TWI307456B - Liquid composition for immersion lithography and lithography method using the same - Google Patents

Description

l3〇7456 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關—M Λ -V w r〇 " 式微衫用之液體組合物和一微影 方法，較具體而言，係有關 以 货有關尺寸小於50奈米（nm)裝置之顯 衫微影方法中，供淨人七與& m , 又式微衫用的液體組合物，以及使用 s亥液體組合物的微影方法。 【先前技術】 :前所用的微影方法為乾式型態，其係、制在曝光透鏡 σ曰曰圓之間填充空氣用的一種曝光系統。 /當為乾式微影方法時，供顯影5〇奈米裝置用的新穎曝光 糸統必須使用作為光源的匕雷射或遠紫外線（蒙）雷射。 如此一來’ F2雷射會導致薄膜顯影的問題發生，而遠紫外 線田射則會導致光罩和光源顯影的問題發生，為裝置大量 製造時的一個缺點。 為了解决上述問題’頃發展出為一惰性微影方法的浸入 式微影方法。 該/又入式微影方法可改善分辨本領，所採取的方式為在 最終投射透鏡和晶圓中置放一液體物，並且增加光學系统 的孔徑數（下文簡寫為”NA’.)（相當於液體的折射率）。此 處，從液體發射光源的確實波長相當於空氣中波長除以所 對應介質之折射率所得的數目。因此，當波長為193奈米 的光（ArF雷射）通過水介質時，離開該介質之―雷射的波 長會從193奈米降到134奈米（以纟的折射率144為基準）， 獲得如同較短光源（像是F2雷射的157奈米）的效果。. 97910.doc 1307456 圖1為說明一浸泡式曝光計優點的圖表。如該圖所示， 當一既定間距中的NA值為固定時，其焦距深度（下文簡寫 為’’DOF”）經顯示為增加者。當NA值增加到大於！時，透鏡 的分辨本領會獲得改善。 為顯影大小為5G奈米的裝置，供浸人式微影用的液體組 合物必須使用上述浸入式微影的方法。在此，供浸入式微 影用的液體組合物應該要能夠將晶圓尖細剖面的表面完全 覆蓋，並且微形泡泡應該要從光阻膜和該㈣組合㈣被 完全移除。 圖2為一橫截面圖’係說明—傳統浸入式微影方法所面 臨之問題的實例。當供浸人式㈣㈣液合物2〇塗覆 於具有尖細剖面的晶圓1G上時，圖2顯示該液體組合物2〇 無法完全地填充在該晶圓10的尖細剖面上（以”a"表示）。 由於不被該液體組合物填充的部份反而是被空氣㈣ 滿，因為液體組合物和空氣折射率的差異，圖案的分辨本 領因而會大幅度的下降。 【發明内容】 本文所揭示者為-供浸入式微影用之液體組合物。該液 體組合物包含一主盈士、々、名 .j, 要成伤和一添加劑，其中該主要成份為 水，且該添加劑為—非離子性界面活性劑，係選自聚乙稀 醇，以季戊四醇為主成份的化合物，包含環氧烧的聚合 物以如下化學式j代表的化合物，和其混合物。該 合物為： 97910.doc l3〇7456

其中R為線型或支鏈型，經取代的Ci-Cw烷基，且n為10 到10,000的整數。 本文亦揭示製造半導體的方法。該方法包括提供一晶 圓’於該晶圓上形成一光阻膜，利用上文所述含非離子性 界面活性劑之液體組合物曝光該光阻膜，以及顯影該經曝 光的光阻膜，獲得一光阻圖案。 【實施方式】 本文提供一供浸入式微影用的液體組合物，該組合物包 含一主要成份的水和—作為添加劑的非離子性界面活性 劑。 本文所述界面活性劑應為可穿透光源者，其㈣率㈣ 相近，並且若將其加入該供浸入m R± ^ 发仏/又入式微影用液體組合物夺 扦，不會在其間產生氣泡。 滿足以上條件的界面活 劑，而尤佳為該非離子性界非離子性界面活性 該非離子師面二 劑不包含芳香基團。 物（如下所示），取7降 化予式I代表的化合 物，包含環氧&Μ#A 醇為主成份的化合 氧垸的聚合物和其混合物。 97910. doc 1307456

R

其中R為線型或支鏈型，經取代的Ci_C4〇貌基，且_ι〇 到10,000的整數。 以組合物總重為基準’該界面活性劑的含量較佳為_ 重量百分比〇^.%)到5重量％，尤佳為^“重量^到^重量 ^界面活性劑的量超過5重量％時，透鏡在曝光時會被 活（生J所，亏染，並且發現假如界面活性劑的量低於 0.01重Ϊ %時，其效果就不是那麼地顯著。 式I化合物較佳係選自聚氧乙烯月桂醚，聚氧乙稀十六 2基趟氧乙料人貌基醚，聚氧乙烯油醚，聚氧乙稀 f·辛基環己_，聚氧乙婦脫水山梨糖醇單月桂酸酯，聚 氧乙歸脫水山梨糖醇單硬脂《，聚氧乙稀脫水山梨糖醇 二油酸酯，和其混合物。 Λ婦醇的重量平均分子量較佳為1,000到150,000。 、季戊四SI為主成份之化合物的數目平均分子量較佳為 10 到 10,000。 ’ 四醇為主成份的化合物較佳係選自季戊 化物，季戊四醇單油酸酯和其混合物。 包含環氧燒之聚合物的數目平均分子量

20,000。 ^ 1U 97910.doc 1307456 合該2 =係選自環氧乙烧，環氧丙燒，環氧丁烧和其組 到列重^物總重為基準’此處環氧燒的含量為⑽量％ ^環氧㈣含量超㈣重量％時，界面活性劑的效果會 面、二且如果在環氧院含量低於7〇重量％情況下，當界 /生^溶於水中時，其為不透明者。 目二：環氧烷的聚合物為包含80重量%環氧乙烷以及數 82::子量為2,25°的聚乙稀-敌段-聚(乙二醇)，包含 • m展氧乙貌，以及數目平均分子量為14，副的聚 -朴嵌段·聚（乙二醇）_嵌段_聚（乙二醇），或是包含8〇 =環氧乙烧，以及數目平均分子量為M〇。的聚(乙二 醇）·肷段聚（乙二醇）.嵌段_聚（乙二醇）。 例如，包含80重量％環氧乙烷的聚乙烯_嵌段·聚 醇）代表，聚（乙二醇）的含量佔聚乙稀_嵌段-聚（乙二醇）總 重的80重量百分比。

液體組合物+，當水為去離子水時，其溫度範圍為2(TC 到25C ’較佳為22°C到23°C，並且經過渡以將雜f移除。 此外’當雜質以過濾器移除時，該去離子水係與該界面 活性劑處合’然後再次過滤，獲得所揭示供浸人式微影用 的液體組合物。 / 所揭不供次入式微影用的液體組合物包含上述非離子性 界面活f生4丨其可降低液體組合物的表面張力。因此，使 用本發明液體組合物時，液體組合物無法在具有尖細剖面 的晶圓和一般晶圓上被完全填滿和被部份濃縮的問題可獲 97910.doc •10- 1307456 得解決，並且得以移除介於光阻膜和該液體組合物間的微 形氣泡。 亦提供一浸入式微影裝置，包含一浸沒透鏡單元，一晶 圓座台和一投射透鏡單元，其中所揭示供浸入式微影用的 液體組合物被用於該浸沒透鏡單元中。 上述浸沒透鏡單元係裝設成具有一接收部份，一供給部 份和一復原部份。 架設在晶圓座台上的晶圓包括具有尖細剖面的晶圓和一 般的晶圓，並且所揭示供浸入式微影用的裝置較佳係選自 大量淋浴式裝置，浴缸式裝置和潛水艇式的裝置。 參照圖3a，係圖示一種浴缸式的浸入式微影裝置，其包 含一浸沒透鏡單元30，以使供浸入式微影用的液體組合物 20可覆蓋全部晶圓10的表面。 參照圖3 b，係圖示一種大量淋浴式的浸入式微影裝置， 其包含一浸沒透鏡單元30，以於投射透鏡單元50下方處接 收供浸入式微影用的液體組合物20。 參照圖3c，係圖示一種潛水艇式的浸入式微影裝置，其 包含一浸沒透鏡單元30，此處架設於晶圓10上的晶圓座台 40被浸入供浸入式微影用的液體組合物20中。 此外，利用所揭示供浸入式微影用之液體組合物提供一 浸入式微影方法。 亦提供利用所揭示供浸入式微影用之液體組合物製成的 半導體裝置。 再者，提供製造一半導體的方法。該方法包括提供一晶 97910.doc -11 - 1307456 圓，於該晶圓上形成一光阻膜，利用所揭示供浸入式微影 用的液體組合物曝光該光阻膜，以及顯影該經曝光的光阻 膜，獲得一光阻圖案。 上述晶圓包括一般的晶圓或是具有尖細剖面的晶圓。 该曝光步驟較佳包含讓光源通過該液體組合物的步驟。 下文中本發明將參考以下實例作更詳細的說明，該等實 例其並意圖用來限制本發明。 製備實例1 將Aldrich公司所生產i克的聚氧乙烯月桂醚（產品名稱： Brij 35)溶解於500克的去離子水中，由此獲得一供浸入式 微影用的液禮組合物。 製備實例2 將Alddch公司所生產i克的聚氧乙烯十六烷基醚（產品名 稱：Brij 58)溶解於500克的去離子水中由此獲得一供浸 入式微影用的液體組合物。 製備實例3 將Aldrich公司所生產i克的聚氧乙烯十八烷基醚（產品名 稱：BHj 78)溶解於5〇〇克的去離子水中，由此獲得一供浸 入式微影用的液體組合物。 製備實例4 將Aldrich公司所生產i克的聚氧乙烯油醚（產品名稱：

Bnj 98)〉谷解於500克的去離子水中由此獲得一供浸入式 微影用的液體組合物。 製備實例5 97910.doc -12· 1307456 將Aldrich公司所生產1克的聚氧乙烯異-辛基環己醚（產 品名稱：Triton X-1 00)溶解於500克的去離子水中，由此 獲得一供浸入式微影用的液體組合物。 製備實例6 將Aldrich公司所生產1克的聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月 桂酸酯（產品名稱：Tween 20)溶解於500克的去離子水中， 由此獲得一供浸入式微影用的液體組合物。 製備實例7 將Aldrich公司所生產1克的聚氧乙烯脫水山梨糖醇單硬 脂酸醋（產品名稱：Tween 60)溶解於500克的去離子水中， 由此獲得一供浸入式微影用的液體組合物。 製備實例8 將Aldrich公司所生產1克的聚氧乙烯脫水山梨糖醇單油 酸酯（產品名稱：Tween 80)溶解於500克的去離子水中，由 此獲得一供浸入式微影用的液體組合物。 製備實例9 將Aldrich公司所生產1克的聚氧乙烯脫水山梨糖醇三油 酸酯（產品名稱：Tween 85)溶解於500克的去離子水中，由 此獲得一供浸入式微影用的液體組合物。 製備實例10 將重量平均分子量為13,000到23,000的1克聚乙烯醇 (Ald#34,840 ’ 98-99重量％被水解）溶解於300克的去離子水 中，由此獲得一供浸入式微影用的液體組合物。 製備實例11 97910.doc -13- 1307456 將重量平均分子量為85,000到146,〇〇〇的丄克聚乙烯醇 (Ald#36’314，98-99%被水解）溶解於4〇〇克的去離子水中， 由此獲得一供浸入式微影用的液體組合物。 製備實例12 將數目平均分子量為約270之5克的季戊四醇乙氧化物 溶解於300克的去離子水中，由此獲得一供 浸入式微影用的液體組合物。 製備實例13 將數目平均分子量為約797之5克的季戊四醇乙氧化物 (Ald#41，873-0)溶解於300克的去離子水中，由此獲得一供 浸入式微影用的液體組合物。 製備實例14 將數目平均分子量為約426之5克的季戊四醇乙氧化物 (Ald#41，874-9)溶解於300克的去離子水中，由此獲得一供 浸入式微影用的液體組合物。 製備實例15 將Thomley所生產i克的季戊四醇單油酸酯（產品名稱 Spipoest PEMO)溶解於400克的去離子水中，由此獲得一 供浸入式微影用的液體組合物。 製備實例16 將1克包含80重量％環氧乙烷以及數目平均分子量為 2,250的聚乙烯-喪段-聚（乙二醇）（Aldrich #5259(M)溶解於 400克的去離子水中，由此獲得一供浸入式微影用的液體 組合物。 97910.doc -14- 1307456 製備實例17 將1克包含82.5重量％環氧乙烷以及數目平均分子量為 14,600的聚（乙二醇）-嵌段-聚（乙二醇）_嵌段-聚（乙二醇） (Aldrich #54234-2)溶解於4〇〇克的去離子水中，由此獲得 一供浸入式微影用的液體組合物。 製備實例18 將1克包含80重量％環氧乙烷以及數目平均分子量為 8,400的聚（乙二醇）嵌段-聚（乙二醇）_嵌段·聚（乙二 醇）（Aldrich #41232-5)溶解於400克的去離子水中，由此獲 得一供浸入式微影用的液體組合物。 實例1到9 製備實例1到9所得供浸入式微影用之液體組合物的折射 率範圍經顯示為1.42到1,44，其為本發明希望獲得的結 果。 實例10和11 製備實例10和11所得供浸入式微影用之液體組合物的折 射率範圍經顯示為1.42到1.44，其為本發明希望獲得的結 果。 實例12到15 製備實例12到15所得供浸入式微影用之液體組合物的折 射率範圍經顯示為1.41到1.44，其為本發明希望獲得的結 果。 實例16到18 製備實例16到18所得供浸入式微影用之液體組合物的折 97910.doc -15- 1307456 射率範圍經顯示為1.42到丨.44 果。 其為本發明希望獲得的結 如上文所討論，本發明之—具體實施例中，—浸入式微 影方法伴隨❹供浸人式微影用的液體組合物而奏效，該 液體組合物包含一作為添加劑的非離子性界面活性劑和為 主要成份的水。如此-來，該液體組合物的表面張力由於 =離子性界面活性劑的存在而下降，因此可解決該液體組 合物在具有尖細剖面，並且可移除光阻膜和該液體組合物 間之微形氣㈣晶am法被完全填滿和被料濃縮的問 題。 以上說明僅供清楚瞭解本發明之用，不應由其中作任何 不必要的限制性解讀，因為在本發明範圍内所作的修飾， 對嫻熟本技藝人士而言為顯而易見者。 【圖式簡單說明】 為能夠更完整地瞭解本發明，茲應參考以下之詳細說明 和所附圖式，其中： 圖1為說明一浸泡式曝光計優點的圖表； 圖2為一橫截面圖，說明一傳統浸入式微影方法所面臨 之問題的實例； 圖3 a為一橫截面圖，說明根據本發明之一具體實施例之 浴飯式的浸入式微影裝置； 圖3b為一橫截面圖，說明根據本發明之一具體實施例之 大量淋浴式的浸入式微影裝置；和 圖3c為一橫截面圖，說明根據本發明之一具體實施例之 97910.doc • 16- 1307456 潛水艇式的浸入式微影裝置。 雖然所揭示發明可以有各種不同形式的具體實施例， 式（下文將予以說明）中圖解說明本發明之諸特定具體實, 例，但必須瞭解地是，揭示内容和圖式係供解說用，並非 意圖用來將本發明限制於其中所述之諸特定具體實施例。 【主要元件符號說明】 10 20 30 40 50 晶圓 液體組合物 浸沒透鏡單元 晶圓座台 投射透鏡單元

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Claims (1)

13071^137836號專利申請案 凊專利範圍替換本(97年12月） 十、申請專利範圍？7· 1' 一種供浸入式微影用之液體組合物，其包含水及選自由 聚乙稀醇、以季戊四醇為主成份之化合物及其混合物所 組成之群的非離子性界面活性劑。 2.如請求項1之液體組合物，其中以組合物總重為基準， 該非離子性界面活性劑的含量為〇〇1重量百分比到5重量 3. 4. 5. 6. 如叫求項2之液體組合物，其十以組合物總重為基準， 該非離子性界面活性劑的含量為0.05重量％到i重量％。 如凊求項1之液體組合物，其中聚乙烯醇的重量平均分 子量為 1，000到 150,000。 如凊求項1之液體組合物，其中以季戊四醇為主成份之 化合物的數目平均分子量為10到10 000。 如請求们之液體組合物’其中該以季戊四醇為主成份 ,化合物係選自由季戊四醇乙氧化物，季戊四醇單油酸 知’和其混合物所組成之群。 8. 如請求項1之液體組合物 一種浸入式微影裝置， 台和一投射透鏡單元， 用於該浸沒單元中。 其中水為去離子水。 包含一浸沒透鏡單元，一晶圓座 其中如請求項1之液體組合物被 9.=項8之浸入式微影襄置，其中該裝置係選自大 合式的裝置，浴缸式裝置和潛水艇式的裝置 了影裝置，進-步包括架設在晶 的曰曰圓，該晶圓具有尖細的剖面。 97910-971230.doc 1307456 項1之液體組合 11· 一種浸入式微影方法，係使用如請求 物0 12. —種製造半導體裝置的方法’該方法包含. (a) 提供一晶圓； 3 ^ (b) 於該晶圓上形成—光阻膜； ⑷利用如請求項1之液體組合物曝光該光阻膜；以及 (d)顯影該經曝光的光阻膜，獲得—光阻圖案。 13. 如請求項12之方法，其中該晶圓且 、 14. 如請求項12之方法，其中牛趣^尖'田的刮面。 、乂驟包含讓光源通過該液體 組合物的步驟》 叫 < 成饮筋 15. —種半導體裝置，係由 由包3下列步驟的方法盥撂. (a) 提供一晶圓； 凌製仵. (b) 於該晶圓上形成—光阻膜； (c) 利用如請求項1 之液體組合物曝光該光 (d) 顯影該經曝光 犋，U及 喂尤的先阻膜，獲得一光 97910-971230.doc