TWI613519B - 負型顯像劑可相容之光阻組成物及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本說明書中之組成物及方法包含負型顯像劑可相容之光阻組成物及使用此類組成物之方法。此包含一正型光阻，其可使用負型顯像劑來顯像，因該正型光阻的未曝光部分可被一或更多的負型顯像劑溶劑所溶解。一實施例包含負型顯像劑可相容之光阻，其為無抗蝕刻性或幾乎無抗蝕刻性。如本說明書中所敘述之非阻抗性光阻材料可包含一或更多的輻射敏感屬性(例如：該光阻可圖案化、去保護化、轉變溶解度、與光化學物質交互作用、及對曝光劑量起反應)，除了該等材料實際上不具有抗蝕刻性。此類組成物可為實際上不含提供或增加對於濕式或乾式蝕刻製程之抗蝕刻性的成分、官能基、或添加物。

Description

負型顯像劑可相容之光阻組成物及其使用方法
本申請案主張於2014年7月8日提出申請的美國臨時專利案第62/021,756號之優先權，發明名稱為「負型顯像劑可相容之光阻組成物及其使用方法」，此專利案之內容藉由參照其整體而併入於本說明書中。
本說明書中所揭露之技術係關於微加工，尤其係關於光微影。
在材料處理的方法中(如用於光微影)，製造圖案化層一般包含將輻射敏感性材料(如：光阻)之薄層施加於基板之表面。該輻射敏感性材料轉變為圖案化遮罩，其可用於蝕刻或將圖案轉移至基板上的下方層。該輻射敏感性材料之圖案化通常包含使用如光微影系統，藉由輻射源穿過初縮遮罩(及相關的光學儀器)而曝光至該輻射敏感性材料上。該曝光在該輻射敏感性材料內產生潛在圖案，其接著可顯像。顯像指涉將該輻射敏感性材料的一部分溶解及移除，以產生表面構形或實體的圖案。舉例而言，顯像可包含使用顯像劑來移除該輻射敏感性材料經輻射照射之區域(當在正光阻之例子中時)，或未經輻射照射之區域(當在負光阻的例子中時)。該表面構形圖案可接著作為遮罩層用於隨後的製程。
使用在微加工工業中之「阻抗劑」組成物及膜 一般指涉抵抗蝕刻製程之材料。 其包含對於濕式蝕刻製程的阻抗性，亦包含對於電漿類乾式蝕刻製程的阻抗性。由於此類膜具有隨著曝露於特定輻射波長(或複數波長)而轉變溶解度之能力，其通常被描述為光阻。
目前的光微影的趨勢包含使用負型顯像劑可相容之光阻。此類光阻為正型光阻，但使用負型顯像劑技術來顯像。習知正型光阻對光化性輻射起反應，使曝光的區域對於顯像劑去保護。換言之，正型光阻曝露於輻射的部分具有溶解度轉變，在該部分中，對於正型顯像劑之溶解度增加。然而，當正型光阻與負型顯像劑一起使用，而是未曝光處(受保護的區域)被負型顯像劑溶劑所溶解。使用負型顯像劑之方法具有一些優點。儘管如此，使用負型顯像劑之方法產生的浮凸圖案及線條會具有不理想之線邊緣或線寬粗糙度。該粗糙度則會限制隨後的圖案轉移及微加工製程。
本說明書中所揭露之技術包含負型顯像劑可相容之組成物及使用此類組成物之方法。此包含一正型光阻，其可使用負型顯像劑來顯像，因該正型光阻的未曝光部分可被一或更多的負型顯像劑溶劑所溶解。一實施例包含負型顯像劑可相容之光阻，其為無抗蝕刻性或幾乎無抗蝕刻性。換言之，組成物可包含與負型顯像劑可相容之非阻抗性的光阻。如本說明書中所敘述之非阻抗性光阻材料可包含一或更多的輻射敏感屬性(例如：該光阻可圖案化、去保護化、轉變溶解度、與光化學物質交互作用、及對曝光劑量起反應) ，除了該等材料實際上不具有抗蝕刻性。由於光阻的目的為提供圖案化之光罩，其可用於藉由蝕刻下方層將圖案轉移至該下方層，因此就微加工之背景而言，此類組成物與習知的及歷史的光微影之作法背道而馳。舉例而言，若在將使用此類非阻抗性光阻之浮凸圖案顯像後立刻使該浮凸圖案接受既定蝕刻製程，則該浮凸圖案將快速地被蝕刻掉，或在該浮凸圖案蝕刻轉移至下方層之前被蝕刻掉。然而，此類與負型顯像劑可相容之非阻抗性正型光阻為有利的，且對於微加工製程特別有利。
本說明書中所揭露之組成物可利用本說明書中所描述之包含一或更多的顯像後技術之方法而使用。本說明書中之技術可包含各種類型的影像反轉技術，在該類技術中，既定浮凸圖案在蝕刻轉移之前反轉。本說明書中之技術亦可包含各種類型之光阻增強技術，其在光阻顯像後產生抗蝕刻性。
如本說明書中所揭露之實質上不具有抗蝕刻性的負型顯像劑可相容之光阻提供各種優點。負型顯像劑可相容之正型光阻在習知技術中包含一或更多的提供或促進抗蝕刻性的成分。舉例而言，此類添加物可包含籠狀基團(cage groups)、金剛烷基團、內酯基團、或其他提供抗蝕刻性之添加物。藉由移除該等抗蝕刻性的成分，可產生更符合成本效益的光阻。再者，該等阻抗性成分通常增加既定光阻之體積，且可為邊緣或表面之粗糙度增加之原因。在不包含抗蝕刻性的基團之情況下，既定正型光阻可降低高達一奈米或更多的粗糙度。
當然，如本說明書中所描述之不同步驟的論述順序以清楚明確為目的來呈現。一般而言，該等步驟可以任何合適的順序來實施。此外，雖然本說明書中各個不同的特徵、技術、結構配置等可論述於本揭露內容中的不同位置，其用意在於各個概念可各自獨立執行或互相組合來執行。因此，可以許多不同的方式來實施或考量本發明。
應注意本發明內容部分不具體說明本揭露內容或所請發明之各個實施例及/或漸增新穎態樣。反而，本發明內容僅提供不同實施例之初步的討論及優於習知技術之新穎性的對應要點。對於本發明及實施例之額外的細節及/或合理的觀點，讀者將被導引至本揭露內容之實施方式部分及對應之圖，如以下進一步討論。
本說明書中揭露之技術包含負型顯像劑可相容之組成物及使用此類組成物之方法。此包含一正型光阻，其可使用負型顯像劑來顯像，因該正型光阻的未曝光部分可被一或更多的負型顯像劑溶劑所溶解。一實施例包含負型顯像劑可相容之光阻，其為無抗蝕刻性或幾乎無抗蝕刻性。換言之，組成物可包含與負型顯像劑可相容之非阻抗性的光阻。如本說明書中所敘述之非阻抗性的光阻材料包含一或更多的輻射敏感屬性(例如：該光阻可圖案化、去保護化、轉變溶解度、與光化學物質交互作用、及對曝光劑量起反應)，除了該等材料實際上不具有抗蝕刻性。
一例示性實施例包含與負型顯像劑可相容之正型光阻，且其實質上或實際上不含提供或增加對於濕式或乾式蝕刻製程之抗蝕刻性的成分、官能基、或添加物。正型光阻係為隨著曝露於輻射，提高其對於一或更多的正型顯像劑之溶解度之光阻。換言之，曝光的區域變為對於正型顯像劑之去保護狀態，而使正型顯像劑可溶解曝光的區域。負型顯像劑係為溶解既定正型光阻膜之未曝光部分的顯像劑化學物。因此，如本說明書中所使用，負型顯像劑可相容之光阻係為正型光阻，其被配製以具有相應於曝露於光化性輻射(一般在特定光波長下)的溶解度轉變，而使曝光部分變得不可溶解於負型顯像劑，而未曝光部分仍可溶解於負型顯像劑。該曝光部分可變得可溶解於正型顯像劑化學物。
正型顯像劑化學物已使用於習知技術中。藉由正型顯像劑(PTD, positive tone development)將圖案顯像，係包含藉由鹼性水溶液顯像劑(如：氫氧化四甲基銨(TMAH, tetramethylammonium hydroxide) 水溶液)之作用移除在光阻膜中潛在圖案的曝光區域。範例之正型顯像劑為0.26 N的TMAH (水溶液)。或者，可使用有機溶劑顯像劑而使光阻膜中同樣的潛在圖案顯像，以提供負型顯像作用(NTD, negative tone development)，其中該潛在圖案之未曝光區域藉由負型顯像劑的作用而被移除。對於負型顯像作用而言有效的溶劑係包含亦可用於溶解、分配、塗佈之溶劑。範例之負型顯像劑溶劑包含2-羥基異丁酸甲酯(HBM, methyl 2-hydroxybutyrate)、丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA, propylene glycol monomethyl ether acetate)、甲氧基乙氧基丙酸酯(methoxyethoxypropionate)、乙氧基乙氧基丙酸酯(ethoxyethoxypropionate)、γ-丁內酯、環己酮、2-庚酮、及包含至少一種前述溶劑的組合。
另一實施例可包括含聚合物成分的正型光阻組成物。該組成物可包含樹脂成分，且可選擇該樹脂成分以展示在酸的作用下增加之鹼溶解度。該組成物可包含酸產生劑成分，其隨著曝露於光化性輻射而產生酸(光酸產生劑)。該組成物亦可包含有機溶劑。該有機溶劑可促進分配及旋轉澆鑄(spin casting)至基板上。該有機溶劑可被烘烤以幫助產生光阻之功能性層。該正型光阻組成物為實質上無(或完全無)增加抗蝕刻性的官能基。
另一實施例可包含光阻組成物，其包含一或更多的聚合物成分、一或更多的樹脂成分、隨著曝露於預定波長的光而產生光酸之一或更多的光酸產生劑化合物、及對產生之光酸起反應，使聚合物成分不可溶解於負型顯像劑之一或更多的改變溶解度的基團。該光阻組成物對於乾式或濕式蝕刻製程近乎不具有抗蝕刻性。
另一實施例包含光阻組成物，其包含在酸之作用下展現溶解度之改變的一或更多的樹脂成分、隨著曝露於輻射而產生光酸之一或更多的光酸產生劑化合物、及對產生之光酸起反應，使聚合物成分不可溶解於負型顯像劑之一或更多的改變溶解度的基團。該光阻組成物對於乾式或濕式蝕刻製程(如：電漿類蝕刻化學物)近乎不具有抗蝕刻性。
一實施例包含光阻組成物，其包含正型光阻聚合物成分、樹脂成分、隨著曝露於光化性輻射而產生酸的酸產生劑成分、溶劑、及使該光阻組成物曝露於光化性輻射之區域變得可溶解於正型顯像劑的轉變溶解度之成分。配製該組成物而使未曝露於光化性輻射之區域仍可溶解於負型顯像劑。配製該組成物而亦使包含於該光阻組成物中且增加對於濕式蝕刻或乾式蝕刻製程的抗蝕刻性之官能基的量，落於基於該光阻組成物中固體含量的總重量之0.0% 至15%的重量範圍內。因此，在該組成物中亦可能未包含此類官能基，或量太少以致無法提供任何有效的抗蝕刻性。在其他實施例中，此類促進抗蝕刻性的官能基之重量係少於基於固體含量之總重量的10%或5%。 換言之，促進抗蝕刻性的添加物或成分的量係夠低以提供實質上無抗蝕刻性，特別是相較於待蝕刻的目標層之抗蝕刻性。
另一實施例係為光阻組成物，其包含光阻聚合物成分、樹脂成分、隨著曝露於光化性輻射而產生酸的酸產生劑成分、溶劑、及使該光阻組成物曝露於光化性輻射之區域變得可溶解於正型顯像劑的轉變溶解度之成分，其中未曝露於光化性輻射的區域仍可溶解於負型顯像劑。包含於該光阻聚合物成分中且增加對於濕式蝕刻或乾式蝕刻製程的抗蝕刻性之官能基的量，落於基於該光阻聚合物成分的總重量之0.0% 至15%的重量範圍內。在其他實施例中，該包含於該光阻聚合物成分中且增加對於濕式蝕刻或乾式蝕刻製程的抗蝕刻性之官能基的量，係低於10%或5%。
一實施例包含光阻組成物，其包含正型光阻聚合物成分、樹脂成分、隨著曝露於光化性輻射而產生酸的酸產生劑成分、溶劑、及使該光阻組成物曝露於光化性輻射之區域變得可溶解於正型顯像劑的轉變溶解度之成分。配製該組成物而使未曝露於光化性輻射之區域仍可溶解於負型顯像劑。配製該光阻組成物而使該光阻組成物(或該光阻組成物所製成之膜)具有大於約3.0的Ohnishi參數值。在其他實施例中，該Ohnishi參數值可大於4.0或等於2.7。
另一實施例包含光阻組成物，其包含含結構單元之聚合物、曝光後產生酸的輻射敏感性之酸產生劑、隨著酸的存在而轉變該聚合物的溶解度之酸不穩定性的基團，該聚合物與負型顯像劑可相容，如此一來，在負型顯像劑存在的情況下，該聚合物未曝光之區域係可溶解。選擇該酸不穩定性的基團以使該聚合物之曝光區域變得不可溶解於負型顯像劑。該光阻組成物具有大於約3.0的Ohnishi參數值。
另一實施例包含光阻組成物，其包含可溶解於有機溶劑的正型光阻成分。該正型光阻成分可包含聚合物及/或樹脂。該光阻亦包含隨著曝露於預定波長的光而產生光酸的輻射敏感性酸產生劑，及隨著光酸的存在，而使該正型光阻成分變得不可溶解於有機溶劑顯像劑的轉變溶解度之成分，其中配製該光阻組成物而使當其形成為光阻層時，該光阻層具有大於3.0的Ohnishi參數值。在其他實施例中，該正型光阻成分包含聚合物、或樹脂與聚合物。
所謂的Ohnishi參數為既定材料之抗蝕刻性的測度。濕式或乾式蝕刻的阻抗性可藉由光阻組成物的Ohnishi參數來評估。Ohnishi參數可定義為(N/(Nc−No))，其中N表示原子的總數量，Nc表示碳原子的數量，而No表示氧原子的數量。因此，在氧電漿反應性離子蝕刻(RIE, reactive ion etching)的情況下，相較於具有高氧含量的光阻，具有高碳含量的光阻係作為較佳的蝕刻遮罩。當Ohnishi參數小時，可獲得極佳的乾式蝕刻能力。舉例而言。具有小於等於4.0的Ohnishi參數之光阻組成物具有好的抗蝕刻性，而具有小於2.5的值對於抗蝕刻性而言係非常理想的。舉例而言，高碳含量的聚合物，例如聚羥基苯乙烯，具有約2.5的Ohnishi參數(蝕刻速率)，而含氧的聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯，具有約5.0的Ohnishi參數。任何環狀結構之存在亦可促成高抗蝕刻性。因此，具有約3.0及大於3.0的Ohnishi參數之材料係無抗蝕性或幾乎無抗蝕性。
另一例示性實施例包含光阻組成物，其包含光阻聚合物成分、樹脂成分、隨著曝露於光化性輻射而產生酸的酸產生劑成分、溶劑、及使該光阻組成物曝露於光化性輻射之區域變得可溶解於正型顯像劑的轉變溶解度之成分，而如此一來未曝露於光化性輻射之區域仍可溶解於負型顯像劑。當該光阻組成物沉積於基板上作為光阻膜時，其提供抗蝕刻性，俾相較於既定電漿類蝕刻製程蝕刻從由二氧化矽、矽、多晶矽、氮化矽、四乙氧基矽烷、非晶碳、及氮氧化矽組成的群組中選擇之材料的情況，該既定電漿類蝕刻製程以較大的蝕刻速率來蝕刻該光阻膜。該光阻膜可具有小於其他使用光阻遮罩的習知圖案化材料之抗蝕刻性。
另一實施例包含正型光阻組成物，其包含正型光阻聚合物成分、樹脂成分、隨著曝露於光化性輻射而產生酸的酸產生劑成分、溶劑、及使該正型光阻組成物曝露於光化性輻射之區域變得可溶解於正型顯像劑的轉變溶解度之成分。配製該組成物而使未曝露於光化性輻射之區域仍可溶解於負型顯像劑。該正型光阻組成物不含或實質上不含增加對於濕式或乾式蝕刻製程之抗蝕刻性的官能基。
另一實施例包含光阻組成物，其包含一或更多的聚合物成分、一或更多的樹脂成分、隨著曝露於預定波長的光而產生光酸之一或更多的光酸產生劑化合物、及對產生之光酸起反應，使聚合物成分不可溶解於負型顯像劑之一或更多的改變溶解度的基團，其中該光阻組成物實質上對於乾式或濕式蝕刻製程不具有抗蝕刻性。一實施例包含光阻組成物，其包含實質上不含增加對於濕式或乾式蝕刻製程之抗蝕刻性的官能基之負型顯像劑可相容光阻。
一實施例包含光阻組成物，其包含在酸之作用下展現溶解度之改變的一或更多的樹脂成分、隨著曝露於輻射而產生光酸之一或更多的光酸產生劑化合物、及對產生之光酸起反應，使聚合物成分不可溶解於負型顯像劑之一或更多的改變溶解度的基團。該光阻組成物實質上對於乾式或濕式蝕刻製程不具有抗蝕刻性。其他實施例包含光阻組成物，其包含可溶解於有機溶劑之正型光阻成分、隨著曝露於預定波長的光而產生光酸的輻射敏感性酸產生劑、隨著光酸的存在，而使該正型光阻成分變得不可溶解於有機溶劑顯像劑的轉變溶解度之成分，並且其實質上不含籠狀基團(cage groups)、金剛烷基團、內酯基團、配位基團、或其他主要設計(或主要作用)來促進抗蝕刻性之添加物。
另一實施例包含正型光阻組成物，其包含聚合物成分、在酸之作用下展現增加之鹼溶解度的樹脂成分、隨著曝露於光化性輻射而產生酸的酸產生劑成分、及有機溶劑。該正型光阻組成物實質上不含增加抗蝕刻性之官能基。另一光阻組成物包含(a)聚合物、(b)樹脂、(c)去保護基、(d)溶劑、及(e)光酸產生劑，其中該光酸產生劑曝露於輻射後產生酸，其中該去保護基對酸的存在產生反應，改變聚合物之溶解度，而使該聚合物不可溶解於負型顯像溶劑，而其中該光阻實質上不含提供對於蝕刻製程之抗蝕刻性的成分。另一光阻組成物包含正型光阻，該正型光阻可溶解於負型顯像劑。配製該正型光阻，如此一來，曝露於微影輻射使該正型光阻的曝光部分(透過光罩)變得不可溶解於負型顯像劑。該正型光阻不含提供對於濕式蝕刻製程或對於乾式蝕刻製程之抗蝕刻性的成分。
另一實施例可包含光阻組成物，其包含一或更多的聚合物成分、一或更多的樹脂成分、隨著曝露於預定波長的光而產生光酸之一或更多的光酸產生劑化合物、及對產生之光酸起反應，使聚合物成分不可溶解於負型顯像劑之一或更多的改變溶解度的基團。該光阻組成物對於乾式或濕式蝕刻製程近乎無抗蝕刻性。
另一實施例包含光阻組成物，其包含在酸之作用下展現溶解度的改變之一或更多的樹脂成分、隨著曝露於輻射而產生光酸之一或更多的光酸產生劑化合物、及對產生之光酸起反應，使聚合物成分不可溶解於負型顯像劑之一或更多的改變溶解度的基團。該光阻組成物對於乾式或濕式蝕刻製程近乎不具有抗蝕刻性。
應注意上述該等組成物可配製為可旋轉澆鑄(spin castable)的流體以形成基板或晶圓上的光阻膜。一或更多的該等組成物可配製為實質上不含籠狀基團(cage groups)、金剛烷基團、內酯基團、及/或配位基團。組成物可包含敏化劑以增加光阻材料對於微影輻射的敏感性。聚合物成分、樹脂成分、酸產生劑、溶劑、及轉變溶解度的成分可基於既定設計或圖案化規格而由習知可用的化學物中選擇，以配製負型顯像劑可相容、且不提供實質的或實際的抗蝕刻性之光阻。舉例而言，小於或約等於待蝕刻之特定下方層的抗蝕刻性之抗蝕刻性將不起作用。習知技術中，光阻膜提供相較於待蝕刻的既定目標層數倍大之抗蝕刻性。
如本說明書中所揭露之光阻組成物係可有利於使用在光微影應用中。舉例而言，本說明書中之組成物可用於圖案化應用。產生圖案的例示性方法包含利用光化性輻射(一般為一或更多的預定波長之光)圖案將光阻組成物層(光阻膜)曝光，且藉由利用有機溶劑顯像劑(負型顯像劑)之處理將該圖案顯像以形成負型浮凸圖像，即光阻之表面構形圖案化層(topographically patterned layer)。然而應注意，該光阻之表面構形圖案化層(緊接著該顯像步驟之後)不含設計來提供或促進抗蝕刻性之成分。缺少提供抗蝕刻性之官能基的光阻之優點為：圖案化之光阻具有相當平滑的線條。提供抗蝕刻性之官能基的缺點之一為：該等添加物係相對巨大，且增加顯像之光阻的表面粗糙度。利用本說明書中所揭露之光阻來圖案化之結果，係產生具有相當低之線邊緣粗糙度或線寬粗糙度的浮凸圖案光阻層。然而，由於該光阻層不提供抗蝕刻性或幾乎不提供抗蝕刻性，該特定的浮凸圖案不可經由習知的蝕刻技術轉移至下方層。
本說明書中的其他技術包含使用任何前述組成物之方法，其包含用於圖案化方法中。該等方法一般包含由此類組成物形成膜，而接著將該膜微影圖案化以產生浮凸或表面構形圖案。舉例而言，形成圖案之方法可包含藉由將光阻組成物沉積在基板上來形成光阻膜。該光阻組成物可包含任何前述組成物。舉例而言，其可包含可溶解於有機溶劑之正型光阻成分、隨著曝露於預定波長的光而產生光酸的輻射敏感性酸產生劑、及隨著光酸的存在，而使該正型光阻成分變得不可溶解於有機溶劑顯像劑的轉變溶解度之成分。該光阻膜藉由如使用曝光機或步進機之工具曝露於微影輻射。接著該光阻膜使用負型顯像劑來顯像，如此一來光阻膜的未曝光部分被有機溶劑顯像劑(或其他負型顯像劑)所溶解，導致表面構形圖案化之光阻膜，其中該表面構形圖案化之光阻膜具有大於3.0的Ohnishi參數值。
在其他實施例中，包含於該光阻組成物或光阻膜且增加對於濕式蝕刻或乾式蝕刻製程之抗蝕刻性的官能基的量，落於基於該光阻組成物中固體含量的總重量之0.0% 至15%的重量範圍內。在其他實施例中，當該光阻組成物沉積於基板上作為光阻膜時，其提供抗蝕刻性，俾相較於既定電漿類蝕刻製程蝕刻從由二氧化矽、矽、多晶矽、氮化矽、四乙氧基矽烷、非晶碳、及氮氧化矽組成的群組中選擇之材料的情況，該既定電漿類蝕刻製程以較大的蝕刻速率來蝕刻該光阻膜。換言之，該光阻膜具有或提供小於下方目標層或記憶層(犧牲轉移層)之抗蝕刻性的抗蝕刻性。
其他實施例包含在使用一或更多的後處理技術將光阻膜顯像後，產生或增加該表面構形圖案化光阻膜之抗蝕刻性。使用本說明書中之組成物將潛在圖案顯像的優點之一，係實質上降低表面粗糙度或線邊緣/線寬粗糙度，其主要係由於缺少促進阻抗性的添加物所致。然而，由於本說明書中之浮凸圖案膜無法作為蝕刻遮罩之用，因此本說明書中之此類組成物與習知之作法背道而馳。
本說明書中之技術亦包含後處理技術(顯像後技術)以將圖案轉移至一個或更多個下方層。後處理技術的類型之一包含在蝕刻轉移前，物理性地或化學性地增強該表面構形圖案化之光阻層。另一類型的後處理技術包含在蝕刻轉移前反轉該表面構形圖案化的光阻層之多個不同的方法。
用於增強圖案化光阻層的技術包含曝露於彈道電子。此類處理可發生於含上部電極之電漿處理腔室中。具有如本說明書中所揭露之光阻膜之基板設置於電漿處理腔室(如：電容耦合電漿處理腔室)的基板支撐體上。在該腔室中，該上部電極具有矽或矽氧化物之塗層或板。利用被傳送至上部電極或下部電極的射頻功率，電漿產生於該處理腔室中。負電壓直流電接著與該上部電極耦合。該上部電極中的負電荷吸引正電離子，其撞擊上部電極，噴射矽及電子。由於該負電壓的存在，該等電子朝向基板加速。該等電子撞擊光阻層，使一或更多的該光阻層內之聚合物變硬或更為抗蝕刻。
藉由濺鍍沉積，矽之薄層可同時地且保形地沉積於該光阻層上。該彈道電子處理可被歸為直流電疊加。在該光阻層已藉由曝露於彈道電子而變得充分抗蝕刻後，表面構形圖案化光阻層可接著藉由一或更多的蝕刻製程被直接轉移至下方層。此類蝕刻製程可包含濕式蝕刻製程(氫氟酸)、或電漿類乾式蝕刻製程，該電漿類乾式蝕刻製程使用可化學性地及/或物理性地與下方層反應之一或更多的氣體混合物。
圖1A至1E顯示利用彈道電子之光阻增強製程的基板片段之橫剖面示意圖。在圖1A中，使光阻層110或膜對輻射(光化性輻射175)之圖案曝光，例如藉由使用光罩172。該層或膜與負型顯像劑可相容。光阻層110安置於目標層107之上。因此，將光阻層中的潛在圖案顯像導致移除未曝露於輻射之區域，如圖1B中所示。因此，光阻層110變為浮凸圖案111。圖1C顯示藉由電漿處理腔室而曝露於彈道電子之基板。負極性直流電功率與電漿處理系統之上部電極163耦合。電子161之通量自上部電極163加速，其帶有充分的能量以通過電漿165並撞擊該基板，如此一來浮凸圖案111的曝露表面之物理特性改變，其包含對溶解度轉變變得鈍化。在圖1D中執行蝕刻操作，其將由浮凸圖案111所界定的圖案轉移至目標層107或其他下方層。該光阻材料接著可被完全移除，導致基板上的目標層如圖1D中所示被圖案化，造成圖1E中圖案化之下方層。
另一增加表面構形圖案化光阻層之抗蝕刻性的技術包含蝕刻製程前的原子層沉積製程。圖2A至2F繪示一般的情況下的該製程。應注意在該等圖中，圖2A及圖2B與圖1A及圖1B相似。舉例而言，一或更多的材料層藉由原子層沉積保形地沉積於圖案化之光阻層上，如圖2C中由膜131所示。原子層沉積為沉積高度保形之層的已知沉積技術，通常為一次沉積一層原子或分子。在該圖案化光阻上帶有此類保形層的情況下，執行習知的蝕刻製程(通常為非等向性)。在該保形層僅覆蓋下方層之區域中，該蝕刻製程蝕刻通過該保形層且繼續進入該下方層。在具有光阻材料之區域中，該保形層與該光阻材料交互作用，而該蝕刻機制(如纏結配位基)實質上將該光阻材料硬化並提供抗蝕刻性(圖2D)，因此使圖案能轉移(圖2E)造成圖2F顯示之圖案化的目標層。
本說明書中另一實施例包含圖案反轉技術(圖3A至3E)。該反轉技術可包含將保形保護層沉積在基板上，而使該保形保護層覆蓋該表面構形圖案化光阻膜之曝露表面及下方目標層之曝露表面。應注意圖3A及圖3B與圖1A及圖1B相似。該例示性的示意描述顯示於圖3C。接著，執行化學機械研磨(CMP, chemical-mechanical polishing)步驟。該CMP步驟將該表面構形圖案化光阻膜移除，但在該目標層上留下該保形保護層，如圖3D中所示。因此，對於該保形保護層有利的選擇包含提供良好的CMP停止層之材料、及相對於該下方層具抗蝕刻性之材料。作為非限定性之實例，氮化矽可被選擇以使用於該保形保護層中。在此步驟中，具研磨性的平板可物理性地移除包含光阻與該保形保護層兩者之直立結構，而留下下方基板之表面上的保形保護層。藉著該光阻層實質上被移除，蝕刻操作可將由該保形保護層所界定之圖案轉移至該下方層(圖3E)。
本說明書中另一實施例包含圖案反轉技術。該技術的範例順序顯示於圖4A至4F中。應注意圖4A及圖4B與圖1A及圖1B相似。圖案反轉可包含將平坦化層117沉積在基板上，如此一來該平坦化層填滿由該表面構形圖案化光阻膜所界定的孔洞，且至少覆蓋下方目標層之曝露表面(圖4C)。應注意不必完全填滿被界定之孔洞，儘管實際上通常會填滿被界定之孔洞，且亦覆蓋該光阻膜。當針對平坦化層材料使用旋塗式沉積(spin-on deposition)技術，此可為典型的沉積結果。旋塗式沉積技術通常可填滿孔洞且覆蓋該光阻層。舉例而言，該平坦化層可為氧化物層。該表面構形光阻膜接著被移除，而留下平坦化層(圖4D)。可藉由蝕刻製程執行此類移除。舉例而言，選擇既定的化學物用於如電漿類乾式蝕刻，而接著該基板被蝕刻達一段預定的距離或直至該光阻層裸露。在使該光阻層裸露後，該光阻層可立刻被蝕刻掉。隨著該光阻層被移除，由該平坦化層所界定之圖案接著藉由蝕刻製程被轉移至下方層(圖4E至4F)。該蝕刻製程與用於使光阻層裸露的蝕刻製程可為不同或相同的化學作用。
在另一實施例中 ，圖案反轉技術可用於酸擴散的基礎上，如圖5A至5I中所繪示。應注意圖5A及圖5B與圖1A及圖1B相似。平坦化層117沉積於基板上，如此一來該平坦化層填滿由浮凸圖案111所界定之孔洞，並覆蓋浮凸圖案111。在此實施例中，選擇作為平坦化層之材料為能夠具有溶解度轉變之材料。範例材料為另一光阻材料。該光阻材料可具有抗蝕刻的性質。圖5C顯示平坦化層材料的外覆層之範例結果。接著，酸119可沉積於該平坦化層上，如圖5D中所示。酸119接著擴散進入平坦化層117的上部。該上部延伸自該平坦化層的上表面至浮凸圖案111的上表面。該酸擴散進入該平坦化層使該平坦化層的上部變得可溶解於預定之溶劑。圖5E顯示該平坦化層的上部已變得可溶解於該預定之溶劑。接著使用該預定之溶劑來移除該平坦化層的上部，該結果繪示於圖5F中。應注意在該圖示中，浮凸圖案111已裸露。浮凸圖案111接著被移除，而留下平坦化層117(圖5G)。可使用蝕刻製程來完成移除。該表面構形圖案化光阻膜不包含提供抗蝕刻性之官能基，然而該平坦化層(其亦可為光阻)可為抗蝕刻性。由該平坦化層所界定的圖案可經由蝕刻製程被轉移至下方層(圖5H及5I)。
另一使用非阻抗性光阻層之技術為：使用自對準雙圖案化技術將圖案化之光阻反轉。範例製程順序顯示於圖6A至6G。應注意圖6A及圖6B與圖1A及圖1B相似。一般而言，自對準雙圖案化為已知技術。在該技術中，保形膜144或半保形膜沉積在浮凸圖案111上，且覆蓋浮凸圖案111(圖6C)。執行非等向性蝕刻製程以將該保形膜自基板上之水平表面移除，在浮凸圖案111的側壁上留下側壁間隔物145 (圖6D)。隨著側壁間隔物145形成，原本的圖案之密度實質上已倍增。若任何表面構形圖案化光阻在該蝕刻製程後殘留，該殘留物可使用灰化製程或不同的蝕刻製程來移除(圖6E)。殘留在目標層107上的側壁間隔物可接著作為蝕刻遮罩使用，以經由蝕刻製程將圖案轉移至目標層107(圖6F)，而接著任何殘留之側壁間隔物材料可自基板被移除(圖6G)。
如本說明書中揭露之組成物及使用方法亦可協助達成極紫外光(EUV, extreme ultraviolet)光微影技術。在某些EUV應用中，習知的光阻材料不會如預期般執行。當曝露於EUV輻射時，此類習知的光阻材料無法承受該輻射，而大部分地或完全地消失。因而，沒有足夠的光阻可將圖案轉移，而因此在本說明書中已發現：在該光阻膜內具有抗蝕刻性變得不重要。利用如本說明書中所揭露之組成物，移除促進抗蝕刻性的官能基(不包含官能基)，可添加其他可承受EUV輻射之官能基。
本說明書中之組成物及方法亦可用於移除與EUV曝露相關的缺陷。舉例而言，非阻抗性光阻膜可使用EUV光罩來曝光，而接著使用負型顯像劑來顯像。該影像可接著使用一或更多的如前述之技術來反轉，而接著非阻抗性光阻膜的第二層可與相同的EUV光罩一起使用。由於缺陷極少再次落在相同的地方，藉由對相同的EUV初縮遮罩再次曝光，缺陷可被消除。
利用習知光微影之另一個被發現的挑戰係為：用於習知及EUV微影兩者之光阻膜，實際上太薄而無法進行適當的轉移。光阻配製的趨勢為添加更多的籠狀基團(cage groups)及其他促進抗蝕刻性的官能基，但其導致更大的線邊緣粗糙度。增加阻抗性之添加物不僅巨大，更增加費用。因此，本說明書中之組成物及方法可提供較習知光阻更平滑且更具成本效益的圖案化之光阻。
在先前的敘述中已提出特定的細節，如本說明書中所使用之處理系統的特定幾何結構及各種用於其中的元件與製程之說明。然而應瞭解，在背離該等特定細節的其他實施例中仍可實施本說明書中的技術，且此類細節係為解釋本發明而非限制本發明。本說明書中所揭露之實施例可參照隨附的圖示加以說明。類似地，為了解釋本發明，提出特定的數字、材料、及配置以提供透徹的了解。然而，不需此類特定細節即可實施該等實施例。具有實質上相同功能結構的元件以相同的參照符號表示，而因此任何多餘的敘述可被省略。
各種技術已被敘述為多個分離的操作以幫助了解各種實施例。敘述之順序不應被視為暗指這些操作必須順序相依。更確切地，該等操作係不需依出現的順序實施。可以不同於所敘述之實施例的順序來實施所敘述之操作。在額外的實施例中可實施各種額外的操作，與/或省略所敘述之操作。
本說明書中所使用之「基板」或「目標基板」一般指涉依據本發明的被處理之物。該基板可包含裝置的任何材料部分或結構，特別指半導體或其他電子裝置，且可為，舉例而言，基座基板結構，如半導體晶圓、初縮遮罩、或基座基板結構之上或覆蓋該基座基板結構之層，如薄膜。因此，此處並不將基板限定於任何特定的基座結構、下方層或上方層、圖案化或非圖案化，而是意指基板係包含任何此類層或基座基板，及任何層及/或基座基板之組合。此處的描述可能參考特殊類型之基板，但僅以說明性為目的。
熟習該相關技術者亦可瞭解上述技術之操作可進行許多變化而仍達到與本發明相同之目的。此類變化意指涵蓋於本揭露內容之範圍。就此而言，前述之本發明實施例並非意指限制。確切而言，本發明之實施例的任何限制列於以下申請專利範圍中。
107‧‧‧目標層
110‧‧‧光阻層
111‧‧‧浮凸圖案
117‧‧‧平坦化層
119‧‧‧酸
131‧‧‧膜
144‧‧‧保形膜
145‧‧‧側壁間隔物
161‧‧‧電子
163‧‧‧上部電極
165‧‧‧電漿
172‧‧‧光罩
175‧‧‧光化性輻射
參照以下連同隨附之圖示一併考量之實施方式，將可更加容易地透徹理解本發明之各種實施例及伴隨其中之許多優點。該等圖示並不一定按照比例，反而將重點置於繪示該特徵、原則、及概念。
圖1A至1E係為例示性基板的片段之橫剖面示意圖，其顯示依據本說明書揭露之實施例之製程流程。
圖2A至2F係為例示性基板的片段之橫剖面示意圖，其顯示依據本說明書揭露之實施例之製程流程。
圖3A至3E係為例示性基板的片段之橫剖面示意圖，其顯示依據本說明書揭露之實施例之製程流程。
圖4A至4F係為例示性基板的片段之橫剖面示意圖，其顯示依據本說明書揭露之實施例之製程流程。
圖5A至5I係為例示性基板的片段之橫剖面示意圖，其顯示依據本說明書揭露之實施例之製程流程。
圖6A至6G係為例示性基板的片段之橫剖面示意圖，其顯示依據本說明書揭露之實施例之製程流程。
107‧‧‧目標層
110‧‧‧光阻層
111‧‧‧浮凸圖案
161‧‧‧電子
163‧‧‧上部電極
165‧‧‧電漿
172‧‧‧光罩
175‧‧‧光化性輻射

Claims (7)

  1. 一種形成圖案的方法，該方法包含：藉由將光阻組成物沉積於基板上來形成光阻膜，該光阻組成物包含可溶解於有機溶劑的正型光阻成分、隨著曝露於預定波長的光而產生光酸的輻射敏感性酸產生劑、及隨著光酸的存在，而使該正型光阻成分變得不可溶解於有機溶劑顯像劑的轉變溶解度之成分；將該光阻膜曝露於微影輻射；使用負型顯像技術來使該光阻膜顯像，如此一來該光阻膜未曝光的部分被該有機溶劑顯像劑所溶解，造成表面構形圖案化光阻膜，其中該表面構形圖案化光阻膜具有大於3.0的Ohnishi參數值；將平坦化層沉積於基板上而使該平坦化層填滿由該表面構形圖案化光阻膜所界定之孔洞，並覆蓋下方層之曝露表面；移除該表面構形圖案化光阻膜而留下該平坦化層；及藉由蝕刻製程將由該平坦化層所界定之圖案轉移至該下方層。
  2. 如申請專利範圍第1項之形成圖案的方法，其中移除該表面構形圖案化光阻膜包含執行蝕刻製程，該平坦化層對於該蝕刻製程具有阻抗性。
  3. 如申請專利範圍第1項之形成圖案的方法，更包含：將平坦化層沉積於基板上而使該平坦化層填滿由該表面構形圖案化光阻膜所界定之孔洞，並覆蓋該表面構形圖案化光阻膜；自該平坦化層的上表面將酸擴散進入該平坦化層的上部而到達該表面構形圖案化光阻膜的上表面，該酸使該平坦化層的上部變得可解溶於預定之溶劑；使用該預定之溶劑來移除該平坦化層的上部； 移除該表面構形圖案化光阻膜而留下該平坦化層；及藉由蝕刻製程將由該平坦化層所界定之圖案轉移至該下方層。
  4. 如申請專利範圍第1項之形成圖案的方法，更包含：將半保形膜或保形膜沉積於該表面構形圖案化光阻膜上，其覆蓋該表面構形圖案化光阻膜；執行非等向性蝕刻製程，其自水平表面移除該半保形膜或保形膜而留下側壁間隔物；及藉由蝕刻製程將由該側壁間隔物所界定之圖案轉移至下方層。
  5. 一種形成圖案的方法，該方法包含：藉由將光阻組成物沉積於基板之目標層上來形成光阻膜，該光阻組成物包含可溶解於有機溶劑的正型光阻成分、隨著曝露於預定波長的光而產生光酸的輻射敏感性酸產生劑、及隨著光酸的存在，而使該正型光阻成分變得不可溶解於有機溶劑顯像劑的轉變溶解度之成分；將該光阻膜曝露於微影輻射；使用負型顯像技術來使該光阻膜顯像，如此一來該光阻膜未曝光的部分被該有機溶劑顯像劑所溶解，造成表面構形圖案化光阻膜，其中該表面構形圖案化光阻膜具有小於該目標層之抗蝕刻性；及在將該光阻膜顯像後，增加該表面構形圖案化光阻膜之抗蝕刻性，其中增加抗蝕刻性包含藉由施加負電壓直流電至上部電極，在電漿腔室中將該表面構形圖案化光阻膜曝露於電子之通量。
  6. 如申請專利範圍第5項之形成圖案的方法，其中增加抗蝕刻性包含藉由原子層沉積法來沉積保形保護層。
  7. 如申請專利範圍第5項之形成圖案的方法，更包含：將保形保護層沉積於基板上而使該保形保護層覆蓋該表面構形圖案化光阻膜之曝露表面及下方層之曝露表面；執行化學機械研磨步驟，其移除該表面構形圖案化光阻膜，但在該下方層上留下該保形保護層；及藉由蝕刻製程將由該保形保護層所界定之圖案轉移至該下方層。
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