TWI338195B - Water mark defect prevention for immersion lithography - Google Patents

Description

1338195 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種光阻材料，特別一種用於浸潤式 微影之光阻材料。 【先前技術】 為了讓半導體製造技術能持續向更微小尺寸（如65奈 米,、45奈米以下）推進，最新的半導體製造技術採用了浸潤 式微〜然而，次潤式微影會在曝光後殘留水滴。水滴殘 留會造成水紋缺陷因而降低半導體製造的品質，造成失誤。 本發月提出帛用於浸潤式微景多之光阻材料，包含聚 = '光酸產生劑和抑制劑。其令聚合物與酸反應後，能 ::於驗性溶液中。光酸產生劑在吸收輻射後，能分解形 抑制劑能中和酸且其流動性低。在較佳的實施例中， 八中抑制劑在光財的重量百分濃度约高於叫 物上為⑽的流動性，抑制劑可化學鍵結於聚合 碳數4以上 ：“子上可鍵結環形結構的基團、 =水性_劑， 又’尸5式·系統令所用的流體可為水或其他反射率高 5 值小於6。另外， 上的水滴》 上述烘烤光阻之步驟是為 了方便移除光阻 [實施方式] 面圖第微影曝光製程中半導繼1()°的到 置。在⑽可以是半導體晶圓或其他適合的裝 2貫知例中’半導體裝置100包含石夕基板110和其 止居、古底部ΐ反射層、無機底部抗反射層、有機蝕刻終 a冑黏者層、各式摻雜層、介電層和多層内連線。 料可為赭、"夕化錯或砷化鍺。基u°的材 2可為料導體材料如薄膜電晶體液晶赫器裝置的破 粗I板丨導體裝置100還可包含一種以上可圖案化的材 料層。 半導體裝置100包含光阻12〇。在本實施例中光阻 120的厚度約50埃到5_埃。在其他實施例，光阻120 的厚度、力500埃到2000埃。光阻12〇使用化學增幅型 (chemicalampnficati〇n，CA)光阻材料。光阻12〇包含聚合 物’此聚合物與酸反應後，能溶解於顯影液之驗性溶液中°。 光阻120還包含溶劑，此溶劑可部分揮發於預烤製程令。 光阻120還包含光酸產生劑丨3〇,光酸產生劑13〇照光後， 會分解形成小量的酸。光酸產生齊!13〇在光阻12〇中的重 量百分比濃度為約1 %到約15 %。 在其他的實施例，光阻12〇還包含抑制劑14〇。抑制劑 M0為鹼性，能中和酸，可抑制光阻丨2〇中其他活性成分， 1338195 例如抑制光酸產生劑反應後產生的光酸。抑制劑14〇在光 阻120中的重量百分濃度為約0.5 %到約8 %。在曝光前， 抑制劑140的濃度約為光酸產生劑130濃度的四分之一。 在一實施例中，抑制劑140的化學結構中包含氮原子，氣 原子能利用其上孤對電子來中和酸。在浸潤式微影的曝光 製程階段中，利用輻射光（例如深紫外光）經預先圖案化的光 罩對光阻1 20曝光，形成光阻圖案，在光阻上形成多個未 曝光區域（例如未曝光特徵12〇3)和多個曝光區域（如曝光特 徵I 20b)。浸潤式微影所用的輻射光可為氟化氪準分子雷射 的248奈米的光或氟化氬準分子雷射的193奈米的光。在 浸潤式微影系統中還包含位於半導體裝置丨〇〇和用於曝光 製程階段中的透鏡間的浸潤流體。浸潤流體可為去離子 水。在浸潤流體中可選擇性添加其他的化學添加物如酸、 鹽或聚合物。浸潤流體還可為其他反射率高於水的反射率 的液體在曝光製程後，如圖示中舉例的水滴1 5 〇可 能會殘留於光阻】20上。 如第2圖和第3圖半導體裝置2〇〇的剖面圖所示，在 先前的浸潤式微影圖案化製程中，水滴ls〇殘留可能會造 成水紋缺陷的問題。殘留於半導體2GG光阻！2G上的水滴 150能提供光酸產生劑13〇和抑制劑14〇擴散的路徑。因 在未*光特徵120a中的抑制劑140可經由擴散進入水 之後再擴政到曝光特徵12〇b，中和光酸產生劑13〇 產生的酸，降低曝光特徵12〇b的曝光效率。此外，曝光後 的光戈產生刮13G會分解為陰離子和酸，因而較未曝光前 8 的光酸產生劑13〇更 解出的光酸可經由擴散進人水^5G因先酸產生劑130分 中的，、政進入水滴150,因而使曝光特徵l20b “ Ή降低。光阻12〇中的聚合物因為無法與足 n應，而無法在後續_影製程中被顯 Γ曝光特徵隱頂端光阻材料因為沒有完全溶解於顯； 液。而形成事先無預期的τ型頂端光阻特徵一= 稱此為水紋特徵。 叙又 在本發明財，利用抑制劑_流動性低的特性 =劑_擴散到水滴15〇的現象。在較佳實施例中， P制劑的低流動性’抑制劑擴散進入 體的量可約小於ΗΓ丨3 ，如第4圖所示的實施例，利用抑制劑14〇與聚合物 形成化學鍵結，降低抑制劑14G的流動性。聚合物⑽可 為^鏈聚合物’在與酸反應後，能溶解於顯影液中。受限 於聚合物160本身的長鏈結構所形成的空間障礙，使得抑 制劑140難以擴散入水滴ι5〇。 八如第5a圓所示，抑制劑140藉由氮原子142鍵結於聚 合物160上，抑制劑丨40的氮原子和聚合物16〇的長鏈間 間隔—個碳原子162。抑制劑U0的第一化學基144和第二 化學基146鍵結於氮原子142上。第一化學基144和第二 化學基146可為曱基、乙基之類的烷基、氫原子、三氟二 碳、五氟化二碳、環烷基、含氧環烷基或其他化學基。如 第扑圖所示，在其他的實施例中，抑制劑14〇的氮原子和 聚合物160的長鏈間可間隔兩個碳原子164。如第5c圖所 1338195 示，在其他的實施例中，抑制劑140的氮原子和聚合物i6〇 的長鏈間可間隔三個碳原子166。在其他的實施例中，抑制 劑的氮原子和聚合物的長鏈間甚至可間隔更多的碳原子。 ·· 抑制劑的氮原子和聚合物的長鏈間的碳原子，能提供抑制 ‘ 黯動的靈活度。抑制劑的氮原子和聚合物的長鏈間還可 選擇性的間隔其他種類的原子。 第6圖為其他的實施例。圖十抑制劑14〇可物理性的 > =陷（完全或部分）於聚合物160中。抑制劑14〇的尺寸可實 質性的大於聚合物16〇的網狀結構的平均網眼尺寸，如此 可讓抑制劑140物理性的阻陷於其中。抑制劑14〇可選擇 ' 丨生的具有某種結構的基團以增強其物理糾結性。舉例來 έ抑制劑140可具有環形、長鏈或支鏈結構的基團，以 讓抑制劑14G物理性纏繞或阻陷於聚合物⑽，因而達到降 低抑制劑140流動性的目的。上述環形結構的基團可為環 己烷，長鏈或支鏈結構的基團可為長鏈或支鏈的烷基。 第7a圖到第7j圖舉例各種抑制劑的化學結構。第乃 圖的抑制劑的氮原子上鍵結兩個烧基和-個環己烧。第7b 圖的抑制劑的氮原子上鍵結一個烷基和兩個環己烷。第k ::抑制劑的氮原子上鍵結三個環己烷。第7d圖的抑制劑 ^氮原子上鍵結兩個烧基和—個具有_個氧原子的㈣ 尸某第7e圖的抑制劑的氮原子上鍵結兩個烷基和一個長鏈 有^第7f圖的抑制劑的氮原子上鍵結兩個烷基和一個具 結:個氧原子的長鏈貌基。第7g圖的抑制劑的氮原子上鍵 個具有—個氧原子的環烧基和兩個長鏈炫基。第7h圖 10 的抑制劑的氮原子上鍵結兩個烷基和一個具有兩個短支鏈 的支鏈烷基。第7ι圖的抑制劑的氮原子上鍵結兩個烷基和 一個具有兩個長支鏈的支鏈烷基。第7j圖的抑制劑的氮原 子上鍵結兩個烷基和一個具有三個短支鏈的支鏈烷基。也 可應用其他的化學基團組合來調整抑制劑的流動性，以得 到較佳的成效。 如第8a圖和第8b圖所示，在其他的實施例中，抑制 劑為疏水性，因此難以擴散入水滴中。抑制劑可具有一個 以上的疏水基，疏水基可為含氟原子的基團。如第8a圖所 示抑制劑的氣原子上鍵結三個坑基’其中至少一個烧基 具有氟原子。如第8b圖所示，抑制劑的氮原子上鍵結一個 院基、一個具有一個氧原子的環燒基和一個具有多個氟原 子及一個氧原子的長鏈烷基。 在其他貫施例’在曝光製程後，遺留在光阻上的水滴 了以在曝光之後立即用酸處理（acid treatment)。藉由浸湖式 微影系統中的化學藥劑入口將酸噴灑在光阻表面及其上的 水滴’將水滴的pH值調整到約低於6。如此，抑制劑擴散 到水滴的速率會變慢，光酸擴散到水滴的速率也會變慢。 此外’酸處理所用的的酸也會擴散到光阻並且實質性的彌 補光阻因擴散進入水滴而損失的光酸。上述各實施例中可 降低抑制劑進入光阻上的水滴的流動性’減少水紋缺陷。 上述各實施例可以經由適當的調整或合併，以達到較佳的 抑制水紋缺陷的效果。 第9圖所示為浸潤式微影方法9〇〇形成光阻圖案的流 1338195 =圖首先’在半導體晶圓上形成光阻（步驟搬），此光阻 實質上近似於第！圖中的光阻12〇。在此光阻中具有流動性 低的抑制劑。抑制劑的結構近似於第5a.5c、7a-7j、8a_8b 圖所舉例的結構或上述的組合。 之後，用輕射光（例如深紫外光）經光罩和浸濁式微影流 體曝光光阻(步驟叫浸潤式微影流體可以為去離子水或 其他具有高反射率的㈣，此流體位於半導體晶圓和浸潤 ' U、.’_4之透鏡間。利用抑制劑流動性低的特性，降低 抑制劑在曝光步驟904後擴散進入光阻上的水滴的量。- 。之後，烘烤光阻（步驟906)。烘烤溫度約8(rc到約15〇 〇C。烘烤時間在較佳實施例中為數分鐘。烘烤步驟906可 移除光阻上的水滴。 最後，於顯影液中顯影光阻（步驟9〇8)。曝 區域被實顯影液溶解。 九阻 在曝光步驟904和烘烤步驟9〇6之間還可加入—個酸 处理的步驟，用來處理殘留在光阻上的水滴使其pH值低於 6。如此酸處理可以中和抑制劑，降低抑制劑經由水滴擴散 =入曝光過的光阻區域的量，也可降低光酸從曝光光阻區 或擴散進入水滴的量。 一雖」本七日月已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 ^本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 a範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 犯圍當視後附之中請專利範圍所界定者為準。 12 丄 【圖式簡單說明】 優點與實施例 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、 把更明顯易f董，所附圖式之詳細說明如下： ^圖係繪示㈣本發明—較佳實_的—種半導體 =:。〇的剖面圖’此半導體裝4100上具有用以作浸潤 式微影的光阻。

第2_3圖係繪示依照本發明—較佳實施例的—種半導 體4置的剖面圖，此半導體裝置 衷置100上具有用以作浸潤式 械衫的光阻及水滴殘留。 第4圖係繪示光阻中的抑制劑與聚合物間互相鍵結的 示意圖> 第5a-5c圖係繪不依照本發明多個實施例的光阻中聚 合物和抑制劑間的鍵結結構。

第6圖係繪示依照本發明一較佳實施例的光阻，其中 抑制劑被物理阻陷於聚合物中。 第7a-7j圖係繪示依照本發明多個實施例中抑制劑的 化學結構。 第8a-8b圖係繪示依照本發明多個實施例中抑制劑的 疏水性化學結構。 第9圖係繪示依照本發明一較佳實施例的浸潤式微影 方法形成光阻圖案的流程圖。 【主要元件符號說明】 13 1338195

100 ' 200、300、400 :半導體 110 : 裝置 120 : 120a :未曝光特徵 120b 120c : T型頂端光阻特徵 130: 140 :抑制劑 142 : 144 :第一化學基 146 : 150 :水滴 160 : 162: —個碳原子 164: 1 6 6 :三個碳原子 900: 902 :形成光阻 904 : 906 :烘烤光阻 908 : 基板 光阻 :曝光特徵 光酸產生劑 氮原子 第二化學基 聚合物 兩個碳原子 浸潤式微影方法 曝光光阻 顯影光阻 14

Claims (1)

1338195 99年7月07日修正替換頁 十、申請專利範圍： L ~種用於浸潤式微影之化學增幅型光阻材料，包含： 光k產生劑’該光酸產生劑在吸收一輻射後，能分 - 解形成一酸； , —聚合物，該聚合物與該酸反應後，能溶解於—鹼性 溶液中；以及 抑制劑’該抑制劑能中和該酸，且藉由化學鍵結於 参該聚合物、具有疏水性之含氣原子基圏或前述兩者之組 合，降低該抑制劑的流動性，使得該抑制劑擴散進入一浸 潤流體的量小於約5xlO·13 mole/cm2。 • 2·如請求項1所述之化學增幅型光阻材料，其中該抑 制劑包含一個具有孤對電子的氮原子。 3. 如請求項1所述之化學增幅型光阻材料，其中該抑 # 制劑藉由至少—個碳原子鍵結於該聚合物之上。 4. 如請求項1所述之化學增幅型光阻材料，其中該抑 制劑在該光阻中的重量百分濃度為約0.5 %到約8 %。 5·如請求項丨所述之化學增幅型光阻材料，其中該抑 制劑濃度約為該些光酸產生劑濃度的四分之一。 6.如請求項1所述之化學增幅型光阻材料，其中該浸 15 1338195 潤流體為水 ⑽年U 〇7日修正替換頁 7.如請求項 溶劑 1所述之化學增幅型光阻材料， 更包含 8.-種浸潤式微影方法，包含： 形成如印求項任一項之該化學增幅型光阻材料於 基板上； 曝光該光阻材料’該光阻材料位於該浸潤流體中； 供烤該光阻材料，以移除該光阻材料上的水滴；以及 顯影曝光後之該光阻材料β 9.如明求項8之該浸润式微影方法，在曝光步驟之後 更包含酸處理，讓曝光後之該浸潤流體之值小於6。