[发明专利]光刻方法

说明书

背景技术

本发明一般涉及电子设备的制造。更具体地，本发明涉及光刻方法和光致抗蚀剂保护层组合物，其允许利用负性显影工艺(negative tone development process)形成精细图形。

在半导体制造行业，光致抗蚀剂材料被用来将图像转移到沉积在半导体基材上的一个或多个底层，例如金属层、半导体层和介电层，以及基材本身。为了提高半导体设备的集成度并允许形成具有纳米范围尺寸的结构，具有高分辨率能力的光致抗蚀剂和光刻加工工具已经被开发和有待继续被开发。

正性(positive-tone)化学放大光致抗蚀剂通常被用作高分辨率工艺。这种抗蚀剂通常采用具有酸不稳定离去基团的树脂和光致酸产生剂。曝光于光化辐射导致酸产生剂形成酸，在后烘烤过程中，该酸导致树脂中酸不稳定基团的断裂。这造成了抗蚀剂的曝光区域和未曝光区域在碱性显影剂水溶液中的溶解性能的差异。抗蚀剂的曝光区域在碱性显影剂水溶液中可溶并从基材表面除去，而不溶于显影剂的未曝光区域在显影后保留以形成正性图像。

在半导体设备中实现纳米级特征尺寸的一个方法是在化学放大光致抗蚀剂的曝光中，使用短波长的光，例如193nm或更小。为了进一步提高光刻性能，已经开发出浸没光刻工具以有效提高成像设备(例如具有KrF或ArF光源的扫描仪)透镜的数值孔径(NA)。这通过在成像设备的最后表面和半导体晶片的上表面之间使用相对高折射率的流体(即浸没流体)来实现。与使用空气或惰性气体介质会发生的情况相比，所述浸没流体允许更大量的光被聚焦到抗蚀剂层中。当使用水作为浸没流体时，最大数值孔径可以例如从1.2提高到1.35。随着数值孔径的这种提高，可能在单独一个曝光工艺中实现40nm半节距分辨率，从而改善设计收缩。但是这种标准的浸没光刻工艺通常不适于制造需要更大分辨率的设备，例如32nm和22nm半节距节点。

人们在实现获得超越正性显影的实际分辨率方面已经从材料和工艺两方面做出了相当的努力。其中的一个实施例包括涉及传统正性化学放大光致抗蚀剂材料的负性显影(NTD)。与标准正性成像相比，NTD工艺通过使用用于印刷临界暗场层的明场掩膜获得的优异的图像质量来提高分辨率和加工窗口。NTD抗蚀剂通常使用具有酸不稳定(酸可断裂的)基团的树脂和光致酸产生剂。暴露于光化辐射下导致光致酸产生剂形成酸，该酸在曝光后烘焙期间引发树脂中的酸不稳定基团断裂导致曝光区域极性的改变。结果，在抗蚀剂曝光和未曝光的区域之间产生溶解特性的差别，这样使得可通过有机显影剂例如酮、酯或醚来除去抗蚀剂的未曝光区域，留下由不溶的曝光区域产生的图案。

NTD工艺中的问题如在显影的抗蚀剂图案中产生的接触孔的颈缩和线以及沟槽图案中的T-顶，已经在美国专利申请公开US2013/0244438A1中描述。这样的问题可能由不透明掩膜图案边缘下漫射光散射引起，引起了在抗蚀剂表面的那些“暗”区域的不希望的极性-转换。在解决这个问题的尝试中，’438公开文献公开了光致抗蚀剂保护层，其包括碱性淬灭剂、聚合物和有机溶剂，在'438公开文献中所述的碱性淬灭剂是属于添加剂类型的。

发明人已经发现在NTD工艺中使用添加剂型碱性淬灭剂会出现不同问题。这些问题包括，例如，添加剂碱性淬灭剂向底层的光致抗蚀剂和/或保护层聚合物的不希望的扩散，其可以导致碱性淬灭剂的有效量变得不可预测。另外，当用于浸没光刻工艺时，添加剂型碱性淬灭剂会浸出到浸没流体中并引起浸没扫描仪光学器件的结垢。

在现有技术中还需要继续改进用于负性显影的组合物和光刻方法，以允许在电子设备制造中形成精细图案并避免或显著改善与现有技术相关的一个或多个问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种制造电子设备的方法。所述方法包括：一种制造电子设备的方法，依次包括以下步骤：(a)提供包括一个或多个要图案化的层的半导体基材；(b)在所述一个或多个要图案化的层上形成光致抗蚀剂层，其中光致抗蚀剂层是由包括以下组分的组合物形成：包括具有酸不稳定基团的单元的基体聚合物；光致酸产生剂；和有机溶剂；(c)在光致抗蚀剂层上涂覆光致抗蚀剂保护层组合物，其中保护层组合物包括淬灭聚合物(quenching polymer)和有机溶剂，其中所述淬灭聚合物包括含碱性部分的单元，其有效中和了在光致抗蚀剂层的表面区域内由光致酸产生剂产生的酸；(d)将光致抗蚀剂层曝光于活化辐射下；(e)在曝光后烘烤工艺中加热基材；和(f)将曝光的膜用有机溶剂显影剂显影。