[发明专利]用于控制抗蚀剂特征中的临界尺寸和粗糙度的方法和系统

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及装置制造的领域。更特定来说，本发明涉及用于控制图案化抗蚀剂特征(patterned resist feature)中的粗糙度(roughness)和临界尺寸(critical dimension)的方法、系统和结构。

背景技术

制造电子装置时常常会用到光刻(optical lithography)技术。这种工艺可用来将衬底图案化，从而可根据图案，在衬底上形成电路。参见图1a到1e，图中显示了光刻工艺的简化说明。大体上，衬底112涂覆有可光固化的聚合光致抗蚀剂114，如图1a所示。随后，将具有所需孔口图案(aperture pattern)的掩模(mask)142安置于衬底112与光源(未图示)之间。来自光源的光10经由掩模142的孔口照射到衬底112上，且透射经过掩模的孔口的光(或图案的图像)投影到光致抗蚀剂114上。光致抗蚀剂的一部分114a暴露于光10且固化，而光致抗蚀剂的其余部分114b保持未固化，如图1b中说明。因此，掩模的孔口的图像由光致抗蚀剂的固化部分114a形成。

如图1c说明，光致抗蚀剂的未固化部分114b剥落，且对应于掩模的孔口图案的三维(3D)光致抗蚀剂凸纹特征114a可保留在衬底112上。随后，蚀刻衬底，且可形成对应于掩模的孔口图案的负图像(negative image)的沟槽(trench)116(图1d)。在移除剩余光致抗蚀剂114b之后，形成经图案化衬底112，如图1e中说明。如果在沟槽上沉积金属层，那么可在衬底112上形成具有所需图案的电路。

虽然光刻是具有高处理量的有效工艺，但所述工艺也有缺点。一个缺点可包含线宽粗糙度(line width roughness，LWR)或线边缘粗糙度(LER)。如所属领域中已知，LWR是在光致抗蚀剂的未固化部分114b从衬底剥落之后形成的光致抗蚀剂凸纹特征的宽度的过量变化。如果变化发生在光致抗蚀剂凸纹或特征的侧表面上，那么所述变化称为LER。由于LWR或LER所致的粗糙度或变化可为不利的，因为所述变化可能会在蚀刻期间转移到沟槽上且最终转移到电路。所述变化随着光致抗蚀剂凸纹或沟槽的特征大小的减小会变得更加显著。对于32nm装置，已观察到4nm或更大的变化。因为经图案化抗蚀剂特征的几何形状(包含例如LWR和LER等线粗糙度作用)在下伏层(underlying layer)的图案化期间从抗蚀剂层转移到装置的下伏永久层，所以LWR和LER可限制针对低于约100nh的尺寸形成具有可接受质量的装置的能力。这些变化可导致电路不均匀，最终导致装置劣化或故障。另外，取决于设计准则，短程、中程或长程粗糙度中的一个可能对装置性能影响较多。

已尝试若干方法来解决LWR和LER效应(LWR、LER中的任一个或LWR和LER两者的组合可在下文统称为“线粗糙度”)。可能会减小线粗糙度的一种技术是离子束平滑(ion beam smoothening)，其中朝向经图案化光致抗蚀剂凸纹特征，在某一范围的角度上引导离子。此技术已成功地修改了临界尺寸小于约100nm的窄光致抗蚀剂凸纹特征中的线粗糙度。在使用在经图案化光致抗蚀剂上在某一范围的角度上引导的离子的典型离子束平滑工艺中，LWR／LER可减小高达约50％。然而，在执行离子束平滑工艺之后，临界尺寸(CD)也可能减小高达约10nm，根据所需的装置特性，这种减小程度过大，可能无法接受。

我们观察到，如果增加在离子束平滑过程期间使用的等离子源的功率，则可减少或消除CD减小，但也观察到增加功率在减小线粗糙度方面成效不大(举例来说，在300W下执行离子束平滑过程可导致LWR减小～25％，但也可能使CD减小～20％。在500W功率下，CD的损失可接近零，然而，LWR的减小可仅为约15％，这可能无法满足设计者规格)。因此，当今的离子束平滑工艺呈现了改善的粗糙度与临界尺寸损失之间的折中。鉴于上述内容将了解，需要针对需要极小特征大小(例如，亚100nm CD装置)的技术改善光致抗蚀剂处理技术。

发明内容