TWI247336B - System and method for developing a photoresist layer with reduced pattern collapse - Google Patents
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Description
1247336 “五、發明說明（1) [前後參照之相關申請] 本申請案請求美國臨時申請案號60/2758525之優先 權，其申請曰為2001年3月14曰。 [技術領域] - 本發明一般而言係關於積體電路之製程。更詳細而 言，本發明係關於一種在半導體基板上顯像處理光阻層之 改良系統與方法。 [背景技藝] 半導體工業持續地於更小之晶片區域製造愈來愈高密 g之積體電路。大規模積體化（Large Scale "
Integration，LSI )之需求已導引電路尺寸與元件特徵持 續地減小以降低製造成本以及改善電路功能。藉由微影技 術（Lithographic Techno logy)驅動減小結構（如場效電晶 $中之閘極長度）尺寸之能力，而光微影技術則依用於曝 光光阻層之光波長而定。於現今之積體電路電路製程中， 曝光光阻層之光學裝置具有波長248 nm。 波長193 nm做實驗。再者，下 戽止嫩少u ； 丹者下一代先微影技術極可能進展 至光波長1 5 7 nm甚至f輛夕、、由且 ,_ .. , ^ Τΐ1 王更短之波長，如極紫外線（Extreme
Ultra-Violet)微影（例如 13 ηω)。 鲁 在習知之光微影過程中 以電路圖案曝光之後，施加 阻。顯像劑以水洗滌而移除 方式乾燥。 在半導體晶圓鑛上光阻並且 顯像劑至光阻層以移除部分光 並且在後續之蝕刻之前以旋轉 更進一 步減小印刷結構尺寸 之障礙在介於光阻線之間
1247336 五、發明說明（2) ‘ 之圖案崩毀或介於其他光阻結構之間之圖案崩毀，該圖案 崩毀是由水洗滌與乾燥步驟造成。第1圖及第2圖圖示說明 此習知技術所導致之問題。在第1圖中，顯示之晶圓具有 光阻線1 2。洗滌水1 4圖示於洗滌步驟之後以及乾燥之前。 當水蒸發時，水之内稟凝聚力與附著力在光阻線1 2之間產 生表面張力。如第2圖所示，在乾燥過程中表面張力向側 邊拉精細之光阻線1 2，導致圖案崩毀以及破壞最終之蝕 刻。 現在，藉由限制印刷結構尺寸可避免圖案崩毀。已提 出之解決方式是冷凍乾燥洗滌液體（例如三級丁醇， Tert-butanol)。然而，這個方法費時，導致生產量減 少。雖然該方法可以分批處理，但是增加處理之複雜性。 另一已提出之解決方式是使用全氟化己烷 (Perfluorohexane)作為洗蘇劑。谭是，氟化己烧很難沉 積。如果可減少或消除圖案崩毁，則可以印刷較窄之結 構，藉此能夠提高微處理器速度以及基板上較高之元件密 度。 因此，需要一種顯像處理光阻層之改良系統與方法。 再者，需要一種顯像處理光阻層之系統與方法以減少或消 除圖案崩毀。此外，需要一種顯像處理光阻層之系統與方 法以減少在光阻顯像過程中由洗滌水引起之表面張力。以 下所揭示之技術不論它們是否實現一個或更多個以上所提 到之需要，涵蓋所申請之專利範圍領域内之實施例。 [發明揭示]
92058.ptd 第5頁 1247336 “五、發明說明（3) 根據例示之實施例，本發明提供一種顯像室於半導體 晶圓上顯像處理光阻層之方法，包含：施加顯像劑至該光 阻層’施加揮發溶液（Evap〇rating Solution)至該光阻 層；以及，乾燥該光阻層。 ， 根據另一例示之實施例，本發明提供一種在半導體晶 圓上圖案化光阻層之方法，包含：曝光該光阻層；以光阻 顯像劑顯像該光阻層之部分，藉此在晶圓上保留光阻線， 以醇（A 1 coho 1 )洗滌液洗滌該光阻層之顯像部分；以及， 乾燥該晶圓。 _ 根據再另一例示之實施例，本發明提供一種在半導體 晶圓上之積體電路包括以光微影製程製造之元件，該光微 影製程包含步驟：施加光阻層至半導體基板；曝光該光阻 層，以光阻顯像劑顯像該光阻層之部分，藉此在晶圓上保 留光阻線’以醇洗綠液洗務該光阻層之顯像部分；以及， 乾燥該晶圓。 [發明之實施模式] 首先參照第3圖，將說明一種用以顯像具有減少圖案 崩毀之光阻層之系統與方法。首先使用習知光微影技術， 藉由在半導體晶圓2 2 (例如，在晶圓2 2上或在晶圓2 2之上 瞻I)上施加一層光阻以在半導體晶圓22上圖案化光阻層， 接著經由光罩曝光該光阻層。晶圓2 2可包括矽 (Si 1 icon)、鍺（Germanium)等，而且可以是絕緣的、半導 •電的等。光源可以是準分子雷射，具有波長248 nm、193 nm、157 nm或更短（例如，極紫外線（Εϋν)波長）。其他波
92058.ptd 第6頁 1247336 五、發明說明（4) 長可考慮。準分子雷射可以是氟化氪雷射（KrF Laser)、 氟化氬雷射（ArF Laser)、或者氟雷射（f2 Laser)。較佳 地，本文中說明之系統及方法可允許使用具有波長丨9 3 nm 或更短之準分子雷射以產生具有長度丨3 〇 nm之印刷特徵 物。 在光阻層曝光之後，置放半導體晶圓22於顯像室20 中。於顯像步驟，自半導體晶圓2 2移除光阻層之部分。該 光阻層可以是正向或負向光阻層。顯像步驟可以浸泡顯像 (Immersion De ve 1 op i ng )、於成批或單一晶圓模式中喷霧 顯像（Spray Developing)、攪拌顯像（puddle
Developing)、或其他之顯像技術。攪拌顯像技術如第3圖 所示。 首先自顯像劑分配機2 4分配定量之顯像劑至半導體晶 圓22上。以電腦26控制顯像劑分配機24之量、速率、以及 時間。可使用任何於本技術領域或之後發展之已知之不同 顯像劑’例如以水稀釋之驗性溶液、有機溶劑等。於預定 時間顯像劑顯像該光阻層之後，停止顯像動作並且在清洗 步驟其間移除光阻層之部分。 洗務液分配機28於電腦26控制下施加洗務液至半導體 晶圓22以及在半導體晶圓22上之光阻層。可使用其他揮發 >合液。較佳地’揮發 >谷液具有低的表面張力（例如低於水 之表面張力）以及不會實質地溶解該光阻。醇洗滌液可以 是任何成份之洗滌液而其包含醇。醇洗滌液可以是百分之 百的醇，或包含水（例如去離子水、蒸餾水等）及醇兩者。
1247336 -五、發明說明（5) 可使用不同種類之醇’例如異丙醇（I s 〇 pr ο p a η ο 1 )、正丁 醇（N-butyl alcohol)、特丁醇（T-butyl alcohol)、戊醇 (Pentanol)、己醇（Hexanol)等。較佳地，醇洗滌液包含 足夠之醇濃度以降低在顯像劑已移除光阻層之部分之後留 '下之光阻 接著 在顯像步 液3 2說明 滌液3 2包 。依醇 如，可使 足夠之水 液3 2溶解 水與醇之 +，而減 根據 圓2 2，接 足夠之醇 滌液之前 醇以置 或其他特 除表面張 面張力， 面張力。 線之間之表面張力。 參照第4圖，其顯示半導體晶圓2 2之橫剖面圖。 驟之後留下之光阻層之部分為光阻線3 〇。醇洗滿 於乾燥步驟之前。應注意於此例示實施例中醇洗 含足夠之醇濃度以降低光阻線3 0之間之表面張 之種類而定，醇之重量介於1 〇 %與7 〇 %之間。例 用醇與水之混合。再者，醇洗滌液3 2較佳地包含 濃度（例如權重介於30%與90%之間）以避免醇洗滌 光阻線30。較佳地，於醇洗滌液32中存在足夠之 濃度以避免醇洗滌液32影響光阻之形狀及/或尺 少表面張力。此外，水較全氟化己烷容易處理。 另一個實施例，首先施加純水洗滌液至半導體晶 著施加如同上述之醇洗滌液。醇洗滌液可以包含 以置換已施加之大部分純水洗滌液。在使用醇洗 使用純水洗滌液之實施例中，醇洗滌液包含足 換在半導體晶圓22表面上以及相鄰光阻線3〇 ^ ，之間之大部分之水。以醇替代純水以減少二 。藉由具有低醇濃度之醇洗滌液可稍微、
^藉由具有高醇濃度之醇洗滌液可大幅地減二^ 較佳地，醇洗滌液32之醇濃度為使光阻材料彳U
1247336 五、發明說明（6) 或不會溶解或變形。較佳地，H ^ ^ ^ 少表面張力而不影響光阻： = : =水，濃度以減 率大約介於10%wt與70%wt之間/ 、。目子於水之比 择繼之參照第5圖，經由馬達34在電腦26控制下進行接 :之乾燥步驟。藉由㈣、物理移除、或這：下進二接 合，電腦26驅動馬達34以旋轆本m栌a m 99 —乃式之、，〇 劑、已u私 轉丰導體晶因22以移除顯像 劑已顯像之先阻材枓、以及醇洗滌液32。一種式容錄太 =2度或成份之水洗滌液及/或醇洗滌液馬 前、其間、或之後施加至半導體晶圓之達可34考旋慮 1'之乾燥方法，包括在腔室2 0内施加熱或直办。评M二 示實施例，晶圓22以每分鐘4〇〇()轉进 鈾二根據例 秒。 里4UUU轉之逮度旋轉乾燥大約20 線3()Ϊ:Γ』Ϊ=ΠΪ。於習知系統中，以存在光阻 Μ +門尺冼私液乾燥半導體晶圓22導致圖宰崩 ft文中所說明之例示實施例，ϋ由使用醇洗務；‘右:; 地減少或消除表面張力。 蛘冼滌液可有利 根據有利之實施例，在乾燥步驟 可控制在顯像室2。中之環境。經由環境二 可控制在顯像室2〇内之濕度與醇蒸氣之濃度。可 2 26 2〇内之濕度與醇蒸氣之濃度控制於最 、=員像室 體晶圓22上之醇洗蘇液之表面張力。條件以減少在半導 再參照第5圖，於本文中揭示之顯像處理 方法允許光阻線3〇之形成具有高之縱橫比（較佳^ 、认及 3)，藉此能夠在半導體晶圓22上蝕刻較窄之特徵物（相 1247336 丨丨丨 V" 丨_ 丨丨·-丨丨··- ' 1 丨丨…········ _—'1 ............. ................ __ 1 11 -五、發明說明（7) 於先前可行技術）。例如，特徵物可以是具有1 3 0 nm或更 小（較佳地6 0 nm或更小）之印刷特徵尺寸或臨界尺寸而不 會有圖案崩毁。光阻線3 0圖示於第5圖中之半導體晶圓2 2 上，但是另一選擇可以是施加在不同之絕緣層、導體層、 -通孔層、半導體層或其他製造在半導體晶圓2 2之層。 根據另一較佳實施態樣，可以印刷非常窄（較佳地小 於6 0 n in)及高縱橫比之阻線而不會有圖案崩毁。 參照第6圖，在半導體基板44上之積體電路40包含使 用本文揭示之光微影製程製造之元件42。於此例示實施 #彳，元件42之結構46具有長度130 nm或更短。此結構長 度藉由光阻線3 0之高縱橫比而可行。元件42可以是導電單 元，例如金屬氧化半導體場效電晶體或其他裝置。 雖然於圖式及本文中說明之例示實施例現在為較佳 的，應了解這些實施例僅為範例。例如，於醇洗滌液可使 用不同之醇以達到較佳之結果。再者，在顯像及/或洗滌 及/或乾燥步驟中，可在不同時間使用醇洗滌液。因此， 本發明並不侷限於特定實施例，而是涵蓋落在所申請之專 利範圍内之各種變型。
-92058.ptd 第10頁
Claims (1)
- 修正 案號 91104661 六、申請專利範圍 ， 1. 一種在顯像室顯像處理在半導體晶圓上之光阻層之方 法，包括： 施加顯像劑和光至該光阻層； 以第一醇洗滌水洗滌已經顯像處理的光阻層，藉 以移除部分該光阻層； 員 乾燥該光阻層；以及 以第二醇洗滌水洗滌該光阻層。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第二醇洗滌水包含 醇（A 1 coho 1)以及水。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中第一醇洗滌水包含 醇，該醇是選自由異丙醇（Isopropanol)、正丁醇 (Ν—butylalcohol)、特丁醇（T-butyl alcohol)、戍酉享 (P e n t a η ο 1 )、以及己醇（H e X a η ο 1 )所構成之群組。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，復包括：在顯像室提供 醇蒸氣（A 1 c 〇 h ο 1 V a ρ 〇 r )，其中該醇蒸氣具有足夠成份 以減少光阻線之間之表面張力。 5. 如申請專利範圍第3項之方法，其中第一醇洗滌水包含 足夠之醇濃度以減少光阻線之間之表面張力。 6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中第一醇洗滌水包含 足夠之水濃度以避免第一醇洗滌水溶解該光阻層。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，更包括：在施加第一醇 洗；條水之前施加洗務水至該光阻層。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中第一醇洗滌水包含 足夠之醇以置換光阻層上大部分之水。92058.ptc 第1頁 2003.07. 02.012 1247336 案號 91104661 修正 六、申請專利範圍 9.如申請專 上並未溶 1 0 .如申請專 轉半導體 1 1.如申請專 重量介於 1 2 .如申請專 含重量介 1 3 . —種在半 曝光 以光 體晶圓上 以第 乾燥 在乾 1 4 .如申請專 度為1 30 1 5 .如申請專 含重量介 1 6 .如申請專 含醇和水 1 7 .如申請專 含足夠之 1 8 .如申請專 利範圍第1項之方法 解該光阻層。 利範圍第1項之方法 晶圓。 利範圍第1項之方法 1 0 %與7 0 %之醇。 利範圍第1 1項之方法 於3 0 %與9 0 %之水。 導體晶圓上圖案化光 該光阻層； 阻顯像劑顯像該光阻 保留光阻線； 一醇洗滌水洗滌光阻 該光阻層；以及 燥步驟前、中或後提 利範圍第1 3項之方法 n m或更短之印刷特徵 利範圍第1 3項之方法 於1 0 %與7 0 %之醇和重 利範圍第1 3項之方法 其中第一醇洗滌水實質 其中乾燥的步驟包含旋 其中第一醇洗滌水包含 ，其中第一醇洗滌水包 阻層之方法，包括： 層之部分，藉此在半導 層之經顯像的部分； 供第二醇洗滌水。 ，其中該光阻線提供長 物。 ，其中第一醇洗滌水包 量介於3 0 %與9 0 %之水。 ，其中第一醇洗滌水包 利範圍第1 5項之方法，其中第一醇洗滌水包 醇濃度以減少光阻線之間之表面張力。 利範圍第13項之方法，其中光具有為193nm或92058.pic 第2頁 2003. 07.01.013 1247336 案號 91104661 修正 六、申請專利範圍 更短之波長。9205S.ptc 第3頁 2003. 07. 〇]. 014
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