TWI758545B - 使用泛照式曝光之敏化光阻的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種圖案化方法，於其中，形成光敏感性層，並且針對待形成在目標層內的圖案，定義目標解析度。基於參考劑量以及由單一圖案化曝光在EUV波長、目標解析度及參考劑量下所產生的參考LWR，使光敏感性層接受至少兩個輻射曝光，其包含在經選擇而小於參考劑量並且在15 mJ/cm2 -200 mJ/cm2 內之劑量下的EUV圖案化曝光、以及在200 nm-420 nm間之波長下與0.5 J/cm2 -20 J/cm2 間之劑量下的泛照式曝光。之後使光敏感性層顯影以形成遮罩圖案，使用該遮罩圖案，以目標解析度以及小於或大約等於參考LWR並且 ≤ 5nm的LWR，將圖案蝕刻到目標層內。

Description

使用泛照式曝光之敏化光阻的方法
本發明係關於用以圖案化基板上之目標層的方法，尤其更係關於用以降低抗蝕劑敏感度並且同時維持或改善線寬粗糙度與解析度的方法。
在材料處理方法學中，圖案蝕刻包含將例如光阻(photoresist)(或稱為「抗蝕劑(resist)」)之光敏感性(或輻射敏感性)材料的層塗佈至基板的上表面、使用光微影法在抗蝕劑層中形成圖案、以及使用蝕刻製程將抗蝕劑層中所形成的圖案轉印至位在基板上的下伏目標層(薄膜)。抗蝕劑的曝光一般係包含使用例如光微影系統將抗蝕劑曝露至電磁(EM，electromagnetic)輻射的圖案，之後使用顯影液去除抗蝕劑之經照射區域(例如正型抗蝕劑的情況)或非經照射區域(例如負型抗蝕劑的情況)。
對半導體裝置製造而言，光微影圖案化的關鍵尺寸(CD，critical dimension)控制係重要的。隨著關鍵尺寸(CD)減小，而存在改善EM輻射圖案解析度(解析度)與抗蝕劑敏感度(敏感度)並且同時保有在可接受限度內之結果圖案之線寬粗糙度(LWR，line width roughness)的需求。吾人知悉在本領域中，於解析度、LWR、以及敏感度(劑量)之間存在權衡關係(trade-off relationship)，通常稱為RLS(或LRS)權衡三角或關係。RLS權衡三角係指無法在一材料平台中同時降低解析度、粗糙度以及敏感度。試圖改善這三種參數之其中一者的習知技術通常係在不可接受地犧牲其餘一或兩種參數的情況下進行改善。
對低於40 nm的特徵尺寸而言，極紫外線(EUV，extreme ultra violet)微影法展現出滿意的結果。然而，對EUV微影而言，EUV抗蝕劑敏感度(EUV劑量)乃為其中一個挑戰。當CD到達較小的尺寸時，合併較小光波長(例如EUV)的圖案化製程可能不具有像較大光波長一樣多的光子。EUV光子(92eV)的能量為193 nm光子的約15倍，因此對相同曝光劑量而言，存在較少的光子。由於較少的光子，所以產生明顯較少的酸(在EUV的情況下，其主要為經由二次電子光酸產生劑(PAG，photo-acid generator)的分解活動)。因此，一般而言，在EUV抗蝕劑內以適合製造之劑量所產生之酸的量係低於一般在標準DUV(即，193 nm以及248 nm)化學增幅(chemically amplified)光阻系統中所觀察到的量。用以增加抗蝕劑敏感度(例如藉由增加PAG濃度)的標準方式並未證明有益於EUV系統，因為其會使達到某線寬所需的光子數量降低，並因此增加抗蝕劑圖案中的散粒雜訊(shot-noise)相關LWR。因此，研究人員已考慮到加入多種光敏劑成分及/或其他光吸收成分(例如發色基團)，以達到RLS權衡平衡。此種努力已致使PS-CAR化學品的發展。
EUV處理的另一個挑戰係使EUV掃描器的源功率高得足以導致此種與193 nm曝光具相等劑量的較低光子產生。提高EUV曝光劑量會增加光子的數量，降低產量並且增加操作成本。為了達到大量製造之目標(亦被稱為有利產量)，光微影工具應達到每小時約100片晶圓或更高。光微影工具的產量係隨著EUV能量變化，因此對較高的EUV劑量而言，每小時處理較少的基板。因此，為了實施EUV處理，不僅RLS權衡三角必須被克服或被顯著地降至最小，且該製程必須為大量製造提供有利產量。許多研究人員已嘗試避開RLS三角與產量挑戰，但到目前為止尚未有人完全成功。因此，存在對於圖案化方法的持續需求，該圖案化方法允許降低抗蝕劑敏感度而不對LWR與解析度造成負面影響並且達到EUV微影的有利產量。
依照本揭露內容之一實施例，在基板上形成光敏感性層，並且針對待形成在基板上之目標層內的圖案，定義目標解析度。基於參考劑量並且基於由使用在13 nm與15 nm間之波長下的能量的單一圖案化曝光在目標解析度與參考劑量下所產生的圖案的參考線寬粗糙度，使光敏感性層接受輻射能量的至少兩個曝光。該至少兩個曝光包含圖案化曝光以及泛照式曝光，該圖案化曝光包含在13 nm與15 nm間之波長下以及經選擇而小於參考劑量並且在15 mJ/cm2 至200 mJ/cm2 的範圍內之劑量下的能量，以及該泛照式曝光包含在200 nm與420 nm間之波長下以及0.5 J/cm2 與20 J/cm2 間之劑量下的能量。在一實施例中，泛照式曝光包含在360 nm與400 nm間之波長下的能量。之後使光敏感性層顯影，以在光敏感性層內形成遮罩圖案，並且使用遮罩圖案來蝕刻基板，以在基板上的目標層內形成圖案。結果圖案具有目標解析度以及小於或大約等於參考線寬粗糙度並且小於或等於5 nm的線寬粗糙度。藉由此種方法，可在減低EUV敏感度且在相同或更佳之LWR與解析度的情況下，達到有利產量，藉以克服RLS三角。
依照本揭露內容之另一實施例，在基板上形成化學增幅抗蝕劑(CAR，chemically-amplified resist)層，其中，CAR層包含光酸產生劑(PAG)、光可分解鹼(PDB，photo-decomposable base)、或兩者，並且不添加光敏劑成分，以及針對待形成在基板上之目標層內的圖案，定義目標解析度。基於參考劑量並且基於由使用在13 nm與15 nm間之波長下的能量的單一圖案化曝光在目標解析度與參考劑量下所產生的圖案的參考線寬粗糙度，使CAR層接受輻射能量的至少兩個曝光。該至少兩個曝光包含圖案化曝光與之後的泛照式曝光，該圖案化曝光包含在13 nm與15 nm間之波長下以及經選擇而比參考劑量小至少3 mJ/cm2 並且在20 mJ/cm2 至75 mJ/cm2 的範圍內之劑量下的能量，以及該泛照式曝光包含在360 nm與400 nm間之波長下以及2 J/cm2 與12 J/cm2 間之劑量下的能量。之後使CAR層顯影，以在CAR層內形成遮罩圖案，並且使用該遮罩圖案來蝕刻基板，以在基板上的目標層內形成圖案。結果圖案具有目標解析度以及比參考線寬粗糙度小至少0.1 nm並且小於或等於5 nm的線寬粗糙度。
用以圖案化基板的方法係揭露於各種實施例中。然而，熟習相關技術者將意識到可在不具有其中一或多個具體細節或者具有其他替代及/或額外方法、材料、或構件的情況下實施各種實施例。在其他情況下，不詳細顯示或描述熟知的結構、材料、或操作，以避免混淆本發明之各種實施例的實施樣態。
同樣地，為了解釋之目的而提出具體的數量、材料、以及構造，以提供對本發明的徹底瞭解。然而，本發明可在不具有具體細節的情況下被加以實施。
整份說明書中所提及的「一個實施例」或「一實施例」或其變化形式乃意味著關於該實施例所描述之特定的特徵、結構、材料、或特性係包含在本發明的至少一個實施例中，但不表示上述特徵、結構、材料、或特性係存在於每個實施例中。因此，在整份說明書中各處出現的「在一個實施例中」或「在一實施例中」之用語，不必然係關於本發明的相同實施例。再者，在一或多個實施例中，特定的特徵、結構、材料、或特性可以任何適當的方式加以組合。
儘管如此，吾人應明白，雖然已解釋一般概念之創造性，但說明內容中所包含者亦為具創造性之特徵。
根據本發明之實施例，如在此所使用的「基板」一般係指接受處理的物件。基板可包括裝置(尤其係半導體或其他電子裝置)的任何材料部分或結構，並且例如可為基底基板結構，如半導體晶圓、或在基底基板結構上或覆蓋於其上的層(例如薄膜)。因此，基板不限於圖案化或未圖案化的任何特定基底結構、下伏層或覆蓋層，而係考量包括任何此種層或基底結構、以及層及/或基底結構的任何組合。以下說明或許參照特定種類的基板，但這僅係為了說明之目的而非限制。
在本申請案中，劑量與能量之用語可互換地被使用，以表示用以照射光敏感性材料的EUV輻射。任何合適的光敏感性材料可用於EUV圖案化曝光，以及所提及之光阻乃為示範而非限制。再者，抗蝕劑與光阻可互換地被使用以表示光阻。
在此所揭露者乃為能夠在抗蝕劑圖案化中使用較低EUV劑量並且同時維持或改善粗糙度與解析度並因此打破RLS三角的技術。通常，於在此所揭露的建議EUV劑量機制下，EUV成像圖案的LWR會太高而無法保持大量製造。依照本揭露內容，在一實施例中，藉由中UV(mid-UV)泛照式曝光系統，在EUV圖案化之前、或在EUV圖案化之後、或其組合，對傳統CAR流(或其他EUV抗蝕劑材料)啟用較低EUV劑量機制。中UV泛照式曝光的加入能夠使優先額外的光化學反應在抗蝕劑內進行，此能夠對以往未達到期望電性能及/或圖案化品質的EUV劑量機制賦予無法預期地低的LWR結果。低EUV劑量機制的其他效益為EUV系統的產量增加與操作成本降低，此為大量製造所需。此外，相當出乎意料地，吾人不需要使用光敏劑(PS，photosensitizer)來試驗並達到RLS三角關係的權衡平衡，因為本方法打破了RLS三角，因此克服了對一方面進行權衡而改善另一方面的需求，例如對LWR及/或解析度進行權衡以改善敏感度。
依照本揭露內容，針對CAR或其他EUV圖案化材料，用以打破RLS三角的一種方法除了包含EUV圖案化曝光之外，尚包含高功率中UV泛照式曝光系統的使用。因此，使光敏感性材料(抗蝕劑)接受輻射能量的至少兩個曝光，其包含具有在13 nm與15 nm間之波長下以及15 mJ/cm2 與200 mJ/cm2 間之劑量下的能量的圖案化曝光(此可被稱為EUV圖案化曝光)、以及具有在200 nm與420 nm間之波長下以及0.5 J/cm2 與20 J/cm2 間之劑量下的能量的泛照式(或全面式)曝光。在一實施例中，泛照式曝光係使用在大於360 nm或介於360 nm與400 nm間之波長下的能量。在一示範實施例中，建議365 nm ＞ 1 J/cm2 曝光系統，但理想波長與劑量可視既定抗蝕劑材料的吸收特性而定。此種泛照式曝光系統可被使用於EUV圖案化曝光之前(…→ COT → PAB → 中UV泛照 → EUV → PEB → DEV)、或EUV圖案化曝光之後(…→ COT → PAB → EUV → 中UV泛照 → PEB → DEV)、或其組合(…→ COT → PAB → 中UV泛照 → EUV → 中UV泛照 → PEB → DEV)(於此處，COT = 抗蝕劑塗佈機， PAB = 塗佈後烘烤，中UV泛照 = 泛照式曝光，EUV = EUV圖案化曝光，PEB = 曝光後烘烤，以及DEV = 顯影)。本揭露內容係說明可在圖案化期間賦予較低EUV劑量並且維持或改善粗糙度與解析度的方法，如相較於在使用單一EUV圖案化曝光但未使用泛照式曝光的單一曝光圖案化製程中可達到的劑量、解析度及粗糙度。在一實施例中，高功率中UV泛照式曝光系統可用以處理基板，以在EUV抗蝕劑基質內引發有利替代化學反應。
圖1與2係以EUV處理中所使用的至少兩個不同種類之抗蝕劑來說明比較LWR(y-軸)與EUV劑量(x-軸)的資料，此將於下文中進行更詳細的討論。在這些結果中，可達到劑量與粗糙度的明顯降低並且同時維持位於接近16 nm線/間隔之光學解析度限度且具有可比較之曝光寬容度響應的成像。以往，RLS兩難困境(dilemma)係圍繞在所觀察到的現象(於其中，當維持相同的解析度時，LWR始終係隨著劑量的減少而增加)而被概念化。為了達到期望的電效果，EUV劑量必須被增加而改善LWR，以獲得期望的電子裝置與圖案化性能。然而，此方法會使產量減少並且使製造成本增加。在本揭露內容提出之前，未顯示此種逆關係被打破，也未顯示在維持相同解析度時減少EUV劑量亦可維持或減低LWR而非增加LWR。
EUV圖案化製程可包含用以在半導體基板上形成圖案的化學增幅抗蝕劑(CAR)或其他光敏感性材料。抗蝕劑可包含光酸產生劑(PAG)、光可分解鹼(PDB)、或兩者，以作為化學增幅工具。在若干實施例中，抗蝕劑並未添加光敏劑成分及/或光吸收成分(例如發色基團)。該製程可包含配置在抗蝕劑與基板之間的一或多個層，以限制在EUV處理期間的反射或形成待於後續處理期間使用的硬遮罩。在一實施例中，一或多個抗反射塗佈(ARC，anti-reflective coating)層係形成在於其上形成有抗蝕劑層的基板上，於此處包含吸收層，該吸收層係調整成吸收在泛照式曝光之波長下的光。在一實施例中，旋轉塗佈碳(SOC，spin-on-carbon)層係形成在基板上，旋轉塗佈玻璃(SOG，spin-on-glass)層係形成在SOC層上，以及抗蝕劑係形成在SOG層上，且SOC層係用以限制來自基板之泛照式曝光之波長下的輻射能量的反射。
一般而言，EUV圖案化製程可包含但不限於以抗蝕劑塗佈基板、曝光前處理、EUV圖案化曝光、曝光後處理、以及使抗蝕劑顯影以在抗蝕劑內形成圖案(此可使位於抗蝕劑下方的材料露出)。曝光前處理可包含烘烤抗蝕劑及/或將抗蝕劑曝露至輻射能量。在一實施例中，當基板被放置在將熱能傳遞至基板的熱板上時，可使用該熱板來完成烘烤。可經由輻射能量源將輻射能量施加至基板，該輻射能量源發出在特定波長與劑量下的光或能量。該輻射能量源可為橫越整個抗蝕劑層的泛照式或全面式處理。在一實施例中，輻射能量可包含介於200 nm與420 nm之間的波長。在另一實施例中，該波長可被限制在300 nm與400 nm之間、或在360 nm與400 nm之間、或大於360 nm。在一具體實施例中，該波長可為約365 nm。在另一具體實施例中，該波長可為約395 nm。該輻射能量源亦可被設計成賦予0.5 J/cm2 與20 J/cm2 之間的能量劑量。然而，在若干實施例中，該能量劑量可小於12 J/cm2 或小於10 J/cm2 ，以進行使用較低劑量而不增加LWR的EUV製程。例如，該能量劑量可介於2 J/cm2 與12 J/cm2 之間或介於3 J/cm2 與9 J/cm2 之間。在一具體實施例中，該輻射能量劑量可為約6 J/cm2 。
在進行前處理之後，藉由使用具有介於13nm與15nm之間的波長以及介於15 mJ/cm2 與200 mJ/cm2 之間的劑量的EUV能量或光來處理抗蝕劑，以使基板接受圖案化曝光。然而，在另一實施例中，EUV劑量可介於20 mJ/cm2 與75 mJ/cm2 之間。曝光後處理可包含烘烤抗蝕劑及/或將抗蝕劑曝露至輻射能量。在一實施例中，當基板被放置在將熱能傳遞至基板的熱板上時，可使用該熱板來完成曝光後烘烤。可經由輻射能量源將輻射能量施加至基板，該輻射能量源發出在特定波長與劑量下的光或能量。該輻射能量源可為橫越整個抗蝕劑層的泛照式或全面式處理，並且可由設計成發出在期望波長與劑量下之光的UV光系統(例如燈或LED)所實施。在一實施例中，輻射能量可包含介於200 nm與420 nm之間的波長。在另一實施例中，該波長可被限制在300 nm與400 nm之間、或在360 nm與400 nm之間、或大於360 nm。在一具體實施例中，該波長可為約365 nm。在另一具體實施例中，該波長可為約395 nm。該輻射能量源亦可被設計成賦予0.5 J/cm2 與20 J/cm2 之間的能量劑量。然而，在若干實施例中，該能量劑量可小於12 J/cm2 或小於10 J/cm2 ，以進行使用較低劑量而不增加LWR的EUV製程。例如，該能量劑量可介於2 J/cm2 與12 J/cm2 之間或介於3 J/cm2 與9 J/cm2 之間。在一具體實施例中，該輻射能量劑量可為約6 J/cm2 。在若干實施例中，曝光後處理期間的輻射能量製程條件不需要與曝光前處理中所使用者相同。舉例而言，曝光前處理或曝光後處理之其中一者係在200 nm與420 nm之間(例如大於360 nm)的波長下以及0.5 J/cm2 與20 J/cm2 之間的能量劑量下執行，而曝光前處理或曝光後處理之其中另一者則係在可落於這些列舉範圍外的波長及/或能量下執行。然而，有利地，於此處執行曝光前處理與曝光後處理兩者，其各自落在列舉範圍內，但可為相同或彼此不同。
在進行曝光後處理之後，可使用顯影處理在抗蝕劑內形成遮罩圖案。接著，可使用該遮罩圖案來蝕刻一或多個下伏層，以在基板上的目標層內形成圖案。在一實施例中，該圖案的LWR可小於5 nm。在一實施例中，相較於在相同EUV波長與解析度下使用單一曝光的EUV圖案化製程，以小至少3 mJ/cm2 的EUV圖案化劑量可達到至少0.1 nm的LWR降低。
如上所述，曝光前處理與曝光後處理兩者皆可包含將抗蝕劑曝露至輻射能量。在另一實施例中，曝光前處理包含輻射能量製程，但曝光後處理則不包含輻射製程，以使輻射能量源僅在EUV圖案化製程之前被使用。然而，在另一實施例中，曝光前處理並不包含輻射能量製程，但曝光後處理則包含輻射製程，以使輻射能量源僅在EUV製程之後被使用。
回到圖1，實驗結果顯示在此所揭露的方法可賦予比通常在圖案化期間所使用者更低的EUV劑量。圖1說明兩個材料的實驗結果，於其中在EUV圖案化曝光之後執行線內(inline) 6 J/cm2 365 nm泛照式曝光。圖1說明當曝光後UV泛照式處理被加入製程時(「6J」)對當無UV泛照式處理時(「0J」)的EUV劑量與LWR之間的關係。如圖1所示，曝光後處理能夠在降低EUV劑量時減低LWR，鑒於上述RLS三角關係，此係無法預期的。該實驗包含了兩個不同的材料，材料A與材料B，其代表可被EUV處理技術領域中具有通常知識者所使用的EUV抗蝕劑。該兩材料含有相似的酸抑制(quenching)分子，這些分子可令200 nm與420 nm之間的光無法穿過，尤其係大於360 nm的光，例如360 nm-400 nm。在一具體實施例中，該酸抑制分子係令具有約365 nm波長的光無法穿過。儘管EUV劑量減少約5 mJ/cm2 ，但材料B仍呈現從高於5 nm到小於5 nm的LWR顯著降低。儘管EUV劑量減少約3-4 mJ/cm2 ，但材料A仍呈現LWR些微降低，並使LWR維持低於5 nm。因此，基於作為參考製程的0J製程(於其中，針對目標圖案解析度，執行在參考劑量下之EUV輻射的單一曝光，並獲得結果參考LWR)，可執行本方法，於此處，選擇相同的EUV圖案化曝光波長與目標解析度，並且選擇圖案化曝光的EUV劑量而使其小於參考劑量，該方法更包含具有在200 nm與420 nm之間(例如大於360 nm)的波長下以及0.5 J/cm2 與20 J/cm2 之間的劑量下的能量的泛照式曝光，於此處，蝕刻到目標層內的結果圖案具有目標解析度以及小於參考LWR並且小於或等於5 nm的LWR。
圖2說明該相同之兩個材料的實驗結果，於其中在EUV圖案化曝光之前執行線內6 J/cm2 365 nm泛照式曝光。在圖2中，當僅進行抗蝕劑的曝光前UV光處理時，僅稍微觀察到典型的RLS權衡關係。然而，LWR的些微增加係比在典型RLS權衡關係下所預期者要低得多，並且可望在EUV圖案化曝光之前從中UV泛照式曝光系統的使用獲得若干程度的敏化效益。儘管EUV劑量降低7-8 mJ/cm2 ，材料A例如仍僅發生小於0.2 nm的LWR增加，並且仍達到小於5 nm的LWR。若劑量僅減少5-6 mJ/cm2 ，則可將LWR維持在0.1 nm內。達到大約等於(例如+/- 0.1 nm)參考LWR之較低EUV劑量的LWR，係無法預期地打破了被知悉令LWR顯著增加的RLS三角關係。鑒於為人所熟知的RLS權衡關係(其中，當解析度維持不變時，LWR與EUV劑量為逆相關)，圖1與2提供了無法預期之結果的強力證據。已證明高功率中UV泛照式曝光系統可用以使有利替代化學反應在EUV抗蝕劑基質內發生，其最終致使賦予較低的EUV劑量並且同時維持或改善粗糙度與解析度，尤其係當在EUV圖案化曝光之後執行泛照式曝光時。此外，更令人意外的係，在抗蝕劑化學品中不具有PS及/或其他光吸收成分(例如發色基團)的情況下可達到此種結果。
如上所述，可針對不同類型的EUV抗蝕劑，使用高功率中UV泛照式曝光系統來克服RLS權衡關係，但理想波長與劑量可在不同抗蝕劑間變化，並且可能取決於既定材料的吸收特性。因此，對在既定解析度下的改善EUV抗蝕劑敏化而言，波長與劑量可能需要被最佳化以驅使EUV劑量降低，而不使LWR增加多於0.1 nm且甚至減低LWR，並且達到位於或低於目標值的LWR。例如，對既定解析度而言，LWR的目標最大值可被確定，例如5 nm，以及波長與可達最低劑量可被判定符合目標。在一實施例中，相較於參考單一圖案化曝光製程，波長與劑量經選擇以獲得大於0.1 nm的LWR降低以及至少3 mJ/cm2 的劑量減低。
曝光期間的酸產生需要兩個隨機過程之間的協調 — 抗蝕劑吸收光子以及來自光子的能量被傳遞至光酸產生劑(PAG)(或衍生物)或光可分解鹼(PDB)(或衍生物)。對EUV圖案化曝光而言，能量傳遞可藉由直接吸收或藉由偕同光電子的交互作用而發生。在一實施例中，高功率中UV泛照式系統或模組(二次波長)被使用並且被最佳化，以獲得位於抗蝕劑本身之內的光電子交互作用及/或直接光子吸收活動(「交互作用/吸收活動」)。交互作用/吸收活動可導致數個可能結果。一結果為協助進一步PAG分解或PDB分解的電子交換。PAG或PDB分解導致潛在的較高酸負荷或較低鹼負荷或其組合。此種用以偏移這些其中一者或兩者之負荷的能力可使最佳的濃度、輪廓、或閾值建立在位於成像抗蝕劑內的目標特徵邊緣，以相較於僅EUV圖案化曝光而改善粗糙度。
藉由抗蝕劑材料之交互作用/吸收活動的另一結果為聚合物的直接去保護(de-protection)(顯影期間產生溶解性之保護基的直接分裂)，以在目標特徵邊緣迫使去保護的最佳程度/閾值產生，而確保偕同顯影液的最佳交互作用(移動至最大顯影對比的去保護閾值)。
藉由抗蝕劑材料之交互作用/吸收活動的第三個結果為發生去保護活動，其為放熱反應。此種局部化加熱與自由體積增加效應允許局部化控制(在局部加熱擴散時隨著時間的酸捕捉)。在局部加熱擴散之前，在局部區域內可發生短時間的顯著酸遷移(與聚合物遷移)。此種增加的遷移允許在受控制/受侷限體積內的受保護聚合物上發生大量的酸活動，此可導致降低的粗糙度。
在另一實施例中，使用高功率中UV泛照式系統或模組(二次波長)，以獲得偕同PAG本身的交互作用/吸收活動。(出於中UV吸收活動的)進一步PAG分解將導致潛在的較高酸負荷。此種用以偏移有效負荷的能力可使最佳的濃度、輪廓、或閾值建立在位於成像抗蝕劑內的目標特徵邊緣，以相較於僅EUV圖案化曝光而改善粗糙度。PAG之交互作用/吸收活動的另一結果為放熱反應。此種局部化加熱與自由體積增加效應允許局部化控制(在局部加熱擴散時隨著時間的酸捕捉)，但未允許在局部區域內的短時間之顯著酸遷移(與聚合物遷移)。此種增加的遷移允許在受控制/受侷限體積內的受保護聚合物上發生大量的酸去保護活動，此可導致降低的粗糙度。
在另一實施例中，使用高功率中UV泛照式系統或模組(二次波長)，以獲得偕同PDB本身的交互作用/吸收活動。(出於中UV吸收活動的)進一步PDB分解將導致潛在的較低鹼負荷。此種用以偏移有效負荷的能力可使最佳的濃度、輪廓、或閾值建立在位於成像抗蝕劑內的目標特徵邊緣，以相較於僅EUV圖案化曝光而改善粗糙度。PDB之交互作用/吸收活動的另一結果為放熱反應。此種局部化加熱與自由體積增加效應允許局部化控制(在局部加熱擴散時隨著時間的酸捕捉)，但未允許在局部區域內的短時間之顯著酸遷移(與聚合物遷移)。此種增加的遷移允許在受控制/受侷限體積內的受保護聚合物上發生大量的酸去保護活動，此可導致降低的粗糙度。
在另一實施例中，使用高功率中UV泛照式系統或模組(二次波長)，以獲得偕同PAG/PDB反應中間體及/或副產物的交互作用/吸收活動。此可導致選擇性光敏化，以引起進一步PAG/PDB分解。(出於偕同副產物或中間體之中UV交互作用/吸收活動的)進一步PAG及/或PDB分解將導致潛在的較高酸負荷、或較低鹼負荷、或兩者。鑒於中間體及/或副產物僅形成在曝光區域中，此種用以偏移僅圖案曝光區域中之有效負荷的能力可使最佳的濃度、輪廓、或閾值建立在位於成像抗蝕劑內的目標特徵邊緣，以相較於僅EUV圖案化曝光而改善粗糙度。
依照一實施例，光敏感性層可含有一或多種鎓鹽(onium salts)。例如，光敏感性層可包含含有鎓鹽的PAG。鎓鹽PAG膜可含有縮醛(acetal)或硫縮醛(thioacetal)結構，該等結構可在EUV曝光期間經由酸催化反應而產生酮衍生物，以進行在PAG中的吸收偏移，此導致在EUV曝光區域的選擇性光敏化。更具體而言，鎓鹽在紫外線中不具有明顯的吸收，且由EUV所產生的酸因縮醛或硫縮醛的存在而允許鎓鹽的去保護酮形成。此種去保護酮轉化成衍生物。在中UV泛照式系統中具有吸收的酮衍生物之後引入偕同其他PAG的交互作用而形成額外的酸。由於抗蝕劑膜中的酮衍生物係產生在以EUV所照射的曝光部分中，所以該酮衍生物允許在曝光部分藉由EUV的酸產生量透過高功率中UV泛照式系統而增加。在一示範實施例中，為了酮衍生物的吸收，泛照式曝光係使用在大於360 nm或介於360 nm與400 nm間之波長下的能量。鎓鹽可包含但不限於溴鎓鹽(bromonium salts)、氧鎓鹽(oxonium salts)、鋶鹽(sulfonium salts)、鉮鹽(arsonium salts)、銨鹽(ammonium salts)、錪鹽(iodonium salts)、以及鏻鹽(phosphonium salts)。
在不需將PS及/或其他光吸收成分(例如發色基團)併入抗蝕劑化學品中的情況下，達到交互作用/吸收活動及局部化加熱與自由體積增加效應。習知CAR化學品可被使用。
在一實施例中，將光敏感性層形成在基板上，並且針對待形成在基板上之目標層內的圖案，定義目標解析度。基於參考劑量並且基於由使用在13 nm與15 nm間之波長下的能量的單一圖案化曝光在目標解析度與參考劑量下所產生的圖案的參考線寬粗糙度，使光敏感性層接受輻射能量的至少兩個曝光。該至少兩個曝光包含圖案化曝光以及泛照式曝光，該圖案化曝光包含在13 nm與15 nm間之波長下以及經選擇而小於參考劑量並且在15 mJ/cm2 至200 mJ/cm2 的範圍內之劑量下的能量，以及該泛照式曝光包含在200 nm與420 nm間之波長下以及0.5 J/cm2 與20 J/cm2 間之劑量下的能量。之後使光敏感性層顯影，以在光敏感性層內形成遮罩圖案，並且使用該遮罩圖案來蝕刻基板，以在基板上的目標層內形成圖案。結果圖案具有目標解析度以及小於或大約等於參考線寬粗糙度並且小於或等於5 nm的線寬粗糙度。藉由此種方法，可在減低EUV敏感度且在相同或更佳之LWR與解析度的情況下，達到有利產量，藉以克服RLS三角。泛照式曝光可包含第一泛照式曝光以及第二泛照式曝光，而第一或第二泛照式曝光至少其中一者包含介於200 nm與420 nm之間的波長以及介於0.5 J/cm2 與20 J/cm2 之間的劑量。或者，泛照式曝光包含在EUV圖案化曝光之前或之後的單一泛照式曝光。有利地，至少在EUV圖案化曝光之後、以及在抗蝕劑顯影之前，執行泛照式曝光。在將光敏感性層形成在基板上之後，但在將基板曝露至泛照式曝光或圖案化曝光之前，該方法可更包含塗佈後烘烤。在將基板曝露至圖案化曝光之後，以及在一實施例中係在兩或多個曝光皆已完成之後，該方法可更包含曝光後烘烤。
在另一實施例中，將化學增幅抗蝕劑(CAR)層形成在基板上，其中，CAR層包含光酸產生劑(PAG)、光可分解鹼(PDB)、或兩者，並且不添加光敏劑成分，以及針對待形成在基板上之目標層內的圖案，定義目標解析度。基於參考劑量並且基於由使用在13 nm與15 nm間之波長下的能量的單一圖案化曝光在目標解析度與參考劑量下所產生的圖案的參考線寬粗糙度，使CAR層接受輻射能量的至少兩個曝光。該至少兩個曝光包含圖案化曝光與之後的泛照式曝光，該圖案化曝光包含在13 nm與15 nm間之波長下以及經選擇而比參考劑量小至少3 mJ/cm2 並且在20 mJ/cm2 至75 mJ/cm2 的範圍內之劑量下的能量，以及該泛照式曝光包含在200 nm與420 nm間之波長下以及2 J/cm2 與12 J/cm2 間之劑量下的能量。之後使CAR層顯影，以在CAR層內形成遮罩圖案，並且使用該遮罩圖案來蝕刻基板，以在基板上的目標層內形成圖案。結果圖案具有目標解析度以及比參考線寬粗糙度小至少0.1 nm並且小於或等於5 nm的線寬粗糙度。
雖然在上文中僅詳述本發明之某些實施例，但熟習本項技藝者可輕易明白在實質上不背離本發明之新穎教示與優點的情況下，於實施例中可進行許多修改。據此，欲將所有此種修改包含在本發明之範圍內。
無。
在隨附圖式中：
圖1係EUV處理中所使用的兩個不同抗蝕劑在不進行泛照式曝光以及在EUV圖案化曝光之後進行泛照式曝光之兩種情況下的LWR與EUV劑量的圖表。
圖2係EUV處理中所使用的兩個不同抗蝕劑在不進行泛照式曝光以及在EUV圖案化曝光之前進行泛照式曝光之兩種情況下的LWR與EUV劑量的圖表。

Claims (22)

  1. 一種在基板上形成圖案的方法，包含下列步驟： 在一基板上形成一光敏感性層； 針對待形成在該基板上之一目標層內的一圖案，定義一目標解析度； 基於一參考劑量並且基於由使用在13 nm與15 nm間之波長下的能量的單一圖案化曝光在該目標解析度與該參考劑量下所產生的該圖案的一參考線寬粗糙度，將該光敏感性層曝露至輻射能量的至少兩個曝光，該至少兩個曝光包含： 圖案化曝光，包含在13 nm與15 nm間之波長下以及經選擇而小於該參考劑量並且在15 mJ/cm2 至200 mJ/cm2 的範圍內之劑量下的能量，以及 泛照式曝光，包含在200 nm與420 nm間之波長下以及0.5 J/cm2 與20 J/cm2 間之劑量下的能量； 使該光敏感性層顯影，以在該光敏感性層內形成一遮罩圖案；以及 使用該遮罩圖案來蝕刻該基板，以在該基板上的該目標層內形成該圖案，該圖案包含該目標解析度以及小於或大約等於該參考線寬粗糙度並且小於或等於5 nm的一線寬粗糙度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該泛照式曝光包含第一泛照式曝光以及第二泛照式曝光，而該第一或第二泛照式曝光至少其中一者包含介於200 nm與420 nm之間的波長以及介於0.5 J/cm2 與20 J/cm2 之間的劑量。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之在基板上形成圖案的方法，其中在該第一泛照式曝光與該第二泛照式曝光之間執行該圖案化曝光。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中在該泛照式曝光之後執行該圖案化曝光。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中在該泛照式曝光之前執行該圖案化曝光。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該泛照式曝光之波長係介於360 nm與400 nm之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該泛照式曝光之波長為365 nm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該泛照式曝光之劑量係介於2 J/cm2 與12 J/cm2 之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該泛照式曝光之劑量係介於3 J/cm2 與9 J/cm2 之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，更包含在將該光敏感性層形成在該基板上之後，但在將該基板曝露至該泛照式曝光或該圖案化曝光之前，將該光敏感性層曝露至塗佈後烘烤。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，更包含在將該基板曝露至該圖案化曝光之後，將該光敏感性層曝露至曝光後烘烤。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該光敏感性層包含一光酸產生劑(PAG，photo-acid generator)、一光可分解鹼(PDB，photo-decomposable base)、或兩者。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該泛照式曝光能夠進行該光敏感性層的選擇性光敏化，以增加該光敏感性層內的該PAG之分解。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該泛照式曝光能夠在該光敏感性層之內的一局部化區域內進行加熱並使自由體積增加以及酸遷移增加。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，更包含： 在該基板上形成一旋轉塗佈碳(SOC，spin-on-carbon)層； 在該SOC層上形成一旋轉塗佈玻璃(SOG，spin-on-glass)層， 其中該光敏感性層係形成在該SOG層上，且其中該SOC層係用以限制來自該基板之該泛照式曝光之波長下的輻射能量的反射。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，更包含： 在該基板上形成一或多個抗反射塗佈(ARC，anti-reflective coating)層，該一或多個ARC層包含一吸收層，該吸收層係調整成吸收在該泛照式曝光之波長下的光，其中該光敏感性層係形成在該一或多個ARC層上。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該光敏感性層包含一或多種鎓鹽，該鎓鹽包括溴鎓鹽、氧鎓鹽、鋶鹽、鉮鹽、銨鹽、錪鹽、或鏻鹽。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該圖案化曝光之劑量經選擇而比該參考劑量小至少3 mJ/cm2 。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該光敏感性層包含一光酸產生劑(PAG)，該光酸產生劑包括選自於溴鎓鹽、氧鎓鹽、鋶鹽、鉮鹽、銨鹽、錪鹽、或鏻鹽的一或多種鎓鹽；且其中，該泛照式曝光包含在360 nm與400 nm間之波長下的能量，以進行該光敏感性層的選擇性光敏化，而增加該光敏感性層內的該PAG之分解。
  20. 一種在基板上形成圖案的方法，包含下列步驟： 在一基板上形成一化學增幅抗蝕劑(CAR，chemically-amplified resist)層，其中該CAR層包含一光酸產生劑(PAG，photo-acid generator)、一光可分解鹼(PDB，photo-decomposable base)、或兩者，並且不添加光敏劑成分； 針對待形成在該基板上之一目標層內的一圖案，定義一目標解析度； 基於一參考劑量並且基於由使用在13 nm與15 nm間之波長下的能量的單一圖案化曝光在該目標解析度與該參考劑量下所產生的該圖案的一參考線寬粗糙度，將該CAR層曝露至輻射能量的至少兩個曝光，該至少兩個曝光包含： 圖案化曝光，包含在13 nm與15 nm間之波長下以及經選擇而比該參考劑量小至少3 mJ/cm2 並且在20 mJ/cm2 至75 mJ/cm2 的範圍內之劑量下的能量，以及 之後的泛照式曝光，包含在200 nm與420 nm間之波長下以及2 J/cm2 與12 J/cm2 間之劑量下的能量； 使該CAR層顯影，以在該CAR層內形成一遮罩圖案；以及 使用該遮罩圖案來蝕刻該基板，以在該基板上的該目標層內形成該圖案，該圖案包含該目標解析度以及比該參考線寬粗糙度小至少0.1 nm並且小於或等於5 nm的一線寬粗糙度。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之在基板上形成圖案的方法，更包含： 在該基板上形成一或多個抗反射塗佈(ARC，anti-reflective coating)層，該一或多個ARC層包含一吸收層，該吸收層係調整成吸收在該泛照式曝光之波長下的光，其中該CAR層係形成在該一或多個ARC層上。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之在基板上形成圖案的方法，其中該CAR層包含一光酸產生劑(PAG)，該PAG包括選自於溴鎓鹽、氧鎓鹽、鋶鹽、鉮鹽、銨鹽、錪鹽、或鏻鹽的一或多種鎓鹽；且其中，該泛照式曝光包含在360 nm與400 nm間之波長下的能量，以進行該CAR層的選擇性光敏化，而增加該CAR層內的該PAG之分解。
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