在气态环境中激光加工光致抗蚀剂的方法
【专利说明】在气态环境中激光加工光致抗蚀剂的方法 发明领域
[0001] 本发明的公开内容涉及光致抗蚀剂加工，和尤其涉及使用激光加工和气态环境加 工光致抗蚀剂以改进光致抗蚀剂的性能的系统与方法。
[0002] 发明背景
[0003] 光致抗蚀剂是在形成半导体器件的工艺中与在硅上形成小特征有关的半导体制 造中使用的一种光敏材料。如照相平版印刷术中所使用的，硅片用光致抗蚀剂涂布并置于 照相平版印刷工具内。待在硅片内形成的特定图案体现在掩模内且该掩模被辐照。掩模图 像突出在光致抗蚀剂上，所述光致抗蚀剂对光照波长敏感。然后使该光致抗蚀剂显影，使得 光致抗蚀剂的曝光部分被除去（"正"光致抗蚀剂），从而在光致抗蚀剂内留下掩模图案的 拷贝。然后蚀刻图案化的光致抗蚀剂，将该图案转移到光致抗蚀剂下方的硅片或其他材料 内。
[0004] 理想的是，光致抗蚀剂图案在性质上是二元的，其具有完全的正方形侧壁。而且， 理想的光致抗蚀剂能完美保真地再现掩模图像并充当完美的蚀刻阻挡层。在实践中，光致 抗蚀剂具有有限的灵敏度，具有一定程度的线-边缘粗糙度（LER)且是不完美的蚀刻阻挡 层。
[0005] 已努力改进光致抗蚀剂的灵敏度，降低LER并增加抗蚀刻性。在一种情况下使 用三甲基铝和水在小于KKTC的温度下进行按序渗透合成（SIS)数分钟，以增加抗蚀刻性 并降低LER。这一方法在Tseng等人的公开出版物"Enhanced polymeric lithography resists via sequential infiltration synthesis，', J. Mater. Chem.，21,2011,第 11722-25 页（还被引证为DOI :10. 1039/cljml2461g)中被描述。
[0006] 遗憾的是，需要花费数分钟来进行这一方法，这会降低制造线上晶片的生产量。
[0007] 发明概述
[0008] 本发明公开内容的一个方面是在图案化的产品晶片上改进具有表面的光致抗蚀 剂层的抗蚀刻性和线-边缘粗糙度中至少一种的方法。所述方法包括：a)将光致抗蚀剂层 暴露于选自三甲基铝（A12(CH3)6)气体、四氯化钛（TiCl 4)气体和二乙基锌（(C2H5)2Zn)气体 中的至少一种第一工艺气体下；b)激光辐照该光致抗蚀剂层和第一工艺气体，以引起第一 工艺气体浸入到光致抗蚀剂层内，其中光致抗蚀剂层的表面被升温到300°C至500°C，且温 度的均匀度为+/-5°C;c)从光致抗蚀剂层的附近除去剩余的第一工艺气体；d)将光致抗蚀 剂层暴露于含H20的第二工艺气体下；和e)激光辐照该光致抗蚀剂层和第二工艺气体，以 引起H20浸入到光致抗蚀剂层内，其中该光致抗蚀剂层的表面被升温到300°C至500°C，且 温度的均匀度为+/_5°C。
[0009] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中激光辐照包括在光致抗蚀剂 层的表面上扫描激光束。
[0010] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中扫描包括移动激光束、移动 图案化的产品晶片、或者移动激光束和图案化的产品晶片这二者。
[0011] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中在光致抗蚀剂层的表面处， 激光束形成线图像。
[0012] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中线图像具有在 lms < τ < l〇〇ms范围内的停留时间τ。
[0013] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中线图像具有在 0· 2mm彡W彡2mm范围内的宽度W，和在10mm彡L彡100mm范围内的长度L。
[0014] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中线图像具有在20mm/ s < vs < 5, 000mm/s范围内的扫描速度vs。
[0015] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中激光束具有在50W/ cm2彡P彡150W/cm2范围内的功率密度P。
[0016] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中在工艺腔室的内部中保持图 案化的工艺晶片。
[0017] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，进一步包括蚀刻加工过的图案化 的广品晶片。
[0018] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中在30秒至120秒的晶片加工 时间内在全部晶片上进行步骤a)-e)。
[0019] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中重复步骤a)_e) -次或多 次，且具有在每一步骤e)之后从光致抗蚀剂层的附近处除去第二工艺气体的额外步骤。
[0020] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中产品晶片停留在工艺腔室内 部，和其中从光致抗蚀剂层的附近除去第一工艺气体包括从工艺腔室内部抽空第一工艺气 体和用惰性气体吹扫工艺腔室内部中的至少一种。
[0021] 本发明公开内容的另一方面是加工位于工艺腔室内部的产品晶片以改进抗蚀刻 性和线-边缘粗糙度中的至少一种的方法，该产品晶片包括具有表面的图案化的光致抗蚀 剂层。所述方法包括：a)将图案化的光致抗蚀剂层的表面暴露于第一分子工艺气体下；b) 在图案化的光致抗蚀剂层的表面上扫描激光束，以引起第一分子工艺气体的分子浸入到图 案化的光致抗蚀剂层内，其中图案化的光致抗蚀剂层的表面被升温到300°C至500°C，且温 度的均匀度为+/_5°C ;c)从工艺腔室内部除去剩余的第一分子工艺气体；d)将图案化的 光致抗蚀剂层暴露于第二分子工艺气体下，并针对第二分子工艺气体重复步骤b);和其中 第一分子工艺气体是选自三甲基铝（A12(CH3)6)气体、四氯化钛（TiCl 4)气体和二乙基锌 ((C2H5) 2Zn)气体中的至少一种，和第二分子工艺气体包括H20。
[0022] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中激光束在图案化的光致抗蚀 剂层的表面处形成线图像，和其中该线图像具有在lms < τ < l〇〇ms范围内的停留时间 τ 〇
[0023] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中线图像具有在 0· 2mm彡W彡2mm范围内的宽度W，和在10mm彡L彡100mm范围内的长度L。
[0024] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中线图像具有在20mm/ s < vs < 5, 000mm/s范围内的扫描速度vs。
[0025] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中激光束具有在50W/ cm2彡P彡150W/cm2范围内的功率密度P。
[0026] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，进一步包括蚀刻加工过的图案化 的广品晶片。
[0027] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中在30秒至120秒的晶片加工 时间内在全部晶片上进行步骤a) -d)。
[0028] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中从工艺腔室内部除去第一分 子工艺气体包括从工艺腔室内部抽空第一分子工艺气体和用惰性气体吹扫工艺腔室内部 中的至少一种。
[0029] 本发明公开内容的另一方面是加工位于工艺腔室内部的产品晶片以改进抗蚀刻 性和线-边缘粗糙度中的至少一种的方法，该产品晶片包括具有表面的图案化的光致抗蚀 剂层。所述方法包括：a)按序引入第一和第二分子工艺气体到工艺腔室内部，其中包括在 引入第一或第二分子工艺气体中另一种之前，从工艺腔室内部除去第一或第二分子工艺 气体；b)针对第一和第二分子工艺气体中的每一种，激光扫描图案化的光致抗蚀剂层的表 面，以引起第一和第二分子工艺气体按序浸入到图案化的光致抗蚀剂层内；和c)重复步骤 a)和b)多次，其中第一分子气体是选自三甲基铝（A12(CH3)6)气体、四氯化钛（TiCl 4)气体 和二乙基锌（(C2H5)2Zn)气体中的至少一种，和第二分子工艺气体包括水蒸气。
[0030] 本发明公开内容的另一方面是以上所述的方法，其中使用形成线图像的激光束， 进打激光扫描，和其中该线图像具有在lms < τ < l〇〇ms范围内的停留时间τ。
[0031 ] 本发明公开内容的另一