图案化层状结构的光刻设备、图案化系统与方法与流程

1.本案的实施方式涉及一种设备和方法，并且更具体地，涉及一种用于图案化层状结构的光刻设备、图案化系统及方法。
2.现有技术的描述
3.光刻技术在集成电路(ic)芯片的制造中起着重要作用。光学投影光刻技术的不断改进使得能够印刷出更精细的集成电路特征。反过来，这又使集成电路行业能够生产出功能更强大且更具成本效益的半导体器件。
4.在光学光刻处理领域中，将光敏材料施加到基板上，随后使所述光敏材料干燥。利用曝光工具通过光源或辐射源的方式，经由掩模，以适当的几何图案对光敏材料涂覆的基板进行曝光。曝光后，对晶片进行处理以显影出转移到光敏材料上的掩模图像。这些掩模图案接着用来形成电路的器件特征。
5.当单一设计层的图案分辨率要求超出曝光工具的功能时，可以通过将图案分为多次光刻来解决这些限制。缺点是许多光光刻术图案在多个步骤中使用多个掩模，这需要在第一图案化之后获取基板并增加第二掩模，因而减慢了光刻工艺并增加了使用者成本。另外，放置第二掩模的步骤需要仔细对准。对齐错误可能会导致非对齐的图案，浪费资源并需要额外的时间进行改正。
6.因此，需要改进的光刻方法，并且减少所需的图案化步骤数将是有价值的。


技术实现要素：

7.本案的实施方式包括光刻设备、图案化系统、以及图案化层状结构的方法。本案提供的设备及方法可以在单一光刻操作中执行增强分辨率的光刻工艺，而不需多个光刻胶应用、显影步骤、蚀刻工艺或需要多个掩模。
8.在一个实施方式中，提供一种光刻设备，此光刻设备包括：基板支撑，经配置以支撑层状结构；光源系统，能够发射两种或更多种波长的光；图像形成装置，能够接收由光源系统所产生的两种或更多种波长的光，并以从光源系统接收的两种或更多种波长产生出两个或更多个光图像。
9.在另一个实施方式中，提供了一种图案化系统，所述图案化系统包括图像形成装置及光敏反应层。反应材料包括第一区域及第二区域。图像形成装置经配置以允许第一波长的光到达第一区域上，并且图像形成装置经配置以允许第二波长的光到达第二区域上。
10.在又一个实施方式中，提供了一种图案化层状结构的方法，方法包括下列步骤：在层状结构之上设置反应层，以及通过图像形成装置将反应层暴露于多种波长的光。反应层包括反应材料。反应材料包括第一区域及第二区域。暴露反应层的步骤，包括将第一区域暴露于第一波长的光，及将第二区域暴露于第二波长的光。
附图说明
11.因此，可以详细地理解本案的上述特征的方式，通过参考实施方式来对本案进行
更详细的说明，本案的详细说明如以上简要说明，在附图中示出其中一些实施方式。然而，需注意的是，附图仅图示出了示例性实施方式，因此不应视为对范围的限制，并可允许其他等效实施方式。
12.图1图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的光刻设备。
13.图2是根据本案描述和论述的一或多个实施方式的用于图案化层状结构的方法操作的流程图。
14.图3a图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层的一部分的俯视图。
15.图3b图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层的一部分的截面侧视图。
16.图3c图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层的一部分的俯视图。
17.图3d图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层的一部分的截面侧视图。
18.图3e图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层的一部分的俯视图。
19.图3f图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层的一部分的截面侧视图。
20.图4a～4c图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的具有入射在反应层上的第一波长的光。
21.图5a～5b图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的在处理的不同阶段包含反应层的工件的一部分的截面侧视图。
22.图5c图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的图5b中的工件的一部分的俯视图。
23.图6图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的在一个处理阶段的包含反应层的工件的一部分的俯视图。
24.为了便于理解，尽可能使用相同的元件符号来表示图中共有的相同元件。可预期到一个实施方式的元件和特征可以有益地并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
25.本案的实施方式包括光刻设备、图案化系统、及图案化层状结构的方法。图案化系统包括多波长光源、图像形成装置、及反应层，反应层具有对应于多个波长的光的多种行为。图案化系统允许以两种或更多种不同的波长创建两个或更多个不同的光刻图案。光刻设备包括图案化系统及光学系统。光刻设备使用可以被图像形成装置离散地引导的多个波长的光，以在反应层上形成多个图案及/或图像。图案化方法包括将反应层暴露于多个波长的光。不同波长的光暴露在反应层的不同区域上。反应层的不同区域依据暴露的光的波长做出不同的反应。本案公开的方法及设备仅需要一个光刻操作。此外，单一照明操作的使用减少了在多个步骤中对准多个掩模的需求，从而减少了光刻时间。本案的实施方式可用于但不限于一种光刻设备，所述光刻设备经配置以向反应层的两个不同部分提供多个波长的
光。
26.图1图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的光刻设备100。光刻设备100经配置以将多个不同波长的图像发射到下方的层状结构117上。光刻设备100可以是本领域中使用的任何光刻工具，例如但不限于以掩模为主的光刻工具，或多束光阵列架构的光栅束架构的无掩模(直接写入)光刻工具。
27.如图所示，光刻设备100包括光学系统103、图案化系统150、基板支撑116、及控制器190。基板支撑116经配置以支撑层状结构117。基板支撑116被附接到支撑致动器118。支撑致动器118经配置以在三维空间中移动基板支撑116于任何位置。例如，降低基板支撑116以从光刻设备100外部的机器人(未示出)接收层状结构117。
28.层状结构117用作于各种半导体器件、印刷电路板、平板显示器、及/或其他mems、光学器件和类似物的工件。如图所示，层状结构117包括基板115。基板115可以是本领域中使用的任何基板。例如，基板115包括半导体材料，例如，硅(si)、锗(ge)、硅锗(sige)、及/或iii-v半导体，例如砷化镓(gaas)。在另一实例中，基板115包括透明材料，例如玻璃及/或塑料。基板115可在基板115上具有任何数量的绝缘层、半导体层、或金属层。
29.光学系统103经配置以在下方的层状结构117上发射并控制光的多个离散波长图像。如图所示，光学系统103包括一或多个投影透镜105及光源系统130。光源系统130经配置以发射多个波长的光，例如两个波长。光源系统发出的波长可以是电磁系统中的任何波长，例如紫外线(uv)、可见光、或红外线(ir)。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，光源系统发射具有约240nm至约250nm的第一波长的光(例如，深紫外(duv)光)及具有约300nm至约375nm的第二波长的光(例如，uv或i线光)。光的波长由本领域的技术人员根据反应层内部的光敏反应物来选择，如下文更详细地描述。
30.光源系统130可以包括单一光源或多个光源，例如，第一光源及第二光源。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，第一与第二光源经配置以发射第一与第二波长的光。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，光源系统130包括单一光源，所述单一光源依序地发射此些波长的光。光源可以是本领域中使用的任何光源，例如发光二极管(led)、激光二极管、垂直腔表面发射激光二极管(vcsel)、准分子激光器(例如氟化氪(krf)或氟化氩(arf)激光器)、倍频激光器(例如1.06μm频率的掺钕钇铝石榴石(nd：y3a
l5o12
)[nd：yag]激光器)，频率是353nm的三倍，或者是266nm的四倍、具有在约365nm与约405nm之间交替的带通滤光片的传统水银卤素灯、或与反应层内的多种光敏反应物行为相匹配的其他光源组合。
[0031]
一或多个投影透镜105可以是本领域中使用的任何投影透镜(例如，球形、圆柱形)，并且在一或多个投影透镜105上包含任何合适的层或涂层。光学系统103可以进一步包括分束器(未示出)，以将光源系统130聚焦到下方的图案化系统150上。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，分束器将从多个光源发射的光聚焦到单一投影透镜上，且投影透镜将光聚焦到图案化系统150上。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，从多个光源发射的光被一或多个投影透镜105聚焦，且所述投影透镜将光聚焦到图案化系统150上。
[0032]
图案化系统150经配置以将所需的图案图案化到层状结构117上。如图所示，图案化系统150包括图像形成装置120及反应层110。图像形成装置120可以是本领域中用于光刻术的任何装置。图像形成装置120经配置以允许光在预定区域中通过。图像形成装置120可以包括在本领域中用于光刻的任何掩模，例如光掩模、虚拟掩模、及/或数字掩模(例如，空
间光调制器，如数字微镜装置(dmd))。图像形成装置120可以包括任意数量的掩模或掩模的组合，例如，具有两个不同的颜色阻挡图案的一个掩模或两个光掩模。
[0033]
图像形成装置120可操作为接收由光源系统130产生的两种或更多种波长的光，并产生具有此两种或更多种所接收的波长的两个或更多个光图像。图像形成装置120可以包括任何数量的区域，并且每个区域经配置以允许光入射到反应层110的特定部分上。在一些实施方式中，图像形成装置120包括多个光掩模，并且每个光掩模经配置以接收不同波长的光。在一些实施方式中，图像形成装置120包括多色掩模，且此多色掩模在掩模的某些部分处吸收某些波长，同时允许其他波长在掩模的相同部分处透射。在一些实施方式中，图像形成装置120包括多个光掩模层，且每个光掩模层经配置以透射不同波长的光。
[0034]
根据本案描述和论述的一或多个实施方式，图像形成装置120包括一或多个数字微镜装置(dmd)。此一或多个dmd经配置以形成虚拟掩模。在一些实施方式中，多个彩色图像经组合以形成一或多个复合图像。
[0035]
在一些实施方式中，一或多个另外的投影透镜(未示出)被设置在图像形成装置120与反应层110之间。一或多个另外的投影透镜进一步将穿过图像形成装置120的光聚焦到设置在图像形成装置下方的反应层110上。
[0036]
在一或多个实施方式中，光刻设备100包括：图像形成装置120，包括两个光掩模；光源系统130，包括两个光源；分束器；及投影透镜，并且分束器将从这两个光源发射的光聚焦到此些投影透镜上。
[0037]
在一或多个实施方式中，光刻设备100包括：图像形成装置120，包括两个光掩模；光源系统130，包括两个光源；两个投影透镜，且从两个光源发出的光分别被聚焦到此些投影透镜的一个上。
[0038]
在一或多个实施方式中，光刻设备100包括：图像形成装置120，包括两个虚拟掩模(例如，两个dmd)；光源系统130，包括两个光源；分束器；及投影透镜，且分束器将两个光源发出的光聚焦到此投影透镜上。
[0039]
在一或多个实施方式中，光刻设备100包括：图像形成装置120，包括两个虚拟掩模(例如，两个dmd)；光源系统130，包括两个光源；两个投影透镜，且从两个光源发出的光分别被聚焦到此些投影透镜的一个上。
[0040]
在一或多个实施方式中，光刻设备100包括：图像形成装置120，包括虚拟掩模(例如，dmd)；光源系统130，且光源系统包括单一光源，所述单一光源依序地发射多个波长的光。
[0041]
在一或多个实施方式中，光刻设备100包括：图像形成装置120，包括多色掩模；光学装置104；光源系统130，且光源系统包括单一光源，所述单一光源依序地发射多个波长的光。
[0042]
控制器190经配置以控制并自动化光刻设备100。如图所示，控制器190包括中央处理单元(cpu)(未示出)、存储器(未示出)、及辅助电路(或i/o)(未示出)。cpu是在工业设置中用于控制各种程序与硬件(例如，图案产生器、马达、及其他硬件)，以及监视工艺(例如，处理时间及基板定位或位置)的任何形式的计算机处理器之一。存储器(未示出)连接到cpu，并且是一种或多种随时可用的存储器，例如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、软盘、硬盘、或任何其他形式的本地或远程的数字储存器。可以对软件指令及数据进行编
码，并存储在存储器中，以用来指示cpu。辅助电路(未示出)也连接到cpu，以传统方式协处理器。辅助电路包括传统的缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统和类似物。控制器190可读的程序(或计算机指令)确定光刻设备100可执行哪些任务。
[0043]
反应层110经配置以对不同波长的光起反应。在一些实施方式中，反应层110的不同部分可以经配置以对不同波长的光起反应。根据本案描述和论述的一个或多个实施方式，反应层110具有配置为对第一波长的光起反应的第一区域，及配置为对第二波长的光起反应的第二区域。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，第一区域与第二区域至少部分重叠。
[0044]
在其他实施方式中，反应层110包含均匀的材料。在这些实施方式中，反应层110的不同部分暴露于不同波长的光。因此，反应层110的不同部分(例如，第一与第二区域)由于部分所暴露的波长的光，而有不同反应，尽管每个部分的材料都相同。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，第一区域与第二区域至少部分重叠。
[0045]
反应层110可以包含在特定光谱下为光敏的任何材料。例如，反应层110包括在第一波长下更具光敏的第一金属，且反应层110包括在第二波长下更具光敏的第二金属。在另一个实例中，反应层110包括在第一波长下更具光敏的第一聚合物，且反应层110包括在第二波长下更具光敏的第二聚合物。
[0046]
入射在反应层110上的光可以具有强度梯度，例如高斯分布。因此，在反应层110的不同部分中的光剂量，可以接收不同剂量的光。反应层110的材料可以根据所施加的光的剂量来改变水溶性。因此，取决于所施加的光的剂量，材料可具有可溶、部分可溶、或不可溶的区域。
[0047]
在一些实施方式中，材料的溶解度不改变，直到将处理工艺应用于反应层110，例如曝光后烘烤。处理工艺可以包括将反应层110加热到约70℃至约200℃的温度，持续约10秒至约300秒的时间。
[0048]
反应层110可以包括一或多个光酸产生剂(pag)及/或光碱产生剂(pbg)。pag包括在吸收特定波长的光后产生酸的官能基，例如氢及/或质子。由于光解离及/或由于在光缔合时的质子的解离(例如，死循环)，pag会产生强酸。pbg包含在吸收特定波长的光后产生碱离子(例如胺化合物)的官能基。pag与pbg可以在相同或不同的波长下为光敏的。
[0049]
另外，在相同波长下变得光敏的pag与pbg，可以具有不同的酸与碱形成速率及/或酸碱浓度。同样，在相同波长下变得光敏的pag与pbg可具有取决于吸收的光的剂量的酸与碱形成速率及/或酸碱浓度。因此，包括在大约相同的波长下为敏感的pag与pbg两者的材料可以具有酸性、碱性、或中性的区域，这取决于光的剂量及施加到此区域的光的波长。
[0050]
材料的溶解度可随材料的酸度/碱度而变化。例如，材料包括含有水溶性阻滞剂或保护基的聚合物。当活化足够多的pag时，可溶性基会被酸性分子裂解或去保护，酸会解开材料的聚合物链，使材料变得更易溶。若还活化了pbg，则碱性分子会中和酸性分子，从而保护可溶性基，聚合物不会解开，且材料保持不溶或难溶。pbg还可在材料中诱导聚合物交联，从而降低了酸的去保护的有效性。因此，取决于光的剂量及所施加的光的波长，包括在大约相同的波长下为敏感的pag与pbg两者的材料，可以具有可溶、部分可溶、或不可溶的区域。
[0051]
入射在反应层110上的光可以具有强度梯度，例如高斯分布。因此，反应层110的不同部分可以接收不同剂量的光。因此，取决于所接收的光的剂量，包含在相同波长下为敏感
的pag与pbg两者的反应层110的不同部分可以是酸性的、碱性的、或中性的。
[0052]
在一或多个实施方式中，反应层110包括第一pag及第一pbg。第一pag及第一pbg在第一波长的光下是光敏的。
[0053]
在高剂量的第一波长的光下，pbg产生的碱性分子多于pag产生的酸性分子，并且在第一区域产生高剂量区域。高剂量区域的较高碱性，可以使高剂量区域与未反应的第一区域相比，更可溶或更不可溶。因此，高剂量区域可以更容易或更难以蚀刻掉作为未反应部分。在一些实施方式中，高剂量区域具有与未反应部分相同的溶解度。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，高剂量区域具有至少约10％至20％的净碱性分子，相较于酸性分子。
[0054]
在一或多个实施方式中，高剂量区域将具有净碱浓度，在曝光后烘烤后将不会产生聚-t-boc的去保护，因此保持不溶于水性碱显影剂，例如氢氧化四甲铵(tmah)。
[0055]
在中剂量的第一波长的光下，pag产生的酸性分子多于pbg产生的碱性分子，并且在第一区域产生了中剂量区域。中剂量区域的较高酸性，可以使中剂量区域与未反应的第一区域相比，更可溶或更不可溶。因此，中剂量区域可能更难或更容易蚀刻掉成为未反应部分。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，中剂量区域具有至少约10％至20％的净酸性分子，相较于碱性分子。
[0056]
在一或多个实施方式中，中剂量区域具有净酸浓度，在曝光后烘烤后将引起聚-t-boc的净去保护，并且将可溶于水性碱显影剂(例如tmah)中。
[0057]
在低剂量的第一波长的光下，pag产生很少的酸性分子，且pbg产生很少的碱性分子，并且在第一区域中产生低剂量区域。低剂量区域的中性具有与未反应的第一区域大致相同的溶解度。因此，低剂量区域与未反应部分具有大约相同的蚀刻难度。
[0058]
在一或多个实施方式中，低剂量区域在曝光后烘烤后将不会产生聚-t-boc的去保护，因此保持不溶于水性碱显影剂(例如tmah)中。
[0059]
在能与以下、以上、或单独描述的实施方式一起应用的一或多个实施方式中，第一pbg在第二波长的光下也为光敏的，而第一pag在第二波长的光下不为光敏的。在高剂量的第二波长的光下，第一pbg产生碱性分子。高剂量区域的较高碱性，可以使高剂量区域与未反应的第一区域相比，更可溶或更不可溶。因此，高剂量区域可以更容易或更难以蚀刻掉成为未反应部分。在一些实施方式中，高剂量区域具有与未反应部分相同的溶解度。
[0060]
在能与以下、以上、或单独描述的实施方式一起应用的一或多个实施方式中，反应层110还包括在第二波长的光下也为光敏的第二pbg，而第一pag在第二波长的光下不为光敏的。在高剂量的第二波长的光下，pbg产生碱性分子。高剂量区域的较高碱性，可以使高剂量区域与未反应的第一区域相比，更可溶或更不可溶。因此，高剂量区域可以更容易或更难以蚀刻掉成为未反应部分。在一些实施方式中，高剂量区域具有与未反应部分相同的溶解度。
[0061]
在能与以下、以上、或单独描述的实施方式一起应用的一或多个实施方式中，反应层110包括第一pag及第一pbg。第一pag及第一pbg在第一波长的光下是光敏的。反应层110还包括在第二波长的光下为光敏的第二pbg。在反应层110的一部分中的第二波长的光的剂量足够大，使得第二pbg产生大量的碱性分子。当此部分接收第一波长的光时，第一pag产生酸性分子，但是酸性原子的数量少于第一pbg及第二pbg所产生的碱性分子的数量。因此，此部分的溶解度不会降低。反应层110具有双调行为(例如，在反应层110的已知部分处接收的
光的剂量，导致产生可溶部分[第一色调]或不可溶部分[第二色调])。在其他实施方式中，产生了多个范围的溶解度，因此反应层110具有多色调行为。
[0062]
在其他实施方式中，除了pbg之外或不具有pbg，反应层110还包括光交联基。在其他实施方式中，材料中包括附加的pag与pbg，允许两个以上的光敏波长。在其他实施方式中，第一pbg在第二波长的光下也是光敏的。
[0063]
在一些实施方式中，反应层110的溶解度在直到反应层110经过处理工艺前均不会改变。在这些实施方式中，可以以任何顺序施加第一波长及第二波长，只要包含第一及/或第二pbg的部分在处理工艺之前接收到第二波长即可。处理工艺可以包括热烘烤工艺。烘烤工艺为酸性分子提供了热能，以使酸性分子扩散到聚合物保护基，而烘烤则提供了反应能来驱使去保护反应。在存在pbg的情况下，热烘烤提供活化能以使碱性分子发生扩散，从而使碱性分子能够接触并中和酸。
[0064]
在一或多个实施方式中，反应层110的材料包括一种或多种线型酚醛树脂及交联化合物，所述交联化合物包括重氮萘醌(c
10
h6n2o)[dnq]及二(迭氮化物)。示例性的线型酚醛树脂可为或包括具有甲醛对苯酚的莫耳比率小于1的一种或多种酚醛树脂(pf)。当dnq被光活化时，酚醛树脂的溶解度增加。当二(迭氮化物)被光活化时，二(迭氮化物)使线型酚醛树脂交联，且线型酚醛树脂为不溶或难溶。dnq对约350nm至约425nm的第一波长的光为光敏的，而二(迭氮化物)对小于约350nm或大于约425nm的第二波长的光为光敏的。反应层110的材料在第一波长下变得更可溶，而在第二波长下变得更难溶或不溶。
[0065]
在其他实施方式中，材料包括聚合物树脂，例如聚-t-boc(聚(第三丁氧基羰基氧基苯乙烯))，第一区域包含pag(例如三氟甲磺酸錪鎓(iodonium triflate))，且第二区域包含pbg(例如硝基甲酰氧基羰基(nvoc)哌啶)。当暴露于约240nm至约250nm的第一波长的光时，反应层110将具有一种行为，因为pag三氟甲磺酸錪鎓及pbg nvoc哌啶，均对第一波长的光具有反应性。当反应层110暴露于约300nm至约375nm的第二波长的光时，反应层110将具有第二反应行为，因为仅pbg nvoc哌啶在此波长带中具有反应性。在第一波长的光下，pag与pbg都是光敏的，因此可以建立双调行为。在第二波长的光下，只有pbg产生剂为光敏的，它将中和任何试图使聚-t-boc光刻胶去保护的酸。
[0066]
图2是根据本案描述和论述的一或多个实施方式的方法200的流程图，方法200包括用于图案化层状结构的操作。尽管结合图2、图3a～3f、图4a～4c、图5a～5c及图6描述了方法的操作，但本领域的技术人员将能理解，配置成以任何顺序执行方法操作的任何系统，都落入本案所述实施方式的范围内。方法200可以被作为包含指令的计算机可读媒体的控制器190储存或存取，当此些指令由控制器190的处理器执行时，会使光刻设备100执行方法200。
[0067]
方法200开始于操作210，其中将反应层110设置在基板之上以产生层状结构。在一或多个实施方式中，反应层110设置在层状结构117之上。可以使用任何标准方法来设置反应层110。例如，可以通过湿涂沉积、旋涂工艺和/或类似方法来沉积反应层110。
[0068]
在一或多个实施方式中，反应层110包括预混合的光刻胶，且pag与pbg被混合到光刻胶中。将光刻胶旋涂到层状结构上。在约50℃至约150℃的温度下烘烤光刻胶，持续约30秒至约300秒的时间。烘烤使溶剂蒸发，从而形成聚合物薄膜光刻胶。
[0069]
图3a图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层110的一部分的
俯视图。图3b图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层110的一部分的截面侧视图。图3a～3b图示出了在将反应层110设置在基板115上之后的反应层110。如图所示，反应层110包括一种或多种光敏化学化合物(反应材料300)，设计成在不同波长的光下产生不同的反应结果。
[0070]
在一或多个实施方式中，反应材料300包括第一pag(例如三氟甲磺酸錪鎓)、第一pbg(例如硝基甲酰氧基羰基(nvoc)哌啶)，且第一pag及第一pbg在240nm至约250nm的第一波长下为光敏的。第一pbg在约300nm至约375nm的第二波长下也是光敏的。
[0071]
如图所示，反应材料300包括第一区域301、两个第二区域302、及两个重叠区域305。第一区域301是反应材料300的要暴露于第一波长的光的区域。第二区域302是反应材料300的要暴露于第二波长的光的区域。重叠区域305是反应材料300的要暴露于第一与第二波长的光的区域。尽管图3a～3f图示出了具有一个第一区域、两个第二区域、及两个重叠区域的反应材料，但本案内容不限于此，并且可依操作者所需的图案，而可包括任何数量的第一区域、第二区域、及/或重叠区域。此外，第一、第二、及重叠区域可以具有任何所需的形状。在一些实施方式中，第一与第二区域不重叠，因此不存在重叠区域。在一些实施方式中，包括接收第三波长的光的第三区域。
[0072]
在操作220，将反应层110暴露于多种波长的光。例如，光源系统130将反应层110暴露于第一和第二波长的光。图像形成装置120对光进行导向，使得具有第一波长的光入射在第一区域301上，具有第二波长的光入射在第二区域302上，并且具有第一波长的光及具有第二波长的光入射在重叠区域305上。
[0073]
图4a～4c图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的具有入射在反应层110上的第一波长的光。图4a～4c图示出了反应层110的第一区域301。图4a图示出了当波形401仅入射在反应层110上，但是在主动层的材料开始从光起反应之前的第一区域301。光具有入射在反应层110上的波形401。图4a中示出的波形401具有高斯形状，但是可以考虑其他形状的波形。
[0074]
如图所示，波形401包括高剂量区域411、两个中剂量区域412、及两个低剂量区域413。高剂量区域411具有比中剂量区域412更高的强度。中剂量区域412具有比低剂量区域413更高的强度。波形401分为高剂量区域411、中剂量区域412、及低剂量区域413，这取决于入射在下方的反应层110上的光的所需效果。高剂量区域411、中剂量区域412、及低剂量区域413分别入射在第一区域301的高剂量区域311、中剂量区域312、及低剂量区域313上。
[0075]
在一些实施方式中，中剂量区域412的平均强度是高剂量区域411的平均强度的约60％至约70％。在一些实施方式中，低剂量区域413的平均强度是高剂量区域411的平均强度的约30％至约40％。中剂量区域412的组合宽度与高剂量区域411的宽度大致相同。低剂量区域413的组合宽度与高剂量区域411的宽度大致相同。高剂量区域411的宽度为约50nm至约1μm。
[0076]
图4b图示出了当波形401入射在反应层110上并且反应层110的材料受波形401影响时的第一区域301。在图4b所示的实施方式中，高剂量区域311及低剂量区域313，与第一波长的光没有明显反应。然而，中剂量区域312会与第一波长的光反应。中剂量区域312的材料被转换成经反应的材料320。
[0077]
在一或多个实施方式中，在高剂量区域311中，相较于第一pag产生的酸性分子，第
一pbg产生更多的碱性分子。高剂量区域311的较高碱度使得高剂量区域具有与未反应部分相同的溶解度。碱会覆盖酸，因此在曝光后烘烤期间，没有净酸可以对光刻胶去保护。
[0078]
在中剂量区域312中，相较于第一pbg产生的碱性分子，第一pag产生更多的酸性分子。中剂量区域312的较高酸度，使此中剂量区域比未反应的第一区域更可溶。当曝光后烘烤驱使酸扩散及反应动力学以使光刻胶去保护(例如，从聚合物上裂解保护基)时，中剂量区域的较高酸度使聚合物更易溶解(例如，在tmah水性显影剂中)。
[0079]
在低剂量区域313中，第一pag产生很少的酸性分子，且第一pbg产生很少的碱性分子。低剂量区域313的中性具有与未反应的第一区域大致相同的溶解度。因此，中剂量区域312比未反应部分更容易蚀刻掉。高剂量区域311与低剂量区域313具有较慢的溶解速率，因此在图案显影之后将反应层110留下来。
[0080]
图3c图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层110的一部分的俯视图。图3d图示出了根据本案所述和论述的一或多个实施方式的反应层110的一部分的截面侧视图。图3c与3d图示出了在反应层暴露于第一波长的光及第二波长的光之后的反应层110。边缘区域360位于重叠区域305处。尽管重叠区域305暴露于第一与第二波长的光两者，但是重叠区域的材料未反应。但是，中剂量区域312已被转换为经反应的材料320。
[0081]
在一或多个实施方式中，第一区域301与第二区域302在重叠区域305中会至少部分地重叠。重叠区域305中的第二波长的光的剂量足够大，使得第一pbg产生大量的碱性分子。当重叠区域接收第一波长的光时，第一pag产生酸性分子，但是酸性原子的数量小于由第一及/或第二pbg产生的碱性分子的数量。因此，重叠区域305的溶解度不会降低。
[0082]
在操作230，将反应层暴露于处理工艺。处理工艺可以包括本领域中的任何处理工艺。在一或多个实施方式中，将反应层110暴露于处理工艺。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，处理工艺包括将反应层110加热至约70℃至约200℃的温度，持续约10秒至约300秒的时间。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，处理工艺包括将反应层110暴露于正性显影剂溶液，例如含有约2％至约5％的tmah的显影剂溶液。根据本案描述和论述的一或多个实施方式，处理工艺包括将反应层110暴露于负性显影剂溶液，例如含有甲苯的显影剂溶液。
[0083]
图3e图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层110的一部分的俯视图。图3f图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的反应层110的一部分的截面侧视图。图3e与图3f图示出了在反应层经历处理工艺之后的反应层110。图4c图标出了处理工艺之后的第一区域301。中剂量区域312已被去除以形成一或多个沟槽350。沟槽350可以具有约1nm至约100nm的厚度及约50nm至约1μm的宽度。
[0084]
在方法200完成之后，可以在沟槽350中沉积金属层，并且移除反应材料300。因此，方法200可用来形成电路，所述电路包含由方法200确定的所需形状的金属层。
[0085]
尽管使用正性光刻胶工艺描述了方法200(例如，方法200导致经反应的材料320变得更可溶)，但相同的方法200可应用于负性光刻胶工艺。在这些实施方式中，中剂量区域312在暴露于第一波长的光之后变得溶解性较小，并且处理工艺去除了反应层110的剩余部分。例如，将反应层110暴露于甲苯约30秒至约300秒的时间，以去除反应层110，并且保留经反应的材料320。方法200还可以通过双调光刻方法来执行，包括正性光刻胶方法及负性光刻胶方法两者。
[0086]
尽管上述方法200包括在反应层110的不同区域中接收两个不同波长的光，但是可以想到其他方法。在一或多个实施方式中，反应层110包括两个或更多个不同的区域，每个区域包括不同的光敏材料。不同的光敏材料在不同波长的光下为光敏的。整个反应层可以暴露于不同波长的光，因此反应层的材料起反应以形成所需的图案。
[0087]
根据本案描述和论述的一或多个实施方式，图5a～5b图示出了在处理的不同阶段的包含反应层110的工件500的一部分的截面侧视图，且图5c图示出了图5b中记载的工件500的一部分的俯视图。如图5a所示，工件500包括反应层110，反应层110包含设置在基板115上的反应材料。如本案所描述和论述的，可以在光刻设备100上执行图案化工件500上的层状结构的方法。
[0088]
在一或多个实施方式中，反应材料包含一种或多种聚合物光刻胶材料、一种或多种pag、及一种或多种pbg。pag对具有第一波长的光敏感或被具有第一波长的光活化，而pbg对具有与第一波长不同的第二波长的光敏感或被第二波长的光活化。第一波长为约240nm至约250nm，及第二波长为约350nm至约410nm。
[0089]
在一或多个实例中，聚合物光刻胶材料是或包含一种或多种聚合物树脂(例如，聚-t-boc)。在一或多个实例中，pag为或包含一种或多种三氟甲磺酸酯化合物(例如，三氟甲磺酸錪鎓)。在一或多个实例中，pbg为或包含氰基丙烯酸发色基团及双环含氮碱。氰基丙烯酸发色基团的一个实例包括(e)-3-(2,2'-联噻吩-5-基)-2-氰基丙烯酸发色基团。双环含氮碱的实例可以包括1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一-7-烯(dbu)或1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯(tbd)。
[0090]
如图5b中的箭头所示，工件500暴露于具有第一波长的第一光512及具有第二波长的第二光514。当暴露于第一波长的第一光512时，在反应层110中形成或以其他方式产生反应材料的第一图案区域502(图5a)。第一图案区域502可为或可以包括可具有任何形状、尺寸、几何形状、或图案的沟槽、通孔、接触通孔、沟道、及/或其他开孔。类似地，当暴露于第二波长的第二光514时，在反应层110中形成或以其他方式产生反应材料的第二图案区域504(图5a)。第二图案区域504可以是第一图案区域502的负片。在一些实例中，第一图案区域502保持不暴露于具有第二波长的第二光514，而第二图案区域504保持不暴露于具有第一波长的第一光512。第一图案区域502与第二图案区域504分别通过第一光512与第二光514的曝光，是彼此同时发生的。例如，在反应材料的第一图案区域502或第二图案区域504中的一个中产生酸，而在与包含所产生此酸的图案区域不同的另一图案区域中产生碱。如此，在第一图案区域502中产生酸，且在第二图案区域504中产生碱。或者，在第一图案区域502中产生碱，且在第二图案区域504中产生酸。
[0091]
在一或多个实施方式中，如图5b所示，由pag产生的酸在第一图案区域502内以o标记为522，由pbg产生的碱在第二图案区域504内以x标记为524。在未图示出的其他实施方式中，从pag产生的酸可以位于第二图案区域504内，且从pbg产生的碱可以位于第一图案区域502内。
[0092]
在任一实例中，中和区508是由酸和碱在位于第一图案区域502与第二图案区域504之间的界面处的反应所产生的。中和区508在图案区域502、504的界面处包含一种或多种由酸和碱产生的盐。中和区508(例如在图案区域502、504之间)提供了锐利和清晰的边缘的特征，相较于传统的光刻工艺，这进而在本案描述和论述的光刻工艺中提供了增强的分
辨率。中和区508提供了在一个区域(例如图案区域502或504)中发生的正向反应与在相邻区域中发生的正向反应的阻断之间的区域。例如，具有图案区域502或504的反应材料中的酸，去除了聚合物光刻胶材料上的保护基，而另一图案区域502或504中的反应材料的碱阻止了聚合物光刻胶材料上的保护基的去保护。
[0093]
如以上在操作230处描述和论述的，包含第一图案区域502与第二图案区域504的工件500可以暴露于处理工艺。在处理工艺中，第一图案区域502与第二图案区域504暴露于一种或多种显影剂溶液。在一或多个实例中，在处理工艺中去除反应材料的第一图案区域502，并保持反应材料的第二图案区域504。显影剂溶液可以是包含一或多个显影剂碱的正性显影剂溶液。或者，显影剂溶液可以是包含一种或多种显影剂酸的负性显影剂溶液。
[0094]
在一些实施方式中，图案化层状结构的方法包括下列步骤：同时将反应材料的第一图案区域502暴露于第一波长的第一光512以及将反应材料的第二图案区域504暴露于第二波长的第二光514；在反应材料的第一图案区域502中产生酸，同时在反应材料的第二图案区域504中产生碱；以及从所产生的酸与所产生的碱来产生中和区508于第一图案区域502与第二图案区域504之间的界面处。方法还包括步骤：在处理工艺中将反应材料的第一图案区域502与第二图案区域504暴露于显影剂溶液(例如，正性显影剂溶液)中，使得在处理工艺中能去除反应材料的第一图案区域502并保持反应材料的第二图案区域504。在其他实例中，显影剂溶液是负性显影剂溶液，使得在处理工艺中能保持反应材料的第一图案区域502并去除反应材料的第二图案区域504。
[0095]
在一或多个实施方式中，反应层中的反应材料包含一种或多种聚合物光刻胶材料，一种、两种、或多种交联抑制剂，以及任选的一种或多种淬灭剂。在一些实例中，反应材料包含一种或多种聚合物光刻胶材料、第一交联抑制剂、及第二交联抑制剂。在其他实例中，反应材料包含一种或多种聚合物光刻胶材料、交联抑制剂、及一种或多种淬灭剂。
[0096]
在一或多个实施方式中，一种图案化层状结构的方法包括步骤：将反应材料设置在层状结构及/或基板之上。反应材料包含聚合物光刻胶材料、第一交联抑制剂、及第二交联抑制剂。第一交联抑制剂在第一波长下为敏感的，且第二交联抑制剂在与第一波长不同的第二波长下为敏感的。方法还包括下列步骤：同时将反应材料的第一图案区域暴露于第一波长的第一光以及将反应材料的第二图案区域暴露于第二波长的第二光，从而在反应材料的第一图案区域中产生第一活化的交联抑制剂，同时在反应材料的第二图案区域中产生第二活化的交联抑制剂；及，于第一图案区域与第二图案区域之间的界面处从第一活化的交联抑制剂与第二活化的交联抑制剂来产生中和区。
[0097]
图6图示出了根据本案描述和论述的一或多个实施方式的在一个处理阶段的包含反应层110的工件600的一部分的俯视图。工件600类似于工件500，但是工件600还具有反应材料的第三图案区域506，第三图案区域506暴露于第一光与第二光两者，如图6所示。第三图案区域506可以是工件600上的切割区或区域。如此，在操作230的处理工艺期间，在去除第一图案区域502中的反应材料之后，第三图案区域506中的反应材料可以与第二图案区域504中的反应材料一起保留在工件600上。
[0098]
在一或多个实施方式中，工件600包括反应层110，反应层110包含设置在层状结构或基板上的反应材料。反应材料包含一种或多种聚合物光刻胶材料、一种或多种pag、及一种或多种pbg。pag在第一波长下为敏感的，而pbg在不同于第一波长的第二波长下为敏感
的。方法包括下列步骤：同时将反应材料的第一图案区域502暴露于第一波长的第一光，将反应材料的第二图案区域504暴露于第二波长的第二光，及将反应材料的第三图案区域506暴露于第一波长的第一光与第二波长的第二光。在一些实例中，第三图案区域506是第一图案区域502的一部分，如图6所示。在其他实例中，第三图案区域506是第二图案区域504的一部分(未示出)。在其他实例中，第三图案区域506是第一图案区域502与第二图案区域504两者的一部分(未示出)。
[0099]
方法还包括下列步骤：在反应材料的第一图案区域502中从pag来产生酸，同时在反应材料的第二图案区域504与第三图案区域506中从pbg来产生碱。中和区508被设置在第一图案区域502与第二图案区域504之间及第一图案区域502与第三图案区域506之间的界面处。在一或多个实例中，第一图案区域502保持不暴露于具有第二波长的第二光，而第二图案区域504保持不暴露于具有第一波长的第一光，而第三图案区域506暴露于具有第一波长的第一光与具有第二波长的第二光。
[0100]
如上所述，提供了一种用于图案化层状结构的光刻设备、图案化系统及方法。图案化系统包括图像形成装置及反应层。图案化系统允许创建光刻图案。光刻设备包括图案化系统及光学系统。光刻设备与图像形成装置一起使用多种波长的光，以在反应层上形成多个不同的彩色图像及/或图案。图案化的方法包括将反应层暴露于多种不同波长的光。反应层对不同波长的光有不同的反应，从而能够在单一光刻步骤中形成多个彩色图像及/或一或多个复合图像。
[0101]
本案所公开的方法和设备需要一个光刻步骤，此光刻步骤生成净复合图像，否则将需要多个光刻步骤及多个掩模。另外，使用图像形成装置减少了多个掩模对准的需求，从而减少了光刻时间。
[0102]
尽管前述内容针对本案的实施方式，但是在不脱离本案的基本范围的情况下，可以设计其他及进一步的实施方式，并且本案的范围由权利要求书的范围确定。本案描述的所有文件均通过引用并入本案，包括与本案不矛盾的任何优先权文件及/或测试程序。从前面的一般说明和特定实施方式中显而易见的是，尽管已经示出并描述了本案的形式，但是可以进行各种修改而不脱离本案的精神和范围。因此，应无意以此限制本案。同样，因法律的目的，用语“包含”应认为同义于用语“包括”。同样地，每当在一个组合物、一个元件、或一组元件的前面加上过渡语“包含”时，应理解为具有过渡语“基本上由
……
组成”、“由
……
组成”、“选自由
……
组成的组合”、或在组合物、元件、或多个元件的记载之前的“是”，反之亦然。
[0103]
如本案所用，用语“约”是指与标称值相差 /-10％的差异。应理解的事，这种变化可以包括在本案提供的任何值中。
[0104]
已经使用一组数字上限和一组数字下限描述了某些实施方式和特征。应当理解，除非另外指出，否则涵盖包括任何两个值的组合的范围，例如，任何较低的值与任何较高的值的组合，任何两个较低的值的组合及/或任何两个较高的值的组合。某些下限、上限、及范围显示在以下的一或多个权利要求中。