TWI261880B - Photolithography method to prevent photoresist pattern collapse - Google Patents

Description

1261880 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 在此敘述之微影蝕刻應用於在各種不同的基板上形成 圖案’特別是形成極小特徵尺寸之電子元件。該方法可應 用於正或負光阻。 【先前技術】 一 u〜蝕刻疋二維浮雕影像的產物，其對晶圓表面上之 光敏感光阻進行圖案化曝光之後並加以顯影。隨著積體電 路之特欲尺寸與曝光波長持續縮減，光阻材料與其他製程 技術也J[在進步。然而，光阻圖案破裂及污染粒子的問 題仍然不斷發生且難以解決。極薄光阻線圖案會由於一些 口素而倾斜或破裂，因此造成光阻圖案破裂的問題。舉例 來說，該些因素之-可能為光阻材料與基板或底部抗反射 k佈層間之不良的黏附性。其他造成光阻圖案破裂的因素 可能為介於兩相鄰光阻線間之清洗液體的毛細管作用力。 而另一因素則是由疏水性表面所導致的缺陷問題。 【發明内容】 因此本赉月方面疋在提供一種微影餘刻方法，用以 預防光阻圖案破裂。 根據本發明之-較佳實施例，此微影餘刻方法係形成 底部抗反射塗佈層在_基板上，處理該底部抗反射塗佈 層以使其表面為親水性，形成一光阻層在已處理之該底部 5 1261880 以及顯影 抗反射塗佈層上，以_箱中闽电 預疋圖案曝光該光阻層 該光阻層以形成圖案化光阻。 【實施方式】 第1圖疋本發明之一實施例之簡易流程圖，此微影姓 刻方法1G係用以預防光阻圖案破裂。在步驟12中，一底 部抗反射塗佈（bcrnGm anti_refleetive; barc)層形成 在-晶圓基板上。此基板可能為—半導體材料，也可能是 適合其他應用方面的其他材料。在先進微影_中，係使

用一底部抗反射塗佈層以抑制薄膜干涉所造成之反射刻 痕、駐波效應及擺盪比（swingrati〇)，如此來提升關鍵尺寸 的控制能力。在步驟14中，對底部抗反射塗佈層進行一特 別處理。更具體來說，在步驟14中之該特別處理係可使得 底部抗反射塗佈層由疏水性質變成為親水性質，使其底部 抗反射塗佈層之水溶液接觸角小於9〇度，可減少在顯影L 後所形成的缺陷結構。此外，㈣可以提升光阻層與底部 抗反射塗佈層間的黏附性。此處理也可增加薄膜之微粗糙 度以及其與光阻之黏附性。如所示於第2圖中之更多的細 節，此特別處理係包含一電漿處理4〇, 一離子佈植製程4乃 紫外線曝光44，該些處理之任何組合，或該些處理之以及 為了製造該底部抗反射塗佈層親水性之其他適合製程的組 合0 更詳細地說，可在適合的條件下進行底部抗反射塗佈 層之電漿處理40。使用適合的電漿氣體，例如：氣氣、氮 6 1261880 就、一氧化碳、氟氣、氧氣、ι氣、溴，氣、一含氟氣體、 έ石反氣體、一含氣氣體或該些氣體之組合。氣體流速的 fe圍約在50到1〇00每分鐘標準毫升（sccm)之間。電漿腔體 内的壓力範圍約在10到5〇〇毫托耳（mT〇rr)之間。電漿腔體 之反應電源範圍約在100到8〇〇瓦特（Watt)之間。以上所述 之電漿處理設定僅僅只是範例，並不應該過度地限制此製 程之範圍及應用。 電漿處理可單獨應用至底部抗反射塗佈層，或是結合 離子佈植製程及/或紫外線曝光製程來使用。離子佈植製程 也T用於改變底部抗反射塗佈層之原本的疏水性及表面粗 糙度’以及更進一步至少提升底部抗反射塗佈層之黏附性 並減少顯影製程的缺陷結構。離子佈植係包含摻雜物，例 如·氮、氬、氦、磷、砷、硼、矽及氫。佈植離子之劑量 範圍約在約在le1G cm_2到le2〇cm-2之間。舉例來說，離子 佈植此畺範圍約在IkeV到200keV之間。上述該些離子佈 植设定僅僅只是範例，並不應該過度地限制此製程之範圍 及應用。 以紫外線照射係為另一可供選擇之底部抗反射塗佈層 的處理製程，可提升底部抗反射塗佈層與光阻層間之黏附 性並且改善底部抗反射塗佈層之親水性質。舉例來說，使 用务外線照射底部抗反射塗佈層，該紫外線波長範圍約在 150奈米（nm)到480奈米之間。如果可達到期望之作用及/ 或目標，也可使用其他波長。 在步驟14之對底部抗反射塗佈層進行特別處理後，可 1261880 月b進行可選擇的步驟μ，使用六甲基二石夕氮烧 (heXamethyldisilazane; HMDS)塗佈於底部抗反射塗佈層。 此步驟更進一步可提升光阻對其下方之底部抗反射塗佈層 的黏附性。 在步驟18中，在底部抗反射塗佈層上會形成一光阻薄 膜。在步驟20中，晶圓會在溫度範圍9〇。〇到15〇t：之間被 加熱或烘烤，舉例來說，持續幾秒鐘以密實光阻高分子並 蒸發其溶劑。在步驟22中，使用一預定波長透過一遮罩的 圖案來曝光光阻。遮罩圖案因此被轉換至光阻上。舉例來 說，被曝光的光阻在步驟24中以7〇°c到15〇^被加熱或烘 烤1到2为鐘，以放大潛像（iatent image)以及適合於高分 子分裂（polymer cleavage)。在步驟26中，對該光阻使用一 顯影劑。光阻與顯影劑溶液之接觸時間可能會依照顯影劑 溶液之組成而有所不同，其範圍約在丨分鐘到3分鐘之間。 舉例來說，顯影劑溶液係為四甲基氫氧化銨（tmah)溶液。 其他已知或之後發展的適合顯影劑也可被使用。舉例來 說，顯影劑溶液係包含一表面活性劑，例如：鹼性陰離子 表面活性劑、陰離子含磷表面活性劑或非離子表面活性 劑。可藉由一些方法來使用顯影劑溶液，例如：滴在光阻 表面以形成混拌（puddle)、該晶圓被進入顯影劑溶液中或顯 影劑溶液噴m在光阻上。之後，溶解於顯影劑溶液中之曝 光光阻會被移除，且一圖案化光阻層會因此產生。在步驟 28中使用去離子水清洗移除該些溶解之高分子。在步驟π 中，一個可供選用的表面活性劑溶液清洗步驟，可能會接 8 1261880 .在去離子水清洗步驟之後。在步驟32中，晶圓會被旋乾。 在步驟34中，可進行-個可供選用的供烤步驟，以移除光 阻表面上之殘餘濕氣。之後，具有光阻之晶圓會被用來在 該晶圓的表面上形成薄線特徵。 ❹上述之方法，可減少水的表面張力，兩相鄰光阻 、 ®案間的毛細力（caPillaiT force)可因此被減少，並可改善顯 影製程後的圖案破裂問題。因此可避免產生缺陷，例如相 φ _光阻線間之薄膜由於水和顯影劑而縮減所造成的圖案破 裂。底部抗反射塗佈層之親水性表面，也可在旋乾步驟之 後防止在底部抗反射塗佈層上形成水印（watermarks)以及 缺陷。不同於其他解決光阻圖案破裂問題的方法，此方法 不需要硬體的修正、新的底部抗反射塗佈層材料或新的製 程化學品。此方法也不影響整合法則（integrati〇n rule)、改 憂關鍵尺寸或重叠規格（overlay Specificati〇ns)或改變該歧 曝光條件及該遮罩。 φ 雖然以上係具體描述底部抗反射塗佈層之處理，該方 法可能也可類似處理介於基板及光阻薄膜間之其他類型曝 光材料。 .雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 9 1261880 為讓本發明之上述和其他目的、 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如；··’點與實施例 第1圖是預防光阻圖案破裂之微影蝕刻之一方法實施 例之簡易流程圖。 第2圖是底部抗反射塗佈層之處理製程之實施例之簡 易流程圖。 【主要元件符號說明】 io :微影蝕刻 12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34 : 步驟 4〇、42、44 :步驟

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Claims (1)

1261880 十、申請專利範圍： 1·-種微影钱刻方法，包含： 形成-媒介物材料層在—基板上； 該媒介物材料層’使其表面為親水性； 形成一光阻層在該處理媒介物材料上； 以預定圖案曝光該光阻層；以及 顯影該光阻層以形成圖案化光阻。 2.如申請專利範圍第丨項所述之 材料層包含-底部抗反射塗佈層。 、中《"物 人2如中請專利範圍第1項所述之方法，其中形成該媒 ^物材料層包含形成一親水性材料層。 4·如申睛專利範圍第3項所述之方法，其中該親水性 材料層之水溶液接觸角小於9〇度。 5.如申睛專利範圍第丨項所述之方法，其中處理該媒 介物材料層包含以一電漿接觸該媒介物材料層。 6·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中處理該媒 介物材料層包含以一電漿氣體接觸該媒介物材料層，該電 漿氣體係選自於由氮氣、氬氣、一氧化碳、氟氣、氧氣、 氖氣、溴氣、一含氟氣體、一含碳氣體、一含氯氣俨及一 1261880 其組合所組成的群組。 7·如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中處理該媒 介物材料層包含使用50到1000每分鐘標準毫升（sccm)之間 的氣體流速’以及纟1G Μ 5⑽毫托耳（mW)之間的壓力範 圍下’將該媒介物材料層暴露於一電漿氣體中。 8.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中處理該媒 介物材料層包含以紫外線輻射照射該媒介物材料層。 人9.如申請專利範圍第i項所述之方法，其中處理該媒 介物材料層包含以紫外線輕射照射該媒介物材料層，該紫 外線幸田射之波長範圍約在15〇奈米（細)到彻奈米（細 間0 1〇.如申請專利範圍第1項所述之方法，中處理^•亥 媒介物材料層包含佈植-預定種類的離子於該媒介物㈣ 層中。 η.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中處理該 媒介物材料層包含佈植_預定種類的離子於該媒介物材料 層中’該離子種類係選自於由m、n蝴、 石夕及氫所組成的群組。 12 1261880 12.如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中處理該 媒介物材料層包含以範圍約在lel〇 〇111_2到le2〇cm_2間之一 預定劑量，在該媒介物材料層中佈植離子。 h 13.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中處理該 . 媒介物材料層包含以範圍約在IkeV到200keV間之一預定 能量，在該媒介物材料層中佈植離子。 _ I4.如申請專利範圍第1項所述之方法，更進—步包 含使用六甲基二石夕氮燒（HMDS)塗佈於該媒介物材料層。 15. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更進一步包 含使用一清洗溶液清洗該被顯影之該光阻層。 16. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中處理該 φ 媒介物材料層包含電漿處理及離子佈植。 17·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中處理該 媒介物材料層包含錢處理及紫外線輻射。 人 ‘ 18·如中請專利範圍第「項所述之方法，其中處理該 媒介物材料層包含料線輻射及離子佈植。 19.如中請專利範圍第1項料之方法，其中處理該 13 1261880 媒介物材料層包含電漿處理、離子佈植及紫外線輻射。 2 0 · 一種微影餘刻方法，包含·· 形成一底部抗反射塗佈層在一基板上； 以—電漿接觸該底部抗反射塗佈層； 形成一光阻層在已處理之該底部抗反射塗佈層上； 以一預定圖案曝光該光阻層；以及 顯影該光阻層以形成圖案化光阻。 21 · —種微影餘刻方法，包含： 形成一底部抗反射塗佈層在一基板上； 以紫外線輻射照射該底部抗反射塗佈層，以使其表面 為親水性； 形成一光阻層在已處理之該底部抗反射塗佈層上； 以一預定圖案曝光該光阻層；以及 顯影該光阻層以形成圖案化光阻。 22· —種微影飯刻方法，包含： 形成一底部抗反射塗佈層在一基板上； 佈植離子在該底部抗反射塗佈層中，以使其表面為親 水性； 形成一光阻層在已處理之該底部抗反射塗佈層上； 以一預定圖案曝光該光阻層；以及 顯影該光阻層以形成圖案化光阻。 14 1261880 2 3 · —種微影餘刻方法，包含： 形成一底部抗反射塗佈層在一基板上； 以一電漿接觸該底部抗反射塗佈層，已使其表面為親 水性及粗糙； 形成一光阻層在已處理之該底部抗反射塗佈層上；

以一預定圖案曝光該光阻層；以及 顯影該光阻層以形成圖案化光阻。

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