CN100432841C - 浸润式微影方法和仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种浸润式微影方法，其至少包括以下步骤：形成光阻于基板上；利用由至少一百万赫兹超音波源振动的冲洗液来冲洗光阻；当光阻浸于液体内时，将光阻曝露于放射源下；以及将光阻显影。

Description

浸润式微影方法和仪器
技术领域
本发明是有关于一种微影技术，且特别是有关于一种浸润式微影技术。
背景技术
微影是一种将光罩上的图案转移到覆盖在晶圆表面的光阻上的步骤。浸润式微影是一种先进的微影制程技术，其曝光过程的进行是透过晶圆表面与镜头之间所填充的液体。比起一般在空气中使用的镜头，使用浸润式微影技术可以达到更高的数值孔隙(Numerical Aperture)，因而有更好的解析度。其次，由于更小的元件特征具有较少的聚焦深度，因此正当朝着印制更小元件特征的同时，浸润法能让聚焦深度的减少趋缓。再者，由于在曝光波长未改变情况下，即可获得上述优点，因此利用现有的材料与方法可进一步扩展至更小的特征大小。
由此可见，上述现有的浸润式微影方法在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决浸润式微影方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的浸润式微影方法，便成了当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的浸润式微影方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种的浸润式微影方法，能够改进一般现有的浸润式微影方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的浸润式微影方法存在的缺陷，而提供一种成本低廉兼具更好的解析度的新的浸润式微影方法，所要解决的技术问题是使镜头可以有更高的数值孔隙，因而有更好的解析度。本发明藉由添加较便宜的填充浸式曝光液体，不仅可印制更小元件特征，更降低其制造成本，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种浸润式微影方法，其至少包括：形成一光阻于一基板上；利用由至少一百万赫兹超音波源振动的一冲洗液来冲洗该光阻，以移除该光阻中的可溶出的分子，并以该冲洗液填充该光阻中的气穴；以及当该光阻浸于一液体内时，将该光阻暴露于一放射源下。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的浸润式微影方法，其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用内含去离子水的一振动冲洗液。
前述的浸润式微影方法，其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用内含一界面活性剂的一振动冲洗液。
前述的浸润式微影方法，其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用内含一缓冲剂的一振动冲洗液。
前述的浸润式微影方法，其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用内含一高分子聚合物的一振动冲洗液。
前述的浸润式微影方法，其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用一百万赫兹超音波振动的一冲洗液浴或一冲洗液喷液。
前述的浸润式微影方法，其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用至少一百万赫兹超音波转能器(Megasonic Tranducer)，且该音波转能器的频率范围介于约10KHz至约1000KHz之间。
前述的浸润式微影方法，其更至少包括在使用超音波振动的该冲洗液冲洗该光阻之前，先进行一前处理步骤，其中该前处理步骤是选自于由加热该基板与该光阻的步骤以及利用去离子水冲洗该光阻的步骤所组成的一族群。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明浸润式微影方法至少具有下列优点：
根据本发明，在浸式曝光后，对晶圆进行后曝光烘烤、光阻显影与加热基板与光阻等步骤。这些步骤可以用以增进晶圆与光阻的附着力、移除溶剂、增加光阻的抗蚀性等。
应用本发明的微影制程方法，其成本低廉且解析度高，因此可以达到更小的元件特征。
综上所述，本发明特殊的浸润式微影方法，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的方法公开发表或使用而确属创新，其不论在方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的浸润式微影方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是一种使用百万赫兹超音波冲洗的浸润式微影制程的实施例的简化流程图。
图2是一种执行使用百万赫兹超音波冲洗的浸润式微影制程的设备的实施例的简化示意图。
10：形成光阻于晶圆表面上    12：加热
14：冷却                    16：百万赫兹超音波冲洗
18：浸式曝光                20：曝光后烘烤
22：光阻显影                24：加热
30：设备                    32：投影光学仪器
34：晶圆                    36：超音波转能器
38：介面                    40：入口
42：出口
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的浸润式微影方法其具体实施方式、方法、特征及其功效，详细说明如后。
浸式曝光(Immersion Exposure)的步骤可在晶圆与镜头之间的空隙加入去离子水或其他适合的浸式曝光液体。虽然曝光时间很短，光阻材料仍可能会溶于浸式曝光液体中，而造成无法预知的问题。例如，溶入浸式曝光液体的光阻可能会附着到镜头表面上，因而影响关键尺寸的一致性(Critical Dimension Uniformity)。附着在镜头的光阻可能不易清除，而可能需要更频繁地维护与更新仪器。溶解的光阻可至少包括光酸产生剂(Photo Acid Generator；PAG)，当光阻与浸润液体接触时，将光酸产生剂释放至浸润液体中。溶解的光酸产生剂通常被认为是造成镜头污染的主要原因。其他溶解的物质像是光阻高分子聚合物、抑制剂(Quencher)、溶剂(Solvent)、脱气(Outgas)亦会污染镜头，而影响曝光效果。先前技术中有提到在光阻上涂布特别的物质来减少光阻材料溶出的冲击。然而这种方法却提高了整体制作时间与成本。
除了光阻溶入浸式曝光液体的问题外，另一个问题是微泡会在液体内生成与凝聚。在曝光的过程中，附着在光阻上的微泡会导致转移影像的不正确。
请参阅图1所示，是绘示微影过程的实施例的简化流程图。在步骤10中，形成光阻于晶圆基板的表面上。光阻可以是负光阻或是正光阻，也可以是用现存材料或是日后发展出来材料所制成。例如，光阻可以是化学倍增式光阻(Chemical Amplification Resist)，也可以是一个、两个、多重成份的光阻系统。应用光阻时，可利用旋涂(Spin Coating)或是其他合适的程序。在应用光阻之前，晶圆可事先经过处理，以备进入接下来的微影程序。例如，在应用光阻之前，晶圆可先经清洗、烘干及/或涂抹一层增进附着力的物质。
在步骤12中，加热晶圆，以排除溶剂，增进晶圆与光阻间的附着力，并且利用退火(Anneal)来消除在旋转过程中所产生的应力。步骤12即一般所谓的软烤过程(Soft Bake Process)，举例而言，通常是将晶圆加热至约90℃至约140℃。晶圆的加热时间可例如持续约30秒至约200秒。而后，晶圆可获准进入步骤14，来进行冷却。
在步骤16中，对晶圆进行百万赫兹的超音波冲洗处理。百万赫兹的超音波冲洗是利用频率介于约10KHz至约1000KHz的振荡或脉动液体来冲洗晶圆。把晶圆沉浸在装于槽内的百万赫兹超音波振动液体或是置于喷液喷嘴(Spray Nozzle)下。举例而言，百万赫兹超音波冲洗液体通常可至少包含去离子水，且可另外包含界面活性剂、高分子聚合物及/或缓冲剂等成份。合适的界面活性剂的一个例子包括全氟辛烷磺酸(PFOS)。合适的高分子聚合物的一个例子包括八氟环丙烷(C3F8)。合适的缓冲剂的一个例子包括磷酸(Phosphate)。界面活性剂可以是现在已知或日后发展出的离子、阴离子性的界面活性剂。一种或多种百万赫兹超音波转能器可用以在冲洗液内产生振荡能量。百万赫兹超音波冲洗步骤可用以移除光阻物质内的水溶分子，以防止其在浸式曝光中溶出。百万赫兹超音波冲洗步骤可用以移除光阻物质内的气体。百万赫兹超音波冲洗步骤亦可用以将光阻内部的水分子引出，以增加光阻的亲水性。光阻的亲水性增加可以在对准阶段运动(AlignmentStage Movement)、曝光、曝光仪器活动期间阻止微泡形成。因此，百万赫兹超音波冲洗步骤是用以移除可能溶出的分子，以及填充光阻内会污染浸润曝光液体的气穴(Air Pocket)。百万赫兹超音波冲洗会持续进行约5秒至约10分钟。浸润液体会洒到晶圆上，或是注入浸润浴(Immersion Bath)然后将液体排掉。
在其中的一个应用，如图2所示，百万赫兹超音波冲洗与浸润曝光可在同一个反应室中进行。设备30包括投影光学仪器32，而此投影光学仪器32用来将放射光线直接发射到晶圆34上。一个或多个百万赫兹超音波转能器36可在百万赫兹超音波冲洗步骤时开启，接着于浸式曝光步骤时关掉。百万赫兹超音波溶液与浸式曝光液可透过入口40而引入位于晶圆34与光学镜头之间的介面38，再经由出口42排掉。入口40可至少包括一个喷水喷嘴。百万赫兹超音波能源产生器(Megasonic Energy Generator)耦合到此喷水喷嘴。晶圆34放置在晶圆平台(Wafer Stage)44上，其中此晶圆平台44可至少包括真空盘，藉以将晶圆固定在适当的地方。而晶圆平台44可根据所需冲洗与扫描动作来移动或是旋转。在百万赫兹超音波冲洗步骤后，接着可进行一个或多个额外的去离子水冲洗步骤，其中此去离子水冲洗步骤可在设备30中执行。其他的替代方法还有可将晶圆转移到与百万赫兹超音波能源产生器耦合的槽，来进行百万赫兹超音波冲洗步骤。能源产生器搅动并提供能量予浸润溶液来冲洗晶圆。
在步骤18中，进行浸润曝光步骤。把晶圆与光阻浸入浸润式曝光液体中，并透过光罩而暴露在放射源下。放射源可以是紫外线光源，例如氟化氪(KrF，248nm)、氟化氩(ArF，193nm)、或氟(F2，157nm)准分子雷射。晶圆暴露在放射源下持续一预设时间，其中此预设时间是取决于所用光阻的种类、紫外线光源的强度及/或其他的因素。举例而言，曝光时间可持续约0.2秒至约30秒之间。
在步骤20中，接着加热已曝光过的光阻，以进行曝光后烘烤处理。这个步骤会让曝光光酸与高分子聚合物发生反应，而让高分子聚合物溶解。晶圆可例如加热至温度介于约85℃至约150℃之间，且加热时间可持续约30秒至约200秒。移除已曝光的光阻(正光阻)或未曝光的光阻(负光阻)，而留下所需的罩幕图案。将晶圆浸于显影液中持续一段预设时间，在这段预设时间内会溶解或移除掉一部份的光阻。举例而言，可将晶圆浸于显影液中约5秒至约60秒。显影液的成分是依光阻的成分而定。
在步骤24中，加热晶圆以进行显影后硬烤。这个步骤进一步移除溶质、增进附着力，并且增加光阻的抗蚀刻性。举例而言，可将晶圆加热至温度介于约90℃至约130℃之间，且加热时间可例如持续约30秒至约200秒。而后，具有图案化光阻的晶圆可用来形成一或多层的材料层，来形成元件特征。
浸式曝光之前的百万赫兹超音波冲洗步骤中，移除在曝光过程中易溶入浸式曝光液体的光阻分子，以及填满可能导致微泡生成的空隙。这些在浸式曝光液体内的污染物质会破坏曝光过程。例如，光阻分子可能附着在镜头上而改变镜头的光学效果、改变液体的折射指数、危及关键尺寸的一致性。附着在镜头以及其他硬体上的光阻亦可能需要额外的设备维护。微泡的生成亦会影响液体的折射指数，而产生错误的光阻图像。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1、一种浸润式微影方法，其特征在于其至少包括以下步骤：
形成一光阻于一基板上；
利用由至少一百万赫兹超音波源振动的一冲洗液来冲洗该光阻，以移除该光阻中的可溶出的分子，并以该冲洗液填充该光阻中的气穴；以及
当该光阻浸于一液体内时，将该光阻暴露于一放射源下。
2、根据权利要求1所述的浸润式微影方法，其特征在于其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用内含去离子水的一振动冲洗液。
3、根据权利要求1所述的浸润式微影方法，其特征在于其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用内含一界面活性剂的一振动冲洗液。
4、根据权利要求1所述的浸润式微影方法，其特征在于其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用内含一缓冲剂的一振动冲洗液。
5、根据权利要求1所述的浸润式微影方法，其特征在于其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用内含一高分子聚合物的一振动冲洗液。
6、根据权利要求1所述的浸润式微影方法，其特征在于其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用一百万赫兹超音波振动的一冲洗液浴或一冲洗液喷液。
7、根据权利要求1所述的浸润式微影方法，其特征在于其中冲洗该光阻的步骤至少包括使用至少一百万赫兹超音波转能器(MegasonicTranducer)，且该音波转能器的频率范围介于10KHz至1000KHz之间。
8、根据权利要求1所述的浸润式微影方法，其特征在于其更至少包括在使用超音波振动的该冲洗液冲洗该光阻之前，先进行一前处理步骤，其中该前处理步骤是选自于由加热该基板与该光阻的步骤以及利用去离子水冲洗该光阻的步骤所组成的一族群。
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