具有靈活的溶液調整的光刻圖案化的方法及系統與流程

2023-07-08 04:48:51 2

本發明的實施例一般地涉及半導體技術領域，更具體地，涉及光刻圖案化的方法及系統。

背景技術：

半導體集成電路(ic)工業經歷了快速增長。ic材料和設計的技術進步產生了多代ic，其中，每一代都具有比先前一代更小且更複雜的電路。在ic演進的過程中，功能密度(即，單位晶片面積中的互連器件的數量)通常在增加，同時幾何尺寸(即，可使用製造工藝創建的最小組件(或線))減小。這種規模縮小工藝通常通過增加生產效率和降低相關成本來提供很多益處。這種按比例縮小工藝也增大了加工和製造ic的複雜度。

例如，光刻已經成為用於將ic圖案轉印至半導體晶圓的傳統方法。在典型的光刻工藝中，將光刻膠膜塗覆在晶圓的表面上並隨後曝光和進行顯影光刻膠膜以形成抗蝕劑圖案。然後，將抗蝕劑圖案用於蝕刻晶圓以形成ic。抗蝕劑圖案的質量直接影響最終ic的質量。測量抗蝕劑圖案的質量包括關鍵尺寸變化、線邊緣粗糙度(ler)、和線寬粗糙度(lwr)。隨著半導體縮放工藝的繼續，期望改善現有的開發工藝和系統以減小抗蝕劑圖案的關鍵尺寸變化、ler和lwr，從而滿足預定的關鍵尺寸均勻性(dcu)。

技術實現要素：

根據本發明的一方面，提供了一種用於光刻圖案化的方法，包括：在襯底上方形成第一層，所述第一層為輻射敏感的層；將所述第一層曝光於輻射；將顯影劑應用於曝光的第一層，得到所述襯底上方的圖案，其中，所述顯影劑包括顯影化學製劑，所述顯影劑中的顯影化學製劑的濃度在應用所述顯影劑期間為時間的函數。

根據本發明的另一方面，提供了一種用於光刻圖案化的方法，包括：提供襯底；在所述襯底上方形成第一層，所述第一層為輻射敏感的層；將所述第一層曝光於輻射；將顯影劑應用在曝光的第一層上，以得到所述襯底上方的圖案，其中，所述顯影劑包括顯影化學製劑；以及在所述顯影劑的應用期間，調整所述顯影劑中的顯影化學製劑的濃度。

根據本發明的又一方面，提供了一種用於光刻圖案化的系統，包括：第一供應管道，用於供應第一溶液；第二供應管道，用於供應第二溶液；第三供應管道，耦合至所述第一供應管道和所述第二供應管道以用於分別接收所述第一溶液和所述第二溶液並且將所述第一溶液和所述第二溶液混合為混合物；襯底工作檯，用於保持襯底；供應噴嘴，耦合至所述第三供應管道以用於將所述混合物分配至所述襯底；第一控制單元，耦合至所述第一供應管道並且配置為控制所述第一溶液進入所述第三供應管道的流量；以及第二控制單元，耦合至所述第二供應管道並且配置為控制所述第二溶液進入所述第三供應管道的流量。

附圖說明

當結合附圖進行閱讀時，通過以下詳細描述可更好地理解本發明。應該強調，根據工業中的標準實踐，各個部件未按比例繪製並且僅僅用於說明的目的。實際上，為了清楚的討論，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1示出根據本發明的各個方面的光刻圖案化方法的流程圖。

圖2a、圖2b、圖2c、圖2d、圖2e、圖2f、圖2g、圖2h和圖2i根據實施例示出了根據圖1的方法形成目標圖案的截面圖。

圖3示出了根據一些實施例的具有靈活的溶液調整的抗蝕劑顯影工藝的流程圖。

圖4a和圖4b每一個都示出了根據一個或多個實施例中的本發明的各個方面所構建的抗蝕劑顯影工藝中的靈活的溶液調整的曲線圖。

圖5a是根據一個或多個實施例中的本發明的各個方面所構建的光刻顯影裝置的示意圖。

圖5b和圖5c是根據一些實施例的圖5a的光刻顯影裝置的一部分的示意圖。

圖5d示出了根據本發明的各個方面的靈活的顯影劑濃度調整方法的流程圖。

圖6示出了根據一個或多個實施例中的本發明的各個方面所構建的抗蝕劑處理工藝中的靈活的溶液調整的曲線圖。

圖7a是根據一個或多個實施例中的本發明的各個方面所構建的圖案處理裝置的示意圖。

圖7b示出了根據本發明的各個方面使用圖7a的裝置的靈活的處理化學製劑調整方法的流程圖。

圖8a是根據一個或多個實施例中的本發明的各個方面所構建的另一圖案處理裝置的示意圖。

圖8b示出了根據本發明的各個實施例使用圖8a的裝置的靈活的處理化學製劑調整方法的流程圖。

圖9是根據一個或多個實施例中的本發明的各個方面所構建的光刻顯影系統的示意圖。

具體實施方式

以下公開內容提供了許多不同實施例或實例，用於實現所提供主題的不同特徵。以下將描述組件和布置的具體實例以簡化本發明。當然，這些僅是實例並且不意欲限制本發明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成為直接接觸的實施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。而且，本發明在各個實例中可以重複參考數字和/或字母。這種重複僅是為了簡明和清楚，其自身並不表示所論述的各個實施例和/或配置之間的關係。

此外，為了便於描述，本文中可以使用諸如「在…下方」、「在…下面」、「下部」、「在…上面」、「上部」等的空間關係術語，以描述如圖中所示的一個元件或部件與另一元件或部件的關係。除了圖中所示的方位外，空間關係術語旨在包括器件在使用或操作過程中的不同方位。裝置可以以其他方式定位(旋轉90度或在其他方位)，並且在本文中使用的空間關係描述符可以同樣地作相應地解釋。

在各個實施例中，本發明通常涉及用於半導體器件製造的方法，並且更具體地涉及光刻圖案化的方法。在光刻圖案化中，在暴露抗蝕劑膜之後，在顯影劑中顯影抗蝕劑膜。顯影劑去除光刻膠膜的部分，從而形成可包括線圖案和/或溝槽圖案的抗蝕劑圖案。抗蝕劑圖案可以經受附加的衝洗和處理工藝以進一步被固化。在隨後的蝕刻工藝中將抗蝕劑圖案用作蝕刻掩模，將圖案轉印至下面的圖案化層。由於各種因素，所以抗蝕劑圖案的線和/或溝槽通常在襯底(如，晶圓)上展示出不均勻關鍵尺寸(cd)。抗蝕劑圖案中的這種cd不均勻性可以導致製造缺陷並且應該儘可能避免。這在納米(nm)製造環境下尤其為真。本發明提供用於顯影具有提高的cd均勻性的抗蝕劑圖案的方法和系統。

圖1是根據本發明的各個方面的圖案化襯底(例如，半導體晶圓)的方法100的流程圖。可通過使用深紫外線(duv)光刻、極紫外線(euv)光刻、電子束(e-束)光刻、x-射線光刻和其他適當的光刻工藝的系統來完整地或部分地執行方法100，以提高圖案尺寸精確度。可在方法100之前、期間和之後提供額外的操作，並且對於方法的附加的實施例，可將描述的一些操作替換、去除或改變順序。方法100是實例，並且不旨在將本發明限制於權利要求中明確地陳述的範圍之外。下面結合圖2a至圖2i描述方法100，其中，通過使用方法100的實施例來製造半導體器件200。半導體器件200可以是在ic或其部分的處理期間製造的中間器件，其可以包括sram和/或其他邏輯電路；諸如電阻器、電容器和電感器的無源組件；以及諸如p型fet(pfet)、n型fet(nfet)、鰭式fet(finfet)、其他三維(3d)fet、金屬氧化物半導體場效應電晶體(mosfet)、互補金屬氧化物半導體(cmos)電晶體、雙極電晶體、高壓電晶體、高頻電晶體、其他存儲單元和它們的組合的有源組件。

在操作102處，方法100(圖1)提供襯底202(圖2a)。參考圖2a，襯底202包括一個或多個材料或組合物層。在實施例中，襯底202是半導體襯底(例如，晶圓)。在另一個實施例中，襯底202包括晶體結構的矽。在可選實施例中，襯底202包括：諸如鍺的其他元素半導體；諸如碳化矽、砷化鎵、砷化銦和磷化銦的化合物半導體；諸如gaasp、alinas、algaas、ingaas、gainp、和/或gainasp的合金半導體；或它們的組合。襯底202可以包括：絕緣體上矽(soi)襯底，產生應變或應力以用於性能改進；包括外延區；包括隔離區；包括摻雜區；包括一個或多個半導體器件或其部分；包括導電層和/或非導電層和/或包括其他合適的部件和層。在本實施例中，襯底202包括圖案化層204。在實施例中，圖案化層204為硬掩模層，該硬掩模層包括諸如非晶矽(a-si)、氧化矽、氮化矽(sin)、氮化鈦或其他合適的材料或複合物的材料。在實施例中，圖案化層204為抗反射塗(arc)層，諸如不含氮的抗反射塗(nfarc)層，該不含氮的抗反射塗層包括諸如氧化矽、碳氧化矽或等離子體增強的化學汽相沉積的氧化矽的材料。在各個實施例中，圖案化層204可包括高-k介電層、柵極層、硬掩模層、界面層、覆蓋層、擴散/阻擋層、介電層、導電層、其他適當的層和/或其組合。在另一個實施例中，襯底202為掩模襯底，掩模襯底可包括諸如石英、矽、碳化矽或氧化矽-氧化鈦化合物的低熱膨脹材料。為進一步說明該實例，襯底202可為用於製造深紫外線(duv)掩模、極紫外線(euv)掩模或其他類型掩模的掩模襯底。

方法100(圖1)進行至操作104，其中，在襯底202(圖2b)上方形成層206。層206包括輻射敏感材料。參考圖2b，在一個實施例中，通過在襯底202上旋轉塗覆液體聚合物材料、隨後通過軟烘工藝和硬烘工藝來形成層206。在實施例中，層206為諸如i-線抗蝕劑的光刻膠、包括氟化氪(krf)抗蝕劑和氟化氬(arf)抗蝕劑的duv抗蝕劑、euv抗蝕劑、電子束(e-束)抗蝕劑和離子束抗蝕劑。為了方便，在下面討論中將層206簡稱為抗蝕劑206。在各個實施例中，抗蝕劑206可以為正性抗蝕劑或負性抗蝕劑。正性抗蝕劑通常不可溶於顯影劑，而是在輻射之後變成可溶性的。負性光刻膠具有相反的表現：其通常可溶於顯影劑，但是在輻射之後變成不可溶性的。

方法100(圖1)進行至操作106，在光刻系統中將抗蝕劑206暴露於輻射208。參考圖2c，輻射208可為i-線(365nm)、諸如krf準分子雷射器(248nm)或arf準分子雷射器(193nm)的duv輻射、euv輻射(例如，13.8nm)、e-束，x-射線、離子束或其他適當輻射。可在空氣中、液體中(浸漬光刻)或者真空中(例如，對於euv光刻和e-束光刻)實施操作106。在一個實施例中，使用諸如透射掩模或反射掩模的掩模(未示出)將輻射208圖案化，這可包括諸如相移和/或光學鄰近效應校正(opc)的解析度增強技術。在另一實施例中，使用諸如ic布局的預定圖案而不使用掩模(無掩模光刻)直接調節輻射束208。在本實施例中，利用掩模或不利用掩模，根據圖案209輻射208對抗蝕劑206的部分206a進行曝光。在本實施例中，抗蝕劑206為正性抗蝕劑並且被照射的部分206a變得可溶於顯影劑。在可選實施例中，抗蝕劑206為負性抗蝕劑並且被照射的部分206a變得不可溶於顯影劑。半導體器件200可以經受附加的工藝，諸如曝光後烘焙工藝。

方法100(圖1)進行至操作108，根據本發明的各個實施例，其中，利用靈活的溶液調整工藝對曝光的抗蝕劑206進行顯影。在實施例中，操作108包括一個或多個工藝，諸如顯影(圖2d)、衝洗(圖2e)、和處理工藝(圖2f和圖2g)，將在下文對其進行進一步討論。在操作108中去除被照射的部分206a，得到抗蝕劑圖案206b(圖2h)。在如圖2h所示的實例中，由線條圖案代表抗蝕劑圖案206b。然而，下面討論同樣適用於由溝槽代表的抗蝕劑圖案。在操作110時，方法100將圖案從抗蝕劑圖案206b轉印至襯底202，將在下文對其進行進一步討論。

如以上所討論的，抗蝕劑圖案206b的質量直接影響最終製造的ic的質量。抗蝕劑圖案206b的質量的各種測量中有關鍵尺寸變化，如，最小圖案尺寸的偏差3σ。其他測量包括線寬粗糙度(lwr)和/或線邊緣粗糙度(ler)。一些顯影工藝可以導致晶圓上的不均勻的cd。例如，晶圓中部的cd或晶圓中部附近的cd可以大於晶圓的外部區域的cd。在具有300nm晶圓的一個實例中，在某些情況下，euv抗蝕劑圖案的cd可以從晶圓的中部至其周邊的變化超出3nm。對於某些產品線來說，這種過多的cd變化是不可接受的。本發明的發明人觀察到，導致這樣的過多cd變化的一個因素在於在抗蝕劑206顯影期間如何控制顯影劑210的化學製劑濃度。在典型的顯影工藝中，顯影劑的化學製劑濃度在整個顯影工藝中保持大約為恆定的。顯影劑分配在晶圓的中部處並且由於由晶圓的旋轉生成的離心力而流動至晶圓的剩餘區域。結果，並不是晶圓的所有區域都接收相同量的顯影劑並且晶圓的中部相比於晶圓的外部區域被過顯影。本發明利用靈活的溶液調整方案來解決這樣的問題，其中，作為時間的函數來靈活地調整顯影劑210的化學製劑濃度。在一個實例中，顯影劑210開始具有低化學製劑濃度。隨著顯影劑流動並且填充晶圓的整個區域，顯影劑的化學製劑濃度增加以實現某些化學性能。結果，更均勻地顯影整個晶圓，以提供比典型的顯影工藝更好的cdu。圖3示出了靈活的溶液調整的實施例。

參考圖3，其中示出了根據本發明的各個方面利用靈活的溶液調整實施操作108的實施例。將結合圖2d至圖2g討論操作108。簡要概述，操作108包括步驟132、134、136和138。在步驟132中，操作108靈活地調整顯影劑210中的化學製劑濃度(即，作為時間的函數)，同時利用顯影劑210顯影抗蝕劑206(圖2d)。在步驟134中，操作108利用衝洗溶液212衝洗抗蝕劑圖案206b(圖2e)。在步驟136中，操作108靈活地調整第一處理化學製劑214中的化學製劑濃度，同時利用化學製劑214處理抗蝕劑圖案206b(圖2f)。在步驟138中，操作108靈活地調整第二處理化學製劑216中的化學製劑濃度，同時利用化學製劑216處理抗蝕劑圖案206b(圖2g)。可在步驟132至步驟138之前、期間和之後提供額外的操作，並且對於方法的附加的實施例，可將描述的一些操作替換、去除、修改或改變順序。例如，在步驟132中，操作108的實施例可以靈活地調整的顯影劑210，但是分別在步驟136和/或138中保持處理化學製劑214和/或216恆定(未進行靈活調整)。對於另一實例，操作108的實施例可以包括介於處理步驟136和138之間的另一衝洗步驟(類似於步驟134)。，本領域普通技術人員可以認識到，半導體製造工藝的其他實例可以受益於本發明的實施例。

在步驟132中，操作108將顯影劑210應用至曝光的抗蝕劑206(圖2d)。顯影劑210包括溶解在溶劑中的顯影化學製劑。在一個實例中，顯影劑210為正性顯影劑，如，包含溶解在水溶液中的四甲基氫氧化銨(tmah)。在另一實例中，顯影劑210為負性顯影劑，如，包含溶解在有機溶劑中的乙酸丁酯(nba)。在顯影工藝期間，作為時間的函數來靈活地調整顯影劑210中的顯影化學製劑(如，tmah或nba)的濃度(或簡稱為「顯影劑濃度」)。在實例中，顯影劑210開始具有第一顯影劑濃度。在抗蝕劑206顯影第一時間段之後，顯影劑210改變為具有與第一顯影劑濃度不同的第二顯影劑濃度，並且抗蝕劑206顯影第二時間段。在實施例中，第一顯影劑濃度低於第二顯影劑濃度，使得步驟132成為「稀釋顯影」工藝。此外，顯影劑濃度的調整可以跟在第二時間段之後，直到抗蝕劑206完全顯影。

圖4a中的曲線圖410示出了根據實施例在步驟132期間，顯影劑210中的顯影化學製劑的濃度為時間的函數(即，該濃度不是恆定的，而是可以隨著時間或在一些時間周期期間內變化)。參考圖4a，步驟132包括示出的實施例中的6階段靈活調整。6階段標註為c1、c2、c3、c4、c5和c6，這也是各個階段中的顯影劑濃度的值。在每一個階段內，顯影劑濃度保持基本恆定。從一個階段至隨後的(緊接著下一個)階段，顯影劑濃度變化。六個濃度c1、c2、c3、c4、c5和c6可以全部不同，或者它們中的一些可以相同。例如，在實施例中，以下關係可以成立：c2≠c3並且c3≠c4，但是c2＝c4。此外，圖4a中示出的曲線圖410僅為顯影劑210的靈活調整的實例。可以修改和/或去除各個顯影劑濃度和顯影時間段，並且對於附加的實施例，可以添加或插入附加的顯影劑濃度和顯影時間段。例如，步驟c2、c3、c4和c4中的一個或多個步驟的時間段可以為零，這使得顯影劑210中的顯影化學製劑的濃度變化比具有這些步驟更加連續。

還參考圖4a，最初顯影劑210具有濃度c1，例如，該濃度可以低至接近0.0％。在該初始階段中實際上可以不顯影抗蝕劑206。在時間t1處，顯影劑210中的顯影化學製劑的濃度開始線性增加並且在時間t2處到達c2。顯影劑濃度從時間t2至t3保持基本相同。在時間t3處，顯影劑濃度開始線性增加並且在時間t4處到達c3。從c1至c2和從c2至c3的增加的比率(如，％每秒)可以相同或不同。顯影劑濃度從時間t4至t5保持基本相同。之後，顯影劑濃度在時間t5處開始線性減小並且在時間t6處到達c4。類似地，顯影劑濃度從時間t7至t8和從時間t9至t10減小。在三個時間段(t5-t6、t7-t8和t9-t10)中減小的比率(如，％每秒)可以相同或不同。分別在時間段t6-t7、t8-t9期間和t10之後，顯影劑濃度保持基本相同。顯影劑210被應用至抗蝕劑206，同時根據曲線圖410來調整該顯影劑的濃度。

圖4b中的曲線圖420示出了水溶液中包括tmah的顯影劑210的靈活調整的實施例。參考圖4b，顯影劑210具有接近0.0％的初始tamh濃度。從時間＝5秒至時間＝6秒，tmah濃度從0.0％增加至約1.2％。利用1.2％的tamh對抗蝕劑206顯影約6秒的時間段。然後，從時間＝11秒至時間＝12秒，tmah濃度從1.2％增加至約2.38％。還利用2.38％的tamh對抗蝕劑206顯影約2秒的時間段。應該注意，在tamh濃度變化(如，在時間段從時間＝5秒至時間＝6秒和從時間＝10秒至時間＝11秒期間)時，也顯影抗蝕劑206。之後進行進一步調整，包括tmah濃度從2.38％減小至1.2％(從時間＝14秒至時間＝15秒，以及從時間＝24秒至時間＝25秒)、tmah濃度從1.2％增加至2.38％(時間＝19秒至時間＝20秒)、以及tmah濃度從1.2％減小至接近0.0％(從時間＝29秒至時間＝30秒)。在時間＝30秒之後，抗蝕劑206被完全顯影，並且被照射部分206a被顯影劑210溶解。之後可以進行步驟134(圖3)，如，在時間＝36秒處，從器件200去除任何殘餘物，包括過量的顯影劑210。

步驟132(圖3)可以在顯影系統500中實施，圖5a中示出了該系統的實施例。參考圖5a，系統500包括設計為保持的襯底(諸如襯底202)的襯底工作檯502。如圖所示，襯底202還塗覆有抗蝕劑206，並且該抗蝕劑已經被曝光並且準備被顯影。襯底工作檯502包括諸如真空吸附機構、e-夾緊的機構，或其他適當機構以固定襯底202。系統500還包括與襯底工作檯502集成的運動機構504並且可操作地按照多種運動方式驅動襯底工作檯502和固定在其上的襯底202。在一些實施例中，運動機構504包括發動機，該發動機在各個操作(諸如顯影和衝洗)期間驅動襯底工作檯502和襯底202以特定旋轉速度旋轉。在一些實施例中，運動機構504包括提升模塊以沿著垂直方向移動襯底202，從而使得襯底202能夠定位在更低或更高的平面處。

系統500還包括將顯影劑210應用至抗蝕劑206的子系統505。子系統505包括耦合在一起的儲存器和混合器(或混合器)506、供應管道508、以及供應噴嘴510。供應噴嘴510可移動地直接定位在襯底202的中部上面。通過供應噴嘴510將顯影劑210分配在襯底202上，同時使器件200旋轉。在將顯影劑210分配到襯底202的中部的抗蝕劑206上之後，由於旋轉產生的離心力，所以該顯影劑流動至抗蝕劑206的其他部分。系統500還包括杯體512和排水管(或排水裝置)514。杯體512配置在襯底工作檯502周圍以有效地捕獲在顯影工藝期間從襯底202甩掉的顯影劑210(和溶解在其中的抗蝕劑部分206a)。在一些實施例中，杯體512設計為具有圓柱形結構。杯體512與排水管514集成，從而使得杯體512接收的液體通過排水管514送出以用於進一步處理。

在本實施例中，通過在混合器506中實時混合兩種溶液(第一溶液210a和第二溶液210b)來獲得顯影劑210。在實施例中，第一溶液210a包含第一濃度的顯影化學製劑(如，tmah或nba)，第二溶液210b包含第二濃度的顯影化學製劑，第二濃度低於第一濃度，並且顯影劑210包含在約第二濃度至約第一濃度的範圍內靈活地調整的顯影化學製劑。在又一實施例中，第二溶液210b不含有顯影化學製劑，並且顯影劑210包含在約0.0％至約第一濃度的範圍內靈活地調整的顯影化學製劑。例如，第一溶液210a可以包含2.38％的tmah，第二溶液210b可以包含去離子水(diw)而沒有tmah，並且顯影劑210可以包含在約0.0％至約2.38％的範圍內靈活地調整的tmah，將在下文對其進行討論。

仍參考圖5a，混合器506包括儲存第一溶液210a的第一容器516a和儲存第二溶液210b的第二容器516b。混合器506還包括泵送機構(諸如壓力泵或壓縮氣體)518a和518b以分別促使溶液210a和210b進入供應管道520a和520b。混合器506還包括分別耦合至供應管道520a和520b的控制單元522a和522b。供應管道508在控制單元522a和522b的下遊處耦合至供應管道520a和520b，以用於分別接收溶液210a和210b。控制單元522a配置為控制溶液210a進入供應管道508的流量523a。控制單元522b配置為控制溶液210b進入供應管道508的流量523b。控制單元522a和522b中的一個或兩者配置為提供至少三種等級的流量控制：最小流量、最大流量、以及小於最大流量並且大於最小流量的中間流量。在一些實施例中，控制單元522a和522b分別與泵送機構518a和518b集成。兩種溶液210a和210b在靠近供應管道520a和520b的部分(如，在被虛線框524包圍的部分中)的供應管道508中混合，以形成顯影劑210。如圖5a所示，供應管道520a、520b和508可以形成「t形」連接。可選地，如圖5b所示，供應管道520a、520b和508可以形成「y形」連接。在圖5c所示的又一實施例中，供應管道508包括直徑比供應管道508的遠端部分(遠離供應管道520a和520b，諸如在供應噴嘴510附近)大的近端部分508a(更靠近供應管道520a和520b)。部分508a可以用作暫時儲存溶液210a和210b的小儲槽，從而使得它們在分配至抗蝕劑206上方之前均勻混合。

利用混合器506，可以在顯影工藝期間靈活地調整顯影劑210的濃度。在實施例中，控制單元522a和522b配置為根據工藝處方(processrecipe)來控制溶液210a和210b的流量，從而產生諸如如圖4a和圖4b所示的作為時間的函數的期望的顯影劑濃度分布。圖5d中示出了步驟132(還稱為方法132)的實施例，下文將結合子系統500對其進行簡要描述。方法132包括操作152a，其中，以第一流量(如，流量523a)將第一溶液(如，溶液210a)供應至供應管道(如，供應管道508)。方法132還包括操作154a，其中，以第二流量(如，流量523b)將第二溶液(如，溶液210b)供應至供應管道。第一溶液和第二溶液同時供應至供應管道並且在供應管道中混合為顯影劑(如，顯影劑210)。方法132還包括操作156a，其中，將顯影劑從供應管道應用至目標(如，暴露的抗蝕劑206)。方法132還包括操作158a，調整第一流量和第二流量中的一個或兩者，以改變顯影劑中的顯影化學製劑的濃度。

在實施例中，第一溶液210a為正性顯影劑，諸如包含2.38％的tmah的水溶液，並且第二溶液210b為去離子水(diw)。為了進一步說明實施例中，第一和第二溶液210a和210b可以在混合器506中靈活地混合以形成顯影劑210，從而具有在約0.0％至約2.38％的範圍內的tmah濃度。在另一實施例中，第一溶液210a為負性顯影劑，諸如包含95％的nba的溶液，並且第二溶液210b為諸如溶劑ok73(包含重量百分比70％的丙二醇單甲醚(pgme)和重量百分比30％的丙二醇單甲醚醋酸鹽(pgmea))的有機溶劑。為了進一步說明該實施例中，第一溶液210a和第二溶液210b可以在混合器506中靈活地混合以形成顯影劑210，從而具有在約90％至約95％的範圍內的nba濃度。

再次參考圖3，在抗蝕劑206顯影之後，在步驟134中，操作108利用衝洗溶液212(圖2)衝洗圖案206b。在實施例中，衝洗溶液212包含諸如diw的水。在可選的實施例中，衝洗溶液可以包含溶解在水中的表面活性劑。衝洗溶液212用於從器件200去除或替代殘餘顯影劑210(和任何溶解其中的抗蝕劑206a)。在實施例中，通過與分配顯影劑210的供應噴嘴不同的衝洗供應噴嘴來分配衝洗溶液212。在可選的實施例中，利用圖5a所示的系統500，可以通過分配顯影劑210的相同的噴嘴510來分配衝洗溶液212。例如，控制單元522a可以關閉包含顯影化學製劑的第一溶液210a的流動，並且僅將包括diw的第二溶液210b送至供應噴嘴510。通過這種方式，系統500可以用於多重顯影步驟(如，步驟132和134)、簡化操作、以及降低系統成本。

仍參考圖3，在衝洗圖案206b之後，操作108利用一種或多種處理化學製劑來處理圖案206b，從而減少圖案坍塌和圖案缺損(patterndeformity)，諸如線邊緣粗糙度和線寬粗糙度。在本實施例中，操作108利用兩種處理化學製劑(步驟136中的第一處理化學製劑214(圖2f)和步驟138中的第二處理化學製劑216(圖2g))來處理圖案206b。本領域普通技術人員應該意識到，在各個實施例中，操作108可以應用一種處理化學製劑或兩種以上處理化學製劑。下文將共同討論步驟136和138。

在本實施例中，處理化學製劑214和216包括不同的組分。處理化學製劑214和216的每一種都包括表面活性劑。例如，表面活性劑可以包括包含聚乙二醇基或乙二醇基表面活性劑的水溶液。作為另一實例，處理化學製劑214和216中的每一個都包括從由東京電子株式會社(tel)和克萊恩(日本)kk(日本東京市文京區)(瑞士製造商克萊恩的子公司)共同開發的firmtm(通過改進的衝洗材料完成)系列的表面活性劑(如，firmtm-a、firmtm-b、firmtm-c、firmtm-d、firmtmextreme10等)中選擇的一種或多種表面活性劑溶液。

在實施例中，處理化學製劑214和216的每一個都在應用至抗蝕劑圖案206b之前經受相應的表面活性劑濃度調整工藝。調整工藝基本類似於關於步驟132所討論的調整工藝。因此，下文僅對其進行簡要描述。在實施例中，可以在多個階段中應用處理化學製劑(214或216)。在每一個階段內，處理化學製劑中的表面活性劑濃度保持基本恆定。從一個階段至隨後的階段，處理化學製劑中的表面活性劑濃度或者增加或者減少。在一個特別的實施例中，步驟136(或138)開始在處理化學製劑214(或216)中具有更低的表面活性劑濃度。在第一持續時間之後，處理化學製劑214(或216)中的表面活性劑濃度增加並且在第二持續時間段內衝洗抗蝕劑圖案206b。之後，可以進行附加的處理階段。在圖6中所示的另一實施例中，步驟136(或138)開始在處理化學製劑214(或216)中具有在少於2秒時間段內達到約100％的更高的表面活性劑濃度。在約3至4秒的第一持續時間之後，處理化學製劑214(或216)中的表面活性劑濃度以線性階梯曲線減少，直到到達用戶指定的濃度等級，在示出的實例中為約50％。線性階梯曲線包括一個或多個階梯。在示出的實例中，有兩個階梯：在約80％處持續2秒，並且在約60％處持續1秒。對於處理周期的大部分，表面活性劑濃度保持處於用戶指定的濃度等級，並且在處理的結束(在約33秒處)時增加至全濃度等級(接近100％)。在利用高濃度的表面活性劑的較短處理之後，關閉處理化學製劑，並且開啟di水。可以實施靈活的調整工藝的各個其他的實例以用於步驟136和138中的每一個。

在實施例中，顯影系統500包括子系統525(圖7a)，根據本發明的各個實施例，該子系統使用靈活的調整方法來供應處理化學製劑214。在另一實施例中，顯影系統500包括子系統545(圖8a)，根據本發明的各個實施例，該子系統使用靈活的調整方法來供應處理化學製劑216。子系統525和545在結構上類似於子系統505(圖5a)。因此，下文僅對它們進行簡要描述。

參考圖7a，子系統525包括耦合在一起的混合器526、供應管道528、以及供應噴嘴530。混合器526包括儲存溶液214a的容器536a和儲存溶液214b的容器536b。在實施例中，溶液214a包含表面活性劑，並且溶液214b為diw。混合器526還包括泵送機構538a和538b以分別促使溶液214a和214b進入供應管道540a和540b。混合器526還包括分別耦合至供應管道540a和540b的控制單元542a和542b。供應管道528在控制單元542a和542b的下遊處耦合至供應管道540a和540b，以分別用於接收溶液214a和214b。控制單元542a確定溶液214a進入供應管道528的流量543a。控制單元542b確定溶液214b進入供應管道528的流量543b。溶液214a和214b在供應管道528中混合以形成處理化學製劑214，通過供應噴嘴530將該處理化學製劑分配至抗蝕劑圖案206b上。

圖7b示出了利用圖7a中示出的系統500實施的步驟136的實施例。參考圖7b，步驟136包括操作152b，其中，以流量543a將溶液214a供應至供應管道528。步驟136還包括操作154b，其中，以流量543b將溶液214b供應至供應管道528。溶液214a和214b同時供應至供應管道528並且在供應管道528中混合為處理化學製劑214。步驟136還包括操作156b，其中，將處理化學製劑214從供應管道應用至抗蝕劑圖案206b。步驟136還包括操作158b，其中，調整流量534a和543b中的一個或兩者，以改變處理化學製劑214中的表面活性劑的濃度。

參考圖8a，子系統545包括耦合在一起的混合器546、供應管道548、以及供應噴嘴550。混合器546包括儲存溶液216a的容器556a和儲存溶液216b的容器556b。在實施例中，溶液216a包含表面活性劑，並且溶液216b為diw。溶液216a可以具有與溶液214a(圖7a)不同的組分。混合器546還包括泵送機構558a和558b以分別促使溶液216a和216b進入供應管道560a和560b。混合器546還包括分別耦合至供應管道560a和560b的控制單元562a和562b。供應管道548在控制單元562a和562b的下遊處耦合至供應管道560a和560b，以分別用於接收溶液216a和216b。控制單元562a確定溶液216a進入供應管道548的流量563a。控制單元562b確定溶液216b進入供應管道548的流量563b。溶液216a和216b在供應管道548中混合以形成處理化學製劑216，其中，通過供應噴嘴550將該處理化學製劑分配至抗蝕劑圖案206b上。

圖8b示出了利用圖8a中示出的系統500實施的步驟138的實施例。參考圖8b，步驟136包括操作152c，其中，以流量563a將溶液216a供應至供應管道548。步驟138還包括操作154c，其中，以流量563b將溶液216b供應至供應管道548。溶液216a和216b同時供應至供應管道548並且在供應管道548中混合為處理化學製劑216。步驟138還包括操作156c，其中，將處理化學製劑216從供應管道548應用至抗蝕劑圖案206b。步驟138還包括操作158c，其中，調整流量534a和563b中的一個或兩者，以改變處理化學製劑216中的表面活性劑的濃度。

圖9示出了顯影系統500的實施例。參考圖9，系統500包括參考圖5a、圖7a和圖8a分別討論的子系統505、525、以及545。系統500還包括子系統565，該子系統配置為將diw從儲存單元566通過供應管道568供應至供應噴嘴570。在實施例中，在步驟134(圖3)的衝洗操作期間使用子系統565。在各個實施例中，在以上討論的各個顯影操作期間，供應噴嘴510、530、550和570中的每一個都獨立地可移動並且可以直接位於在固定於襯底工作檯502上的晶圓(未示出)上面。

參考圖1，在顯影抗蝕劑圖案206b之後，方法100進行至操作110以使用抗蝕劑圖案206b作為掩模來蝕刻襯底202，從而將圖案轉印至襯底202(圖2i)。在一個實施例中，圖案化層204為硬掩模層。為了進一步說明該實施例，首先將圖案從光刻膠圖案206b轉印至硬掩模層204，然後轉印至襯底202的其他層。例如，可使用幹(等離子體)蝕刻、溼蝕刻和/或其他蝕刻方法蝕刻硬掩模層204。在硬掩模層204的蝕刻期間，可以部分地或完全地消耗抗蝕劑圖案206b。在一個實施例中，如圖2i示出的，可將光刻膠圖案206b的任何剩餘的部分剝離，以將圖案化的硬掩模層204保留在襯底202上。

儘管圖1未示出，但方法100可進行至在襯底202上形成最終圖案或ic器件。在非限制性實例中，襯底202是半導體襯底並且方法100進行至形成鰭式場效應電晶體(finfet)結構。在該實施例中，操作110在半導體襯底202中形成多個有源鰭。有源鰭由於抗蝕劑圖案206b的極低cdu而具有均勻的cd。

儘管不旨在限制，但本發明的一個或多個實施例為光刻工藝以及由其生產的ic提供了許多益處。例如，本發明的實施例能夠產生在顯影(或處理)工藝期間其濃度作為時間的函數而變化的顯影劑(或處理化學製劑)。在具體實施例中，顯影劑(或處理化學製劑)可以開始具有更低的濃度並且隨著其分布在晶圓的整個區域上方而逐漸增加其濃度。這大大提高了晶圓的整個區域上的關鍵尺寸均勻性。另外，本發明的實施例獲得靈活的光刻系統設計並且降低系統成本。

在一個示例性實施例中，本發明涉及一種光刻圖案化的方法。方法包括在襯底上方形成第一層，第一層為輻射敏感的層。方法還包括將第一層曝光於輻射。方法還包括將顯影劑應用於曝光的第一層，得到襯底上方的圖案，其中，顯影劑包括顯影化學製劑並且顯影劑中的顯影化學製劑的濃度在顯影劑的應用期間為時間的函數。

在一個實施例中，將所述顯影劑應用於所述曝光的第一層包括多個階段，並且所述顯影劑中的顯影化學製劑的濃度從一個階段至隨後的階段是變化的。

在一個實施例中，所述顯影劑中的顯影化學製劑的濃度在每一個階段保持恆定。

在一個實施例中，將所述顯影劑應用於所述曝光的第一層包括：應用具有第一濃度的所述顯影化學製劑的所述顯影劑持續第一時間段；以及在應用具有所述第一濃度的所述顯影劑之後，應用具有第二濃度的所述顯影化學製劑的所述顯影劑持續第二時間段，其中，所述第一濃度低於所述第二濃度。

在一個實施例中，將所述顯影劑應用於所述曝光的第一層包括：以第一流量將包含所述顯影化學製劑的第一溶液供應至供應管道中；以第二流量將第二溶液供應至所述供應管道，其中，所述第一溶液和所述第二溶液在所述供應管道中混合以形成所述顯影劑；將所述顯影劑從所述供應管道分配至所述曝光的第一層；以及調整所述第一流量和所述第二流量中的至少一個，從而改變所述顯影劑中的顯影化學製劑的濃度。

在一個實施例中，所述第一溶液包括正性顯影劑，並且所述第二溶液為去離子水(diw)。

在一個實施例中，所述第一溶液包括負性顯影劑，並且所述第二溶液包括有機溶劑。

在一個實施例中，方法還包括：利用衝洗溶液衝洗所述圖案；以及在衝洗所述圖案之後，利用第一處理化學製劑處理所述圖案，其中，所述第一處理化學製劑包括第一表面活性劑；以及所述第一處理化學製劑中的第一表面活性劑的濃度在利用所述第一處理化學製劑處理所述圖案期間為時間的函數。

在一個實施例中，方法還包括：在利用所述第一處理化學製劑處理所述圖案之後，利用第二處理化學製劑處理所述圖案，其中，所述第二處理化學製劑包括第二表面活性劑；所述第二處理化學製劑中的第二表面活性劑的濃度在利用所述第二處理化學製劑處理所述圖案期間為時間的函數；以及所述第一表面活性劑和所述第二表面活性劑具有不同的組分。在另一個示例性實施例中，本發明涉及光刻圖案化的方法。方法包括提供襯底，並且在襯底上方形成第一層，第一層為輻射敏感的層。方法還包括將第一層曝光於輻射。方法還包括將顯影劑應用在曝光的第一層上，以得到襯底上方的圖案，其中，顯影劑包括顯影化學製劑。在顯影劑的應用期間，方法還包括調整顯影劑中的顯影化學製劑的濃度。

在一個實施例中，所述顯影劑的應用包括將所述顯影劑從供應管道分配至所述曝光的第一層，並且調整所述顯影劑中的顯影化學製劑的濃度包括：以第一流量將包含所述顯影化學製劑的第一溶液供應至所述供應管道；以第二流量將第二溶液供應至所述供應管道，其中，所述第一溶液和所述第二溶液在所述供應管道中混合以形成所述顯影劑；以及調整所述第一流量和所述第二流量中的至少一個。

在一個實施例中，所述第二溶液包含比所述第一溶液更低濃度的顯影化學製劑。

在一個實施例中，所述第二溶液為不含所述顯影化學製劑的溶劑。

在一個實施例中，調整所述顯影劑中的顯影化學製劑的濃度包括：設置所述顯影劑中的顯影化學製劑的第一濃度；將所述顯影劑中的顯影化學製劑的第一濃度維持第一時間段；設置所述顯影劑中的顯影化學製劑的第二濃度，所述第二濃度與所述第一濃度不同；以及將所述顯影劑中的顯影化學製劑的第二濃度維持第二時間段。

在一個實施例中，所述第一濃度低於所述第二濃度。

在一個實施例中，方法還包括，在所述顯影劑的應用之後利用衝洗溶液衝洗所述圖案。

在另一個示例性實施例中，本發明涉及光刻圖案化的方法。方法包括：在襯底上方形成第一層，第一層為輻射敏感的層；以及將第一層曝光於輻射。方法還包括將第一顯影劑應用於曝光的第一層，其中，第一顯影劑包括第一濃度的第一化學製劑。在應用第一顯影劑之後，方法還包括將第二顯影劑應用至曝光的第一層，其中，第二顯影劑包括第二濃度的第一化學製劑，第二濃度與第一濃度不同。在實施例中，應用第一顯影劑包括通過供應噴嘴將第一顯影劑分配至曝光的第一層，並且應用第二顯影劑包括通過供應噴嘴將第二顯影劑分配至曝光的第一層。在又一實施例中，在應用第一和第二顯影劑之後，方法還包括將第三顯影劑應用至曝光的第一層，其中，第三顯影劑包括第三濃度的第一化學製劑並且通過供應噴嘴分配至曝光的第一層。

在另一個示例性實施例中，本發明涉及光刻圖案化的方法。方法包括：在襯底上方形成第一層，第一層為輻射敏感的層；將第一層曝光於輻射；在顯影劑中顯影曝光的第一層，得到顯影的第一層；以及利用衝洗溶液衝洗顯影的第一層。在衝洗顯影的第一層之後，方法還包括利用第一化學製劑處理顯影的第一層，其中，第一化學製劑包括第一表面活性劑，並且第一化學製劑中的第一表面活性劑的濃度在利用第一化學製劑處理顯影的第一層期間為時間的函數。在實施例中，在利用第一化學製劑處理顯影的第一層之後，方法還包括利用第二化學製劑處理顯影的第一層。第二化學製劑包括第二表面活性劑。第二化學製劑中的第二表面活性劑的濃度在利用第二化學製劑處理顯影的第一層期間為時間的函數。第一和第二表面活性劑具有不同的組分。在實施例中，利用第一化學製劑處理顯影的第一層包括：以第一流量將去離子水(diw)供應至供應管道中；以第二流量將包含第一表面活性劑的溶液供應至供應管道中，其中，diw和溶液在供應管道中混合以形成第一化學製劑；將第一化學製劑分配在顯影的第一層上；以及調整第一流量和第二流量中的至少一個以改變第一化學製劑中的第一表面活性劑的濃度。

在另一個示例性實施例中，本發明涉及用於光刻圖案化的系統。系統包括用於供應第一溶液的第一供應管道、用於供應第二溶液的第二供應管道、以及第三供應管道，該第三供應管道耦合至第一和第二供應管道以用於分別接收第一和第二溶液並且將第一和第二溶液混合為混合物。系統還包括用於保持襯底的襯底工作檯和耦合至第三供應管道以用於將混合物分配至襯底的供應噴嘴。系統還包括耦合至第一供應管道並且配置為控制第一溶液進入第三供應管道的流量的第一控制單元。系統還包括耦合至第二供應管道並且配置為控制第二溶液進入第三供應管道的流量的第二控制單元。

在一個實施例中，所述第三供應管道的靠近所述第一供應管道和所述第二供應管道的部分的直徑大於所述第三供應管道的遠離所述第一供應管道和所述第二供應管道的另一部分的直徑。

在一個實施例中，所述第一控制單元和所述第二控制單元中的至少一個配置為提供至少三種等級的流量控制：最小流量、最大流量、以及小於所述最大流量並且大於所述最小流量的中間流量。

在一個實施例中，所述第一控制單元和所述第二控制單元配置為根據工藝處方調整所述第一溶液和所述第二溶液的流量，以改變所述混合物中的化學製劑濃度。

上面論述了若干實施例的部件，使得本領域技術人員可以更好地理解本發明的各個實施例。本領域普通技術人員應該理解，可以很容易地使用本發明作為基礎來設計或更改其他用於達到與本文所介紹實施例相同的目的和/或實現相同優點的處理和結構。本領域普通技術人員也應該意識到，這種等效構造並不背離本發明的精神和範圍，並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行多種變化、替換以及改變。