CN1696834A - 光致抗蚀剂层的显影方法 - Google Patents

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Abstract

本发明光致抗蚀剂层的显影方法提供一种形成一光致抗蚀剂掩膜的方法。该方法包括：形成一光致抗蚀剂材料层于一晶圆上并以一光源对该光致抗蚀剂层曝光，接着对该光致抗蚀剂层显影。在该晶圆烘干前，以一种或多种清洗液清洗晶圆。清洗液可包括表面活性剂、酸溶液或溶解气体的溶液、去离子水或其它类似溶液，其中溶解气体的溶液可选择包括溶解有CO2、SO2、SO3、氨、NO2或类似气体的溶液。之后该晶圆可通过一旋转干燥程序、吹气净化程序或加入异丙醇蒸气等干燥醇类等方法进行干燥，其中吹气净化程序可通入压缩干燥的空气、氮气、CO2、氩气或类似气体。本发明提供的方法可降低光致抗蚀剂层图案的倾倒。

Description

光致抗蚀剂层的显影方法
技术领域
本发明有关于一种半导体技术，特别是有关于一种形成一光致抗蚀剂掩膜的方法，该光致抗蚀剂掩膜是用于一半导体元件的制造。
背景技术
一般制作半导体元件的过程均包含微影技术。微影步骤如下所述，首先，提供一光致抗蚀剂材料层，接着，对该光致抗蚀剂层进行图案曝光，接着，以显影方式移除部分光致抗蚀剂层以暴露出位于光致抗蚀剂层下方的材料层，在清除多余光致抗蚀剂后，即完成一光致抗蚀剂掩膜的制作，随后，进行蚀刻步骤，上述位于光致抗蚀剂层下方的材料层由于光致抗蚀剂掩膜的保护而蚀刻获得一最终图案。
光致抗蚀剂材料包括负型光致抗蚀剂与正型光致抗蚀剂。由于负型光致抗蚀剂的曝光区较难溶解，因此，当进行上述显影步骤时，负型光致抗蚀剂未被曝光的区域会被移除，而正型光致抗蚀剂恰好相反，其曝光区较易溶解，因此使得正型光致抗蚀剂的曝光区在显影时被移除。
经微影步骤制作得到的光致抗蚀剂掩膜仍会存在某些缺陷，尤其是高深宽比的小尺寸掩膜。当掩膜尺寸微缩时，其深宽比会跟着增加。然而，增加掩膜的深宽比并不容易，因为在往后的蚀刻过程中，需要能提供一足够宽度的掩膜以保护下方的材料层。
高深宽比造成的缺陷之一即是图案光致抗蚀剂的倾倒。一般来说，造成光致抗蚀剂倾倒的主要原因是显影液与清洗液亲水特性所引发的毛细力量(capillary force)所致，解决方法例如美国专利第6,451,510号所公开的，其在去离子水清洗后或于清洗同时间，加入一表面活性剂(surfactant)。此表面活性剂因降低液体的表面张力而减小了毛细力量。
另一问题则是形成在高疏水性光致抗蚀剂未曝光区表面与底部抗反射层(Bottom Anti-Reflective Coating，BARC)表面的缺陷。该些表面缺陷可能在旋转干燥(spin dry)的过程中被形成，解决方法例如美国专利第6,613,499号所公开的，也在去离子水清洗后或于清洗同时间，加入一表面活性剂。加入的表面活性剂可使原本疏水性的表面变为更加亲水而降低缺陷密度。
然而，若在最终干燥步骤前，先历经其它干燥过程，则极有可能发生额外的光致抗蚀剂倾倒，严重缩减产率及制程范围(process window)。而当使用短波长光源照射光致抗蚀剂时，光致抗蚀剂倾倒的现象会更加严重，例如，使用193纳米光源照射后的光致抗蚀剂其坚硬强度会不及使用较长波长例如248纳米光源照射后的结果。此外，导致光致抗蚀剂倾倒的毛细力量会随着图案尺寸缩减而增加。
因此，亟须开发一种更佳的形成光致抗蚀剂掩膜的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种光致抗蚀剂层的显影方法，包括：对一光致抗蚀剂层进行曝光，该光致抗蚀剂层是形成于一晶圆上；以一显影液对该光致抗蚀剂层进行显影；以一第一清洗液清洗该晶圆；以及于烘干该第一清洗液前，以一第二清洗液清洗该晶圆。
本发明另提供一种光致抗蚀剂层的显影方法，包括：对一光致抗蚀剂层进行曝光，该光致抗蚀剂层是形成于一晶圆上；以一显影液对该光致抗蚀剂层进行显影；以去离子水清洗该晶圆；以及于烘干去离子水前，以一清洗液清洗该晶圆。
本发明再提供一种光致抗蚀剂层的显影方法，包括：对一光致抗蚀剂层进行曝光，该光致抗蚀剂层是形成于一晶圆上；以一显影液对该光致抗蚀剂层进行显影；于烘干该显影液前，以一清洗液清洗该晶圆；以及烘干该晶圆，其中烘干该晶圆的方法包括一吹气净化(gas purge)。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，包括：
对一光致抗蚀剂层进行曝光，该光致抗蚀剂层是形成于一晶圆上；
以一显影液对该光致抗蚀剂层进行显影；
以一第一清洗液清洗该晶圆；以及
于烘干该第一清洗液前，以一第二清洗液清洗该晶圆。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，以波长低于或等于193纳米的光源对该光致抗蚀剂层进行曝光。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中该显影液包括四甲基氢氧化铵。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中四甲基氢氧化铵的浓度大体介于0.1％～2.8％之间。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中该第一清洗液包括去离子水、盐类溶液、离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、酸溶液或溶解气体的溶液。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中该溶解气体的溶液是溶解有二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氨或二氧化氮等气体。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中该第二清洗液包括去离子水、盐类溶液、离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、酸溶液或溶解气体的溶液。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中该溶解气体的溶液溶解有二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氨或二氧化氮等气体。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中酸溶液包括硫酸、盐酸、二氧化碳溶液或水溶液。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，还包括烘干该晶圆，其中该烘干步骤是借由压缩干燥的空气、氮气、二氧化碳或氩气的吹气净化、旋转干燥、异丙醇蒸气烘干或上述方法的任意组合而完成。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中该晶圆从该第二清洗液移开的速度低于200毫米/秒。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中该第一清洗液包括1-乙基-3(3-二甲基胺基丙基)碳二亚胺溶液以及二乙基胺溶液。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中该第二清洗液包括1-乙基-3(3-二甲基胺基丙基)碳二亚胺溶液以及二乙基胺溶液。
本发明所述的一种光致抗蚀剂层的显影方法，其中该晶圆置于一浸润式曝光系统。
本发明提供的方法可降低光致抗蚀剂层图案的倾倒。
附图说明
图1是本发明一实施例的流程图，形成一光致抗蚀剂掩膜的方法。
图2是本发明另一实施例的流程图，形成一光致抗蚀剂掩膜的方法。
图3是本发明另一实施例的流程图，形成一光致抗蚀剂掩膜的方法。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一些较佳实施例，并配合所附图式，详细说明如下：
实施例1
此处公开的制程步骤是从光致抗蚀剂显影开始，并假设晶圆上的光致抗蚀剂层已完成图案化曝光等步骤。本发明公开的制程步骤可与波长低于或等于193纳米的曝光光源作结合，且相当适合应用在曝光波长低于或等于248纳米的浸润式微影技术。
图1是本发明的一个实施例制作光致抗蚀剂掩膜的流程图。该制作流程开始于步骤110的显影步骤。该显影步骤包括已知任何提供显影液的方法，例如，静止、浸润、喷雾或搅拌等。本实施例提供一酸碱值大于9的碱性溶剂作为显影液，例如，四甲基氢氧化铵(tetramethyl ammonium hydroxide，TMAH)，其浓度大体介于0.1％～2.8％。
接着，进行步骤112，在烘干显影液之前，提供一第一清洗液。如上所述，若在最终干燥步骤前，允许晶圆先进行其它的干燥步骤，可能导致光致抗蚀剂图案的倾倒，因此，在晶圆烘干前，须确认已使用第一清洗液清洗晶圆(或已完成后续提到的所有清洗步骤)。第一清洗液包括水、去离子水、盐类溶液、离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、酸溶液或溶解气体的溶液，较佳为酸碱值高于或低于7的去离子水。然而，去离子水具高度氢键，极可能导致高毛细力而使光致抗蚀剂图形弯曲。
第一清洗液，例如去离子水，可加入添加物以降低去离子水的表面张力及毛细力。加入的添加物会与光致抗蚀剂反应而降低去离子水与光致抗蚀剂间的氢键，以此方式，去离子水与光致抗蚀剂间的毛细力，也可因此而降低。
第一清洗液可包括1-乙基-3(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide，EDAC)溶液或二乙基胺(diethylamine)溶液。上述溶液将光致抗蚀剂表面原本亲水性的羧基改质为疏水性的酯基而降低了毛细力。表面活性剂可包括至少含一氢氧根、硅基、磷酸根或硫酸根的高分子溶液，例如，异丙醇、甘油、过氟辛基磺酸盐(perfluorooctanesulfonate，PFOS)、Rx(CH2CHOH)yRz、Rx(CHOHCHOH)yRz、R2PO4H或R2SO4H(R为至少一个碳的烷基)溶液。溶解气体的溶液可选择包括溶解有二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、氨(NH3)、二氧化氮(NO2)或其类似气体的溶液。
接着，进行步骤114，提供一第二清洗液。相同地，须确认晶圆在第一清洗步骤112与第二清洗步骤114之间，并没有进行烘干。第二清洗液包括水、去离子水、盐类溶液、离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、酸溶液或溶解气体的溶液。溶解气体的溶液可选择包括溶解有二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、氨(NH3)、二氧化氮(NO2)或其类似气体的溶液。酸溶液可包括硫酸、盐酸、二氧化碳溶液或水溶液。第二清洗液可包括1-乙基-3(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide，EDAC)溶液或二乙基胺(diethylamine)溶液。上述溶液将光致抗蚀剂表面原本亲水性的羧基改质为疏水性的酯基而降低了毛细力。表面活性剂可包括至少含一氢氧根、硅基、磷酸根或硫酸根的高分子溶液，例如，异丙醇、甘油、过氟辛基磺酸盐(perfluorooctane sulfonate，PFOS)、Rx(CH2CHOH)yRz、Rx(CHOHCHOH)yRz、R2PO4H或R2SO4H(R为至少一个碳的烷基)溶液。
接着，进行步骤116，烘干晶圆。本实施例可使用吹气净化(gaspurge)的单一晶圆旋转干燥装置(single-wafer spin-dry tool)烘干晶圆。由于旋转干燥可有效移除晶圆表面的水气，遂为业界经常使用的设备。吹气净化是在旋转干燥过程中通入压缩干燥的空气、氮气、二氧化碳、氩气或类似气体以降低光致抗蚀剂图案倾倒的数量。通入压缩气体的装置以30～300毫米/秒的摆动速度将气体导入且从晶圆中心吹至晶圆边缘或甚至超过晶圆的面积。旋转速度从一开始至少维持1秒的5rpm经过多阶段增加至较高且适合干燥的速度(较佳不超过5000rpm)。而上述压缩气体的吹入速度可大于1sccm。此外，干燥过程亦可使用一干燥的醇类，例如异丙醇。其它的干燥方法均适用于本发明。
经过第二清洗液清洗后的晶圆是以例如低于200毫米/秒的慢速离开第二清洗液，主要目的亦是为了减少光致抗蚀剂图案的倾倒。
实施例2
图2是本发明的另一实施例制作光致抗蚀剂掩膜的流程图。该制作流程开始于步骤210的显影步骤。该显影步骤与图1的步骤110大体相似。
接着，进行步骤212与214，分别提供去离子水与清洗液清洗晶圆，先以水或去离子水清洗晶圆，再以清洗液清洗，且该些清洗步骤均在晶圆进行烘干前完成。如上所述，若在清洗步骤前，先进行晶圆干燥，可能导致光致抗蚀剂图案的倾倒。因此，步骤212与214之间，须确认没有晶圆烘干的程序。
清洗液包括盐类溶液、离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、酸溶液或溶解气体的溶液。溶解气体的溶液可选择包括溶解有二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、氨(NH3)、二氧化氮(NO2)或其类似气体的溶液。酸溶液可包括硫酸、盐酸、二氧化碳溶液或水溶液。清洗液可包括1-乙基-3(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide，EDAC)溶液或二乙基胺(diethylamine)溶液。表面活性剂可包括至少含一氢氧根、硅基、磷酸根或硫酸根的高分子溶液，例如，异丙醇、甘油、过氟辛基磺酸盐(perfluorooctane sulfonate，PFOS)、Rx(CH2CHOH)yRz、Rx(CHOHCHOH)yRz、R2PO4H或R2SO4H(R为至少一个碳的烷基)溶液。
接着，进行步骤216，烘干晶圆。本实施例可使用实施例1的吹气净化(gas purge)旋转干燥(spin-dry)程序烘干晶圆。干燥过程亦可使用一干燥的醇类，例如异丙醇。而其它干燥方法均适用于本发明。
经过清洗液清洗后的晶圆是以例如低于200毫米/秒的慢速离开清洗液，以减少光致抗蚀剂图案的倾倒。
实施例3
图3是本发明的另一实施例制作光致抗蚀剂掩膜的流程图。该制作流程开始于步骤310的显影步骤。该显影步骤与图1的步骤110大体相似。
接着，进行步骤312，提供一清洗液清洗晶圆，于显影步骤完成后，再以清洗液清洗晶圆，而该清洗步骤须在晶圆烘干前完成。如上所述，若在清洗步骤前，先进行晶圆干燥，可能导致光致抗蚀剂图案的倾倒。因此，显影步骤与清洗步骤之间，须确认没有晶圆烘干的程序。
清洗液包括盐类溶液、离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、酸溶液或溶解气体的溶液。溶解气体的溶液可选择包括溶解有二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、氨(NH3)、二氧化氮(NO2)或其类似气体的溶液。酸溶液可包括硫酸、盐酸、二氧化碳溶液或水溶液。清洗液可包括1-乙基-3(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide，EDAC)溶液或二乙基胺(diethylamine)溶液。上述溶液将光致抗蚀剂表面原本亲水性的羧基改质为疏水性的酯基而降低了毛细力。表面活性剂可包括至少含一氢氧根、硅基、磷酸根或硫酸根的高分子溶液，例如，异丙醇、甘油、过氟辛基磺酸盐(perfluorooctane sulfonate，PFOS)、Rx(CH2CHOH)yRz、Rx(CHOHCHOH)yRz、R2PO4H或R2SO4H(R为至少一个碳的烷基)溶液。
接着，进行步骤314，烘干晶圆，例如进行一旋转烘干程序。本实施例可使用实施例1的吹气净化(gas purge)旋转干燥(spin-dry)程序烘干晶圆。干燥过程亦可使用一干燥的醇类，例如异丙醇。而其它干燥方法均适用于本发明。
本发明提供的方法可降低显影过程中产生的毛细力。实施例中第一清洗液可为水或去离子水，用来移除水溶性高分子。而第二清洗液为可与光致抗蚀剂侧壁表面键结的任何物质，以将光致抗蚀剂表面的亲水特性改为较不亲水。清洗液与光致抗蚀剂之间的键结可包括化学键结、离子键结、范德华力键结或其它相类似的键结方式。
举例来说，化学键结可发生在使用1-乙基-3(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide，EDAC)溶液或二乙基胺(diethylamine)溶液时，离子键结可发生在使用二氧化碳或酸溶液时，其提供氢离子与羧基键结。这些形式的键结借由加入有机分子或氢分子来减少光致抗蚀剂表面的羟基与羧基基团增加表面疏水性，而降低毛细力。
经过清洗液清洗后的晶圆是以例如低于200毫米/秒的慢速离开清洗液，以减少光致抗蚀剂图案的倾倒。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
110、210、310：对晶圆进行显影
112：以第一清洗液清洗
114：于烘干第一清洗液前，以第二清洗液清洗
116、216、314：烘干晶圆
212：以去离子水清洗
214：于烘干去离子水前，以清洗液清洗
312：于烘干显影液前，以清洗液清洗

Claims (14)

1、一种光致抗蚀剂层的显影方法，包括：
对一光致抗蚀剂层进行曝光，该光致抗蚀剂层是形成于一晶圆上；
以一显影液对该光致抗蚀剂层进行显影；
以一第一清洗液清洗该晶圆；以及
于烘干该第一清洗液前，以一第二清洗液清洗该晶圆。
2、根据权利要求1所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于以波长低于或等于193纳米的光源对该光致抗蚀剂层进行曝光。
3、根据权利要求1所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于该显影液包括四甲基氢氧化铵。
4、根据权利要求3所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于四甲基氢氧化铵的浓度介于0.1％～2.8％之间。
5、根据权利要求1所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于该第一清洗液包括去离子水、盐类溶液、离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、酸溶液或溶解气体的溶液。
6、根据权利要求5所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于该溶解气体的溶液是溶解有二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氨或二氧化氮气体。
7、根据权利要求1所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于该第二清洗液包括去离子水、盐类溶液、离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、酸溶液或溶解气体的溶液。
8、根据权利要求7所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于该溶解气体的溶液溶解有二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氨或二氧化氮气体。
9、根据权利要求7所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于酸溶液包括硫酸、盐酸、二氧化碳溶液或水溶液。
10、根据权利要求1所述的光致抗蚀剂层的显影方法，还包括烘干该晶圆，其中该烘干步骤是借由压缩干燥的空气、氮气、二氧化碳或氩气的吹气净化、旋转干燥、异丙醇蒸气烘干或上述方法的任意组合而完成。
11、根据权利要求1所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于该晶圆从该第二清洗液移开的速度低于200毫米/秒。
12、根据权利要求1所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于该第一清洗液包括1-乙基-3(3-二甲基胺基丙基)碳二亚胺溶液以及二乙基胺溶液。
13、根据权利要求1所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于该第二清洗液包括1-乙基-3(3-二甲基胺基丙基)碳二亚胺溶液以及二乙基胺溶液。
14、根据权利要求1所述的光致抗蚀剂层的显影方法，其特征在于该晶圆置于一浸润式曝光系统。
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