光刻的制作方法

专利名称：：光刻的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种光刻方法。本发明还涉及一种适合用于该方法的光致抗蚀剂。
背景技术：
：光刻用于半导体器件的制造中。采用光刻，通过首先将已被涂敷在基板之上的光致抗蚀剂层暴露于穿过掩膜(或步进重复投影系统中的投影掩膜(reticle))的光化辐射下以在光致抗蚀剂层内形成相关图案的潜像，从而在光致抗蚀剂层中复制出掩膜中的图案。术语"光化"涉及用于产生光化学改性(photochemicalmodification)的辐射能的性质。随后，该潜像被定影来成为在暴露的光致抗蚀剂层中的(永久记录的)图像。通常，这通过称为曝光后烘烤(PEB)的加热步骤来实现。定影后，将该图像显影以生成该图像图案的凸版层。在该显影步骤中，将已在光刻工艺的预显影部分期间被改性到超过显影临界值的程度的光致抗蚀剂层去除。凸版图案可用作进一步的半导体工艺步骤(如掺杂或蚀刻)中的掩膜。在光刻中，曝光分辨率是个重要参数。相移掩膜(PSM)在没有增加掩膜设计和制造的复杂性的情况下提供了提高的曝光分辨率。在半导体制造中通常使用所谓的衰减性PSM(attPSM)来复制接触孔或通孔。PSM的提高的分辨率源于它的透明度不同的区域，这产生了发射光中的导致衍射的相位差。衍射现象造成图案主特征复制时的更强对比度。然而，也正是这种衍射现象在attPSM中的除开复制图案主特征所必需的位置之外的位置上产生了不期望的光强。这些不期望的光强被称为旁瓣，它们以不期望的旁瓣特征弄花了最终的凸版掩膜图案。在US6，465，160Bl中公开了一种减轻光刻工艺中旁瓣的产生的方法。在该方法中，调节了光刻工艺的参数以增加光致抗蚀剂图案的对比度。这些参数尤其包括曝光前执行的软烘的时间和温度以及/或者曝光后烘烤(PEB)的时间和温度。然而，当使用PSM或attPSM来复制密集的接触孔阵列时，由主特征产生的、成为邻近接触孔的旁瓣会重叠。结果，旁瓣问题恶化到US6,465,160Bl所公开的方法不足以避免该问题的程度。
发明内容本发明的一个目的是提供一种带来改进的工艺窗口(processwindow)的光刻技术。在本发明的一个方面中，通过一种权利要求1记载的光刻方法来实现该目的，该方法特征在于包括在执行定影之前对暴露的光致抗蚀剂层进行预处理以去除潜像的预定部分的步骤。本发明基于如下考虑当在光致抗蚀剂层内复制掩膜图案期间，通过在曝光后和定影前执行预处理工艺，可以在预处理步骤中对还没有永久记录在该光致抗蚀剂层内的潜像进行操作和更改。因此，预处理具有这样的效果将一部分曝光效果减轻和/或去除、和/或消除和/或抵消到在凸版层中不会再现潜像的不期望(预定)部分(如旁瓣)的程度。在本文中，重要的是意识到潜像由曝光带来的光致抗蚀剂改性的浓度分布所组成，所述浓度分布沿着跨越包含该光致抗蚀剂层的基板表面的方向而遍布光致抗蚀剂层。该改性可以是物理性质的也可以是化学性质的，从而可以在进一步的处理步骤中使用它来在显影之后得到具有与改性分布一致的图案的凸版图像。如果在光致抗蚀剂层一个区域中的改性浓度比代表显影临界值的浓度高，那么该区域内的相应图案特征在显影过程中将会再现。通常，以光致抗蚀剂层相邻区域中改性浓度之间相对较大的差值来表示主图案特征，而以相对较小的差值(至少比代表主特征的差值要低)来表示不期望的特征。因此，优点是，从预处理不必专门对代表潜像不期望部分的那些改性区域进行操作的这一意义来讲，预处理并不需要是特殊的。允许预处理对潜像中代表主特征的部分的影响达到不期望的改性被减少到或抵消到低于显影临界值的水平的程度，而在最终凸版图案中令人满意地复制潜像的主特征改性。因此，预处理无需昂贵和复杂的掩膜处理。短语"在执行定影前"意思是预处理期间定影不能进行到实质的程度。虽然优选的是在预处理期间完全防止定影以给出工艺窗口的最佳改进，但是在一定程度的定影不能避免的情况下，仅允许定影到在预处理后不期望的潜像部分不会显影的程度。本领域所属技术人员会明白需要将本发明的参数进行一定程度的优化来获得最佳效果。本发明的优点在于改进了工艺窗口，并且可以减少(甚至在一些实施例中去除或避免了)旁瓣特征和其它不期望的特征。另外，可采用较高透明度的PSM掩膜来提高分辨率。可以减少或避免昂贵的技术方案，比如对掩膜的光学邻近校正。可以使用现有光致抗蚀剂配方来获得改进的结果，而无需改变半导体制造过程中的工艺流程或装置。在一个实施例中，定影包括将光致抗蚀剂层在等于或高于临界温度的第一温度保持预定的第一时段，以及预处理包括将光致抗蚀剂层在低于临界温度的第二温度保持预定的第二时段。在本实施例中，通过在第一时段中使光致抗蚀剂层经受高于或等于一定临界温度的第一温度来将潜像定影。因此优越的是在低于该临界温度的第二温度执行预处理以避免有效定影。第一温度通常由光致抗蚀剂商规定并至少高于临界温度。通过如本实施例所述的预处理，减缓、防止或减少了定影，而适当地加速和/或促进了其它可以将不期望的潜像部分减少或抵消到显影临界值以下的物理或化学过程。临界温度可以代表这样一个定义的温度或温度范围在该温度之下或在该温度范围内定影进行得非常缓慢，从而在预处理的至少一部分中，仅在低于显影临界值以下的程度上发生潜像不期望部分的定影。一般地说，用于引起物理或化学改性的工艺由活化温度控制。通过反应动力学理论，活化温度转化成时间窗，在该时间窗内可以根据温度范围来执行预处理而不会实质定影。临界温度通常可由光致抗蚀剂商来规定。可根据需要选择温度分布曲线。可以针对用来加热或冷却的硬件来调节分布曲线。因此可以使用两个加热装置来进行单个温度预处理以及单个温度定影。另一种方案是，可以采用单个硬件装置来实现在第一时段温度上升以与定影温度相接的分布曲线，从而简化工艺装置的结构。在一个实施例中的方法，其中潜像被形成为光致抗蚀剂的改性的图案，所述改性具有用来在显影期间可选地去除一部分光致抗蚀剂层的效果，所述光致抗蚀剂包含猝灭剂(quencher)，所述方法的特征在于，在预处理期间，猝灭剂扩散到整个光致抗蚀剂层，并在一个至少部分抵消或消除所述效果的工艺中被至少部分地消耗掉。在该实施例中，改性效果例如可以是光致抗蚀剂层材料的可溶性或挥发性的改变。优点是光致抗蚀剂包含猝灭剂，该猝灭剂在预处理工艺期间能至少部分地抵消或消除所述效果，并在该工艺中被消耗。这里，被消耗表示不以它原始的形式存在。该消耗导致生成了亦即改性分布的猝灭剂分布，从而沿着该层沿基板表面扩展的范围生成了猝灭剂的浓度梯度。根据曝光剂量，一些如暴露区域之类的区域将具有净改性浓度(主图案特征)，而在如处于暴露区域之间或附近的未暴露区域部分之类的其它区域中，得到净猝灭剂的量。预处理步骤优选地促使猝灭剂逆着该浓度梯度扩散以将猝灭剂置于净改性浓度的区域中，并且协助减小或消除净改性浓度的效果。从而，在该实施例中起初没有使用的猝灭剂被预处理激发来参与消除或抵消工艺。由于不期望的潜像部分中的改性水平低于在期望的潜像部分中的改性水平，因此调整预处理，以使得仅将不期望的潜像部分减少或抵消到低于显影临界水平。在该实施例中，在预处理期间猝灭剂的扩散带来了优点。本方法适用于商业用途的光致抗蚀剂和/或传统的光致抗蚀剂，而不必对它们进行任何改变。如果该扩散是用于抵消和/或消除的工艺的速率限制步骤，那么该猝灭剂的高扩散速率对于减少预处理工艺的持续时间是有利的。猝灭剂可以是能够在预处理期间实现上述功能的任何物质。可以只有一种猝灭剂，但也可以存在多种猝灭剂。后一种情况的优点是不同的猝灭剂可具有不同的性质以优化预处理期间的猝灭功能。在一个实施例中，光致抗蚀剂包括用于以催化剂(在定影期间对光致抗蚀剂内的不可逆转化进行催化)形式生成改性的感光化合物，并且在预处理期间，猝灭剂至少部分地抑制催化剂。在曝光期间感光化合物生成催化剂，催化剂用于对在定影期间将潜像转化成光致抗蚀剂层内的图像的工艺进行催化。有利的是，在预处理期间，猝灭剂仅需要去掉催化剂至少一部分的量的定影功能以便抵消或至少部分消除改性效果。与前面的实施例类似，优选的是在消除改性效果的工艺期间至少部分地消耗猝灭剂并且猝灭剂可以扩散到整个光致抗蚀剂层。优选地，猝灭剂的扩散速率高于催化剂的扩散速率，因为这避免了预处理期间潜像模糊和/或分辨率损失。在一个实施例中，催化剂是酸性物质而猝灭剂是碱。许多商业上可用的光致抗蚀剂包含光酸产生剂形式的感光化合物，该感光化合物一旦被曝光将产生酸性催化剂从而引起光致抗蚀剂的改性。催化剂对用于在定影期间转化潜像的一个或多个化学反应进行通常不可逆的催化。这种情况下，猝灭剂可以是能够与酸反应来将其中和的合适的碱。可以存在具有多重化学功能或性质的多种猝灭剂。在一个实施例中，潜像由光致抗蚀剂的改性的图案构成，其中改性具有在显影期间用来可选地去除一部分光致抗蚀剂层的效果，并且光致抗蚀剂包含猝灭剂前体(precursor)，该猝灭剂前体在预处理期间提供用于至少部分抵消或消除所述效果的猝灭剂。在本实施例中，猝灭剂不是以它自身那样提供在光致抗蚀剂内。而是以潜在的形式存在于光致抗蚀剂内。这样的优点是在预处理期间可以以期望的浓度原位生成猝灭剂。从而改进了选取预处理工艺参数的自由度。猝灭剂前体优选地设计成比如对可以导致释放猝灭剂的热、辐8射或声音之类的预定激励进行响应，而不会实质地激励在曝光期间使用的感光化合物生成潜像。优选地，在预处理期间使用的激励还可以与在定影期间使用的激励不同，以使预处理实现的效果与定影实现的效果有效地解耦。只要产生了足够的光致抗蚀剂改性的净浓度来形成潜像，那么不必在曝光期间不释放猝灭剂。在预处理期间，可以在选择的光致抗蚀剂层区域中释放猝灭剂。然而，在一个变型中，预处理使得猝灭剂释放到整个光致抗蚀剂层。这提供了简单的无掩膜预处理工艺。另外，可以使在非曝光区域中的过量猝灭剂如前所述地扩散并协助减少对不期望特征的显影。然而猝灭剂的扩散不是必须的，因为猝灭剂能够或有利地在预处理期间在需要的区域中生成来执行它的功能。从而在预处理期间的温度上升可以省略，并且防止了例如在光致抗蚀剂是化学放大光致抗蚀剂情况下伴随的不期望的催化剂扩散，从而提高了最终复制的图像的分辨率。在一个实施例中，猝灭剂前体是一种感光化合物，并且预处理包括以使得猝灭剂前体提供猝灭剂的光化辐射进行预处理曝光。例如当定影通过热交换(比如曝光后烘烤)发生时，使用预处理曝光来释放猝灭剂提供了有效消除预处理效果与定影效果之间的影响的优点。另外，尽管不必总是由于如在前面实施例中描述的原因，不过还是可以有效消除曝光效果与预处理曝光效果之间的影响。通过将感光化合物和猝灭剂前体设计成由不同的光化辐射来激发它们，可以保证这一点。优选的是以比曝光的辐射强度小和/或波长更长的辐射来进行预处理曝光。如在MicroelectronicEngineering35(1997)169-174中所公开，已知一种使用两步曝光后烘烤来提高化学放大光致抗蚀剂(来自ShipleyCompany的UVIIHSTM)的光刻性能的光刻方法。采用该工艺，低温的曝光后烘烤允许在使扩散到光致抗蚀剂未曝光部分的酸最少的情况下完成去保护反应；并且高温的曝光后烘烤使得可以平均驻波。虽然低温的曝光后烘烤步骤可以看成预处理，但不是根据本发明的预处理，因为现有技术文献的去保护反应对应于本发明的定影反应。因此现有技术文献的目的是完全不同的，即尽管在现有技术的方法中必须在低温的曝光后烘烤步骤期间完成定影，但根据本发明，对预处理应用了相反的情况。在本发明一个方面中，光致抗蚀剂包括在通过光化辐射曝光时释放光化产物的感光化合物，该光化产物导致光致抗蚀剂的改性，并且光致抗蚀剂包括能够在至少部分地消耗猝灭剂的工艺中至少部分地抵消或去除修改的猝灭剂，猝灭剂能够以比光化产物高的速率扩散到整个光致抗蚀剂层。在本实施例中描述的光致抗蚀剂在根据本发明的方法中使用时能改进工艺窗口。在预处理期间，剩余猝灭剂相对于曝光后生成的光化产物(其形成了光致抗蚀剂层中的潜像的图案)的较快的扩散速率能高效地分布猝灭剂和抑制光化产物的影响，而光化产物由于其扩散速率慢没有实质的扩散。从而，根据本发明的光致抗蚀剂当用于如本发明所述的光刻工艺中时能提高分辨率。在本发明的一个方面中，光致抗蚀剂包括在通过光化辐射曝光时释放光化产物的感光化合物，该光化产物导致光致抗蚀剂的改性，并且光致抗蚀剂包括在物理激励下释放猝灭剂以至少部分地抵消或消除所述改性的猝灭剂前体。在根据本发明的方法中使用如本实施例所述的光致抗蚀剂允许在预处理期间原位生成猝灭剂，从而有利地提供了过多光致抗蚀剂的实质扩散。前面两个实施例的光致抗蚀剂在用于如本发明所述的光刻工艺中时能提高分辨率。参考附图，将更加清楚地公开本发明的这些和其它方面。图1表示根据本发明的实施例的光致抗蚀剂工艺的流程图。图2、3和4每个示意地表示在根据图1的工艺期间光致抗蚀剂层内的潜像的多个阶段。图5示出用于商业可用的化学放大光致抗蚀剂的根据现有技术的光致抗蚀剂处理方法与本发明的光致抗蚀剂处理方法之间的差异。图6A和图6B示出分别通过标准条件和根据本发明的条件得到的在化学放大光致抗蚀剂中的接触孔的曝光容许度电子扫描显微图片。具体实施例方式光刻是众所周知的在半导体器件制造期间使用的技术。在例如S.Wolf和R.N.Tauber所著、LatticePress出版的SiliconprocessingfortheVLSIEraVolume1ProcessTechnology,2000年第二版的第12和13章中提供了概述，以下称其为参考文献1。图1示出了根据本发明的光致抗蚀剂工艺的总流程图。本发明与现有技术的工艺相区别的本质部分是预处理(130)。它包括在曝光(120)和定影(140)之间执行的额外的光致抗蚀剂处理。在传统光致抗蚀剂处理方法中，如参考文献1中所述，定影包括曝光后烘烤(PEB)。为了说明本发明的原理，下面将讨论光致抗蚀剂处理方法的多个步骤。认为与本发明不特别相关的那些步骤将仅仅简要地说明，并且其中一些没有在图1中示出。本领域所属技术人员将知道怎样执行在如参考文献1的现有技术中所描述的这些步骤。该工艺依靠一种多成分材料的光致抗蚀剂，其包括溶剂，基质材料(也称为树脂)，至少一种活性材料如辐射敏感的或感光化合物(PAC)，以及其它添加材料。溶剂允许光致抗蚀剂材料的处理或沉积从而可以制备光致抗蚀剂层。基质材料在含量上是主要的光致抗蚀剂成分，并用作确定光致抗蚀剂层在处理期间和最终状态下的机械性质的粘合剂。感光化合物是对光化辐射的曝光产生反应而进行化学反应的成分。当前大量的感光化合物可获得及被使用。它们可以是单独的添加齐y，也可以是树脂的一部分，可以是小分子、低聚物或聚合物。在一种特殊的光致抗蚀剂中，感光化合物在曝光时释放催化剂，对定影期间光致抗蚀剂层内的化学变化进行催化。这种光致抗蚀剂被称为化学放大的(CA)，因为引起大量化学反应仅需要小辐射量(每催化剂分子大约引起500到1000个化学反应)。因此催化剂通常能够扩散到整个光致抗蚀剂层。其它添加剂可以用于多种功能。一个重要的可选添加剂是所谓的猝灭剂。在其它功能中它提供了化学放大光致抗蚀剂的缓冲功能，其中猝灭剂添加剂抵消、减小或抑制曝光时感光化合物引起的光化学变化的影响。首先，它增加了曝光时的对比度。在该方法的第一步骤ioo中，在使用适当的沉积工艺将光致抗蚀剂层涂敷到基板的表面上之前提供了基板并对该基板进行清洁。基板的性质对于本发明不是本质的，所属领域的技术人员可以根据他们的需要选择任何基板。基板可以包括如包括可能的半导体器件的硅晶圆之类的半导体基板，或者是玻璃、石英或蓝宝石等等。通常通过旋涂或印制来提供光致抗蚀剂层的沉积。然而，所属领域的技术人员可以想到其它合适的方法。涂敷光致抗蚀剂层的技术也不是本发明的本质技术。通常，在光致抗蚀剂层的涂敷之后，光致抗蚀剂层将经过称为"软烘"、"前烘"或"涂敷后烘烤"110的加热步骤。该步骤降低了所涂敷的光致抗蚀剂层内的溶剂浓度以将该层转化为良好地粘附于底层的固体形式。需要小心地优化软烘，但通常在可接受的时段中以达到上述目标的温度来进行。重要的是，执行软烘，以使对后续步骤引入的干扰最小。在这个方面，温度控制对于例如化学放大光致抗蚀剂非常重要。在另一步骤120，通过掩膜(或步进重复光刻系统中的投影掩膜)，将光致抗蚀剂层暴露在光化辐射下以在光致抗蚀剂层内形成代表掩膜内所含图案的潜像。原则上不指定光化辐射，并可以根据需要对其进行选择。在传统光刻中通常使用可见光、紫外光或深紫外光光谱区域的辐射。掩膜包括根据图案对光化辐射有不同透明度的区域。这导致光致抗蚀剂层的不同区域接收到不同的辐射量，即以与清晰图案相关的强度分布曲线来对光致抗蚀剂曝光。感光化合物的反应使得在光致抗蚀剂层内生成了与曝光强度相关的曝光改性分布。这里，术语"改性分布"代表在该层覆盖的表面的范围内整个光致抗蚀剂层上每单位体积的改性光致抗蚀剂的浓度或量的分布。因此，改性分布代表光致抗蚀剂中掩膜图案的潜像。这里，改性用于很宽的意义上；它可以表示感光化合物的改变的浓度，在曝光后或在与光致抗蚀剂的其它成分发生化学反应后的产物，以及物理或化学后果或这些后果的效应。通过对施加到光致抗蚀剂的曝光能量的控制来调节总的改性程度。曝光后，根据传统现有技术的光致抗蚀剂处理方法，对光致抗蚀剂层进行定影140，其中具有曝光改性分布形式的潜像被转化为具有显影改性分布形式的图像。随后，在显影步骤150，通过采用显影改性的物理或化学效应，将作为没有拓扑对比度的显影分布的图像转化为具有拓扑对比度的凸版光致抗蚀剂掩膜层。在所有分布中定义的重要参数是显影临界值。它代表这样的改性浓度水平在该水平以上，潜像或图像的一部分将会被显影来形成凸版光致抗蚀剂掩膜层中的凸起。该临界值是被复制图像部分或不被复制图像部分之间的界线。可以基本每种期望的方式来进行定影140，只要其效果将导致显影改性分布或适于显影的图像。通常所述定影包括具有所谓"曝光后烘烤"(PEB)形式的加热。在化学放大光致抗蚀剂的情况下，被激发的感光化合物的产物是催化剂，其催化光致抗蚀剂改性反应。通常并且优选的是，在光致抗蚀剂层中不可逆地定影潜像。在例如掺杂或蚀刻工艺期间把光致抗蚀剂用作掩膜层之前，进行另一处理160。根据本发明，预处理130插入到图1的工艺流程中曝光120和定影140之间。如果执行得当，可以有利地使用预处理来在定影前对潜像进行改变或整形，以去掉潜像中比如旁瓣之类的缺陷或其它不期望的特征并且防止将它们定影和显影。在下面的描述中，它的用途是针对在曝光期间由相移掩膜产生的旁瓣来详细描述的曝光。相移掩膜(PSM)被广泛地用来增强分辨率(参考文献1)。相移掩膜引起透射辐射中的相位差，从而干涉现象在光致抗蚀剂层上提供了与缺少相移的光致抗蚀剂层相比增强的辐射强度分布。通常使用衰减性相移掩膜(attPSM)来对间距很近的接触孔成像。图2A示出衰减性相移掩膜200，其具有半透明部分204，用于在入射光化辐射202中生成相位差以使得光致抗蚀剂暴露于强度分布206。强度分布包括主瓣208，当使用正性光致抗蚀剂时，该主瓣208代表在光致抗蚀剂区域210中的潜像中的主特征。在该特殊情况下，它代表接触孔。另外，然而相移现象导致一些辐射强度相长地衍射而形成区域214中的旁瓣212。如果这些旁瓣强度引起潜像内的超过了显影临界值的改性，它们将会被复制并且损坏凸版光致抗蚀剂掩膜层。所属领域的技术人员将理解，在使用最小特征尺寸/大小的半导体制造工艺对接触孔成像的情况下，相邻接触孔主瓣208的旁瓣212会重叠并相互加强，从而加重了这种问题。旁瓣212的绝对强度取决于曝光强度，即降低曝光强度也会减轻旁瓣。通过使曝光强度最小化来优化工艺，使得旁瓣212最小化而防止了它的显影，同时仍然很好地复制了主瓣208。强度分布206引起曝光改性分布216，其以区域210中的主特征改性208'和区域214中的部分超过显影临界值218从而被复制在凸版光致抗蚀剂掩膜层中的旁瓣改性212'来定义潜像。在该潜像定影前，使用预处理工艺来改变该潜像，以使如旁瓣212'之类的不期望特征减到低于显影临界值218，而不会实质地影响主瓣特征208。该结果在图2B中示出。可以根据需要并取决于使用的光致抗蚀剂系统来选择预处理的持续时间。优选地，预处理时段很短，从而增加了每单位时间执行的预处理的数量。这有利于生产周期。理论上，可以完全消除预处理和定影之间的影响。因此，预处理可以包括不会干扰定影的物理激励，反之亦然。由于获得了处理光致抗蚀剂的完全自由，因此这是优选的情形。而实际上，两个步骤通常不能完全消除两个步骤的影响。然而，只要例如预处理不会导致实质的定影，则一些相互干扰是可以容忍的。了解了上述情况后，只要在凸版光致抗蚀剂掩膜层内主瓣特征208'的分布保持可接受的再现，那么就可以应用每个用于实现改进或"净化"潜像的目的的预处理工艺。因此，在一个实施例中，完全消除影响例如可以通过这样的预处理来实现，该预处理包括将暴露的光致抗蚀剂层进行加热和/或放入某种化学环境中，同时使用辐射曝光来进行定影。所属领域的技术人员可以想到与预处理和定影的物理激励和持续时间有关的预处理与定影的多种组合。在一个实施例中，预处理包括在预处理期间使暴露的光致抗蚀剂层进入加热程序，同时还使用例如通过曝光后烘烤的加热处理来进行定影。在该实施例中，以曝光后烘烤条件来施加对预处理期间使用的温度的限制，以防止实质的定影。通常但不是必须，按照光致抗蚀剂商提供的或与其组成有关的光致抗蚀剂处理方法来执行曝光后烘烤。由于在暴露的光致抗蚀剂层置于比某个临界温度高的温度下通常会发生定影，因此所述限制包括预处理应当在低于该定影温度的温度中发生。该临界温度和/或曝光后烘烤温度可以相等和/或可以由光致抗蚀剂商规定。预处理温度可以是低于曝光后烘烤的温度的5、10、15、20、30、40或5(TC。优选地大约是从5X:到低于3(TC。所属领域的技术人员可以了解该临界温度通常不是严格定义的，因为化学反应进程的速率是不断地依赖于温度的。因此必须使用将在本申请后面说明的一些最优化实验来确定预处理的最佳温度。可以使用供货商规定的曝光后烘烤温度作为最优化实验的起点。预处理温度不必是恒定的。可以使用考虑了与定影和显影有关的限制的任何适合的温度分布曲线。定影可以紧随在预处理之后，两个步骤的温度分布曲线可以对接在一起。可选地，两个步骤间可以存在冷却时段。在一个实施例中，在预处理中采用了包括可用于减小旁瓣改性212'的添加材料的光致抗蚀剂。例如，该光致抗蚀剂包括能够抵消、减小或抑制曝光改性的猝灭剂。图3A示出使用了一种光致抗蚀剂的15在图1的工艺流程的不同阶段中在光致抗蚀剂层内的改性分布曲线300，所述光致抗蚀剂具有在该光致抗蚀剂覆盖的底层表面范围中整个光致抗蚀剂层上均匀分布的猝灭剂。分布曲线300包括在区域310中的代表潜像主特征的瓣302以及在区域312中的代表潜像旁瓣的瓣304。后者具有部分地超过显影临界水平306的浓度，因此如果不减到低于水平306，将会部分地复制出不期望部分。由于在抵消曝光改性的工艺中猝灭剂至少部分地被消耗，因此在曝光后，在区域318中的猝灭剂瓣316由于区域318中曝光改性水平没有超过起始猝灭剂水平而残留。根据现有技术的光致抗蚀剂处理方法，在图3A的阶段处将执行定影或曝光后烘烤步骤，从而复制瓣304的一部分。然而，根据本发明，执行了包括加热程序的预处理，该加热程序不会实质引起定影，即温度保持在临界温度以下。在预处理期间，使得区域318中的剩余猝灭剂316逆着它的浓度梯度扩散到区域312和310中以抵消或减小区域312中旁瓣304的改性。在该抵消处理中，至少部分地消耗了猝灭剂316。预处理后的结果在图3B中示出。在图3A的区域318中的猝灭剂316和区域312中的旁瓣改性304都已经减小到图3B中的316'和304'。而且，旁瓣改性304'已经减小到显影临界值306以下，因此在光致抗蚀剂凸版掩膜层中将不会被显影。在执行预处理时，通常在曝光生成的改性304的范围之外的猝灭剂316现在可以有助于抑制这些改性。从而与猝灭剂结合的预处理可以减小或甚至消除其中改性浓度相对较低的区域(如旁瓣区域312)中的净改性浓度。不需要增加光致抗蚀剂中的猝灭剂浓度，以使曝光剂量可以保持之前的量。由于猝灭剂也会扩散到主瓣302的区域310中，因此主瓣302'可能相对于原始瓣302稍微縮小。然而，可以选择曝光和猝灭剂水平，从而在预处理后主瓣302不会减小到显影临界值306以下。在该实施例中，猝灭剂扩散的长度对于每单位时间曝光改性的抵消或减小是重要的。如前所述的改性是被曝光并被激活的感光化合物引起的，这种改性和猝灭剂的扩散长度的差可以通过调节预处理的时间和/或温度来控制。所属领域的技术人员将理解扩散长度还取决于扩散颗粒的性质以及它们扩散所在的基体。例如，较小的分子通常比较大的分子扩散得块。同样，扩散物质和/或它们扩散所在的基体的形状和/或化学成分也很重要。所属领域的技术人员可想到许多最优化的方式。优选地，猝灭剂的扩散长度比曝光改性的扩散长度大。这允许有效的抑制，同时又防止改性扩展到例如潜像的主特征瓣中而损失潜像的分辨率。感光化合物可以具有多种形式，只要它不会在预处理期间引起无论如何都无法逆转的改性。感光化合物例如可以引起光致抗蚀剂的可逆化学改性。可选地，在曝光期间可以发生不可逆的第一化学改性，只要在预处理期间可以使用与该第一化学改性不同的第二化学改性来抵消或减小该第一化学改性或它的效果。感光化合物可以是在曝光时释放酸性物质的产品，而猝灭剂是碱性物质，反之亦然。同样，感光化合物可以释放自由基或有机金属活性物质，而猝灭剂是自由基清除剂或其它抑制剂。感光化合物可以在曝光时转化成一种或多种可以改变光致抗蚀剂的亲水性的产物，而猝灭剂通过增加亲水性来抵消这种效果，反之亦然。例如，感光化合物可以提供羟基或羧基(亲水性)的化学官能团，而猝灭剂通过与羟基或羧基官能团发生化学反应来将该官能团转化为醇或醚(疏水性)的官能团。所属领域的技术人员将会想到针对给定感光化合物系统的其它适合的猝灭剂。在另一变型中，感光化合物在用于定影的曝光期间提供了催化剂，从而该光致抗蚀剂为化学放大光致抗蚀剂。猝灭剂在预处理期间能够至少部分地抵消或抑制催化化学反应。在一个实施例中，使用了一种包括至少一种不能参与猝灭反应的猝灭剂前体。使猝灭剂前体在预处理期间分解来形成随后提供猝灭能力的实际的猝灭剂。图4A示出使用了具有猝灭剂前体的光致抗蚀剂的、在图1的工艺流程的不同阶段的光致抗蚀剂层内的改性分布曲线400，其中猝灭剂前体均匀地分布在光致抗蚀剂覆盖的底层的表面范围中的整个光致抗蚀剂层中。分布曲线400包括代表潜像主特征的在区域410中的瓣402以及代表潜像旁瓣的区域412中的瓣404。后者具有部分超过显影临界水平406的浓度，并因此如果没有被减小到水平406以下，将会被部分地复制。在预处理时，使得具有改性分布曲线400的暴露光致抗蚀剂层内的猝灭剂前体在整个光致抗蚀剂层中释放猝灭剂。释放的猝灭剂在正好释放之后与进行猝灭反应之前具有浓度水平或量的水平414。接下来在图4B中示出了猝灭之后得到的改性分布曲线408，其包括在区域412中减小到显影临界值406以下的旁瓣404'。在本实施例中，可以省略用于导致猝灭剂扩散的加热步骤，从而减小了感光化合物引起的改性的扩散，以保持曝光时形成的初始潜像的对比度和分辨率。在一个实施例中，猝灭剂前体是热敏的，可以通过控制将温度加热到比软烘使用的温度高但比曝光后烘烤使用的温度低来实现猝灭剂前体的分解。优选地，考虑到防止前述的扩散，加热时段相对较短。在定影通过热激发的情况下，前述实施例中提到的加热限制适于防止定影。在一个实施例中，猝灭剂前体是辐射敏感的，从而可以使用光化辐射的曝光来分解它。优选地，在带掩膜的曝光步骤期间基本上不发生猝灭剂前体的分解。另外，在预处理期间的猝灭剂前体曝光优选地不会导致感光化合物激发。为此，猝灭剂前体分解的吸收光谱和感光化合物的激发优选地包括不同的波长区域，使得后者的光谱包括较小波长的区域。还可以运用吸收效率的差异来分开所述分解和激发反应。在紫外波长范围内的光产碱的例子可以例如在PureandAppliedChemistryVol.64，(9)，1992，pages1239-1248中找到。一种以比感光化合物更低的波长来激发的光产碱剂可以例如在Macromolecules,Vol.36，2003,pages9252-9256中找至(J。在一个实施例中，将猝灭剂前体工艺与猝灭剂扩散工艺结合。注意到在图4B中，预处理之后残留了区域418中的猝灭剂416。因18此，通过对预处理增加加热程序来引起猝灭剂扩散，可以使残留的猝灭剂以图3A和3B的实施例中所述的相同方式协助减小旁瓣404。图4A的改性分布曲线本质上与图3A的改性分布曲线类似。还可以对从开始就包括一种或多种猝灭剂的光致抗蚀剂执行猝灭剂前体工艺。在该情况下，得到图3和图4所示实施例的另外的组合猝灭剂前体的优点在于基本上和有可能完全消除预处理与定影之间的影响。另外，将旁瓣减小到显影临界值以下所需的猝灭剂的量可以通过预处理期间均匀曝光的剂量来确定，并从而不会被光致抗蚀剂内固定的猝灭剂浓度所约束。在一个实施例中，通过使用衰减性相移掩膜曝光，用商业上可获得的化学放大光致抗蚀剂进行接触孔印制来执行四个实验(1、II、III和IV)，从而描述根据本发明的方法的效果。在图5中汇集了这些结果，图5示出针对这些实验的焦深(D0F)与曝光容许度(EL)的关系。曝光容许度和/或焦深值越高，工艺窗口越好，并且越能防止或减小旁瓣。在这些实验中，工艺步骤的所有参数都保持相同，只有一个例外在实验II到IV中以如表I给出的不同的恒定温度T(PTB)进行了预处理烘烤(PTB)形式的附加预处理。根据供货商推荐的规范进行曝光后烘烤，并且实验I用作参考实验，其中获得了根据现有技术的结果。表I<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>实验II相对于实验I没有带来改进。相反，实验III相对于实验I在曝光容许度和焦深两方面都带来了重大改进，而实验IV给曝光容许度带来改进但使焦深变坏。因此，尽管实验II的预处理烘烤的条件没有提供用于充分扩散猝灭剂的足够的能量预算，但在光致抗蚀剂临界温度9(TC以下的温度2(TC处执行的预处理烘烤提供了期望的工艺窗口重大改进。在图6A和6B中示出了预处理对接触孔复制的改进效果。在图6A中示出了通过实验I的标准光致抗蚀剂处理条件得到的在光致抗蚀剂610中的接触孔600的电子扫描显微图片，而在图6B中示出了使用根据实验III的条件的本发明方法所复制的相同接触孔。图6A中的旁瓣620在图6B中不见了。根据图1所示工艺流程图来执行上面描述的实验I到IV，用于获得图5的曲线和图6A和6B的图片的工艺步骤细节及其相关条件总结如下-在205°。凃敷77nm厚的抗反射涂层(ARC29)，60秒。-涂敷270nm厚的化学放大光致抗蚀剂层。化学放大光致抗蚀剂是罗姆哈斯电子材料(RohmandHaaselectronicmaterials)的EPIC2330，它是正性光致抗蚀剂，其包括产生光酸催化剂的光产酸剂和作为猝灭剂的碱。-在9(TC软烘60秒。-光致抗蚀剂层的曝光使用包括直径为120nm、间距为360nm的接触孔特征的6%衰减性相移掩膜，(T为0.4、数值孔径为0.75的传统光照模式。-使用表I中给出的参数以预处理烘烤形式进行预处理。-根据供货商推荐的9CTC的温度进行曝光后烘烤60秒。-根据供货商规定的包括在四甲基氢氧化铵溶液中的浸渍(puddle)的方法的显影。在除了在预处理烘烤与曝光后烘烤之间以外的所有加热步骤之间，样品都被冷却到室温。虽然已通过一种特定的化学放大光致抗蚀剂和一组特定工艺条件说明了本方法的机理和效果，但所属领域的技术人员将清楚根据本发明，该方法同样可以应用于其它光致抗蚀剂并且可以使用其它工艺条件。例如，该方法可应用于ArF、KrF、I-1ine或G-1ine类型光致抗蚀剂以及浸湿式或非浸湿式(immersion)的极端紫外光。使用本领域公知的仿真器定期地执行扩散最优化。理解本发明的效果不仅仅是有利于减小旁瓣。可以对改进的工艺窗口进行平衡以通过较低焦深的形式放宽工艺条件。可选地或另外，工艺窗口中的增益可以用来复制较小尺寸的特征和/或特征之间的间隔。而且，透射值更高的透射掩膜可以用来提供所有相关的优点，比如增大的分辨率和较低的旁瓣印制水平，或者甚至更高的生产量。本发明的方法提供了一种用于增强工艺窗口而不必采取如掩膜调整或光学邻近校正(0PC)之类昂贵方案来达到相同目的的方法。为了确定适当的光致抗蚀剂和可以将本发明方法应用于这些光致抗蚀剂的条件，可采用前述实施例的实验方法。另外，该实验方法可有利地用于测试和找到如前所述与扩散有关的对工艺窗口提供了进一步改进的新的光致抗蚀剂配方。对于根据本发明的方法，有利的是可以以预定方式调整光致抗蚀剂。例如，当猝灭剂必须扩散通过整个光致抗蚀剂层时，将有利的是，尤其在预处理期间控制各个光致抗蚀剂成分彼此之间的相对扩散速率或扩散长度。在一个实施例中，光致抗蚀剂包括聚合物材料形式的基体材料。曝光改性是基体材料或其它聚合物材料的化学改性。由于作为聚合物材料的一部分，难以使改性扩散。它的扩散速率将低到可以忽略。因此，可以基本上自由地选择猝灭剂，因为任何较小的分子都能以比改性快的速率扩散。可以例如通过对基体的非极性酯侧基(apolarestersidegroup)或曝光敏感材料进行脱酯以将侧基转化成具有极性的醇或酸功能的基团来引起所述改性。猝灭剂例如可以是将这些极性官能团转化成较小极性甚至非极性官能团的低聚物或单分子。这些猝灭剂例如可以是与醇一起重新形成酯的酸、与酸一起重新形成酯的碱。所属领域的技术人员能够想出更多的反应方案和例子。通常认为较小的分子比较大的分子具有更少的碳和/或氧和/或氮原子。因此具有6个碳原子的直链的感光化合物将比具有10个碳原子的直链的感光化合物扩散得快。因此，如果曝光改性是具有包括例如6个碳原子直链的结构的光酸的释放，那么猝灭剂可以是其结构中具有更小的碳原子链的碱。分子的形状也可以影响扩散。例如，具有面条状线型结构的分子会比具有带分支的紧凑型结构的分子扩散得慢。这通常与这些分子要在其中扩散的基体的非极性或极性性质有关。另外，改性和/或基体的极性也有影响。极性分子在非极性环境中比在极性环境中扩散得快，在极性环境中，它会由于极性吸附力而附着在环境中。可以在不脱离由权利要求定义的本发明范围的情况下想到和设计出许多光致抗蚀剂的化学成分。应当注意，上述实施例描述而不是限制本发明，所属领域的技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计出许多替代实施例。在权利要求中，所有置于括号内的参考符号都不应理解为限制该权利要求。词语"包括"不排除那些列在权利要求中的部件或步骤之外的部件或步骤的存在。在部件或步骤之前的词语"一"或"一个"不排除存在多个这种部件或步骤。在各个不同的从属权利要求中记载的特定手段这一事实不表示这些手段的组合不能用来获得优点。2权利要求1.一种光刻方法，包括步骤-提供基板并在基板上形成光致抗蚀剂层(100)，-执行第一次曝光(120)，其中通过具有图案的掩膜照射所述光致抗蚀剂层的预定部分，以在所述光致抗蚀剂层内形成所述图案的潜像(216，300，400)，-在执行定影(140)前，对所述光致抗蚀剂层(216，300，400)执行预处理(130)，以去除潜像(216，308，400)的预定部分，和-执行定影(140)来将潜像(220，308，408)转化成光致抗蚀剂层内的图像。2.如权利要求1所述的方法，其中所述定影(140)包括将所述光致抗蚀剂层在等于或高于一个临界温度的第一温度保持预定的第一时段，并且所述预处理(130)包括将所述光致抗蚀剂层在低于所述临界温度的第二温度保持预定的第二时段。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述潜像(220，308，408)是光致抗蚀剂改性的分布曲线，并且光致抗蚀剂包括猝灭剂，其中在预处理(130)期间，猝灭剂在光致抗蚀剂层中扩散，并在一个至少部分地抵消或消除所述改性的工艺中被至少部分地消耗。4.如权利要求3所述的方法，其中所述光致抗蚀剂包括用于生成催化剂形式的改性的感光化合物，所述催化剂对所述定影(140)期间光致抗蚀剂内的转化进行催化，并且其中在所述预处理(130)期间，所述猝灭剂至少部分地抑制所述催化剂。5.如权利要求4所述的方法，其中所述催化剂是酸性物质，所述猝灭剂是碱。6.如权利要求1或2所述的方法，其中所述光致抗蚀剂改性的分布曲线形成了所述潜像(220，30，408)，其中所述光致抗蚀剂包括一种猝灭剂前体，该猝灭剂前体在所述预处理(130)期间提供至少部分地抵消或消除所述改性的猝灭剂。7.如权利要求6所述的方法，其中所述猝灭剂前体是感光化合物，并且所述预处理(130)包括采用使得所述猝灭剂前体提供猝灭剂的光化辐射来执行预处理曝光。8.—种光致抗蚀剂，其包括一种在光化辐射下曝光时释放光化产物的感光化合物，所述光化产物引起形成潜像的光致抗蚀剂改性，并且所述光致抗蚀剂包括一种猝灭剂，所述猝灭剂能够在该猝灭剂被至少部分地消耗的工艺中至少部分地抵消或消除所述改性，所述猝灭剂能够以比所述光化产物高的速率在所述光致抗蚀剂层中扩散。9.一种光致抗蚀剂，其包括一种在光化辐射下曝光时释放光化产物的感光化合物，所述光化产物引起光致抗蚀剂改性，并且所述光致抗蚀剂包括在物理激励下释放猝灭剂以至少部分地抵消或消除所述改性的猝灭剂前体。全文摘要本发明涉及一种光刻方法，包括步骤提供基板并在基板上形成光致抗蚀剂层(100)；执行第一次曝光(120)，其中通过具有图案的掩膜照射所述光致抗蚀剂层的预定部分，以在所述光致抗蚀剂层内形成所述图案的潜像；在执行定影(140)前，对所述光致抗蚀剂层执行预处理(130)，以去除潜像的预定部分。该方法提供了一种改进的工艺窗口。本发明还涉及一种在本发明的方法中使用的光致抗蚀剂。文档编号G03F7/38GK101512439SQ200780028691公开日2009年8月19日申请日期2007年7月31日优先权日2006年8月2日发明者彼得·赞德贝尔根,戴维·范斯滕温克尔,汉斯·奎因滕,阿尼亚·范利恩霍夫申请人:Nxp股份有限公司