專利名稱：一種降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法。
背景技術(shù)：
伴隨集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步，線寬的不斷縮小，半導(dǎo)體器件的面積正變得越來(lái)越小，半導(dǎo)體的布局已經(jīng)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)隨后到大規(guī)模集成電路(LSI)，超大規(guī)模集成電路(VLSI)，直至今天的特大規(guī)模集成電路(ULSI)，器件的面積進(jìn)一步縮小，功能更為全面強(qiáng)大?？紤]到工藝研發(fā)的復(fù)雜性，長(zhǎng)期性和高昂的成本等等不利因素的制約，如何在現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高器件的集成密度，縮小芯片的面積，在同一枚硅片上盡可能多的得到有效的芯片數(shù)，從而提高整體利益，將越來(lái)越受到芯片設(shè)計(jì)者，制造商的重視。
光學(xué)的衍射是光通過(guò)不透明體邊緣、穿過(guò)狹縫或從劃有平行直線的表面反射時(shí)產(chǎn)生偏折和出現(xiàn)一些彼此平行的亮帶和暗帶。半導(dǎo)體生產(chǎn)中使用的光刻技術(shù)主要基于上述原理。當(dāng)光線通過(guò)掩膜版時(shí)，由于受到掩膜版圖形的影響，使光線發(fā)生偏折，根據(jù)掩膜版圖形的尺寸大小從而產(chǎn)生數(shù)量不同的衍射級(jí)數(shù)，基本的計(jì)算工式P*Sinα＝n*λ(公式1)P是圖形的透明區(qū)域和不透明部分的寬度的總和；α是衍射角度；λ是光刻機(jī)使用的波長(zhǎng)；n即是衍射級(jí)數(shù)。
根據(jù)數(shù)值孔徑，分辨率的概念和計(jì)算公式NA＝N*Sinα(公式2)R＝K1*λ/NA(公式3)NA(Numerical Aperture)是光刻機(jī)鏡頭能力的重要表征，數(shù)值越高其帶來(lái)的分辨率R越高， K1是系數(shù)因子，與工藝的能力，設(shè)備的波長(zhǎng)，數(shù)值孔徑等的基本參數(shù)相關(guān)，N是光學(xué)鏡頭和硅片之間介質(zhì)的折射率，折射率越大所得的數(shù)值孔徑也越高。
通常干法光刻技術(shù)的介質(zhì)是空氣，因此數(shù)值孔徑的大小僅與最大捕獲衍射角相關(guān)。當(dāng)數(shù)值孔徑為某個(gè)定值時(shí)通過(guò)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(jí)數(shù)。如圖1所示，當(dāng)光線通過(guò)掩膜版上的圖形1時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射效應(yīng)，不同級(jí)數(shù)的衍射光線2向外發(fā)射，角度超過(guò)設(shè)備鏡頭接受范圍的衍射光線會(huì)損失、湮滅，其余的衍射光線被鏡頭組收集和會(huì)聚，最終通過(guò)主鏡頭3，進(jìn)入介于硅片4和設(shè)備之間的介質(zhì)液體5，最后成像。由于液體的折射率大于1，導(dǎo)致設(shè)備的數(shù)值孔徑也會(huì)隨之大大提高，從而帶來(lái)分辨率的跨越。收集的衍射級(jí)數(shù)越多，圖形的逼真程度越高，由此得到的空間圖像對(duì)比度也會(huì)大大提高。隨后空間圖像被光敏材料吸收，通過(guò)顯影成像。上述幾個(gè)公式可知，在光學(xué)技術(shù)上縮小線寬的主要方式是提高數(shù)值孔徑和降低曝光的有效波長(zhǎng)。由于需要尋找合適的波段、恰當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)鏡頭材料、以及研發(fā)感光交連樹(shù)脂的光敏材料，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)后者的難度明顯的較高。因此，新興的光刻技術(shù)——浸沒(méi)式曝光技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。浸沒(méi)式曝光技術(shù)，顧名思義即是將硅片浸沒(méi)在高折射率的液體中進(jìn)行曝光操作，由于數(shù)值孔徑與介質(zhì)折射率以及最大捕獲衍射角成正比，因此，濕法的浸沒(méi)式曝光技術(shù)會(huì)比干法的曝光，在數(shù)值孔徑上擴(kuò)大了介質(zhì)折射率N倍。
盡管在過(guò)去的幾年里，浸沒(méi)式光刻技術(shù)已經(jīng)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但目前仍然有一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)擺在面前需要解決。其中主要是光敏材料的交互影響問(wèn)題，從光敏材料中釋出物質(zhì)，滲入液體中，在隨后的曝光過(guò)程中會(huì)對(duì)鏡頭底部材料產(chǎn)生影響，進(jìn)而侵蝕光學(xué)部件，降低其的表現(xiàn)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，減少水溶液污染，避免沾污光學(xué)部件。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，在涂布光敏材料的硅片進(jìn)入浸沒(méi)式光刻設(shè)備與水分接觸前，用加入表面活性劑的液體沖洗硅片，使硅片充分預(yù)濕，然后經(jīng)過(guò)曝光、顯影，完成圖形制作。
降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法包括如下步驟(1)硅片進(jìn)入涂膠設(shè)備，涂布光敏材料，烘烤，冷卻；(2)用加入表面活性劑的液體沖洗硅片，使硅片充分預(yù)濕；(3)硅片進(jìn)入浸沒(méi)式光刻設(shè)備，曝光；(4)硅片進(jìn)入顯影設(shè)備，烘烤，冷卻，隨后顯影，完成圖形制作；其中，所述光敏感材料包括酮類或醚類或烷烴類有機(jī)溶劑、感光交聯(lián)樹(shù)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(jī)溶劑與感光交聯(lián)樹(shù)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涂布劑量為1.5ml到5ml；所述每次烘烤溫度為60℃到250℃，烘烤時(shí)間為10秒到120秒；冷卻溫度為15℃到25℃，冷卻時(shí)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?xì)浠衔镱愔械闹辽僖环N和水共同構(gòu)成，配比可以是1∶100到1∶1000，用于移除光刻膠中額外多余的光酸生成劑或者其它的表面污染物。
所述的沖洗時(shí)間為1秒到60秒，使用液體的溫度為15℃到25℃。
本發(fā)明改變常規(guī)曝光流程順序，由涂膠—>曝光—>顯影，變?yōu)橥磕z—>預(yù)濕硅片—>曝光—>顯影。由于光酸生成劑的表面測(cè)量值在剛剛接觸水的一分種內(nèi)會(huì)發(fā)生急劇地躍遷，在硅片與浸沒(méi)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(yù)濕硅片，能夠移除額外多余的光酸生成劑或者其它的表面污染物，防止光敏材料中釋出物質(zhì)對(duì)隨后的曝光過(guò)程中會(huì)對(duì)鏡頭底部材料產(chǎn)生的影響，進(jìn)而保護(hù)光學(xué)部件的免于被侵蝕。


圖1是光學(xué)衍射的示意圖；圖2是潤(rùn)濕液體移除光酸生成劑的示意圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明1、掩膜版圖形 2、衍射光線 3、鏡頭 4、硅片5、介質(zhì)液體 6、沖洗潤(rùn)濕液體 7、光酸生成劑 8、光敏材料具體實(shí)施方式
一種降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，首先是硅片進(jìn)入涂膠設(shè)備，涂布光敏材料。所述光敏感材料包括酮類或醚類或烷烴類有機(jī)溶劑、感光交聯(lián)樹(shù)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(jī)溶劑與感光交聯(lián)樹(shù)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(shè)定比例為1∶20∶50、1∶40∶100等。每次涂布劑量為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(shí)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(shí)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沖洗硅片，使硅片充分預(yù)濕，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?xì)浠衔镱愔械闹辽僖环N和水共同構(gòu)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沖洗硅片的沖洗潤(rùn)濕液體。請(qǐng)參閱圖2，旋轉(zhuǎn)的硅片4表面的光敏材料8中包含在涂膠工藝中多余的光酸生成劑7，通過(guò)沖洗潤(rùn)濕液體6沖洗硅片4表面，利用沖洗潤(rùn)濕液體6中的表面活性劑移除光刻膠中額外多余的光酸生成劑或者其它的表面污染物。沖洗時(shí)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℃。
然后，硅片進(jìn)入浸沒(méi)式光刻設(shè)備，曝光。
最后，硅片進(jìn)入顯影設(shè)備，烘烤，冷卻，隨后顯影，完成圖形制作。
由于本發(fā)明是通過(guò)改變常規(guī)曝光流程順序，將傳統(tǒng)的流程涂膠—>曝光—>顯影，變?yōu)橥磕z—>預(yù)濕硅片—>曝光—>顯影，加入了預(yù)濕硅片的流程，因此對(duì)傳統(tǒng)步驟中的涂膠、曝光和顯影的流程就不再詳述。
本發(fā)明涉及一種降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，通過(guò)優(yōu)化工藝流程，在硅片進(jìn)入浸沒(méi)式光刻設(shè)備與水分接觸前，采用加入表面活性劑的液體充分預(yù)濕硅片，移除額外多余的光酸生成劑或者其它的表面污染物，大大減少了隨后產(chǎn)生水溶液的污染問(wèn)題，避免沾污光學(xué)部件以及提高硅片圖像均勻性。
權(quán)利要求
1.一種降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，其特征在于在涂布光敏材料的硅片進(jìn)入浸沒(méi)式光刻設(shè)備與水分接觸前，用加入表面活性劑的液體沖洗硅片，使硅片充分預(yù)濕，然后經(jīng)過(guò)曝光、顯影，完成圖形制作。
2.如權(quán)利要求1所述的降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，其特征在于包括如下步驟(1)硅片進(jìn)入涂膠設(shè)備，涂布光敏材料，烘烤，冷卻；(2)用加入表面活性劑的液體沖洗硅片，使硅片充分預(yù)濕；(3)硅片進(jìn)入浸沒(méi)式光刻設(shè)備，曝光；(4)硅片進(jìn)入顯影設(shè)備，烘烤，冷卻，隨后顯影，完成圖形制作。
3.如權(quán)利要求1或2所述的降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，其特征在于所述光敏感材料包括酮類或醚類或烷烴類有機(jī)溶劑、感光交聯(lián)樹(shù)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(jī)溶劑與感光交聯(lián)樹(shù)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(quán)利要求3所述的降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，其特征在于所述光敏感材料的每次涂布劑量為1.5ml到5ml；所述每次烘烤溫度為60℃到250℃，烘烤時(shí)間為10秒到120秒；冷卻溫度為15℃到25℃，冷卻時(shí)間為20秒到60秒。
5.如權(quán)利要求1和2所述的降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，其特征在于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?xì)浠衔镱愔械闹辽僖环N和水共同構(gòu)成，配比可以是1∶1 00到1∶1000，用于移除光刻膠中額外多余的光酸生成劑或者其它的表面污染物。
6.如權(quán)利要求1和2所述的降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，其特征在于所述的沖洗時(shí)間為1秒到60秒，使用液體的溫度為15℃到25℃。
全文摘要
本發(fā)明一種降低浸沒(méi)式光刻技術(shù)中光學(xué)部件被水溶液沾污的方法，通過(guò)優(yōu)化工藝流程，在硅片進(jìn)入浸沒(méi)式光刻設(shè)備與水分接觸前，采用加入表面活性劑的液體充分預(yù)濕硅片，移除額外多余的光酸生成劑或者其它的表面污染物，大大減少了隨后產(chǎn)生水溶液的污染問(wèn)題，避免沾污光學(xué)部件以及提高硅片圖像均勻性。
文檔編號(hào)G03F7/00GK1996145SQ20051000337
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者朱駿 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 上海華虹(集團(tuán))有限公司