具有灵活的溶液调整的光刻图案化的方法及系统与流程

本发明的实施例一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及光刻图案化的方法及系统。

背景技术：

半导体集成电路(ic)工业经历了快速增长。ic材料和设计的技术进步产生了多代ic，其中，每一代都具有比先前一代更小且更复杂的电路。在ic演进的过程中，功能密度(即，单位芯片面积中的互连器件的数量)通常在增加，同时几何尺寸(即，可使用制造工艺创建的最小组件(或线))减小。这种规模缩小工艺通常通过增加生产效率和降低相关成本来提供很多益处。这种按比例缩小工艺也增大了加工和制造ic的复杂度。

例如，光刻已经成为用于将ic图案转印至半导体晶圆的传统方法。在典型的光刻工艺中，将光刻胶膜涂覆在晶圆的表面上并随后曝光和进行显影光刻胶膜以形成抗蚀剂图案。然后，将抗蚀剂图案用于蚀刻晶圆以形成ic。抗蚀剂图案的质量直接影响最终ic的质量。测量抗蚀剂图案的质量包括关键尺寸变化、线边缘粗糙度(ler)、和线宽粗糙度(lwr)。随着半导体缩放工艺的继续，期望改善现有的开发工艺和系统以减小抗蚀剂图案的关键尺寸变化、ler和lwr，从而满足预定的关键尺寸均匀性(dcu)。

技术实现要素：

根据本发明的一方面，提供了一种用于光刻图案化的方法，包括：在衬底上方形成第一层，所述第一层为辐射敏感的层；将所述第一层曝光于辐射；将显影剂应用于曝光的第一层，得到所述衬底上方的图案，其中，所述显影剂包括显影化学制剂，所述显影剂中的显影化学制剂的浓度在应用所述显影剂期间为时间的函数。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于光刻图案化的方法，包括：提供衬底；在所述衬底上方形成第一层，所述第一层为辐射敏感的层；将所述第一层曝光于辐射；将显影剂应用在曝光的第一层上，以得到所述衬底上方的图案，其中，所述显影剂包括显影化学制剂；以及在所述显影剂的应用期间，调整所述显影剂中的显影化学制剂的浓度。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于光刻图案化的系统，包括：第一供应管道，用于供应第一溶液；第二供应管道，用于供应第二溶液；第三供应管道，耦合至所述第一供应管道和所述第二供应管道以用于分别接收所述第一溶液和所述第二溶液并且将所述第一溶液和所述第二溶液混合为混合物；衬底工作台，用于保持衬底；供应喷嘴，耦合至所述第三供应管道以用于将所述混合物分配至所述衬底；第一控制单元，耦合至所述第一供应管道并且配置为控制所述第一溶液进入所述第三供应管道的流量；以及第二控制单元，耦合至所述第二供应管道并且配置为控制所述第二溶液进入所述第三供应管道的流量。

附图说明

当结合附图进行阅读时，通过以下详细描述可更好地理解本发明。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1示出根据本发明的各个方面的光刻图案化方法的流程图。

图2a、图2b、图2c、图2d、图2e、图2f、图2g、图2h和图2i根据实施例示出了根据图1的方法形成目标图案的截面图。

图3示出了根据一些实施例的具有灵活的溶液调整的抗蚀剂显影工艺的流程图。

图4a和图4b每一个都示出了根据一个或多个实施例中的本发明的各个方面所构建的抗蚀剂显影工艺中的灵活的溶液调整的曲线图。

图5a是根据一个或多个实施例中的本发明的各个方面所构建的光刻显影装置的示意图。

图5b和图5c是根据一些实施例的图5a的光刻显影装置的一部分的示意图。

图5d示出了根据本发明的各个方面的灵活的显影剂浓度调整方法的流程图。

图6示出了根据一个或多个实施例中的本发明的各个方面所构建的抗蚀剂处理工艺中的灵活的溶液调整的曲线图。

图7a是根据一个或多个实施例中的本发明的各个方面所构建的图案处理装置的示意图。

图7b示出了根据本发明的各个方面使用图7a的装置的灵活的处理化学制剂调整方法的流程图。

图8a是根据一个或多个实施例中的本发明的各个方面所构建的另一图案处理装置的示意图。

图8b示出了根据本发明的各个实施例使用图8a的装置的灵活的处理化学制剂调整方法的流程图。

图9是根据一个或多个实施例中的本发明的各个方面所构建的光刻显影系统的示意图。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，用于实现所提供主题的不同特征。以下将描述组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成为直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。而且，本发明在各个实例中可以重复参考数字和/或字母。这种重复仅是为了简明和清楚，其自身并不表示所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。

此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作过程中的不同方位。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。

在各个实施例中，本发明通常涉及用于半导体器件制造的方法，并且更具体地涉及光刻图案化的方法。在光刻图案化中，在暴露抗蚀剂膜之后，在显影剂中显影抗蚀剂膜。显影剂去除光刻胶膜的部分，从而形成可包括线图案和/或沟槽图案的抗蚀剂图案。抗蚀剂图案可以经受附加的冲洗和处理工艺以进一步被固化。在随后的蚀刻工艺中将抗蚀剂图案用作蚀刻掩模，将图案转印至下面的图案化层。由于各种因素，所以抗蚀剂图案的线和/或沟槽通常在衬底(如，晶圆)上展示出不均匀关键尺寸(cd)。抗蚀剂图案中的这种cd不均匀性可以导致制造缺陷并且应该尽可能避免。这在纳米(nm)制造环境下尤其为真。本发明提供用于显影具有提高的cd均匀性的抗蚀剂图案的方法和系统。

图1是根据本发明的各个方面的图案化衬底(例如，半导体晶圆)的方法100的流程图。可通过使用深紫外线(duv)光刻、极紫外线(euv)光刻、电子束(e-束)光刻、x-射线光刻和其他适当的光刻工艺的系统来完整地或部分地执行方法100，以提高图案尺寸精确度。可在方法100之前、期间和之后提供额外的操作，并且对于方法的附加的实施例，可将描述的一些操作替换、去除或改变顺序。方法100是实例，并且不旨在将本发明限制于权利要求中明确地陈述的范围之外。下面结合图2a至图2i描述方法100，其中，通过使用方法100的实施例来制造半导体器件200。半导体器件200可以是在ic或其部分的处理期间制造的中间器件，其可以包括sram和/或其他逻辑电路；诸如电阻器、电容器和电感器的无源组件；以及诸如p型fet(pfet)、n型fet(nfet)、鳍式fet(finfet)、其他三维(3d)fet、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、互补金属氧化物半导体(cmos)晶体管、双极晶体管、高压晶体管、高频晶体管、其他存储单元和它们的组合的有源组件。

在操作102处，方法100(图1)提供衬底202(图2a)。参考图2a，衬底202包括一个或多个材料或组合物层。在实施例中，衬底202是半导体衬底(例如，晶圆)。在另一个实施例中，衬底202包括晶体结构的硅。在可选实施例中，衬底202包括：诸如锗的其他元素半导体；诸如碳化硅、砷化镓、砷化铟和磷化铟的化合物半导体；诸如gaasp、alinas、algaas、ingaas、gainp、和/或gainasp的合金半导体；或它们的组合。衬底202可以包括：绝缘体上硅(soi)衬底，产生应变或应力以用于性能改进；包括外延区；包括隔离区；包括掺杂区；包括一个或多个半导体器件或其部分；包括导电层和/或非导电层和/或包括其他合适的部件和层。在本实施例中，衬底202包括图案化层204。在实施例中，图案化层204为硬掩模层，该硬掩模层包括诸如非晶硅(a-si)、氧化硅、氮化硅(sin)、氮化钛或其他合适的材料或复合物的材料。在实施例中，图案化层204为抗反射涂(arc)层，诸如不含氮的抗反射涂(nfarc)层，该不含氮的抗反射涂层包括诸如氧化硅、碳氧化硅或等离子体增强的化学汽相沉积的氧化硅的材料。在各个实施例中，图案化层204可包括高-k介电层、栅极层、硬掩模层、界面层、覆盖层、扩散/阻挡层、介电层、导电层、其他适当的层和/或其组合。在另一个实施例中，衬底202为掩模衬底，掩模衬底可包括诸如石英、硅、碳化硅或氧化硅-氧化钛化合物的低热膨胀材料。为进一步说明该实例，衬底202可为用于制造深紫外线(duv)掩模、极紫外线(euv)掩模或其他类型掩模的掩模衬底。

方法100(图1)进行至操作104，其中，在衬底202(图2b)上方形成层206。层206包括辐射敏感材料。参考图2b，在一个实施例中，通过在衬底202上旋转涂覆液体聚合物材料、随后通过软烘工艺和硬烘工艺来形成层206。在实施例中，层206为诸如i-线抗蚀剂的光刻胶、包括氟化氪(krf)抗蚀剂和氟化氩(arf)抗蚀剂的duv抗蚀剂、euv抗蚀剂、电子束(e-束)抗蚀剂和离子束抗蚀剂。为了方便，在下面讨论中将层206简称为抗蚀剂206。在各个实施例中，抗蚀剂206可以为正性抗蚀剂或负性抗蚀剂。正性抗蚀剂通常不可溶于显影剂，而是在辐射之后变成可溶性的。负性光刻胶具有相反的表现：其通常可溶于显影剂，但是在辐射之后变成不可溶性的。

方法100(图1)进行至操作106，在光刻系统中将抗蚀剂206暴露于辐射208。参考图2c，辐射208可为i-线(365nm)、诸如krf准分子激光器(248nm)或arf准分子激光器(193nm)的duv辐射、euv辐射(例如，13.8nm)、e-束，x-射线、离子束或其他适当辐射。可在空气中、液体中(浸渍光刻)或者真空中(例如，对于euv光刻和e-束光刻)实施操作106。在一个实施例中，使用诸如透射掩模或反射掩模的掩模(未示出)将辐射208图案化，这可包括诸如相移和/或光学邻近效应校正(opc)的分辨率增强技术。在另一实施例中，使用诸如ic布局的预定图案而不使用掩模(无掩模光刻)直接调节辐射束208。在本实施例中，利用掩模或不利用掩模，根据图案209辐射208对抗蚀剂206的部分206a进行曝光。在本实施例中，抗蚀剂206为正性抗蚀剂并且被照射的部分206a变得可溶于显影剂。在可选实施例中，抗蚀剂206为负性抗蚀剂并且被照射的部分206a变得不可溶于显影剂。半导体器件200可以经受附加的工艺，诸如曝光后烘焙工艺。

方法100(图1)进行至操作108，根据本发明的各个实施例，其中，利用灵活的溶液调整工艺对曝光的抗蚀剂206进行显影。在实施例中，操作108包括一个或多个工艺，诸如显影(图2d)、冲洗(图2e)、和处理工艺(图2f和图2g)，将在下文对其进行进一步讨论。在操作108中去除被照射的部分206a，得到抗蚀剂图案206b(图2h)。在如图2h所示的实例中，由线条图案代表抗蚀剂图案206b。然而，下面讨论同样适用于由沟槽代表的抗蚀剂图案。在操作110时，方法100将图案从抗蚀剂图案206b转印至衬底202，将在下文对其进行进一步讨论。

如以上所讨论的，抗蚀剂图案206b的质量直接影响最终制造的ic的质量。抗蚀剂图案206b的质量的各种测量中有关键尺寸变化，如，最小图案尺寸的偏差3σ。其他测量包括线宽粗糙度(lwr)和/或线边缘粗糙度(ler)。一些显影工艺可以导致晶圆上的不均匀的cd。例如，晶圆中部的cd或晶圆中部附近的cd可以大于晶圆的外部区域的cd。在具有300nm晶圆的一个实例中，在某些情况下，euv抗蚀剂图案的cd可以从晶圆的中部至其周边的变化超出3nm。对于某些产品线来说，这种过多的cd变化是不可接受的。本发明的发明人观察到，导致这样的过多cd变化的一个因素在于在抗蚀剂206显影期间如何控制显影剂210的化学制剂浓度。在典型的显影工艺中，显影剂的化学制剂浓度在整个显影工艺中保持大约为恒定的。显影剂分配在晶圆的中部处并且由于由晶圆的旋转生成的离心力而流动至晶圆的剩余区域。结果，并不是晶圆的所有区域都接收相同量的显影剂并且晶圆的中部相比于晶圆的外部区域被过显影。本发明利用灵活的溶液调整方案来解决这样的问题，其中，作为时间的函数来灵活地调整显影剂210的化学制剂浓度。在一个实例中，显影剂210开始具有低化学制剂浓度。随着显影剂流动并且填充晶圆的整个区域，显影剂的化学制剂浓度增加以实现某些化学性能。结果，更均匀地显影整个晶圆，以提供比典型的显影工艺更好的cdu。图3示出了灵活的溶液调整的实施例。

参考图3，其中示出了根据本发明的各个方面利用灵活的溶液调整实施操作108的实施例。将结合图2d至图2g讨论操作108。简要概述，操作108包括步骤132、134、136和138。在步骤132中，操作108灵活地调整显影剂210中的化学制剂浓度(即，作为时间的函数)，同时利用显影剂210显影抗蚀剂206(图2d)。在步骤134中，操作108利用冲洗溶液212冲洗抗蚀剂图案206b(图2e)。在步骤136中，操作108灵活地调整第一处理化学制剂214中的化学制剂浓度，同时利用化学制剂214处理抗蚀剂图案206b(图2f)。在步骤138中，操作108灵活地调整第二处理化学制剂216中的化学制剂浓度，同时利用化学制剂216处理抗蚀剂图案206b(图2g)。可在步骤132至步骤138之前、期间和之后提供额外的操作，并且对于方法的附加的实施例，可将描述的一些操作替换、去除、修改或改变顺序。例如，在步骤132中，操作108的实施例可以灵活地调整的显影剂210，但是分别在步骤136和/或138中保持处理化学制剂214和/或216恒定(未进行灵活调整)。对于另一实例，操作108的实施例可以包括介于处理步骤136和138之间的另一冲洗步骤(类似于步骤134)。，本领域普通技术人员可以认识到，半导体制造工艺的其他实例可以受益于本发明的实施例。

在步骤132中，操作108将显影剂210应用至曝光的抗蚀剂206(图2d)。显影剂210包括溶解在溶剂中的显影化学制剂。在一个实例中，显影剂210为正性显影剂，如，包含溶解在水溶液中的四甲基氢氧化铵(tmah)。在另一实例中，显影剂210为负性显影剂，如，包含溶解在有机溶剂中的乙酸丁酯(nba)。在显影工艺期间，作为时间的函数来灵活地调整显影剂210中的显影化学制剂(如，tmah或nba)的浓度(或简称为“显影剂浓度”)。在实例中，显影剂210开始具有第一显影剂浓度。在抗蚀剂206显影第一时间段之后，显影剂210改变为具有与第一显影剂浓度不同的第二显影剂浓度，并且抗蚀剂206显影第二时间段。在实施例中，第一显影剂浓度低于第二显影剂浓度，使得步骤132成为“稀释显影”工艺。此外，显影剂浓度的调整可以跟在第二时间段之后，直到抗蚀剂206完全显影。

图4a中的曲线图410示出了根据实施例在步骤132期间，显影剂210中的显影化学制剂的浓度为时间的函数(即，该浓度不是恒定的，而是可以随着时间或在一些时间周期期间内变化)。参考图4a，步骤132包括示出的实施例中的6阶段灵活调整。6阶段标注为c1、c2、c3、c4、c5和c6，这也是各个阶段中的显影剂浓度的值。在每一个阶段内，显影剂浓度保持基本恒定。从一个阶段至随后的(紧接着下一个)阶段，显影剂浓度变化。六个浓度c1、c2、c3、c4、c5和c6可以全部不同，或者它们中的一些可以相同。例如，在实施例中，以下关系可以成立：c2≠c3并且c3≠c4，但是c2＝c4。此外，图4a中示出的曲线图410仅为显影剂210的灵活调整的实例。可以修改和/或去除各个显影剂浓度和显影时间段，并且对于附加的实施例，可以添加或插入附加的显影剂浓度和显影时间段。例如，步骤c2、c3、c4和c4中的一个或多个步骤的时间段可以为零，这使得显影剂210中的显影化学制剂的浓度变化比具有这些步骤更加连续。

还参考图4a，最初显影剂210具有浓度c1，例如，该浓度可以低至接近0.0％。在该初始阶段中实际上可以不显影抗蚀剂206。在时间t1处，显影剂210中的显影化学制剂的浓度开始线性增加并且在时间t2处到达c2。显影剂浓度从时间t2至t3保持基本相同。在时间t3处，显影剂浓度开始线性增加并且在时间t4处到达c3。从c1至c2和从c2至c3的增加的比率(如，％每秒)可以相同或不同。显影剂浓度从时间t4至t5保持基本相同。之后，显影剂浓度在时间t5处开始线性减小并且在时间t6处到达c4。类似地，显影剂浓度从时间t7至t8和从时间t9至t10减小。在三个时间段(t5-t6、t7-t8和t9-t10)中减小的比率(如，％每秒)可以相同或不同。分别在时间段t6-t7、t8-t9期间和t10之后，显影剂浓度保持基本相同。显影剂210被应用至抗蚀剂206，同时根据曲线图410来调整该显影剂的浓度。

图4b中的曲线图420示出了水溶液中包括tmah的显影剂210的灵活调整的实施例。参考图4b，显影剂210具有接近0.0％的初始tamh浓度。从时间＝5秒至时间＝6秒，tmah浓度从0.0％增加至约1.2％。利用1.2％的tamh对抗蚀剂206显影约6秒的时间段。然后，从时间＝11秒至时间＝12秒，tmah浓度从1.2％增加至约2.38％。还利用2.38％的tamh对抗蚀剂206显影约2秒的时间段。应该注意，在tamh浓度变化(如，在时间段从时间＝5秒至时间＝6秒和从时间＝10秒至时间＝11秒期间)时，也显影抗蚀剂206。之后进行进一步调整，包括tmah浓度从2.38％减小至1.2％(从时间＝14秒至时间＝15秒，以及从时间＝24秒至时间＝25秒)、tmah浓度从1.2％增加至2.38％(时间＝19秒至时间＝20秒)、以及tmah浓度从1.2％减小至接近0.0％(从时间＝29秒至时间＝30秒)。在时间＝30秒之后，抗蚀剂206被完全显影，并且被照射部分206a被显影剂210溶解。之后可以进行步骤134(图3)，如，在时间＝36秒处，从器件200去除任何残余物，包括过量的显影剂210。

步骤132(图3)可以在显影系统500中实施，图5a中示出了该系统的实施例。参考图5a，系统500包括设计为保持的衬底(诸如衬底202)的衬底工作台502。如图所示，衬底202还涂覆有抗蚀剂206，并且该抗蚀剂已经被曝光并且准备被显影。衬底工作台502包括诸如真空吸附机构、e-夹紧的机构，或其他适当机构以固定衬底202。系统500还包括与衬底工作台502集成的运动机构504并且可操作地按照多种运动方式驱动衬底工作台502和固定在其上的衬底202。在一些实施例中，运动机构504包括发动机，该发动机在各个操作(诸如显影和冲洗)期间驱动衬底工作台502和衬底202以特定旋转速度旋转。在一些实施例中，运动机构504包括提升模块以沿着垂直方向移动衬底202，从而使得衬底202能够定位在更低或更高的平面处。

系统500还包括将显影剂210应用至抗蚀剂206的子系统505。子系统505包括耦合在一起的储存器和混合器(或混合器)506、供应管道508、以及供应喷嘴510。供应喷嘴510可移动地直接定位在衬底202的中部上面。通过供应喷嘴510将显影剂210分配在衬底202上，同时使器件200旋转。在将显影剂210分配到衬底202的中部的抗蚀剂206上之后，由于旋转产生的离心力，所以该显影剂流动至抗蚀剂206的其他部分。系统500还包括杯体512和排水管(或排水装置)514。杯体512配置在衬底工作台502周围以有效地捕获在显影工艺期间从衬底202甩掉的显影剂210(和溶解在其中的抗蚀剂部分206a)。在一些实施例中，杯体512设计为具有圆柱形结构。杯体512与排水管514集成，从而使得杯体512接收的液体通过排水管514送出以用于进一步处理。

在本实施例中，通过在混合器506中实时混合两种溶液(第一溶液210a和第二溶液210b)来获得显影剂210。在实施例中，第一溶液210a包含第一浓度的显影化学制剂(如，tmah或nba)，第二溶液210b包含第二浓度的显影化学制剂，第二浓度低于第一浓度，并且显影剂210包含在约第二浓度至约第一浓度的范围内灵活地调整的显影化学制剂。在又一实施例中，第二溶液210b不含有显影化学制剂，并且显影剂210包含在约0.0％至约第一浓度的范围内灵活地调整的显影化学制剂。例如，第一溶液210a可以包含2.38％的tmah，第二溶液210b可以包含去离子水(diw)而没有tmah，并且显影剂210可以包含在约0.0％至约2.38％的范围内灵活地调整的tmah，将在下文对其进行讨论。

仍参考图5a，混合器506包括储存第一溶液210a的第一容器516a和储存第二溶液210b的第二容器516b。混合器506还包括泵送机构(诸如压力泵或压缩气体)518a和518b以分别促使溶液210a和210b进入供应管道520a和520b。混合器506还包括分别耦合至供应管道520a和520b的控制单元522a和522b。供应管道508在控制单元522a和522b的下游处耦合至供应管道520a和520b，以用于分别接收溶液210a和210b。控制单元522a配置为控制溶液210a进入供应管道508的流量523a。控制单元522b配置为控制溶液210b进入供应管道508的流量523b。控制单元522a和522b中的一个或两者配置为提供至少三种等级的流量控制：最小流量、最大流量、以及小于最大流量并且大于最小流量的中间流量。在一些实施例中，控制单元522a和522b分别与泵送机构518a和518b集成。两种溶液210a和210b在靠近供应管道520a和520b的部分(如，在被虚线框524包围的部分中)的供应管道508中混合，以形成显影剂210。如图5a所示，供应管道520a、520b和508可以形成“t形”连接。可选地，如图5b所示，供应管道520a、520b和508可以形成“y形”连接。在图5c所示的又一实施例中，供应管道508包括直径比供应管道508的远端部分(远离供应管道520a和520b，诸如在供应喷嘴510附近)大的近端部分508a(更靠近供应管道520a和520b)。部分508a可以用作暂时储存溶液210a和210b的小储槽，从而使得它们在分配至抗蚀剂206上方之前均匀混合。

利用混合器506，可以在显影工艺期间灵活地调整显影剂210的浓度。在实施例中，控制单元522a和522b配置为根据工艺处方(processrecipe)来控制溶液210a和210b的流量，从而产生诸如如图4a和图4b所示的作为时间的函数的期望的显影剂浓度分布。图5d中示出了步骤132(还称为方法132)的实施例，下文将结合子系统500对其进行简要描述。方法132包括操作152a，其中，以第一流量(如，流量523a)将第一溶液(如，溶液210a)供应至供应管道(如，供应管道508)。方法132还包括操作154a，其中，以第二流量(如，流量523b)将第二溶液(如，溶液210b)供应至供应管道。第一溶液和第二溶液同时供应至供应管道并且在供应管道中混合为显影剂(如，显影剂210)。方法132还包括操作156a，其中，将显影剂从供应管道应用至目标(如，暴露的抗蚀剂206)。方法132还包括操作158a，调整第一流量和第二流量中的一个或两者，以改变显影剂中的显影化学制剂的浓度。

在实施例中，第一溶液210a为正性显影剂，诸如包含2.38％的tmah的水溶液，并且第二溶液210b为去离子水(diw)。为了进一步说明实施例中，第一和第二溶液210a和210b可以在混合器506中灵活地混合以形成显影剂210，从而具有在约0.0％至约2.38％的范围内的tmah浓度。在另一实施例中，第一溶液210a为负性显影剂，诸如包含95％的nba的溶液，并且第二溶液210b为诸如溶剂ok73(包含重量百分比70％的丙二醇单甲醚(pgme)和重量百分比30％的丙二醇单甲醚醋酸盐(pgmea))的有机溶剂。为了进一步说明该实施例中，第一溶液210a和第二溶液210b可以在混合器506中灵活地混合以形成显影剂210，从而具有在约90％至约95％的范围内的nba浓度。

再次参考图3，在抗蚀剂206显影之后，在步骤134中，操作108利用冲洗溶液212(图2)冲洗图案206b。在实施例中，冲洗溶液212包含诸如diw的水。在可选的实施例中，冲洗溶液可以包含溶解在水中的表面活性剂。冲洗溶液212用于从器件200去除或替代残余显影剂210(和任何溶解其中的抗蚀剂206a)。在实施例中，通过与分配显影剂210的供应喷嘴不同的冲洗供应喷嘴来分配冲洗溶液212。在可选的实施例中，利用图5a所示的系统500，可以通过分配显影剂210的相同的喷嘴510来分配冲洗溶液212。例如，控制单元522a可以关闭包含显影化学制剂的第一溶液210a的流动，并且仅将包括diw的第二溶液210b送至供应喷嘴510。通过这种方式，系统500可以用于多重显影步骤(如，步骤132和134)、简化操作、以及降低系统成本。

仍参考图3，在冲洗图案206b之后，操作108利用一种或多种处理化学制剂来处理图案206b，从而减少图案坍塌和图案缺损(patterndeformity)，诸如线边缘粗糙度和线宽粗糙度。在本实施例中，操作108利用两种处理化学制剂(步骤136中的第一处理化学制剂214(图2f)和步骤138中的第二处理化学制剂216(图2g))来处理图案206b。本领域普通技术人员应该意识到，在各个实施例中，操作108可以应用一种处理化学制剂或两种以上处理化学制剂。下文将共同讨论步骤136和138。

在本实施例中，处理化学制剂214和216包括不同的组分。处理化学制剂214和216的每一种都包括表面活性剂。例如，表面活性剂可以包括包含聚乙二醇基或乙二醇基表面活性剂的水溶液。作为另一实例，处理化学制剂214和216中的每一个都包括从由东京电子株式会社(tel)和克莱恩(日本)kk(日本东京市文京区)(瑞士制造商克莱恩的子公司)共同开发的firm^tm(通过改进的冲洗材料完成)系列的表面活性剂(如，firm^tm-a、firm^tm-b、firm^tm-c、firm^tm-d、firm^tmextreme10等)中选择的一种或多种表面活性剂溶液。

在实施例中，处理化学制剂214和216的每一个都在应用至抗蚀剂图案206b之前经受相应的表面活性剂浓度调整工艺。调整工艺基本类似于关于步骤132所讨论的调整工艺。因此，下文仅对其进行简要描述。在实施例中，可以在多个阶段中应用处理化学制剂(214或216)。在每一个阶段内，处理化学制剂中的表面活性剂浓度保持基本恒定。从一个阶段至随后的阶段，处理化学制剂中的表面活性剂浓度或者增加或者减少。在一个特别的实施例中，步骤136(或138)开始在处理化学制剂214(或216)中具有更低的表面活性剂浓度。在第一持续时间之后，处理化学制剂214(或216)中的表面活性剂浓度增加并且在第二持续时间段内冲洗抗蚀剂图案206b。之后，可以进行附加的处理阶段。在图6中所示的另一实施例中，步骤136(或138)开始在处理化学制剂214(或216)中具有在少于2秒时间段内达到约100％的更高的表面活性剂浓度。在约3至4秒的第一持续时间之后，处理化学制剂214(或216)中的表面活性剂浓度以线性阶梯曲线减少，直到到达用户指定的浓度等级，在示出的实例中为约50％。线性阶梯曲线包括一个或多个阶梯。在示出的实例中，有两个阶梯：在约80％处持续2秒，并且在约60％处持续1秒。对于处理周期的大部分，表面活性剂浓度保持处于用户指定的浓度等级，并且在处理的结束(在约33秒处)时增加至全浓度等级(接近100％)。在利用高浓度的表面活性剂的较短处理之后，关闭处理化学制剂，并且开启di水。可以实施灵活的调整工艺的各个其他的实例以用于步骤136和138中的每一个。

在实施例中，显影系统500包括子系统525(图7a)，根据本发明的各个实施例，该子系统使用灵活的调整方法来供应处理化学制剂214。在另一实施例中，显影系统500包括子系统545(图8a)，根据本发明的各个实施例，该子系统使用灵活的调整方法来供应处理化学制剂216。子系统525和545在结构上类似于子系统505(图5a)。因此，下文仅对它们进行简要描述。

参考图7a，子系统525包括耦合在一起的混合器526、供应管道528、以及供应喷嘴530。混合器526包括储存溶液214a的容器536a和储存溶液214b的容器536b。在实施例中，溶液214a包含表面活性剂，并且溶液214b为diw。混合器526还包括泵送机构538a和538b以分别促使溶液214a和214b进入供应管道540a和540b。混合器526还包括分别耦合至供应管道540a和540b的控制单元542a和542b。供应管道528在控制单元542a和542b的下游处耦合至供应管道540a和540b，以分别用于接收溶液214a和214b。控制单元542a确定溶液214a进入供应管道528的流量543a。控制单元542b确定溶液214b进入供应管道528的流量543b。溶液214a和214b在供应管道528中混合以形成处理化学制剂214，通过供应喷嘴530将该处理化学制剂分配至抗蚀剂图案206b上。

图7b示出了利用图7a中示出的系统500实施的步骤136的实施例。参考图7b，步骤136包括操作152b，其中，以流量543a将溶液214a供应至供应管道528。步骤136还包括操作154b，其中，以流量543b将溶液214b供应至供应管道528。溶液214a和214b同时供应至供应管道528并且在供应管道528中混合为处理化学制剂214。步骤136还包括操作156b，其中，将处理化学制剂214从供应管道应用至抗蚀剂图案206b。步骤136还包括操作158b，其中，调整流量534a和543b中的一个或两者，以改变处理化学制剂214中的表面活性剂的浓度。

参考图8a，子系统545包括耦合在一起的混合器546、供应管道548、以及供应喷嘴550。混合器546包括储存溶液216a的容器556a和储存溶液216b的容器556b。在实施例中，溶液216a包含表面活性剂，并且溶液216b为diw。溶液216a可以具有与溶液214a(图7a)不同的组分。混合器546还包括泵送机构558a和558b以分别促使溶液216a和216b进入供应管道560a和560b。混合器546还包括分别耦合至供应管道560a和560b的控制单元562a和562b。供应管道548在控制单元562a和562b的下游处耦合至供应管道560a和560b，以分别用于接收溶液216a和216b。控制单元562a确定溶液216a进入供应管道548的流量563a。控制单元562b确定溶液216b进入供应管道548的流量563b。溶液216a和216b在供应管道548中混合以形成处理化学制剂216，其中，通过供应喷嘴550将该处理化学制剂分配至抗蚀剂图案206b上。

图8b示出了利用图8a中示出的系统500实施的步骤138的实施例。参考图8b，步骤136包括操作152c，其中，以流量563a将溶液216a供应至供应管道548。步骤138还包括操作154c，其中，以流量563b将溶液216b供应至供应管道548。溶液216a和216b同时供应至供应管道548并且在供应管道548中混合为处理化学制剂216。步骤138还包括操作156c，其中，将处理化学制剂216从供应管道548应用至抗蚀剂图案206b。步骤138还包括操作158c，其中，调整流量534a和563b中的一个或两者，以改变处理化学制剂216中的表面活性剂的浓度。

图9示出了显影系统500的实施例。参考图9，系统500包括参考图5a、图7a和图8a分别讨论的子系统505、525、以及545。系统500还包括子系统565，该子系统配置为将diw从储存单元566通过供应管道568供应至供应喷嘴570。在实施例中，在步骤134(图3)的冲洗操作期间使用子系统565。在各个实施例中，在以上讨论的各个显影操作期间，供应喷嘴510、530、550和570中的每一个都独立地可移动并且可以直接位于在固定于衬底工作台502上的晶圆(未示出)上面。

参考图1，在显影抗蚀剂图案206b之后，方法100进行至操作110以使用抗蚀剂图案206b作为掩模来蚀刻衬底202，从而将图案转印至衬底202(图2i)。在一个实施例中，图案化层204为硬掩模层。为了进一步说明该实施例，首先将图案从光刻胶图案206b转印至硬掩模层204，然后转印至衬底202的其他层。例如，可使用干(等离子体)蚀刻、湿蚀刻和/或其他蚀刻方法蚀刻硬掩模层204。在硬掩模层204的蚀刻期间，可以部分地或完全地消耗抗蚀剂图案206b。在一个实施例中，如图2i示出的，可将光刻胶图案206b的任何剩余的部分剥离，以将图案化的硬掩模层204保留在衬底202上。

尽管图1未示出，但方法100可进行至在衬底202上形成最终图案或ic器件。在非限制性实例中，衬底202是半导体衬底并且方法100进行至形成鳍式场效应晶体管(finfet)结构。在该实施例中，操作110在半导体衬底202中形成多个有源鳍。有源鳍由于抗蚀剂图案206b的极低cdu而具有均匀的cd。

尽管不旨在限制，但本发明的一个或多个实施例为光刻工艺以及由其生产的ic提供了许多益处。例如，本发明的实施例能够产生在显影(或处理)工艺期间其浓度作为时间的函数而变化的显影剂(或处理化学制剂)。在具体实施例中，显影剂(或处理化学制剂)可以开始具有更低的浓度并且随着其分布在晶圆的整个区域上方而逐渐增加其浓度。这大大提高了晶圆的整个区域上的关键尺寸均匀性。另外，本发明的实施例获得灵活的光刻系统设计并且降低系统成本。

在一个示例性实施例中，本发明涉及一种光刻图案化的方法。方法包括在衬底上方形成第一层，第一层为辐射敏感的层。方法还包括将第一层曝光于辐射。方法还包括将显影剂应用于曝光的第一层，得到衬底上方的图案，其中，显影剂包括显影化学制剂并且显影剂中的显影化学制剂的浓度在显影剂的应用期间为时间的函数。

在一个实施例中，将所述显影剂应用于所述曝光的第一层包括多个阶段，并且所述显影剂中的显影化学制剂的浓度从一个阶段至随后的阶段是变化的。

在一个实施例中，所述显影剂中的显影化学制剂的浓度在每一个阶段保持恒定。

在一个实施例中，将所述显影剂应用于所述曝光的第一层包括：应用具有第一浓度的所述显影化学制剂的所述显影剂持续第一时间段；以及在应用具有所述第一浓度的所述显影剂之后，应用具有第二浓度的所述显影化学制剂的所述显影剂持续第二时间段，其中，所述第一浓度低于所述第二浓度。

在一个实施例中，将所述显影剂应用于所述曝光的第一层包括：以第一流量将包含所述显影化学制剂的第一溶液供应至供应管道中；以第二流量将第二溶液供应至所述供应管道，其中，所述第一溶液和所述第二溶液在所述供应管道中混合以形成所述显影剂；将所述显影剂从所述供应管道分配至所述曝光的第一层；以及调整所述第一流量和所述第二流量中的至少一个，从而改变所述显影剂中的显影化学制剂的浓度。

在一个实施例中，所述第一溶液包括正性显影剂，并且所述第二溶液为去离子水(diw)。

在一个实施例中，所述第一溶液包括负性显影剂，并且所述第二溶液包括有机溶剂。

在一个实施例中，方法还包括：利用冲洗溶液冲洗所述图案；以及在冲洗所述图案之后，利用第一处理化学制剂处理所述图案，其中，所述第一处理化学制剂包括第一表面活性剂；以及所述第一处理化学制剂中的第一表面活性剂的浓度在利用所述第一处理化学制剂处理所述图案期间为时间的函数。

在一个实施例中，方法还包括：在利用所述第一处理化学制剂处理所述图案之后，利用第二处理化学制剂处理所述图案，其中，所述第二处理化学制剂包括第二表面活性剂；所述第二处理化学制剂中的第二表面活性剂的浓度在利用所述第二处理化学制剂处理所述图案期间为时间的函数；以及所述第一表面活性剂和所述第二表面活性剂具有不同的组分。在另一个示例性实施例中，本发明涉及光刻图案化的方法。方法包括提供衬底，并且在衬底上方形成第一层，第一层为辐射敏感的层。方法还包括将第一层曝光于辐射。方法还包括将显影剂应用在曝光的第一层上，以得到衬底上方的图案，其中，显影剂包括显影化学制剂。在显影剂的应用期间，方法还包括调整显影剂中的显影化学制剂的浓度。

在一个实施例中，所述显影剂的应用包括将所述显影剂从供应管道分配至所述曝光的第一层，并且调整所述显影剂中的显影化学制剂的浓度包括：以第一流量将包含所述显影化学制剂的第一溶液供应至所述供应管道；以第二流量将第二溶液供应至所述供应管道，其中，所述第一溶液和所述第二溶液在所述供应管道中混合以形成所述显影剂；以及调整所述第一流量和所述第二流量中的至少一个。

在一个实施例中，所述第二溶液包含比所述第一溶液更低浓度的显影化学制剂。

在一个实施例中，所述第二溶液为不含所述显影化学制剂的溶剂。

在一个实施例中，调整所述显影剂中的显影化学制剂的浓度包括：设置所述显影剂中的显影化学制剂的第一浓度；将所述显影剂中的显影化学制剂的第一浓度维持第一时间段；设置所述显影剂中的显影化学制剂的第二浓度，所述第二浓度与所述第一浓度不同；以及将所述显影剂中的显影化学制剂的第二浓度维持第二时间段。

在一个实施例中，所述第一浓度低于所述第二浓度。

在一个实施例中，方法还包括，在所述显影剂的应用之后利用冲洗溶液冲洗所述图案。

在另一个示例性实施例中，本发明涉及光刻图案化的方法。方法包括：在衬底上方形成第一层，第一层为辐射敏感的层；以及将第一层曝光于辐射。方法还包括将第一显影剂应用于曝光的第一层，其中，第一显影剂包括第一浓度的第一化学制剂。在应用第一显影剂之后，方法还包括将第二显影剂应用至曝光的第一层，其中，第二显影剂包括第二浓度的第一化学制剂，第二浓度与第一浓度不同。在实施例中，应用第一显影剂包括通过供应喷嘴将第一显影剂分配至曝光的第一层，并且应用第二显影剂包括通过供应喷嘴将第二显影剂分配至曝光的第一层。在又一实施例中，在应用第一和第二显影剂之后，方法还包括将第三显影剂应用至曝光的第一层，其中，第三显影剂包括第三浓度的第一化学制剂并且通过供应喷嘴分配至曝光的第一层。

在另一个示例性实施例中，本发明涉及光刻图案化的方法。方法包括：在衬底上方形成第一层，第一层为辐射敏感的层；将第一层曝光于辐射；在显影剂中显影曝光的第一层，得到显影的第一层；以及利用冲洗溶液冲洗显影的第一层。在冲洗显影的第一层之后，方法还包括利用第一化学制剂处理显影的第一层，其中，第一化学制剂包括第一表面活性剂，并且第一化学制剂中的第一表面活性剂的浓度在利用第一化学制剂处理显影的第一层期间为时间的函数。在实施例中，在利用第一化学制剂处理显影的第一层之后，方法还包括利用第二化学制剂处理显影的第一层。第二化学制剂包括第二表面活性剂。第二化学制剂中的第二表面活性剂的浓度在利用第二化学制剂处理显影的第一层期间为时间的函数。第一和第二表面活性剂具有不同的组分。在实施例中，利用第一化学制剂处理显影的第一层包括：以第一流量将去离子水(diw)供应至供应管道中；以第二流量将包含第一表面活性剂的溶液供应至供应管道中，其中，diw和溶液在供应管道中混合以形成第一化学制剂；将第一化学制剂分配在显影的第一层上；以及调整第一流量和第二流量中的至少一个以改变第一化学制剂中的第一表面活性剂的浓度。

在另一个示例性实施例中，本发明涉及用于光刻图案化的系统。系统包括用于供应第一溶液的第一供应管道、用于供应第二溶液的第二供应管道、以及第三供应管道，该第三供应管道耦合至第一和第二供应管道以用于分别接收第一和第二溶液并且将第一和第二溶液混合为混合物。系统还包括用于保持衬底的衬底工作台和耦合至第三供应管道以用于将混合物分配至衬底的供应喷嘴。系统还包括耦合至第一供应管道并且配置为控制第一溶液进入第三供应管道的流量的第一控制单元。系统还包括耦合至第二供应管道并且配置为控制第二溶液进入第三供应管道的流量的第二控制单元。

在一个实施例中，所述第三供应管道的靠近所述第一供应管道和所述第二供应管道的部分的直径大于所述第三供应管道的远离所述第一供应管道和所述第二供应管道的另一部分的直径。

在一个实施例中，所述第一控制单元和所述第二控制单元中的至少一个配置为提供至少三种等级的流量控制：最小流量、最大流量、以及小于所述最大流量并且大于所述最小流量的中间流量。

在一个实施例中，所述第一控制单元和所述第二控制单元配置为根据工艺处方调整所述第一溶液和所述第二溶液的流量，以改变所述混合物中的化学制剂浓度。

上面论述了若干实施例的部件，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的各个实施例。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。