專利名稱：浸潤式光刻的方法及其處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種半導體裝置的制造方法，特別有關于一種在半導體基底上去除光阻殘余物的方法及系統(tǒng)。
背景技術：
光刻技術是將掩模上的圖案投射至一基底例如半導體晶片上。在半導體光刻技術領域中，必須在分辨率極限或關鍵尺寸下，將半導體晶片上的圖案特征尺寸最小化，目前的關鍵尺寸已達到65nm以下。半導體光刻技術通常包括在半導體晶片的頂層表面(例如薄層堆疊結構)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產生裂解；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。浸潤式光刻技術(immersion lithography)是光刻技術中一項新的技術,其在晶片表面及透鏡之間填充液體進行曝光步驟。使用浸潤式光刻技術可使透鏡具有較在空氣中使用時更高的孔徑，進而改善分辨率。此外，浸潤還可提高聚焦深度(depth-of-focus, D0F) 以制造較小的特征尺寸。浸潤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曝光液， 雖然曝光時間很短，但是液體與光敏感層(例如光阻)的接觸會造成問題，例如處理后留下的小液滴，以及/或來自液體及光阻的殘余物會對光阻的圖案化、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制已經被確認。第一缺陷機制為來自光阻的可溶性物質污染浸潤液體，其會在后續(xù)處理中產生問題。第二缺陷機制為液體對光阻產生不良影響，造成曝光后烘烤時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。第三缺陷機制為液體擴散至光阻，并且限制后續(xù)光刻處理中所使用的化學放大反應(chemical amplify reaction,CAR)。以上所述只是舉例說明缺陷機制，但本發(fā)明并不限于需由上述缺陷機制來獲得。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種在半導體基底上進行浸潤式光刻的方法，包括提供光阻層在半導體基底上，以及使用浸潤式光刻曝光系統(tǒng)曝光該光阻層。浸潤式光刻曝光系統(tǒng)在曝光時使用液體，在曝光之后能夠移除一部分液體，但無法全部去除。曝光后，使用處理步驟除去光阻層上殘余的液體；處理后，進行曝光后烘烤及顯影步驟。在某些實施例中，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)、氮氣気氣或前述的組合。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。通過使用酸性溶液作為處理步驟中的流體，可以克服上述第一缺陷機制，即，酸性溶液可以迅速中和來自光阻的可溶性物質(主要是光阻中的光堿)，凈化了被該可溶性物質污染浸潤液體形成的臟液滴。在某些實施例中，處理步驟使用旋干工藝。旋干工藝的轉速可超過lOOOrpm。在某些實施例中，處理步驟使用一種或一種以上干凈的干空氣(CDA)、氮氣或氬氣來通氣清凈。在某些實施例中，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。通過酸性溶液沖洗，可以凈化可溶性物質污染浸潤液體形成的臟液滴并將之徹底去除。在某些實施例中，處理步驟使用預烘烤工藝，其在曝光后烘烤之前進行。在某些實施例中，處理步驟使用真空處理。在某些實施例中，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。在某些實施例中，處理步驟為該曝光后烘烤前的預烘烤，該預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。在某些實施例中，流體注射系統(tǒng)注射干凈的干空氣、氮氣、氬氣或前述的組合。在另一實施例中，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。通過流體注射系統(tǒng)注射酸性溶液，可以克服上述第一缺陷機制，即，酸性溶液可以迅速中和來自光阻的可溶性物質(主要是光阻中的光堿)，凈化被該可溶性物質污染浸潤液體形成的臟液滴。在某些實施例中，處理系統(tǒng)包括旋干裝置。在另一實施例中，處理系統(tǒng)包括真空系統(tǒng)。在某些實施例中，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)。在這些實施例中有許多不同的優(yōu)點，除了可移除水滴殘余物之外，許多處理步驟不需增加浸潤頭空氣壓力也可以進行。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室進行，并且許多步驟在處理時間、材料以及/或產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)點能更明顯易懂，以下配合附圖，作詳細說明。


圖1、圖4和圖5為進行浸潤式光刻工藝的半導體晶片的剖面圖。圖2為浸潤式光刻系統(tǒng)的剖面圖。圖3為圖1、圖4以及/或圖5的半導體晶片的俯視圖，其具有一個或一個以上的缺陷。圖6為依據本發(fā)明的一個或一個以上的實施例，可減少缺陷數量的浸潤式光刻工藝的方法的流程圖7至圖9為圖6所使用的浸潤式光刻工藝中其不同的處理程序的示意圖。
其中，附圖標記說明如下
10 :晶片；12 :基底;14 :光阻；
14a :被液體26擴散的一部分的光阻；
20 :浸潤式光刻系統(tǒng)； 20a :浸潤頭；
22 :透鏡系統(tǒng)；24 :承載液體26的結構；
26 :浸潤液體；26a :浸潤液滴；
28,28a :開口 ；50 :缺陷；
60 :殘余液體微粒
62、64、66 :晶片10的三個不同區(qū)域；
100 :減少缺陷數量的浸潤式光刻工藝的流程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。
具體實施例方式請參閱圖1，半導體晶片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構，包括多晶硅、金屬以及/或介電質，其將被圖案化。圖案化層14可為光阻層，其可經曝光工藝產生圖案，晶片10置于浸潤式光刻系統(tǒng)20中。參閱圖2,其為浸潤式光刻系統(tǒng)20,包括透鏡系統(tǒng)22 ;承載液體26 (例如去離子水)的結構24 ;多個開口 28，液體可經由開口添加或移除；以及吸盤30，用來固定晶片10， 并使晶片對透鏡系統(tǒng)22做相對移動。承載液體的結構24以及透鏡系統(tǒng)22組成浸潤頭20a， 浸潤頭20a可使用一些開口(例如開口 28a)作為空氣干燥用(air purge)，通入空氣使晶片干燥，其它的開口則作為移除清洗液體用，單一的空氣清凈開口 28a可能不足以排除晶片10上所有的液體26，因此通常需要多個開口。請參閱圖3，其為經過傳統(tǒng)浸潤式光刻工藝后的晶片10。晶片10上具有由傳統(tǒng)浸潤式光刻工藝產生的缺陷50，缺陷表示有水痕、殘余物或外來微粒在圖案化光阻上，也可能是光阻變形或產生空洞(缺掉的圖案)，此外其它種類的缺陷也可能出現。值得注意的是， 如果增加曝光后烘烤(post-exposure bake,PEB)的時間或溫度以移除水痕狀缺陷,會增加外來微粒以及/或其它缺陷產生的可能性。請再參閱圖1，造成缺陷的第一缺陷機制為來自光阻14的可溶性物質會污染殘余液體微粒60，并在稍后處理中產生問題。不在浸潤頭20a下的晶片10具有兩個殘余液體微粒60，殘余液體微粒60包括來自光阻14、液體26或兩者的組合的可溶性物質(來自光阻 14的可溶性物質主要是光堿)，殘余液體微粒60在光刻工藝后續(xù)步驟中將造成缺陷。殘余液體微粒60的尺寸相比于用光阻層14形成的光阻圖案是較大的，S卩，其往往可以覆蓋光阻層14的若干個曝光區(qū)與非曝光區(qū)。以正型光阻為例，位于光阻層14表面的殘余液體微粒 60中的可溶性物質會中和掉曝光后在光阻層14中的多個曝光區(qū)產生的光酸。光酸被中和掉，自然會影響后面烘烤工藝中借由光酸催化下的光阻層14中的曝光區(qū)中的高分子裂解， 而光阻中的高分子若不能進行理想的裂解，后續(xù)顯影工藝中顯影液就不能很好溶解曝光區(qū)中的光阻，從而不能得到均勻的理想的光阻圖案。負型光阻與正型光阻正好相反，光酸被殘余液體微粒60中的可溶性物質會中和掉，將影響后續(xù)顯影工藝中顯影液去很好溶解非曝光區(qū)中的光阻，導致不能得到均勻的理想的光阻圖案。請參閱圖4，造成如圖3所示的缺陷的第二缺陷機制為液體26(見圖2)對光阻14 產生不良的影響，造成在曝光后烘烤時吸熱及蒸發(fā)不均勻。在圖4中，以晶片10的三個不同區(qū)域62、64及66來說明，區(qū)域62在曝光后烘烤時因為液滴的存在，具有較區(qū)域64 及66低的溫度，結果造成鄰近區(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。請參閱圖5，造成缺陷的第三缺陷機制為液滴^a擴散至光阻14，并限制稍后在光刻工藝中所使用的化學放大反應(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，液體沈滲透至光阻14 的速度非?？焖伲瑵B透的液體限制了化學放大反應，使得光阻14無法支持圖案(或產生不良的圖案)，因此液體沈應盡快自晶片10上移除，以避免滲透。參閱圖6，其為減少缺陷數量的浸潤式光刻工藝的實施例的簡化流程圖。在步驟 102中，光阻14覆蓋于晶片基底12的表面上，光阻14可為負型或正型光阻，以及目前已知或以后開發(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可先預處理以進行浸潤式光刻工藝，例如，晶片10在涂布光阻14之前可先清潔、干燥以及/或涂布黏著促進材料。在步驟104中，進行浸潤式的曝光步驟。晶片10和光阻14浸潤于浸潤式的曝光液體沈例如去離子水中，然后經由透鏡22(圖2)曝光于輻射源下，輻射源可為紫外光，例如氟化氪(KrF，M8nm)、氟化氬(ArF，193nm)或氟氣(F2，157nm)的準分子雷射。晶片10在輻射下的曝光時間取決于其所使用的光阻種類、紫外光強度以及/或其它因素，例如，曝光時間可約為0. 2秒至30秒。在步驟106中，進行一處理步驟。該處理步驟可與前一步驟或下一步驟在同一反應室中進行，也可以在另一個反應室進行。有許多獨特的處理步驟可用來減少上述的缺陷機制，這些處理步驟可單獨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可由一個或一個以上的噴嘴121供應，在某些實施例中，使用單一噴嘴由晶片10的中心點向晶片的外邊緣擺動。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)、酸性溶液或前述的組合。在一實施例中，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。在美國專利案號 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，但這些參考數據不僅沒提到其可應用于本發(fā)明的處理步驟，而且在這些參考數據中所揭示的過程還包括在其它傳統(tǒng)過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，雖然已經被使用在濕蝕刻工藝之后做為干燥劑用，但至
6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，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可由一個或一個以上的噴嘴123供應，在某些實施例中，使用單一噴嘴由晶片10的中心點向晶片的外邊緣擺動。氣體包括壓縮/干凈的干空氣(CDA)、氮氣、氬氣或前述的組合，以作為清凈干燥處理用。在另一實施例中，使用真空處理IM幫助干燥，其可用或不用另一個反應室。真空 124由一個或一個以上的噴嘴125提供，真空處理IM也可降低液體的沸點，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127提供的高速旋干(例如轉速大于IOOOrpm)。旋干工藝與一個或一個以上的其它上述處理過程結合可使得旋干效果更佳，且通?？稍谕晃恢眠M行。例如，可經由噴嘴噴灑去離子水沖洗，溶解以及 /或凈化臟的液滴，不是同時就是接著立刻以1500rpm進行旋干工藝。通過酸性溶液沖洗， 可以通過迅速中和光阻中可溶性物質，而凈化光阻中可溶性物質污染浸潤液體形成的臟液滴并將之徹底去除，避免在光刻工藝后續(xù)步驟如曝光工藝與顯影工藝中造成缺陷，從而得到精確的光阻圖案層，解決由上述第一缺陷機制產生的問題。在某些實施例中，噴嘴可橫越晶片表面，由旋轉的晶片10的中心向邊緣擺動，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)來降低水的沸點，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，并使得高分子分解，例如，晶片可加熱到約85至150°C，持續(xù)約30至200秒。在某些實施例中，曝光后烘烤步驟108可先以一較低的溫度烘烤(例如為上述標準曝光后烘烤溫度的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間去移除水滴，仍會造成其它種類的缺陷。以較低的溫做預烘烤，將會減少或消除因增加曝光后烘烤時間而造成的問題。在步驟110中，在曝光(正型)或未曝光(負型)光阻14上進行圖案化顯影工藝， 留下想要的掩模圖案。在某些實施例中，將晶片10浸泡在顯影液中一段時間，此時一部分的光阻14會被溶解并移除，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)明已揭示較佳實施例如上，然其并非用以限定本發(fā)明，對本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的權利要求書所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種浸潤式光刻的方法，包括 提供一光阻層在一半導體基底上；使用一浸潤式光刻曝光系統(tǒng)曝光該光阻層，該浸潤式光刻曝光系統(tǒng)在曝光時使用一液體；在曝光后對該光阻層進行一處理步驟，用以去除任何殘留的該液體，該處理步驟使用酸性溶液沖洗；在該處理步驟后，進行曝光后烘烤該光阻層；以及顯影該光阻層。
2.如權利要求1所述的浸潤式光刻方法，其中該處理步驟還使用一旋干工藝。
3.如權利要求1所述的浸潤式光刻的方法，其中該處理步驟還使用一種或一種以上干凈的干空氣、氮氣或氬氣來通氣清凈。
4.如權利要求1所述的浸潤式光刻方法，其中該處理步驟還使用超臨界二氧化碳、異丙醇、界面活性劑、去離子水沖洗或前述的組合。
5.如權利要求1所述的浸潤式光刻方法，其中該處理步驟還使用一真空處理。
6.如權利要求1所述的浸潤式光刻方法，其中該處理步驟還使用一旋干工藝與一真空處理的組合。
7.如權利要求1所述的浸潤式光刻的方法，其中該處理步驟還包括該曝光后烘烤前的預烘烤，該預烘烤溫度小于該曝光后烘烤溫度。
8.—種處理系統(tǒng)，其與一浸潤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式光刻光刻工藝所使用的一光刻液體不同，該處理流體包括酸性溶液；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。
9.如權利要求8所述的處理系統(tǒng)，其中該液體注射系統(tǒng)還注射干凈的干空氣、氮氣、氬氣或前述的組合。
10.如權利要求9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向該基底的邊緣擺動。
11.如權利要求8所述的處理系統(tǒng)，其中該液體注射系統(tǒng)還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。
12.如權利要求8所述的處理系統(tǒng)，還包括一旋干裝置。
13.如權利要求8所述的處理系統(tǒng)，還包括一真空系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在半導體基底上進行浸潤式光刻的方法及其處理系統(tǒng)，所述浸潤式光刻的方法包括提供一光阻層在半導體基底上，以及使用浸潤式光刻曝光系統(tǒng)曝光該光阻層。該浸潤式光刻曝光系統(tǒng)在曝光時使用液體，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，進行曝光后烘烤及顯影步驟。
文檔編號G03F7/20GK102540761SQ201110461339
公開日2012年7月4日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權日2005年6月30日
發(fā)明者張慶裕, 林進祥, 游大慶 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司