[发明专利]光刻胶图案修剪方法

说明书

光刻胶图案修剪方法。提供修剪光刻胶图案的方法。该方法包括：(a)提供半导体衬底；(b)在衬底上形成光刻胶图案，其中由化学放大光刻胶组合物来形成光刻胶图案，该化学放大光刻胶组合物包括含有酸不稳定性基团的母体聚合物；光生酸剂和溶剂；(c)将光刻胶修剪组合物涂覆到衬底上的光刻胶图案之上，其中，该修剪组合物包括：母体聚合物，不含氟的芳香酸；以及溶剂；(d)加热涂覆后的衬底，从而改变光刻胶图案表面区域中的光刻胶母体聚合物的极性；以及(e)使光刻胶图案接触清洗剂，除去光刻胶图案的表面区域，从而形成经修剪的光刻胶图案。该方法特别适用于半导体装置的制造中。

技术领域

本发明概括而言涉及电子装置的制造。具体来说，本发明涉及用于形成精细光刻(lithographic)图案的收缩(shrink)处理中所使用的修剪(trim)光刻胶图案的方法。

发明背景

在半导体制造工业中，使用光刻胶材料将图像转移到设置在半导体衬底上的一层或多层诸如金属、半导体和电介质层的下部层上，以及转移到衬底本身上。光刻胶材料还用于形成离子注入掩模的半导体制造中。为了增大半导体装置的集成密度，并且能够形成具有纳米级尺寸的结构，已经开发出具有高分辨率能力的光刻胶和光刻处理工具，并且目前还在不断的开发中。

正色调(positive-tone)化学放大光刻胶通常用于高分辨率处理中。这种光刻胶通常采用具有酸不稳定性离去基团的树脂和光生酸剂。曝光于光化学辐射时导致生酸剂形成酸，在曝光之后的烘焙处理中，酸使树脂中的酸不稳定性基团裂解。如此造成了树脂的曝光和未曝光区域之间在碱性显影剂水溶液中的溶解性之间的差异。在正色调显影(PTD)过程中，光刻胶的曝光区域可溶解于碱性显影剂溶液中，并且从衬底表面被去除，而未曝光区域不溶于显影剂中，在显影之后保留，形成正图像。

在半导体装置中获得纳米级特征尺寸的一种方法是在化学放大光刻胶的曝光过程中使用诸如200nm或更小，例如193nm或EUV波长(例如13.5nm)的短辐射波长。为了进一步改善光刻性能，已经开发出浸入光刻设备，以有效增大成像装置的透镜的数值孔径(NA)，所述成像装置例如具有KrF或ArF光源的扫描仪。这通过在成像装置的最后一个表面与半导体晶片的上表面之间设置相对较高折射率的液体(即浸入液体)来实现。与空气或惰性气体介质相比，浸入液体允许更大数量的光被聚焦到光刻胶层中。当使用水作为浸入液体时，可以将最大数值孔径增大，例如从1.2增大到1.35。通过增大数值孔径，在单次曝光处理中可以获得40nm的半间距分辨率，因而能够改善设计收缩。不过，这种标准的浸入光刻工艺一般并不适于制造要求更高分辨率，例如32nm和22nm半间距结点的装置。

人们一直致力于从材料和工艺两个方面出发将实际分辨率扩大到目前用标准光刻技术所能实现的分辨率之上。例如，已经提出了采用多步(即双步或更多步)成像工艺来印制CD，并且间距低于传统光刻装置的分辨率下限。一种这类双步成像工艺是光刻-光刻-蚀刻(LLE)双步成像，包括形成第一光刻胶图案，随后形成第二光刻胶图案，其中，第二图案的线条处于第一图案的相邻线条之间。例如，在美国专利申请公开号US2008/0063985A1中披露了这种工艺。LLE双步成像和其他先进的光刻工艺通常要求通过直接刻印来形成分离的特征，诸如线或者柱。不过，用可接受的工艺窗口形成分离的特征的困难在于，在散焦时虚像对比度较差。

在本领域中，在电子装置制造中持续地需要用于形成精细图案的改进的光刻方法。

发明内容

根据本发明第一方面，提出一种光刻胶图案的修剪方法。该方法包括：(a)提供半导体衬底；(b)在衬底上形成光刻胶图案，其中，由化学放大光刻胶组合物来形成光刻胶图案，该化学放大光刻胶组合物包括含有酸不稳定性基团的母体聚合物(matrix polymer)；光生酸剂和溶剂；(c)将光刻胶修剪组合物涂覆到衬底上的光刻胶图案之上，其中，该修剪组合物包括：母体聚合物，不含氟的芳香酸；以及溶剂；(d)加热涂覆后的衬底，从而改变光刻胶图案表面区域中的光刻胶母体聚合物的极性；以及(e)使光刻胶图案接触清洗剂，除去光刻胶图案的表面区域，从而形成经修剪的光刻胶图案。