TWI383431B - 形成一光阻圖案之方法 - Google Patents

Description

形成一光阻圖案之方法

本發明大體而言係關於形成一光阻圖案，且更具體言之，係關於移除可凝結物質來形成一光阻圖案。

一種形成半導體器件之特徵之普通方法係在該半導體器件上形成一光阻圖案及在下覆層中再現該圖案。該光阻圖案中之任何缺陷均將轉移至該等下覆層且可引起良率降低。因此，該光阻圖案以最小缺陷包括所需圖案是重要的。一種可能發生之缺陷係在通道之大密集陣列中缺少通道或部分通道，其不當地降低了良率。

該等缺陷通常由處理過程之污染形成。為減少該污染，通常在光阻劑沈積之前採用灰化處理來清潔半導體晶圓。然而，通常仍遺失全部及部分通道。因此，需要防止通道之大密集陣列中之通道遺失來增加良率。

本發明者已發現通道之部分或整個通道自身由於通道位置處由空氣攜帶之分子污染物所發生之抗蝕劑中毒而自密集陣列遺失。當光阻劑曝光於輻射時，可凝結物質之存在中和酸且藉由減少光化學反應之擴大而引起抗蝕劑中毒。雖然先前技術使用灰化處理自半導體晶圓上清除有機物及可凝結物質，但是本發明者已發現該灰化處理係不足夠的。此外，本發明者認為將半導體晶圓容納於如標準機械介面(SMIF Pod)之容器中並不足以防止密集區域中全部或部分通道之遺失，因為引起該抗蝕劑中毒之不當之可凝結物質可能夠漏入該容器中。該(該等)半導體晶圓留在該容器中越久且不加以處理以塗覆一光阻層時，此問題將變得更大。

為了防止通道之適印性(printability)，將可凝結物質在一用化學方法過濾之環境中釋放且在無需將半導體晶圓曝光於可形成可凝結物質之環境的情況下光阻劑在該半導體晶圓上沈積。藉由轉至如圖1所示之本發明之一實施例，可更好地瞭解此過程之更為詳盡之理解。

首先，將半導體晶圓12曝光於電漿環境，該環境在一實施例中係灰化處理14。該半導體晶圓12可為任何尺寸之晶圓(如200或300毫米晶圓)且可為任何類型之晶圓(如單晶矽、鍺化鎵、絕緣物上矽(SOI)、及其類似物及以上之組合)。此外，半導體晶圓12可處於使用光阻層之半導體器件之製造流程中的任何階段。舉例而言，半導體晶圓12可處於需用光阻層來形成通道或閘極之階段。因此，半導體晶圓12可具有許多層且甚至潛在地具有形成於其上及其中之半導體器件。

在灰化階段14中，使用氧電漿來移除有機物及可凝結物質。先前技術認為此過程防範了空氣攜帶之分子污染物，然而，本發明者已發現當半導體晶圓傳送至一微影工具時，可凝結物質在該半導體晶圓上出現再沈積。此外，即使此灰化工具係該微影工具之部分，可凝結物質仍可在半導體晶圓上形成，且因此仍可需要釋放該種物質。若灰化階段14與隨後之第一加熱過程16之間之時間段太長(如大於約六小時或大於約四小時)，則由於在半導體晶圓12於灰化階段14之後等待之時間期間，於該半導體晶圓12上可形成太多污染物，而可能需要重複灰化階段14。

本文所用之可凝結物質可為用化學方法干擾微影過程之任何空氣攜帶之分子。可凝結物質與本文中稱為顆粒之物不同。顆粒係機械地干擾微影過程之物質。顆粒通常在一半導體晶圓上，因為其自一工具或製造環境中之另一裝置落至該半導體晶圓上。可凝結物質包括化學式為C₆ H₄ (COOC₈ H_{1 7} )₂ 且結構可如下所示來說明之鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)。

又，該等可凝結物質可包括胺類，如具有化學式NH₃ 之氨，或具有化學式C₅ H₉ NO且可由以下所示之結構來說明之正甲基－2－吡咯啶酮(NMP)。

另外，可凝結物質可包括其它具有交替之矽及氧原子之主鏈的化學物質(如矽氧烷)。如甲基、苯基或乙烯基之有機基團可附著至矽。舉例而言，聚二乙基矽氧烷為矽氧烷。

為熱釋放可凝結物質，半導體晶圓置放於在一實施例中為微影工具之用化學方法過濾之環境10中，該微影工具用化學方法過濾該工具內空氣以使得該空氣較該微影工具以外之環境更純。當在該用化學方法過濾之環境10內時，將該半導體晶圓12曝光於可稱為預烘烤之第一加熱過程16。在一實施例中，該加熱過程16於大於或等於約攝氏150度、或特定言之大於或等於約攝氏170度、或甚至更特定言之大於或等於約攝氏180度的溫度下發生。然而，並不需要大於約攝氏180度之溫度，因為溫度升高並不提供任何改進，且相反可不當地需要更多能量，且因此可增加製造之成本。因此，在一實施例中，加熱溫度在約攝氏150至180度之間，或特定言之，約攝氏170至180度之間。在一實施例中，本文中之所有加熱階段均使用熱板來加熱半導體晶圓12，且指示溫度為在該熱板上或其附近處量測之溫度。加熱時間之長度可基於過程中其它階段之時間來加以選擇。舉例而言，若其它半導體晶圓在約60秒後傳送至過程中之另一階段，則約60秒係需要的。在一實施例中，此60秒為腔室處於約恆定溫度下之時間；換言之，該60秒不包括溫度上升及下降。調節加熱過程之時間約等於其它處理階段防止(若可能)半導體晶圓12在加熱階段之後必須等待下一階段，且亦防止加熱過程在過程中成為瓶頸(意即最慢階段)而減慢整個過程。

在第一加熱階段16之後，可需要冷卻階段17。所用微影工具可具有可用於在熱腔室中移除或置放半導體晶圓12之機械臂("熱機械臂")及另一可用於在冷腔室中移除或置放該半導體晶圓12之機械臂("冷機械臂")。雖然該熱機械臂能進入用於加熱階段16之腔室，但是微影工具可防止熱機械臂進入用於黏著階段18之腔室，因為在用於黏著階段18之腔室中具有熱半導體晶圓12係一安全冒險(safety hazard)。(當黏著層沈積於熱半導體晶圓上時其可揮發。)因此，冷卻階段17可用於冷卻半導體晶圓12。熱機械臂應能夠將半導體晶圓12自用於加熱階段16之腔室轉移至用於冷卻階段17之腔室。然後，冷機械臂能將經冷卻之半導體晶圓轉移至黏著階段18。在一實施例中，將該經冷卻之半導體晶圓冷卻直至其達到約室溫(約攝氏21度)。在一實施例中，半導體晶圓12冷卻約45秒。在一實施例中，本文中之所有冷卻階段均藉由使用一冷卻(cool、chill)板來執行。然而，與加熱階段16一樣，時間可經選擇以適合特定之整個微影過程。

在一實施例中，於冷卻半導體晶圓12之後，藉由一機械臂(其最可能為冷機械臂)將該半導體晶圓12傳送至黏著階段18。在該黏著階段18期間，將預抗蝕塗層或黏著層沈積於半導體晶圓12上以改良黏著。在一實施例中，該黏著層為矽烷化底塗劑，如六甲基二矽氮烷(HMDS)。HMDS用化學方法進行反應以移除所有表面OH基團。由於存在加熱，所以HMDS與氧進行反應形成結合至半導體晶圓12之三甲基矽烷(Si[CH₃ ]₃ )。在一實施例中，黏著階段18之溫度為約攝氏100度或更大(如約攝氏120度)。在一實施例中，黏著階段用時約50至70秒，或以約60秒較佳。

在於半導體晶圓12上形成黏著層後，可將該半導體晶圓12冷卻以防止隨後塗覆之光阻劑起泡或熔化。因此，在一實施例中，半導體晶圓12可藉由冷機械臂傳送至用於第二冷卻階段20之腔室。在一實施例中，半導體晶圓12冷卻至室溫歷時約45秒。

在冷卻之後，半導體晶圓12(例如)可藉由該等機械臂之一傳送至抗蝕劑塗覆階段22。在一實施例中，於抗蝕劑塗覆階段22，將抗蝕劑旋塗於半導體晶圓12上。在抗蝕劑溶液自施配器23塗覆於半導體晶圓12之後，將半導體晶圓12旋轉(spun、rotate)，以便均一地塗覆抗蝕劑於整個半導體晶圓12。繼續旋轉直至光阻劑大體上乾燥。若沿著半導體晶圓12之圓周出現經乾燥之光阻劑珠粒，則應移除該經乾燥之光阻劑，以避免該珠粒剝落及產生可引起污染問題之顆粒。在一實施例中，可使用用化學方法擴大之光阻劑，如深紫外線(DUV)抗蝕劑。另外，可使用ESCAP(對環境安全/穩定之用化學方法改變之光阻劑)；然而，亦可使用任何光阻材料。

在塗覆光阻劑之後，半導體晶圓12(例如)藉由一機械臂傳送至第二加熱階段24，該階段稱為軟烘烤或後塗覆烘烤。該軟烘烤執行用於使光阻劑中之分子交聯。該軟烘烤亦可自光阻劑中移除所有溶劑，且藉由減少光阻劑中之應力可改良光阻劑之黏著。在一實施例中，該軟烘烤在約攝氏130度之溫度下實施歷時約60秒；然而，可使用其它溫度及時間。

在軟烘烤後，半導體晶圓12可經冷卻，以使其在隨後之為了各種原因(如為了便於處理)的處理期間，溫度不會太高。因此，可將該半導體晶圓12傳送至用於第三冷卻階段26之腔室。在一實施例中，半導體晶圓12冷卻至約室溫歷時約45秒。

在一實施例中，步進器或掃描儀係用於以每次一區域之方式對準及曝光半導體晶圓12。例如，該半導體晶圓12將會在一特定區域(通常稱作主光罩區)中對準及曝光，且接著在該步進器階段或掃描儀階段，移動半導體晶圓12至工具之適當部分，以使不同區域對準及曝光。因此，一旦步進器已對準半導體晶圓12，該半導體晶圓12將隨之曝光。

在對準及曝光階段30期間，將光罩31置放於半導體晶圓12上方，且基於該光罩31之圖案，使用輻射來曝光光阻劑。該輻射在該光阻劑中引起光化學反應或轉換。若出現抗蝕劑中毒，則反應之擴大將減少。輻射可為任何所需之輻射，如具有248或193奈米之波長的光線。在將該半導體晶圓12之一區域於步進器中曝光之後，該步進器接著相對於半導體晶圓12移動光罩，以曝光半導體晶圓12之另一(通常鄰近)部分。在對準及曝光階段30中，重複使用步進器以最終產生經曝光之柵格區域。

可稱為後曝光烘烤之第三加熱階段32在將半導體晶圓12之所有所需區域曝光之後執行。該後曝光烘烤激發酸性觸媒以在光阻劑內形成潛影。在一實施例中，後曝光烘烤在約攝氏130度之溫度下發生歷時約60秒。

在後曝光烘烤中形成潛影之後，可將半導體晶圓12冷卻。因此，可將該半導體晶圓12傳送至用於第四冷卻階段34之腔室。在一實施例中，將半導體晶圓12冷卻至約室溫歷時約45秒。

為使潛影變成光阻劑中之最終影像，半導體晶圓12在於第四冷卻階段34中冷卻之後經歷顯影階段36。在一實施例中，該顯影階段36係使用噴霧顯影系統來執行，在該系統中噴嘴37將顯影劑39噴灑至旋轉之半導體晶圓12上。儘管未圖示，但在顯影階段36之後可執行隨後之沖洗、乾燥及加熱過程以移除該顯影劑。

在光阻劑中形成最終影像之後，半導體晶圓12可離開用化學方法過濾之環境10。在一實施例中，執行後顯影檢測(ADI)40來驗證最後影像是否為所需。在ADI 40期間，可使用如光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)或雷射系統之工具來檢測光阻圖案。檢測期間可測定之光阻之特徵包括薄膜品質、影像品質及缺陷。舉例而言，可檢測通道之密集陣列以判定任何通道或通道之部分是否遺失。若微影過程之結果是可接受的(例如，所有通道均存在於密集陣列中)，則將半導體晶圓12轉送至隨後之過程，在該過程中光阻圖案將用於蝕刻下覆層。若實情為該圖案是不可接受的，則移除(剝去)該光阻層及重複該微影過程。

目前，需瞭解已提供一種原位熱釋放空氣攜帶之污染物(如可凝結物質)之方法。此外，半導體晶圓在一無污染環境中處理，其大大降低或消除由污染所引起之遺失通道之可能。遺失通道(或其它微影圖案或圖案之部分)之降低增加了良率。

在前述之說明書中，本發明已參考特定實施例進行了描述。然而，熟習此項技術者應瞭解在不脫離以下申請專利範圍中所陳述之本發明之範疇的情況下可做出各種修改及變化。因此，本說明書及圖式應視為說明性而非限制性意義，且所有該等修改意欲包括在本發明之範疇內。上文已關於特定實施例描述了益處、其它優勢及問題之解決方案。然而，該等益處、優勢、問題之解決方案及可引起任何益處、優勢或解決方案發生或變得更加顯著之任何元件均不作為任何或所有申請專利範圍中之關鍵、需要或基本特徵或元件來解釋。

此外，描述及申請專利範圍中之術語"前面"、"後面"、"頂部"、"底部"、"上方"、"下方"及其類似術語(若有)係用於描述之目的且對於描述永久之相對位置而言並非必要。應瞭解如此使用之術語在適當情況下可以互換，以使得本文中所描述之本發明之實施例例如可以除本文中所說明或另外描述之彼等之外的其它方位操作。本文中所用之術語"包含(comprises、comprising)"或其其它任何變化均意欲涵蓋非排它性包涵物，以使得包含元件表之過程、方法、物品或裝置不僅包括彼等元件而且可包括未清楚列出或該等過程、方法、物品或裝置所固有之其它元件。本文中所用之術語"一(a、an)"定義為一個或多個。

10．．．環境

12．．．半導體晶圓

14．．．階段

16．．．階段

17．．．階段

18．．．黏著階段

20．．．階段

22．．．抗蝕劑塗覆階段

23．．．施配器

24．．．階段

26．．．階段

30．．．階段

31．．．光罩

32．．．階段

34．．．階段

36．．．顯影階段

37．．．噴嘴

39．．．噴霧顯影劑

40．．．後顯影檢測(ADI)

本發明係藉由舉例方式來說明且不受隨附圖式限制，其中類似符號指示類似元件。

圖式說明根據本發明之一實施例形成一光阻圖案之流程。

熟練技術者應瞭解圖式中之元件係為了簡單及清楚而說明且無必要按比例繪製。舉例而言，該等圖式中之一些元件的尺寸可相對於其它元件誇大以有助於提高對本發明之實施例之理解。

10．．．環境

12．．．半導體晶圓

14．．．階段

16．．．階段

17．．．階段

18．．．黏著階段

20．．．階段

22．．．抗蝕劑塗覆階段

23．．．施配器

24．．．階段

26．．．階段

30．．．階段

31．．．光罩

32．．．階段

34．．．階段

36．．．顯影階段

37．．．噴嘴

39．．．噴霧顯影劑

40．．．後顯影檢測(ADI)

Claims (16)

1. 一種形成一光阻圖案之方法，其中該方法包含：提供一半導體晶圓；將該半導體晶圓曝光於一電漿環境；在將該半導體晶圓曝光於該電漿環境之後，自該半導體晶圓之一頂部表面釋放可凝結物質；在釋放該等可凝結物質之後，將一光阻劑塗覆於該半導體晶圓之該頂部表面上；及將該光阻劑曝光於能量，以形成一光阻圖案。
2. 如請求項1之方法，其中釋放該等可凝結物質包含加熱該半導體晶圓。
3. 如請求項2之方法，其中加熱該半導體晶圓包含加熱該半導體晶圓至大於約攝氏150度之溫度。
4. 如請求項2之方法，進一步包含在加熱該半導體晶圓之後，及塗覆該光阻劑至該半導體晶圓之前，冷卻該半導體晶圓。
5. 如請求項1之方法，進一步包含在加熱該半導體晶圓之後，及塗覆該光阻劑至該半導體晶圓之該頂部表面上之前，沈積一黏著層。
6. 如請求項1之方法，其中釋放該等可凝結物質、塗覆該光阻劑及將該半導體晶圓曝光於能量係在一用化學方法過濾之微影系統中執行。
7. 一種形成一光阻圖案之方法，其中該方法包含：將一具有可凝結物質之半導體晶圓置放於一用化學方法過濾之微影系統中；自該用化學方法過濾之微影系統中之該半導體晶圓，釋放該等化學物質；在釋放該等化學物質之後，將光阻劑塗覆至該用化學方法過濾之微影系統中之該半導體晶圓；及將該光阻劑曝光於能量，以在該用化學方法過濾之微影系統中形成一光阻圖案。
8. 如請求項7之方法，其中釋放該等可凝結物質包含加熱該半導體晶圓。
9. 如請求項8之方法，其中加熱該半導體晶圓包含加熱該半導體晶圓至大於約攝氏150度之溫度。
10. 如請求項7之方法，進一步包含在加熱該半導體晶圓之後，及塗覆該光阻劑至該半導體晶圓之頂部表面上之前，沈積一黏著層。
11. 如請求項7之方法，進一步包含在釋放該等化學物質之前，將該半導體晶圓曝光於一電漿環境。
12. 一種形成一光阻圖案之方法，該方法包含：提供一具有可凝結物質之半導體晶圓；加熱該半導體晶圓，以釋放可凝結物質，其中該加熱發生於一工具中；將光阻劑塗覆至該工具中之該半導體晶圓；及將該光阻劑曝光於能量，以形成一光阻圖案。
13. 如請求項12之方法，其中釋放該等可凝結物質包含加熱該半導體晶圓。
14. 如請求項13之方法，其中加熱該半導體晶圓包含加熱該半導體晶圓至大於約攝氏150度之溫度。
15. 如請求項12之方法，進一步包含在加熱該半導體晶圓之後，及塗覆該光阻劑至該半導體晶圓之頂部表面上之前，沈積一黏著層。
16. 如請求項12之方法，進一步包含在釋放該等化學物質之前，將該半導體晶圓曝光於一電漿環境。