专利名称：湿浸式光刻系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体工艺，尤其涉及一种湿浸式光刻系统。
背景技术：
湿浸式光刻(immersion lithography)通常包括在半导体晶片上表面(例如，薄膜叠层)涂布光致刻蚀剂涂层、以及之后对该光致刻蚀剂曝光以得到图案。在曝光期间， 可以使用去离子水填满曝光镜头(exposure lens)与光致刻蚀剂表面之间的空间，以增加聚焦景深(cbpth of focus ；D0F)的适用范围。之后，可以进行一个或多个曝光后烘烤和 /或其它工艺，例如使曝光后的光致刻蚀剂分开(例如，当上述光致刻蚀剂含有以高分子为基材的物质)，以使上述高分子致密和/或使任何在其它目标间的溶剂蒸发。接着，可以借由显影槽移除曝光后的光致刻蚀剂，其中在使用四甲基氢氧化铵(Tetra-methylammonium hydroxide ；TMAH)之后，上述曝光后的光致刻蚀剂可溶于显影溶液。接着，可以进行去离子水清洗以移除水溶性高分子或其它溶解的光致刻蚀剂，并可以进行旋转干燥工艺以干燥晶片。之后，可以移动曝光、显影后的晶片进行后续工艺，或者也可以在借由烘烤以使光致刻蚀剂表面的水气蒸发后再进行移动。湿浸式光刻装置可以包括在其它可能组件间的湿浸式扫描仪去离子槽(可以包含镜头系统)、环绕上述镜头的去离子水座架(holder)系统、传感器系统和/或晶片夹片台(stage)系统。部分镜头装置可以由硅土、二氧化硅、和/或类似材料构成，和/或其上可以涂布有一层或多层的硅土、二氧化硅、和/或类似材料。上述夹片台(stage)可以由铝合金、硅土、硅、镁、锌、磷、和/或氧构成。上述传感器系统表面可以涂布氮化钛。上述去离子水座架(holder)系统可以由不锈钢制成。上述工艺/装置具有几个问题。例如，上述光致刻蚀剂表面界面电位元(zeta potential)在pH = 7时约为_40mV(界面电位元可以指固液界面的电位元、或固体表面与周围(具有特定化学组成)之间的电位，以及也可以指电动势)。因此，如果湿浸的去离子液体含有杂质，则杂质可能会附着于光致刻蚀剂表面。同样地，上述镜头和/或镜头装置的硅土、二氧化硅、和/或类似材料可能含有具有一个约_25mV的界面电位元，其可能较光致刻蚀剂表面弱，因此可能会吸引杂质。夹片台的合金材料可能包含至少一种铝元素或具有 +40mV的界面电位元的元素，以至于其表面可以轻易地附着负界面电位元的微粒。去离子水座架(holder)系统的不锈钢可能也具有正界面电位元，以使负界面电位元的微粒可以附着。
发明内容
本发明的主要目的之一就是避免湿浸式光刻缺陷的生成。
为达上述目的，本发明一个优选实施例提供一种进行湿浸式光刻的方法，包括在湿浸式光刻系统的晶片夹片台、湿浸液体座架及镜头的一个或多个表面涂布一层亲水性涂层，该一个或多个表面用于包含湿浸液体；该湿浸式光刻系统提供该湿浸液体；以及使用该具有一个或多个涂布有亲水性涂层的表面的湿浸式光刻系统，对一个涂布有光致刻蚀剂的衬底进行湿浸式光刻。本发明另一个优选实施例是提供一种湿浸式光刻系统，包括湿浸液体密封反应器，包括多个表面；湿浸液体，放置在该湿浸液体密封反应器内；衬底夹片台，放置在该湿浸液体密封反应器内；镜头；以及降低污染附着的涂层，涂布在所述衬底夹片台及镜头的多个表面的一个或多个表面上，使所述衬底夹片台及镜头的所有涂层表面均为疏水性，其中所述降低污染附着的涂层包含聚乙烯、聚氯乙烯或前述的组合。本发明另一个优选实施例是提供一种湿浸式光刻系统，包括湿浸液体密封反应器，包括多个表面；湿浸液体，放置在该湿浸液体密封反应器内；衬底夹片台，放置在该湿浸液体密封反应器内；镜头；以及降低污染附着的涂层，涂布在所述衬底夹片台及镜头的多个表面的一个或多个表面上，使所述衬底夹片台及镜头的所有涂层表面均为親水性，其中所述降低污染附着的涂层包含二氧化硅。本发明所述的湿浸式光刻的方法和装置可以使湿浸镜头反应室免于遭受缺陷附着。本发明还可以减少镜头、光致刻蚀剂、传感器、晶片夹片台和湿浸液体座架间的交互污染。另外，本发明还可以减少装置维修频率和复杂度。另外，本发明可以致使光致刻蚀剂表面免于遭受缺陷和水渍污染，或降低缺陷和水渍污染。为了使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文列举出优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。
图1和2示出经过传统湿浸式光刻方法/装置处理的晶片的剖面图。图3示出多种可能由传统湿浸式光刻方法/装置引起的晶片上的典型缺陷。图4A-4F示出不同组成/晶片的界面电位元与PH之间的关系。图5示出液体的接触角(约20度)，该液体例如是位于涂布有二氧化硅的表面上的去离子水。图6示出液体的接触角(约90度)，该液体例如是位于涂布有聚四氟乙烯(PTFE) 或其表面上的去离子水。图7和8示出经过传统湿浸式光刻方法/装置处理的晶片的剖面图。图9和10示出经过本发明优选实施例的湿浸式光刻方法/装置处理的晶片的剖面图。图11示出本发明优选实施例的方法中至少一部分的流程图，用以完成降低缺陷数量的湿浸式光刻工艺。 其中，附图标记说明如下100 湿浸式光刻装置；110 半导体晶片；120a 湿浸端；
122镜头系统；124用于包含湿浸液体的结构；126湿浸液体；
128缝隙；130夹片台；132固定物；150缺陷；155水滴；160传感器；200装置；210涂层。
具体实施例方式在此，本说明书的内容将参考、合并下列专利的全部内容(1)美国专利号 6，867, 884(2)美国专利号 6，809, 794(3)美国专利号 6，788, 477(4)美国专利号 5，879，577(5)美国专利号6，114，747以及(6)美国专利号 6，516，815另外，本说明书内容也将参考、合并下列美国专利申请案中与此相关且被指定的内容(7)美国专利“湿浸式光刻与超声波冲洗”(申请号10/995，693、代理人文件编号24061.536)(8)美国专利“用于光刻工艺的超临界显影”(申请号11/025，538、代理人文件编号24061. 565)(9)美国专利“湿浸式光刻缺陷减量”(申请号60/695，562、代理人文件编号 24061. 656)以及(10)美国专利“湿浸光刻缺陷减量”(申请号60/695，826、代理人文件编号 24061. 657)下列揭示内容提供许多不同的实施例、或例子，用于完成不同特征的实施例。以下所述特定例子的组件或配置仅用于揭示说明本发明的内容，并非用以限定本发明。而且，在许多实施例和/或构成之间会重复参考数字和/或文字，目的在于简化以及使本发明揭示内容更明确。而且，在本发明揭示内容中，“之上”或“上方”等用语在不同实施例中可指直接接触或间接接触。如图1和2所示，示出正在对半导体晶片110的不同区域进行湿浸式光刻工艺的传统湿浸式光刻装置100的剖面图。上述半导体晶片110可以包括衬底和图案层。上述衬底可以包括一层或多层要图案化的多晶硅、金属、和/或介电材料。上述图案层可以是光致刻蚀剂层，该光致刻蚀剂层可以借由曝光工艺而产生图案。
上述例子的湿浸式光刻装置100包括镜头系统122、用于包含湿浸液体(例如，去离子水)的结构124、多个缝隙128 (可通过这些缝隙添加或移除液体)、夹片台130与用于保护、移动相对于镜头系统122的晶片110的固定物132。包含湿浸液体的结构124与镜头系统122构成湿浸端120a。湿浸端120a可以使用一些缝隙作为“空气刀”，以净化用于干燥晶片的空气；而其它缝隙128则用于移除任何净化过的液体。图3包括经过传统湿浸式光刻工艺(例如，图1和2所示的装置100内的工艺)的晶片110的俯视图，图3也包括多个在装置100内的工艺中可能发生在晶片110上的缺陷 150的放大图。上述缺陷可能代表水渍、残留物、或图案化光致刻蚀剂内的外来微粒，或者代表图案化光致刻蚀剂内的变形或空洞(图案缺陷)。其它形式的缺陷也可能存在。值得注意的是，如果为了移除水渍而增加曝光后烘烤的时间或温度，则会增加外来微粒和/或其它缺陷的可能性。图7和8另外示出图1和2所示的装置100、以及图1_3所示的晶片110的剖面图。如上所述，装置100的一个或多个元件的组成或特性可能具有吸引污染物的吸引力。例如，如果夹片台130由硅土或二氧化硅组成，可能具有相对较低的接触角(参见图5)或易亲水性，以致于微粒、水滴155 (可能包含微粒)、和/或其它污染物可附着在夹片台130的表面。组成、接触角、对水的吸引力、和/或其它夹片台130的外观、固定物132、镜头122、 包含湿浸液体的结构124、和/或装置100的其它组件可能同样地导致其表面易于被污染物附着。图9与10示出本发明优选实施例的装置200的一部分的剖面图。该装置200大致上与图1、2、6和7所示的实施例的装置100相似。然而，在该装置200中，涂层、衬层或其它层210形成在装置200的一个或多个组件的一个或多个表面上。例如，镜头122的一个或多个表面可能包含涂层210。在一个实施例中，除了曝光的光线通过的表面(例如，上表面与下表面)之外，镜头122的多个或全部的表面包含涂层210。夹片台130、固定物132、 包含湿浸液体的结构124、和/或缝隙128的一个或多个表面也可以或选择性地包含涂层 210。在一个实施例中，与湿浸液体126接触(除了光线通过的表面外)的装置200的所有组件的所有表面可以包含涂层210。涂层210可以包括一层或多层二氧化硅、聚四氟乙烯(铁弗龙或杜邦制造)、氟化物、聚乙烯、聚氯乙烯、上述材料中至少一种的高分子、上述材料(i)-(v)中至少一种的合金、包含上述材料(i)-(v)中至少一个的组合、和/或其它在本发明范围内的组分的高分子。涂层210可以指“疏水性涂层”，因为其提供了较少的水残留物。涂层210也可以指 “亲水性涂层”，因为其提供了较佳清洗效果的界面。而且，涂层210也可以指“降低污染附着的涂层”，因为其降低了水中污染物对符合的表面的附着。例如，当涂层210为由二氧化硅组成的亲水性涂层时，附着在涂层210上的污染颗粒较容易被清洗除去。当当涂层210 为由聚乙烯或聚氯乙烯组成的疏水性涂层时，由于聚乙烯和聚氯乙烯是聚合物，具有良好的可挠性，因而成长在各种表面上均可具有良好的致密性，使污染颗粒不易附着。涂层210 可以由一种或多种传统或先进的工艺而形成在装置200的组件表面上，例如化学气相沉积法、浸浴法(dipping)、刷磨法(Brushing)、喷涂法(spraying)、冲件法(stamping)、铸造法 (casting)、热压焊法(bonding)、旋涂法、电沉积法(electrod印osition)以及其它方法。 涂层210的厚度可以在本发明的范围内变化。而且，厚度、组成、应用的工艺、和/或其它 涂层210的外观在单一实施例中可以不同。例如，在装置200的一个组件上的涂层210的厚度与组成可以不同于装置200的另一个组件上的涂层的厚度与组成。如图9和10所示，装置200也可以包括一个或多个抽气、喷气及抽水系统160。图11示出本发明的一个优选实施例的方法300中至少一部分的流程图，用以完成降低缺陷数量的湿浸式光刻工艺。在步骤304中，光致刻蚀剂形成在晶片衬底表面上。上述光致刻蚀剂可以是正或负型光致刻蚀剂，也可以是由已知材料所构成或以后发展出的材料所构成。例如，上述光致刻蚀剂可以是单一、双、或多成分光致刻蚀剂系统。上述光致刻蚀剂涂布可以利用旋涂法或其它适合的工艺完成。在涂布上述光致刻蚀剂之前，晶片可以先经过一些处理以利于后续光刻工艺的进行，例如晶片可以先经过清洗、干燥和/或涂布黏着促进材料。 在步骤306中，进行湿浸曝光步骤。上述晶片与光致刻蚀剂被浸没在湿浸曝光液体(例如，去离子水)中，并且通过镜头而暴露在放射线源下。此放射线源可以是紫外光源， 氟化氪(KrF，248nm)、氟化氩(ArF，248nm)、或F2 (157nm)准分子激光。根据所使用的光致刻蚀剂、紫外光源的强度、和/或其它因素，以决定晶片暴露在放射线下的时间。例如，曝光时间约持续0. 2 30秒。在步骤308中，进行干燥工艺。此干燥工艺可以是芯片曝光工艺中的自然干燥，也可以与前面或后续工艺步骤在同一反应室中进行，也可以在不同反应室中进行。一个或多个干燥工艺可以单独地使用或组合使用。例如，可以加入一种或多种液体用于干燥工艺， 上述液体例如是临界二氧化碳、酒精(例如，甲醇、乙醇、异丙醇、和/或二甲苯)、界面活性齐U、和/或干净的去离子水。例外，可以加入一种或多种气体在干燥工艺308中，上述气体例如是用于净化干燥工艺的冷凝/干净的干空气、氮气、或氩气。另外，可以使用真空工艺和/或旋转干燥工艺以助于干燥。旋转干燥工艺与上述一个或多个干燥工艺结合时特别有效。例如，去离子水冲洗可以借由喷嘴而与旋转干燥工艺同时或在旋转干燥工艺之前实施， 以溶解和/或清洗任何不干净的液体颗粒。在步骤310中，用曝光后烘烤工艺对含有曝光、干燥后的光致刻蚀剂的晶片加热， 以溶解高分子。此步骤使曝光后的光酸(photo acid)与高分子反应并使高分子可溶于水。 在本发明的范围内，晶片可以被加热至85 150°C之间，并且可以加热30 200秒。在其它实施例中，曝光后烘烤工艺步骤310可以先进行第一低温预烤(例如，温度只有上述的 80%),以助于从晶片上移除包含的液体。在步骤312中，在曝光(正型)或未曝光(负型)的光致刻蚀剂上进行图案显影工艺，以留下所需的掩膜图案。在一些实施例中，晶片被浸没在显影液中一段预定的时间， 在此期间，一部分光致刻蚀剂被溶解和移除。例如，晶片可以被浸没在显影液中5 60秒。 显影液的组成根据光致刻蚀剂的组成而调整，并且为公知技术。方法300也可以包括一个或多个在光致刻蚀剂形成步骤304之前的清洗步骤302 和/或一个或多个在显影步骤312之后的清洗步骤314。例如，这些选择性的步骤可以包含清洗湿浸曝光装置的晶片夹片台、湿浸液体(例如，去离子水)座架、传感器、镜头及其它组件中至少一个的至少一部分。该清洗步骤可以使用水或化学清洗液，其中该化学清洗溶液可以是包括氨水、过氧化氢、臭氧、亚硫酸、及其组合中至少一种。另外，该清洗步骤可以使用界面活性剂，该界面活性剂溶液包括离子界面活性剂及离子界面活性剂中至少一种。清洗步骤302和/或314可以在每一个曝光步骤之间进行，或是根据需要进行。清洗步骤302 和/或314也可以每隔一个固定时间间隔进行，例如在预定数量的晶片经过镜头处理后、在预定数量的湿浸液体座架的填充与清空周期后、或者在由镜头进行预定数量的曝光后。清洗步骤302和/或314也可以在尺寸、特性、外观、或传感器所测到的值降到预定临界值以下时进行。 因此，本发明揭示一种装置，该装置是或包括湿浸曝光装置。在优选实施例中，该湿浸曝光装置具有晶片夹片台、湿浸液体座架、传感器、镜头和其它可能的组件。该湿浸曝光装置的晶片夹片台、湿浸液体(例如，去离子水)架座、传感器、镜头和其它可能的组件中至少一个的至少一部分具有外部的涂层，且该涂层是选自由下列材料所组成的群组(i) 二氧化硅；(ii)聚四氟乙烯；(iii)氟化物；(iv)聚乙烯；(ν)聚氯乙烯；(vi)上述材料中至少一种的高分子；(vii)上述材料中至少一种的合金；(viii)包含上述材料中至少一个的组合；以及(ix)其它高分子。形成、制造、使用、操作或清洗该装置的至少一部分的方法也包含在本发明的范围内。本发明优选实施例的装置包括多个可共同地工作以进行湿浸式光刻的组件，其中上述多个组件包括一个或多个选自由晶片夹片台、湿浸液体(例如，去离子水)座架、传感器、镜头及其它组件所组成的群组中的组件。多个组件中至少一个的至少一部分(一个或多个表面或其上方的区域)具有设置成用于降低污染物附着的外部涂层。例如，外部涂层可以增加具有外部涂层的表面的接触角；增加相对于具有外部涂层且为亲水性的表面的角度；和/或减少相对于具有外部涂层且为疏水性的表面的角度。在优选实施例中，本说明书也揭示一种方法，包括在衬底上形成光致刻蚀剂层； 使用湿浸曝光装置对上述光致刻蚀剂层进行曝光；烘烤曝光后的上述光致刻蚀剂层；并且对曝光、烘烤后的上述光致刻蚀剂层进行显影。上述湿浸曝光装置包括晶片夹片台、湿浸液体(例如，去离子水)座架、传感器和镜头。晶片夹片台、湿浸液体(例如，去离子水)座架、 传感器和镜头中至少一个的至少一部分具有外部的涂层，且该涂层是选自由下列材料所组成的群组二氧化硅、聚四氟乙烯、氟化物、聚乙烯、聚氯乙烯、上述材料中至少一种的高分子、上述材料中至少一种的合金、包含上述材料中至少一个的组合、以及其它高分子。许多上述方法的实施例可用以进行降低缺陷污染的湿浸式光刻工艺。上述方法也可以包括清洗上述湿浸曝光装置的晶片夹片台、去离子水座架、传感器、镜头和/或其它组件中至少一个的至少一部分。本说明书也揭示一种装置的实施例，该装置可被操作或设置成能够进行上述方法中至少一个的至少一部分。在本发明的范围内，一个或多个上述方法和/或装置的实施例可以致使湿浸镜头反应室免于遭受缺陷附着。另外，本发明可以减少镜头、光致刻蚀剂、传感器、晶片夹片台、 和/或湿浸液体座架间的交互污染。另外，本发明可以减少装置维修频率和/或复杂度。另夕卜，本发明可以致使光致刻蚀剂表面免于受到缺陷和/或水渍污染，或降低缺陷和/或水渍污染。另外，本发明可以延伸或增加晶片扫描速度，因而可以增加产出。另外，本发明可以降低或排除对于TAR涂层的需求，和/或减少TARC工艺和相关成本及支出。虽然本发明已经揭示如上数个优选实施例，然而这些实施例并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作任意的变更和修改，因此本发明的保护范围应当以后面所附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种湿浸式光刻系统，包括湿浸液体密封反应器，包括多个表面；湿浸液体，放置在该湿浸液体密封反应器内；衬底夹片台，放置在该湿浸液体密封反应器内；镜头；以及降低污染附着的涂层，涂布在所述衬底夹片台及镜头的多个表面的一个或多个表面上，使所述衬底夹片台及镜头的所有涂层表面均为疏水性，其中所述降低污染附着的涂层包含聚乙烯、聚氯乙烯或前述的组合。
2.如权利要求1所述的湿浸式光刻系统，还包括在湿浸液体密封反应器的多个表面上涂布所述降低污染附着的涂层。
3.如权利要求1所述的湿浸式光刻系统，还包括在湿浸液体密封反应器的多个表面上涂布二氧化硅涂层。
4.如权利要求1所述的湿浸式光刻系统，其中所述降低污染附着的涂层设置成具有大于50°的接触角。
5.如权利要求1所述的湿浸式光刻系统，其中涂布在所述衬底夹片台的一个或多个表面上的降低污染附着的涂层与涂布在镜头上的一个或多个表面上的降低污染附着的涂层具有不同的厚度。
6.一种湿浸式光刻系统，包括湿浸液体密封反应器，包括多个表面；湿浸液体，放置在该湿浸液体密封反应器内；衬底夹片台，放置在该湿浸液体密封反应器内；镜头；以及降低污染附着的涂层，涂布在所述衬底夹片台及镜头的多个表面的一个或多个表面上，使所述衬底夹片台及镜头的所有涂层表面均为親水性，其中所述降低污染附着的涂层包含二氧化硅。
7.如权利要求6所述的湿浸式光刻系统，还包括在湿浸液体密封反应器的多个表面上涂布所述降低污染附着的涂层。
8.如权利要求6所述的湿浸式光刻系统，还包括在湿浸液体密封反应器的多个表面上涂布由聚乙烯、聚氯乙烯或前述的组合所組成的塗層。
9.如权利要求6所述的湿浸式光刻系统，其中所述降低污染附着的涂层设置成具有大于50°的接触角。
10.如权利要求6所述的湿浸式光刻系统，其中涂布在所述衬底夹片台的一个或多个表面上的降低污染附着的涂层与涂布在镜头上的一个或多个表面上的降低污染附着的涂层具有不同的厚度。
全文摘要
本发明提供一种湿浸式光刻系统，包括湿浸液体座架，用于包含湿浸液体；夹片台，用于将涂布有光致刻蚀剂的半导体晶片放置在该湿浸液体座架内；以及镜头，紧邻该湿浸液体座架并且可被放置用于通过该湿浸液体而将影像投影在该涂布有光致刻蚀剂的半导体晶片上。本发明所述的湿浸式光刻的方法和装置可以使湿浸镜头反应室免于遭受缺陷附着。另外，本发明可以减少镜头、光致刻蚀剂、传感器、晶片夹片台和湿浸液体座架间的交互污染。另外，本发明还可以减少装置维修频率和复杂度。另外，本发明可以致使光致刻蚀剂表面免于遭受缺陷和水渍污染，或降低缺陷和水渍污染。
文档编号G03F7/20GK102331686SQ201110291288
公开日2012年1月25日 申请日期2006年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者张庆裕, 林本坚 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司