TWI267908B - Immersion photolithography with megasonic rinse - Google Patents

Description

Ϊ267908 九、發明說明 ..... .... ： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種微影技術，且特別係有關於一種浸 潤式微影技術。 【先前技術】 微影是一種將光罩上的圖案轉移到覆蓋在晶圓表面的 光阻上的步驟。反潤式微影是一種先進之微影製程技術，其 曝光過程之進行是透過晶圓表面與鏡頭之間所填充的液 體比起-般在空氣中使用的鏡頭，使用浸潤式微影技術可 以達到更高的數值孔隙（Numedcal Aperture)，因而有更好的 解析度。其-人，由於更小#元件特徵具有較少的$焦深度， 正田朝著印製更小元件特徵的同時，浸潤法能讓聚焦深 度的減少趨缓。再者，由於在曝光波長未改變情況下，即可 獲得上述優點’因此利用現有的材料與方法可進 .更小的特徵大小。 ” 【發明内容】 本發明㈣的京尤是在提供一種成本低廉兼具更好的解 析度之微影製程，其係於晶圓表面與鏡頭之間填充浸式曝光 液體’藉以讓鏡頭可以有更高的數值孔隙，因而有更好的解 析度。本發明藉由添加較便宜之填充浸式曝光液體，不僅可 印製更小元件特徵，更降低其製造成本。 根據本發明，於浸式曝光前，先形成光阻於基板上，然 1267908 後將光阻進行軟烤步驟。並使用利用超音波振動且内含去離 子水的沖洗液來沖洗光阻，這些步驟可增進基板與光阻的附 著力、移除光祖物質内的水溶分子，以防止其在浸式曝光中 溶出等’以便浸式曝光的進行。 -依知本發明一實施例，上述百萬赫級超音波沖洗 • (Megascmic Rinse)方法至少包含使用至少一百萬赫級超音 波轉能器（Megasonic Tranducer)，其中此音波轉能器之頻率 • 範圍介於約1〇KHz至約l〇〇〇KHz之間，用來沖洗晶圓。 依照本發明一實施例，上述浸潤式微影製程的儀器，至 .少包括··將放射線導引到位在基板上光阻的鏡頭、位於鏡頭 與光阻之間的介面、用來可將溶液引入到介面的入口、用來 將溶液從介面内排出的出口、用來振動介面裡面的溶液的百 萬赫級超音波轉能器。 依照本發明一實施例，上述百萬赫級超音波沖洗液體可 包抬去離子水、界面活性劑（Surfactant)、高分子聚合物 _ (Polymer)、以及緩衝劑（Buffer)等成份。 根據本發明，於浸式曝光後，對晶圓進行後曝光烘烤、 、 光阻顯影與加熱基板與光阻等步驟。這些步驟可用以增進晶 圓與光阻的附著力、移除溶劑、增加光阻的抗蝕性等。 應用本發明之微影製程方法，其成本低廉且解析度高， 因此可以達到更小的元件特徵。 式 方 施 實 浸式曝光（Immersion Exposure)的步驟可在晶圓與鏡頭 6

Dimension Unif_ity)。μ著在鏡頭的光阻可能不易清除， 而可能需要更頻繁地維護與更新儀器。溶解的光阻可至少包 括光I產生劑（Photo Acid Generator ; PAG)，當光阻與浸潤 液體接觸時，將光酸產生劑釋放至浸潤液體中。溶解的光酸

1267908 之間的二隙加入去離子水或其他適合的浸式曝光液體。雖然 曝光時間很短，光阻材料仍可能會溶於浸式曝光液體中，而 造成無法預知的問題。例如，溶入浸式曝光液體之光阻可能 會附著到鏡頭表面上，因而影響關鍵尺寸之一致性（Cdticai 產生劑通常被認為是造成鏡頭污染的主要原因。其他溶解的 物質像是光阻高分子聚合物、抑制劑（Quencher)、溶劑 (Solvent)、脫氣（〇utgas)亦會污染鏡頭，而影響曝光效果。 先别技術中有提到在光阻上塗佈特別的物質來減少光阻材 料 >谷出之衝擊。然而這種方法卻提高了整體製作時間與成 本。 除了光阻溶入浸式曝光液體之問題外，另一個問題是微 泡會在液體内生成與凝聚。在曝光的過程中，附著在光阻上 的微泡會導致轉移影像的不正確。 明苓知第1圖，其係繪示微影過程的實施例之簡化流程 圖在步驟10中，形成光阻於晶圓基板的表面上。光阻可 以疋負光阻或是正光阻，也可以是用現存材料或是日後發展 出來材料所製成。例如，光阻可以是化學倍增式光阻 (Chemical Amplification Resist)，也可以是一個、兩個、多 重成份的光阻系統。應用光阻時，可利用旋塗（Spin c〇ating) 或是其他合適的程序。在應用光阻之前，晶圓可事先經過處 7 1267908 理’以備進人接下來的微影程序。例如’在應用光阻之前， 晶圓可先：清洗、烘乾及/或塗抹一層增進附著力的物質。 在γ秫12中，加熱晶圓，以排除溶劑，增進晶圓盥光 阻間的附著力’並且利用退火(八_卟來消除在旋轉過程中 所產生的應力。步驟12即-般所謂的軟烤過程(Soft Bake s=)舉例而吕，通常係將晶圓加熱至約90»c至約14〇 °C。晶圓之加熱時間可例如持續約30秒至約200秒。而後， 晶圓可獲准進入步驟丨4，來進行冷卻。 在步驟16中，對晶圓進行百萬赫級之超音波沖洗處 百萬赫、、及之起音波沖洗是利用頻率介於約1 至約 1000ΚΗΖ的振盪或脈動液體來沖洗晶圓。把晶圓沉浸在裝 於槽内的百萬赫級超音波振動液體或是置於喷液噴嘴 (Spray NGzzle)下。舉例而言，百萬赫級超音波沖洗液體通 常可至少包含去離子水，且可另外包含界面活性劑、高分子 聚合物及/或緩衝劑等成份。合適的界面活性劑的一個：子 包括全氟辛烷磺酸（PF0S)。合適的高分子聚合物的一個例 子包括八氟環丙烷。合適的緩衝劑的一個例子包括磷 酸（Phosphate)。界面活性劑可以是現在已知或曰後發展出之 離子、陰離子性的界面活性劑。一種或多種百萬赫級超音波 轉能器可用以在沖洗液内產生振盪能量。百萬赫級超音波沖 洗步驟可用以移除光阻物質内的水溶分子，以防止其在浸弋 曝光中溶出。百萬赫級超音波沖洗步驟可用以移除光阻物質 内的氣體。百萬赫級超音波沖洗步驟亦可用以將光阻内部之 水分子引出，以增加光阻的親水性。光阻的親水性增加

曰 J 1267908 在對準階段運動（Alignment Stage Movement)、曝光 '曝光 儀器活動期間阻止微泡形成。因此，百萬赫級超音波沖洗步 驟係用以移除可能溶出之分子，以及填充光阻内會污染浸潤 曝光液體的氣穴（Air Pocket)。百萬赫級超音波沖洗會持續 進行約5秒至約1 〇分鐘。浸潤液體會灑到晶圓上，或是注 入浸潤浴（Immersion Bath)然後將液體排掉。 在其中的一個應用，如第2圖所示，百萬赫級超音波沖 洗與浸潤曝光可在同-個反應室中進行。設備3()包括投影 光學儀器32，而此投影光學儀器32用來將放射光線直接發 射到晶圓34上。一個或多個百萬赫級超音波轉能器％可在 百萬赫級超音波沖洗步驟時開啟，接著於浸式曝光步驟時關 掉。百萬赫級超音波溶液與浸式曝光液可透過入〇 4〇而引 入位於晶圓34與光學鏡頭之間的介%，再經由出口 42 排掉。入口 40可至少包括一個噴水喷嘴。百萬赫級超音波 能源產生器(Megas〇nic Energy Generat〇r)耦合到此喷水喷 嘴。晶圓34放置在晶圓平台（财以加㈣料上，其中此晶 圓平台44可至少包括真空盤’藉以將晶圓固定在適當的地 方。而晶圓平台44可根據所需沖洗與掃描動作來移動或是 旋轉。在百萬赫級超音波沖洗步驟後，接著可進行一個 個額外的去離子水沖洗步驟，其中此去離子水沖洗步驟可在 設備3"執行。其他的替代方法還有可將晶 萬赫級超音波能源產生器輕合的槽，來進行百萬赫級超：波 沖洗步驟。能源產生器㈣並 * ^ θ ^ 圓。 _亚&供&予浸潤溶液來沖洗晶 1267908 進仃反潤曝光步驟。把晶圓與光阻浸入 浸潤式曝光液體中，並透過# 遗過先罩而暴露在放射源下。放射源 =是紫外線光源’例如氟化紅(KrF，248nm)、氟化氬(峨 二)、或氟(f2, 157nm)準分子雷射。晶圓暴露在放射源 :持、，-預設時間’其中此預設時間是取決於所用光阻的種 1、紫外線光源的強度及/或其他的因素。舉例而言，曝光 時間可持績約〇·2秒至約3〇秒之間。 在步驟20中’接著加熱已曝光過之光阻，以進行曝光 後烘烤處理。這個步驟會讓曝光光酸與高分子聚合物發生反 ^而讓高分子聚合物溶解。晶圓可例如加熱至溫度介於約 C至約15〇。(：之間，且加熱時間可持續約％秒至約· 秒。移除已曝光之光阻（正光阻）或未曝光之光阻（負光阻）， 而留下所需的罩幕圖案。將晶圓浸於顯影液中持續一段預設 時間二在這段預設時間内會溶解或移除掉—部份的光阻。舉

Hi:可將晶圓浸於顯影液中約5秒至約6〇秒。顯影液 的成为疋依光阻的成分而定。 在步驟24中，加熱晶圓以進行顯影後硬烤。這個步驟 =步移除^、增進附著力，並且增加光阻的抗㈣性。 牛例而吕，可將晶圓加熱至溫度介於約9〇〇c至約13〇它之 間，且加熱時間可例如持續約3〇秒至約2〇〇秒。而後，具 有圖案化光阻的晶圓可用來形成-或多層的材料層，來形成 元件特徵。 7 浸式曝光之前的百萬赫級超音波沖洗步驟中，移除在曝 光過程中易溶人浸式曝光液體的光阻分子，以及填滿可能^ 1267908 致微泡生成之空隙。這些在浸式曝光液體内的污染物質會破 壞曝光過程。例如，光阻分子可能附著在鏡頭上而改變鏡頭 的光學效果、改變液體的折射指數、危及關鍵尺寸之—致 性。附著在鏡頭以及其他硬體上的光阻亦可能需要額外的設 備維遵。微泡的生成亦會影響液體的折射指數，而產生錯誤 的光阻圖像。 雖然本發明的實施例已詳細揭露如上，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】 第1圖係繪示一種使用百萬赫級超音波沖洗的浸潤式 微影製程之實施例之簡化流程圖。 第2圖係繪示一種執行使用百萬赫級超音波沖洗的浸 潤式微影製程的設備之實施例之簡化示意圖。 【主要元件符 號 說明】 10 形成 光 阻於晶圓表面上 14 冷卻 16 百萬 赫 級超音波沖洗 18 浸式 曝 光 22 光阻 顯 影 12 :加熱 2 0 :曝光後棋烤 24 :加熱 1267908 30 ： 設備 32 ： 34 ： 晶 圓 36 ： 38 ： 介 面 40 ： 42 ： 出 π 投影光學儀器 超音波轉能器 入口

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Claims (1)

1267908 圍 、申請專利範 1 · 一種浸潤式與旦〆+丄 ^ 、铖影方法，至少包括： 形成一光阻於 利用由至少— 洗該光阻；以及 當該光阻浸於 '基板上； 百萬赫級超音波源振動之一沖洗液來沖 下 液體内時’將該光阻暴露於一放射源 至少包括使用内含去離子水之一振動 2·如中凊專利範圍第工項所述之浸方法，其 中沖洗該光阻之步 沖洗液。 申請專利範圍第1項所述之浸潤式微影方法，其 括1/邊光阻之步驟至少包括使用内含—界面活性劑之一 振動沖洗液。 沖洗液 :::===:::=方= 5·如申請專利範圍第1項所述之浸潤 中沖洗該光阻之步驟至少包括使用内含J〜方法’其 -振動沖洗液。 0分子聚合物之 13 l2679〇8 6·如申請專利範 中沖洗該光阻之步驟 的沖洗液浴。 圍第1項所述之浸潤式微影方法，其 至少包括使用一百萬赫級超音波振動 、、7.如申請專利範圍第i項所述之浸潤式微影方法，其中 冲洗該光阻之步驟至少包括使用一百萬赫級超音波振動的 冲洗液喷液。 8·如申請專利範圍第丨項所述之浸潤式微影方法，其 中Γί該光阻之步驟至少包括使用至少-百萬赫級超音波 轉能器（Megas〇nic Tranducer)，且該音波轉能器之頻率範圍 介於約ΙΟΚΗζ至約ιοοοκΗζ之間。 9.如申請專利範圍第丨項所述之浸潤式微影方法，更 至少包括在使用超音波振動之該沖洗液沖洗該光阻之前，先 加熱該基板與該光阻。 I 〇·如申請專利範圍第丨項所述之浸潤式微影方法，更 至少包括在使用超音波振動之該沖洗液沖洗該光阻之前，先 利用去離子水沖洗該光阻。 II ·如申請專利範圍第1項所述之浸潤式微影方法，更 至少包括在該光阻顯影之後，加熱該基板與該光阻。 14 1267908 12·種浸潤式微影方法，至少包括： 形成—光阻於一基板上； 對該光阻進行—軟烤步驟； 液來含::子水之-百萬赫級超音波振動沖洗 田口亥光阻浸於—液體時，將該光阻暴露於—放射源下。 :3:如申凊專利範圍第12項所述之浸潤式微影方法， 〃沖洗該光阻之步驟至少包括使用内含一界面活性劑之 一百萬赫級超音波振動沖洗液。 14. 如申請專利範圍第12項所述之浸潤式微影方法， 其中沖洗該光阻之步驟至少包括使用内含_緩衝劑之一百 萬赫級超音波振動沖洗液。 15. 如巾請專職圍第12項所述之㈣式微影方法， 其中沖洗該光阻之步驟至少包括使用一百萬赫 動的一沖洗液浴。 孤 b•如申請專利範圍第12項所述之浸潤式微影方 其中沖洗該光 動的一沖洗液噴液 包括使用一 法 百萬赫級超音波振 15 1267908 17.如申請專利範圍第12項所述之浸潤式微影方法， 其中沖洗該光阻之步驟至少包括使用至少—超音波轉能 器，且該音波轉能器之頻率範圍介於約1〇KHz至約ι〇〇〇κΗζ 之間。 1 8 ·如申印專利範圍第12項所述之浸潤式微影方法， 更至少包括在該光阻顯影之後，加熱該基板與該光阻。 19· 一種浸潤式微影儀器，至少包括： 一鏡頭，用以將放射線直接投射至形成於一基板上之一 光阻； 一介面，位於該鏡頭與該光阻之間； 一入口，用來將一液體溶液導入位在該鏡頭與該光阻之 間的該介面； 一出口，用來將該液體溶液從該介面排出；以及 至少一百萬赫級超音波轉能器，用以振動該介面中之該 液體溶液。 20.如申請專利範圍第1 9項所述之浸潤式微影儀器， 其中該液體溶液至少包括一百萬赫級超音波沖洗液。 21 ·如申請專利範圍第19項所述之浸潤式微影儀器， 其中該液體溶液至少包括一浸式曝光液體。 16 1267908 22.如申請專利範圍第1 9項所述之浸潤式微影儀器 其中該液體溶液至少包括去離子水。 23 ·如申請專利範圍第1 9項所述之浸潤式微影儀器 其中該液體溶液至少包括一界面活性劑。 24.如申請專利範圍第1 9項所述之浸潤式微影儀器 其中該液體溶液至少包括一高分子聚合物。 25. —種浸潤式微影方法，至少包括： 形成一光阻於一基板上； 對該光阻進行一軟烤步驟； 使用至少一第一液體來沖洗該光阻，其中該第一液體至 少包括界面活性劑流體；以及 當該光阻浸於一第二液體時，將該光阻暴露於一放射源 下0 17