一種降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法
2023-09-19 11:44:30
專利名稱：一種降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法
技術領域：
本發明涉及集成電路製造工藝技術領域，特別涉及一種降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法。
背景技術：
伴隨集成電路製造工藝的不斷進步，線寬的不斷縮小，半導體器件的面積正變得越來越小，半導體的布局已經從普通的單一功能分離器件，演變成整合高密度多功能的集成電路；由最初的集成電路(IC)隨後到大規模集成電路(LSI)，超大規模集成電路(VLSI)，直至今天的特大規模集成電路(ULSI)，器件的面積進一步縮小，功能更為全面強大。考慮到工藝研發的複雜性，長期性和高昂的成本等等不利因素的制約，如何在現有技術水平的基礎上進一步提高器件的集成密度，縮小晶片的面積，在同一枚矽片上儘可能多的得到有效的晶片數，從而提高整體利益，將越來越受到晶片設計者，製造商的重視。
光學的衍射是光通過不透明體邊緣、穿過狹縫或從劃有平行直線的表面反射時產生偏折和出現一些彼此平行的亮帶和暗帶。半導體生產中使用的光刻技術主要基於上述原理。當光線通過掩膜版時，由於受到掩膜版圖形的影響，使光線發生偏折，根據掩膜版圖形的尺寸大小從而產生數量不同的衍射級數，基本的計算工式P*Sinα＝n*λ(公式1)P是圖形的透明區域和不透明部分的寬度的總和；α是衍射角度；λ是光刻機使用的波長；n即是衍射級數。
根據數值孔徑，解析度的概念和計算公式NA＝N*Sinα(公式2)R＝K1*λ/NA(公式3)NA(Numerical Aperture)是光刻機鏡頭能力的重要表徵，數值越高其帶來的解析度R越高， K1是係數因子，與工藝的能力，設備的波長，數值孔徑等的基本參數相關，N是光學鏡頭和矽片之間介質的折射率，折射率越大所得的數值孔徑也越高。
通常幹法光刻技術的介質是空氣，因此數值孔徑的大小僅與最大捕獲衍射角相關。當數值孔徑為某個定值時通過公式2可以得到最大捕獲衍射角，由此帶入公式1得到可以被鏡頭收集的衍射級數。如圖1所示，當光線通過掩膜版上的圖形1時，會發生衍射效應，不同級數的衍射光線2向外發射，角度超過設備鏡頭接受範圍的衍射光線會損失、湮滅，其餘的衍射光線被鏡頭組收集和會聚，最終通過主鏡頭3，進入介於矽片4和設備之間的介質液體5，最後成像。由於液體的折射率大於1，導致設備的數值孔徑也會隨之大大提高，從而帶來解析度的跨越。收集的衍射級數越多，圖形的逼真程度越高，由此得到的空間圖像對比度也會大大提高。隨後空間圖像被光敏材料吸收，通過顯影成像。上述幾個公式可知，在光學技術上縮小線寬的主要方式是提高數值孔徑和降低曝光的有效波長。由於需要尋找合適的波段、恰當的光學鏡頭材料、以及研發感光交連樹脂的光敏材料，導致實現後者的難度明顯的較高。因此，新興的光刻技術——浸沒式曝光技術應運而生。浸沒式曝光技術，顧名思義即是將矽片浸沒在高折射率的液體中進行曝光操作，由於數值孔徑與介質折射率以及最大捕獲衍射角成正比，因此，溼法的浸沒式曝光技術會比幹法的曝光，在數值孔徑上擴大了介質折射率N倍。
儘管在過去的幾年裡，浸沒式光刻技術已經獲得了長足的進步，但目前仍然有一些問題和挑戰擺在面前需要解決。其中主要是光敏材料的交互影響問題，從光敏材料中釋出物質，滲入液體中，在隨後的曝光過程中會對鏡頭底部材料產生影響，進而侵蝕光學部件，降低其的表現力。
發明內容
本發明的目的在於提供一種降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，減少水溶液汙染，避免沾汙光學部件。
本發明是通過以下技術方案實現的一種降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，在塗布光敏材料的矽片進入浸沒式光刻設備與水分接觸前，用加入表面活性劑的液體衝洗矽片，使矽片充分預溼，然後經過曝光、顯影，完成圖形製作。
降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法包括如下步驟(1)矽片進入塗膠設備，塗布光敏材料，烘烤，冷卻；(2)用加入表面活性劑的液體衝洗矽片，使矽片充分預溼；(3)矽片進入浸沒式光刻設備，曝光；(4)矽片進入顯影設備，烘烤，冷卻，隨後顯影，完成圖形製作；其中，所述光敏感材料包括酮類或醚類或烷烴類有機溶劑、感光交聯樹脂、光酸生成劑以及微量金屬離子，分子量在85000到150000之間，有機溶劑與感光交聯樹脂和光酸生成劑的摩爾量比例為1∶X∶Y，其中，X和Y為5～100。
所述光敏感材料的每次塗布劑量為1.5ml到5ml；所述每次烘烤溫度為60℃到250℃，烘烤時間為10秒到120秒；冷卻溫度為15℃到25℃，冷卻時間為20秒到60秒。
所述表面活性劑的液體由鹽類、酸類、乙醇或者它的衍生物、低分子量的碳氫化合物類中的至少一種和水共同構成，配比可以是1∶100到1∶1000，用於移除光刻膠中額外多餘的光酸生成劑或者其它的表面汙染物。
所述的衝洗時間為1秒到60秒，使用液體的溫度為15℃到25℃。
本發明改變常規曝光流程順序，由塗膠—曝光—顯影，變為塗膠—預溼矽片—曝光—顯影。由於光酸生成劑的表面測量值在剛剛接觸水的一分種內會發生急劇地躍遷，在矽片與浸沒式光刻工藝中的水分接觸前利用帶有表面活性劑的液體預溼矽片，能夠移除額外多餘的光酸生成劑或者其它的表面汙染物，防止光敏材料中釋出物質對隨後的曝光過程中會對鏡頭底部材料產生的影響，進而保護光學部件的免於被侵蝕。
圖1是光學衍射的示意圖；圖2是潤溼液體移除光酸生成劑的示意圖。
標號說明1、掩膜版圖形 2、衍射光線 3、鏡頭 4、矽片5、介質液體 6、衝洗潤溼液體 7、光酸生成劑 8、光敏材料具體實施方式
一種降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，首先是矽片進入塗膠設備，塗布光敏材料。所述光敏感材料包括酮類或醚類或烷烴類有機溶劑、感光交聯樹脂、光酸生成劑以及微量金屬離子，分子量在85000到150000之間，有機溶劑與感光交聯樹脂和光酸生成劑的摩爾量比例為1∶X∶Y，其中，X和Y為5～100，比如設定比例為1∶20∶50、1∶40∶100等。每次塗布劑量為1.5ml、2ml、3ml、4ml或5ml；所述每次烘烤溫度為60℃、100℃、120℃、150℃或250℃，烘烤時間為10秒、30秒、50秒、80秒或120秒；冷卻溫度為15℃、20℃、23℃或25℃，冷卻時間為20秒、30秒、40秒、50秒或60秒。
其次，用加入表面活性劑的液體衝洗矽片，使矽片充分預溼，表面活性劑的液體由鹽類、酸類、乙醇或者它的衍生物、低分子量的碳氫化合物類中的至少一種和水共同構成，配比可以是1∶100、1∶200、1∶300、1∶400、1∶500或者1∶1000，上述加入表面活性劑的液體作為衝洗矽片的衝洗潤溼液體。請參閱圖2，旋轉的矽片4表面的光敏材料8中包含在塗膠工藝中多餘的光酸生成劑7，通過衝洗潤溼液體6衝洗矽片4表面，利用衝洗潤溼液體6中的表面活性劑移除光刻膠中額外多餘的光酸生成劑或者其它的表面汙染物。衝洗時間為1秒、10秒、15秒或者60秒，使用液體的溫度為15℃、20℃、23℃或25℃。
然後，矽片進入浸沒式光刻設備，曝光。
最後，矽片進入顯影設備，烘烤，冷卻，隨後顯影，完成圖形製作。
由於本發明是通過改變常規曝光流程順序，將傳統的流程塗膠—曝光—顯影，變為塗膠—預溼矽片—曝光—顯影，加入了預溼矽片的流程，因此對傳統步驟中的塗膠、曝光和顯影的流程就不再詳述。
本發明涉及一種降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，通過優化工藝流程，在矽片進入浸沒式光刻設備與水分接觸前，採用加入表面活性劑的液體充分預溼矽片，移除額外多餘的光酸生成劑或者其它的表面汙染物，大大減少了隨後產生水溶液的汙染問題，避免沾汙光學部件以及提高矽片圖像均勻性。
權利要求
1.一種降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，其特徵在於在塗布光敏材料的矽片進入浸沒式光刻設備與水分接觸前，用加入表面活性劑的液體衝洗矽片，使矽片充分預溼，然後經過曝光、顯影，完成圖形製作。
2.如權利要求1所述的降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，其特徵在於包括如下步驟(1)矽片進入塗膠設備，塗布光敏材料，烘烤，冷卻；(2)用加入表面活性劑的液體衝洗矽片，使矽片充分預溼；(3)矽片進入浸沒式光刻設備，曝光；(4)矽片進入顯影設備，烘烤，冷卻，隨後顯影，完成圖形製作。
3.如權利要求1或2所述的降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，其特徵在於所述光敏感材料包括酮類或醚類或烷烴類有機溶劑、感光交聯樹脂、光酸生成劑以及微量金屬離子，分子量在85000到150000之間，有機溶劑與感光交聯樹脂和光酸生成劑的摩爾量比例為1∶X∶Y，其中，X和Y為5～100。
4.如權利要求3所述的降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，其特徵在於所述光敏感材料的每次塗布劑量為1.5ml到5ml；所述每次烘烤溫度為60℃到250℃，烘烤時間為10秒到120秒；冷卻溫度為15℃到25℃，冷卻時間為20秒到60秒。
5.如權利要求1和2所述的降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，其特徵在於所述表面活性劑的液體由鹽類、酸類、乙醇或者它的衍生物、低分子量的碳氫化合物類中的至少一種和水共同構成，配比可以是1∶1 00到1∶1000，用於移除光刻膠中額外多餘的光酸生成劑或者其它的表面汙染物。
6.如權利要求1和2所述的降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，其特徵在於所述的衝洗時間為1秒到60秒，使用液體的溫度為15℃到25℃。
全文摘要
本發明一種降低浸沒式光刻技術中光學部件被水溶液沾汙的方法，通過優化工藝流程，在矽片進入浸沒式光刻設備與水分接觸前，採用加入表面活性劑的液體充分預溼矽片，移除額外多餘的光酸生成劑或者其它的表面汙染物，大大減少了隨後產生水溶液的汙染問題，避免沾汙光學部件以及提高矽片圖像均勻性。
文檔編號G03F7/00GK1996145SQ20051000337
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月31日 優先權日2005年12月31日
發明者朱駿 申請人:上海集成電路研發中心有限公司, 上海華虹(集團)有限公司