CN100555083C - 用于浸入式光刻的可除去薄膜 - Google Patents

Abstract

一种进行照射以对浸入在流体(L3)中的诸如光刻胶的感光层(L2)进行构图的方法，包括施加可除去透明层(L4、L5)，透过浸入流体以及透过透明层将射线投射到光刻胶上，从而当被照到表面上时流体中的缺陷是模糊的，并且随后除去透明层。透明层可以有助于使这种缺陷远离在表面上的射线的焦点，并且因此可以有助于减少或消除阴影。因此，照射可以更彻底，并且减少缺陷。对于浸入流体中特别是例如在流体/表面界面处的具有小泡或颗粒形式的缺陷来说它会特别有效。照射可以用于任何目的，包括检验、处理、构图等。除去透明层可以与使光刻胶层显影的步骤结合。

Description

用于浸入式光刻的可除去薄膜

本发明涉及用于对浸入在流体中的表面进行照射，特别是利用紫外线、深紫外线或真空紫外放射线进行照射的方法和材料，涉及对光刻层进行构图的材料和方法、除去这种层的方法、涉及用于构图的坯体(blank)，以及涉及由这些方法制造的产品和用于实施这些方法的设备。

例如通过精细掩模进行照射或控制聚焦的光束来制造或处理衬底上的较小部件是公知的。使用这种工艺制造的产品的例子可以包括半导体集成电路和诸如高密度光学存储盘的光学器件。随着减小部件尺寸以在给定的衬底尺寸上实现更多器件或部件的集成，而出现了许多问题。例如，电磁辐射的波长可以限制部件尺寸，并且细小的灰尘颗粒可以引起严重的缺陷。

从美国专利5610683获知可以将衬底浸入在折射率大于空气的流体中并且通过光刻对该衬底进行构图。这可以提高聚焦的深度并且有效地减小最小部件尺寸。在美国专利5900354中已经确认出于四种原因已经针对半导体光刻和检验避免浸入式光学器件：

流体/光刻剂界面处的泡可以散射光并且引起产生缺陷的阴影。

难以除去所有的流体痕迹。

流体会携带污染物或以其他方式损害已存在的部件。

克服前三个问题的工艺步骤会增加工艺复杂性和成本。美国专利5900354建议使用超临界流体(super critical fluid)。

还从EP 1075672获知可以解决在常规的非浸入光刻期间有害的颗粒沉积在掩模和晶片上的问题。它提到掩模可以涂敷有硅的保护膜，尽管其建议这种膜不适用于先进的使用光子、电子、离子或原子的高能辐射的光刻，并且建议改为使用热泳来避免这种沉积。

该文献还提到表面缺陷可能与在制造集成电路所需的各种操作期间沉积到标线片(掩模)和晶圆衬底的表面上的颗粒物质有关。它指出在微电子工业中长久以来就认识到需要保持这些表面基本上没有颗粒物质，并且提出了各种方案，例如在美国专利5373806和5472550中阐明的方案。前者公开了使用热能，例如使用辐射能、RF、电阻加热，以基本上消除静电引力作为在气相处理期间颗粒转移和沉积的机制，而后者描述了使用光泳效应以通过沿着不与衬底表面接触的轨迹将激光束投射到工艺处理室内来捕获颗粒。

据说对由沉积到表面上的颗粒所引起的可形成缺陷(printabledefect)的关注对于下一代光刻来说是极其重要的，所述光刻包括近x-射线光刻、直写和投射电子束光刻(SCALPEL)、直写和投射离子束光刻、以及远紫外(波长在3.5-15nm的区域内的照射)光刻(EUVL)，其必须准备排除直径大于0.01μm的颗粒。对于下一代光刻来说，由于保护光刻表面例如标线片不受颗粒物质沉积影响的重要性，已经研发了可选的保护方案，例如曝光室的清洁封装、保护气体覆盖层、掩模表面的现场清洗。然而，这些可选方案中的每一个都具有缺点，并且没有一个成功开发。

本发明的目标是提供用于光刻的改进的材料和工艺或装置。

根据第一方案，本发明提供一种利用照射源对浸入在流体中的表面进行照射的方法，该方法包括：

将可除去透明层施加到表面，

通过浸入流体以及通过透明层将射线投射到表面上，并且随后除去透明层。

可除去透明层的厚度优选为使得当被照到表面上时流体中的某些缺陷是模糊的。估计可除去透明层的所需的总厚度应该为使得施特兰尔比不小于95％。施特兰尔比表示理想和干扰的点扩散函数(PSF)的强度之间的差异。由颗粒或泡引起干扰的PSF。临界条件是当颗粒或泡尽可能地接近待处理的衬底时，例如当颗粒或泡接触可除去透明层的表面时。可除去透明层的厚度为200nm或以上、例如500nm或以上、1微米或以上或者5微米或以上。所需的厚度将取决于颗粒或泡的期望尺寸以及光学系统的光学特性。通常浸入介质无论是气体还是液体，在照射源的波长下具有大于空气/真空的折射率。对于绝大多数的实际目的，该浸入介质为液体，优选为水。

透明层的优点是可以帮助某些缺陷远离表面上的照射焦点，并且因此可以减少或消除阴影。因此，照射可以更彻底，并且减少缺陷。对于浸入流体中具有颗粒或小泡形式的缺陷，例如流体/表面界面处的缺陷来说是特别有效的。泡可以源于流体本身或者可能由从固体层逃离的或吸收在其上的气体产生。较大的泡或颗粒很少并且可以以其他方式进行处理。照射可以用于任何目的，包括检验、处理、构图等。浸入流体可以是任何流体，包括高折射率的液体或气体。

可以形成从属权利要求的附加特征包括包含诸如光刻胶层的感光层的表面，以及包括将图案投射到感光层上的投射，例如以对光刻胶层进行构图。这种感光层，例如光刻胶层，对缺陷特别敏感，并且在许多情况下一个缺陷可以破坏整个衬底。被构图的光刻胶层可以在进一步的光刻步骤中用作掩模，比如对诸如半导体、导电或绝缘层的下层进行构图。

另一个这种附加特征是在使光刻胶层显影的步骤之前将透明层除去，或与该步骤结合。

可以通过任何适当的化学或机械方法，或者例如通过热处理步骤来除去透明层。除去透明层的机械方法可以是分裂。化学方法包括湿法或干法蚀刻。可以使用化学和机械方法的结合，例如化学机械抛光。特别优选的方法是将透明层部分或全部地溶于液体中，该液体可以是与用于使光刻胶显影的一样的液体。这可以使得工艺更容易，因为不需要额外的除去步骤。可以通过照射和/或热处理来改变透明层的特性。在浸入到浸入流体中之后，可以改变透明层的溶解性。如果浸入流体和显影剂例如都是水基的，这可以是特别有用的。用于改变溶解性特性的射线优选具有与用于对任何下部的(多个)感光层进行构图的射线不同的波长。例如，另一个这种附加特征是通过后曝光烘干处理来进行的改变，或在不同于用于对(多个)感光层进行构图的光化射线的波长下进行整片曝光(flood exposure)进行的改变。

在优选实施例中，在显影溶液中透明层的溶解性与光刻胶的曝光部分或非曝光部分的溶解性是不同的，从而通过在显影步骤期间的释放或溶解可以容易地除去透明层。优选地，在初始的浸入步骤期间，例如当浸入液体是水或诸如非碱性水溶液的其他液体时，不溶解或除去透明层。显影溶液可以是碱性的，例如在pH为9或以上的范围内，例如13-14，浸入在这种液体中导致例如通过溶解来释放或除去保护层。显影剂可以是碱性水溶液。或者，初始的浸入液体可以是碱性的，例如pH为9或以上，例如13-14，并且显影剂溶液可以是其他的液体，例如水或非碱性水溶液。根据具体实施例，初始的浸入液体和显影剂溶液具有不同的溶解性。如果透明层是单层透明材料则在该实施例中这是优选的。

另一个这种附加特征是透明层包括上层和下层，上层具有可变的溶解性。使用多层可以使得更加容易地保持现有的工艺步骤不变，例如从光刻胶涂敷至光刻胶显影步骤。

另一个这种附加特征是下层具有使得光刻胶层不受改变步骤影响的过滤功能。

通常将在用于制造诸如集成电路的电子器件和部件的半导体、金属、电介质或聚合物材料的处理中使用本发明的光刻方法。

本发明的另一方案提供一种对由透明保护层覆盖的例如光刻胶的感光层进行构图的方法，该方法具有以下步骤：透过透明保护层将图案投射到诸如光刻胶的感光层上，改变保护层的溶解性，以及除去保护层。该方法可以包括在除去保护层之前使光刻胶显影。这有助于显示不总是必须包括形成透明层的步骤，也不总是必须将光刻胶浸入。上述的附加特征可以应用于该方案或其他方案。

本发明的另一方案提供一种除去可除去保护层的方法，其包括通过显影溶液的作用溶解或释放该层，从而在显影步骤期间可以容易地除去透明层。在初始的浸入步骤期间，例如当浸入液体是水时，显影溶液可以是碱性的—例如在pH为9或以上的范围内，例如13-14，不溶解或除去透明层，这样可以导致释放或溶解保护层。或者，初始的浸入液体可以是碱性的，例如pH为9或以上，例如13-14，并且显影剂溶液可以是其他的液体，例如水，并且释放或除去保护层，例如由水进行溶解。根据具体实施例，在该方法中利用了初始浸入液体和显影剂溶液的不同溶解性。如果透明层是单层透明材料则在该实施例中这是优选的。

本发明的另一方案提供一种除去可除去保护层的方法，其包括以下步骤：浸入该层而不使其溶解，通过整片照射步骤改变该层的溶解性，然后使该层溶解。这再次有助于显示不总是必须包括形成透明层、或透过该层进行照射或者浸入该层的步骤。

本发明的另一方案提供一种适用于构图的坯体，其具有诸如光刻胶的感光层、以及可除去透明保护层，该可除去保护层由溶解性可变的材料形成。该坯体可以是单个买卖的、有价值的制造产品和商品。

另一方案提供由任何一种上述方法中所制造的产品。尤其是，例如这可以包括集成电路、用于制造其他产品的掩模、光学母盘、以及由这种母盘制造的光盘。

另一方案提供设置成执行任何一种上述方法的设备。

其他优点对于本领域技术人员来说是显而易见的，特别是考虑到本发明的发明人所不知道的其他现有技术。上述附加特征中的任何一种可以结合起来，或者与本发明的任何一个方案结合。现在将参照附图对如何实施本发明进行说明。显然可以在不背离本发明的权利要求书的情况下进行各种改变和修改。因此，应该清楚地理解，本发明的形式只是示例性的，并且旨在不限制本发明的范围。

通过参照附图将能更好地理解本发明的特征，附图示出本发明的优选实施例。在附图中：

图1a-1d示出说明待处理问题的工艺的示意图；

图2a和2b示出本发明的实施例的相似示意图；

图3和4a-4d示出使用双层薄膜的另一实施例，其中在光刻胶曝光过程中顶层的溶解性已经改变，并且示出通过薄膜曝光和除去薄膜的步骤；

图5a-5d示出使用双层薄膜的另一实施例，其中通过先于后曝光烘干的整片曝光来改变顶层的溶解性；

图6a-6d示出使用双层薄膜的另一实施例，其中在后曝光烘干过程中顶层的溶解性已经改变；

图7和8a-8d示出使用单层薄膜的另一实施例，其中通过先于后曝光烘干的整片曝光来改变顶层的溶解性；

图9a-9d示出使用单层薄膜的另一实施例，其中在后曝光烘干过程中顶层的溶解性已经改变；

图9e-9h示出使用单层薄膜的另一实施例，其中顶层的溶解性与显影溶液不同；

图10-12示出根据发明实施例的工艺流程；

图13示出照在没有使用根据本发明的薄膜的光刻胶中的直径为100nm(左)和200nm(右)的聚苯乙烯珠的SEM图像；

图14示出使用偶极照射的纳米颗粒检测的原理；以及

图15示出各自产生偶极照射源的清晰图像的两个颗粒的SEM图像(左)，所述偶极照射源作为两个颗粒形状照在光刻胶中，被放大显示(右)。

在附图中相同的参考标记表示相同或相似的元件。

本发明将参照某些附图针对具体实施例进行说明，但本发明不限于此，而是由权利要求书来限定。所示的附图只是示意性的不是限制性的。在附图中，出于示例性的目的，一些元件的尺寸可能会被放大而不是按比例绘制的。其中在本说明书和权利要求书中使用术语“包括”，其并不排除其他元件或步骤。其中当指单数名词时使用了不定冠词或定冠词，例如“一”、“一个”、“该”，这也包括该名词的复数形式，除非有特别说明。

此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分相同元件，并不是必须用来描述次序或顺序。还应该理解的是，如此使用的术语在适当的情况下可以互换，并且这里所述的本发明的实施例能够以这里所述或所示以外的其他顺序进行操作。

本发明将主要参照改变透明保护层的溶解性进行说明，但不限于此。可以通过任何适当的化学或机械方法，或者比如加热处理步骤来除去透明层。除去透明层的机械方法可以是分裂。化学方法包括湿法或干法蚀刻。可以使用化学和机械方法的结合，例如化学机械抛光。特别优选的方法是由液体部分或全部溶解透明层，该液体可以与用于使光刻胶显影的液体相同。这可以使得工艺更容易，因为不需要额外的除去步骤。可以通过照射和/或通过热处理来改变透明层的特性。在浸入到浸入流体中之后，透明层的溶解性可被改变。如果浸入流体和显影剂比如说都是水基的，这可以是特别有用的。用于改变溶解性特性的射线优选地具有与用于对任何下部的(多个)感光层进行构图的射线不同的波长。例如，后曝光烘干处理、或在不同于用于对(多个)感光层进行构图的光化射线的波长下的整片曝光可以被用来改变溶解性特性。

尽管光刻构图以外的其他应用，例如用于检验或用于其他工艺步骤的照射以及其他类型浸入的例子，包含在本发明的范围内，但是将在浸入式光刻的情况下对本发明的实施例进行说明。例如，本发明可以用于微电子电路的构图或高密度光盘的控制。出于参照的目的，图1a-1d示出显示浸入式光刻中的关键问题之一的效果的工艺，作为在曝光过程中存在于浸入流体中的泡/颗粒对光进行散射的结果，在曝光的光刻胶图案中形成缺陷。浸入介质可以在用于光学系统的射线的波长下具有大于空气/真空的折射率。对于绝大多数的实际目的来说，它是液体，优选为水。

通常用于光刻的光的波长与UVC相似，即在90到280nm的范围内。对于小于波长的10％的颗粒尺寸，几乎不存在散射，即小于1％。因此，在10nm到20nm数量级上的颗粒和泡在许多实际应用和设备中也许是不重要的。对于193nm的波长，据估计对于常规光刻设备中的50nm的泡需要200nm或以上的薄膜厚度来保证95％以上的施特兰尔比。同样，对于100nm的泡，优选1100nm或以上的薄膜厚度，而对于尺寸为200nm的泡，优选3400nm或以上的薄膜厚度。对于更先进的计算球形和其他物体的散射能的方法，其可以用于优化透明层的厚度，参见“Light Scattering by particles：ComputationalMethods”，P.W.Barber and S.C.Hill，World Scientific，1990。

在图1a中，以来自光源(未示出)的光将射线R向下照射到以感光层例如衬底L1上的光刻胶层L2的形式示出的表面上。射线可以是可见光、红外线、紫外线，例如深紫外线(DUV)、光化、或真空紫外线(VUV)射线、或者其他形式的电磁射线。感光层不限于光刻胶层，例如它还可以由诸如感光BCB的材料制成，该材料在显影之后比如在电容器的形成中提供被构图的绝缘层。下面将在本发明应用的例子的情况下参考光刻胶，然而，不论“光刻胶”这个词在那里出现，都可以理解，在本发明的范围内还公开了并包括有任意的感光层。通过透镜或其他投影系统(未示出)将射线聚焦以便在光刻胶上形成两条线状或点状的图案。将衬底浸入在浸入流体L3中，从而比如光这样的射线穿过浸入流体到达光刻胶。图1b示出曝光、除去浸入流体以及光刻胶显影之后的结果。图案保持在光刻胶中，并且衬底可以继续进行进一步的处理步骤(未示出)。图1c和1d示出了浸入流体中的小缺陷例如颗粒或泡P在浸入层和光刻胶层的边界处所带来的影响。该颗粒在曝光期间在光刻胶上产生阴影。图1d所示的显影之后的结果是光刻胶中的缺陷图案DP，其可以导致带有缺陷的最终产品。

针对该问题提出的解决方案是使用透明隔离层L4，被称为“浸入薄膜”或光学隔离物。将“浸入薄膜”设计成确保使存在于浸入流体L3中例如在流体/薄膜界面处的小泡/颗粒P在表面曝光例如感光期间充分地保持“模糊”。大到足以在表面上产生阴影的较大泡或颗粒是非常少的，并且较容易地被诸如过滤或加热的其他手段检测以及除去。图2a和2b示出在用于在衬底上曝光光刻胶膜的工艺的情况下的例子，其显示出在照射过程中存在颗粒P，如图2a所示，在显影之后不再产生有缺陷的图案，参见图2b。

该“浸入薄膜”的一个有用附加特征是除了提供针对光刻胶膜的颗粒保护之外，在曝光之后，但在光刻胶的随后显影期间或之前，该“浸入薄膜”优选为可容易地被除去。该可除去的“浸入薄膜”可以由单层或多层组成，这取决于组成物质的特性和优选工艺流程。然而，薄膜的总厚度应该足以确保沉积在薄膜顶面上的任何颗粒都充分地远离光学系统的焦点，从而不影响投影到光刻胶上的图像质量。例如，对于50nm的泡，在200nm和1000nm之间的比如500nm和1000nm之间的薄膜厚度应该是足够的，这取决于射线的投影设置及其波长。

许多的薄膜设计是可行的。如果将薄膜设计成在浸入流体中是不可溶的而在显影剂中是可溶的，则这种设计是有用的但不是必须的。在193nm和248nm光刻的情况下，浸入流体和显影剂是水基的，这样如果要避免单独的薄膜除去步骤则需要薄膜溶解性的改变，包括交换。在下面的段落中，将说明几个单层和双层薄膜的实施例，以能够实现这种改变。

图3和4a-4d，例1：

本例由于包括显影剂可溶底层L4和感光顶层L5的双层薄膜PE而值得关注，在光刻胶的曝光期间针对所述可溶底层L4和感光顶层L5开始溶解性交换。显影剂可以是水基的。底层L4可以是水溶性的。对于本实施例，碱性材料可以在商业上获得。底层L4可以由用作防反射涂层例如AZ Aquatar，JSR Microelectronics NFC520/NFC640涂层的材料制成。任选地，可以将粘合剂层施加在底层L4和顶层L5之间，例如诸如HMDS或TMSDEA的底料。可以使用现有处理设备进行处理，或者现有设备可以适用于自动操作新步骤。

例1的薄膜组成物：

在图3中示出包括薄膜的结构的示意图。L1是衬底，L2是光刻胶，L3是浸入流体，并且L4和L5组成薄膜PE。薄膜用于将光刻胶与浸入流体隔开。薄膜由两层组成；在光刻胶显影溶剂中可溶(与曝光无关)的底层(起离材料)L4，以及感光顶部保护层L5，在光刻胶的曝光期间针对它们开始溶解性交换，并且在随后的后曝光烘干(PEB)期间完成。可以将可选的粘合剂层施加在起离层(lift-offlayer)L4和感光层L5之间。

例1的工艺流程：

基本的工艺流程如下：

a.旋涂光刻胶层(未示出)和可选的烘干步骤；

b.旋涂底部薄膜层(未示出)和可选的烘干步骤；

c.旋涂顶部薄膜层(未示出)和可选的烘干步骤；

d.利用扫描仪曝光光刻胶(图4a)；

e.后曝光烘干PEB光刻胶(图4b)；

f.显影光刻胶(图4c)。

图4a-4d示意性地表示曝光和显影期间的工艺流程。可以用具有掩模的光刻工具或任何其他曝光工具，例如扫描仪、步进电动机或逐步扫描(step scan)工具，来得到构图的射线R。可以通过诸如旋涂的常规方法或其他方法进行这些层的形成。由于这些形成方法是公知的，所以这里没有必要对它们进行进一步的说明。在晶圆的曝光期间，除了对光刻胶L2中的选择区域进行曝光之外，还对薄膜顶层L5中的区域进行曝光，参见图4a。此外这种将图案投影到光刻胶上并且使其准确聚焦的曝光方法和设备是公知的，这里没有必要对它们进行更详细的说明。如果该顶层是基于化学放大(CA)的光刻胶化学反应，则该顶层L5的溶解特性将基本保持不变，直到在随后的PEB之后为止。作为PEB步骤的结果，顶部薄膜层L5的曝光区域变得在显影剂溶液中是可溶的，如图4b中的可溶区域S所示。因此在晶圆的显影期间，顶部保护层L5的曝光区域S将溶解，从而将可溶底部薄膜层L4和曝光的光刻胶L2暴露在显影剂溶液中，使得使这些层显影并且出现顶部薄膜层的未曝光区域的起离，参见图4c。图4d示出起离后的结果，显示出被构图的光刻胶L2，准备用于任何其他的工艺步骤(未示出)。

该工艺的优点是可以在现有的标准光刻系统中进行光刻胶涂敷和显影之间的所有处理而不用改变该设备。原理上，图4和其他图中的步骤可以与比如其他工艺、产生这些层的其他方法、用于其他目的的其他类型的射线以及其他后处理步骤一起使用。该薄膜仍然可以用于其目的而不必是完全透明的，并且在一些情况下不必将其除去或完全除去。它可以不止包括两层。

图5a-5d，例2：

这与例1的相似点是使用了双层薄膜。不同点是这些层包括显影剂可溶底层L4和感光顶层L5，在处在光刻胶曝光之后而在后曝光烘干(PEB)之前的整片曝光期间针对所述可溶底层L4和感光顶层L5开始溶解性交换。对于该方法，如上所述，碱性材料可以在商业上获得。尽管工艺流程需要在光刻胶曝光之后在一定的波长下对晶圆进行额外的整片曝光，但还是可以使用现有的处理设备进行处理。对于所述的波长：

a)顶部薄膜层是感光的，并且

b)底部薄膜层是不透明的，或光刻胶是不感光的。

例2的薄膜组成物与例1相似：

L1是衬底，L2是光刻胶，L3是浸入流体，并且L4和L5是薄膜，如图3所示。薄膜PE用于将光刻胶L2与浸入流体L3隔开。薄膜PE由两层组成；在光刻胶显影剂中可溶而与曝光无关的起离材料的底层L4以及感光顶部保护层L5，通过顶部薄膜层L5的整片曝光来针对它们开始溶解性交换。通过薄膜底层L4的过滤性质保护下面的光刻胶层L3不受该整片曝光的影响。这意味着由L4吸收用于L5整片曝光的射线到了这样一种程度，其中基本上不改变光刻胶L2，即在显影之后仍然按照所希望的那样对光刻胶L2进行构图。可以将可选的粘合剂层施加在起离层L4和感光层L5之间。

例2的工艺流程：

基本的工艺流程如下：

g.旋涂光刻胶层(未示出)和可选的烘干步骤；

h.旋涂底部薄膜层(未示出)和可选的烘干步骤；

i.旋涂顶部薄膜层(未示出)和可选的烘干步骤；

j.利用扫描仪曝光光刻胶，图5a；

k.通过与在步骤j期间使用的第一波长不同的第二波长对顶部薄膜层进行整片曝光，参见图5b；

l.后曝光烘干PEB光刻胶，图5c；

m.显影光刻胶，图5d。

图5a-5d示意性地表示曝光和显影期间的工艺流程。扫描仪可以是任何曝光工具，例如扫描仪、步进电动机或逐步扫描工具。在晶圆的曝光期间，除了对光刻胶L2中的选择区域进行曝光之外，还可以对薄膜顶层L5中的区域进行曝光，参见图5a。随后在一定波长下的整片曝光确保顶部薄膜层L5可完全溶解在光刻胶显影剂溶液中，如图5b所示，对于所述波长顶部薄膜层是感光的，并且底部薄膜层是不透明的，或光刻胶是不感光的。如果该顶层L5是基于化学放大(CA)的光刻胶化学反应，则该顶层的溶解特性将基本保持不变直到在随后的PEB之后为止。作为PEB步骤的结果，顶部薄膜层L5变得在显影剂溶液中是可溶的，如图5c所示。因此在晶圆的显影期间，整片曝光的顶部保护层L5将溶解从而将可溶底部薄膜层L4和曝光的光刻胶L2暴露在显影剂溶液中，使得这些层显影，导致图5d所示的结构。此外，该工艺的优点是可以利用现有的标准光刻思想进行光刻胶涂敷和显影之间的所有处理。

图6a-6d，例3：

这与例1的相似点又是使用双层薄膜PE。在这种情况下，这些层包括显影剂可溶底层L4和顶层L5，通过后曝光烘干PEB来针对它们开始溶解性交换。对于该方法，如上所述，碱性材料可以在商业上获得。可以使用现有的处理设备进行处理，或者可以改变现有设备以自动操作新步骤。

例3的薄膜组成物：

再次使用图3所示的结构。薄膜PE由两层组成；在光刻胶显影剂溶剂中可溶而与曝光无关的起离材料的底层L4以及顶部保护层L5，通过后曝光烘干来针对它们开始溶解性交换。底部薄膜层L4用于在旋涂工艺期间防止顶部薄膜层L5和光刻胶层L2的潜在混合。应该在一定的温度下出现顶部薄膜层L5的溶解性交换，该温度低于使针对光刻胶层L2的交换发生的温度。可以将可选的粘合剂层施加在起离层L4和顶层L5之间。

例3的工艺流程：

基本的工艺流程如下：

n.旋涂光刻胶层(未示出)和可选的烘干步骤；

o.旋涂底部薄膜层(未示出)和可选的烘干步骤；

p.旋涂顶部薄膜层(未示出)和可选的烘干步骤；

q.利用扫描仪曝光光刻胶，图6a；

r.后曝光烘干PEB光刻胶，图6b，以及随后的整片曝光，图6c；

s.显影光刻胶，图6d。

图6a-6d示意性地表示曝光和显影期间的工艺流程。扫描仪可以是任何曝光工具，例如扫描仪、步进电动机或逐步扫描工具。在随后的后曝光烘干期间，在当曝光光刻胶时曝光的部分交换顶部(保护)薄膜层L5的溶解性。随后进行整片曝光使得顶部薄膜层可完全溶解在光刻胶显影剂溶液中，参见图6c。在晶圆的显影期间，顶部保护层L5将溶解从而将可溶底部薄膜层L4和曝光的光刻胶L2暴露在显影剂溶液中，使得这些层显影，导致图6d所示的结果。与前例一样，优点是可以利用现有的标准光刻思想进行光刻胶涂敷和显影之间的所有处理步骤，而只进行细小的修改，即增加整片曝光单元。

图7、8a-8d，例4：

在这种情况下，使用单层薄膜。该薄膜PE由感光材料组成，在处于光刻胶曝光之后而在后曝光烘干PEB之前的整片曝光期间针对其开始溶解性交换。对于该方法，如上所述，碱性材料可以在商业上获得。尽管工艺流程需要在光刻胶曝光之后在一定的波长下对晶圆进行额外的整片曝光，但还是可以使用现有的处理设备进行处理，对于所述波长该薄膜层PE是感光的并且光刻胶L2是不感光的。可以改变现有设备以自动操作新步骤。

例4的薄膜组成物：

如图7所示，L1是衬底，L2是光刻胶，L3是浸入流体，并且L4是薄膜PE。薄膜PE由单层L4组成，通过在扫描仪中对光刻胶进行曝光之后进行薄膜层的整片曝光来针对其开始溶解性交换。扫描仪可以是任何曝光工具，例如扫描仪、步进电动机或逐步扫描工具。下面的光刻胶层对于发生整片曝光的波长是不感光的。

例4的工艺流程：

基本的工艺流程如下：

t.旋涂光刻胶层(未示出)和可选的烘干步骤；

u.旋涂薄膜层(未示出)和可选的烘干步骤；

v.利用扫描仪曝光光刻胶，图8a；

w.使用具有与在步骤v中使用的射线波长不同的第二波长的射线对薄膜层进行整片曝光，图8b；

x.后曝光烘干PEB光刻胶(图8c)；

y.显影光刻胶(图8d)。

图8a-8d示意性地表示曝光和显影期间的工艺流程。扫描仪可以是任何曝光工具，例如扫描仪、步进电动机或逐步扫描工具。在晶圆的曝光期间，除了对光刻胶L2中的选择区域进行曝光之外，还可以对薄膜层L4中的区域进行曝光，如图8a所示。随后在一定波长下的整片曝光确保薄膜层可完全溶解在光刻胶显影剂溶液中，对于所述波长该顶部薄膜层是感光的，并且光刻胶是不感光的。如果该顶层是基于化学放大(CA)的光刻胶化学反应，则该顶层的溶解特性将基本保持不变直到在随后的PEB之后为止。作为PEB步骤的结果，薄膜层L4变得在显影剂溶液中是可溶的，参见图8c。因此在晶圆的显影期间，整片曝光的保护层L4将溶解从而将曝光的光刻胶暴露在显影剂溶液中，使得该层显影，其结果显示在图8d中。此外，优点是尽管工艺流程需要对晶圆进行额外的整片曝光，但还是可以使用现有的处理设备进行处理。可以改变现有设备以自动操作新步骤。

图9a-9d，例5：

薄膜PE由在后曝光烘干PEB期间针对其开始溶解性交换的材料组成。对于该方法，如上所述，碱性材料可以在商业上获得。可以使用现有的处理设备进行处理。

例5的薄膜组成物：

如图7所示，薄膜由单层组成，通过在扫描仪中对光刻胶进行曝光之后进行薄膜层的整片曝光烘干来针对其开始溶解性交换。扫描仪可以是任何曝光工具，例如扫描仪、步进电动机或逐步扫描工具。应该在一定的温度下出现薄膜层L4的溶解性交换，该温度低于使针对光刻胶层L2的交换发生的温度。

例5的工艺流程：

基本的工艺流程如下：

z.旋涂光刻胶层(未示出)和可选的烘干步骤；

aa.旋涂薄膜层(未示出)和可选的烘干步骤；

bb.利用扫描仪曝光光刻胶(图9a)；

cc.后曝光烘干PEB光刻胶(图9b)；

dd.显影光刻胶(图9c)。

图9a-9d示意性地表示曝光和显影期间的工艺流程。扫描仪可以是任何曝光工具，例如扫描仪、步进电动机或逐步扫描工具。

在晶圆的曝光期间，仅仅局部地改变光刻胶层L2，如图9b中的可溶区域S所示。在随后的后曝光烘干期间，交换薄膜层的溶解性，使得薄膜层PE可完全溶解在光刻胶显影剂溶液中，如图9c中的区域S所示。在显影期间，薄膜层PE将溶解从而将光刻胶L2暴露在显影剂溶液中，使得该层显影，导致图9d的结构。与前例一样，优点是可以利用现有的标准光刻思想进行光刻胶涂敷和显影之间的所有处理，而只进行细小的修改，即增加整片曝光单元。可以改变现有设备以自动操作新步骤。

例6：

根据本发明的另一实施例，提供一种另外的单层薄膜层PE和方法。薄膜包括被设计成在初始浸入液体和显影剂溶液中展现出不同释放特性的材料。例如，薄膜在水中是不可溶的，但在诸如标准显影剂的含碱或碱性溶液中是可溶的。可以调整显影剂溶液以具有9或以上的pH范围，例如13-14。这种材料可以从JSR和TOK获得，用作248和193nm的顶部ARC。或者，可以使初始液体为碱性，并且显影剂溶液是水或者pH大约为7或以下的水溶液。在这两种情况下，将薄膜设计成在显影剂溶液是可除去的或可释放的，而在初始浸入液体中是不可除去的或不可释放的。

本发明的实施例是提供涂层厚度高达500nm或以上的工艺。可以使用现有处理设备进行处理。该薄膜的示意图显示在图7中，然而在本实施例中不需要两个波长-一个波长足够了。

基本的工艺流程如下：

旋涂光刻胶层(未示出)和可选的烘干步骤；

旋涂薄膜层(未示出)和可选的烘干步骤；

在扫描仪中曝光光刻胶，图9e类似于图9a；

在已经曝光光刻胶之后，后曝光烘干PEB光刻胶。这局部地改变光刻胶L2中的溶解性，参见图9f中的区域S；

显影薄膜和光刻胶层，图9g。

图9h示意性地表示曝光和显影期间的工艺流程。在晶圆的曝光期间，仅仅曝光光刻胶层(图9e和f)。

在晶圆的显影期间，薄膜层将在显影剂溶液中溶解或被释放，由此将光刻胶暴露在显影剂溶液中，使得该层显影(图9g)。最终的结果显示在图9h中。

用于薄膜的适当材料，其中的每一个都是本发明的实施例，可以是：

a)聚乙烯醇，其在水中是可溶的，但在碱性溶液中是不可溶的。在这种情况下，显影剂溶液应该是水或非碱性水溶液。

b)聚乙烯酚，其在碱性溶液中是可溶的，但在水或非碱性水溶液中是不可溶的。

c)聚甲基丙烯酸，其在碱性溶液中是可溶的，但在水或非碱性水溶液中是不可溶的。

在实施例b)和c)中，显影剂可以是碱性溶液，而初始浸入液体可以是水或非碱性水溶液。

适当的显影剂可以基于四甲基氢氧化铵(TMAH)。适当的溶液将含有2到3％的四甲基氢氧化铵(CAS No.75-59-2)和97-98％的水(CASNo.7732-18-5)。pH范围一般在范围13-14内。

图10-12，工艺概述

图10示出根据实施例的工艺概述。在步骤10中，将透明层施加到表面上。在步骤12，射线投射穿过透明层被聚焦到表面上。在步骤14，除去透明层。可以将这组步骤应用到各种应用中。图11示出根据另一实施例的工艺概述。在步骤16，透过光刻胶上的透明层将图案投影到光刻胶层上。在步骤18，改变透明层的溶解性。在步骤20，使光刻胶显影，并且通过溶解除去透明层。在图12中，在步骤22浸入具有保护层的表面。在步骤24，通过光或其他射线改变保护层的溶解性。在步骤26，溶解保护层。再次可以将这些组的步骤应用到各种应用中。

如上所述，进行照射以对浸入在流体L3中的诸如光刻胶L2的感

光层进行构图的方法包括：如果可除去透明层L4和L5存在则对其

进行施加，透过浸入流体和透明层将射线投射到感光层上，使得当被

投射在表面上时流体中的缺陷是模糊的，并且随后除去透明层。透明层可以有助于使得这种缺陷在表面上远离射线的焦点，并且因此减少或消除阴影。因此照射可以更彻底，并且减少缺陷。对于浸入流体中例如在流体/表面界面处的具有小泡形式的缺陷来说它会特别有效。照射可以用于任何目的，包括检验、处理、构图等。可以通过任何适当的方法，例如化学、机械或热处理来进行透明层的除去，并且可以与使诸如光刻胶层的下部感光层显影的步骤结合。可以设计出旨在处于权利要求书的范围内的其他变化。

本发明的另一方案涉及在浸入光刻中检测纳米颗粒，即尺寸小于1微米的颗粒。它提供一种新颖的技术以通过将缺陷直接照在光刻胶中，由上述的薄膜对其放大，从而来容易地检测存在于浸入光刻中的缺陷。该技术导致对缺陷程度的迅速反馈以使系统性能具有高分辨率的能力。

已知的是缺陷(defectivity)工具的分辨率能力必须遵循与在光刻中使用的曝光工具相同的改进。因此浸入光刻的使用对缺陷检测形成挑战，不仅是因为分辨率的要求提高了，而且是因为引入了一些新的浸入特定缺陷。由于浸入光刻现在确定出现在半导体的制造方法中，所以除了将缺陷计量引入到浸入光刻领域中别无选择。

在这些问题当中，在浸入液体中可能(eventual)出现泡或颗粒是特别重要的。最成问题的泡和/或颗粒是接近焦点的那些泡和/或颗粒。如果不使用浸入薄膜，则泡或颗粒将直接处于光刻胶的顶部，并且被形成为缺陷，这可以从图13的以下SEM照片中看出。使用沉积在薄TARC顶部上的聚苯乙烯珠获得这些照片，但是执行了一些内部模拟并且支持这样的想法：即聚苯乙烯珠是对具有可照出形式的气泡的精确模拟。

据估计几十纳米的颗粒或泡足以在光刻胶图案中产生缺陷，并且挑战就是找到检测出这种小缺陷的方法。必须使用光学方法，但借助于SEM的检测不是一个具有吸引力的选择，因为它可能引起污染并且因为它相对较慢。根据本发明的方法使用薄膜减小任何泡或颗粒的影响。为了全工艺控制，仍然需要量化存在于薄膜和浸入液体的界面处的泡和/或颗粒的尺寸和密度。

用于检测缺陷的最简单的技术是基于在未构图晶圆上散射光的测量。它是相对较快的方法，并且分辨率能力相对较高，达到80nm。它通常用于监测离线的单一工艺步骤的影响。然而，该方法在浸入光刻中的泡的情况下是不能胜任的，因为泡是暂时的并且只在曝光期间发生，而且不能使用离线工具中的散射光来进行检测。唯一的现有解决方案是研究已构图晶圆上的缺陷。存在几种工具能够利用所获图像的管芯与管芯的比较来进行此项工作，但是它们都具有相同的缺点。最重要的是这些技术相对较慢，但存在其他的问题，如不能检测出划线板错误的实质问题，以及一些更实际的问题，例如用去大量时间而使配方(recipe)不感光的边缘管芯。已构图晶圆缺陷测量的分辨率也没有未构图晶圆上的缺陷测量分辨率高，因为现在最小像素尺寸是0.16μm。

捕获缺陷只是缺陷控制的第一部分。另一个关键步骤是能够迅速识别缺陷源，从而可以以最小的产量影响来有效地解决工艺或设备中的问题。当通过利用未构图晶圆只研究单一工艺步骤的影响时很容易发现缺陷源，但是当利用管芯与管芯的比较时它将遇到更大的挑战。

根据本发明的该方案，通过使用上述薄膜在曝光期间直接形成浸入缺陷，而提供一种对于描绘浸入光刻中的泡和颗粒这一问题的简单的技术方案，其中所述缺陷在光刻胶中留下具体的特征。如下所述，可以在使光刻胶显影之后检测出该特征。

在图14中示意性地示出原理。其包括将大约1.5μm厚的透明薄膜PE淀积在光刻胶层L2的上面，并且使该叠层聚焦成像在薄膜的顶部上，即薄膜PE和浸入液体的界面处，而不是如通常那样将其聚焦在光刻胶层L2中。优选地，使用高相干光源的开放式(open frame)曝光，对应于较低的σ。如果颗粒P存在，它将产生放大的阴影，具有对于缺陷和照射系统来说是典型的形状。在所使用的照射是偶极的情况下，与图14中的情况一样，则最终的缺陷形状将成双，但是如果使用环形照射，则将在光刻胶层中把缺陷形成环状。在显影之后，该形状将在物理上被形成在光刻胶中，于是仅仅剩余的光刻胶应该处在缺陷的位置上，如图15所示。

实际上，很容易从背景噪声中提取缺陷并且其放大倍率是相当大的，因为来自直径为200nm的小珠所形成的阴影包括相隔1微米以上的两个直径各自为700nm以上的点。这是该方法令人感兴趣的地方，因为通过光学显微镜显示非常具体的特征而使这些颗粒变得是可检测的。这允许在整个晶圆表面上进行非常快的检测，并且将放大倍率直接转换成分辨率的提高。因此，在根据本发明的该方案的方法中，放大薄膜和浸入液体的界面处的缺陷，并且将其形成在光刻胶层中。形成的缺陷具有特殊的形状，这取决于所使用的照射。使用相对简单的高产量遮蔽(high through put screening)方法，放大和形状使得可以容易地检测颗粒。

如前所述，对于缺陷检测来说重要的是能够找出缺陷的起因，从而知道其尺寸和形状。第一选择对于该方法是固有的，因为只形成光刻胶顶部上的缺陷，来自光刻胶本身的缺陷是模糊的。而且，两个形成在光刻胶中的成双图案之间的距离直接与缺陷和光刻胶之间的距离有关，从而将薄膜顶部上的颗粒形成为在两个形状之间具有特定的距离，这与原有缺陷的尺寸和形状无关。考虑缺陷的尺寸，即使存在放大也能够容易地将其找回，因为如果曝光条件固定则光刻胶图案的尺寸与原有缺陷的尺寸成比例。此外，根据该尺寸改变曝光能量将影响可形成性，从而如果施加能量曲流则对于不同的能量将出现不同的缺陷尺寸，使得将沿着能量曲流实现缺陷尺寸的分级。

该方法的另一个实际优点是可以确定位置并且立即可视化。光刻胶图案的形状和尺寸直接与原有缺陷之一的形状有关(与照射形状有关)，从而可以进行分类以确定缺陷的起因。

该方法最直接的应用是系统和/或工艺的鉴定，不久将需要用于鉴定新的浸入光刻工具的泡检测的例子是需要这种技术的证明。该方法不能检测由来自先前步骤的构形所引入的泡，因为厚薄膜使该构形光滑，因此只有与系统有关的缺陷，例如由于诸如排气导致的水流、喷头设计、水质有关，使得系统鉴定情况可见。

在薄膜用于浸入光刻的情况下-注意它可以用于如前几段所述的检测-人们可以想到曝光一个管芯，不聚焦在光刻胶中而是聚焦在薄膜的顶部上，并且该管芯可以用于对应于该曝光的在线检测缺陷程度。

总之，本发明的该方案提供一种在浸入光刻工具中检测颗粒的方法，其具有以下优点：

分辨率由于薄膜的放大而增加。分辨率取决于薄膜的厚度、光学系统的NA以及用于检测已显影光刻胶的光学显微镜的分辨率。

可以找到缺陷的起因：将焦点设在薄膜的顶部，这样将只照出该区域中的颗粒。此外，间距是固定的并且对于光刻胶和颗粒之间的距离是有特定关系的。

可以容易地识别形成在光刻胶中的缺陷的图案：间距是固定的，但是图案与颗粒形状有关。在图13和14的例子中，每个点的尺寸和形状与该例中的200nm的聚苯乙烯珠的尺寸和形状有关。

该方法相对较快：使用光学显微镜使得该技术非常快，并且使得可以检测整个晶圆。然而，该方法不限于使用光学显微镜。也可以使用其他检测装置。

Claims (13)

1、一种照射包括感光层(L2)并浸入在浸入流体(L3)中的表面(L1，L2)的方法，该方法包括：

将可除去保护性透明层(L4、L5)施加到所述表面，

通过透过所述浸入流体(L3)以及透过所述透明层(L4、L5)将电磁射线(R)投射到所述表面上，而将图案投射到所述感光层(L2)，并且

随后除去所述透明层(L4、L5)；

其中，除去所述透明层(L4、L5)的步骤与使所述感光层(L2)显影的步骤结合。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述感光层(L2)是光刻胶层，并且所述投射包括投射图案以在所述光刻胶层上构图。

3、根据权利要求2所述的方法，还包括在另外的光刻步骤中使用形成有图案的光刻胶层作为掩模的步骤。

4、根据权利要求1所述的方法，其中所述可除去保护性透明层(L4，L5)的厚度使得当所述电磁射线(R)被投射到所述表面上时所述浸入流体(L3)中的缺陷是聚焦不准的。

5、根据权利要求1所述的方法，通过利用溶解液体进行溶解来除去所述透明层(L4，L5)。

6、根据权利要求5所述的方法，其中所述溶解液体用于使所述感光层(L2)显影。

7、根据权利要求1所述的方法，包括在浸入在所述浸入流体之后改变所述透明层(L4，L5)的溶解性的步骤。

8、根据权利要求7所述的方法，通过后曝光烘干工艺来进行所述改变。

9、根据权利要求7所述的方法，通过在与所述射线(R)波长不同的波长下的整片曝光来进行所述改变。

10、根据权利要求7所述的方法，所述透明层(L4，L5)包括上层和下层，所述上层具有可变的溶解性。

11、根据权利要求10所述的方法，所述下层具有滤波器功能以保护所述光刻胶层不受所述改变步骤的影响。

12、根据权利要求1所述的方法，其中将所述电磁射线(R)聚焦在所述可除去保护性透明层(L4、L5)和所述浸入流体(L3)之间的界面上。

13、根据权利要求12所述的方法，其中所述电磁射线(R)包括偶极照射。

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