CN1700096A - 用于浸没式光刻的液体组合物及光刻法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露用于浸没式光刻的液体组合物，及使用该组合物的光刻法。该液体组合物包括至少一种非离子表面活性剂，其选自聚乙烯醇、季戊四醇类化合物、包含环氧烷的聚合物以及化学式I代表的化合物，其中R为直链或支链的取代的C1－C40烷基，且n为10到10,000的整数。该液体组合物的表面张力由于非离子表面活性剂的存在而下降，因此可解决该液体组合物在具有精细布局的晶片上无法被完全填满和被部分浓缩的问题，并且可移除光刻胶膜和该液体组合物之间的微形气泡。(见式Ⅰ)

Description

用于浸没式光刻的液体组合物及光刻法
技术领域
本发明涉及用于浸没式光刻(immersion lithography)的液体组合物和光刻法。更具体地，本发明涉及尺寸小于50纳米(nm)装置的显影光刻法中，用于浸没式光刻的液体组合物，以及使用该液体组合物的光刻法。
背景技术
目前所用的光刻法为干式光刻法，其使用在曝光透镜和晶片之间填充空气用的一种曝光系统。
当为干式光刻法时，用于显影50纳米装置的新颖曝光系统使用F2激光或远紫外线(EUV)激光作为光源。因此，F2激光在显影薄膜时产生问题，而远紫外线激光则会在显影掩膜和光源时发生问题，从而为装置大量制造时的一个缺点。
为了解决上述问题，已经将浸没式光刻法发展成为惰性的光刻法(noblelithography process)。
该浸没式光刻可改善分辨能力，所采取的方式为在最终投影透镜和晶片中置放液体，并且增加光学系统的数值孔径(下文简写为“NA”)(相当于液体的折射率)。此处，透过液体的光源的实际波长相当于空气中的波长除以相应介质的折射率所得的数值。因此，当波长为193纳米的光(ArF激光)通过水介质时，离开该介质的ArF激光的波长会从193纳米降到134纳米(以水的折射率1.44为基准)，获得与较短光源(例如，157纳米的F2激光)的相同效果。
图1为说明浸泡式曝光计(immersion exposer)优点的图。如图所示，当既定间距中的NA值为固定时，显示其焦距深度(下文简写为“DOF”)增加。当NA值增加到大于1时，透镜的分辨能力会获得改善。
对于50纳米装置的显影而言，用于浸没式光刻的液体组合物必须使用上述浸没式光刻法。在此，用于浸没式光刻的液体组合物应该要能够将晶片的精细布局(fine topology)表面完全覆盖，并且微形气泡应该要从光刻胶膜和该液体组合物间被完全移除。
图2为说明常规浸没式光刻法中问题实例的横截面图。当将用于浸没式光刻的液体组合物20涂覆于具有精细布局的晶片10上时，图2显示该液体组合物20无法完全地填充在该晶片10的精细布局上(以“A”表示)。
因为不被该液体组合物填充的部分反而是被空气所填满，图案的分辨能力由于液体组合物和空气折射率的差异而会大幅度的下降。
发明内容
本发明披露一种用于浸没式光刻的液体组合物。该液体组合物包含主要成份和添加剂，其中该主要成份为水，且该添加剂为非离子表面活性剂，其选自聚乙烯醇、季戊四醇类化合物、包含环氧烷的聚合物、如下化学式I代表的化合物和其混合物。该式I化合物为：
其中R为直链或支链的取代的C1-C40烷基，且n为10到10,000的整数。
本文也公开了制造半导体器件的方法。该方法包括提供晶片，于该晶片上形成光刻胶膜，利用上文所述含非离子表面活性剂的液体组合物曝光该光刻胶膜，以及显影经曝光的光刻胶膜，获得光刻胶图案。
附图说明
为能够更完整地了解本发明，应参考以下详细说明和附图，其中：
图1为说明浸泡式曝光计优点的图；
图2为说明常规浸没式光刻法中问题的实例的横截面图；
图3a为说明本发明实施方式的浴缸式(bath-type)的浸没式光刻装置的横截面图；
图3b为说明本发明实施方式的淋浴式(shower-type)的浸没式光刻装置的横截面图；和
图3c为说明本发明实施方式的潜艇式(submarine-type)的浸没式光刻装置的横截面图。
虽然所揭示发明可以有各种不同形式的实施方式，附图(下文将予以说明)中图解说明本发明的具体实施方式，但必须了解地是，公开的内容和图式用于解说，并非意图用来将本发明限制于其中所述的具体实施方式。
附图中各组件的符号
10晶片
20液体组合物
30浸没透镜(immersion lens)单元
40晶片座台(wafer stage)
50投影透镜(projection lens)单元
具体实施方式
本文提供用于浸没式光刻的液体组合物，该组合物包含作为主要成份的水和作为添加剂的非离子表面活性剂。
本文所述表面活性剂应对光源是透明的，其折射率与水相近，并且若将其加入用于浸没式光刻的液体组合物中时，不会在其间产生气泡。
满足以上条件的表面活性剂优选为非离子表面活性剂，而更优选为该非离子表面活性剂不包含芳香基团。
该非离子表面活性剂优选选自化学式I代表的化合物(如下所示)、聚乙烯醇、季戊四醇类化合物、包含环氧烷的聚合物和其混合物。
Figure A20041008198300061
其中R为直链或支链的取代的C1-C40烷基，且n为10到10,000的整数。
以组合物总重为基准，该表面活性剂的含量优选为0.01重量％(wt.％)到5wt.％，更优选为0.05wt.％到1wt.％。
当表面活性剂的量超过5wt.％时，透镜在曝光时会被表面活性剂所污染，并且发现假如表面活性剂的量低于0.01wt.％时，其效果就不是那么地显著。
式I化合物优选选自聚氧乙烯月桂醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯十八烷基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯-异辛基环己醚、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇三油酸酯和其混合物。
聚乙烯醇的重均分子量优选为1,000到150,000。
季戊四醇类化合物的数均分子量优选为10到10,000。
季戊四醇类化合物优选选自季戊四醇乙氧化物、季戊四醇单油酸酯和其混合物。
包含环氧烷之聚合物的数均分子量优选为10到20,000。
该环氧烷选自环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷和其组合。以聚合物总重为基准，此处环氧烷的含量为70wt.％到90wt.％。
当环氧烷的含量超过90wt.％时，表面活性剂的效果会下降，并且如果在环氧烷含量低于70wt.％情况下，当将表面活性剂溶于水中时，其为不透明。
包含环氧烷的聚合物为包含80wt.％环氧乙烷以及数均分子量为2,250的聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)，包含82.5wt.％环氧乙烷以及数均分子量为14,600的聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)，或是包含80wt.％环氧乙烷以及数均分子量为8,400的聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)。
例如，包含80wt.％环氧乙烷的聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)是指，聚(乙二醇)的含量占聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)总重的80wt.％。
在液体组合物中，当水为去离子水时，其温度范围为20℃到25℃，优选为22℃到23℃，并且经过滤除去杂质。
此外，将已经通过过滤器除去杂质的去离子水与表面活性剂混合，然后再次过滤，获得所公开的用于浸没式光刻的液体组合物。
所公开的用于浸没式光刻的液体组合物包含上述非离子表面活性剂，其可降低液体组合物的表面张力。因此，使用本发明液体组合物时，液体组合物无法在具有精细布局的晶片和普通的晶片上被完全填满和被部分浓缩的问题可获得解决，并且得以移除介于光刻胶膜和该液体组合物间的微形气泡。
本发明也提供浸没式光刻装置，其包含浸没透镜单元、晶片座台和投影透镜单元，其中所公开的用于浸没式光刻的液体组合物使用在浸没透镜单元中。
上述浸没透镜单元装设成具有用于浸没式光刻的液体组合物的接收部分，供给部分和复原部分。
安装在晶片座台上的晶片包括具有精细布局的晶片和普通的晶片，并且所公开的用于浸没式光刻装置优选选自淋浴式装置，浴缸式装置和潜艇式的装置。
参照图3a，图3a图示一种浴缸式的浸没式光刻装置，其包含浸没透镜单元30，以使用于浸没式光刻的液体组合物20可覆盖晶片10的整个表面。
参照图3b，图3b图示一种淋浴式的浸没式光刻装置，其包含浸没透镜单元30，以在投影透镜单元50下方处接收用于浸没式光刻的液体组合物20。
参照图3c，图3c图示一种潜艇式的浸没式光刻装置，其包含浸没透镜单元30，此处安装于晶片10上的晶片座台40被浸没在用于浸没式光刻的液体组合物20中。
此外，本发明提供浸没式光刻法，其利用所公开的用于浸没式光刻的液体组合物。
亦提供半导体器件，其利用所公开的用于浸没式光刻的液体组合物而制造的。
再者，提供制造半导体器件的方法。该方法包括提供晶片，于该晶片上形成光刻胶膜，利用所公开的用于浸没式光刻的液体组合物曝光该光刻胶膜，以及显影经曝光的光刻胶膜，获得光刻胶图案。
上述晶片包括普通的晶片或是具有精细布局的晶片。
该曝光步骤优选包含让光源通过该液体组合物的步骤。
下文中本发明将参考以下实例作更详细的说明，该等实例其并意图用来限制本发明。
制备实施例1
将Aldrich公司所生产1克的聚氧乙烯月桂醚(产品名称：Brij 35)溶解于500克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例2
将Aldrich公司所生产1克的聚氧乙烯十六烷基醚(产品名称：Brij 58)溶解于500克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例3
将Aldrich公司所生产1克的聚氧乙烯十八烷基醚(产品名称：Brij 78)溶解于500克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例4
将Aldrich公司所生产1克的聚氧乙烯油基醚(产品名称：Brij 98)溶解于500克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例5
将Aldrich公司所生产1克的聚氧乙烯-异辛基环己醚(产品名称：TritonX-100)溶解于500克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例6
将Aldrich公司所生产1克的聚氧乙烯脱水山梨糖醇单月桂酸酯(产品名称：Tween 20)溶解于500克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例7
将Aldrich公司所生产1克的聚氧乙烯脱水山梨糖醇单硬脂酸酯(产品名称：Tween 60)溶解于500克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例8
将Aldrich公司所生产l克的聚氧乙烯脱水山梨糖醇单油酸酯(产品名称：Tween 80)溶解于500克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例9
将Aldrich公司所生产1克的聚氧乙烯脱水山梨糖醇三油酸酯(产品名称：Tween 85)溶解于500克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例10
将重均分子量为13,000到23,000的1克聚乙烯醇(Ald#34,840，98-99wt.％水解的)溶解于300克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例11
将重均分子量为85,000到146,000的1克聚乙烯醇(Ald#36,314，98-99％水解的)溶解于400克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例12
将数均分子量为约270的5克季戊四醇乙氧化物(Ald#41,615-0)溶解于300克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例13
将数均分子量为约797的5克季戊四醇乙氧化物(Ald#41,873-0)溶解于300克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例14
将数均分子量为约426的5克季戊四醇乙氧化物(Ald#41,874-9)溶解于300克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例15
将Thornley所生产1克季戊四醇单油酸酯(产品名称Spipoest PEMO)溶解于400克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例16
将1克包含80wt.％环氧乙烷以及数均分子量为2,250的聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)(Aldrich#52590-1)溶解于400克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例17
将1克包含82.5wt.％环氧乙烷以及数均分子量为14,600的聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)(Aldrich#54234-2)溶解于400克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
制备实施例18
将1克包含80wt.％环氧乙烷以及数均分子量为8,400的聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)(Aldrich#41232-5)溶解于400克去离子水中，由此获得用于浸没式光刻的液体组合物。
实施例1-9
制备实施例1-9所得用于浸没式光刻的液体组合物的折射率范围经显示为1.42到1.44，其为本发明希望获得的结果。
实施例10-11
制备实施例10-11所得用于浸没式光刻的液体组合物的折射率范围经显示为1.42到1.44，其为本发明希望获得的结果。
实施例12-15
制备实施例12-15所得用于浸没式光刻的液体组合物的折射率范围经显示为1.41到1.44，其为本发明希望获得的结果。
实施例16-18
制备实施例16-18所得用于浸没式光刻的液体组合物的折射率范围经显示为1.42到1.44，其为本发明希望获得的结果。
如上文所讨论，在本发明的实施方式中，使用用于浸没式光刻的液体组合物进行浸没式光刻法，该液体组合物包含作为添加剂的非离子表面活性剂和为主要成份的水。如此一来，该液体组合物的表面张力由于非离子表面活性剂的存在而下降，因此可解决该液体组合物在具有精细布局的晶片上无法被完全填满和被部分浓缩的问题，并且可移除光刻胶膜和该液体组合物之间的微形气泡。
以上说明仅供清楚了解本发明之用，不应由其中作任何不必要的限制性理解，正如在本发明范围内所作的修饰，对本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于浸没式光刻的液体组合物，包含主要成份和添加剂，其中该主要成份为水且该添加剂为非离子表面活性剂。
2.权利要求1的液体组合物，其中该非离子表面活性剂选自化学式I代表的化合物、聚乙烯醇、季戊四醇类化合物、包含环氧烷的聚合物和其混合物；
其中R为直链或支链的取代的C1-C40烷基；以及
n为10到10,000的整数。
3.权利要求1的液体组合物，其中以组合物总重为基准，该非离子表面活性剂的含量为0.01wt.％到5wt.％。
4.权利要求3的液体组合物，其中以组合物总重为基准，该非离子表面活性剂的含量为0.05wt.％到1wt.％。
5.权利要求2的液体组合物，其中化学式I代表的化合物选自聚氧乙烯月桂醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯十八烷基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯-异辛基环己醚、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇三油酸酯和其混合物。
6.权利要求2的液体组合物，其中聚乙烯醇的重均分子量为1,000到150,000。
7.权利要求2的液体组合物，其中季戊四醇类化合物的数均分子量为10到10,000。
8.权利要求2的液体组合物，其中该季戊四醇类化合物选自季戊四醇乙氧化物、季戊四醇单油酸酯和其混合物。
9.权利要求2的液体组合物，其中包含环氧烷的聚合物的数均分子量为10到20,000。
10.权利要求2的液体组合物，其中环氧烷选自环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷和其组合。
11.权利要求2的液体组合物，其中以聚合物总重为基准，该环氧烷的含量为70wt.％到90wt.％。
12.权利要求1的液体组合物，其中水为去离子水。
13.一种浸没式光刻装置，其包含浸没透镜单元、晶片座台和投影透镜单元，其中权利要求1的液体组合物使用在该浸没单元中。
14.权利要求13的浸没式光刻装置，其中该装置选自淋浴式装置、浴缸式装置和潜艇式装置。
15.权利要求13的浸没式光刻装置，进一步包括安装在晶片座台上的晶片，该晶片具有精细布局。
16.一种浸没式光刻法，其使用权利要求1的液体组合物。
17.一种制造半导体器件的方法，该方法包含：
(a)提供晶片；
(b)于该晶片上形成光刻胶膜；
(c)利用权利要求1的液体组合物曝光该光刻胶膜；以及
(d)显影经曝光的光刻胶膜，获得光刻胶图案。
18.权利要求17的方法，其中该晶片具有精细布局。
19.权利要求17的方法，其中步骤(c)包含让光源通过该液体组合物的步骤。
20.一种半导体器件，其由包含下列步骤的方法制得：
(a)提供晶片；
(b)于该晶片上形成光刻胶膜；
(c)利用权利要求1的液体组合物曝光该光刻胶膜；以及
(d)显影经曝光的光刻胶膜，获得光刻胶图案。
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