專利名稱：光刻方法
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N0.61/533，106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N0.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齊IJ，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。發明人已經觀察到接觸孔的“縮頸(necking)”或行(line)中的“上部T字化(T-topping) ”以及溝圖案出現于由NTD方法得到的顯影后的抗蝕劑圖案中。這種效果說明于圖1的接觸孔圖案形成中。基底100涂有一或多層待圖案化的層102、光致抗蝕劑層104和浸沒頂覆蓋層(topcoat layer) 106。光致抗蝕劑層通過光掩膜110曝光于激活福射108，在曝光和未曝光區域之間的溶解性方面產生差別，示于圖1A中。光掩膜具有光透性和光不透性區域112，114，分別相應于在接下來顯影步驟中保持和被除去的抗蝕劑層區域。后曝光烘焙(PEB)之后，由極性轉換和未轉換區域之間的邊界(虛線116)限定的潛在圖象形成于圖1B所示的光致抗蝕劑之中。極性轉換不合意地擴大到抗蝕劑表面的區域118中，該區域在曝光步驟中放置在不透明掩膜圖案114之下。認為是光掩膜不透明圖案邊緣之下分散光分布的結果。在有機顯影劑顯影的過程中，頂部涂層106和光致抗蝕劑層104的未曝光(未轉換)區域移除以形成接觸孔圖案120，如圖1C所示。所得圖案在極性轉換抗蝕劑區域118沒有除去的抗蝕劑層上表面顯示縮頸。“縮頸”或“上部T字化”的出現通常導致劣工藝窗口如聚焦深度和曝光寬容度。這些問題可導致如在窄溝或線圖案形成時，隨機消失接觸孔或導致微橋缺陷，因此不利地影響設備產率。上述US2011/0020755A1文獻沒有認識到形成的抗蝕劑圖案或其溶液中上部T字化或縮頸的問題。
發明內容
本領域對改善的光刻組合物和負性顯影改善的光刻方法有持續的需求，使得在電子設備制造中形成精細圖案，并且避免或顯著改善與現有技術狀態相關的一個或多個前述問題。根據本發明的第一方面，提供了電子設備的形成方法。所述方法包括:(a)提供包括一或多個待圖案化的層的半導體基底；(b)在一個或多個待圖案化的層之上形成光致抗蝕劑層；(C)在所述光致抗蝕劑層之上涂覆光致抗蝕劑外涂(overcoat)組合物,其中所述外涂組合物包括堿性淬滅劑(basic quencher)、聚合物和有機溶劑；(d)在光化福射中曝光所述層；和(e)用有機溶劑顯影劑顯影曝光薄膜。也提供了通過本申請公開的方法形成的電子設備。此處用到的:“g”是指克；wt%是指重量百分比；“L”是指是升；“mL”是指是毫升；“nm”是指是納米；“mm”是指毫米；“min”是指是分鐘；“h”是指小時；“人”是指是埃；“mol 是指摩爾百分比；“Mw”是指重均分子量jP“Mn”是指數均分子量是指多分散性指數=Mw/Mn 共聚物”是包含兩種或多種不同類型聚合單元的聚合物；“烷基(alkyl)”包括直鏈、支鏈和環烷基結構；“脂肪族”包括直鏈、支鏈和環脂肪結構；以及冠詞“一”和“一個”包括一個或多個。
本發明根據下述附圖進行描述，其中相同的數字表示相同的特征，其中:圖1A-C說明了相關技術中接觸孔形成方法；和圖2A-C說明了本發明形成光刻圖案的方法流程。
具體實施例方式光致抗蝕劑外涂組合物當在負性顯影工藝中涂覆在光致抗蝕劑層上時，本發明所用的組合物可具有多種優勢，如一個或多個幾何一致性抗蝕劑圖案，在抗蝕劑曝光時減少反射，改善聚焦深度(focus latitude),改善曝光寬容度(exposure latitude)和減少缺陷。當在干燥光刻或浸沒光刻工藝中使用所述組合物時可獲得這些優勢。當在浸沒光刻中使用時，外涂組合物可用于形成有效的阻擋層以避免光致抗蝕劑組分浸入到浸沒流體中，并提供與浸沒流體的需要的接觸角度特性，使得曝光掃描速度增加。光致抗蝕劑外涂組合物包括堿性淬滅劑、聚合物、有機溶劑，并可包括其它任選組分。外涂組合物包括聚合物，其使由該組合物形成的層具有有益阻擋特性和有益的接觸角特性，所述有益阻擋特性可使光致抗蝕劑組合物到浸沒流體的遷移最小化或阻止它，所述有益的接觸角特性可在外涂層/浸沒流體界面處提供高的浸沒流體后退(receding)接觸角，因此具有更快的曝光工具掃描速度。干燥狀態中外涂組合物的層具有從70°到85°的水后退接觸角，優選從75到80°。術語“在干燥狀態中”是指含有8wt%或更少的溶劑，基于總的組合物。聚合物在光刻處理之前和之后應該具有很好的顯影性。為了最小化來自外涂材料的殘留物缺陷，外涂組合物的干燥層溶解速率應該高于下涂光致抗蝕劑層在成像方法中使用的顯影劑中的溶解速率。聚合物通常顯示iooA/秒或更高的顯影劑溶解速率，優選1000人/秒或更高。聚合物可以不含硅和氟。聚合物溶于本申請公開的外涂組合物的有機溶劑中，并溶于負性顯影工藝中使用的有機顯影劑中。相對于下面公開的堿性淬滅劑，聚合物優選具有低表面能。聚合物優選由具有下述通式(I)的單體形成:
權利要求
1.一種形成電子設備的方法，所述方法包括: (a)提供包括一或多個待圖案化的層的半導體基底； (b)在一個或多個待圖案化的層之上形成光致抗蝕劑層； (C)在所述光致抗蝕劑層之上涂覆光致抗蝕劑外涂組合物，其中所述外涂組合物包括堿性淬滅劑、聚合物和有機溶劑； (d)在光化輻射中曝光所述層；和 (e)用有機溶劑顯影劑顯影曝光薄膜。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述有機溶劑顯影劑包括2-庚酮。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述有機溶劑顯影劑包括乙酸正丁酯。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述有機溶劑顯影劑包括丙酸正丁酯。
5.根據權利要求1到4任一所述的方法，其中所述光致抗蝕劑外涂組合物的有機溶劑包括丁酸烷基酯。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述光致抗蝕劑涂覆組合物的有機溶劑包括丁酸C8-C9烷基酯。
7.根據權利要求1到4任一所述的方法，其中所述光致抗蝕劑涂覆組合物的有機溶劑包括丙酸烷基酯。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述光致抗蝕劑外涂組合物的有機溶劑包括丙酸C8-C9烷基酯。
9.根據權利要求1到4任一所述的方法，其中所述光致抗蝕劑外涂組合物的有機溶劑包括酮。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述溶劑包括C8-C9支鏈酮。
全文摘要
光刻方法。提供了光致抗蝕劑涂覆組合物、以涂覆組合物涂覆的基底和通過負性顯影方法形成電子設備的方法。所述組合物、涂覆基底和方法尤其用于半導體設備的制造。提供一種形成電子設備的方法，所述方法包括(a)提供包括一或多個待圖案化的層的半導體基底；(b)在一個或多個待圖案化的層之上形成光致抗蝕劑層；(c)在所述光致抗蝕劑層之上涂覆光致抗蝕劑外涂組合物，其中所述外涂組合物包括堿性淬滅劑、聚合物和有機溶劑；(d)在光化輻射中曝光所述層；和(e)用有機溶劑顯影劑顯影曝光薄膜。
文檔編號G03F7/20GK103186050SQ201210570010
公開日2013年7月3日 申請日期2012年9月10日 優先權日2011年9月9日
發明者Y·C·裴, R·貝爾, 樸鐘根, 李承泫 申請人:羅門哈斯電子材料有限公司