CN102841512A - 制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造半导体器件的方法。提供如下技术，在该技术中通过使用浸渍曝光方法来防止衬底的主表面之上形成的转移图案中的形状缺陷，由此允许提高半导体器件的制造产量。当向抗蚀剂上辐射曝光光时，浸渍水保持于在投影光学系统的光学元件和管嘴部分的每个下表面与抗蚀剂之间的第一浸渍区域中；并且当调节聚焦、光学系统对准等时，浸渍水保持于在投影光学系统的光学元件和管嘴部分的每个下表面与测量台的上表面之间的第二浸渍区域中。使保持于第一浸渍区域中的浸渍水的横向扩展小于保持于第二浸渍区域中的浸渍水的横向扩展。

Description

制造半导体器件的方法
相关申请的交叉引用
包括说明书、附图和摘要、于2011年6月22日提交的第2011-138042号日本专利申请的公开内容通过整体引用而结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于制造半导体器件的技术并且具体地涉及一种在应用于使用如下曝光装置来制造半导体器件时有效的技术，在该曝光装置中经由投影光学系统和液体向衬底上辐射曝光光。
背景技术
要求曝光装置逐年具有更高分辨率，并且随着这一趋势而促使使曝光波长变小并且投影光学系统的孔径变大。然而问题在于上述措施虽然提高分辨率却使聚焦深度变小。因而近年来考虑如下浸渍曝光方法，在该方法中通过在投影光学系统的下表面与曝光装置中的衬底之间形成由浸渍水(比如各自具有比空气的折射率更高的折射率的纯水或者有机溶剂)填充的浸渍区域来执行曝光。在这一方法中，可以明显使曝光的波长变小并且可以使聚焦深度与空气中的聚焦深度相比更大。
例如公开号为2005-347617的日本待审专利公开如下技术，在该技术中可以通过使浸渍曝光装置中提供的管嘴构件具有包括由多个构件形成的层叠体的结构并且通过在形成层叠体的构件中的至少一个构件中提供有孔区域来高效执行液体的供应和恢复，由此维持管嘴构件的强度并且提高设计自由度。此外，描述如下方面等，在该方面中通过在衬底曝光之前使液体的供应量更大，利用液体流的动量去除可能已经例如粘附到光学元件的液体接触表面、管嘴构件的下表面或者衬底的表面的泡沫，并且随后在曝光衬底时向浸渍区域供应最优供应量的液体。
另外，公开号为2009-21498的日本待审专利公开如下浸渍曝光装置，该装置包括：第一供应端口，用于供应液体；浸渍构件，具有在曝光光的光路的周界的至少部分中布置的第一表面并且能够在相对于第一表面可移动的物体与第一表面之间保持从第一供应端口供应的液体；以及防干燥设备，用于防止第一表面变干燥。
另外，公开号为2005-223315的日本待审专利公开如下浸渍曝光装置，在该装置中通过用压强调节机制调节从液体供应机制供应的液体的压强来解决由于液体压强的波动(例如衬底或者衬底台变形、投影光学系统移位或者出现振动)而出现的故障。
另外，公开号为2005-286286的日本待审专利公开如下浸渍曝光方法，在该方法中通过设置衬底的表面相对于液体的亲水性使得减少衬底上的液体对衬底施加的力来防止衬底或者衬底台变形和出现振动。
发明内容
在浸渍曝光装置中，从浸渍供应单元向在投影光学系统的下表面与衬底之间的浸渍区域供应浸渍水，并且浸渍恢复单元恢复浸渍区域中的浸渍水。然而涂覆于衬底的主表面上的抗蚀剂或者涂覆于抗蚀剂的表面上的有机材料(顶部涂覆)的由于剥离等所致的微小杂质在浸渍曝光期间在浸渍恢复单元的流动通道等中逐渐积累。前述微小杂质可以有可能再次进入浸渍水以粘附到将在后续浸渍曝光期间对其执行浸渍曝光的抗蚀剂的表面。作为本发明人的研究结果，已经在形成于衬底的主表面之上的转移图案(通过对抗蚀剂执行浸渍曝光和显影工艺来形成的抗蚀剂图案)中发现由于前述微小杂质所致的形状缺陷等，这些形状缺陷等引起半导体器件的制造产量减少近似5％至7％。
本发明的目的在于提供如下技术，在该技术中通过使用浸渍曝光方法来防止在衬底的主表面之上形成的转移图案中的形状缺陷、由此允许提高半导体器件的制造产量。
将通过本说明书和附图的描述使本发明的前述和其它目的及其新特征变得清楚。
在本申请者中公开的发明之中，将简要描述一项典型发明的一个实施例如下：
在半导体器件的制造过程(其中通过使用根据这一实施例的浸渍曝光方法向衬底上投影和曝光掩模的图案图像)中，当向抗蚀剂上辐射曝光光时，浸渍水保持于在投影光学系统的光学元件和管嘴部分的每个下表面与抗蚀剂之间的第一浸渍区域中；并且当调节聚焦、光学系统对准等时，浸渍水保持于在投影光学系统的光学元件和管嘴部分的每个下表面与测量台的上表面之间的第二浸渍区域中。使保持于第一浸渍区域中的浸渍水的横向扩展小于保持于第二浸渍区域中的浸渍水的横向扩展。
将简要描述在本申请中公开的发明之中的一项典型发明的一个实施例获得的优点如下：
可以通过使用浸渍曝光方法来防止在衬底的主表面之上形成的转移图案中的形状缺陷等，由此允许提高半导体器件的制造产量。
附图说明
图1是图示了根据本发明一个实施例的浸渍曝光装置的示意配置视图；
图2A至图2D是说明在根据本发明实施例的浸渍曝光装置中提供的曝光台和测量台的系列操作的示意视图；
图3是说明在根据本发明实施例的浸渍曝光装置中提供的曝光台之上的浸渍区域和测量台之上的浸渍区域的示意视图；
图4是说明在本发明实施例中使用的浸渍水的拒水性定义的图案视图；
图5是在用于说明根据本发明实施例的制造半导体器件的方法的制造过程期间半导体器件的重要部分的截面视图；
图6是与图5中的重要部分相同的重要部分在继图5之后的半导体器件的制造过程期间的截面视图；
图7是与图5中的重要部分相同的重要部分在继图6之后的半导体器件的制造过程期间的截面视图；
图8是与图5中的重要部分相同的重要部分在继图7之后的半导体器件的制造过程期间的截面视图；
图9是与图5中的重要部分相同的重要部分在继图8之后的半导体器件的制造过程期间的截面视图；
图10是与图5中的重要部分相同的重要部分在继图9之后的半导体器件的制造过程期间的截面视图；
图11A和图11B是分别说明在本发明人研究的先于本发明的浸渍曝光装置中提供的曝光台之上的浸渍区域和测量台之上的浸渍区域的示意视图；以及
图12是说明在本发明人研究的先于本发明的浸渍曝光装置中提供的曝光台之上的浸渍区域的示意视图。
具体实施方式
出于便利起见，必要时以下实施例将通过将它划分成多个章节或者实施例来描述；然而多个章节或者实施例并非互不相关，但是它们除非另有明示否则具有如下关系，其中一个章节或者实施例是其它章节或者实施例的部分或者全部的变化、具体描述或者补充描述。
当在以下实施例中提到要素数目等(包括工件数目、数值、数量和范围等)时，其数目除非另有明示或者在原理上清楚地限于具体数目否则不应限于具体数目、而是可以大于等于或者小于等于具体数目。另外，在以下实施例中，无需赘言，组成(也包括要素步骤等)除非另有明示或者在原理上清楚地为必需否则未必是必需的。类似地，当在以下实施例中提到组成的形状或者位置关系时，除非另有明示或者在原理上清楚地不这样认为，否则将包括与上述形状等基本上近似或者相似的形状等。这对于前述数值和范围也成立。
在以下实施例中使用的视图中，即使在平面视图中为了容易查看也有时示出影线。另外，在以下实施例中，代表场效应晶体管的MISFET(金属绝缘体半导体场效应晶体管)缩写为MIS，p沟道MISFET为pMIS，而n沟道MISFET为nMIS。另外，在以下实施例中，晶片主要指代Si(硅)单晶晶片，但是除此之外，它也指代SOI(绝缘体上硅)晶片和集成电路将形成于其之上的绝缘膜衬底等。晶片的形状包括圆形、近似圆形、方形和矩形等。
在用于说明以下实施例的全部视图中，将用相同标号表示具有与彼此相同的功能的构件或者部分，并且将省略重复描述。下文将基于附图具体描述本发明的实施例。
为了使根据本发明一个实施例的制造半导体器件的方法更清楚，将参照图11A、图11B和图12首先并且简要描述如下出现模型，在该模型中，转移图案中的形状缺陷等出现于本发明人研究的浸渍曝光中。图11A和图11B是分别说明在本发明人研究的先于本发明的浸渍曝光装置中提供的曝光台之上的曝光区域和测量台之上的曝光区域的示意视图；并且图12是说明在本发明人研究的先于本发明的浸渍曝光装置中提供的曝光台之上的浸渍区域的示意视图。
如图11A和图11B中所示，浸渍曝光装置具有曝光台101(在该曝光台上执行衬底曝光)和测量台102(在该测量台上执行聚焦调节、光学系统对准等(下文有时简称为测量))。
在曝光台101之上，浸渍水LQ保持于投影光学系统100的下表面与涂覆于衬底104的主表面上的抗蚀剂104a(不仅包括抗蚀剂而且包括其表面由有机材料(顶部涂覆)涂覆的抗蚀剂)的表面之间。另外，管嘴部分103安装于投影光学系统100周围，并且提供浸渍区域101a，在该区域中，浸渍水LQ保持于投影光学系统100和管嘴部分103的每个下表面与涂覆于衬底104的主表面上的抗蚀剂104a的表面之间。管嘴部分103例如由用于供应浸渍水LQ的浸渍供应单元(未图示)和在浸渍供应单元以外进一步提供的用于恢复浸渍水LQ的浸渍恢复单元103b形成。因而投影光学系统100和管嘴部分103的每个下表面与浸渍区域101a中的浸渍水LQ接触。
一般而言，管嘴部分103的拒水性低并且抗蚀剂104a的拒水性也低，并且它们各自的动态后退接触角例如为65°或者更大并且84°或者更小。因而浸渍水LQ可能在曝光台101之上在横向方向(与曝光台101的上表面平行的方向)上扩展并且泄漏到衬底104以外。因而通过在曝光台101之上在衬底104周围安装具有高拒水性的拒水板105来防止浸渍水LQ泄漏到衬底以外。在管嘴部分103的下表面与涂覆于衬底104的主表面上的抗蚀剂104a的表面之间的空间例如小于或者等于1mm。
在测量台102之上提供浸渍区域102a，在该区域中，浸渍水LQ保持于投影光学系统100和管嘴部分103的每个下表面与测量台102的上表面之间。因而投影光学系统100和管嘴部分103的每个下表面与浸渍区域102a中的浸渍水LQ接触。
在测量台102之上，可以通过用动态后退接触角例如为近似100°、具有高拒水性的材料形成测量台102来防止浸渍水LQ泄漏到浸渍区域102a以外。在管嘴部分103的下表面与测量台102的上表面之间的空间例如小于或者等于1mm。
虽然在曝光台101之上的浸渍区域101a中的浸渍水LQ的横向扩展SLQ1依赖于浸渍水LQ的供应量和恢复量等，但是它一般由于管嘴部分103和抗蚀剂104a中的每一个的低拒水性而变大。当浸渍水LQ的横向扩展SLQ1变大时，管嘴部分103中的浸渍供应单元和浸渍恢复单元103b中的每一个的几乎整个下表面浸渍于浸渍水LQ中、由此可能使浸渍水LQ中的微小杂质106粘附到管嘴部分103中的浸渍恢复单元103b的下表面。
另一方面，在测量台102之上的浸渍区域102a中的浸渍水LQ的横向扩展SLQ2依赖于浸渍水LQ的供应量和恢复量等；然而它一般由于测量台102的高拒水性而变小。因而在测量台102之上的浸渍区域102a中的浸渍水LQ的横向扩展SLQ2变得小于在曝光台101之上的浸渍区域101a中的浸渍水LQ的横向扩展SLQ1。
因而当在已经完成浸渍曝光之后从曝光台101向测量台102传送管嘴部分103用于测量时，管嘴部分103中的浸渍恢复单元103b的整个下表面未浸渍于浸渍水LQ中，但是下表面的仅部分浸渍于浸渍水LQ中。粘附到管嘴部分103中的浸渍恢复单元103b的未浸渍于浸渍水LQ中的区域上的杂质106变干燥并且原样牢固地固定到该区域。
在已经完成测量之后从测量台102向曝光台101再次传送管嘴部分103用于浸渍曝光，并且管嘴部分103中的浸渍恢复单元103b的下表面如图12中所示浸渍于浸渍水LQ中。因此通过重复管嘴部分103中的浸渍恢复单元103b的下表面浸渍于浸渍水LQ中的状态和其下表面未浸渍于其中的状态，牢固地固定到下表面的杂质数目变大并且杂质106的尺寸变大。然后牢固地固定到管嘴部分103中的浸渍恢复单元103b的下表面上的杂质106被剥离并且再次混合到浸渍水LQ中，由此当杂质106在浸渍曝光期间落在抗蚀剂104a的表面上时在转移图案中引起形状缺陷等。
例如考虑一种有意地摇动浸渍水LQ的方法作为一种去除粘附到管嘴部分103中的浸渍恢复单元103b的下表面上的杂质106的方法；然而需要有规律地停止浸渍曝光装置，由此引起可能诱使操作速率减小的问题。
(实施例)
将参照图1至图4描述根据本实施例的浸渍曝光方法。图1是图示了根据实施例的浸渍曝光装置的示意视图，图2A至图2D是说明在根据实施例的浸渍曝光装置中提供的曝光台和测量台的系列操作的示意视图，图3是说明在根据实施例的浸渍曝光装置中提供的曝光台之上的浸渍区域和测量台之上的浸渍区域的示意视图，并且图4是说明在本实施例中使用的浸渍水的拒水性定义的图案视图。
如图1中所示，浸渍曝光装置1具有：掩模台2，用于支撑掩模M；曝光台(第一台)3，用于支撑衬底SW；测量台(第二台)4，在该测量台上调节聚焦、光学系统对准等；照明光学系统5，用于用曝光光EL照射掩模台2支撑的掩模M；投影光学系统6，用于向曝光台3支撑的衬底SW上投影和曝光由曝光光EL照射的掩模M的图案图像；以及控制器7，用于整体控制浸渍曝光装置1的全部操作。
浸渍曝光装置1是如下曝光装置，浸渍方法已经应用于该曝光装置以通过使曝光光的波长明显小并且使聚焦深度明显大来提高分辨率。装置1具有用于向衬底SW上供应液体的液体供应机制8和用于在衬底SW之上恢复液体的液体恢复机制9。
在浸渍曝光装置1中采用如下浸渍方法，在该方法中在投影光学系统6的图像表面侧上的末端提供的光学元件(透镜)10与布置成与光学元件10相向的衬底SW(实际上为涂覆于衬底SW的主表面之上的抗蚀剂或者涂覆于抗蚀剂的表面上的有机材料(顶部涂覆))之间的间隙由浸渍水LQ填充。通过用穿过掩模M的曝光光EL经由在投影光学系统6与衬底SW之间的浸渍水LQ以及投影光学系统6二者照射衬底SW，来向衬底SW上投影和曝光掩模M的图案图像。
浸渍曝光装置1也具有用于调节从液体供应机制8供应的浸渍水LQ的压强的压强调节机制11。压强调节机制11具有用于调节从液体供应机制8供应的浸渍水LQ的供应压强的供应压强调节单元11a和用于调节液体恢复机制9恢复的浸渍水LQ的恢复压强的恢复压强调节单元11b。压强调节机制11的操作由控制器7控制。
浸渍曝光装置1也是如下扫描曝光装置，在该装置中在扫描方向的彼此相反的方向上并且以与彼此同步的方式分别传送掩模M和衬底SW之时向衬底SW上投影和曝光掩模M的图案图像。
照明光学系统5用于用曝光光EL照射掩模台2支撑的掩模M，从而用具有均匀照度分布的曝光光EL照射掩模M上的预定照射区域，该曝光光EL由照明光学系统5生成。作为从照明光学系统5辐射的曝光光EL，例如使用：远紫外线光(DUV光)(比如从汞灯辐射的亮线(g线、h线或者i线)、KrF受激准分子激光束(波长：248nm等)；或者真空紫外线光(VUV光)(比如ArF受激准分子激光束(波长：193nm)、F2激光束(波长：157nm)等)。
纯水(例如折射率：1.44)用作浸渍水LQ。不仅ArF受激准分子激光束而且远紫外线光(如例如亮线(g线、h线或者i线)或者KrF受激准分子激光束)可以穿过纯水。
可以在支撑掩模M之时传送掩模台。例如通过真空吸附(或者静电吸附)来固定掩模M。控制器7基于激光干涉计12a的测量结果来驱动掩模台驱动设备13以对掩模台2支撑的掩模M定位。
投影光学系统6以预定投影放大率向衬底SW上投影和曝光掩模M的图案图像并且由包括在图像表面侧上的末端提供的光学元件10的多个光学元件形成，这些光学元件由透镜筒14支撑。投影光学系统6是具有例如投影放大率1/4或者1/5的缩减系统。取而代之，投影光学系统6可以是单位系统或者扩展系统。
使浸渍水LQ与在投影光学系统6的图像表面侧上的末端提供的光学元件10的下表面接触。光学元件10由氟石形成。由于氟石的表面或者氟化镁(MgF2)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)等已经粘附到的氟石的表面的亲水性高，所以浸渍水LQ可以粘附到光学元件10的整个下表面。也就是说，在光学元件10的下表面与浸渍水LQ之间的粘合性高，因此在光学元件10与衬底SW之间的光路可以稳妥地由浸渍水LQ填充。取而代之，光学元件10可以由具有高亲水性的石英形成。取而代之，可以通过对光学元件10的下表面执行亲水(亲液)处理来提高其与浸渍水LQ的亲水性。
曝光台3可以在支撑衬底SW之时被传送并且形成为包括XY台和在XY台之上装配的Z倾斜台。控制器7基于激光干涉计12的测量结果来控制曝光台驱动设备15的移动以对曝光台3支撑的衬底SW进行定位。
在曝光台3之上包括浸渍区域(第一浸渍区域)AR2，该区域包括投影光学系统6的投影区域AR1并且该区域的横向面积大于投影区域AR1的横向面积而小于衬底SW的区域的横向面积。至少在衬底SW之上传送掩模M的图案图像之时，从液体供应机制8供应的浸渍水LQ保持于浸渍区域AR2中。
在曝光台3之上，提供拒水板(板构件)16以便包围曝光台3支撑的衬底SW。拒水板16为环形构件并且布置于衬底SW外侧。拒水板16具有位于与支撑台3支撑的衬底SW的主表面几乎相同的高度的平坦平面(平坦部分)。
拒水板16由具有拒水性的材料(如例如聚四氟乙烯(Teflon)(注册商标))形成。因而其表面具有拒水性。取而代之，其表面可以例如通过用预定金属形成拒水板16以对由金属制成的拒水板16的表面执行拒水处理来拒水。
测量台4可以被传送并且形成为包括XY台和在XY台之上装配的Z倾斜台。测量台驱动设备(未图示)的移动由控制器7控制。
在测量台4之上包括浸渍区域(第二浸渍区域)AR3，该区域包括投影光学系统6的投影区域AR1并且该区域的横向扩展大于曝光台3之上的浸渍区域AR2的横向扩展。在执行聚焦和光学系统对准等的各种测量之时，从液体供应机制8供应的浸渍水LQ保持于浸渍区域AR3中。
在测量台4之上提供拒水板(板构件)17以便包围浸渍区域AR3。拒水板17具有位于与测量台的主表面几乎相同的高度的平坦平面(平坦部分)。
拒水板17由具有拒水性的材料(如例如聚四氟乙烯(Teflon)(注册商标))形成。因而其表面具有拒水性。取而代之，其表面可以例如通过用预定金属形成拒水板17以对由金属制成的拒水板17的表面执行拒水处理来拒水。
液体供应机制8用于向投影光学系统6的图像表面侧供应预定浸渍水LQ并且具有能够送出浸渍水LQ的液体供应单元8a和其一端耦合到液体供应单元8a的供应管8b。液体供应单元8a具有用于容纳浸渍水LQ的水箱和增压器泵等。液体供应机制8向曝光台3之上的浸渍区域AR2或者向测量台4之上的浸渍区域AR3供应浸渍水LQ。液体供应单元8a中的水箱和增压器泵未必在浸渍曝光装置1中被提供并且可以由其中安装浸渍曝光装置1的工厂中的装置取代。
液体恢复机制9用于恢复浸渍水LQ并且具有能够恢复浸渍水LQ的液体恢复单元9a和其一端耦合到液体恢复单元9a的恢复管9b。液体恢复单元9a具有：真空系统(抽运设备)(如例如真空泵)；气体-液体分离单元，用于从气体分离恢复的浸渍水LQ；以及水箱，用于容纳恢复的浸渍水LQ等。取而代之，可以使用其中安装浸渍曝光装置1的工厂中的真空系统，而不在浸渍曝光装置1中提供真空泵作为真空系统。
管嘴部分(流动通道形成构件)18布置于在投影光学系统6的图像表面侧提供的光学元件10周围。管嘴部分18为如下环形构件，在该构件中开口(光穿过部分)18a形成于其中心。光学元件10容置于开口18a中。管嘴部分18可以例如由铝(Al)、钛(Ti)、不锈钢、硬铝或者包含这些成分的合金形成。取而代之，管嘴部分18可以由具有光学透明性的透明构件(光学构件)(比如玻璃(石英))形成。
管嘴部分18具有液体供应端口18b，该端口被布置成面向曝光台3之上的浸渍区域AR2和测量台4之上的浸渍区域AR3。在管嘴部分18的下表面中提供液体供应端口18b。
管嘴部分18也在它本身内具有与液体供应端口18b对应的供应通道18c。供应通道18c的一端经由供应管8b耦合到液体供应单元8a，而另一端耦合到液体供应端口18b。
在供应管8b的中间提供质量流量控制器8c，该控制器用于控制已经从液体供应单元8a送出并且将向液体供应端口18b供应的液体的每单位时间供应量。液体供应量的控制在控制器7的命令信号之下由质量流量控制器8c执行。
管嘴部分18具有液体恢复端口18d，该端口被布置成面向曝光台3之上的浸渍区域AR2和测量台4之上的浸渍区域AR3。在管嘴部分18的下表面中提供液体恢复端口18d。
管嘴部分18还在它本身内具有与液体恢复端口18d对应的恢复通道18e。恢复通道18e的一端经由恢复管9b耦合到液体恢复单元9a，而另一端耦合到液体恢复端口18d。
液体供应单元8a和质量流量控制器8c中的每一个的操作由控制器7控制。也就是说，从液体供应单元8a供应的浸渍水LQ的每单位时间的量可以由控制器7控制，并且从液体供应端口18b供应的浸渍水LQ的每单位时间的量还由可以由控制器7控制的质量流量控制器8c个别调节。从液体供应单元8a送出、然后从液体供应端口18b经由供应管8b和供应通道18c供应浸渍水LQ。在这一情况下，液体供应端口18b布置于投影光学系统6的投影区域AR1以外，从而经由液体供应端口18b从投影区域AR1以外供应浸渍水LQ。
液体恢复单元9a的操作由控制器7控制。也就是说，液体恢复单元9a供应的浸渍水LQ的每单位时间的量可以由控制器7控制。经由管嘴部分18中的恢复通道18e以及恢复管9b在液体恢复单元9a中恢复从液体恢复端口18d恢复的浸渍水LQ。在这一情况下，液体恢复端口18d布置于液体供应端口18b以外，从而从液体供应端口18b以外经由液体恢复端口18d恢复浸渍水LQ。
虽然供应管8b在本实施例中耦合到单个液体供应单元8a，但是可以提供多个液体供应单元8a(例如两件)(液体供应单元8a的数目对应于供应管8b的数目)以将每个供应管8d耦合到每个液体供应单元8a。
此外，虽然恢复管9b耦合到单个液体恢复单元9a，但是可以提供多个液体恢复单元9a(例如两件)(液体恢复单元9a的数目对应于恢复管9b的数目)以将每个恢复管9b耦合到每个液体恢复单元9a。
压强调节机制11具有调节从液体供应机制8供应的浸渍水LQ的压强的功能并且具有用于调节从液体供应机制8供应的浸渍水LQ的供应压强的供应压强调节单元11a和用于调节将向液体恢复机制9中恢复的浸渍水LQ的恢复压强的恢复压强调节单元11b。
随后将描述曝光台3和测量台4的布置。
在曝光时，在投影光学系统6和管嘴部分18之下传送曝光台3以在浸渍区域AR2中保持浸渍水LQ而测量台4在预定位置等待。在除了曝光之外的时间(例如在更换衬底SW或者测量(聚焦、光学系统对准等的各种调节)时)，在投影光学单元6和管嘴部分18之下传送测量台4以在浸渍区域AR3中保持浸渍水LQ。通过在这两个状态相互改变时在曝光台3和测量台4相互接近的状态中传送二者，可以在曝光台3与测量台4之间传送浸渍水LQ。
随后将参照图2A至图2D描述曝光台3和测量台4的系列操作。图2A至图2D是说明曝光台3和测量台4的系列操作的示意视图。
在曝光时，如图2A中所示，曝光台3先位于投影光学系统6和管嘴部分18之下并且测量台4在预定位置等待。在已经完成曝光之后，如图2B中所示，然后在投影光学系统6和管嘴部分18之下在迫近曝光台3的方向上移动测量台4。如图2C中所示，然后在快推(scram)操作中从曝光台3向测量台4传送浸渍水LQ。随后如图2D中所示，在更换曝光台3之上的衬底SW期间在测量台4之上执行聚焦或者光学系统对准等的各种调节。
在曝光时(前述图2A)，浸渍水LQ在曝光台3之上保持于在投影光学系统6和管嘴部分18的每个下表面与涂覆于衬底SW的主表面上的抗蚀剂(不仅包括抗蚀剂而且包括有机材料(顶部涂覆)已经涂覆于其上的抗蚀剂)的表面之间的浸渍区域AR2中。在管嘴部分18的下表面之间的空间例如小于或者等于1mm。
在测量时(前述图2D)，浸渍水LQ在测量台4之上保持于在投影光学系统6和管嘴部分18的每个下表面与测量台4的上表面之间的浸渍区域AR3中。在管嘴部分18的下表面与测量台4的上表面之间的空间例如小于或者等于1mm。
这里，使曝光台3之上的浸渍区域AR2中的浸渍水LQ的横向扩展(在与曝光台3的上表面平行的方向上的扩展)小于测量台4之上的浸渍区域AR3中的浸渍水LQ的横向扩展(在与测量台4的上表面平行的方向上的扩展)。
随后下文将描述调节曝光台3之上的浸渍区域AR2和测量台4之上的浸渍区域AR3中的每个浸渍区域中的浸渍水LQ的横向扩展的第一方法和第二方法。
首先将参照前述图1描述第一方法。
作为第一方法，通过控制向曝光台3之上的浸渍区域AR2和测量台4之上的浸渍区域AR2中的每个浸渍区域供应的浸渍水LQ的供应量、恢复量或者供应量和恢复量二者来使保持于浸渍区域AR2中的浸渍水LQ的量小于保持于浸渍区域AR3中的浸渍水LQ的量。
具体而言，液体供应单元8a按照供应量而液体恢复单元9a按照恢复量控制浸渍水LQ的流速。取而代之，除了这些之外，浸渍水LQ的流速还可以由质量流量控制器8c个别控制。例如可以使向曝光台3之上的浸渍区域AR2供应的浸渍水LQ的流速为L(m3/秒)，并且可以使向测量台4之上的浸渍区域AR3供应的其流速为L+α(m3/秒)。
取而代之，浸渍水LQ的供应压强由压强调节机制11中的压强调节单元11a控制而其恢复压强由其中的恢复压强调节单元11b控制。例如当假设浸渍水LQ的参考供应压强为X(kPa)时，可以使向曝光台3之上的浸渍区域AR2供应的浸渍水LQ的供应压强为X-β’(kPa)，并且可以使向测量台4之上的浸渍区域AR3供应的浸渍水LQ的供应压强为X+β(kPa)。此外，当例如假设浸渍水LQ的参考恢复压强为Y(kPa)时，可以使从曝光台3之上的浸渍区域AR2恢复的浸渍水LQ的恢复压强为Y+γ’(kPa)，并且可以使从测量台4之上的浸渍区域AR3恢复的浸渍水LQ的恢复压强为Y-γ(kPa)。取而代之，可以组合执行浸渍水LQ的流速控制及其供应压强和恢复压强控制。
随后将参照图3描述第二方法。图3是说明在浸渍曝光装置中提供的曝光台3之上的浸渍区域AR2和测量台4之上的浸渍区域AR3的示意图。
作为第二方法，使测量台4的上表面(液体接触表面)(使浸渍水LQ与上表面接触)的拒水性小于涂覆于衬底SW的主表面之上的抗蚀剂(不仅包括抗蚀剂而且包括有机材料(顶部涂覆)已经涂覆于其上的抗蚀剂)的拒水性。由于抗蚀剂19的动态后退接触角为65°或者更大并且84°或者更小，所以例如具有小于65°的动态后退接触角的材料用于测量台4。整个测量台4可以由动态后退接触角小于65°、具有拒水性的材料形成，取而代之，动态后退接触角小于65°、具有拒水性的薄膜可以仅形成于测量台4的液体接触表面上。
投影光学系统6中的光学元件10和管嘴部分18二者的下表面具有亲水性。例如由具有大极性分子结构的材料(比如乙醇)制成的薄膜形成于投影光学系统6中的光学元件10和管嘴部分18二者的下表面上，取而代之，MgF2、Al2O3、SiO2等形成于其上。由此可以使投影光学系统6中的光学元件10和管嘴部分18二者的下表面亲水。由于测量台4的上表面具有比抗蚀剂19更低的拒水性，所以可以使测量台4之上的浸渍区域AR3中的浸渍水LQ的横向扩展小于曝光台2之上的浸渍区域AR2中的浸渍水LQ的横向扩展。在这一情况下，浸渍水LQ可能泄漏到测量台4之上的浸渍区域AR3以外，因此将具有比测量台4的上表面的拒水性更高的拒水板20安装于浸渍区域AR3周围。
可以通过使抗蚀剂19(或者抗蚀剂19的表面上的有机材料(顶部涂覆))的拒水性高于在动态后退接触角例如大于84°时出现的拒水性来使曝光台3之上的浸渍区域AR2中的浸渍水LQ的横向扩展小于测量台4之上的浸渍区域AR3中的浸渍水LQ的横向扩展。然而如果抗蚀剂19(或者抗蚀剂19的表面上的有机材料(顶部涂覆))的拒水性高，则认为浸渍曝光可能由于拒斥浸渍水LQ而变得困难。因而认为它们的拒水性可以例如在动态后退接触角方面为65°或者更大并且84°或者更小并且测量台4的上表面的最适合拒水性可以例如在动态后退接触角方面近似为64°。
浸渍水LQ的扩展可以例如由安装于浸渍曝光装置1中的CCD(电荷耦合器件)相机等确认。
在本实施例中，将动态后退接触角(D-RCA)用于定义拒水性。如图4中所示，动态后退接触角指代在液体小滴的界面在三相(固体/液体/气体)界面中移动的动态情形中在液体小滴与液体小滴存在于其上的表面之间的角度。由于液体具有与表面的更多亲水性，所以接触角变得更小。然而以除了动态后退接触角之外的各种方式定义拒水性，并且拒水性的规定根据定义方式而互不相同。
如上文所言，通过使曝光台3之上的浸渍区域AR2中的浸渍水LQ的横向扩展小于测量台4之上的浸渍区域AR3中的浸渍水LQ的横向扩展，可以获得以下优点。
也就是说，由于管嘴部分18中的液体恢复端口18d也浸渍于曝光台3之上的浸渍水LQ中，所以浸渍水LQ中的微小杂质有时粘附到管嘴部分18中的液体恢复端口18d等。然而由于测量台4之上的浸渍区域AR3中的浸渍水LQ的横向扩展大于曝光台3之上的浸渍区域AR2中的浸渍水LQ的横向扩展，所以已经在曝光期间粘附有杂质的管嘴部分18中的液体恢复端口18d总是浸渍于浸渍水LQ中。因而在曝光期间粘附到管嘴部分18中的液体恢复端口18d等的杂质未变干燥也未牢固地固定到该端口，因此可以防止杂质数目和杂质尺寸的增加。由此可以抑制在浸渍曝光期间出现的、杂质粘附到涂覆于衬底SW的主表面上的抗蚀剂19，这可以防止转移图案中的形状缺陷等。
随后将参照图5至图10按照工艺的顺序描述根据本实施例的制造半导体器件的方法。这里将描述本发明已经应用于制造CMIS(互补金属绝缘体氧化物半导体)器件作为例子；然而无需赘言，本发明可以应用于制造另一半导体器件。
如图5中所示，先制备例如由单晶硅制成的半导体衬底(称为晶片的半导体薄板，其表面具有近似圆形形状)。然后在半导体衬底21的主表面之上的元件分离区域中形成由绝缘膜制成的分离部分22。随后通过向半导体衬底21的其中将形成nMIS的区域(nMIS形成区域)中离子注入表现p型传导性的杂质来形成p型阱23。类似地，通过向半导体衬底21的其中将形成pMIS的区域(pMIS形成区域)中离子注入表现n型传导性的杂质来形成n型阱24。
然后在主表面(p型阱23和n型阱24的每个表面)之上形成栅极绝缘膜25。然后在nMIS形成区域中的栅极绝缘膜25之上形成nMIS栅极电极包括的传导膜26An。类似地，在pMIS形成区域中的栅极绝缘膜25之上形成pMIS栅极电极包括的传导膜26Ap。传导膜26An是例如已经向其中引入表现n型传导性的杂质的多晶硅膜，而传导膜26Ap是例如已经向其中引入表现p型传导性的杂质的多晶硅膜。
随后，在已经在传导膜26An和26Ap上涂覆抗蚀剂27之后，通过使用前述浸没曝光装置1对抗蚀剂27执行掩模M中形成的掩模图案MP的浸渍曝光。随后执行显影工艺以形成在加工传导膜26An和26Ap时用作掩模的抗蚀剂图案27a。由于可以在浸渍曝光装置1中防止由于在曝光期间杂质所致的抗蚀剂图案27a中的形状缺陷等，所以可以高产量形成具有例如宽度为45nm的精细接线的抗蚀剂图案27a。
随后通过用干蚀刻(其中抗蚀剂图案27a用作掩模)加工传导膜26An和26Ap，在nMIS形成区域中的栅极绝缘膜25之上形成nMIS栅极电极26n。类似地，在pMIS形成区域中的栅极绝缘膜25之上形成pMIS栅极电极26p。
随后如图7中所示，在已经去除抗蚀剂图案27a之后，在nMIS栅极电极26n和pMIS栅极电极26p的每个侧壁上形成侧壁28。然后向nMIS栅极电极26n的两侧上的p型阱23中离子注入表现n型传导性的杂质，由此形成n型半导体区域29，该区域相对于栅极电极26n和侧壁28以自对准方式作为nMIS源极漏极来工作。类似地，向pMIS栅极电极26p的两侧上的n型阱24中离子注入表现p型传导性的杂质，由此形成p型半导体区域30，该区域相对于栅极电极26p和侧壁28以自对准方式作为pMIS源极漏极来工作。
随后如图8中所示，在半导体衬底21的主表面之上形成绝缘膜31。随后，在已经在绝缘膜31上涂覆抗蚀剂之后，通过使用前述浸渍曝光装置1来执行浸渍曝光。然后执行显影工艺以形成在加工绝缘膜31时用作掩模的抗蚀剂图案32。由于可以在浸渍曝光装置1中防止由于在曝光期间杂质所致的抗蚀剂图案32中的形状缺陷等，所以可以高产量形成具有例如宽度为70nm的槽的抗蚀剂图案32。
随后通过用干蚀刻(其中抗蚀剂图32用作掩模)加工绝缘膜31来形成耦合孔33。这一耦合孔33形成于n型半导体区域29或者p型半导体区域30之上的必需部分中。
随后如图9中所示，在已经去除抗蚀剂图案32之后，在耦合孔33中形成塞34，该塞的主要导体例如为钨(W)膜。然后在半导体衬底21的主表面之上依次形成停止层绝缘膜35和布线将形成于其之上的绝缘膜36。停止层绝缘膜35是在绝缘膜36之上形成槽时用作蚀刻停止层的膜并且由相对于绝缘膜36具有蚀刻选择性的材料制成。停止层绝缘膜35可以是例如通过等离子体CVD(化学气相沉积)方法来形成的氮化硅膜，而绝缘膜36可以是例如通过等离子体CVD方法来形成的氧化硅膜。
随后，在已经在绝缘膜36上涂覆抗蚀剂之后，通过使用前述浸渍曝光装置1来执行浸渍曝光。然后执行显影工艺以形成在加工停止层绝缘膜35和绝缘膜36时用作掩模的抗蚀剂图案37。由于可以在浸渍曝光装置1中防止由于在曝光期间杂质所致的抗蚀剂图案37中的形状缺陷等，所以可以高产量形成具有例如宽度为70nm的槽的抗蚀剂图案37。
随后通过干蚀刻(其中抗蚀剂图案37用作掩模)在停止层绝缘膜35和绝缘膜36中的每个膜的预定区域中形成各自具有凹入形状的布线槽38。
随后如图10中所示，在半导体衬底21的主表面之上形成阻挡层金属膜39。阻挡层金属膜39例如为氮化钛(TiN)膜、钽(Ta)膜、氮化钽(TaN)膜等。然后通过CVD方法或者溅射方法在阻挡层金属膜39之上形成铜(Cu)籽晶层(未图示)，并且通过使用电镀方法在籽晶层之上进一步形成铜镀膜40。布线槽38的内部部分由铜镀膜40覆盖。
随后通过CMP(化学机械抛光)方法去除在除了布线槽38的内部部分之外的区域中的铜镀膜40、籽晶层和阻挡金属膜39以在主要导体为铜膜的第一层中形成布线。在本实施例中，已经通过电镀方法形成如下铜膜，该铜膜是第一层中的布线的主要导体；然而可以通过CVD方法、溅射方法、溅射回流方法等形成它。
虽然未图示，但是在形成又一上层中的布线之后，然后在最上层中的布线中形成如下钝化膜，通过该钝化膜防止潮气和杂质从外界进入最上层并且通过该钝化膜抑制α射线传输。随后，在已经通过用蚀刻(其中抗蚀剂图案用作掩模)加工钝化膜来暴露最上层中的布线的部分(键合焊盘部分)之后，通过耦合到暴露的最上层中的布线来形成凸块基础电极以通过耦合到凸块基础电极来形成凸块电极。由此几乎完成根据本实施例的半导体器件。这一凸块电极用作外部耦合电极。随后从晶片分别切下半导体芯片以实施到封装基板等中。将省略这些描述。
在本实施例中，如上文所言，通过使用浸渍曝光装置可以在形成于衬底SW的主表面之上的抗蚀剂图案中防止由于在浸渍曝光期间出现的杂质粘附所致的形状缺陷等，由此允许提高半导体器件的制造产量。
如上文所言，已经基于实施例具体描述本发明人做出的本发明，然而无需赘言，本发明不应限于实施例并且可以在不脱离本发明主旨的范围内对实施例做出各种修改。
例如已经将第一方法和第二方法描述为一种调节曝光台之上的浸渍区域中的浸渍水的横向扩展和测量台之上的浸渍区域中的浸渍水的横向扩展的方法；然而调节它们的方法不应限于此。取而代之，可以组合使用第一方法和第二方法。
本发明可以应用于通过如下曝光方法制造的半导体器件，在该方法中经由投影光学系统和液体曝光衬底。

Claims (16)

1.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
(a)在衬底的主表面上涂覆抗蚀剂；
(b)通过经由投影光学系统和浸渍水向所述抗蚀剂上辐射曝光光，向所述抗蚀剂上转移掩模的图案图像；以及
(c)在上述(b)步骤之后，在所述抗蚀剂上执行显影工艺以在所述衬底的所述主表面之上形成抗蚀剂图案，
其中所述(b)步骤包括以下步骤：
(b-1)当向所述抗蚀剂上辐射曝光光时，在用于支撑所述衬底的第一台位于所述投影光学系统和用于供应和恢复所述浸渍水的管嘴部分之下的状态中，在所述抗蚀剂与所述投影光学系统的光学元件的下表面和所述管嘴部分的下表面中的每个下表面之间的第一浸渍区域中保持所述浸渍水；以及
(b-2)当未向所述抗蚀剂上辐射曝光光时，在与所述第一台不同的第二台位于所述投影光学系统和所述管嘴部分之下的状态中，在所述投影光学系统的光学元件的下表面和所述管嘴部分的下表面中的每个下表面与所述第二台的上表面之间的第二浸渍区域中保持所述浸渍水，并且
其中在所述(b-1)步骤中保持于所述第一浸渍区域中的所述浸渍水的横向扩展小于在所述(b-2)步骤中保持于所述第二浸渍区域中的所述浸渍水的横向扩展。
2.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，
其中在所述光学元件周围提供所述管嘴部分，并且在所述管嘴部分的下表面中提供用于供应所述浸渍水的液体供应端口和用于恢复所述浸渍水的液体恢复端口。
3.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，
其中通过控制所述浸渍水的供应量、恢复量或者供应量和恢复量二者，使保持于所述第一浸渍区域中的所述浸渍水的量小于保持于所述第二浸渍水中的所述浸渍水的量。
4.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，
其中所述第二台的液体接触表面的拒水性低于所述抗蚀剂的表面的拒水性。
5.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，
其中所述第二台的液体接触表面的动态后退接触角小于65°，并且所述抗蚀剂的表面的动态后退接触角为65°或者更大并且84°或者更小。
6.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，
其中在所述第二台之上的所述第二浸渍区域周围提供拒水板，并且所述拒水板的拒水性高于所述第二台的液体接触表面的拒水性。
7.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
(a)在衬底的主表面上涂覆抗蚀剂；
(b)通过经由投影光学系统和浸渍水向所述抗蚀剂上辐射曝光光，向所述抗蚀剂上转移掩模的图案图像；以及
(c)在上述(b)步骤之后，对所述抗蚀剂执行显影工艺以在所述衬底的所述主表面之上形成抗蚀剂图案，
其中所述(b)步骤包括以下步骤：
(b-1)当向所述抗蚀剂上辐射曝光光时，在用于支撑所述衬底的第一台位于所述投影光学系统和用于供应和恢复所述浸渍水的管嘴部分之下的状态中，在所述抗蚀剂与所述投影光学系统的光学元件的下表面和所述管嘴部分的下表面中的每个下表面之间的第一浸渍区域中保持所述浸渍水；以及
(b-2)当未向所述抗蚀剂上辐射曝光光时，在与所述第一台不同的第二台位于所述投影光学系统和所述管嘴部分之下的状态中，在所述投影光学系统的所述光学元件的下表面和所述管嘴部分的下表面中的每个下表面与所述第二台的上表面之间的第二浸渍区域中保持所述浸渍水，并且
其中通过控制所述浸渍水的供应量、恢复量或者供应量和恢复量二者来使在所述(b-1)步骤中保持于所述第一浸渍区域中的所述浸渍水的量小于在所述(b-2)步骤中保持于所述第二浸渍区域中的所述浸渍水的量。
8.根据权利要求7所述的制造半导体器件的方法，
其中在所述光学元件周围提供所述管嘴部分，并且在所述管嘴部分的所述下表面中提供用于供应所述浸渍水的液体供应端口和用于恢复所述浸渍水的液体恢复端口。
9.根据权利要求7所述的制造半导体器件的方法，
其中所述浸渍水的所述供应量或者所述恢复量由所述浸渍水的流速控制。
10.根据权利要求7所述的制造半导体器件的方法，
其中所述浸渍水的所述供应量由所述浸渍水的供应压强控制，并且所述浸渍水的恢复量由所述浸渍水的恢复压强控制。
11.根据权利要求7所述的制造半导体器件的方法，
其中保持于所述第一浸渍区域中的所述浸渍水的横向扩展小于保持于所述第二浸渍区域中的所述浸渍水的横向扩展。
12.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
(a)在衬底的主表面上涂覆抗蚀剂；
(b)通过经由投影光学系统和浸渍水向所述抗蚀剂上辐射曝光光，向所述抗蚀剂上转移掩模的图案图像；以及
(c)在上述(b)步骤之后，对所述抗蚀剂执行显影工艺以在所述衬底的所述主表面之上形成抗蚀剂图案，
其中所述(b)步骤包括以下步骤：
(b-1)当向所述抗蚀剂上辐射曝光光时，在用于支撑所述衬底的第一台位于所述投影光学系统和用于供应和恢复所述浸渍水的管嘴部分之下的状态中，在所述抗蚀剂与所述投影光学系统的光学元件的下表面和所述管嘴部分的下表面中的每个下表面之间的第一浸渍区域中保持所述浸渍水；以及
(b-2)当未向所述抗蚀剂上辐射曝光光时，在与所述第一台不同的第二台位于所述投影光学系统和所述管嘴部分之下的状态中，在所述投影光学系统的光学元件的下表面和所述管嘴部分的下表面中的每个下表面与所述第二台的上表面之间的第二浸渍区域中保持所述浸渍水，并且
其中所述第二台的液体接触表面的拒水性低于所述抗蚀剂的表面的拒水性。
13.根据权利要求12所述的制造半导体器件的方法，
其中在所述光学元件周围提供所述管嘴部分，并且在所述管嘴部分的所述下表面中提供用于供应所述浸渍水的液体供应端口和用于恢复所述浸渍水的液体恢复端口。
14.根据权利要求12所述的制造半导体器件的方法，
其中所述第二台的液体接触表面的动态后退接触角小于65°，并且所述抗蚀剂的表面的动态后退接触角为65°或者更大并且84°或者更小。
15.根据权利要求12所述的制造半导体器件的方法，
其中在所述第二台之上的所述第二浸渍区域周围提供拒水板，并且所述拒水板的拒水性高于所述第二台的液体接触表面的拒水性。
16.根据权利要求12所述的制造半导体器件的方法，
其中保持于所述第一浸渍区域中的所述浸渍水的横向扩展小于保持于所述第二浸渍区域中的所述浸渍水的横向扩展。
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