使用浸没式光刻法制造半导体装置的方法转让专利
申请号 : CN200610151549.6
文献号 : CN1971428B
文献日 : 2010-07-07
发明人 : 郑载昌 , 文承灿
申请人 : 海力士半导体有限公司
摘要 :
本发明提供了一种使用浸没式光刻法制造半导体装置的方法，其包括在曝光步骤之后和曝光后的烘烤步骤之前，以至少大约40℃的水预先处理晶片，藉以有效地减少水痕缺陷。
权利要求 :
1.一种使用浸没式光刻法制造半导体装置的方法，浸没式光刻法包括曝光步骤和曝光后的烘烤步骤，其特征在于还包括：在曝光步骤之后和曝光后的烘烤步骤之前，以至少40℃的水预先处理晶片以减少水痕缺陷。
2.根据权利要求1所述的方法，其中水温超过40℃。
3.根据权利要求2所述的方法，其中水温范围是50℃到90℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中水是蒸馏水。
5.一种制造半导体装置的方法，其包括以下步骤：(a)在基板上的底层上方形成光致抗蚀剂膜；
(b)使用浸没式光刻法的曝光器将基板曝光；
(c)以至少40℃的水来处理基板以减少水痕缺陷；
(d)干燥基板；
(e)烘烤所得的基板；以及
(f)将所得的基板显影，以获得光致抗蚀剂图案。
6.根据权利要求5所述的方法，其中水温超过40℃。
7.根据权利要求6所述的方法，其中水温范围是50℃到90℃。
8.根据权利要求5所述的方法，其中水是蒸馏水。
9.根据权利要求5所述的方法，其中光致抗蚀剂图案包括线条/间隔图案和孔洞图案当中一者或两者。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一致使用浸没式光刻法制造半导体装置的方法。更具体而言，涉及一种制造半导体装置的方法，其包括在曝光步骤之后和曝光后的烘烤步骤之前预先处理晶片，藉以减少水痕缺陷。
背景技术
最近随着半导体装置变小，图案的尺寸也变得愈来愈小。目前研究已专注于发展曝光器和对应的光致抗蚀剂材料，以获得这些精细的图案。虽然KrF(248纳米)和ArF(193纳米)已广泛当成曝光源来使用，但是也已尝试使用具有较短波长的光源，例如F2(157纳米)或EUV(13纳米)，以及尝试增加透镜的数值孔径。
然而，当光源变成具有较短波长时，就需要新的曝光器，这导致就制造成本而言变得没什么用。同时，虽然增加数值孔径可以导致分辩能力增加，但是这也会减少聚焦深度的大小。
最近正持续发展浸没式光刻法，以便解决这些问题。干式曝光法利用折射率1.0的空气，作为曝光透镜和具有光致抗蚀剂膜的晶片之间的曝光光束的介质，而浸没式光刻法则利用折射率大于1.0的水或有机溶剂。这使浸没式光刻法能够获得如同使用较短波长的光源的效果，或者能够获得如同使用具有较高数值孔径的透镜却不减少聚焦深度的效果。
即使使用相同波长的曝光源，浸没式光刻法仍显著地改善了聚焦深度，并且能形成更精细的图案。
然而，浸没式光刻法有一个问题，就是在过程当中会产生水痕缺陷，例如图1所示。结果，难以将浸没式光刻法应用于实际的工业工艺。
然而，当光源变成具有较短波长时，就需要新的曝光器，这导致就制造成本而言变得没什么用。同时，虽然增加数值孔径可以导致分辩能力增加，但是这也会减少聚焦深度的大小。
最近正持续发展浸没式光刻法，以便解决这些问题。干式曝光法利用折射率1.0的空气，作为曝光透镜和具有光致抗蚀剂膜的晶片之间的曝光光束的介质，而浸没式光刻法则利用折射率大于1.0的水或有机溶剂。这使浸没式光刻法能够获得如同使用较短波长的光源的效果，或者能够获得如同使用具有较高数值孔径的透镜却不减少聚焦深度的效果。
即使使用相同波长的曝光源，浸没式光刻法仍显著地改善了聚焦深度，并且能形成更精细的图案。
然而，浸没式光刻法有一个问题，就是在过程当中会产生水痕缺陷，例如图1所示。结果，难以将浸没式光刻法应用于实际的工业工艺。
发明内容
在此揭示的是制造半导体装置的方法，其减少浸没式光刻法所产生的水痕缺陷。为了更完全地了解本发明，应该参考以下详细说明和所附图式。说明书、图式、范例的本意是要做示范，而不是要将此揭示内容限制于在此所述的特定具体实施方式。
此处提供的是使用浸没式光刻法制造半导体装置的方法，其包括在曝光步骤之后和曝光后的烘烤步骤之前，以至少大约40℃的水预先处理晶片。于较佳的具体实施方式中，水可以超过40℃，举例而言，至少大约50℃、超过50℃、或至少大约60℃。
特定而言，制造半导体装置的方法可以包括以下步骤：
(a)在基板上的底层上方形成光致抗蚀剂膜；
(b)使用浸没式光刻法的曝光器将基板曝光；
(c)以至少约40℃的水来处理基板；
(d)干燥基板；
(e)烘烤所得的基板；以及
(f)将所得的基板显影，以获得光致抗蚀剂图案。
优选使用蒸馏水。蒸馏水的温度范围可以从大约40℃到大约100℃，优选从大约50℃到大约90℃。
举例而言，图案可以包含线条/间隔图案和孔洞图案当中一者或两者。
此处提供的是使用浸没式光刻法制造半导体装置的方法，其包括在曝光步骤之后和曝光后的烘烤步骤之前，以至少大约40℃的水预先处理晶片。于较佳的具体实施方式中，水可以超过40℃，举例而言，至少大约50℃、超过50℃、或至少大约60℃。
特定而言，制造半导体装置的方法可以包括以下步骤：
(a)在基板上的底层上方形成光致抗蚀剂膜；
(b)使用浸没式光刻法的曝光器将基板曝光；
(c)以至少约40℃的水来处理基板；
(d)干燥基板；
(e)烘烤所得的基板；以及
(f)将所得的基板显影，以获得光致抗蚀剂图案。
优选使用蒸馏水。蒸馏水的温度范围可以从大约40℃到大约100℃，优选从大约50℃到大约90℃。
举例而言，图案可以包含线条/间隔图案和孔洞图案当中一者或两者。
附图说明
图1是扫描式电子显微照片(scanning electron micrograph，SEM)，其显示常规的浸没式光刻法所产生的水痕缺陷。
具体实施方式
参照以下特定的范例来详细叙述本发明，这些范例不是要限制本发明。
在范例中，使用ASML公司制造的1400i，作为浸没式光刻法的曝光器，而以KLA公司制造的Stells缺陷测量装置来观察水痕缺陷。结果则以8英寸晶片的水痕缺陷总数来呈现。
比较性范例1：以传统方法(1)形成图案
将底部抗反射组成物(Dongjin Semichem公司所制造的A25 BARC)涂覆于晶片上，再把ArF光致抗蚀剂(Shinetsu公司所制造的X121)涂覆其上达到0.17微米厚。晶片在130℃软烤90秒。在以浸没式光刻法将晶片曝光之后，晶片以每分钟5,000转旋转大约2分钟以除去浸没溶液即水。接下来，所得的晶片在130℃后烘烤90秒。将它置于重量比为2.38％的TMAH水溶液中显影之后，观察到大约2,000个如图1所示的水痕缺陷。
比较性范例2：以传统方法(2)形成图案
将底部抗反射组成物(Dongjin Semichem公司所制造的A25 BARC)涂覆于晶片上，再把ArF光致抗蚀剂(Shinetsu公司所制造的X121)涂覆其上达到0.17微米厚。晶片在130℃软烤90秒。将顶部抗反射组成物(Nitsan化学公司所制造的ARC 20)涂覆于光致抗蚀剂膜上，然后在90℃烘烤60秒。在以浸没式光刻法将晶片曝光之后，晶片以每分钟5,000转旋转大约2分钟以除去水。接下来，所得的晶片在130℃后烘烤90秒。将它置于重量比为2.38％的TMAH水溶液中显影之后，观察到大约140个如图1所示的水痕缺陷。
比较性范例1和2所观察到的水痕缺陷推测是保留有水的区域所产生的圆形桥接物，这是因为水的比热较高，而该区域的温度在曝光后的烘烤步骤中并未上升所致。
范例1：以本方法(1)形成图案
将底部抗反射组成物(Dongjin Semichem公司所制造的A25 BARC)涂覆于晶片上，再把ArF光致抗蚀剂(Shinetsu公司所制造的X121)涂覆其上达到0.17微米厚。晶片在130℃软烤90秒。在以浸没式光刻法将晶片曝光之后，把温度40℃的蒸馏水滴在晶片上大约1分钟，在此同时以每分钟200转旋转晶片。然后晶片以每分钟5,000转旋转大约2分钟以除去水。接下来，所得的晶片在130℃后烘烤90秒。将它置于重量比为2.38％的TMAH水溶液中显影之后，便得到光致抗蚀剂图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例2：以本方法(2)形成图案
使用50℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例1的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例3：以本方法(3)形成图案
使用60℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例1的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例4：以本方法(4)形成图案
使用70℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例1的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例5：以本方法(5)形成图案
使用80℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例1的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例6：以本方法(6)形成图案
使用90℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例1的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例7：以本方法(7)形成图案
将底部抗反射组成物(Dongjin Semichem公司所制造的A25 BARC)涂覆于晶片上，再把ArF光致抗蚀剂(Shinetsu公司所制造的X121)涂覆其上达到0.17微米厚。晶片在130℃软烤90秒。将顶部抗反射组成物(Nitsan化学公司所制造的ARC 20)涂覆于光致抗蚀剂膜上，然后在90℃烘烤60秒。在以浸没式光刻法将晶片曝光之后，把温度40℃的蒸馏水滴在晶片上大约1分钟，在此同时以每分钟200转旋转晶片。然后晶片以每分钟5,000转旋转大约2分钟以除去水。接下来，所得的晶片在130℃后烘烤90秒。将它置于重量比为2.38％的TMAH水溶液中显影之后，便得到光致抗蚀剂图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例8：以本方法(8)形成图案
使用50℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例7的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例9：以本方法(9)形成图案
使用60℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例7的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例10：以本方法(10)形成图案
使用70℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例7的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例11：以本方法(11)形成图案
使用80℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例7的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例12：以本方法(12)形成图案
使用90℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例7的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
表1
范例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 水痕缺陷数目 1254 42 0 0 0 0 121 12 0 0 0 0
如表1所示，当晶片在烘烤步骤之前以热的蒸馏水预先处理时，水痕缺陷便显著地减少。尤其当晶片以60℃和更高温度的蒸馏水处理时，便没有观察到水痕缺陷。
如上所述，所揭示之制造半导体装置的方法包括：在使用浸没式光刻法将晶片曝光之后和烘烤晶片之前，以至少40℃的蒸馏水处理晶片，藉以显著地减少水痕缺陷。
在范例中，使用ASML公司制造的1400i，作为浸没式光刻法的曝光器，而以KLA公司制造的Stells缺陷测量装置来观察水痕缺陷。结果则以8英寸晶片的水痕缺陷总数来呈现。
比较性范例1：以传统方法(1)形成图案
将底部抗反射组成物(Dongjin Semichem公司所制造的A25 BARC)涂覆于晶片上，再把ArF光致抗蚀剂(Shinetsu公司所制造的X121)涂覆其上达到0.17微米厚。晶片在130℃软烤90秒。在以浸没式光刻法将晶片曝光之后，晶片以每分钟5,000转旋转大约2分钟以除去浸没溶液即水。接下来，所得的晶片在130℃后烘烤90秒。将它置于重量比为2.38％的TMAH水溶液中显影之后，观察到大约2,000个如图1所示的水痕缺陷。
比较性范例2：以传统方法(2)形成图案
将底部抗反射组成物(Dongjin Semichem公司所制造的A25 BARC)涂覆于晶片上，再把ArF光致抗蚀剂(Shinetsu公司所制造的X121)涂覆其上达到0.17微米厚。晶片在130℃软烤90秒。将顶部抗反射组成物(Nitsan化学公司所制造的ARC 20)涂覆于光致抗蚀剂膜上，然后在90℃烘烤60秒。在以浸没式光刻法将晶片曝光之后，晶片以每分钟5,000转旋转大约2分钟以除去水。接下来，所得的晶片在130℃后烘烤90秒。将它置于重量比为2.38％的TMAH水溶液中显影之后，观察到大约140个如图1所示的水痕缺陷。
比较性范例1和2所观察到的水痕缺陷推测是保留有水的区域所产生的圆形桥接物，这是因为水的比热较高，而该区域的温度在曝光后的烘烤步骤中并未上升所致。
范例1：以本方法(1)形成图案
将底部抗反射组成物(Dongjin Semichem公司所制造的A25 BARC)涂覆于晶片上，再把ArF光致抗蚀剂(Shinetsu公司所制造的X121)涂覆其上达到0.17微米厚。晶片在130℃软烤90秒。在以浸没式光刻法将晶片曝光之后，把温度40℃的蒸馏水滴在晶片上大约1分钟，在此同时以每分钟200转旋转晶片。然后晶片以每分钟5,000转旋转大约2分钟以除去水。接下来，所得的晶片在130℃后烘烤90秒。将它置于重量比为2.38％的TMAH水溶液中显影之后，便得到光致抗蚀剂图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例2：以本方法(2)形成图案
使用50℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例1的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例3：以本方法(3)形成图案
使用60℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例1的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例4：以本方法(4)形成图案
使用70℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例1的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例5：以本方法(5)形成图案
使用80℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例1的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例6：以本方法(6)形成图案
使用90℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例1的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例7：以本方法(7)形成图案
将底部抗反射组成物(Dongjin Semichem公司所制造的A25 BARC)涂覆于晶片上，再把ArF光致抗蚀剂(Shinetsu公司所制造的X121)涂覆其上达到0.17微米厚。晶片在130℃软烤90秒。将顶部抗反射组成物(Nitsan化学公司所制造的ARC 20)涂覆于光致抗蚀剂膜上，然后在90℃烘烤60秒。在以浸没式光刻法将晶片曝光之后，把温度40℃的蒸馏水滴在晶片上大约1分钟，在此同时以每分钟200转旋转晶片。然后晶片以每分钟5,000转旋转大约2分钟以除去水。接下来，所得的晶片在130℃后烘烤90秒。将它置于重量比为2.38％的TMAH水溶液中显影之后，便得到光致抗蚀剂图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例8：以本方法(8)形成图案
使用50℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例7的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例9：以本方法(9)形成图案
使用60℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例7的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例10：以本方法(10)形成图案
使用70℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例7的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例11：以本方法(11)形成图案
使用80℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例7的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
范例12：以本方法(12)形成图案
使用90℃的蒸馏水而非40℃的蒸馏水，重复范例7的程序，藉此得到图案。表1显示造成的水痕缺陷数目。
表1
范例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 水痕缺陷数目 1254 42 0 0 0 0 121 12 0 0 0 0
如表1所示，当晶片在烘烤步骤之前以热的蒸馏水预先处理时，水痕缺陷便显著地减少。尤其当晶片以60℃和更高温度的蒸馏水处理时，便没有观察到水痕缺陷。
如上所述，所揭示之制造半导体装置的方法包括：在使用浸没式光刻法将晶片曝光之后和烘烤晶片之前，以至少40℃的蒸馏水处理晶片，藉以显著地减少水痕缺陷。