用于形成光刻胶图案的方法和用于在衬底上形成图案的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年5月27日在韩国知识产权局(KIPO)递交的韩国专利申请No.10-2022-0065202的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开的实施例涉及一种用于形成光刻胶图案的方法和用于在衬底上形成图案的方法。更具体地，本公开的实施例涉及一种用于形成光刻胶图案的方法和用于形成图案的方法，其包括对光刻胶图案的返工。

背景技术

在制造半导体元件时，可以形成光刻胶图案以将层图案化。在用于形成光刻胶图案的光刻工艺中，由于工艺缺陷或工艺偏差，在光刻胶图案中可能会出现缺陷。当光刻胶图案出现缺陷时，可以执行用于完全去除光刻胶图案的返工工艺。在返工工艺之后，可以再次执行光刻工艺以形成光刻胶图案。在对光刻胶图案执行返工工艺时，形成在光刻胶图案下方的氧化硅层也可以被去除部分厚度。在这种情况下，氧化硅层可能具有比目标厚度薄的厚度，而没有获得目标厚度。

发明内容

示例实施例提供了一种用于形成光刻胶图案的方法，其包括对光刻胶图案的返工。

示例实施例提供了一种用于形成图案的方法，其包括光刻胶图案的返工。

根据本公开的实施例，提供了一种用于形成光刻胶图案的方法，其中，在衬底上形成氧化硅层。在氧化硅层上形成接触氧化硅层的第一光刻胶图案。第一光刻胶图案包括缺陷。对其上形成具有缺陷的第一光刻胶图案的衬底执行全表面曝光。通过对已经进行了全表面曝光的第一光刻胶图案进行显影来完全去除第一光刻胶图案。另外，第二光刻胶图案形成在氧化硅层上，并接触氧化硅层。

根据本发明的实施例，提供了一种用于形成光刻胶图案的方法，其中，在衬底上形成具有第一厚度的氧化硅层。通过使用光刻工艺装置在氧化硅层上形成接触氧化硅层的第一光刻胶图案。当第一光刻胶图案中出现缺陷时，光刻工艺装置的全表面曝光单元对其上形成有第一光刻胶图案的衬底执行全表面曝光。通过光刻工艺装置执行对包括已经进行了全表面曝光的第一光刻胶图案的衬底进行加热的烘烤工艺。光刻工艺装置通过对已经进行了全表面曝光的第一光刻胶图案进行显影来完全去除第一光刻胶图案。另外，通过光刻工艺装置在具有第一厚度的氧化硅层上形成第二光刻胶图案。

根据本公开的实施例，提供了一种用于在衬底上形成图案的方法，其中，在划分为第一区域和第二区域的衬底上形成第一芯轴层和第一分离层。通过将第一芯轴层和第一分离层图案化，在第一区域中的衬底上形成延伸为具有线形同时彼此间隔开的第一结构，并且在第二区域中的衬底上形成第二结构。在衬底、第一结构和第二结构的表面上共形地形成具有第一厚度的氧化硅层。形成第一光刻胶图案，该第一光刻胶图案覆盖第二区域中的衬底上形成的氧化硅层，并接触该氧化硅层。当第一光刻胶图案中出现缺陷时，对其上形成有第一光刻胶图案的衬底执行全表面曝光。通过对已经进行了全表面曝光的第一光刻胶图案进行显影来完全去除第一光刻胶图案。在氧化硅层上形成第二光刻胶图案，该第二光刻胶图案覆盖第二区域中的衬底上形成的氧化硅层。通过使用第二光刻胶图案作为蚀刻掩模对氧化硅层进行各向异性蚀刻，在第一结构的侧壁上形成间隔物，每个间隔物具有等于第一厚度的第一宽度。另外，去除间隔物之间的第一结构。

根据示例实施例，可以完全去除光刻胶图案而不减小形成在光刻胶图案下方的氧化硅层的厚度。因此，氧化硅层可以具有目标厚度，使得包括氧化硅层的半导体元件可以具有目标电特性。

附图说明

图1是示出了根据示例性实施例的光刻工艺装置的框图。

图2是示出了根据示例性实施例的用于形成光刻胶图案的方法的流程图。

图3至图7是示出了根据示例性实施例的用于形成光刻胶图案的方法的截面图。

图8至图16是用于描述根据示例性实施例的用于形成图案的方法的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来详细描述本公开的示例性实施例。

图1是示出了根据示例性实施例的光刻工艺装置的框图。

参照图1，光刻工艺装置10可以包括被配置为执行光刻工艺的光刻处理器20、被配置为执行检查的检查器30、以及被配置为执行返工的全表面曝光单元40。

光刻处理器20(也被描述为光刻处理组件)可以包括被配置为加热衬底的烘烤器28、被配置为涂布衬底的旋涂器24、显影单元26和曝光单元22。尽管图中未示出，但是光刻处理器20还可以包括被配置为移动衬底的处理器、被配置为冷却衬底的冷却器等。显影单元26(也被描述为显影组件)可以在旋转衬底的同时引入显影剂。曝光单元22(也被描述为曝光组件)可以执行用于形成光刻胶图案的曝光工艺。曝光单元22可以以扫描仪方案执行曝光。

检查器30(也被描述为检查组件)可以检查由光刻处理器20形成的光刻胶图案中的错误或缺陷。检查器30可以检查例如光刻胶的线宽、厚度、侧壁轮廓、覆盖布置等。检查器30可以包括例如扫描电子显微镜。

可以设置全表面曝光单元40以在光刻胶图案中出现错误或缺陷时完全去除光刻胶图案。全表面曝光单元40可以包括UV灯模块。在全表面曝光单元40中使用的光源可以具有157nm至248nm的波长。例如，光源可以包括具有193nm的波长的ArF光源(ArF激光器)、具有248nm的波长的KrF光源(KrF激光器)、具有157nm的波长的F2光源(F2激光器)等。根据示例性实施例，光源可以是与光刻处理器20的曝光单元22中使用的光源相同的光源。全表面曝光单元40可以以扫描仪方案执行曝光。

光刻工艺装置可以统称为光刻轨道系统。光刻轨道系统可以包括用于返工工艺的全表面曝光单元40。然而，在一些实施例中，光刻轨道系统不包括用于返工工艺的等离子蚀刻机、湿式工作站等。

图2是示出了根据示例性实施例的用于形成光刻胶图案的方法的流程图。图3至图7是示出了根据示例性实施例的用于形成光刻胶图案的方法的截面图。

下文将描述的用于形成光刻胶图案的方法可以包括光刻胶图案的返工工艺。

参照图2和图3，在其上形成有下部结构(未示出)的衬底100上形成氧化硅层102(S50)。氧化硅层102可以是通过使用光刻胶图案作为掩模蚀刻的最上面的蚀刻目标层。氧化硅层102可以具有作为目标厚度的第一厚度。

衬底100可以包括单晶半导体材料或由单晶半导体材料形成。衬底100可以包括诸如硅、锗或硅-锗之类的半导体材料。根据示例性实施例，衬底100可以由单晶硅形成。

根据示例性实施例，氧化硅层102可以通过原子层沉积(ALD)方案形成。根据示例性实施例，氧化硅层102的第一厚度可以是

参照图2和图4，在氧化硅层102上形成光刻胶图案104(S52)。光刻胶图案104可以通过对光刻胶层执行涂布工艺、曝光工艺和显影工艺来形成。形成光刻胶图案104的工艺可以由图1的光刻工艺装置的光刻处理器20执行。

光刻胶图案104可以与氧化硅层102的顶表面接触。因此，例如，可以不在光刻胶图案104和氧化硅层102之间形成抗反射层。另外，氧化硅层102的表面可以暴露在光刻胶图案104的部分之间。光刻胶图案104可以由在曝光部分处对显影剂具有较高溶解度的正性光刻胶材料形成。应当理解，当提及元件“连接”或“耦接”到另一元件或在另一元件“上”时，该元件可以直接连接或耦接到该另一元件或直接在该另一元件上，或者可以存在中间元件。相比之下，当提及元件“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件或“接触”另一元件或与另一元件“接触”时，在接触点处不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应以类似的方式来解释(例如，“在......之间”与“直接在......之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。

在下文中，可以描述用于形成光刻胶图案104的方法的一个示例。如本文所述，图案可以指处理后的(即，图案化的)层的分离的单独片，或者指整个处理后的(即，图案化的)层。首先，可以通过在氧化硅层102上旋涂光刻胶组合物来形成光刻胶层。可以执行加热其上形成有光刻胶层的衬底的第一烘烤工艺。旋涂工艺可以由光刻处理器20的旋涂器24(例如，涂布机)执行，并且第一烘烤工艺可以由光刻处理器20的烘烤器28(例如，烘箱)执行。

此后，可以通过曝光工艺选择性地对光刻胶层进行曝光。曝光工艺可以由光刻处理器20中的曝光单元22执行。为了执行曝光工艺，首先，具有电路图案的掩模版可以位于掩模台上，并且掩模版可以与衬底100对准。此后，可以用光照射掩模版以使光刻胶层与已经穿过掩模版的光进行反应。

在曝光工艺之后，可以对衬底100执行第二烘烤工艺。此后，可以通过对已经进行了曝光工艺的光刻胶层进行显影来去除光刻胶层的曝光部分。因此，可以形成光刻胶图案104。在显影工艺中使用的显影剂可以包括例如四甲基氢氧化铵(TMAH)。第二烘烤工艺可以由光刻处理器20的烘烤器28执行，并且显影工艺可以由光刻处理器20的显影单元26执行。

在执行上述工艺时，光刻胶图案104中可能会出现缺陷。因此，可以执行检查以确定是否正常形成了光刻胶图案104(S54)。例如，可以检查光刻胶图案104的线宽、厚度、侧壁轮廓、覆盖布置等。检查工艺可以由检查员执行。

当光刻胶图案104在检查中在公差范围内时，可以完成光刻工艺(S56)。因此，可以执行通过使用光刻胶图案104作为蚀刻掩模来执行蚀刻的后续工艺。

另一方面，当光刻胶图案104在检查中偏离公差时，可以确定光刻胶图案104具有缺陷(S56)。在这种情况下，可以执行完全去除光刻胶图案104的返工工艺。作为一个示例，当光刻胶图案104不具有目标线宽或未形成在目标位置处时，可以执行返工工艺。在下文中，将描述光刻胶图案104的返工工艺。

参照图2和图5，可以对其上形成有包括缺陷的光刻胶图案104的衬底100执行全表面曝光(S60)。

全表面曝光也可以称为空白曝光或泛光曝光。全表面曝光可以表示在没有掩模版的衬底上形成的光刻胶图案(或光刻胶层)的整个表面(例如，顶表面，并且在一些实施例中还有侧表面)的曝光。全表面曝光可以包括向形成在衬底100上且包括光刻胶图案104的结构的整个顶表面辐射光。用于全曝光工艺的光源可以是紫外光。光源可以具有157nm至248nm的波长。例如，光源可以包括具有193nm的波长的ArF光源(ArF激光器)、具有248nm的波长的KrF光源(KrF激光器)、具有157nm的波长的F2光源(F2激光器)等。

根据示例性实施例，光源可以是与用于将光刻胶图案104图案化的曝光工艺中使用的光源相同的光源。全表面曝光工艺可以由全表面曝光单元执行。根据示例性实施例，在与用于形成光刻胶图案104的曝光工艺相同的工艺条件下，通过使用空白掩模(例如，具有暴露在衬底100上形成的结构的整个顶表面的开口的掩模)，可以执行全表面曝光工艺。

当执行全表面曝光工艺时，可以由包括在光刻胶图案104中的光致产酸剂产生酸(H+)。因此，光刻胶图案104对显影剂具有较高的溶解度。

此后，可以对其上形成有光刻胶图案104且已经进行了全表面曝光的衬底100执行第三烘烤工艺(S62)。

根据示例性实施例，第三烘烤工艺可以在与第二烘烤工艺相同的工艺条件下执行。第三烘烤工艺可以例如在约80℃至约150℃的温度下执行。诸如“约”或“近似”之类的术语可以反映仅以相对较小的方式且在制造公差范围内(例如，以不显著改变某些元件的操作、功能或结构的方式)变化的数量、尺寸、取向或布局。当执行第三烘烤工艺时，可以扩散全表面曝光工艺中在光刻胶图案104内部产生的酸，使得光刻胶图案104可以容易地溶解在显影剂中。第三烘烤工艺可以由光刻处理器20的烘烤器28执行。

参照图2和图6，可以通过执行显影工艺来完全去除光刻胶图案104(S64)。例如，可以通过使用四甲基氢氧化铵(TMAH)的水溶液作为显影剂来执行显影工艺。显影工艺可以由光刻处理器20的显影单元26执行。

为了通过显影工艺完全去除光刻胶图案104以防止颗粒残留在衬底100的边缘上，在显影工艺中，可以在衬底以120RPM或更高的高速旋转的同时引入显影剂。例如，衬底100可以以120RPM至3000RPM的速度旋转。当衬底100以低于120RPM的速度旋转时，光刻胶图案104可能不会被完全去除，并且当衬底100以高于3000RPM的速度旋转时，可能难以稳定地支撑衬底。

在显影工艺中，暴露在光刻胶图案104之间的氧化硅层102可以很少被蚀刻而不被显影剂损坏。根据示例性实施例，当执行工艺时，氧化硅层102可以被蚀刻薄于

使用常规方法的一般返工工艺可以通过氧等离子体灰化工艺或使用湿蚀刻剂或清洁溶液的去除工艺来执行。在这种情况下，可以将形成在光刻胶图案下方的氧化硅层去除部分厚度。例如，氧化硅层可以被去除

通过上述工艺，可以执行用于完全去除光刻胶图案104的返工工艺，而不会损坏氧化硅层102或减少其厚度。如上所述，包括在返工工艺中的全表面曝光、烘烤和显影工艺可以由光刻工艺装置10执行。由于返工工艺不是在单独的返工装置中执行的，因此可以不需要单独的返工装置。因此，可以更有效地执行返工工艺。

参照图2和图7，可以在氧化硅层102上再次形成光刻胶图案104(S52)。光刻胶图案104可以通过对光刻胶层执行涂布工艺、曝光工艺和显影工艺来形成。形成光刻胶图案104的工艺可以由图1的光刻工艺装置1 0的光刻处理器20执行。此后，可以顺序地执行检查工艺和返工工艺。

如上所述，在执行返工工艺之后，可以通过同一光刻工艺装置形成光刻胶图案104。因此，可以简化形成光刻胶图案104的工艺。

图8至图16是用于描述根据示例性实施例的用于形成图案的方法的截面图。

用于形成图案的方法可以包括光刻胶图案的返工工艺。在下文中，将描述在双重图案化工艺或四重图案化工艺中使用氧化硅层作为设置为蚀刻掩模的间隔物的情况。

参照图8，可以在衬底200上形成第一芯轴层202和第一分离层204。衬底200可以包括单元图案区域A和外围区域B。尽管图中未示出，但是还可以在衬底200上形成蚀刻目标层。

可以在第一分离层204上形成第二芯轴层和第二分离层。第一芯轴层202可以包括例如无定形碳或由无定形碳形成。第二芯轴层可以包括例如旋涂硬掩模或由旋涂硬掩模形成。第一分离层204和第二分离层中的每一个可以包括氮氧化硅或由氮氧化硅形成。第一分离层和第二分离层可以设置为抗反射层。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的序数可以简单地用作某些元件、步骤等的标签，以将这些元件、步骤等彼此区分开。在说明书中未使用“第一”、“第二”等描述的术语在权利要求中仍可被称为“第一”或“第二”。另外，用特定序数(例如，特定权利要求中的“第一”)引用的术语可以在别处以不同的序数(例如，说明书或另一权利要求中的“第二”)来描述。

第二分离层和第二芯轴层可以被图案化以在衬底200的单元图案区域A上形成第一芯轴图案206a和第一分离层图案208a，并且在衬底200的外围区域B上形成第二芯轴图案206b和第二分离层图案208b。

根据示例性实施例，其中堆叠有第一芯轴图案206a和第一分离层图案208a的第一结构210a可以具有沿一个方向(例如，沿第一水平方向)延伸的线形。第一结构210a的线宽(例如，在垂直于第一水平方向的第二水平方向上)可以是第一线宽的三倍，第一线宽是在后续工艺中要形成的图案的目标线宽。另外，第一结构210a之间的在第二方向上的间隔可以达到第一线宽的五倍。其中堆叠有第二芯轴图案206b和第二分离层图案208b的第二结构210b可以覆盖外围区域B上的第一分离层204。

可以在第一结构210a、第二结构210b和第一分离层204的表面上共形地形成第一氧化硅层220。

第一氧化硅层220可以被设置为硬掩模，用于通过后续工艺对形成在第一氧化硅层220下方的第一芯轴层202和第一分离层204进行蚀刻。

第一氧化硅层220可以被沉积为具有基本上等于第一线宽的第一厚度(在垂直于其上共形地形成有第一氧化硅层220的表面的方向上测量的厚度)。如本文所使用的诸如“相同”、“相等”、“平面”、“共面”、“平行”和“垂直”之类的术语涵盖相同或接近相同，包括例如由于制造工艺而可能发生的变化。除非上下文或其他陈述另有说明，否则术语“基本上”在本文中可以用于强调该含义。为了形成具有薄厚度的第一氧化硅层220，可以通过原子层沉积(ALD)方案来形成第一氧化硅层220。根据示例性实施例，第一氧化硅层220可以具有

参照图9，可以在第一氧化硅层220上形成第二光刻胶图案230。第二光刻胶图案230可以覆盖外围区域B上形成的第一氧化硅层220。第二光刻胶图案230可以选择性地暴露单元图案区域A上的第一氧化硅层220。因此，由第二光刻胶图案230蚀刻的蚀刻目标层可以是第一氧化硅层220。第一氧化硅层220可以接触第二光刻胶图案230。

形成第二光刻胶图案230的工艺可以与参照图2和图4描述的工艺相同。例如，可以通过对正性光刻胶材料执行涂布工艺、第一烘烤工艺、曝光工艺、第二烘烤工艺和显影工艺来形成第二光刻胶图案230。

参照图10，可以对第二光刻胶图案230执行检查工艺(例如，在执行第一氧化硅层220的任何蚀刻之前)，并且当第二光刻胶图案230在检查中偏离公差时，可以执行完全去除第二光刻胶图案230的返工工艺。在执行返工工艺之后，可以暴露第一氧化硅层220。

返工工艺可以与参照图2、图5和图6描述的返工工艺基本上相同。例如，为了执行返工工艺，可以对第二光刻胶图案230执行全表面曝光。可以执行对已经进行了全表面曝光的第二光刻胶图案230进行加热的烘烤工艺。可以通过使用显影剂对第二光刻胶图案230进行显影。在显影工艺中，可以在衬底以120RPM或更高的速度旋转的同时引入显影剂。因此，可以完全去除第二光刻胶图案230。

第一氧化硅层220在执行返工工艺的工艺中不会被蚀刻或损坏。例如，即使在执行返工工艺之后，第一氧化硅层220也可以具有等于第一线宽的第一厚度。

参照图11，可以在第一氧化硅层220上再次形成第二光刻胶图案230。

另外，可以对第二光刻胶图案230执行检查工艺，并且当第二光刻胶图案230在检差中在公差范围内时，可以执行后续的刻蚀工艺。当第二光刻胶图案230在检查中偏离公差时，可以再次执行返工工艺。

参照图9至图11中的每一个描述的工艺可以由同一光刻工艺装置执行。例如，第一光刻胶图案230的沉积、第二光刻胶图案230的检查、去除和再形成可以由单个光刻装置执行，而无需将衬底移动到不同的装置或腔室。

参照图12，可以通过对第一氧化硅层220进行各向异性蚀刻在第一结构210a的侧壁上形成第一间隔物220a。第一间隔物220a可以被设置为硬掩模，用于对形成在第一间隔物220a下方的第一心轴层202和第一分离层204进行蚀刻。

在这种情况下，由于外围区域B上的第一氧化硅层220被第二光刻胶图案230遮蔽，因此第一氧化硅层220可以覆盖在外围区域B上的第二结构210b的表面上。

参照图13，可以选择性地去除第一结构210a。因此，单元图案区域A中的第一分离层204上的第一间隔物220a可以彼此间隔开。因此，可以在第一间隔物220a之间形成第一间隙222。

同时，由于外围区域B上的第二结构210b被第一氧化硅层220覆盖，因此第二结构210b可以保留而不会在去除工艺中被去除。可以在第二结构21 0b的侧壁上形成侧壁间隔物220b。

如上所述，由于即使在执行返工工艺之后第一氧化硅层220具有等于第一线宽的第一厚度，因此第一间隔物220a可以具有作为目标线宽的第一线宽。另外，第一间隔物220a之间的第一间隙222的宽度可以保持均匀。

相反，当第一氧化硅层在执行返工工艺之后被去除部分厚度以具有比第一线宽薄的厚度时，第一间隔物的线宽可以小于作为目标线宽的第一线宽。在这种情况下，第一间隔物之间的间隔可以变得相对较宽。另外，通过去除第一结构而形成的第一间隙部分的宽度与对应于第一间隔物之间的分离部分的第一间隙部分的宽度可以彼此不同。因此，第一间隔物之间的第一间隙的宽度可以不均匀，并且具有相对较大宽度的第一间隙和具有相对较小宽度的第一间隙可以交替地且重复地设置。

参照图14，可以通过使用第一间隔物220a作为蚀刻掩模，对暴露在第一间隔物220a之间的第一分离层204和第一芯轴层202进行各向异性蚀刻。因此，可以在单元图案区域A中的衬底200上形成其中堆叠有第三芯轴图案202a和第三分离层图案204a的第三结构240a。当执行蚀刻工艺时，可以在外围区域B中的衬底200上形成其中堆叠有第四芯轴图案202b和第四分离层图案204b的第四结构240b。

此后，可以在第三结构240a、第四结构240b和衬底200的表面上共形地形成第二氧化硅层250。第二氧化硅层250可以沉积为具有基本上等于第一线宽的第一厚度。根据示例性实施例，第二氧化硅层250可以通过原子层沉积(ALD)方案形成。根据示例性实施例，第二氧化硅层250的第一厚度可以是

参照图15，可以通过对第二氧化硅层250进行各向异性蚀刻在第三结构240a的侧壁上形成第二间隔物250a。另外，还可以在各向异性蚀刻工艺中，在第四结构240b的侧壁上形成侧壁间隔物250b。

第三分离层图案204a也可以在蚀刻工艺中被部分或全部去除。然而，由于蚀刻负载，第四分离层图案204b可以比第三分离层图案204a更慢地被去除，或者可以仅被最低限度地去除。因此，第四分离层图案204b可以保持为比第三分离层图案204a厚。

参照图16，可以去除第三分离层图案204a而保留第四分离层图案204b。此后，可以去除第三芯轴图案202a。去除第三芯轴图案202a的工艺可以包括灰化工艺或蚀刻工艺。

因此，可以去除单元图案区域A上的第三结构240a，以在第二间隔物250a之间形成第二间隙。单元图案区域A上的第二间隔物250a可以具有第一线宽，同时彼此间隔开第一线宽。同时，外围区域B上的第四结构240b可以保留而不被去除。

由于第二间隔物250a形成在第一间隔物220a的侧壁上(参见图13)，第二间隔物250a之间的第二间隙260的宽度可以根据第一间隔物220a的线宽和第一间隔物220a的第一间隙而变化。例如，当第一间隔物220a的线宽小于第一线宽时，第二间隔物250a之间的第二间隙260的宽度可能不均匀，并且具有较大宽度的第二间隙和具有较小宽度的第二间隙可以交替地且重复地布置。

然而，如上所述，当通过全表面曝光工艺对第二光刻胶图案230进行返工时，第一氧化硅层220的厚度在返工工艺中很少会减小。因此，第一间隔物220a可以具有第一线宽，使得第二间隔物250a可以具有均匀的第一线宽和第二间隙。第二间隔物250a可以被设置为用于蚀刻的硬掩模。

上述返工方案可以不同地应用于在光刻胶图案下方形成接触光刻胶图案的氧化硅层的工艺。

上述工艺可以是形成诸如半导体芯片(例如，存储器芯片或逻辑芯片)或半导体封装之类的半导体器件的工艺的一部分。尽管已经具体示出和描述了示例性实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不背离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的变化。