专利名称：浸润式光刻的方法及其处理系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体装置的制造方法，特别有关于一种在半导体基底上去除光阻残余物的方法及系统。
背景技术：
光刻技术是将掩模上的图案投射至一基底例如半导体晶片上。在半导体光刻技术领域中，必须在分辨率极限或关键尺寸下，将半导体晶片上的图案特征尺寸最小化，目前的关键尺寸已达到65nm以下。
半导体光刻技术通常包括在半导体晶片的顶层表面(例如薄层堆叠结构)上涂布光阻，将光阻曝光形成图案；将曝光后的光阻曝光后烘烤，以使高分子为主的物质产生裂解；将裂解的高分子光阻移到显影槽，去除曝光的高分子，曝光的高分子可溶于显影液。如此，可在晶片的顶层表面得到图案化的光阻层。
浸润式光刻技术(immersion lithography)是光刻技术中一项新的技术，其在晶片表面及透镜之间填充液体进行曝光步骤。使用浸润式光刻技术可使透镜具有较在空气中使用时更高的孔径，进而改善分辨率。此外，浸润还可提高聚焦深度(depth-of-focus，DOF)以制造较小的特征尺寸。
浸润式的曝光步骤在晶片与透镜之间可使用去离子水或其它适合的浸润曝光液，虽然曝光时间很短，但是液体与光敏感层(例如光阻)的接触会造成问题，例如处理后留下的小液滴，以及/或来自液体及光阻的残余物会对光阻的图案化、特征尺寸以及其它方面造成不良影响，目前至少有三种不同的缺陷机制已经被确认。
第一缺陷机制为来自光阻的可溶性物质污染浸润液体，其会在后续处理中产生问题。第二缺陷机制为液体对光阻产生不良影响，造成曝光后烘烤时不均匀的吸热及蒸发，如此，将在晶片的不同部位造成不同的温度分布。第三缺陷机制为液体扩散至光阻，并且限制后续光刻处理中所使用的化学放大反应(chemical amplify reaction，CAR)。以上所述只是举例说明缺陷机制，但本发明并不限于需由上述缺陷机制来获得。
发明内容
本发明提供一种在半导体基底上进行浸润式光刻的方法，包括提供光阻层在半导体基底上，以及使用浸润式光刻曝光系统曝光该光阻层。浸润式光刻曝光系统在曝光时使用液体，在曝光之后能够移除一部分液体，但无法全部去除。曝光后，使用处理步骤除去光阻层上残余的液体；处理后，进行曝光后烘烤及显影步骤。
在某些实施例中，处理步骤使用流体，流体可为气体，例如干净以及/或压缩的干空气(clean dry air，CDA)、氮气氩气或前述的组合。流体也可为液体，例如超临界二氧化碳、异丙醇、去离子水、酸性溶液、界面活性剂或前述的组合。
在某些实施例中，处理步骤使用旋干工艺。旋干工艺的转速可超过1000rpm。
在某些实施例中，处理步骤使用一种或一种以上干净的干空气(CDA)、氮气或氩气来通气清净。
在某些实施例中，处理步骤使用超临界二氧化碳、异丙醇、界面活性剂、去离子水冲洗、酸性溶液冲洗或前述的组合。在某些实施例中，处理步骤使用预烘烤工艺，其在曝光后烘烤之前进行。
在某些实施例中，处理步骤使用真空处理。
在某些实施例中，处理步骤使用一流体、一旋干工艺、一真空处理或前述的组合。
在某些实施例中，处理步骤为该曝光后烘烤前的预烘烤，该预烘烤温度小于该曝光后烘烤温度。
本发明更提供一种处理系统，其与浸润式光刻工艺一起使用，包括流体注射系统，用以注射与浸润式光刻工艺所使用的光刻液体不同的处理流体；以及用以去除该处理流体和任何残留的该光刻液体的装置。
在某些实施例中，流体注射系统注射干净的干空气、氮气、氩气或前述的组合。在另一实施例中，流体注射系统注射超临界二氧化碳、异丙醇、去离子水、酸性溶液、界面活性剂或前述的组合。
在某些实施例中，处理系统包括旋干装置。在另一实施例中，处理系统包括真空系统。
在某些实施例中，处理系统包括注射流体的喷嘴、旋干装置以及真空系统。
在这些实施例中有许多不同的优点，除了可移除水滴残余物之外，许多处理步骤不需增加浸润头空气压力也可以进行。晶片不需改变其光阻表面，即可获得较佳的温度分布。许多步骤不需在各别的反应室进行，并且许多步骤在处理时间、材料以及/或产量方面都只需非常低的成本。
为了让本发明的上述目的、特征、及优点能更明显易懂，以下配合附图，作详细说明。
图1、图4和图5为进行浸润式光刻工艺的半导体晶片的剖面图。
图2为浸润式光刻系统的剖面图。
图3为图1、图4以及/或图5的半导体晶片的俯视图，其具有一个或一个以上的缺陷。
图6为依据本发明的一个或一个以上的实施例，可减少缺陷数量的浸润式光刻工艺的方法的流程图；图7至图9为图6所使用的浸润式光刻工艺中其不同的处理程序的示意图。
其中，附图标记说明如下10晶片； 12基底； 14光阻；14a被液体26扩散的一部分的光阻；20浸润式光刻系统； 20a浸润头；22透镜系统； 24承载液体26的结构；26浸润液体； 26a浸润液滴；28、28a开口； 50缺陷；60残余液体微粒；62、64、66晶片10的三个不同区域；
100减少缺陷数量的浸润式光刻工艺的流程图；102光阻涂布；104曝光；106处理步骤；108曝光后烘烤；110显影；120处理步骤的液体；121、123、125喷嘴；122处理步骤的气体；124真空处理；126旋干工艺；127马达。
具体实施例方式
请参阅图1，半导体晶片10包括基底12及图案化层14，基底12为一层或一层以上的结构，包括多晶硅、金属以及/或介电质，其将被图案化。图案化层14可为光阻层，其可经曝光工艺产生图案，晶片10置于浸润式光刻系统20中。
参阅图2，其为浸润式光刻系统20，包括透镜系统22；承载液体26(例如去离子水)的结构24；多个开口28，液体可经由开口添加或移除；以及吸盘30，用来固定晶片10，并使晶片对透镜系统22做相对移动。承载液体的结构24以及透镜系统22组成浸润头20a，浸润头20a可使用一些开口(例如开口28a)作为空气干燥用(air purge)，通入空气使晶片干燥，其它的开口则作为移除清洗液体用，单一的空气清净开口28a可能不足以排除晶片10上所有的液体26，因此通常需要多个开口。
请参阅图3，其为经过传统浸润式光刻工艺后的晶片10。晶片10上具有由传统浸润式光刻工艺产生的缺陷50，缺陷表示有水痕、残余物或外来微粒在图案化光阻上，也可能是光阻变形或产生空洞(缺掉的图案)，此外其它种类的缺陷也可能出现。值得注意的是，如果增加曝光后烘烤(post-exposure bake，PEB)的时间或温度以移除水痕状缺陷，会增加外来微粒以及/或其它缺陷产生的可能性。
请再参阅图1，造成缺陷的第一缺陷机制为来自光阻14的可溶性物质会污染残余液体微粒60，并在稍后处理中产生问题。不在浸润头20a下的晶片10具有两个残余液体微粒60，残余液体微粒60包括来自光阻14、液体26或两者的组合的可溶性物质，残余物微粒60在光刻工艺后续步骤中将造成缺陷。
请参阅图4，造成如图3所示的缺陷的第二缺陷机制为液体26(见图2)对光阻14产生不良的影响，造成在曝光后烘烤时吸热及蒸发不均匀。在图4中，以晶片10的三个不同区域62、64及66来说明，区域62在曝光后烘烤时因为液滴26a的存在，具有较区域64及66低的温度，结果造成邻近区域62的光阻14与邻近区域64及66的光阻所受到的影响不同。
请参阅图5，造成缺陷的第三缺陷机制为液滴26a扩散至光阻14，并限制稍后在光刻工艺中所使用的化学放大反应(chemical amplify reaction，CAR)。图5所示为光阻14以及被液体26渗透的一部分的光阻14a的放大图，值得注意的是，液体26渗透至光阻14的速度非常快速，渗透的液体限制了化学放大反应，使得光阻14无法支持图案(或产生不良的图案)，因此液体26应尽快自晶片10上移除，以避免渗透。
参阅图6，其为减少缺陷数量的浸润式光刻工艺的实施例的简化流程图。在步骤102中，光阻14覆盖于晶片基底12的表面上，光阻14可为负型或正型光阻，以及目前已知或以后开发的光阻材料，例如，光阻14可以是一种、两种或多种成分的光阻系统。光阻14可用旋转涂布或其它适合的方法涂布，在涂布光阻14之前，晶片10可先预处理以进行浸润式光刻工艺，例如，晶片10在涂布光阻14之前可先清洁、干燥以及/或涂布黏着促进材料。
在步骤104中，进行浸润式的曝光步骤。晶片10和光阻14浸润于浸润式的曝光液体26例如去离子水中，然后经由透镜22(图2)曝光于辐射源下，辐射源可为紫外光，例如氟化氪(KrF，248nm)、氟化氩(ArF，193nm)或氟气(F2，157nm)的准分子雷射。晶片10在辐射下的曝光时间取决于其所使用的光阻种类、紫外光强度以及/或其它因素，例如，曝光时间可约为0.2秒至30秒。
在步骤106中，进行一处理步骤。该处理步骤可与前一步骤或下一步骤在同一反应室中进行，也可以在另一个反应室进行。有许多独特的处理步骤可用来减少上述的缺陷机制，这些处理步骤可单独使用或以各种组合使用。
参阅图7，在处理步骤106中加入一种或一种以上的液体120。液体120可由一个或一个以上的喷嘴121供应，在某些实施例中，使用单一喷嘴由晶片10的中心点向晶片的外边缘摆动。液体120包括超临界二氧化碳、醇类(例如甲醇、乙醇、异丙醇以及/或二甲苯)、界面活性剂、干净的去离子水(比留下残余物在晶片10上的液体干净)或前述的组合。
在一实施例中，超临界液体包括二氧化碳。虽然超临界二氧化碳已经被使用在其它处理中，但至目前为止仍未被使用在曝光后烘烤之前的处理步骤中。在美国专利案号6656666以及J.Vac.Sci.Technol.B22(2)p.818(2004)中虽然有提及超临界二氧化碳的使用，但这些参考数据不仅没提到其可应用于本发明的处理步骤，而且在这些参考数据中所揭示的过程还包括在其它传统过程中所需的额外处理材料，这些在本发明中都不需要。
同样地，溶剂例如异丙醇，虽然已经被使用在湿蚀刻工艺之后做为干燥剂用，但至目前为止仍未被使用在曝光后烘烤之前的处理步骤中。此外，在湿蚀刻工艺中晶片是以垂直方式放置，但是在浸润式光刻工艺中晶片通常是以水平方式放置。异丙醇将与水混合并改善(降低)沸点，使其蒸发更快速。
参阅图8，在处理步骤106中可加入一种或一种以上的气体122。气体122可由一个或一个以上的喷嘴123供应，在某些实施例中，使用单一喷嘴由晶片10的中心点向晶片的外边缘摆动。气体包括压缩/干净的干空气(CDA)、氮气、氩气或前述的组合，以作为清净干燥处理用。
在另一实施例中，使用真空处理124帮助干燥，其可用或不用另一个反应室。真空124由一个或一个以上的喷嘴125提供，真空处理124也可降低液体的沸点，并藉此帮助处理步骤。
参阅图9，在处理步骤106中使用旋干工艺126，其包括由马达127提供的高速旋干(例如转速大于1000rpm)。旋干工艺与一个或一个以上的其它上述处理过程结合可使得旋干效果更佳，且通常可在同一位置进行。例如，可经由喷嘴喷洒去离子水冲洗，溶解以及/或净化脏的液滴，不是同时就是接着立刻以1500rpm进行旋干工艺。在某些实施例中，喷嘴可横越晶片表面，由旋转的晶片10的中心向边缘摆动，帮助除去残余的液体。除了去离子水之外，可改用或额外使用异丙醇(纯的或稀释)来降低水的沸点，以及/或改善晶片10的表面张力。
再参阅图6，在步骤108中，曝光晶片10之后以曝光后烘烤加热干燥光阻14，使得高分子分解。此步骤让曝光的光酸与高分子反应，并使得高分子分解，例如，晶片可加热到约85至150℃，持续约30至200秒。
在某些实施例中，曝光后烘烤步骤108可先以一较低的温度烘烤(例如为上述标准曝光后烘烤温度的80％)，从晶片10上除去一些液体26。如上所述，只增加曝光后烘烤的时间去移除水滴，仍会造成其它种类的缺陷。以较低的温做预烘烤，将会减少或消除因增加曝光后烘烤时间而造成的问题。
在步骤110中，在曝光(正型)或未曝光(负型)光阻14上进行图案化显影工艺，留下想要的掩模图案。在某些实施例中，将晶片10浸泡在显影液中一段时间，此时一部分的光阻14会被溶解并移除，例如，晶片10可浸泡在显影液中约5至60秒。熟悉此技艺人士当可了解，显影液的成分取决于光阻14的成分。
虽然本发明已揭示较佳实施例如上，然其并非用以限定本发明，对本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1.一种浸润式光刻的方法，包括提供一光阻层在一半导体基底上；使用一浸润式光刻曝光系统曝光该光阻层，该浸润式光刻曝光系统在曝光时使用一液体；在曝光后及曝光后烘烤前对该光阻层进行一处理步骤，用以去除任何残留的该液体；曝光后烘烤该光阻层；以及显影该光阻层。
2.如权利要求1所述的浸润式光刻方法，其中该处理步骤使用一流体。
3.如权利要求2所述的浸润式光刻方法，其中该处理步骤还使用一旋干工艺。
4.如权利要求1所述的浸润式光刻的方法，其中该处理步骤使用一种或一种以上干净的干空气、氮气或氩气来通气清净。
5.如权利要求2所述的浸润式光刻方法，其中该处理步骤使用超临界二氧化碳、异丙醇、界面活性剂、去离子水冲洗、酸性溶液冲洗或前述的组合。
6.如权利要求1所述的浸润式光刻方法，其中该处理步骤使用一真空处理。
7.如权利要求1所述的浸润式光刻方法，其中该处理步骤使用一流体、一旋干工艺、一真空处理或前述的组合。
8.如权利要求1所述的浸润式光刻的方法，其中该处理步骤为该曝光后烘烤前的预烘烤，该预烘烤温度小于该曝光后烘烤温度。
9.一种处理系统，其与一浸润式光刻光刻工艺一起使用，包括一流体注射系统，用以注射一处理流体，该处理流体与该浸润式光刻光刻工艺所使用的一光刻液体不同；以及一去除装置，用以去除该处理流体以及任何残留的该光刻液体。
10.如权利要求9所述的处理系统，其中该液体注射系统注射干净的干空气、氮气、氩气或前述的组合。
11.如权利要求10所述的处理系统，其中该液体注射系统包括一喷嘴，其由一基底的中心点向该基底的边缘摆动。
12.如权利要求9所述的处理系统，其中该液体注射系统注射超临界二氧化碳、异丙醇、界面活性剂液体或前述的组合。
13.如权利要求9所述的处理系统，还包括一旋干装置。
14.如权利要求9所述的处理系统，还包括一真空系统。
全文摘要
本发明提供一种在半导体基底上进行浸润式光刻的方法及其处理系统，所述浸润式光刻的方法包括提供一光阻层在半导体基底上，以及使用浸润式光刻曝光系统曝光该光阻层。该浸润式光刻曝光系统在曝光时使用液体，并可在曝光后去除一些但不是全部的液体；曝光后，使用一处理步骤去除光阻层上残留的液体；处理后，进行曝光后烘烤及显影步骤。
文档编号H01L21/00GK1892436SQ200610100019
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月29日 优先权日2005年6月30日
发明者张庆裕, 游大庆, 林进祥 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司