TWI401542B - 移除上塗層而減低浸潤式微影之缺陷 - Google Patents

Description

移除上塗層而減低浸潤式微影之缺陷

本發明是有關於一種浸潤式微影之方法，且特別是有關於一種可減少缺陷之浸潤式微影之方法。

隨著半導體製程技術持續朝向例如65毫微米、45毫微米及更小之小特徵尺寸發展，浸潤式微影方法也開始被採用。浸潤式微影包括在浸潤液中浸泡基底或浸泡至少浸潤式微影系統的一部份。

浸潤式微影通常使用一種新的光阻材料，稱之為化學增強光阻(CAR)，並加上較短波長光如深紫外線(DUV)其包括由氪氟化物準分子雷射所產生之248毫微米紫外線與氬氟化物準分子雷射所產生之193毫微米紫外線。此較短波長光被用於曝光化學增強光阻，進而在基底上創造出由光阻之曝光與未曝光之區域所形成之圖案。在化學增強光阻裡，曝光區域中之光產酸(PGA)常會藉由浸潤液擴散侵蝕到未曝光區域，並造成模糊以及產生曝光圖影之側壁傾斜的結果。在光阻上鋪一層上塗層是為要預防上述之溶濾效應。但是，結果通常是出現缺陷品。舉例而言，上塗層有時會因為水之穿透而把浸潤液(例如：水)困在其中而引出其他例如水跡之類之缺陷。

目前需要的是一個改良過的微影系統及方法，例如可減少缺陷之浸潤式微影法。

因此本發明的目的就是在提供一種微影法製程，用以減少在浸潤式微影中因上塗層所產生的缺陷。

根據本發明之上述目的，提出一種微影製程的方法，包含在基底上覆蓋感光層，在感光層塗附上塗層，將感光層曝光於輻射能量之後，移除上塗層，在移除上塗層後烘烤感光層，以及顯影曝光後之感光層。基底可以選擇半導體基底，光罩基底，或薄膜電晶体液晶顯示器基底。覆蓋在基底上之感光層之形成可用一種稱之為旋塗的技巧來完成。感光層可以是一層化學增強光阻層。上塗層可包含有機材料，接觸水角度大於50度左右之疏水性材料，以及氟含量為0.5%到30%重量百分率左右之含氟材料。此上塗層之厚度範圍為50到100埃左右。感光層於浸潤式微影之環境下曝光。接著使用顯影液或具有表面活性劑之含水之溶劑來移除上塗層。上塗層移除後可以加上一道清潔程序。此清潔程序使用去離子水。另一種上塗層的移除法是藉由溶液來減少上塗層的厚度，以達到部份移除上塗層。其溶液可以是顯影液或含水之溶液。形成於感光層上之上塗層可以使用疏水性材料。

上塗層的移除可避免浸潤液滲透並困在上塗層中而引出其他例如水跡之類之缺陷。

據了解本發明具有不同的實施例，或例子，可以執行此發明之不同的功能。以下描述之使用元件及排列法之具體的例子係為清楚說明本發明而使其簡化。這些，當然，只是例子且並無意圖造成限制。舉例而言，以下敘述之第一特徵當它形成於第二特徵之上時可能會包括第一特徵及第二特徵直接接觸之實施例，也可能包括另一特徵插入第一特徵及第二特徵之間使兩者不能直接接觸。另外，本發明之各樣例子中可能會重複參照代號和/或字母。此重複目的在於使其簡化及清楚化並無代表論述中之實施例和/或結構之關聯。

第1圖係繪示依照本發明微影圖案結構之實施例100之流程圖。第2圖到第7圖係繪示依照本發明採用第1圖之方法100之一範例半導體元件200之剖面示意圖。參照第1圖到第7圖，方法100及範例半導體元件200的製造由此會完整的在以下描述。

參照第1圖及第2圖，方法100是藉由在半導體元件200之基底210之上形成一阻層(感光層或光阻層)220的步驟102而啟始。半導體元件200可以是一半導體晶圓或其他合適之元件。在本實施例裡，基底210包括矽。基底也可以另外包括其他合適之半導體材料，包括鍺(Ge)、鍺化矽(SiGe)或砷化鎵(GaAs)。基底210可以更進一步包含其他的材料例如低介電係數材料、矽氧化物以及導電材料。基底210可以有其他的結構例如包括井及源/汲極之摻雜區；隔離特徵包括淺溝隔離(STI)及內層介電層(ILD)；導電特徵包括閘極、金屬線、介層插塞及接觸插塞。基底210可以另外包括一非半導體材料，例如薄膜電晶体液晶顯示器所用之玻璃板或光罩所用之熔凝石英板。基底210可以更進一步包括一層或多層之圖案化材料層。舉例而言，圖案化材料層可以包括矽層、介電層或摻雜多晶矽層。

另外，基底210可以包含在圖案化材料層之上之底部防反射塗膜(BARC)層。BARC層之設計具有適當的折射率和/或厚度以減少微影製程中之光反射並加強微影圖案化之效能。BARC層可以包含有機材料,氮化物材料或氧化物材料，且其厚度係介於100埃到1000埃之間。

基底210上形成阻層220。舉例而言，鋪在基底210上之BARC層上可形成阻層220。阻層220之厚度可在50埃到5000埃之間。在其他實施例內，阻層220之厚度可在500埃到2000埃之間。可使用旋塗的技巧來形成阻層220。另外，阻層220可經過稱之為軟性烘烤之烘烤過程來降低阻層內的溶劑。

在本實施例裡，阻層是一層化學增強光阻層(CAR)。阻層220包括一聚合物其性質係與酸產生化學反應後，會轉變成可溶於鹼性的顯影液中。另一個選擇是，阻層220包括一聚合物其性質與酸產生化學反應後，會轉變成不可溶於鹼性的顯影液中。阻層220還包括一溶劑，溶劑包藏於聚合物之內。此溶劑有可能會因為先前之烘烤過程(例如軟性烘烤)而蒸發掉。阻層又包含光酸產生器(PAG)。當吸取光能(或輻射能)時，PAG會分解成為少量的酸。

參照第1圖及第3圖，方法100是藉由在阻層220上形成一上塗層230以進行步驟104。上塗層230可以直接鋪蓋於阻層220之上。上塗層230之厚度係介於50埃到10000埃之間。阻層230之形成是藉由一旋塗之技巧或其他適合的方法。對於使用浸潤式微影製程的浸潤液(如：水)，上塗層230是疏水性的。舉例而言，上塗層230的接觸角可被調到大於50度左右。上塗層230可包含有機材料和/或聚合物材料。以一個例子而言，上塗層230包含一含氟材料例如氟含量為0.5%到30%重量百分率之氟化合物。另一實施例裡，覆蓋於阻層220上之上塗層230可具有多層結構。

一上層防反射塗膜(TAR)層可形成於阻層220之上，同時也位於上塗層230之上，或形成於阻層220與上塗層230之間。TAR層之形成可使用旋塗的技巧來完成。另一個選擇是，可以把TAR與上塗層230做合併使上塗層230在微影曝光製程下具有防反射的效果。

參照第1圖及第4圖，方法100是藉由阻層220在光能下曝光以進行步驟106。在進行微影圖案化製程中，阻層220透過一預先設定圖案之光罩(又稱遮罩或罩幕)曝光於一輻射能例如深紫外線(DUV)之下，結果得到包括例如曝光第二特徵220a之多塊曝光區域以及例如未曝光第二特徵220b之多塊未曝光區域之一光阻圖案。光罩可包含透明基底及圖案化吸收層。光罩的透明基底可用例如硼矽酸玻璃及鹼石灰玻璃之石英玻璃(SiO₂ )。光罩的透明基底可使用鈣氟化物和/或其他合用的材料。圖案化吸收層可經過多種加工及用多種材料而成，例如沉積具有鉻(Cr)及氧化鐵之金屬膜，或是由矽化鉬(MOSi)、氧化矽鋯(ZrSiO)、氮化矽(SiN)和/或氮化鈦(TiN)所製造之無機膜。輻射能可包括193毫微米長之氬氟化物(ArF)準分子雷射光線，或157毫微米長之氟化物(F₂ )準分子雷射光線。阻層220的PAG在曝光後分解成陰離子及酸，結果是曝光阻層與水之相溶性高過於未曝光阻層。曝光過程可用微影工具來完成，例如掃描器，步進機，或具有光子曝光處理功能之叢集工具。

曝光過程可利用浸潤式微影之技巧來完成，其中在曝光過程中在微影工具鏡片及半導體元件200之間注入浸潤液。舉例而言，去離子水(DIW)可在曝光過程中當浸潤液使用。因為阻層220已被上塗層230保護並與浸潤液分開，所以PAG擴散的問題就此大幅度的縮減。

用於浸潤式曝光過程之微影裝置在以下舉例描述。微影裝置包括為固定待處理基底之基底臺。基底臺可被操作而與裝置做相對之移動。舉例而言，基底臺能為基底定位，步進，以及掃描做平移及轉動之位移。基底臺可包括多種組件以適用於精準的移動基底臺。微影裝置包括一或多個像透鏡系統(稱為透鏡系統)。例如半導體元件200之基底可放置於基底臺之透鏡系統之下。每個透鏡元件可包括一透明基底以及可進一步包括多層塗膜層。透明基底可以是傳統的物鏡，其製造材料可包括石英玻璃(SiO₂ )、鈣氟化物(CaF₂ )、鋰氟化物(LiF)、鋇氟化物(BaF₂ )或其他合用之材料。每個透鏡元件所使用的材料選擇決定因素取決于微影製程中使用之光波長，所選用的材料對特定光波長之吸收及散射效應最小化。裝置可包括設計用來容納浸潤液和/或其他例如清潔液之適當液體之一浸潤液保存模組。浸潤液保存模組可被置于透鏡系統之近處(如附近)並可在容納浸潤液以外加上其他功能。浸潤液保存模組可包含各種孔洞(或噴嘴)而可在曝光過程中供給浸潤液，和/或執行其他適當之功能。微影裝置可進一步包括一輻射源。該輻射源可以是合適的紫外線(UV)或遠紫外線(EUV)光源。舉例而言，輻射源可以是具有波長436毫微米(G線)或365毫微米(I線)之水銀燈；波長248毫微米之氪氟化物準分子雷射；波長193毫微米之氬氟化物準分子雷射；波長157毫微米之氟化物準分子雷射；或其他具有所需求波長(如：低于100毫微米左右)之光源。裝置可包括一隔離室，隔離室可提供一個真空環境或一個鈍氣低壓環境來保護各種元件及待處理基底。一個浸潤式微影系統的例子是由U.S.Ser.No.60/729,565，於西元2005年10月24日申請，其所提供之內容在此與均引為參考。

參照第1圖及第5圖，方法100是藉由完成曝光步驟106之後移除上塗層以進行到步驟108。上塗層230可藉由可溶解上塗層材料之合適溶液而加以移除。在一實施例裡，用來顯影阻層之顯影劑也可用於移除上塗層230。因為阻層220還未經烘烤，所以在此階段它無法被溶解。據此，上塗層230可選擇性的移除。在另一個實施例裡，含水之溶劑可用於上塗層230之移除。含水之溶劑可包含表面活性劑。步驟108在移除上塗層230之後可加上一清潔過程例如以水清洗或其他合適的清潔過程。

另一個選擇是，上塗層230可以部份被移除。以一個例子而言，上塗層230可藉由類似移除上塗層的技巧但是控制移除的時間來薄化上塗層230。故此上塗層的厚度大幅度的縮減而且跟上塗層有關之缺陷部份也大幅度的縮小或消除。另一個例子，上塗層230包括兩層，第一層(位於第二層之上)藉由一合適的方法加以移除，合適的方法係為選擇性移除第二層上之第一層因而消除與上塗層有關聯之缺陷。當上塗層230在曝光製程之後被移除，與上塗層相關的問題例如被水滲透及水污可被大幅度的消除或減少。

參照第1圖到第6圖，方法100是藉由移除上塗層之步驟108之後烘烤阻層220，稱之為曝光後烘烤(PEB)程序以進行到步驟110。PEB程序中，光產酸會在阻層220裡引起一連串之化學變化，稱之為化學增幅效應。此變化改變曝光阻層220(例如曝光區域220a)成為可溶於顯影劑之阻層第二特徵240。PEB程序可具有會定義及控制一溫度(或溫度對應時間之曲線圖)及烘烤時間以得到最佳化之阻層圖案。

參照第1圖及第7圖，方法100是藉由使用顯影劑顯影阻層220以進行到步驟112。曝光區域內的阻層均已實質地溶解，在圖案化阻層220內形成具有一或多開口且開口曝露出基底210。在一實施例裡，顯影劑可以是氫氧化四甲基銨(TMAH)鹼性的溶液。因為上塗層230的移除先於步驟110之PEB程序，如此與上塗層相關的問題包括被水滲透及其他缺陷即被大幅度的消除。

在步驟112阻層220的顯影程序之後，方法100可以進一步包括其他步驟程序，例如烘烤，蝕刻/植入，和/或剝去阻層。舉例而言，當在圖案化阻層開口內之下層材料層施加一蝕刻製程而在基底裡形成一凹形圖案之後，阻層即可藉由濕式剝除法、電漿灰化法或其結合而被移除。本發明可有多種變化。以一個例子來說，本發明之方法不限用於圖案化半導體基底上。其他基底例如電晶體液晶顯示器(TFT_LCD)元件用之玻璃基底，或光罩用之透明基底(例如熔凝石英)皆可使用本發明揭露之材料，方法，及設備進行圖案化製程。以另一種變化來說，曝光步驟106可藉由使用非水之浸潤液之浸潤式微影來實現。舉例來說，一種水與適當添加物之溶液可被使用於浸潤式微影製程中。

如此來說，本發明提供一種微影製程之方法。此方法包括提供一基底，基底上具有一感光層，一上塗層位於此感光層之上，將感光層曝光於一輻射能量之後，移除上塗層，以及移除上塗層後烘烤感光層。

本發明之方法可進一步包括在烘烤感光層後使其曝光感光層顯影。可使用顯影劑來移除上塗層,以完成移除上塗層的動作。另可使用含水之溶劑來移除上塗層。含水之溶劑可包含表面活性劑。感光層可包含化學增強光阻。上塗層可包含有機材料。上塗層可包含疏水性材料。上塗層包含疏水性材料其接觸水角度大於50度左右。上塗層包含氟化物材料。氟化物材料之氟化物含量為0.5%到30%重量百分率。上塗層之厚度可在50埃與10000埃之間。此方法進一步包括移除上塗層後之感光層清潔過程。清潔過程可使用去離子水(DIW)。感光層可以在浸潤式微影的環境下完成曝光。基底係選自於由半導體基底，光罩基底，以及薄膜電晶体液晶顯示器(TFT－LCD)基底所組成之群組。

本發明又提供另一種微影圖案化之方法。此方法包括在基底上形成一感光層，在感光層上形成一上塗層，將感光層曝光於一輻射能量之下，並至少部份移除上塗層，在移除上塗層後烘烤該感光層，以及顯影曝光後之感光層。

本發明之方法裡，上塗層可藉由一溶液以減少上塗層之厚度。溶液係選自於由顯影液和含水之溶液所組成之群組。上塗層之形成包含在感光層之上覆蓋上一疏水性材料。

本發明又提供另一微影圖案化之方法。此方法包括在基底上形成一光阻層，在感光層之上形成一疏水性上塗層，將感光層在浸潤式微影模式下曝光於一輻射能量之下，並移除上塗層，在移除上塗層後烘烤感光層，以及顯影曝光後之感光層。

由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列優點。藉由在浸潤式微影裡移除或部份移除上塗層，而使與上塗層相關的問題例如被水滲透及水污可被大幅度的消除或減少。

雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．方法

102．．．步驟

104．．．步驟

106．．．步驟

108．．．步驟

110．．．步驟

112．．．步驟

200．．．半導體元件

210．．．基底

220．．．阻層

220a．．．曝光特徵

220b．．．未曝光特徵

230．．．上塗層

240．．．阻層特徵

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：第1圖係繪示依照本發明一微影圖案化結構之實施例之流程圖。

第2圖到第7圖係繪示依照本發明一採用第1圖之方法之範例半導體元件之剖面示意圖。

100．．．方法

102．．．步驟

104．．．步驟

106．．．步驟

108．．．步驟

110．．．步驟

112．．．步驟

Claims (20)

1. 一種微影製程之方法，包含：提供一覆蓋感光層後之基底在其感光層塗附一上塗層，該上塗層包含一第一層與一第二層，該第一層位於該第二層之上；感光層曝光於一輻射能量之下；移除該上塗層之該第一層；以及在移除該上塗層之該第一層後烘烤感光層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，進一步包含在曝光後之該感光層烘烤之後，顯影該感光層之步驟。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，其中該上塗層包含使用一顯影液以移除該上塗層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，其中該上塗層之移除包含使用一表面活性劑之含水之溶劑。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，其中該感光層包含化學增強光阻。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，其中該上塗層包含一有機材料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，其中該上塗層包含一疏水性材料。
8. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，其中該上塗層包含一疏水性材料其接觸水角度大於50度左右。
9. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，其中該上塗層包含一含氟材料。
10. 如申請專利範圍第9項所述之微影製程之方法，其中該含氟材料包含氟含量為0.5%到30%重量百分率之含氟材料。
11. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，其中該上塗層包含一厚度其範圍為50到100埃左右。
12. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，進一步包含在移除該上塗層之後，對該感光層提供清潔程序。
13. 如申請專利範圍第12項所述之微影製程之方法，其中該清潔程序使用去離子水。
14. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，其中感光層曝光製程包含在一浸潤式微影之環境下進行曝光。
15. 如申請專利範圍第1項所述之微影製程之方法，其中該基底係選自於由半導體基底、光罩基底及薄膜電晶体液晶顯示器基底(TFT-LCD)所組成之群組。
16. 一種微影圖案化製程之方法，依序包含：形成一感光層於一基底之上；形成一上塗層於該感光層之上，該上塗層包含一第一層與一第二層，該第一層位於該第二層之上；一輻射能量曝光該感光層；移除該上塗層之該第一層；移除該上塗層之該第一層後烘烤該感光層；以及顯影曝光後之該感光層。
17. 如申請專利範圍第16項所述之微影圖案化製程之方法，其中至少部份移除該上塗層之該第一層之步驟包含藉由一溶液以移除該上塗層之該第一層。
18. 如申請專利範圍第17項所述之微影圖案化製程之方法，其中該溶液係選自於由包括一顯影液和一含水之溶液所組成之群組。
19. 如申請專利範圍第16項所述之微影圖案化製程之方法，其中該上塗層之形成包含形成一疏水性材料覆蓋於該感光層之上。
20. 一種微影圖案化製程之方法，包含；形成一感光層於一基底之上；形成一疏水性上塗層於該感光層之上，該疏水性上塗層包含一第一層與一第二層，該第一層位於該第二層之上；以一輻射能量在一浸潤式微影模式下曝光該感光層；移除該疏水性上塗層之該第一層；移除該疏水性上塗層之該第一層後烘烤該感光層；以及顯影曝光後之該感光層。