使用浸沒光刻工藝製造半導體器件的方法
2023-12-11 14:56:37
專利名稱：使用浸沒光刻工藝製造半導體器件的方法
技術領域：
本公開涉及一種用於使用浸沒光刻工藝製造半導體器件的方法。更具體而言，本公開涉及一種用於製造半導體器件的方法，其能夠有效地解決在浸沒光刻工藝過程中的水印缺陷的問題。
背景技術：
近來，圖案大小已經隨著半導體器件變小而變成更小。研究集中於開發曝光機及對應的光致抗蝕劑材料，以獲得這些精細的圖案。雖然KrF(248nm)及ArF(193nm)已經被廣泛使用作為曝光光源，使用具有諸如F2(157nm)或EUV(13nm)的較短波長的光源及增加透鏡的數值孔徑的努力已經被實施。
然而，當光源變成改變成具有較短的波長時需要新的曝光機，使得在製造成本上為無效率的。同樣地，雖然增加數值孔徑能夠造成分辨能力增加，但是其將減少焦距深度的大小。
近來，一個浸沒光刻工藝已經被發展，以解決這些問題。乾式曝光工藝利用具有1.0的折射率的空氣作為用於曝光透鏡及具有光致抗蝕劑膜的晶片之間的曝光光束的介質，而浸沒光刻工藝利用水或具有超過1.0的折射率的有機溶劑。此使得浸沒光刻工藝能夠獲得與當具有較短的波長的光源被使用時或當具有較高的數值孔徑的透鏡被使用時相同的效果，而不減少焦距深度。
浸沒光刻工藝明顯地改進焦距深度，且即使當相同波長的曝光光源被使用時，能夠形成一個較精細的圖案。
然而，浸沒光刻工藝具有在工藝過程中產生水印缺陷的問題，如示於第1圖的水印缺陷。因此，將浸沒光刻工藝應用於真實的工業工藝是困難的。
發明內容
在此所公開的為一種用於製造半導體器件的方法，其減少自浸沒光刻工藝產生的水印缺陷。
在此所提出的為一種用於使用浸沒光刻工藝製造半導體器件的方法，該浸沒光刻工藝包括快速地加速晶片的旋轉，以在曝光步驟之後及顯影步驟之前，去除浸沒光刻溶液。優選地，該方法還包括在晶片的旋轉的快速加速之後，晶片的旋轉的快速減速。
優選地，快速加速可以通過在大約每秒3000rpm至大約每秒15000rpm下加速該晶片，以達到大約4000rpm至大約6000rpm的速度而完成，且接著能夠在該速度下旋轉該晶片大約10秒至50秒。優選地，快速減速可以通過在大約每秒3000rpm至大約每秒15000rpm下減速該晶片的旋轉而完成。在此方法的一個實施例中，該快速減速將顯著降低該晶片的旋轉。在此方法的另一個實施例中，該快速減速將基本上停止該晶片的旋轉。在此方法的另一個實施例中，該快速減速將停止該晶片的旋轉。
優選地，快速加速可以通過在大約每秒8000rpm至大約每秒12000rpm下加速該晶片，以達到大約4000rpm至大約6000rpm的速度而完成，且接著能夠在該速度下旋轉該晶片大約10秒至20秒。優選地，快速減速可以通過在大約每秒8000rpm至大約每秒12000rpm的下減速該晶片的旋轉而完成。
優選地，快速加速及快速減速的序列被重複，且能夠重複超過1次，優選地，為2、3或4次。
當加速或減速小於大約每秒3000rpm時，水印缺陷幾乎不能避免，且當其被加速或減速超過大約每秒15000rpm時，旋轉馬達可能損壞。
具體地，一種用於製造半導體器件的方法能夠包括下列步驟(a)在晶片的下方層上形成光致抗蝕劑膜；(b)使用用於浸沒光刻的曝光機曝光該晶片；(c)快速加速該晶片的旋轉，以移除浸沒光刻溶液；及(d)顯影所得的晶片，以獲得光致抗蝕劑圖案。
優選地，在步驟(a)中該光致抗蝕劑膜形成之前，有機底部抗反射膜形成於該下方層之上。此外，優選地，在曝光步驟(b)之前，有機頂部抗反射膜形成於該光致抗蝕劑膜之上。
如上文所述，該方法可以還包括在步驟(c)中快速加速該晶片的旋轉之後，快速減速該晶片的旋轉。優選地，快速加速及接著快速減速的序列實施超過1次。
雖然任何光致抗蝕劑化合物能夠被使用於上述的方法中，優選地使用化學增幅型光致抗蝕劑化合物。優選地，曝光機使用KrF或ArF作為曝光光線。
圖案可以包括舉例而言，線/空間圖案及孔圖案的一或兩者。
為了更完全了解本發明，應參照實施方式及附圖，其中圖1為顯示自傳統的浸沒光刻工藝產生的水印缺陷。
說明書、附圖及範例旨在為示例性的，且不旨在將本公開限制於此所敘述的特定實施例。
具體實施例方式
所披露的方法將參照下面特定實例而詳細敘述，該些特定實例不旨在限制本發明。
在範例中，由ASML公司所生產的1400i被使用作為用於浸沒光刻的曝光機，且水印缺陷以KLA公司所製造的Stells缺陷測量裝置作觀察。這些結果以8英寸晶片中水印缺陷總數量而顯示。
比較實例1.通過傳統方法(1)的圖案形成底部抗反射化合物(由Dongjin Semichem Co.所生產的A25 BARC)塗布於晶片上，且ArF光致抗蝕劑劑(由Shinetsu Co.所生產的X121)在其上塗布到0.17微米的厚度。該晶片於130℃下軟烘烤90秒。在通過浸沒光刻工藝曝光該晶片之後，以每秒2000rpm加速該晶片，以達到5000rpm的速度。在此之後，該晶片於5000rpm的下旋轉大約2分鐘，以移除水、浸沒溶液。接著，所得的晶片於130℃下後烘烤90秒。在以2.38重量百分比的TMAH水溶液顯影之後，大約2000個如圖1所示的水印缺陷被觀察到。
比較實例2.通過傳統方法(2)的圖案形成一個底部抗反射化合物(由Dongjin Semichem Co.所生產的A25 BARC)塗布於晶片上，且ArF光致抗蝕劑劑(由Shinetsu Co.所生產的X121)在其上塗布到0.17微米的厚度。該晶片於130℃下軟烘烤90秒。頂部抗反射化合物(由Nitsan Chemical Co.所生產的ARC 20)塗布於該光致抗蝕劑膜上，且接著於90℃下後烘烤60秒。在通過浸沒光刻工藝曝光該晶片之後，以每秒2000rpm加速該晶片，以達到5000rpm的速度。在此之後，該晶片於5000rpm的下旋轉大約2分鐘，以移除水。接著，所得的晶片於130℃下後烘烤90秒。在以2.38重量百分比的TMAH水溶液顯影之後，大約140個如示圖1所示的水印缺陷被觀察到。
在比較實例1及2中觀察到的水印缺陷被假定為在水保留的區域內產生的圓形橋，因為該區域的溫度在曝光後的烘烤步驟中由於水的高比熱而不升高。
實例1.通過本方法(1)的圖案形成底部抗反射化合物(由Dongjin Semichem Co.所生產的A25 BARC)塗布在晶片上，且ArF光致抗蝕劑劑(由Shinetsu Co.所生產的X121)在其上塗布到0.17微米的厚度。該晶片於130℃下軟烘烤90秒。在通過浸沒光刻工藝曝光該晶片之後，通過晶片的快速加速及減速，水被除去。對於快速加速及減速而言，(1)以每秒10000rpm加速該晶片，以達到5000rpm的速度，且接著，在該速度下旋轉該晶片大約30秒，且(2)以每秒10000rpm減速該晶片，以停止旋轉。步驟(1)及(2)分別重複1、2、3或4次。接著，造成的晶片於130℃下後烘烤90秒。在以2.38重量百分比的TMAH水溶液顯影之後，獲得光致抗蝕劑圖案。表1顯示所得的水印缺陷數量。
實例2.通過本方法(2)的圖案形成實例1相同的步驟被重複，除了下列步驟以外(1)以每秒2000rpm加速該晶片，以達到3000rpm的速度，且接著，在該速度下旋轉該晶片大約30秒，且(2)以每秒2000rpm減速該晶片，以停止旋轉。表1顯示所得的水印缺陷數量。
實例3.通過本方法(3)的圖案形成實例1相同的步驟被重複，除了下列步驟以外(1)以每秒10000rpm加速該晶片，以達到5000rpm的速度，且接著，在該速度下旋轉該晶片大約10秒，且(2)以每秒10000rpm減速該晶片，以停止旋轉。表1顯示所得的水印缺陷數量。
實例4.通過本方法(4)的圖案形成底部抗反射化合物(由Dongjin Semichem Co.所生產的A25 BARC)塗布於晶片上，且ArF光致抗蝕劑劑(由Shinetsu Co.所生產的X121)在其上塗布到0.17微米的厚度。該晶片於130℃下軟烘烤90秒。一個頂部抗反射化合物(由Nitsan Chemical Co.所生產的ARC 20)塗布於該光致抗蝕劑膜上，且接著於90℃下後烘烤60秒。在通過浸沒光刻工藝曝光該晶片之後，通過晶片的快速加速及減速，水被除去。對於快速加速及減速而言，(1)以每秒10000rpm加速該晶片，以達到5000rpm的速度，且接著，在該速度下旋轉該晶片大約30秒，且(2)以每秒10000rpm減速該晶片，以停止旋轉。步驟(1)及(2)分別重複1、2、3或4次。接著，所得的晶片於130℃下後烘烤90秒。在以2.38重量百分比的TMAH水溶液顯影之後，獲得光致抗蝕劑圖案。表1顯示所得的水印缺陷數量。
實例5.通過本方法(5)的圖案形成實例4相同的步驟被重複，除了下列步驟以外(1)以每秒2000rpm加速該晶片，以達到3000rpm的速度，且接著，在該速度下旋轉該晶片大約30秒，且(2)以每秒2000rpm減速該晶片，以停止旋轉。表1顯示所得的水印缺陷數量。
實例6.通過本方法(6)的圖案形成實例4相同的步驟被重複，除了下列步驟以外(1)以每秒10000rpm加速該晶片，以達到5000rpm的速度，且接著，在該速度下旋轉該晶片大約10秒，且(2)以每秒10000rpm減速該晶片，以停止旋轉。表1顯示所得的水印缺陷數量。
表1
如表1所示，當晶片的加速及減速正好重複2次以移除浸沒溶液時，水印缺陷大幅減少。特別是，當晶片的加速及減速重複3次或更多次時，看不到水印缺陷。
如上文所述，一種用於製造半導體器件的披露的方法包括在曝光步驟之後及顯影步驟之前晶片的快速加速及減速，由此大幅減少水印缺陷。
權利要求
1.一種使用浸沒光刻工藝製造半導體器件的方法，所述改進包括快速加速晶片的旋轉，以達到預定速度，以移除浸沒光刻溶液。
2.如權利要求1的方法，還包括在快速加速該晶片的旋轉之後，快速減速該晶片的旋轉。
3.如權利要求1的方法，其中，該晶片的快速加速在曝光步驟之後及顯影步驟之前實施。
4.如權利要求1的方法，其中，快速加速包括在每秒3000rpm至每秒15000rpm的下加速該晶片的旋轉，以達到4000rpm至6000rpm的速度，且在該速度下旋轉該晶片10秒至50秒。
5.如權利要求4的方法，其中，快速加速重複2次或更多次。
6.如權利要求5的方法，其中，快速加速重複3次或更多次。
7.如權利要求2的方法，其中，快速加速及減速包括(i)在每秒3000rpm至每秒15000rpm的下快速加速該晶片的旋轉，以達到4000rpm至6000rpm的速度，且在該速度下旋轉該晶片10秒至50秒；及(ii)在每秒3000rpm至每秒15000rpm的下快速減速該晶片的旋轉。
8.如權利要求7的方法，其還包括依次重複步驟(i)及(ii)2次或更多次。
9.如權利要求8的方法，其還包括依次重複步驟(i)及(ii)3次或更多次。
10.如權利要求7的方法，其中，快速加速及減速包括(i)在每秒8000rpm至每秒12000rpm的下快速加速該晶片的旋轉，以達到4000rpm至6000rpm的速度，且在該速度下旋轉該晶片10秒至20秒；及(ii)在每秒8000rpm至每秒12000rpm的下快速減速該晶片的旋轉。
11.一種用於製造半導體器件的方法，其包括下列步驟(a)在晶片的下方層上形成光致抗蝕劑膜；(b)使用用於浸沒光刻的曝光機曝光該晶片；(c)快速加速該晶片的旋轉，以移除浸沒光刻溶液；及(d)顯影所得的晶片，以獲得光致抗蝕劑圖案。
12.如權利要求11的方法，其中，該方法還包括下列步驟在該快速加速步驟之後，快速減速該晶片的旋轉。
13.如權利要求11的方法，其中，快速加速包括在每秒3000rpm至每秒15000rpm的下加速該晶片的旋轉，以達到4000rpm至6000rpm的速度，且在該速度下旋轉該晶片10秒至50秒。
14.如權利要求12的方法，其中，快速加速及減速包括(i)在每秒3000rpm至每秒15000rpm的下快速加速該晶片的旋轉，以達到4000rpm至6000rpm的速度，且在該速度下旋轉該晶片10秒至50秒；及(ii)在每秒3000rpm至每秒15000rpm的下快速減速該晶片的旋轉。
15.如權利要求14的方法，還包括依次重複步驟(i)及(ii)2次或更多次。
16.如權利要求15的方法，還包括依次重複步驟(i)及(ii)3次或更多次。
17.如權利要求11的方法，其中，該光致抗蝕劑圖案包括線/空間圖案及孔圖案的一或兩者。
全文摘要
本發明公開了一種使用浸沒光刻工藝製造半導體器件的方法。該方法包括在曝光步驟之後及顯影步驟之前，快速地加速晶片的旋轉，以去除浸沒光刻溶液，由此有效地減少水印缺陷。
文檔編號H01L21/027GK1916769SQ20061012121
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月17日 優先權日2005年8月17日
發明者鄭載昌, 李晟求, 潘槿道, 卜喆圭, 文承燦 申請人:海力士半導體有限公司