[發明專利]光刻方法

在審

• 申請號: 201210570010.X
• 申請日: 2012-09-10
• 公開（公告）號: CN103186050A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: Y·C·裴;R·貝爾;樸鐘根;李承泫
• 申請（專利權）人: 羅門哈斯電子材料有限公司
• 主分類號: G03F7/16
• 分類號: G03F7/16;G03F7/11;G03F7/20;G03F7/038;G03F7/004
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳哲鋒

技術領域

根據35U.S.C.§119(e)，本申請要求提交于2011年9月9日的美國臨時申請No.61/533,106的優先權益，其內容在此全部引入并作參考。

本發明通常涉及電子設備的制造。尤其是，本發明涉及光刻方法，其利用負性顯影方法形成精細圖案。

背景技術

在半導體制造工業中，光致抗蝕劑(photoresist)材料用于將圖像轉移到分布在半導體基底上的一個或多個底層(如金屬、半導體和介電層)以及所述基材本身。為了提高半導體設備的集成密度以及形成具有納米(nm)尺寸的結構，已經并持續開發了具有高分辨率的光致抗蝕劑和光刻工藝工具。

正型化學放大光致抗蝕劑傳統地被用于高分辨率加工。這種抗蝕劑典型地采用具有酸不穩定離去基團的樹脂和光酸產生劑。曝光于光化輻射引起酸產生劑形成酸，其在后曝光烘焙期間，引起樹脂中酸不穩定基團的裂解。這在抗蝕劑的曝光和未曝光區域之間在水性堿性顯影劑溶液中產生了溶解特性的差異。抗蝕劑的曝光區域在水性堿性顯影劑中是可溶的并且被從基板表面移除，而未曝光區域，其在顯影劑中是不溶的，顯影后保留以形成正性圖像。

在半導體器件中獲得納米尺度特征尺寸的一個方法是在化學放大光致抗蝕劑曝光期間使用短波長的光，例如193nm或更短。為了進一步改善光刻性能，已經開發了浸沒式光刻工具以有效增加成像設備鏡頭的數值孔徑(NA)，例如，具有KrF或ArF光源的掃描儀。這通過在成像設備的最后表面和半導體晶片的上表面之間使用相對高折射率流體(即，浸沒流體)來實現。所述浸沒流體比空氣或惰性氣體介質允許更多量的光聚焦在抗蝕劑層上。當使用水作為浸沒流體，最大數值孔徑可以增加，例如，從1.2至1.35。數值孔徑這樣的增加，可能在單次曝光工藝中實現40nm的半節距(half-pitch)分辨率，進而允許改善設計收縮。這一標準的浸沒式光刻工藝，然而，通常不適用于需要高分辨率器件的制造，例如，對于32nm和22nm半節距結點。

已經做了相當多的努力以拓展實際分辨率，超過了從材料和處理方面的正性顯影獲得的分辨率。一個這樣的例子涉及傳統正性化學放大光致抗蝕劑的負型顯影(NTD)。NTD方法相對于標準正性成像能夠改善分辨率和工藝窗口，其利用用于打印臨界黑暗區域(dark?field)層的亮區域掩膜獲得超高成像質量。NTD抗蝕劑通常采用具有酸不穩定(或酸可裂解)基團的樹脂和光酸產生劑。曝光于光化輻射引起光酸產生劑形成酸，其在后曝光烘焙期間，引起酸不穩定基團的裂解，進而引起曝光區域的極性轉換。結果，在抗蝕劑的曝光和未曝光區域之間產生了溶解特性的差異，以致抗蝕劑的未曝光區域可以通過特殊的顯影劑去除，通常為有機顯影劑例如酮、酯或醚，留下通過不溶解的曝光區域產生的圖案。

已知在浸沒光刻中在光致抗蝕劑和浸沒流體之間使用保護性阻擋材料，避免了光致抗蝕劑組分的浸出以及曝光工具光學污染，以及提供了抗反射特性。由加到光致抗蝕組合物的組分形成阻擋層，在旋涂過程中，所述組合物自隔離到抗蝕劑層上表面。可選地，從光致抗蝕劑分離的組合物可用于在光致抗蝕劑層上形成外覆蓋或頂覆蓋層。美國專利申請公開No.US2011/0020755A1公開了NTD方法，其涉及在曝光抗蝕劑薄膜前在抗蝕劑薄膜上形成保護薄膜，通過浸沒媒介來曝光抗蝕劑薄膜并且利用負顯影劑進行顯影。所述保護性薄膜組合物包含溶劑，對193nm光具有透光性的不具有芳香基的樹脂以及任選的表面活性劑，所述溶劑將保護性薄膜應用于抗蝕劑薄膜頂部，而不會溶解抗蝕劑薄膜。