TWI341958B - Novel tarc material for immersion watermark reduction - Google Patents

Description

1341958 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種頂抗反射塗佈（top anti_reflective coating，TARC)材料，特別是一種塗佈於光阻層上用於浸 潤式微影製程的頂抗反射塗佈材料。 【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 式微影。然而，浸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，在製造上 U成失誤因此，需要一種能降低或避免水紋缺陷的新式 頂抗反射塗佈材料。 【發明内容】 因此本發明的目的之一就是在提供一種塗佈於光阻層 上用於浸潤式微影製程的塗佈材料。此塗佈材料能中和來 自光阻層的抑制劑，降低抑制劑的活性和流動性使得光 阻中的抑制劑藉由擴散進入水滴的可能性大幅降低。因而 可有效的改善水紋缺陷。 本發明的另一目的是在提供一種浸湖式微影的方法。 在此方法中，在光阻層上形成塗佈材料層，此塗佈材料層 可將光阻層與水滴隔離。當光阻層中的抑制劑擴散進入塗 佈材料層時’抑制劑會被塗佈材料層中的成分所令和，而 1341958 根據本發明之上述目的’提出一種浸潤式微影的方 法。首先，形成光阻層於基板上。光阻層包含鹼性抑制劑。 之後，形成塗佈材料層於光阻層上。塗佈材料層包含酸和 聚合物。酸可中和來自光阻層的鹼性抑制劑。聚合物為酸 的載體且不溶於浸潤式微影製程的浸潤式流體。之後，使 用浸潤式透鏡系統經由光罩和浸潤式流體曝光光阻層。浸 满式透鏡系統之數值孔徑約大於G 85。最後，烘烤和顯影 光阻層。 由上述可知，形成於光阻層之上的塗佈材料層可將光 阻層與水滴當光阻層中的抑制劑擴散進人塗佈材料 層時抑制劑會與塗佈材料層中的8复反應，因而抑制劑被 中和或轉換為低流動性且不具抑制能力的分子。因而抑制 劑繼續擴散進人水滴的可能性大幅降低4能有效的避免 水紋缺陷。 【實施方式】 第1圖為依照本發明實施例的一種半導體裝置][〇〇的 剖面圖。半導體裝i i⑽可以是半導體晶圓或其他適合的 裝置。半導體裝置_可包含基板11G和其上的有機底部 抗反射層、無機底部抗反射層、有機蝕刻中止層、有機黏 著層、各式摻雜層、介電層和多層内連線。在本實施例中， 基板110的材料為矽。在其他實施例中，基板11〇的材料 可為褚、矽化鍺、砷化鍺或其他合適的材料。基板uo的 材料亦可為非半導體材料如薄膜電晶體液晶顯示器裝置用 1341958 的玻璃基板。半導體裝置100還可包含一種以上可圖案化 的材料層。 半導體裝置100包含光阻丨20 ^在本實施例中，光阻 120的厚度約50埃到約5000埃。在其他實施例，光阻12〇 的厚度約500埃到約2000埃β光阻12〇使用化學增幅型 (chemical amplification，CA)光阻材料。光阻120的成分包 含聚合物、溶劑、抑制劑124和光酸產生劑122。聚合物與 曝光後的光酸反應後，能溶解於顯影液之鹼性溶液中。溶 劑可部分揮發於預烤製程中。光酸產生劑122照光後’會 分解形成小量的酸。光酸產生劑122在光阻丨2〇中的重量 百分比濃度為約1 %到約15 %。 在其他的實施例，光阻120的成分還包含抑制劑124。 抑制劑124為鹼性，能争和光酸的過度反應及抑制光阻12〇 中其他活性成分，例如抑制光酸產生劑122。抑制劑124 在光阻120中的重量百分濃度約i %。在曝光前，抑制劑 124的濃度約為光酸產生劑122濃度的四分之一。在一實施 例中，抑制劑124的化學結構中包含氮原子，氮原子能利 用其上的孤對電子來中和酸。光阻12〇可藉由旋轉塗佈法 形成於基板110上。在塗佈完光阻12〇後，還可再對光阻 120進行軟供烤。 在本實施例中，塗佈材料層130位於光阻層12〇上。 塗佈材料層130的成分包含聚合物132〇此聚合物132不溶 於浸潤式流體。在一實施例中，此聚合物132的化 中包含-個以上的氟原子。在另一實施例中，此聚合物132

Cs： 8 1341958 .# 卜第二塗佈層的主成分可為高分子’利用焕烤製程使得 第一塗佈層中的高分子彼此交聯形成網狀結構。為了避免 第一塗佈層和第一塗佈層互相混合，第二塗佈層可選用單 .. 曱基醚丙二醇/單甲基醚丙二醇乙酸酯的溶劑。在其他實施 例中’第一塗佈層也可以是高分子的網狀結構。第二塗佈 &可設計用來隔離光阻層120’避免浸潤式流體(例如，去 料水）進人緣層12〇。料，第二塗佈層也可設計用來 • 避免光阻層120中的成分擴散入浸潤式流體。第一塗佈層 和第二塗佈^功能也可以互相交換，由第一塗佈層作光 阻層120的隔離層，第二塗佈層作抑制劑捕捉層。 塗佈材料層130可溶於顯影液、驗性溶液或是溶劑。 驗性溶液可為氫氧化四甲銨（tetramethyUmm〇nium hydn>xlde，TMAH)溶液。溶劑則可為環己醇、丁醇、異丁 醇'戊醇或異戊醇。塗佈材料層㈣可旋轉塗佈於光阻層 120之上皈後再對塗佈材料層i3〇進行烘烤。塗佈材料層 • I30的烘烤與光阻層120的烘烤可整合在一起，或是個別單 獨執行》 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和浸潤式流體，對光阻12〇和 塗佈材料層130曝光，形成光阻圖案。其中光阻圖案包含 多個未曝光區域12Ga和多個曝光區域！施。浸调式微影所 ，的輕射光可錢化氪準分子雷射的奈米的光或氣化 氨準刀子雷射的193奈米的光。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。浸潤 1341958 流體還可為其他反射率尚於水的反射率1 44的液體。在曝 光製粒後，如圖示中舉例的水滴140可能會殘留於塗佈材 料層130上。 在先前的浸潤式微影圖案化製程中，水滴殘留可能會 造成水紋缺陷的問題。殘留於光阻上的水滴能提供光酸產 生劑和抑制劑擴散的路徑。因此，在未曝光區域中的抑制 劑可經由擴散進入水滴，之後再擴散到曝光區域，中和光 酸產生劑產生的光酸，降低曝光區域的曝光效率。此外， 曝光後的光酸產生劑會分解為陰離子和光酸，因而較曝光 前的光酸產生劑更容易溶解於水申《光酸產生劑分解出的 光酸可經由擴散進入水滴，因而使曝光區域中的光酸含量 降低。光阻的曝光區域中的聚合物因為無法與足夠的光酸 反應，而無法在後續的顯影製程中被顯影液完全溶解。曝 光區域頂端光阻材料因為沒有完全溶解於顯影液。而形成 事先無預期的T型頂端光阻特徵，一般又稱此為水紋特徵。 在本發明中，塗佈材料層130將水滴14〇與光阻層12〇 隔離。當抑制劑124擴散進入塗佈材料層13〇時，抑制劑 124會與塗佈材料層130中的酸134反應，因而抑制劑ι24 被中和、阻陷或轉換為低流動性或不具抑制能力的分子。 故抑制劑124繼續擴散進入水滴14〇的可能性大幅降低。 塗佈材料層130中的酸134還可降低光阻層12〇中的光酸 進入塗佈材料層130。在一實施例中，在浸潤式微影製程中 光酸擴散進入水滴140的量約少於l(T9moIe/cm2。 上述各實施例可降低抑制劑擴散進入水滴的可能性， 12 1341958 因而可實質性改善水紋缺陷的問題。上述各實施例可經由 適當的調整或合併，以達到抑制水紋缺陷的效果。 第3圖所示為依照本發明實施例的一種浸潤式微影方 法300的流程圖。首先，在半導體晶圓上形成光阻（步驟 3〇2)’此光阻實質上近似於第1圖中的光阻丨2〇。 之後，在光阻上形成塗佈材料層（步驟3〇4)，此塗佈材 料層實質上近似於帛！圖中的塗佈材料们3〇。此塗佈材料

層的成分包含用來捕捉抑制劑的酸。此酸可以化學鍵結於 塗佈材料層中的聚合物上。 之後，用輕射光（例如深紫外光）經光罩和浸濁式微影流 體曝光光阻層（步驟3G6)。浸潤式微影流體可以為去離子水 或其他具有高反射率的液體。浸潤式微影流體位於半導體 晶圓和浸潤式微影系統之透鏡間。浸淵式微影系統之透鏡 ㈣值^約大於G_85。因為塗佈材料層形成於光阻層之 女Γ在曝光後進人塗佈材料層上的水滴的抑制劑數量 大為降低。 丨sov J 步驟3〇8)。烘烤溫度約80°c到約 為約1到2。分鐘。烘烤步驟 二==:光:(步驟叫光阻上的曝光 去除塗佈材料層的步步驟31°之後，還可包含 或分開。例如，塗佈材❹和顯影步驟310合併 顯影液所去除。上述的實二二與 的光阻材料-起被 例白以正型光阻為例，事實上， 13 1341958 本發明的概念也可以應用於負型光阻上。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬領域中具有通常知識者，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】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖係繪示依照本發明實施例的一種半導體裝置的 剖面圖，在此半導體裝置上具有用於浸潤式微影製程的塗 佈材料層。 第2圖係繪示依照本發明實施例的一種抑制劑和函烧 化合物的反應。 第3圖係繪示依照本發明實施例的一種浸潤式微影方 法的流程圖。 【主要元件符號說明】 110 :基板 120a :未曝光區域 122 :光酸產生劑 130 :塗佈材料層 134 :酸 202 :抑制劑 100 :半導體裝置 120 :光阻 120b :曝光區域 124 :抑制劑 132 :聚合物 140 :水滴 14 1341958 204 ： 鹵烧化合物 206 :四級銨鹽 300 ： 浸潤式微影方法 302 :形成光阻 304 ： 形成塗佈材料層 306 :曝光光阻層 308 ： 烘烤光阻 3 1 0 :顯影光阻

Claims (1)

1341958 100年1月26日修正替換頁 十、申請專利範園： 1. 一種塗佈於一光阻層上用於浸潤式微影製程的塗佈 材料，包含： 一酸，能實質上中和來自該光阻層的一鹼性抑制劑， 該酸為一無機酸，其中該無機酸為過氣酸、碘化氫、溴化 氫、氣化氫、硝酸、硫氰酸、氣酸、碘酸、次磷酸、氟化 風、亞石肖酸、氛酸、次氣酸、次演酸、氫氰酸、次蛾酸、 λ鉻酸亞硫酸、填酸、亞峨酸、焦鱗酸、碳酸、硫 化氫、蝴酸或上述的任意組合；以及 一聚合物，實質上為該酸的一載體且實質性的不溶於 該a潤式微影製程的一浸潤式流體，該聚合物之化學結構 為碳氫尚分子聚合物，或包含一個以上的氟原子。 2.如申請專利範圍第丨項所述之塗佈材料，其中該酸 化學鍵結於該聚合物。 3·如申請專利範圍帛！項所述之塗佈材料，其中該酸 與該聚合物混合。 佈材範㈣1項所狀塗佈㈣，其中該塗 合解於一鹼性溶液。 性溶請專利範圍帛4項所述之塗佈材料，其中該驗 氧氧化四曱錄溶液。 16 1341958

100年丨s 26日修正替換頁

項所述之塗佈材料，其令該塗 6項所述之塗佈材料 6.如申請專利範圍第 佈材料可溶解於—溶劑。 7.如申請專利範圍第 劑為環己醇。

劑； 8·—種浸潤式微影的方法 形成一光阻層於一基板上 包含： 该光阻層包含一鹼性抑制 其中該塗佈材料層 形成一塗佈材料層於該光阻層上 包含： &犯實質上中和來自該光阻層的該鹼性抑制 劑。玄S文為-無機酸，其中該無機酸為過氣酸、蛾化氮、 溴化氫、氣化氫、硝酸、硫氰酸、氣酸、賴、次磷酸、 ^化氫、亞石肖酸、氰酸、次氣酸、次漠酸、氫氰酸、次峨 酸、硫酸、鉻酸、亞硫酸、磷酸、亞磷酸、焦磷酸、碳酸、 硫化氫、硼酸或上述的任意組合；以及 一聚合物，實質上為該酸的一載體且實質性的不溶 於該浸潤式微影製程的一浸潤式流體，該聚合物之化學結 構為碳氫高分子聚合物，或包含一個以上的氟原子； 使用一浸潤式透鏡系統經由一光罩曝光該光阻層； 烘烤該光阻層；以及 顯影曝光後的該光阻層。 17 ⑽年1 θ26日修正替換頁 9·如申請專利範圍第8項所述之浸網式微影的方法 其中该浸潤式透鏡系統之數值孔徑約大於〇85。 ，·如申請專利範圍第8項所述之浸潤式微影 其中該酸化學鍵結於該聚合物。 11.如申請專利範圍第8項所述之浸 其中該酸非化學鍵結於該聚合^ 一方、击， •如中請專利範圍第8項所述之㈣式微影的 其中該塗佈材料可溶解於一鹼性溶液。 13.如申料㈣圍第8項所述之浸 法，其中該㈣材料實質性溶解於―㈣卜 〜的方