CN100468210C - 使用浸没光刻工艺制造半导体器件的方法 - Google Patents

使用浸没光刻工艺制造半导体器件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种使用浸没光刻工艺制造半导体器件的方法。该方法包括在曝光步骤之后及显影步骤之前，快速地加速晶片的旋转，以去除浸没光刻溶液，由此有效地减少水印缺陷。

Description

使用浸没光刻工艺制造半导体器件的方法
技术领域
本公开涉及一种用于使用浸没光刻工艺制造半导体器件的方法。更具体而言，本公开涉及一种用于制造半导体器件的方法，其能够有效地解决在浸没光刻工艺过程中的水印缺陷的问题。
背景技术
近来，图案大小已经随着半导体器件变小而变成更小。研究集中于开发曝光机及对应的光致抗蚀剂材料，以获得这些精细的图案。虽然KrF(248nm)及ArF(193nm)已经被广泛使用作为曝光光源，使用具有诸如F2(157nm)或EUV(13nm)的较短波长的光源及增加透镜的数值孔径的努力已经被实施。
然而，当光源变成改变成具有较短的波长时需要新的曝光机，使得在制造成本上为无效率的。同样地，虽然增加数值孔径能够造成分辨能力增加，但是其将减少焦距深度的大小。
近来，一个浸没光刻工艺已经被发展，以解决这些问题。干式曝光工艺利用具有1.0的折射率的空气作为用于曝光透镜及具有光致抗蚀剂膜的晶片之间的曝光光束的介质，而浸没光刻工艺利用水或具有超过1.0的折射率的有机溶剂。此使得浸没光刻工艺能够获得与当具有较短的波长的光源被使用时或当具有较高的数值孔径的透镜被使用时相同的效果，而不减少焦距深度。
浸没光刻工艺明显地改进焦距深度，且即使当相同波长的曝光光源被使用时，能够形成一个较精细的图案。
然而，浸没光刻工艺具有在工艺过程中产生水印缺陷的问题，如示于第1图的水印缺陷。因此，将浸没光刻工艺应用于真实的工业工艺是困难的。
发明内容
在此所公开的为一种用于制造半导体器件的方法，其减少自浸没光刻工艺产生的水印缺陷。
在此所提出的为一种用于使用浸没光刻工艺制造半导体器件的方法，该浸没光刻工艺包括快速地加速晶片的旋转，以在曝光步骤之后及显影步骤之前，去除浸没光刻溶液。优选地，该方法还包括在晶片的旋转的快速加速之后，晶片的旋转的快速减速。
优选地，快速加速可以通过在大约每秒3000rpm至大约每秒15000rpm下加速该晶片，以达到大约4000rpm至大约6000rpm的速度而完成，且接着能够在该速度下旋转该晶片大约10秒至50秒。优选地，快速减速可以通过在大约每秒3000rpm至大约每秒15000rpm下减速该晶片的旋转而完成。在此方法的一个实施例中，该快速减速将显著降低该晶片的旋转。在此方法的另一个实施例中，该快速减速将基本上停止该晶片的旋转。在此方法的另一个实施例中，该快速减速将停止该晶片的旋转。
优选地，快速加速可以通过在大约每秒8000rpm至大约每秒12000rpm下加速该晶片，以达到大约4000rpm至大约6000rpm的速度而完成，且接着能够在该速度下旋转该晶片大约10秒至20秒。优选地，快速减速可以通过在大约每秒8000rpm至大约每秒12000rpm的下减速该晶片的旋转而完成。
优选地，快速加速及快速减速的序列被重复，且能够重复超过1次，优选地，为2、3或4次。
当加速或减速小于大约每秒3000rpm时，水印缺陷几乎不能避免，且当其被加速或减速超过大约每秒15000rpm时，旋转马达可能损坏。
具体地，一种用于制造半导体器件的方法能够包括下列步骤：
(a)在晶片的下方层上形成光致抗蚀剂膜；
(b)使用用于浸没光刻的曝光机曝光该晶片；
(c)快速加速该晶片的旋转，以移除浸没光刻溶液；及
(d)显影所得的晶片，以获得光致抗蚀剂图案。
优选地，在步骤(a)中该光致抗蚀剂膜形成之前，有机底部抗反射膜形成于该下方层之上。此外.优选地，在曝光步骤(b)之前，有机顶部抗反射膜形成于该光致抗蚀剂膜之上。
如上文所述，该方法可以还包括在步骤(c)中快速加速该晶片的旋转之后，快速减速该晶片的旋转。优选地，快速加速及接着快速减速的序列实施超过1次。
虽然任何光致抗蚀剂化合物能够被使用于上述的方法中，优选地使用化学增幅型光致抗蚀剂化合物。优选地，曝光机使用KrF或ArF作为曝光光线。
图案可以包括举例而言，线/空间图案及孔图案的一或两者。
附图说明
为了更完全了解本发明，应参照实施方式及附图，其中：
图1为显示自传统的浸没光刻工艺产生的水印缺陷。
说明书、附图及范例旨在为示例性的，且不旨在将本公开限制于此所叙述的特定实施例。
具体实施方式
所披露的方法将参照下面特定实例而详细叙述，该些特定实例不旨在限制本发明。
在范例中，由ASML公司所生产的1400i被使用作为用于浸没光刻的曝光机，且水印缺陷以KLA公司所制造的Stells缺陷测量装置作观察。这些结果以8英寸晶片中水印缺陷总数量而显示。
比较实例1.通过传统方法(1)的图案形成
底部抗反射化合物(由Dongjin Semichem Co.所生产的A25 BARC)涂布于晶片上，且ArF光致抗蚀剂剂(由Shinetsu Co.所生产的X121)在其上涂布到0.17微米的厚度。该晶片于130℃下软烘烤90秒。在通过浸没光刻工艺曝光该晶片之后，以每秒2000rpm加速该晶片，以达到5000rpm的速度。在此之后，该晶片于5000rpm的下旋转大约2分钟，以移除水、浸没溶液.接着，所得的晶片于130℃下后烘烤90秒。在以2.38重量百分比的TMAH水溶液显影之后，大约2000个如图1所示的水印缺陷被观察到。
比较实例2.通过传统方法(2)的图案形成
一个底部抗反射化合物(由Dongjin Semichem Co.所生产的A25 BARC)涂布于晶片上，且ArF光致抗蚀剂剂(由Shinetsu Co.所生产的X121)在其上涂布到0.17微米的厚度。该晶片于130℃下软烘烤90秒。顶部抗反射化合物(由Nitsan Chemical Co.所生产的ARC 20)涂布于该光致抗蚀剂膜上，且接着于90℃下后烘烤60秒。在通过浸没光刻工艺曝光该晶片之后，以每秒2000rpm加速该晶片，以达到5000rpm的速度。在此之后，该晶片于5000rpm的下旋转大约2分钟，以移除水。接着，所得的晶片于130℃下后烘烤90秒。在以2.38重量百分比的TMAH水溶液显影之后，大约140个如示图1所示的水印缺陷被观察到。
在比较实例1及2中观察到的水印缺陷被假定为在水保留的区域内产生的圆形桥，因为该区域的温度在曝光后的烘烤步骤中由于水的高比热而不升高。
实例1.通过本方法(1)的图案形成
底部抗反射化合物(由Dongjin Semichem Co.所生产的A25BARC)涂布在晶片上，且ArF光致抗蚀剂剂(由Shinetsu Co.所生产的X121)在其上涂布到0.17微米的厚度。该晶片于130℃下软烘烤90秒。在通过浸没光刻工艺曝光该晶片之后，通过晶片的快速加速及减速，水被除去。对于快速加速及减速而言，(1)以每秒10000rpm加速该晶片，以达到5000rpm的速度，且接着，在该速度下旋转该晶片大约30秒，且(2)以每秒10000rpm减速该晶片，以停止旋转。步骤(1)及(2)分别重复1、2、3或4次。接着，造成的晶片于130℃下后烘烤90秒。在以2.38重量百分比的TMAH水溶液显影之后，获得光致抗蚀剂图案。表1显示所得的水印缺陷数量。
实例2.通过本方法(2)的图案形成
实例1相同的步骤被重复，除了下列步骤以外：(1)以每秒2000rpm加速该晶片，以达到3000rpm的速度，且接着，在该速度下旋转该晶片大约30秒，且(2)以每秒2000rpm减速该晶片，以停止旋转。表1显示所得的水印缺陷数量。
实例3.通过本方法(3)的图案形成
实例1相同的步骤被重复，除了下列步骤以外：(1)以每秒10000rpm加速该晶片，以达到5000rpm的速度，且接着，在该速度下旋转该晶片大约10秒，且(2)以每秒10000rpm减速该晶片，以停止旋转。表1显示所得的水印缺陷数量。
实例4.通过本方法(4)的图案形成
底部抗反射化合物(由Dongjin Semichem Co.所生产的A25 BARC)涂布于晶片上，且ArF光致抗蚀剂剂(由Shinetsu Co.所生产的X121)在其上涂布到0.17微米的厚度。该晶片于130℃下软烘烤90秒。一个顶部抗反射化合物(由Nitsan Chemical Co.所生产的ARC20)涂布于该光致抗蚀剂膜上，且接着于90℃下后烘烤60秒。在通过浸没光刻工艺曝光该晶片之后，通过晶片的快速加速及减速，水被除去。对于快速加速及减速而言，(1)以每秒10000rpm加速该晶片，以达到5000rpm的速度，且接着，在该速度下旋转该晶片大约30秒，且(2)以每秒10000rpm减速该晶片，以停止旋转。步骤(1)及(2)分别重复1、2、3或4次。接着，所得的晶片于130℃下后烘烤90秒。在以2.38重量百分比的TMAH水溶液显影之后，获得光致抗蚀剂图案。表1显示所得的水印缺陷数量。
实例5.通过本方法(5)的图案形成
实例4相同的步骤被重复，除了下列步骤以外：(1)以每秒2000rpm加速该晶片，以达到3000rpm的速度，且接着，在该速度下旋转该晶片大约30秒，且(2)以每秒2000rpm减速该晶片，以停止旋转。表1显示所得的水印缺陷数量。
实例6.通过本方法(6)的图案形成
实例4相同的步骤被重复，除了下列步骤以外：(1)以每秒10000rpm加速该晶片，以达到5000rpm的速度，且接着，在该速度下旋转该晶片大约10秒，且(2)以每秒10000rpm减速该晶片，以停止旋转。表1显示所得的水印缺陷数量。
表1
Figure C200610121212D00081
如表1所示，当晶片的加速及减速正好重复2次以移除浸没溶液时，水印缺陷大幅减少。特别是，当晶片的加速及减速重复3次或更多次时，看不到水印缺陷。
如上文所述，一种用于制造半导体器件的披露的方法包括在曝光步骤之后及显影步骤之前晶片的快速加速及减速，由此大幅减少水印缺陷。

Claims (11)

1、一种使用浸没光刻工艺制造半导体器件的方法，所述方法包括快速加速晶片的旋转，以达到预定速度，且在该快速加速之后，快速减速该晶片的旋转以移除浸没光刻溶液，其中快速加速及减速包括(i)在每秒3000rpm至每秒15000rpm下快速加速该晶片的旋转，以达到4000rpm至6000rpm的速度，且在该速度下旋转该晶片10秒至50秒；及(ii)在每秒3000rpm至每秒15000rpm下快速减速该晶片的旋转。
2、如权利要求1的方法，其中，该晶片的快速加速在曝光步骤之后及显影步骤之前实施。
3、如权利要求1的方法，其中，快速加速重复2次或更多次。
4、如权利要求3的方法，其中，快速加速重复3次或更多次。
5、如权利要求1的方法，其还包括依次重复步骤(i)及(ii)2次或更多次。
6、如权利要求5的方法，其还包括依次重复步骤(i)及(ii)3次或更多次。
7、如权利要求1的方法，其中，快速加速及减速包括(i)在每秒8000rpm至每秒12000rpm下快速加速该晶片的旋转，以达到4000rpm至6000rpm的速度，且在该速度下旋转该晶片10秒至20秒；及(ii)在每秒8000rpm至每秒12000rpm下快速减速该晶片的旋转。
8、一种用于制造半导体器件的方法，其包括下列步骤:
(a)在晶片的下方层上形成光致抗蚀剂膜；
(b)使用用于浸没光刻的曝光机曝光该晶片；
(c)快速加速该晶片的旋转；
(d)快速减速该晶片的旋转；及
(e)显影所得的晶片，以获得光致抗蚀剂图案，
其中快速加速及减速包括(i)在每秒3000rpm至每秒15000rpm下快速加速该晶片的旋转，以达到4000rpm至6000rpm的速度，且在该速度下旋转该晶片10秒至50秒；及(ii)在每秒3000rpm至每秒15000rpm下快速减速该晶片的旋转。
9、如权利要求8的方法，还包括依次重复步骤(i)及(ii)2次或更多次。
10、如权利要求9的方法，还包括依次重复步骤(i)及(ii)3次或更多次。
11、如权利要求8的方法，其中，该光致抗蚀剂图案包括线/空间图案及孔图案的一或两者。
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