专利名称:一种降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造工艺技术领域：
，特别涉及一种降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法。
背景技术：
伴随集成电路制造工艺的不断进步，线宽的不断缩小，半导体器件的面积正变得越来越小，半导体的布局已经从普通的单一功能分离器件，演变成整合高密度多功能的集成电路；由最初的集成电路(IC)随后到大规模集成电路(LSI)，超大规模集成电路(VLSI)，直至今天的特大规模集成电路(ULSI)，器件的面积进一步缩小，功能更为全面强大。考虑到工艺研发的复杂性，长期性和高昂的成本等等不利因素的制约，如何在现有技术水平的基础上进一步提高器件的集成密度，缩小芯片的面积，在同一枚硅片上尽可能多的得到有效的芯片数，从而提高整体利益，将越来越受到芯片设计者，制造商的重视。
光学的衍射是光通过不透明体边缘、穿过狭缝或从划有平行直线的表面反射时产生偏折和出现一些彼此平行的亮带和暗带。半导体生产中使用的光刻技术主要基于上述原理。当光线通过掩膜版时，由于受到掩膜版图形的影响，使光线发生偏折，根据掩膜版图形的尺寸大小从而产生数量不同的衍射级数，基本的计算工式P*Sinα＝n*λ (公式1)P是图形的透明区域和不透明部分的宽度的总和；α是衍射角度；λ是光刻机使用的波长；n即是衍射级数。
根据数值孔径，分辨率的概念和计算公式NA＝N*Sinα (公式2)R＝K1*λ/NA (公式3)NA(Numerical Aperture)是光刻机镜头能力的重要表征，数值越高其带来的分辨率R越高， K1是系数因子，与工艺的能力，设备的波长，数值孔径等的基本参数相关，N是光学镜头和硅片之间介质的折射率，折射率越大所得的数值孔径也越高。
通常干法光刻技术的介质是空气，因此数值孔径的大小仅与最大捕获衍射角相关。当数值孔径为某个定值时通过公式2可以得到最大捕获衍射角，由此带入公式1得到可以被镜头收集的衍射级数。如图1所示，当光线通过掩膜版上的图形1时，会发生衍射效应，不同级数的衍射光线2向外发射，角度超过设备镜头接受范围的衍射光线会损失、湮灭，其余的衍射光线被镜头组收集和会聚，最终通过主镜头3，进入介于硅片4和设备之间的介质液体5，最后成像。由于液体的折射率大于1，导致设备的数值孔径也会随之大大提高，从而带来分辨率的跨越。收集的衍射级数越多，图形的逼真程度越高，由此得到的空间图像对比度也会大大提高。随后空间图像被光敏材料吸收，通过显影成像。上述几个公式可知，在光学技术上缩小线宽的主要方式是提高数值孔径和降低曝光的有效波长。由于需要寻找合适的波段、恰当的光学镜头材料、以及研发感光交连树脂的光敏材料，导致实现后者的难度明显的较高。因此，新兴的光刻技术——浸没式曝光技术应运而生。浸没式曝光技术，顾名思义即是将硅片浸没在高折射率的液体中进行曝光操作，由于数值孔径与介质折射率以及最大捕获衍射角成正比，因此，湿法的浸没式曝光技术会比干法的曝光，在数值孔径上扩大了介质折射率N倍。
尽管在过去的几年里，浸没式光刻技术已经获得了长足的进步，但目前仍然有一些问题和挑战摆在面前需要解决。其中主要是光敏材料的交互影响问题，从光敏材料中释出物质，渗入液体中，在随后的曝光过程中会对镜头底部材料产生影响，进而侵蚀光学部件，降低其的表现力。
发明内容本发明的目的在于提供一种降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，减少水溶液污染，避免沾污光学部件。
本发明是通过以下技术方案实现的一种降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，在涂布光敏材料的硅片进入浸没式光刻设备与水分接触前，用加入表面活性剂的液体冲洗硅片，使硅片充分预湿，然后经过曝光、显影，完成图形制作。
降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法包括如下步骤(1)硅片进入涂胶设备，涂布光敏材料，烘烤，冷却；(2)用加入表面活性剂的液体冲洗硅片，使硅片充分预湿；(3)硅片进入浸没式光刻设备，曝光；(4)硅片进入显影设备，烘烤，冷却，随后显影，完成图形制作；其中，所述光敏感材料包括酮类或醚类或烷烃类有机溶剂、感光交联树脂、光酸生成剂以及微量金属离子，分子量在85000到150000之间，有机溶剂与感光交联树脂和光酸生成剂的摩尔量比例为1∶X∶Y，其中，X和Y为5～100。
所述光敏感材料的每次涂布剂量为1.5ml到5ml；所述每次烘烤温度为60℃到250℃，烘烤时间为10秒到120秒；冷却温度为15℃到25℃，冷却时间为20秒到60秒。
所述表面活性剂的液体由盐类、酸类、乙醇或者它的衍生物、低分子量的碳氢化合物类中的至少一种和水共同构成，配比可以是1∶100到1∶1000，用于移除光刻胶中额外多余的光酸生成剂或者其它的表面污染物。
所述的冲洗时间为1秒到60秒，使用液体的温度为15℃到25℃。
本发明改变常规曝光流程顺序，由涂胶—>曝光—>显影，变为涂胶—>预湿硅片—>曝光—>显影。由于光酸生成剂的表面测量值在刚刚接触水的一分种内会发生急剧地跃迁，在硅片与浸没式光刻工艺中的水分接触前利用带有表面活性剂的液体预湿硅片，能够移除额外多余的光酸生成剂或者其它的表面污染物，防止光敏材料中释出物质对随后的曝光过程中会对镜头底部材料产生的影响，进而保护光学部件的免于被侵蚀。
图1是光学衍射的示意图；图2是润湿液体移除光酸生成剂的示意图。
标号说明1、掩膜版图形 2、衍射光线 3、镜头 4、硅片5、介质液体 6、冲洗润湿液体 7、光酸生成剂 8、光敏材料具体实施方式
一种降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，首先是硅片进入涂胶设备，涂布光敏材料。所述光敏感材料包括酮类或醚类或烷烃类有机溶剂、感光交联树脂、光酸生成剂以及微量金属离子，分子量在85000到150000之间，有机溶剂与感光交联树脂和光酸生成剂的摩尔量比例为1∶X∶Y，其中，X和Y为5～100，比如设定比例为1∶20∶50、1∶40∶100等。每次涂布剂量为1.5ml、2ml、3ml、4ml或5ml；所述每次烘烤温度为60℃、100℃、120℃、150℃或250℃，烘烤时间为10秒、30秒、50秒、80秒或120秒；冷却温度为15℃、20℃、23℃或25℃，冷却时间为20秒、30秒、40秒、50秒或60秒。
其次，用加入表面活性剂的液体冲洗硅片，使硅片充分预湿，表面活性剂的液体由盐类、酸类、乙醇或者它的衍生物、低分子量的碳氢化合物类中的至少一种和水共同构成，配比可以是1∶100、1∶200、1∶300、1∶400、1∶500或者1∶1000，上述加入表面活性剂的液体作为冲洗硅片的冲洗润湿液体。请参阅图2，旋转的硅片4表面的光敏材料8中包含在涂胶工艺中多余的光酸生成剂7，通过冲洗润湿液体6冲洗硅片4表面，利用冲洗润湿液体6中的表面活性剂移除光刻胶中额外多余的光酸生成剂或者其它的表面污染物。冲洗时间为1秒、10秒、15秒或者60秒，使用液体的温度为15℃、20℃、23℃或25℃。
然后，硅片进入浸没式光刻设备，曝光。
最后，硅片进入显影设备，烘烤，冷却，随后显影，完成图形制作。
由于本发明是通过改变常规曝光流程顺序，将传统的流程涂胶—>曝光—>显影，变为涂胶—>预湿硅片—>曝光—>显影，加入了预湿硅片的流程，因此对传统步骤中的涂胶、曝光和显影的流程就不再详述。
本发明涉及一种降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，通过优化工艺流程，在硅片进入浸没式光刻设备与水分接触前，采用加入表面活性剂的液体充分预湿硅片，移除额外多余的光酸生成剂或者其它的表面污染物，大大减少了随后产生水溶液的污染问题，避免沾污光学部件以及提高硅片图像均匀性。
权利要求
1.一种降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，其特征在于在涂布光敏材料的硅片进入浸没式光刻设备与水分接触前，用加入表面活性剂的液体冲洗硅片，使硅片充分预湿，然后经过曝光、显影，完成图形制作。
2.如权利要求
1所述的降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，其特征在于包括如下步骤(1)硅片进入涂胶设备，涂布光敏材料，烘烤，冷却；(2)用加入表面活性剂的液体冲洗硅片，使硅片充分预湿；(3)硅片进入浸没式光刻设备，曝光；(4)硅片进入显影设备，烘烤，冷却，随后显影，完成图形制作。
3.如权利要求
1或2所述的降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，其特征在于所述光敏感材料包括酮类或醚类或烷烃类有机溶剂、感光交联树脂、光酸生成剂以及微量金属离子，分子量在85000到150000之间，有机溶剂与感光交联树脂和光酸生成剂的摩尔量比例为1∶X∶Y，其中，X和Y为5～100。
4.如权利要求
3所述的降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，其特征在于所述光敏感材料的每次涂布剂量为1.5ml到5ml；所述每次烘烤温度为60℃到250℃，烘烤时间为10秒到120秒；冷却温度为15℃到25℃，冷却时间为20秒到60秒。
5.如权利要求
1和2所述的降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，其特征在于所述表面活性剂的液体由盐类、酸类、乙醇或者它的衍生物、低分子量的碳氢化合物类中的至少一种和水共同构成，配比可以是1∶1 00到1∶1000，用于移除光刻胶中额外多余的光酸生成剂或者其它的表面污染物。
6.如权利要求
1和2所述的降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，其特征在于所述的冲洗时间为1秒到60秒，使用液体的温度为15℃到25℃。
专利摘要
本发明一种降低浸没式光刻技术中光学部件被水溶液沾污的方法，通过优化工艺流程，在硅片进入浸没式光刻设备与水分接触前，采用加入表面活性剂的液体充分预湿硅片，移除额外多余的光酸生成剂或者其它的表面污染物，大大减少了随后产生水溶液的污染问题，避免沾污光学部件以及提高硅片图像均匀性。
文档编号G03F7/00GK1996145SQ200510003372
公开日2007年7月11日 申请日期2005年12月31日
发明者朱骏 申请人:上海集成电路研发中心有限公司, 上海华虹(集团)有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan