[发明专利]图案处理方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及电子装置的制造。更确切地说，本发明涉及在半导体装置衬底上处理图案的方法。所述方法尤其适用于在形成精细图案的收缩工艺中制造半导体装置。

背景技术

在半导体制造工业中，为了扩展分辨能力超越用标准抗蚀剂图案化技术获得的分辨率，已提出多种图案收缩方法。这些方法涉及增加抗蚀剂图案侧壁的有效厚度以减小(即“收缩”)例如相邻线之间或沟槽或穿孔图案内的间距。以这种方式，可使得例如由图案形成的沟槽和接触孔的特征较小。已知收缩技术包括例如化学气相沉积(CVD)辅助、酸扩散抗蚀剂生长、热流动及聚合物掺合物自组装。

CVD辅助收缩方法(参见K.Oyama等人,“朝向22nm节点的强化光致抗蚀剂收缩方法技术(The enhanced photoresist shrink process technique toward 22nm node)”《国际光学工程学会会刊(Proc.SPIE)》7972,抗蚀剂材料及处理技术的进步(Advances in Resist Materials and Processing Technology)XXVIII,79722Q(2011))使用在包括例如接触孔、线/空间或沟槽图案的光致抗蚀剂图案上方形成的CVD沉积层。CVD材料经回蚀(etch back)，留下在抗蚀剂图案的侧壁上的材料。这增加抗蚀剂图案的有效橫向尺寸，进而减少曝光待蚀刻的底层的开放区。CVD辅助收缩技术需要使用成本高的CVD及蚀刻工具，增加方法的复杂度并且就方法产量来说不利。

在酸扩散抗蚀剂生长方法(也称为RELACS方法)(参见L.Peters,“抗蚀剂加入次λ变革(Resists Join the Sub-λRevolution)”,《半导体国际》(Semiconductor International),1999.9)中，在正型显影(PTD)的抗蚀剂图案化表面上方涂布酸催化可交联材料。材料的交联通过在烘烤步骤期间扩散到可交联材料中的存在于抗蚀剂图案中的酸组分催化。交联在酸扩散区中的抗蚀剂图案附近的材料中进行以在图案侧壁上形成涂层，进而减小图案的开放区的横向尺寸。这种方法通常遭受疏密线宽偏差(iso-dense bias；IDB)，其中取决于邻近抗蚀剂图案的密度(其间的间距)，抗蚀剂图案上的交联层生长跨越裸片表面不均匀地出现。因此，基于图案密度，裸片上相同特征的“收缩”程度可能变化。这可能对于打算成为相同装置的装置导致跨越裸片的图案化缺陷及电特性变化。

聚合物掺合物自组装(参见Y.Namie等人,“用于定向自组装的聚合物掺合物(Polymer blends for directed self-assembly)”,《国际光学工程学会会刊》8680,替代光刻技术(Alternative Lithographic Technologies)V,86801M(2013))涉及在光致抗蚀剂图案上方涂布含有亲水性及疏水性聚合物的不可混溶掺合物的组合物。组合物随后经退火，使得聚合物相分离，其中亲水性聚合物优先分离到抗蚀剂图案侧壁并且疏水性聚合物填充抗蚀剂图案侧壁之间的体积的其余部分。疏水性聚合物随后通过溶剂显影去除，留下抗蚀剂图案侧壁上的亲水性聚合物。已发现聚合物掺合物自组装遭受邻近及尺寸作用。由于收缩比由两种聚合物的体积比决定，因此所有特征以相同相对百分比而非以相同绝对量收缩。这可能导致关于酸扩散抗蚀剂生长技术描述的相同问题。

还提出聚合物接枝收缩技术(参见例如美国专利申请公开案第2015/0086929A1号)。如图1A及1B中所示，在这一方法中，光致抗蚀剂图案1及衬底2外涂有收缩组合物3，其含有具有结合到抗蚀剂图案表面的基团的聚合物。在用溶剂冲洗残余未结合聚合物之后，来自收缩组合物的经结合聚合物的层3留存在光致抗蚀剂图案上。本发明人观察到聚合物与抗蚀剂图案的附着可产生基脚层4，其在衬底表面上形成。基脚的出现可起因于聚合物与衬底表面的结合及与抗蚀剂侧壁结合的聚合物湿润到与衬底结合的聚合物上。基脚的出现为不合需要的，因为其可引起图案化缺陷，例如桥联缺陷或遗失接触孔，其可不利地影响装置良率。

在所属领域中持续需要解决与现有技术水平相关的一个或多个问题并且允许在电子装置制造中形成精细图案的改进的图案处理方法。

发明内容