酸或乙酸。舉例而言，可使基板經受氟化氫(HF)噴霧處理。可使用一酸噴塗設備來執行該處理，該酸噴塗設備可為軌道系統之部分。將基板暴露至酸噴霧(諸如HF酸噴霧)之效應在於親水性羥基被疏水性氟基置換且BARC區域510之酸度增加。
在本實施例中獲得之結果在圖7中加以展示。
第二實施例
一第二實施例與第一實施例相同，除了BARC表面調節步驟410包括將基板暴露至碳氟化合物基電漿或含氫之碳氟化合物基電漿之外。舉例而言，CxHyFz電漿處理亦具有以疏水性氟基置換親水性羥基之效應。可組合地使用第一實施例及第二實施例之BARC表面調節步驟。
第三實施例
一第三實施例與第一實施例相同，只是除BARC表面調節步驟410之外，該方法進一步包括一經配置以進一步減少後續處理步驟(諸如步驟410、230及240中之任一者)對第一抗蝕劑材料之特徵110之可能有害衝擊的定影步驟。該定影步驟可(例如)包括在圖案化第一抗蝕劑層之後且在提供第二抗蝕劑層之前，以一充分高以引起在第一半密集線圖案之線特徵110中之至少一些材料流動的溫度下硬烘焙基板。理想地，在200 K或更高之溫度下執行硬烘焙。第一實施例及第二實施例之BARC表面調節步驟可各與本實施例之硬烘焙步驟結合地使用。
應瞭解，硬烘焙之另一效應在於進一步去活化剩餘第一抗蝕劑之光敏性組份；該等殘餘光敏性組份可能在第二次暴露期間被活化時具有有害效應。硬烘焙步驟之另一或替代優點在於其減小第一抗蝕劑特徵110在第二顯影劑中之殘餘溶解度；在第二抗蝕劑之顯影步驟期間可發生線110之另一次溶解。
本發明實施例中之任一者的一優點在於：在第二次曝光期間，僅曝光對應於圖3B中之線111的抗蝕劑部分，以便大體上避免曝光輻射在線狀抗蝕劑特徵110處之散射。此可產生第二半密集線圖案之在第二抗蝕劑中之影像的最佳對比。
根據本發明之一態樣，BARC表面調節步驟中之每一者與一習知方法結合以防止圖案崩塌，諸如應用沖洗液體及/或使用超臨界二氧化碳顯影劑。
第四實施例
在一第四實施例中，且如圖8中所說明，提供一微影單元800，其包含一微影裝置810、複數個製程裝置820，及一用於控制該微影裝置與該等製程裝置的控制單元830，其中該複數個製程裝置包含一表面調節裝置840，其經配置以增強一抗蝕劑材料特徵區段對一基板之一表面之一未被覆蓋部分的黏著性，該表面之該未被覆蓋部分安置於第一輻射敏感材料之一第一特徵區段與一第二特徵區段之間，且該抗蝕劑材料特徵區段為第三輻射敏感材料之特徵區段。微影投影裝置810與一經建構及經配置以根據以上所述之方法中之任一者而調節一BARC表面的元件840結合。元件840可為一軌道裝置860之部分，該軌道裝置860連接至微影投影裝置810，其經配置以自微影裝置搬運並傳送基板且將基板搬運並傳送至微影裝置且執行抗蝕劑處理(諸如旋塗、抗蝕劑顯影)及/或其他標準預曝光及後曝光抗蝕劑製程(諸如預曝光烘焙及/或後曝光烘焙)。
微影單元800之表面調節裝置840可連接至一酸(諸如氫氟酸或乙酸)供應體850。或者，表面調節裝置840可經配置以將基板暴露至碳氟化合物基電漿或含氫之碳氟化合物基電漿，在該狀況下，供應體850係指用於供應蝕刻氣體之構件。在本實施例中，表面調節裝置840包括於連接至微影投影裝置810且供微影投影裝置810使用之軌道860中。
控制單元830包含一儲存媒體，其儲存有使微影單元800執行一方法之指令，該方法以所述次序包括：在基板W上之一層114(諸如BARC)之一表面112上提供第一抗蝕劑或第一輻射敏感材料之層；以圖案310圖案化該第一抗蝕劑層，圖案310包括自表面112突出且被表面112之未被覆蓋部分分開之一第一特徵區段及一第二特徵區段；將一表面調節製程410應用至表面112之未被覆蓋部分，以增強第二抗蝕劑或第二輻射敏感材料之層對表面112之黏著性；提供該第二抗蝕劑之層至表面112之未被覆蓋部分；以一包括一相對於該第一特徵區段及該第二特徵區段而安置於交錯位置中且自表面112之未被覆蓋部分突出的第三特徵區段之圖案來圖案化該第二抗蝕劑之層，且其中第一特徵區段、第二特徵區段及第三特徵區段經配置以組合地提供一所要圖案之一部分。第一特徵區段及第二特徵區段可為線狀特徵110之區段，且第三特徵區段可為線狀特徵111中之一線之區段。
圖9示意性地描繪一根據本發明之一實施例的微影裝置810。該裝置包含：一照明系統(照明器)IL，其經組態以調節一輻射光束B(例如，諸如由以193 nm或248 nm之波長操作的準分子雷射產生之UV輻射及DUV輻射，或諸如由以13.6 nm操作之雷射燃燒電漿源產生之EUV輻射)；一支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐一圖案化元件(例如，光罩)MA且連接至一第一定位器PM，該第一定位器PM經組態以根據特定參數而準確地定位該圖案化元件；一基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持一基板(例如，塗佈有抗蝕劑之晶圓)W且連接至一第二定位器PW，該第二定位器PW經組態以根據特定參數而準確地定位該基板；及一投影系統(例如，透射型反射投影透鏡系統)PS，其經組態以將一由圖案化元件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之一目標部分C(例如，包含一或多個晶粒)上。
照明系統可包括用於引導、成形或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件或其任何組合。
該支撐結構支撐圖案化元件(亦即，承載圖案化元件之重量)。其以取決於圖案化元件之定向、微影裝置之設計及諸如圖案化元件是否固持於真空環境中之其他條件的方式固持圖案化元件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化元件。支撐結構可為框架或台，(例如)其可視需要為固定的或可移動的。支撐結構可確保圖案化元件(例如)相對於投影系統處於所要位置處。可認為本文中對術語"主光罩"或"光罩"之任何使用均與更通用之術語"圖案化元件"同義。
應將本文中所使用之術語"圖案化元件"廣義解釋為指代可用以在一輻射光束之橫截面中賦予該輻射光束一圖案以在基板之一目標部分中產生一圖案的任何元件。應注意，舉例而言，若被賦予至輻射光束之圖案包括相移特徵或所謂的輔助特徵，則該圖案可能不會精確對應於基板之目標部分中的所要圖案。大體而言，被賦予至輻射光束之圖案將對應於元件(諸如積體電路)中正在目標部分中形成之一特定功能層。
圖案化元件可為透射型或反射型的。圖案化元件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列及可程式化LCD面板。光罩在微影術中係熟知的，且包括諸如二元交變相移及衰減相移之光罩類型以及各種混合光罩類型。可程式化鏡面陣列之一實例採用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中每一者可個別地傾斜以便在不同方向上反射入射輻射光束。傾斜鏡面將一圖案賦予由鏡面矩陣反射之輻射光束中。
本文中所使用之術語"投影系統"應廣義解釋為涵蓋任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合，只要其適用於所使用之曝光輻射，或適合於諸如浸液之使用或真空之使用的其他因素。可認為本文中對術語"投影透鏡"之任何使用與更通用之術語"投影系統"同義。
如此處所描繪，該裝置為透射型(例如，採用透射光罩)。或者，該裝置可為反射型(例如，採用為如以上所提及之類型的可程式化鏡面陣列，或採用反射光罩)。
微影裝置可為具有兩個(雙平臺)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)之類型。在該等"多平臺"機器中，可並行使用額外台，或可在一或多個台上執行預備步驟同時將一或多個其他台用於曝光。
微影裝置亦可為如下類型：其中基板之至少一部分可被具有相對較高之折射率的液體(例如，水)所覆蓋以便填充投影系統與基板之間的空間。亦可將浸液塗覆至微影裝置中之其他空間，例如，在光罩與投影系統之間的空間。浸沒技術在此項技術中係熟知的以用於增加投影系統之數值孔徑。如本文中所使用之術語"浸沒"並不意謂將諸如基板之結構淹沒於液體中，而僅意謂在曝光期間液體位於投影系統與基板之間。
參看圖9，照明器IL自一輻射源SO接收一輻射光束。舉例而言，當該輻射源為準分子雷射時，該輻射源與微影裝置可為獨立之實體。在該等狀況下，不認為該輻射源形成微影裝置之部分，且輻射光束借助於包含(例如)合適之引導鏡面及/或光束放大器的光束傳遞系統BD而自輻射源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當輻射源為一水銀燈時，該輻射源可為微影裝置之一整體部分。輻射源SO及照明器IL與光束傳遞系統BD一起被稱作輻射系統。
照明器IL可包含一用於調節輻射光束之角強度分布的調節器AD。大體而言，至少可調節照明器之瞳孔平面中之強度分布的外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別稱作σ－外(σ－outer)及σ－內(σ－inner))。另外，照明器IL可包含諸如積光器IN及聚光器CO之各種其他組件。照明器可用以調節輻射光束以在其橫截面中具有所要均一性及強度分布。
輻射光束B入射於固持在支撐結構(例如，光罩台MT)上之圖案化元件(例如，光罩MA)上，且由圖案化元件圖案化。穿越光罩MA後，輻射光束B穿過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之一目標部分C上。借助於第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測元件、線性編碼器或電容式感測器)，基板台WT可準確地移動，(例如)以便在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，(例如)在自光罩庫以機械方式獲取之後或在掃描期間，第一定位器PM及另一位置感測器(其在圖9中未明確描繪)可用以相對於輻射光束B之路徑準確地定位光罩MA。一般而言，光罩台MT之移動可借助於形成第一定位器PM之部分的一長衝程模組(粗定位)及一短衝程模組(精定位)而實現。類似地，基板台WT之移動可使用形成第二定位器PW之部分的一長衝程模組及一短衝程模組而實現。在步進器(與掃瞄器相對)之狀況下，光罩台MT可僅連接至一短衝程致動器，或可為固定的。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來使光罩MA及基板W對準。儘管所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但其可位於目標部分之間的空間(此等已知為劃道對準標記)中。類似地，當在光罩MA上提供一個以上晶粒的情況下，光罩對準標記可位於晶粒之間。
所描繪之裝置可用於以下模式中之至少一者中：1.在步進模式中，當將一被賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至一目標部分C上時，使光罩台MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著使基板台WT在X及/或Y方向上移位以使得可曝光一不同目標部分C。在步進模式中，曝光場之最大大小限制了在單次靜態曝光中成像之目標部分C的大小。
2.在掃描模式中，當將一被賦予至輻射光束之圖案投影至一目標部分C上時，同步地掃描光罩台MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特徵來判定基板台WT相對於光罩台MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大大小限制了在單次動態曝光中之目標部分的寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動之長度決定了目標部分之高度(在掃描方向上)。
3.在另一模式中，當將一被賦予至輻射光束之圖案投影至一目標部分C上時使光罩台MT基本上保持靜止以固持一可程式化圖案化元件，並移動或掃描基板台WT。在此模式中，通常採用一脈衝式輻射源，且在基板台WT之每次移動之後或在掃描期間之連續輻射脈衝之間視需要更新可程式化圖案化元件。可易於將此操作模式應用至利用可程式化圖案化元件(諸如為以上所提及之類型的可程式化鏡面陣列)的無光罩微影術。
亦可採用以上所述使用模式之組合及/或變體或完全不同之使用模式。
如將瞭解，在以上所述之實施例中之任一者中，本文中對線及空間之任何參考可概稱為特徵及該等特徵之間的間隙。
在以上所述之實施例中之任一者中，需要達成交錯特徵之所要寬度的均一分布及在交錯特徵之間的所得間隙之所要寬度之均一分布(在所要圖案之區域內)。舉例而言，對於在一晶粒中之不同位置處印刷密集線空間圖案(特徵為所要之線寬及所要之空間寬度CDdp )而言，需要達成在印刷線及印刷空間寬度之晶粒區域內的均一分布。具有分別根據第一半密集線圖案310及第二半密集線圖案320之圖案的第一光罩及第二光罩可用以獲得交錯。該兩個圖案關於光罩上之一或多個共同(等效)對準標記定位，以致相對於共同對準標記，一光罩上之特徵之位置與另一光罩上之特徵之位置較佳地關聯。然而，提供該兩個光罩之間的特徵位置之所要關聯可能致使在相對於對準標記之相同位置處發生線寬度誤差，(例如)因為是使用同一工具來寫入或印刷該兩個光罩圖案，且其中具有短時間間隔。此導致產生所有鄰近印刷線均具有大於標稱寬度之寬度(被稱作粗線)的區域及所有鄰近印刷線均具有小於標稱寬度之寬度的其他區域。類似的印刷線寬度誤差可能歸因於成像裝置之成像參數的系統變化及/或成像場或目標部分上之曝光劑量的系統變化而造成。
對於所有線均具有大於標稱寬度的區域而言，可能存在在藉由提供交錯線來完成雙重圖案化製程之後線與線之間形成短路之較高發生率。為了降低在具有粗線之區域中短路之風險，在第二次曝光期間，較佳地將待交錯之線印刷為具有小於標稱寬度之寬度的線。如在實施例中之任一者中，藉由在第二次曝光步驟中使用具有不同調性之抗蝕劑，CD回應(亦即，回應於光罩圖案特徵之大小誤差及/或回應於印刷製程誤差的印刷線寬之偏差)相對於第一次曝光而反轉，從而導致短路之機率實質減小。
儘管本文中可特定參考微影裝置在製造IC中之使用，但應理解，本文中所述之微影裝置可具有其他應用，諸如積體光學系統之製造、用於磁疇記憶體之引導及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。熟習此項技術者將瞭解，在該等替代應用之情境下，可認為本文中對術語"晶圓"或"晶粒"之任何使用分別與更通用之術語"基板"或"目標部分"同義。可在曝光之前或之後，在(例如)一軌道(通常將抗蝕劑層塗覆至基板且顯影所曝光之抗蝕劑的工具)、一度量工具及/或一檢驗工具中處理本文中所提及之基板。在適用時，可將本文中之揭示內容應用至該等及其他基板處理工具。另外，可對基板進行一次以上的處理，(例如)以便產生多層IC，使得本文中所使用之術語基板亦可指代已含有多個經處理層之基板。
儘管以上已特定參考在光學微影術之情境下對本發明之實施例的使用，但將瞭解，本發明可用於其他應用中，且在情境允許時，本發明並不限於光學微影術。
微影裝置亦可為如下類型：其中基板之一表面浸沒於具有相對較高之折射率的液體(例如，水)中以便填充投影系統之最後元件與基板之間的空間。亦可將浸液塗覆至微影裝置中之其他空間，例如，在圖案化元件與投影系統之第一元件之間的空間。浸沒技術在此項技術中係熟知的用於增加投影系統之數值孔徑。
本文中所使用之術語"輻射"及"光束"涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有約365 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在5 nm至20 nm之範圍內的波長)。
儘管以上已描述本發明之特定實施例，但將瞭解，可以不同於所述方式的方式實踐本發明。在實施例中之任一者中，代替為BARC之層114，頂層114可為(例如)無機底部抗反射塗層或安置於基板上之硬光罩。硬光罩可(例如)為氧化物層或諸如SiON或SiN或TiN之氮化物之層。應瞭解，用以顯影第一輻射敏感材料之顯影劑為鹼性溶液。層114可為對具有鹼之性質之顯影劑敏感的任何材料。
本發明可採用電腦程式之形式，其中含有描述以上所揭示之方法的一或多個機器可讀指令序列；或採用儲存有該電腦程式之資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)的形式。詳言之，根據本發明之一實施例，提供一電腦程式產品，其包含記錄於一電腦可讀媒體上之指令，該等指令經調適以控制微影單元800執行一元件製造方法，該方法以所述次序包括：在一基板W之一表面112上提供第一輻射敏感材料之層；以圖案310圖案化該層，圖案310包括自該表面突出且被表面112之一未被覆蓋部分分開之一第一特徵區段及一第二特徵區段；將一表面調節製程410應用至表面之未被覆蓋部分，以增強第二輻射敏感材料之第三特徵區段對該表面之黏著性；提供該第二輻射敏感材料之層至表面之未被覆蓋部分；以一包括相對於該第一特徵區段及該第二特徵區段而安置於交錯位置中且自表面112之未被覆蓋部分突出的第三特徵區段之圖案320來圖案化該第二輻射敏感材料之層，且其中第一特徵區段、第二特徵區段及第三特徵區段經配置以組合地提供一所要圖案之一部分。
以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，熟習此項技術者將顯而易見，在不脫離以下所陳述之申請專利範圍之範疇的情況下，可對所述之本發明作出修改。
100．．．密集線空間圖案
110．．．線
111．．．線
112．．．BARC層之表面
114．．．BARC層
310．．．第一半密集線圖案/第一組線/第一組特徵
320．．．第二半密集線圖案/第二組線
510．．．BARC表面部分/BARC區域
800．．．微影單元
810．．．微影裝置
820．．．製程裝置
830．．．控制單元
840．．．表面調節裝置
850．．．酸供應體
860．．．軌道裝置/軌道
AD．．．調節器
B．．．輻射光束
BD．．．光束傳遞系統
C．．．目標部分
CDdp ．．．線寬
CO．．．聚光器
IF．．．位置感測器
IL．．．照明系統(照明器)
IN．．．積光器
M1．．．光罩對準標記
M2．．．光罩對準標記
MA．．．圖案化元件/光罩
MT．．．支撐結構/光罩台
P1．．．基板對準標記
P2．．．基板對準標記
PM．．．第一定位器
PS．．．投影系統
PW．．．第二定位器
SO．．．輻射源
TL．．．目標層
W．．．基板
WT．．．基板台
X．．．方向
Y．．．方向
圖1描繪具備經配置為密集線空間圖案之線狀特徵之抗蝕劑光罩的基板；圖2描繪為根據本發明之一實施例之雙重圖案化方法之部分的步驟之流程圖；圖3A描繪根據本發明之一實施例印刷第一半密集線圖案之結果；圖3B描繪根據本發明之一實施例印刷相對於第一半密集線圖案位於交錯位置中之第二半密集線圖案的結果；圖4描繪根據本發明之一實施例之雙重圖案化方法的流程圖，其包括BARC表面調節步驟；圖5描繪印刷如圖1中所說明之第一半密集線圖案之結果，其包括藉由曝光至第一顯影劑而受影響之BARC表面之部分；圖6描繪具備經配置為密集線空間圖案且遭受圖案崩塌之線狀特徵之抗蝕劑光罩的實驗基板；圖7描繪根據本發明之一實施例的具備經配置為密集線空間圖案之線狀特徵之抗蝕劑光罩的實驗基板；圖8描繪連接至經組態以調節BARC表面之元件的微影裝置，該元件為軌道裝置之部分；及圖9描繪根據本發明之一實施例之微影裝置。
110．．．線
112．．．BARC層之表面
114．．．BARC層
510．．．BARC表面部分/BARC區域
TL．．．目標層
W．．．基板

Claims (15)

  1. 一種微影元件製造方法，其包含：以一包括一第一特徵區段及一第二特徵區段之圖案而圖案化一第一輻射敏感材料之一層，該層經配置以至少部分地覆蓋一基板之一表面，該第一特徵區段及該第二特徵區段自該表面突出且被該表面之一未被覆蓋部分分開；提供一第二輻射敏感材料之一層至該表面之該未被覆蓋部分；以一包括一第三特徵區段之圖案而圖案化該第二輻射敏感材料之該層，該第三特徵區段相對於該第一特徵區段及該第二特徵區段而安置於交錯位置中、自該表面之該未被覆蓋部分突出且經配置以與該第一特徵區段及該第二特徵區段結合而提供一所要圖案之一部分，及在提供該第二輻射敏感材料之該層之前且在圖案化該第一輻射敏感材料之該層之後，將利用一酸或一碳氟化合物基電漿而未蝕刻的一表面調節製程應用至該表面之該未被覆蓋部分，以增強該第三特徵區段對該表面之附著性。
  2. 如請求項1之方法，其中該表面調節製程包括將該基板暴露至該酸。
  3. 如請求項2之方法，其中該酸包含氫氟酸或乙酸。
  4. 如請求項1之方法，其中該表面調節製程包括將該基板 暴露至一含氫之碳氟化合物基電漿。
  5. 如請求項1之方法，其中該表面為一底部抗反射塗層、一無機底部抗反射塗層或一安置於該基板上之硬光罩的一表面。
  6. 如請求項1之方法，其中該第二輻射敏感材料具有一與該第一輻射敏感材料之一調性相反的調性。
  7. 如請求項1之方法，其中該第一輻射敏感材料具有一正調性，且該第二輻射敏感材料具有一負調性。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包括在提供該第二輻射敏感材料之該層之前且在圖案化該第一輻射敏感材料之該層之後將該基板暴露至一硬烘烤。
  9. 如請求項8之方法，其中該硬烘烤係在一高於200 K之溫度下執行。
  10. 一種電腦程式產品，其包含記錄於一電腦可讀媒體上之指令，該等指令經調適以控制一微影單元執行一元件製造方法，該方法包括：以一包括一第一特徵區段及一第二特徵區段的圖案而圖案化一第一輻射敏感材料之一層，該層經配置以至少部分地覆蓋一基板之一表面，該第一特徵區段及該第二特徵區段自該表面突出且被該表面之一未被覆蓋部分分開；提供一第二輻射敏感材料之一層至該表面之該未被覆蓋部分；以一包括一第三特徵區段之圖案而圖案化該第二輻射 敏感材料之該層，該第三特徵區段相對於該第一特徵區段及該第二特徵區段而安置於交錯位置中且自該表面之該未被覆蓋部分突出，且經配置以與該第一特徵區段及該第二特徵區段結合而提供一所要圖案之一部分；及在提供該第二輻射敏感材料之該層之前且在圖案化該第一輻射敏感材料之該層之後，將使用一酸或一碳氟化合物基電漿而未蝕刻的一表面調節製程應用至該表面之該未被覆蓋部分，以增強該第三特徵區段對該表面之附著性。
  11. 如請求項10之電腦程式產品，其中該表面調節製程包括將該基板暴露至該酸。
  12. 如請求項11之電腦程式產品，其中該酸包含氫氟酸或乙酸。
  13. 如請求項10之電腦程式產品，其中該表面調節製程包括將該基板暴露至一含氫之碳氟化合物基電漿。
  14. 如請求項10之電腦程式產品，其中該第二輻射敏感材料具有一與該第一輻射敏感材料之一調性相反的調性。
  15. 如請求項10之電腦程式產品，其進一步包括在提供該第二輻射敏感材料之該層之前且在圖案化該第一輻射敏感材料之該層之後將該基板暴露至一硬烘烤。
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