等离子体活化的液体

背景技术：

1、集成电路制造需要在几个关键步骤中使用专门的化学品。一个重要的处理步骤涉及将光致抗蚀剂暴露于电磁辐射，从而引起光致抗蚀剂的化学变化，使得后续步骤和显影剂的化学应用可以去除并且仅去除已曝光的材料，或者去除并且仅去除未曝光的材料。这在然后进行蚀刻的下面的层上创建了图案。蚀刻之后，另一个称为灰化的步骤，通常使用等离子体，去除剩余的光致抗蚀剂材料，而不损害下面的层。传统芯片制造的一个问题涉及在灰化步骤后芯片上仍有残留物。因此，在灰化步骤之后，需要另一个化学步骤。经常使用清洗液去除残留物。

2、最近，集成电路制造光刻经历了巨大的技术变革。现在最新和最小的芯片使用极紫外线(euv)作为光刻的光源。euv光刻利用波长为约13.5nm(～100ev光子)的电磁辐射，而不是更传统的193nm(～5ev光子)的波长。当前技术的一个局限是传统的光致抗蚀剂不够敏感。当前在传统光致抗蚀剂中暴露图案所需能量的水平为约40mj/cm2。然而，为了在大规模制造中实现所需的生产量，同时最小化通过光刻创建的特征的线边粗糙度，工业上已经设定了开发可以使用10mj/cm2至15mj/cm2的电磁辐射强度进行暴露的光致抗蚀剂的目标。

3、因此，虽然本行业在暴露步骤中迅速采用了euv，但其他步骤的技术，包括光致抗蚀剂化学的技术、以及显影剂和清洗液的技术尚未跟上euv的巨变。所涉及的化学品基本上仍然与多年来在传统的193nm的光刻中使用的化学品相同，而且它们的性能不如所需的那样好。因此，可以看出需要改善的光致抗蚀剂、显影剂和清洗液。

技术实现思路

1、在本发明的一个方面，等离子体用于在化学品使用前“活化”化学品，例如光刻化学品。在不受理论约束的情况下，等离子体活化可以在液体中产生若干长期存在的种，例如：(1)自由基、(2)溶剂化电子，和/或(3)原本难以合成的亚稳定的化合物。

2、在一些实施方案中，该工艺利用大气压等离子体作用于化学品或最终化学混合物的组分以将其活化。然后，与未经等离子体处理的相同混合物相比，该化学混合物可以表现出增强的功效。

3、在一些实施方案中，等离子体活化的液体包含非水液体介质和至少一种活性种，所述活性种是通过使所述非水液体介质的表面与等离子体接触而产生的。在一些实施方案中，所述至少一种活性种包括自由基、溶剂化电子或两者。

4、在一个实施方案中，所述等离子体活化的液体包含不大于5重量％的水。在一个实施方案中，所述等离子体活化的液体包含不大于3重量％的水。在一个实施方案中，所述等离子体活化的液体包含不大于2重量％的水。在一个实施方案中，所述等离子体活化的液体包含不大于1重量％的水。在一个实施方案中，所述等离子体活化的液体包含不大于0.1重量％的水。在一个实施方案中，所述等离子体活化的液体包含不大于0.01重量％的水。在一个实施方案中，所述等离子体活化的液体包含不大于0.001重量％的水。

5、在一些实施方案中，所述等离子体活化的液体包含自由基、溶剂化电子或两者。在一些实施方案中，所述等离子体活化的液体包含光刻液。在一些实施方案中，所述光刻液是光致抗蚀剂液体。在一些实施方案中，所述光刻液是显影剂液体。在一些实施方案中，所述光刻液是清洗液液体。

6、在一些实施方案中，所述等离子体活化的液体包含多个分子，其中所述多个分子的每一个均包含碳骨架。在一些实施方案中，所述多个分子的每一个均包含至少一个将酸性基团直接或间接地连接到所述碳骨架的共价键。

7、在一些实施方案中，所述等离子体活化的液体包含或多个离子种类，以稳定所述等离子体活化的液体中的自由基和/或溶剂化电子。

8、一方面，一种制造集成电路的方法包括：用等离子体活化光刻液；以及用所述活化的光刻液处理设备组件。在一些实施方案中，所述活化步骤包括使所述光刻液与等离子体接触。

9、在一些实施方案中，所述活化步骤包括在所述光刻液中产生自由基、溶剂化电子或两者。在一些实施方案中，所述活化步骤包括弱化所述光刻液的一个或多个分子中的至少一个共价键。

10、在一些实施方案中，所述活化步骤包括弱化所述光刻液的多个溶剂化分子的每一个中的至少一个共价键，其中所述多个分子的每一个均包含碳骨架。在一些实施方案中，所述至少一个共价键将酸性基团直接或间接地连接到所述碳骨架。在一些实施方案中，所述活化步骤包括通过阳离子稳定所述自由基和/或溶剂化电子。

11、在一些实施方案中，所述活化步骤包括通过由所述碳骨架支持的一个或多个官能团来稳定所述自由基和/或溶剂化电子。在一些实施方案中，所述一个或多个官能团包括阳离子官能团。在一些实施方案中，所述一个或多个官能团包括阴离子官能团。

12、在一些实施方案中，所述光刻液选自由光致抗蚀剂液体、显影剂液体和清洗液液体组成的组。在一些实施方案中，所述活化步骤发生在所述处理步骤之前。在一些实施方案中，所述处理步骤包括使所述设备组件与活化的光刻液接触。在一些实施方案中，所述设备组件包括半导体晶圆。

13、一方面，所述光刻液可以包括光致抗蚀剂液体。在一些实施方案中，所述光刻液包括正性光致抗蚀剂。在一些实施方案中，所述光刻液包括负性光致抗蚀剂。

14、在一些实施方案中，所述方法包括将所述光致抗蚀剂液体硬化成所述半导体晶圆上的光致抗蚀剂的固体层，其中，在所述硬化步骤后，通过所述接触步骤产生的自由基和/或溶剂化电子捕获在光致抗蚀剂的固体层中。

15、在一些实施方案中，所述方法包括将所述光致抗蚀剂的固体层暴露于电磁辐射的图案，以及响应于所述暴露步骤，释放至少一些捕获的自由基和/或溶剂化电子的电子，从而使所述光致抗蚀剂的固体层中的共价键或离子键断裂。

16、在一些实施方案中，所述方法包括响应于所述释放步骤，游离所述光致抗蚀剂的固体层中的酸性基团。在一些实施方案中，所述电磁辐射包括极紫外线辐射。在一些实施方案中，所述电磁辐射在13.3nm至13.7nm的波长范围显示出强度峰。

17、一方面，所述等离子体可以是大气压等离子体。在一些实施方案中，所述接触步骤发生在减压的受控气体环境中。在一些实施方案中，所述等离子体通过d.c.电流形成。在一些实施方案中，所述等离子体是表面波等离子体。在一些实施方案中，所述等离子体由rf源或微波源形成。

18、一方面，一种制造集成电路的方法包括以下步骤：用光致抗蚀剂液体涂覆表面设备组件的至少一部分，将所述光致抗蚀剂液体硬化成晶圆上的光致抗蚀剂的固体层，将所述光致抗蚀剂的固体层暴露于电磁辐射的图案，使所述光致抗蚀剂与显影剂液体接触，以在所述光致抗蚀剂中显影出相应的图案，蚀刻所述晶圆以将所述图案从所述光致抗蚀剂转移到所述光致抗蚀剂层下面的层，灰化剩余的光致抗蚀剂，以及用清洗液液体清洗所述晶圆以从所述晶圆去除光致抗蚀剂残留物。此外，可以执行以下步骤的至少一个：用等离子体活化所述光致抗蚀剂液体或所述光致抗蚀剂液体的组分；用等离子体活化所述显影剂液体或所述显影剂液体的组分；和/或用等离子体活化所述清洗液液体或所述清洗液液体的组分。

19、在一些实施方案中，所述方法可以包括在所述涂覆步骤之前或与所述涂覆步骤同时，用所述等离子体活化所述光致抗蚀剂液体。在一些实施方案中，所述方法可以包括在所述接触步骤之前或与所述接触步骤同时，用所述等离子体活化所述显影剂液体。在一些实施方案中，所述方法可以包括在所述清洗步骤之前或与所述清洗步骤同时，用所述等离子体活化所述清洗液。

20、在本发明的一个方面，一种制造集成电路的方法可以包括：用光致抗蚀剂液体涂覆表面设备组件的至少一部分，将所述光致抗蚀剂液体硬化成晶圆上的固体层，将所述光致抗蚀剂暴露于电磁辐射，应用显影剂液体以去除暴露的光致抗蚀剂，在所述应用步骤之前或与所述应用步骤同时，通过等离子体活化所述显影剂液体，从而将自由基和/或溶剂化电子引入所述显影剂液体中，蚀刻所述晶圆的暴露部分，灰化剩余的光致抗蚀剂，以及用液体清洗液去除光致抗蚀剂残留物。

21、在本发明的一个方面，一种制造集成电路的方法包括：用光致抗蚀剂液体涂覆表面设备组件的至少一部分，将所述光致抗蚀剂液体硬化成晶圆上的固体层，将所述光致抗蚀剂暴露于电磁辐射，应用显影剂液体以去除暴露的光致抗蚀剂，蚀刻所述晶圆的暴露部分，灰化剩余的光致抗蚀剂，用液体清洗液去除光致抗蚀剂残留物；以及在所述去除步骤之前或与所述去除步骤同时，通过等离子体活化所述液体清洗液，从而将自由基和/或溶剂化电子引入所述液体清洗液中。

22、在一些实施方案中，作为灰化所述设备组件的替代方案，可以通过剥离剂液体去除剩余的光致抗蚀剂。任选地，所述剥离剂液体可以是通过本文所述的等离子体液体活化的方法活化的等离子体。

23、在一些实施方案中，所述方法包括例如在所述去除步骤之前，将第一组分与第二组分混合以形成所述液体清洗液。在一些实施方案中，所述活化步骤包括例如在所述混合步骤之前，用等离子体活化所述第一组分。在一些实施方案中，所述方法包括用等离子体作用于光刻化学品之一的组分，然后将该组分与其他组分混合以制造该化学品。

24、在一个实施方案中，一种制造集成电路的方法包括：用光致抗蚀剂液体涂覆表面设备组件的至少一部分，将所述光致抗蚀剂液体硬化成晶圆上的固体层，将所述光致抗蚀剂暴露于电磁辐射，应用显影剂液体以去除暴露的光致抗蚀剂，蚀刻所述晶圆的暴露部分，灰化剩余的光致抗蚀剂，以及用液体清洗液去除光致抗蚀剂残留物。在所述涂覆步骤之前或与所述涂覆步骤同时，可以通过等离子体活化所述光致抗蚀剂液体或所述光致抗蚀剂液体的组分，从而将自由基和/或溶剂化电子引入所述光致抗蚀剂液体或所述光致抗蚀剂液体的组分中。

25、在一个实施方案中，一种制造集成电路的方法包括：用光致抗蚀剂液体涂覆表面设备组件的至少一部分，将所述光致抗蚀剂液体硬化成晶圆上的固体层，将所述光致抗蚀剂暴露于电磁辐射，应用显影剂液体以去除暴露的光致抗蚀剂，蚀刻所述晶圆的暴露部分，灰化剩余的光致抗蚀剂，以及用液体清洗液去除光致抗蚀剂残留物。在所述应用步骤之前或与所述应用步骤同时，可以通过等离子体活化所述显影剂液体或所述显影剂液体的组分，从而将自由基和/或溶剂化电子引入所述显影剂液体或所述显影剂液体的组分中。

26、在一个实施方案中，一种制造集成电路的方法包括：用光致抗蚀剂液体涂覆表面设备组件的至少一部分，将所述光致抗蚀剂液体硬化成晶圆上的固体层，将所述光致抗蚀剂暴露于电磁辐射，应用显影剂液体以去除暴露的光致抗蚀剂，蚀刻所述晶圆的暴露部分，灰化剩余的光致抗蚀剂，以及用液体清洗液去除光致抗蚀剂残留物。在所述去除步骤之前或与所述去除步骤同时，可以通过等离子体活化所述液体清洗液或所述液体清洗液的组分，从而将自由基和/或溶剂化电子引入所述液体清洗液或所述液体清洗液的组分中。

27、不希望受任何特定理论约束，本文可以讨论与本文公开的设备和方法相关的基本原理的观点或理解。应当认识到，不管任何机械解释或假设的最终正确性如何，本发明的实施方案仍然可以是可操作的和有用的。