TWI614364B - 以氣相沉積來沉積的光阻劑以及對於此光阻劑的製造與微影系統 - Google Patents

Abstract

一光阻劑氣相沉積系統包含：一真空腔室，該真空腔室具有一加熱元件以及用於支撐一基材之冷卻卡盤，該真空腔室具有一加熱入口；以及一氣相沉積系統，該氣相沉積系統連接至該加熱入口，以將一前驅物揮發至該真空腔室之中，以在由該冷卻卡盤所冷卻的該基材上凝結一光阻劑。該沉積系統建立一半導體晶圓系統，該半導體晶圓系統包含：一半導體晶圓，以及在該半導體晶圓上之一氣相沉積光阻劑。需要該半導體晶圓系統之一極紫外光微影系統包含：一極紫外光光源；一鏡體，該鏡體用於引導來自該極紫外光光源的光；一標線片臺，該標線片臺用於使來自該極紫外光光源的光成像；以及一晶圓臺，該晶圓臺用於放置具備一氣相沉積光阻劑之一半導體晶圓。

Description

以氣相沉積來沉積的光阻劑以及對於此光阻劑的製造與微影系統 【相關申請之相互參照】

本申請書主張於2013年3月14日申請之美國臨時發明專利申請序號16/786,042的優先權，其藉由引用形式而整體併入本文。

本發明內容包含與2013年12月23日申請之美國發明專利申請序號14/139,307有關的題材，其藉由引用形式而整體併入本文。

本發明內容包含與2013年12月23日申請之美國發明專利申請序號14/139,371有關的題材，其藉由引用形式而整體併入本文。

本發明內容包含與2013年12月23日申請之美國發明專利申請序號14/139,415有關的題材，其藉由引用形式而整體併入本文。

本發明內容包含與2013年12月23日申請之美國發明專利申請序號14/139,507有關的題材，其藉由引用形式而 整體併入本文。

本發明概與一極紫外光微影光阻劑有關。

極紫外光微影術(EUV，也被知悉為軟性x射線投影微影術)，為一種取代0.13微米或更小的最小特徵尺寸半導體裝置之深層紫外光微影術的競爭技術。

然而，極紫外光光線一般而言介於7至40奈秒波長範圍之間，實質上受到所有物質的強烈吸收。因此理由，極紫外光系統透過反射方式工作，而非透過光線的傳輸。雖然使用一連串的鏡體或透鏡元件，以及反射元件或以非反射性吸收體光罩圖案塗敷的空白光罩，但該圖案化光學光線仍被反射至一光阻劑塗敷的半導體晶圓上。

用於將圖案轉換至光阻劑之光微影技術的進步，已經能夠將日益變小的圖案進行轉換。這意味著可以在積體電路中形成更小的積體電路特徵。因此，可以在一半導體積體電路給定範圍中放置更多的元件，因此能夠大大減低積體電路成本，同時提供使用該等積體電路之該等電子裝置的功能。

在製造半導體積體電路時，於一半導體晶圓上沉積一光阻劑。在對輻射暴露及進行其他處理時，該光阻劑的經暴露區域遭受改變，使得那些光阻劑區域更硬或更容易移除。因此，後續的處理可以選擇性移除該較易移除材料的部分，而在該圖案後方剩下較難以移除的部分。接著此圖案可透過該光阻劑轉換至該半導體晶圓，例如，藉由使用該剩餘 光阻劑作為光罩的方式，以將該等需要的特徵蝕刻至該半導體晶圓該等下方層之中。

因為需要形成越來越細緻的光罩，因此對於EUV光阻劑也產生許多要求。目前，並不存在已知的材料可以同時滿足EUV光阻劑的解析度、線邊緣糙度、以及敏感性(RLS)要求。除了RLS的問題外，用於EUV光阻劑的傳統旋塗式技術，在許多方面都具有缺陷。

首先，旋塗式光阻劑係利用一鑄溶劑進行塗敷，這可能造成環境問題。

第二，旋塗式沉積技術並不提供良好的厚度控制，並在垂直Z方向具有厚度變化，特別是在薄膜厚度減少的時候。

第三，旋塗式光阻劑解決方案的組件能由於表面能量的效果，於該等介面處有分離的傾向。

因此，當變得更加需要EUV微影技術時，對於這些問題的解答將更加關鍵。此外，降低成本、改良效率與效能，並符合競爭壓力的需求，對於尋找這些問題的解答而言，於關鍵必要性中添入更大的急迫性。

這些問題的解決方案已被思考許久，但先前的發展並未教導或建議任何的解決方案，因此對該領域技術人員而言，這些問題的解決方案已經被迴避許久。

本發明一具體實施例提供光阻劑沉積系統，該系統包含：一真空腔室，該真空腔室具有一加熱元件與位於支撐 一基材之一冷卻卡盤，該真空腔室具有一加熱入口；以及一氣相沉積系統，該氣相沉積系統連接至該加熱入口，以將一前驅物揮發至該真空腔室之中，以在由該冷卻卡盤所冷卻的該基材上凝結一氣相沉積光阻劑。

本發明一具體實施例提供一極紫外光微影系統，該系統包含：一極紫外光光源；一鏡體，該鏡體用以引導來自該極紫外光光源的光；一標線片臺，該標線片臺用於放置一極紫外光空白光罩；以及一晶圓臺，該晶圓臺用於放置具備一氣相沉積光阻劑塗敷之一晶圓。

本發明一具體實施例提供一極紫外光微影系統，該系統包含：一極紫外光光源；一鏡體，該鏡體用以引導來自該極紫外光光源的光；一標線片臺，該標線片臺用於放置已經利用一氣相沉積光阻劑圖案化之一極紫外光光罩；以及一晶圓臺，該晶圓臺用於放置一晶圓。

本發明一具體實施例提供一半導體晶圓系統，該系統包含：一半導體晶圓；以及於該半導體晶圓上之一氣相沉積的沉積光阻劑。

本發明某些具體實施例除了以上提及的那些步驟或元件以外，具有其他額外或置換的步驟或元件。對於該領域技術人員而言，藉由參考該等伴隨圖式一起閱讀以下【實施方式】時，該等步驟或元件將變的明確。

100‧‧‧氣相沉積系統

102‧‧‧真空腔室

104‧‧‧加熱主要入口

106‧‧‧加熱輔助入口

108‧‧‧出口

110‧‧‧加熱元件

112‧‧‧冷卻卡盤

115‧‧‧半導體晶圓

116‧‧‧前驅物

200‧‧‧基材

204‧‧‧基質表面

206‧‧‧氣相沉積光阻劑

210‧‧‧半導體晶圓系統

300‧‧‧圖案化氣相沉積光阻劑

400‧‧‧光學元件串

402‧‧‧極紫外光光源

404‧‧‧收集器

406‧‧‧照明器系統

408‧‧‧場切面鏡體

410‧‧‧光瞳切面鏡體

412‧‧‧標線片

414‧‧‧投影光學元件

416‧‧‧圖案化半導體晶圓

500‧‧‧極紫外光微影系統

502‧‧‧極紫外光光源區域

504‧‧‧標線片臺

506‧‧‧晶圓臺

第1圖為根據本發明一具體實施例，該氣相沉積系統之一橫斷面。

第2圖為根據本發明一具體實施例，一半導體晶圓之一部分。

第3圖為根據本發明一具體實施例，第2圖該氣相沉積光阻劑於圖案化之後的圖式。

第4圖為根據本發明一具體實施例，用於一極紫外光微影系統之光學元件串。

第5圖顯示根據本發明一具體實施例之一極紫外光微影系統

下述具體實施例係以足夠詳細的方式敘述，使該領域技術人員能夠建立並使用本發明。要瞭解根據本發明揭示內容其他的具體實施例也是明白的，而在不背離本發明觀點下可以進行該系統、處理與機械的改變。

在以下敘述中，給予許多特定細節，以提供對本發明的完整瞭解。然而，明確的是本發明可以在不以這些特定細節下實作。為了避免對本發明造成干擾，某些以熟知的電路、系統配置以及程序步驟則不詳細討論。

用於說明本發明具體實施例之該等圖式係為半圖解而不一定符合比例，實際上，為了表達的清晰目的，在該等圖式中某些維度係被誇大表現。同樣的，雖然為了容易描述在該等圖式中的視角係概以相同方向圖示，但該等圖式中的此描繪方式絕大部分係為隨意選擇。一般而言，本發明可於任何方向中操作。

在該等所有圖式中所使用的相同編號，係與相同的 元件有關。

為了論數目的，當在此使用時，該用詞「水平」係定義為平行於該晶圓之表面或平面的一平面，而不管其方向為何。該用詞「垂直」係指垂直於所述水平定義的方向。像是「以上」、「以下」、「底部」、「頂部」、「側部」(像是在「側壁」中)、「較高」、「較低」、「上方」、「於...上方」以及「下方」等的用詞，則如該等圖式中所示相對於該水平平面所定義。該用詞「在...上」意指多數元件之間的直接接觸。

當在此使用時，該用詞「處理」係如形成一敘述結構所需，包含材料或光阻劑的沉積、圖案化、暴露、發展、蝕刻、清潔及/或該材料或光阻劑的移除。

現在參考第1圖，其中顯示根據本發明一具體實施例之一氣相沉積系統的橫斷面。一氣相沉積系統可為一獨立系統或一沉積系統100的部分。獨立系統，當特指為一氣相沉積系統100時，係包含一真空腔室102，該真空腔室102具有一加熱主要入口104與一或多個加熱輔助入口，像是入口106。該氣相沉積系統100具有一出口108。

該真空腔室102包含一加熱元件110與一冷卻卡盤112，該冷卻卡盤112用於支撐一半導體晶圓115、一極紫外光空白光罩或其他空白光罩。

將多數前驅物116揮發，並引入至該真空腔室102之中。當該等揮發前驅物116抵達該冷卻卡盤112時，該等前驅物116於該半導體晶圓115表面上凝結。該等前驅物116 的實例為金屬烷氧化物或其他揮發金屬氧化物前驅物，像是叔丁醇鉿、正丁醇鈦、鉿硼氫化物與其他物質。

該前驅物可選擇性與水或另一種氧化媒介反應，像是臭氧或過氧化物，以將該金屬氧化物前驅物轉換成金屬氧化物薄膜或金屬氧化物顆粒。雖然可以使用任何的金屬氧化物，但是鉿、鋯、錫、鈦、鐵和鉬的氧化物可良好工作。可同時間引入該反應氧化劑，或與該金屬氧化物前驅物依序引入。

在某些具體實施例中，將該等前驅物引入至該腔室中，以刻意在它們之間驅動一氣相反應，造成沉積於該半導體晶圓115上較大分子的形成。也可引入一第二前驅物(同時引入，或像是在原子層沉積(ALD)反應中與該等其他前驅物依序引入)。

此第二前驅物為一配位體，該配位體與金屬氧化物顆粒或薄膜鍵結，或引發與繞著一金屬中心所附加之現有配位體之間的配位體取代反應。雖然可以使用任意金屬中心，但鉿、鋯、錫、鈦、鐵和鉬的金屬中心可良好工作。實例則包含像是異丁烯酸、甲酸、乙酸與其他物質的羧酸，但也可以包含像是磺酸、二烯烴或其他化學物質的官能性，其能與金屬氧化物顆粒或薄膜形成複合物。

現在參考第2圖，顯示，根據本發明一具體實施例該半導體晶圓115之一部分。該半導體晶圓115具有一基材200，其可以包含所述材料，像是結晶矽(例如，Si<100>或Si<111>)、氧化矽、拉伸矽、矽化鍺、摻雜或未摻雜多晶矽、 摻雜或未摻雜矽晶圓、III-V材料，像是砷化鎵、氮化鎵、磷化銦等等，並可為圖案化或未圖案化的晶圓。基材可以具有各種尺寸，像是200毫米或300毫米直徑晶圓，以及可為矩形或方形格板。基材可先接受預先處置處理，以研磨、蝕刻、還原、氧化、羥化、退火及/或烘烤該基材表面。

該基材200具有一基材表面204，該基材表面204可為在一製程處理期間，執行薄膜處理之後於一基材上形成之任何基材或材料表面。例如，根據該應用，能執行處理之該基材表面204可以包含像是矽、氧化矽、拉伸矽、矽上絕緣體(SOI)、碳摻雜氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石的材料，以及任何其他像是金屬、氮化金屬、金屬合金與其他傳導性材料的材料。一基材表面上的阻隔層、金屬或氮化金屬係包含鈦、氮化鈦、氮化鎢、鉭和氮化鉭、鋁、銅，或任何其它用於裝置製造的導體或導電或不導電阻隔層。

一氣相沉積光阻劑206係以氣相沉積技術，使用第1圖該氣相沉積系統，沉積於該基材表面204上。該氣相沉積光阻劑206與該基材200的組合，形成一半導體晶圓系統210。已經發現該氣相沉積光阻劑206於極紫外光或較小的微影術中特別有用。該氣相沉積系統100與一加熱腔室及與該冷卻卡盤結合的多數加熱化學輸送管線有關。該氣相沉積光阻劑206可利用氣相沉積(汽化、分解等等)、化學氣相沉積(前驅物反應)、原子層沉積或其他不同於旋塗式沉積的處理方式進行沉積。

此外，以同時或依序的方式，同樣也可以利用氣相沉積技術選擇性將一光活性化合物引入至該腔室中。此光活性化合物可為一酸產生劑、自由基產生劑或可重新佈置以產生像是配位體的活性化學材料的化合物，而可以取代繞著該金屬中心的配位體，或對於繞著該金屬中心之配位體的取代、重新佈置、凝結或改變加以催化，因此於該薄膜或顆粒中引起一種可溶性的改變。

現在參考第3圖，其中圖示根據本發明一具體實施例，第2圖該氣相沉積光阻劑206於圖案化之後的圖式。一旦對輻射(紫外光、深紫外光、極紫外光、電子射束、可見光、紅外光、離子射束、x射線與其他輻射)暴露之後，於該氣相沉積光阻劑206中引起一化學反應，不管是在該金屬氧化物處或在該光活性化合物中。此反應最終(不管是直接反應或是在一後暴露烘烤或其他後暴露處理之後)形成該氣相沉積光阻劑206於一溶劑中可溶性的改變，或造成在一電漿蝕刻處理中該薄膜蝕刻率的改變。此可溶性或蝕刻率的改變可用於最後將該氣相沉積光阻劑206圖案化，以提供一圖案化氣相沉積光阻劑300。

在某些具體實施例中，該等處理條件在整個沉積過程保持固定，造成一種從上到下為均勻成分的光阻劑。在其他具體實施例中，該等沉積條件或使用的化學材料係隨著正被沉積的光阻劑變化，形成一種從上到下的相異光阻劑成分。

在某些具體實施例中，在該疊層底部處的光阻劑性質可經裁修以達成特定目標。例如，在該疊層底部處的材料 可具有更高的極紫外光光子吸收性，這接著可以形成超額次電子的產生，某些超額次電子接著經朝上引導至該光阻劑中，以催化額外的反應並改善該極紫外光光阻劑的效能。此改善能表現於敏感性、線邊緣糙度方面，減少浮渣或基腳或其他的改善。

在其他具體實施例中，該光阻劑可以之前所提及的需求性質沉積於一基材上，其並非以該光阻劑沉積的部分進行沉積，而是以一分離、獨立的處理進行沉積。

而在其他具體實施例中，該光阻劑係沉積於一更傳統的基材上，像是半導體、金屬或包含矽、氧化矽、鍺、矽氮化物、金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、底部抗反射塗層的介電質，以及多數其他基材。

在某些具體實施例中，該等前驅物係以熱汽化方式引入成為氣相，但也可以使用其他像是真空噴淋的方式進行沉積。

在某些具體實施例中，配位體數量與金屬原子數量的比例或顆粒尺寸係受控制，以控制像是光敏性的光阻劑性質。

在某些具體實施例中，一額外的前驅物可共同沉積於該光阻劑中，以限制該光活性化合物的反應或擴散。在光酸產生劑的情況中，此額外的前驅物可為一鹼基或光可分解鹼基。在光自由基產生劑的情況中，此前驅物可為自由基捕捉劑，餘此類推。

在某些具體實施例中，此處理係於一系統上執行， 該系統使用一轉動卡盤，以改善遍及該晶圓的沉積厚度均勻性。在其他具體實施例中，可以使用一冷凝阱以在為反應前驅物材料離開該腔室之前將其捕捉。

本發明之具體實施例具有滿足比現有技術更佳，於這些關鍵領域中之多數需求的潛勢。此外，利用真空技術進行的光阻劑沉積在許多方面相對於傳統的旋塗式技術更具優勢。首先，消除了來自該系統的溶劑，這具有環境優勢。接著，真空沉積技術允許該使用者從共形到平面化方面調整該沉積，而旋塗式薄膜傾向只具有平面化特性。同樣的，真空沉積技術給該使用者對於該薄膜成分於厚度中更多控制，並允許該使用者於Z方向中建立一均勻薄膜，而在一旋塗處理期間，該光阻劑溶液的成分可能因為表面能量效應傾向於該等表面處分離。真空沉積技術也允許利用改變該沉積條件的方式，在該薄膜進行沉積時，於該厚度中建立一種受控制的成分改變。利用傳統技術則無法進行此控制。

本發明具體實施例所考慮的主要應用係於使用任何圖案化輻射技術(可見、深紫外光、極紫外光、電子射束或x射線微影術)對於微電子與光子裝置進行圖案化的完整領域之中。因為所敘述之沉積方法的獨特態樣，因此該應用並不受限於只使用於平坦、平面的基材。

現在參考第4圖，其中圖示根據本發明一具體實施例，用於一極紫外光微影系統之光學元件串400。該光學元件串400具有一極紫外光光源402，像是一電漿源，用以建立該極紫外光光線，並將該極紫外光光線收集於一收集器404中。 該收集器404提供該光線至一場切面鏡體408，該場切面鏡體408為一照明器系統406的部分，該照明器系統406進一步包含一光瞳切面鏡體410。該照明器系統406提供該極紫外光光線至一標線片412，該標線片412反射該極紫外光光線穿過投影光學元件414，並至一圖案化半導體晶圓416上。

現在參考第5圖，其中圖示根據本發明一具體實施例之一極紫外光微影系統500。該極紫外光微影系統500包含一極紫外光光源區域502、一標線片臺504與如附加至該光學元件串400之一晶圓臺506。

所形成之方法、處理、設備、裝置、產品及/或系統係為直向、具備成本效率、不複雜、高度通用、精確、敏感及有效率，並可以藉由調整已知的組件實作，以進行立即、有效率及經濟考量的製造、應用及使用。第2圖之氣相沉積光阻劑206為該極紫外光微影系統500之一關鍵組件，而該極紫外光微影系統500無法在不具備一氣相沉積光阻劑執行其功能。

本發明另一重要態樣為能有價值的對於降低成本、簡化系統及增加效能的歷史潮流進行支援與提供服務。

本發明這些與其他的有價值態樣係因此使目前技術前進至至少下一階段。

雖然本發明已經連結一特定最佳模式敘述，但要瞭解利用先前敘述的基礎，對於該領域技術人員而言，許多替代、修改與變化都將明確。據此，預期涵蓋所有落於該等申請專利範圍觀點之中的所有所述替代、修改與變化。所有在 此設定及在該等圖式中圖示之事項將以例證方式而非限制方式所詮釋。

102‧‧‧真空腔室

104‧‧‧加熱主要入口

106‧‧‧加熱輔助入口

108‧‧‧出口

110‧‧‧加熱元件

112‧‧‧冷卻卡盤

115‧‧‧半導體晶圓

116‧‧‧前驅物

Claims (20)

1. 一光阻劑沉積系統，該系統包括：一真空腔室，該真空腔室具有一加熱元件及用以支撐一基材之一冷卻卡盤，該真空腔室具有一加熱入口；以及一氣相沉積系統，該氣相沉積系統連接至該加熱入口，用以將一前驅物揮發至該真空腔室之中，且用以在由該冷卻卡盤所冷卻的該基材上凝結一氣相沉積光阻劑。
2. 如請求項1所述之系統，其中該氣相沉積系統於氣相沉積期間，改變沉積成分與多數條件。
3. 如請求項1所述之系統，其中該氣相沉積系統提供一揮發金屬氧化物之前驅物，用以沉積該氣相沉積光阻劑。
4. 如請求項1所述之系統，其中該氣相沉積系統提供一金屬烷氧化物之前驅物，用以沉積該氣相沉積光阻劑。
5. 如請求項1所述之系統，其中該真空腔室係用於使該前驅物與一氧化媒介反應，以將一金屬氧化物前驅物轉換成為一金屬氧化物光阻劑。
6. 如請求項1所述之系統，其中該真空腔室係用於驅動一氣相反應，以在該基材上形成一分子沉積。
7. 如請求項1所述之系統，其中該真空沉積系統係用於反應一配位體前驅物，該反應引發繞著一金屬中心的配位體取代反應。
8. 如請求項1所述之系統，其中該真空沉積系統係用於提供一配位體前驅物，以與在該真空腔室中形成的一金屬氧化物鍵結。
9. 一極紫外光微影系統，該系統包括：一極紫外光光源；一鏡體，該鏡體用以引導來自該極紫外光光源的光；一標線片臺，該標線片臺用於使來自該極紫外光光源的光成像於一極紫外光光罩上；以及一晶圓臺，該晶圓臺用於放置具備一氣相沉積光阻劑之一半導體晶圓，該氣相沉積光阻劑用於接收來自該標線片臺的光，該氣相沉積光阻劑具有一頂部及一底部，且該氣相沉積光阻劑的該頂部及該底部之間具有一不同的光阻劑成分，該底部比該頂部更能吸收EUV光子。
10. 如請求項9所述之系統，其中該氣相沉積光阻劑為一揮發金屬氧化物。
11. 如請求項9所述之系統，其中該氣相沉積光阻劑包括一配位體數量及一金屬原子數量，且該配位體數量對該金屬 原子數量的一比例受到控制，以控制一光阻劑性質。
12. 如請求項9所述之系統，其中該氣相沉積光阻劑包含一配位體。
13. 如請求項9所述之系統，其中該氣相沉積光阻劑為繞著一金屬中心的一配位體。
14. 如請求項9所述之系統，其中該氣相沉積光阻劑為與一金屬氧化物鍵結的一配位體。
15. 一半導體晶圓系統，該系統包括：一半導體晶圓；以及於該半導體晶圓上之一氣相沉積光阻劑，該氣相沉積光阻劑具有一頂部及一底部，且該氣相沉積光阻劑的該頂部及該底部之間具有一不同的光阻劑成分，該底部比該頂部更能吸收EUV光子。
16. 如請求項15所述之半導體晶圓系統，其中該氣相沉積光阻劑為一揮發金屬氧化物。
17. 如請求項15所述之半導體晶圓系統，其中該氣相沉積光阻劑包括一配位體數量及一金屬原子數量，且該配位體數量對該金屬原子數量的一比例受到控制，以控制一光阻劑性質。
18. 如請求項15所述之半導體晶圓系統，其中該氣相沉積光阻劑包含一配位體。
19. 如請求項15所述之半導體晶圓系統，其中該氣相沉積光阻劑為繞著一金屬中心的一配位體。
20. 如請求項15所述之半導體晶圓系統，其中該氣相沉積光阻劑為與一金屬氧化物鍵結的一配位體。