專利名稱：浸潤(rùn)式光刻的方法及其處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，特別有關(guān)于一種在半導(dǎo)體基底上去除光阻殘余物的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)是將掩模上的圖案投射至一基底例如半導(dǎo)體晶片上。在半導(dǎo)體光刻技術(shù)領(lǐng)域中，必須在分辨率極限或關(guān)鍵尺寸下，將半導(dǎo)體晶片上的圖案特征尺寸最小化，目前的關(guān)鍵尺寸已達(dá)到65nm以下。
半導(dǎo)體光刻技術(shù)通常包括在半導(dǎo)體晶片的頂層表面(例如薄層堆疊結(jié)構(gòu))上涂布光阻，將光阻曝光形成圖案；將曝光后的光阻曝光后烘烤，以使高分子為主的物質(zhì)產(chǎn)生裂解；將裂解的高分子光阻移到顯影槽，去除曝光的高分子，曝光的高分子可溶于顯影液。如此，可在晶片的頂層表面得到圖案化的光阻層。
浸潤(rùn)式光刻技術(shù)(immersion lithography)是光刻技術(shù)中一項(xiàng)新的技術(shù)，其在晶片表面及透鏡之間填充液體進(jìn)行曝光步驟。使用浸潤(rùn)式光刻技術(shù)可使透鏡具有較在空氣中使用時(shí)更高的孔徑，進(jìn)而改善分辨率。此外，浸潤(rùn)還可提高聚焦深度(depth-of-focus，DOF)以制造較小的特征尺寸。
浸潤(rùn)式的曝光步驟在晶片與透鏡之間可使用去離子水或其它適合的浸潤(rùn)曝光液，雖然曝光時(shí)間很短，但是液體與光敏感層(例如光阻)的接觸會(huì)造成問(wèn)題，例如處理后留下的小液滴，以及/或來(lái)自液體及光阻的殘余物會(huì)對(duì)光阻的圖案化、特征尺寸以及其它方面造成不良影響，目前至少有三種不同的缺陷機(jī)制已經(jīng)被確認(rèn)。
第一缺陷機(jī)制為來(lái)自光阻的可溶性物質(zhì)污染浸潤(rùn)液體，其會(huì)在后續(xù)處理中產(chǎn)生問(wèn)題。第二缺陷機(jī)制為液體對(duì)光阻產(chǎn)生不良影響，造成曝光后烘烤時(shí)不均勻的吸熱及蒸發(fā)，如此，將在晶片的不同部位造成不同的溫度分布。第三缺陷機(jī)制為液體擴(kuò)散至光阻，并且限制后續(xù)光刻處理中所使用的化學(xué)放大反應(yīng)(chemical amplify reaction，CAR)。以上所述只是舉例說(shuō)明缺陷機(jī)制，但本發(fā)明并不限于需由上述缺陷機(jī)制來(lái)獲得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體基底上進(jìn)行浸潤(rùn)式光刻的方法，包括提供光阻層在半導(dǎo)體基底上，以及使用浸潤(rùn)式光刻曝光系統(tǒng)曝光該光阻層。浸潤(rùn)式光刻曝光系統(tǒng)在曝光時(shí)使用液體，在曝光之后能夠移除一部分液體，但無(wú)法全部去除。曝光后，使用處理步驟除去光阻層上殘余的液體；處理后，進(jìn)行曝光后烘烤及顯影步驟。
在某些實(shí)施例中，處理步驟使用流體，流體可為氣體，例如干凈以及/或壓縮的干空氣(clean dry air，CDA)、氮?dú)鈿鍤饣蚯笆龅慕M合。流體也可為液體，例如超臨界二氧化碳、異丙醇、去離子水、酸性溶液、界面活性劑或前述的組合。
在某些實(shí)施例中，處理步驟使用旋干工藝。旋干工藝的轉(zhuǎn)速可超過(guò)1000rpm。
在某些實(shí)施例中，處理步驟使用一種或一種以上干凈的干空氣(CDA)、氮?dú)饣驓鍤鈦?lái)通氣清凈。
在某些實(shí)施例中，處理步驟使用超臨界二氧化碳、異丙醇、界面活性劑、去離子水沖洗、酸性溶液沖洗或前述的組合。在某些實(shí)施例中，處理步驟使用預(yù)烘烤工藝，其在曝光后烘烤之前進(jìn)行。
在某些實(shí)施例中，處理步驟使用真空處理。
在某些實(shí)施例中，處理步驟使用一流體、一旋干工藝、一真空處理或前述的組合。
在某些實(shí)施例中，處理步驟為該曝光后烘烤前的預(yù)烘烤，該預(yù)烘烤溫度小于該曝光后烘烤溫度。
本發(fā)明更提供一種處理系統(tǒng)，其與浸潤(rùn)式光刻工藝一起使用，包括流體注射系統(tǒng)，用以注射與浸潤(rùn)式光刻工藝所使用的光刻液體不同的處理流體；以及用以去除該處理流體和任何殘留的該光刻液體的裝置。
在某些實(shí)施例中，流體注射系統(tǒng)注射干凈的干空氣、氮?dú)?、氬氣或前述的組合。在另一實(shí)施例中，流體注射系統(tǒng)注射超臨界二氧化碳、異丙醇、去離子水、酸性溶液、界面活性劑或前述的組合。
在某些實(shí)施例中，處理系統(tǒng)包括旋干裝置。在另一實(shí)施例中，處理系統(tǒng)包括真空系統(tǒng)。
在某些實(shí)施例中，處理系統(tǒng)包括注射流體的噴嘴、旋干裝置以及真空系統(tǒng)。
在這些實(shí)施例中有許多不同的優(yōu)點(diǎn)，除了可移除水滴殘余物之外，許多處理步驟不需增加浸潤(rùn)頭空氣壓力也可以進(jìn)行。晶片不需改變其光阻表面，即可獲得較佳的溫度分布。許多步驟不需在各別的反應(yīng)室進(jìn)行，并且許多步驟在處理時(shí)間、材料以及/或產(chǎn)量方面都只需非常低的成本。
為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明。


圖1、圖4和圖5為進(jìn)行浸潤(rùn)式光刻工藝的半導(dǎo)體晶片的剖面圖。
圖2為浸潤(rùn)式光刻系統(tǒng)的剖面圖。
圖3為圖1、圖4以及/或圖5的半導(dǎo)體晶片的俯視圖，其具有一個(gè)或一個(gè)以上的缺陷。
圖6為依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或一個(gè)以上的實(shí)施例，可減少缺陷數(shù)量的浸潤(rùn)式光刻工藝的方法的流程圖；圖7至圖9為圖6所使用的浸潤(rùn)式光刻工藝中其不同的處理程序的示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下10晶片； 12基底； 14光阻；14a被液體26擴(kuò)散的一部分的光阻；20浸潤(rùn)式光刻系統(tǒng)； 20a浸潤(rùn)頭；22透鏡系統(tǒng)； 24承載液體26的結(jié)構(gòu)；26浸潤(rùn)液體； 26a浸潤(rùn)液滴；28、28a開(kāi)口； 50缺陷；60殘余液體微粒；62、64、66晶片10的三個(gè)不同區(qū)域；
100減少缺陷數(shù)量的浸潤(rùn)式光刻工藝的流程圖；102光阻涂布；104曝光；106處理步驟；108曝光后烘烤；110顯影；120處理步驟的液體；121、123、125噴嘴；122處理步驟的氣體；124真空處理；126旋干工藝；127馬達(dá)。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1，半導(dǎo)體晶片10包括基底12及圖案化層14，基底12為一層或一層以上的結(jié)構(gòu)，包括多晶硅、金屬以及/或介電質(zhì)，其將被圖案化。圖案化層14可為光阻層，其可經(jīng)曝光工藝產(chǎn)生圖案，晶片10置于浸潤(rùn)式光刻系統(tǒng)20中。
參閱圖2，其為浸潤(rùn)式光刻系統(tǒng)20，包括透鏡系統(tǒng)22；承載液體26(例如去離子水)的結(jié)構(gòu)24；多個(gè)開(kāi)口28，液體可經(jīng)由開(kāi)口添加或移除；以及吸盤30，用來(lái)固定晶片10，并使晶片對(duì)透鏡系統(tǒng)22做相對(duì)移動(dòng)。承載液體的結(jié)構(gòu)24以及透鏡系統(tǒng)22組成浸潤(rùn)頭20a，浸潤(rùn)頭20a可使用一些開(kāi)口(例如開(kāi)口28a)作為空氣干燥用(air purge)，通入空氣使晶片干燥，其它的開(kāi)口則作為移除清洗液體用，單一的空氣清凈開(kāi)口28a可能不足以排除晶片10上所有的液體26，因此通常需要多個(gè)開(kāi)口。
請(qǐng)參閱圖3，其為經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)浸潤(rùn)式光刻工藝后的晶片10。晶片10上具有由傳統(tǒng)浸潤(rùn)式光刻工藝產(chǎn)生的缺陷50，缺陷表示有水痕、殘余物或外來(lái)微粒在圖案化光阻上，也可能是光阻變形或產(chǎn)生空洞(缺掉的圖案)，此外其它種類的缺陷也可能出現(xiàn)。值得注意的是，如果增加曝光后烘烤(post-exposure bake，PEB)的時(shí)間或溫度以移除水痕狀缺陷，會(huì)增加外來(lái)微粒以及/或其它缺陷產(chǎn)生的可能性。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1，造成缺陷的第一缺陷機(jī)制為來(lái)自光阻14的可溶性物質(zhì)會(huì)污染殘余液體微粒60，并在稍后處理中產(chǎn)生問(wèn)題。不在浸潤(rùn)頭20a下的晶片10具有兩個(gè)殘余液體微粒60，殘余液體微粒60包括來(lái)自光阻14、液體26或兩者的組合的可溶性物質(zhì)，殘余物微粒60在光刻工藝后續(xù)步驟中將造成缺陷。
請(qǐng)參閱圖4，造成如圖3所示的缺陷的第二缺陷機(jī)制為液體26(見(jiàn)圖2)對(duì)光阻14產(chǎn)生不良的影響，造成在曝光后烘烤時(shí)吸熱及蒸發(fā)不均勻。在圖4中，以晶片10的三個(gè)不同區(qū)域62、64及66來(lái)說(shuō)明，區(qū)域62在曝光后烘烤時(shí)因?yàn)橐旱?6a的存在，具有較區(qū)域64及66低的溫度，結(jié)果造成鄰近區(qū)域62的光阻14與鄰近區(qū)域64及66的光阻所受到的影響不同。
請(qǐng)參閱圖5，造成缺陷的第三缺陷機(jī)制為液滴26a擴(kuò)散至光阻14，并限制稍后在光刻工藝中所使用的化學(xué)放大反應(yīng)(chemical amplify reaction，CAR)。圖5所示為光阻14以及被液體26滲透的一部分的光阻14a的放大圖，值得注意的是，液體26滲透至光阻14的速度非?？焖伲瑵B透的液體限制了化學(xué)放大反應(yīng)，使得光阻14無(wú)法支持圖案(或產(chǎn)生不良的圖案)，因此液體26應(yīng)盡快自晶片10上移除，以避免滲透。
參閱圖6，其為減少缺陷數(shù)量的浸潤(rùn)式光刻工藝的實(shí)施例的簡(jiǎn)化流程圖。在步驟102中，光阻14覆蓋于晶片基底12的表面上，光阻14可為負(fù)型或正型光阻，以及目前已知或以后開(kāi)發(fā)的光阻材料，例如，光阻14可以是一種、兩種或多種成分的光阻系統(tǒng)。光阻14可用旋轉(zhuǎn)涂布或其它適合的方法涂布，在涂布光阻14之前，晶片10可先預(yù)處理以進(jìn)行浸潤(rùn)式光刻工藝，例如，晶片10在涂布光阻14之前可先清潔、干燥以及/或涂布黏著促進(jìn)材料。
在步驟104中，進(jìn)行浸潤(rùn)式的曝光步驟。晶片10和光阻14浸潤(rùn)于浸潤(rùn)式的曝光液體26例如去離子水中，然后經(jīng)由透鏡22(圖2)曝光于輻射源下，輻射源可為紫外光，例如氟化氪(KrF，248nm)、氟化氬(ArF，193nm)或氟氣(F2，157nm)的準(zhǔn)分子雷射。晶片10在輻射下的曝光時(shí)間取決于其所使用的光阻種類、紫外光強(qiáng)度以及/或其它因素，例如，曝光時(shí)間可約為0.2秒至30秒。
在步驟106中，進(jìn)行一處理步驟。該處理步驟可與前一步驟或下一步驟在同一反應(yīng)室中進(jìn)行，也可以在另一個(gè)反應(yīng)室進(jìn)行。有許多獨(dú)特的處理步驟可用來(lái)減少上述的缺陷機(jī)制，這些處理步驟可單獨(dú)使用或以各種組合使用。
參閱圖7，在處理步驟106中加入一種或一種以上的液體120。液體120可由一個(gè)或一個(gè)以上的噴嘴121供應(yīng)，在某些實(shí)施例中，使用單一噴嘴由晶片10的中心點(diǎn)向晶片的外邊緣擺動(dòng)。液體120包括超臨界二氧化碳、醇類(例如甲醇、乙醇、異丙醇以及/或二甲苯)、界面活性劑、干凈的去離子水(比留下殘余物在晶片10上的液體干凈)或前述的組合。
在一實(shí)施例中，超臨界液體包括二氧化碳。雖然超臨界二氧化碳已經(jīng)被使用在其它處理中，但至目前為止仍未被使用在曝光后烘烤之前的處理步驟中。在美國(guó)專利案號(hào)6656666以及J.Vac.Sci.Technol.B22(2)p.818(2004)中雖然有提及超臨界二氧化碳的使用，但這些參考數(shù)據(jù)不僅沒(méi)提到其可應(yīng)用于本發(fā)明的處理步驟，而且在這些參考數(shù)據(jù)中所揭示的過(guò)程還包括在其它傳統(tǒng)過(guò)程中所需的額外處理材料，這些在本發(fā)明中都不需要。
同樣地，溶劑例如異丙醇，雖然已經(jīng)被使用在濕蝕刻工藝之后做為干燥劑用，但至目前為止仍未被使用在曝光后烘烤之前的處理步驟中。此外，在濕蝕刻工藝中晶片是以垂直方式放置，但是在浸潤(rùn)式光刻工藝中晶片通常是以水平方式放置。異丙醇將與水混合并改善(降低)沸點(diǎn)，使其蒸發(fā)更快速。
參閱圖8，在處理步驟106中可加入一種或一種以上的氣體122。氣體122可由一個(gè)或一個(gè)以上的噴嘴123供應(yīng)，在某些實(shí)施例中，使用單一噴嘴由晶片10的中心點(diǎn)向晶片的外邊緣擺動(dòng)。氣體包括壓縮/干凈的干空氣(CDA)、氮?dú)狻鍤饣蚯笆龅慕M合，以作為清凈干燥處理用。
在另一實(shí)施例中，使用真空處理124幫助干燥，其可用或不用另一個(gè)反應(yīng)室。真空124由一個(gè)或一個(gè)以上的噴嘴125提供，真空處理124也可降低液體的沸點(diǎn)，并藉此幫助處理步驟。
參閱圖9，在處理步驟106中使用旋干工藝126，其包括由馬達(dá)127提供的高速旋干(例如轉(zhuǎn)速大于1000rpm)。旋干工藝與一個(gè)或一個(gè)以上的其它上述處理過(guò)程結(jié)合可使得旋干效果更佳，且通?？稍谕晃恢眠M(jìn)行。例如，可經(jīng)由噴嘴噴灑去離子水沖洗，溶解以及/或凈化臟的液滴，不是同時(shí)就是接著立刻以1500rpm進(jìn)行旋干工藝。在某些實(shí)施例中，噴嘴可橫越晶片表面，由旋轉(zhuǎn)的晶片10的中心向邊緣擺動(dòng)，幫助除去殘余的液體。除了去離子水之外，可改用或額外使用異丙醇(純的或稀釋)來(lái)降低水的沸點(diǎn)，以及/或改善晶片10的表面張力。
再參閱圖6，在步驟108中，曝光晶片10之后以曝光后烘烤加熱干燥光阻14，使得高分子分解。此步驟讓曝光的光酸與高分子反應(yīng)，并使得高分子分解，例如，晶片可加熱到約85至150℃，持續(xù)約30至200秒。
在某些實(shí)施例中，曝光后烘烤步驟108可先以一較低的溫度烘烤(例如為上述標(biāo)準(zhǔn)曝光后烘烤溫度的80％)，從晶片10上除去一些液體26。如上所述，只增加曝光后烘烤的時(shí)間去移除水滴，仍會(huì)造成其它種類的缺陷。以較低的溫做預(yù)烘烤，將會(huì)減少或消除因增加曝光后烘烤時(shí)間而造成的問(wèn)題。
在步驟110中，在曝光(正型)或未曝光(負(fù)型)光阻14上進(jìn)行圖案化顯影工藝，留下想要的掩模圖案。在某些實(shí)施例中，將晶片10浸泡在顯影液中一段時(shí)間，此時(shí)一部分的光阻14會(huì)被溶解并移除，例如，晶片10可浸泡在顯影液中約5至60秒。熟悉此技藝人士當(dāng)可了解，顯影液的成分取決于光阻14的成分。
雖然本發(fā)明已揭示較佳實(shí)施例如上，然其并非用以限定本發(fā)明，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書(shū)所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種浸潤(rùn)式光刻的方法，包括提供一光阻層在一半導(dǎo)體基底上；使用一浸潤(rùn)式光刻曝光系統(tǒng)曝光該光阻層，該浸潤(rùn)式光刻曝光系統(tǒng)在曝光時(shí)使用一液體；在曝光后及曝光后烘烤前對(duì)該光阻層進(jìn)行一處理步驟，用以去除任何殘留的該液體；曝光后烘烤該光阻層；以及顯影該光阻層。
2.如權(quán)利要求1所述的浸潤(rùn)式光刻方法，其中該處理步驟使用一流體。
3.如權(quán)利要求2所述的浸潤(rùn)式光刻方法，其中該處理步驟還使用一旋干工藝。
4.如權(quán)利要求1所述的浸潤(rùn)式光刻的方法，其中該處理步驟使用一種或一種以上干凈的干空氣、氮?dú)饣驓鍤鈦?lái)通氣清凈。
5.如權(quán)利要求2所述的浸潤(rùn)式光刻方法，其中該處理步驟使用超臨界二氧化碳、異丙醇、界面活性劑、去離子水沖洗、酸性溶液沖洗或前述的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的浸潤(rùn)式光刻方法，其中該處理步驟使用一真空處理。
7.如權(quán)利要求1所述的浸潤(rùn)式光刻方法，其中該處理步驟使用一流體、一旋干工藝、一真空處理或前述的組合。
8.如權(quán)利要求1所述的浸潤(rùn)式光刻的方法，其中該處理步驟為該曝光后烘烤前的預(yù)烘烤，該預(yù)烘烤溫度小于該曝光后烘烤溫度。
9.一種處理系統(tǒng)，其與一浸潤(rùn)式光刻光刻工藝一起使用，包括一流體注射系統(tǒng)，用以注射一處理流體，該處理流體與該浸潤(rùn)式光刻光刻工藝所使用的一光刻液體不同；以及一去除裝置，用以去除該處理流體以及任何殘留的該光刻液體。
10.如權(quán)利要求9所述的處理系統(tǒng)，其中該液體注射系統(tǒng)注射干凈的干空氣、氮?dú)?、氬氣或前述的組合。
11.如權(quán)利要求10所述的處理系統(tǒng)，其中該液體注射系統(tǒng)包括一噴嘴，其由一基底的中心點(diǎn)向該基底的邊緣擺動(dòng)。
12.如權(quán)利要求9所述的處理系統(tǒng)，其中該液體注射系統(tǒng)注射超臨界二氧化碳、異丙醇、界面活性劑液體或前述的組合。
13.如權(quán)利要求9所述的處理系統(tǒng)，還包括一旋干裝置。
14.如權(quán)利要求9所述的處理系統(tǒng)，還包括一真空系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體基底上進(jìn)行浸潤(rùn)式光刻的方法及其處理系統(tǒng)，所述浸潤(rùn)式光刻的方法包括提供一光阻層在半導(dǎo)體基底上，以及使用浸潤(rùn)式光刻曝光系統(tǒng)曝光該光阻層。該浸潤(rùn)式光刻曝光系統(tǒng)在曝光時(shí)使用液體，并可在曝光后去除一些但不是全部的液體；曝光后，使用一處理步驟去除光阻層上殘留的液體；處理后，進(jìn)行曝光后烘烤及顯影步驟。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1892436SQ200610100019
公開(kāi)日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者張慶裕, 游大慶, 林進(jìn)祥 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司