[發明專利]光刻方法

在審

• 申請號: 201410858501.3
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN105022224A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 樸鐘根;C·N·李;C·安德斯;李忠奉
• 申請（專利權）人: 羅門哈斯電子材料有限公司
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G03F7/11
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 樊云飛

背景技術

本發明一般涉及電子設備的制造。更具體地，本發明涉及光刻方法和光致抗蝕劑保護層組合物，其允許利用負性顯影工藝(negative?tone?development?process)形成精細圖形。

在半導體制造行業，光致抗蝕劑材料被用來將圖像轉移到沉積在半導體基材上的一個或多個底層，例如金屬層、半導體層和介電層，以及基材本身。為了提高半導體設備的集成度并允許形成具有納米范圍尺寸的結構，具有高分辨率能力的光致抗蝕劑和光刻加工工具已經被開發和有待繼續被開發。

正性(positive-tone)化學放大光致抗蝕劑通常被用作高分辨率工藝。這種抗蝕劑通常采用具有酸不穩定離去基團的樹脂和光致酸產生劑。曝光于光化輻射導致酸產生劑形成酸，在后烘烤過程中，該酸導致樹脂中酸不穩定基團的斷裂。這造成了抗蝕劑的曝光區域和未曝光區域在堿性顯影劑水溶液中的溶解性能的差異?？刮g劑的曝光區域在堿性顯影劑水溶液中可溶并從基材表面除去，而不溶于顯影劑的未曝光區域在顯影后保留以形成正性圖像。

在半導體設備中實現納米級特征尺寸的一個方法是在化學放大光致抗蝕劑的曝光中，使用短波長的光，例如193nm或更小。為了進一步提高光刻性能，已經開發出浸沒光刻工具以有效提高成像設備(例如具有KrF或ArF光源的掃描儀)透鏡的數值孔徑(NA)。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的流體(即浸沒流體)來實現。與使用空氣或惰性氣體介質會發生的情況相比，所述浸沒流體允許更大量的光被聚焦到抗蝕劑層中。當使用水作為浸沒流體時，最大數值孔徑可以例如從1.2提高到1.35。隨著數值孔徑的這種提高，可能在單獨一個曝光工藝中實現40nm半節距分辨率，從而改善設計收縮。但是這種標準的浸沒光刻工藝通常不適于制造需要更大分辨率的設備，例如32nm和22nm半節距節點。

人們在實現獲得超越正性顯影的實際分辨率方面已經從材料和工藝兩方面做出了相當的努力。其中的一個實施例包括涉及傳統正性化學放大光致抗蝕劑材料的負性顯影(NTD)。與標準正性成像相比，NTD工藝通過使用用于印刷臨界暗場層的明場掩膜獲得的優異的圖像質量來提高分辨率和加工窗口。NTD抗蝕劑通常使用具有酸不穩定(酸可斷裂的)基團的樹脂和光致酸產生劑。暴露于光化輻射下導致光致酸產生劑形成酸，該酸在曝光后烘焙期間引發樹脂中的酸不穩定基團斷裂導致曝光區域極性的改變。結果，在抗蝕劑曝光和未曝光的區域之間產生溶解特性的差別，這樣使得可通過有機顯影劑例如酮、酯或醚來除去抗蝕劑的未曝光區域，留下由不溶的曝光區域產生的圖案。

NTD工藝中的問題如在顯影的抗蝕劑圖案中產生的接觸孔的頸縮和線以及溝槽圖案中的T-頂，已經在美國專利申請公開US2013/0244438A1中描述。這樣的問題可能由不透明掩膜圖案邊緣下漫射光散射引起，引起了在抗蝕劑表面的那些“暗”區域的不希望的極性-轉換。在解決這個問題的嘗試中，’438公開文獻公開了光致抗蝕劑保護層，其包括堿性淬滅劑、聚合物和有機溶劑，在'438公開文獻中所述的堿性淬滅劑是屬于添加劑類型的。

發明人已經發現在NTD工藝中使用添加劑型堿性淬滅劑會出現不同問題。這些問題包括，例如，添加劑堿性淬滅劑向底層的光致抗蝕劑和/或保護層聚合物的不希望的擴散，其可以導致堿性淬滅劑的有效量變得不可預測。另外，當用于浸沒光刻工藝時，添加劑型堿性淬滅劑會浸出到浸沒流體中并引起浸沒掃描儀光學器件的結垢。

在現有技術中還需要繼續改進用于負性顯影的組合物和光刻方法，以允許在電子設備制造中形成精細圖案并避免或顯著改善與現有技術相關的一個或多個問題。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供一種制造電子設備的方法。所述方法包括：一種制造電子設備的方法，依次包括以下步驟：(a)提供包括一個或多個要圖案化的層的半導體基材；(b)在所述一個或多個要圖案化的層上形成光致抗蝕劑層，其中光致抗蝕劑層是由包括以下組分的組合物形成：包括具有酸不穩定基團的單元的基體聚合物；光致酸產生劑；和有機溶劑；(c)在光致抗蝕劑層上涂覆光致抗蝕劑保護層組合物，其中保護層組合物包括淬滅聚合物(quenching?polymer)和有機溶劑，其中所述淬滅聚合物包括含堿性部分的單元，其有效中和了在光致抗蝕劑層的表面區域內由光致酸產生劑產生的酸；(d)將光致抗蝕劑層曝光于活化輻射下；(e)在曝光后烘烤工藝中加熱基材；和(f)將曝光的膜用有機溶劑顯影劑顯影。