專利名稱：用于浸沒式光刻的液體組合物及光刻法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于浸沒式光刻(immersion lithography)的液體組合物和光刻法。更具體地，本發(fā)明涉及尺寸小于50納米(nm)裝置的顯影光刻法中，用于浸沒式光刻的液體組合物，以及使用該液體組合物的光刻法。
背景技術(shù)：
目前所用的光刻法為干式光刻法，其使用在曝光透鏡和晶片之間填充空氣用的一種曝光系統(tǒng)。
當(dāng)為干式光刻法時，用于顯影50納米裝置的新穎曝光系統(tǒng)使用F2激光或遠(yuǎn)紫外線(EUV)激光作為光源。因此，F(xiàn)2激光在顯影薄膜時產(chǎn)生問題，而遠(yuǎn)紫外線激光則會在顯影掩膜和光源時發(fā)生問題，從而為裝置大量制造時的一個缺點。
為了解決上述問題，已經(jīng)將浸沒式光刻法發(fā)展成為惰性的光刻法(noblelithography process)。
該浸沒式光刻可改善分辨能力，所采取的方式為在最終投影透鏡和晶片中置放液體，并且增加光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑(下文簡寫為“NA”)(相當(dāng)于液體的折射率)。此處，透過液體的光源的實際波長相當(dāng)于空氣中的波長除以相應(yīng)介質(zhì)的折射率所得的數(shù)值。因此，當(dāng)波長為193納米的光(ArF激光)通過水介質(zhì)時，離開該介質(zhì)的ArF激光的波長會從193納米降到134納米(以水的折射率1.44為基準(zhǔn))，獲得與較短光源(例如，157納米的F2激光)的相同效果。
圖1為說明浸泡式曝光計(immersion exposer)優(yōu)點的圖。如圖所示，當(dāng)既定間距中的NA值為固定時，顯示其焦距深度(下文簡寫為“DOF”)增加。當(dāng)NA值增加到大于1時，透鏡的分辨能力會獲得改善。
對于50納米裝置的顯影而言，用于浸沒式光刻的液體組合物必須使用上述浸沒式光刻法。在此，用于浸沒式光刻的液體組合物應(yīng)該要能夠?qū)⒕木?xì)布局(fine topology)表面完全覆蓋，并且微形氣泡應(yīng)該要從光刻膠膜和該液體組合物間被完全移除。
圖2為說明常規(guī)浸沒式光刻法中問題實例的橫截面圖。當(dāng)將用于浸沒式光刻的液體組合物20涂覆于具有精細(xì)布局的晶片10上時，圖2顯示該液體組合物20無法完全地填充在該晶片10的精細(xì)布局上(以“A”表示)。
因為不被該液體組合物填充的部分反而是被空氣所填滿，圖案的分辨能力由于液體組合物和空氣折射率的差異而會大幅度的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露一種用于浸沒式光刻的液體組合物。該液體組合物包含主要成份和添加劑，其中該主要成份為水，且該添加劑為非離子表面活性劑，其選自聚乙烯醇、季戊四醇類化合物、包含環(huán)氧烷的聚合物、如下化學(xué)式I代表的化合物和其混合物。該式I化合物為 其中R為直鏈或支鏈的取代的C1-C40烷基，且n為10到10,000的整數(shù)。
本文也公開了制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括提供晶片，于該晶片上形成光刻膠膜，利用上文所述含非離子表面活性劑的液體組合物曝光該光刻膠膜，以及顯影經(jīng)曝光的光刻膠膜，獲得光刻膠圖案。


為能夠更完整地了解本發(fā)明，應(yīng)參考以下詳細(xì)說明和附圖，其中圖1為說明浸泡式曝光計優(yōu)點的圖；圖2為說明常規(guī)浸沒式光刻法中問題的實例的橫截面圖；圖3a為說明本發(fā)明實施方式的浴缸式(bath-type)的浸沒式光刻裝置的橫截面圖；圖3b為說明本發(fā)明實施方式的淋浴式(shower-type)的浸沒式光刻裝置的橫截面圖；和圖3c為說明本發(fā)明實施方式的潛艇式(submarine-type)的浸沒式光刻裝置的橫截面圖。
雖然所揭示發(fā)明可以有各種不同形式的實施方式，附圖(下文將予以說明)中圖解說明本發(fā)明的具體實施方式
，但必須了解地是，公開的內(nèi)容和圖式用于解說，并非意圖用來將本發(fā)明限制于其中所述的具體實施方式
。
附圖中各組件的符號10晶片20液體組合物30浸沒透鏡(immersion lens)單元40晶片座臺(wafer stage)50投影透鏡(projection lens)單元具體實施方式
本文提供用于浸沒式光刻的液體組合物，該組合物包含作為主要成份的水和作為添加劑的非離子表面活性劑。
本文所述表面活性劑應(yīng)對光源是透明的，其折射率與水相近，并且若將其加入用于浸沒式光刻的液體組合物中時，不會在其間產(chǎn)生氣泡。
滿足以上條件的表面活性劑優(yōu)選為非離子表面活性劑，而更優(yōu)選為該非離子表面活性劑不包含芳香基團(tuán)。
該非離子表面活性劑優(yōu)選選自化學(xué)式I代表的化合物(如下所示)、聚乙烯醇、季戊四醇類化合物、包含環(huán)氧烷的聚合物和其混合物。
其中R為直鏈或支鏈的取代的C1-C40烷基，且n為10到10,000的整數(shù)。
以組合物總重為基準(zhǔn)，該表面活性劑的含量優(yōu)選為0.01重量％(wt.％)到5wt.％，更優(yōu)選為0.05wt.％到1wt.％。
當(dāng)表面活性劑的量超過5wt.％時，透鏡在曝光時會被表面活性劑所污染，并且發(fā)現(xiàn)假如表面活性劑的量低于0.01wt.％時，其效果就不是那么地顯著。
式I化合物優(yōu)選選自聚氧乙烯月桂醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯十八烷基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯-異辛基環(huán)己醚、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇三油酸酯和其混合物。
聚乙烯醇的重均分子量優(yōu)選為1,000到150,000。
季戊四醇類化合物的數(shù)均分子量優(yōu)選為10到10,000。
季戊四醇類化合物優(yōu)選選自季戊四醇乙氧化物、季戊四醇單油酸酯和其混合物。
包含環(huán)氧烷之聚合物的數(shù)均分子量優(yōu)選為10到20,000。
該環(huán)氧烷選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷和其組合。以聚合物總重為基準(zhǔn)，此處環(huán)氧烷的含量為70wt.％到90wt.％。
當(dāng)環(huán)氧烷的含量超過90wt.％時，表面活性劑的效果會下降，并且如果在環(huán)氧烷含量低于70wt.％情況下，當(dāng)將表面活性劑溶于水中時，其為不透明。
包含環(huán)氧烷的聚合物為包含80wt.％環(huán)氧乙烷以及數(shù)均分子量為2,250的聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)，包含82.5wt.％環(huán)氧乙烷以及數(shù)均分子量為14,600的聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)，或是包含80wt.％環(huán)氧乙烷以及數(shù)均分子量為8,400的聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)。
例如，包含80wt.％環(huán)氧乙烷的聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)是指，聚(乙二醇)的含量占聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)總重的80wt.％。
在液體組合物中，當(dāng)水為去離子水時，其溫度范圍為20℃到25℃，優(yōu)選為22℃到23℃，并且經(jīng)過濾除去雜質(zhì)。
此外，將已經(jīng)通過過濾器除去雜質(zhì)的去離子水與表面活性劑混合，然后再次過濾，獲得所公開的用于浸沒式光刻的液體組合物。
所公開的用于浸沒式光刻的液體組合物包含上述非離子表面活性劑，其可降低液體組合物的表面張力。因此，使用本發(fā)明液體組合物時，液體組合物無法在具有精細(xì)布局的晶片和普通的晶片上被完全填滿和被部分濃縮的問題可獲得解決，并且得以移除介于光刻膠膜和該液體組合物間的微形氣泡。
本發(fā)明也提供浸沒式光刻裝置，其包含浸沒透鏡單元、晶片座臺和投影透鏡單元，其中所公開的用于浸沒式光刻的液體組合物使用在浸沒透鏡單元中。
上述浸沒透鏡單元裝設(shè)成具有用于浸沒式光刻的液體組合物的接收部分，供給部分和復(fù)原部分。
安裝在晶片座臺上的晶片包括具有精細(xì)布局的晶片和普通的晶片，并且所公開的用于浸沒式光刻裝置優(yōu)選選自淋浴式裝置，浴缸式裝置和潛艇式的裝置。
參照圖3a，圖3a圖示一種浴缸式的浸沒式光刻裝置，其包含浸沒透鏡單元30，以使用于浸沒式光刻的液體組合物20可覆蓋晶片10的整個表面。
參照圖3b，圖3b圖示一種淋浴式的浸沒式光刻裝置，其包含浸沒透鏡單元30，以在投影透鏡單元50下方處接收用于浸沒式光刻的液體組合物20。
參照圖3c，圖3c圖示一種潛艇式的浸沒式光刻裝置，其包含浸沒透鏡單元30，此處安裝于晶片10上的晶片座臺40被浸沒在用于浸沒式光刻的液體組合物20中。
此外，本發(fā)明提供浸沒式光刻法，其利用所公開的用于浸沒式光刻的液體組合物。
亦提供半導(dǎo)體器件，其利用所公開的用于浸沒式光刻的液體組合物而制造的。
再者，提供制造半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括提供晶片，于該晶片上形成光刻膠膜，利用所公開的用于浸沒式光刻的液體組合物曝光該光刻膠膜，以及顯影經(jīng)曝光的光刻膠膜，獲得光刻膠圖案。
上述晶片包括普通的晶片或是具有精細(xì)布局的晶片。
該曝光步驟優(yōu)選包含讓光源通過該液體組合物的步驟。
下文中本發(fā)明將參考以下實例作更詳細(xì)的說明，該等實例其并意圖用來限制本發(fā)明。
制備實施例1將Aldrich公司所生產(chǎn)1克的聚氧乙烯月桂醚(產(chǎn)品名稱Brij 35)溶解于500克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例2將Aldrich公司所生產(chǎn)1克的聚氧乙烯十六烷基醚(產(chǎn)品名稱Brij 58)溶解于500克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例3將Aldrich公司所生產(chǎn)1克的聚氧乙烯十八烷基醚(產(chǎn)品名稱Brij 78)溶解于500克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例4將Aldrich公司所生產(chǎn)1克的聚氧乙烯油基醚(產(chǎn)品名稱Brij 98)溶解于500克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例5將Aldrich公司所生產(chǎn)1克的聚氧乙烯-異辛基環(huán)己醚(產(chǎn)品名稱TritonX-100)溶解于500克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例6將Aldrich公司所生產(chǎn)1克的聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯(產(chǎn)品名稱Tween 20)溶解于500克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例7將Aldrich公司所生產(chǎn)1克的聚氧乙烯脫水山梨糖醇單硬脂酸酯(產(chǎn)品名稱Tween 60)溶解于500克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例8將Aldrich公司所生產(chǎn)l克的聚氧乙烯脫水山梨糖醇單油酸酯(產(chǎn)品名稱Tween 80)溶解于500克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例9將Aldrich公司所生產(chǎn)1克的聚氧乙烯脫水山梨糖醇三油酸酯(產(chǎn)品名稱Tween 85)溶解于500克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例10將重均分子量為13,000到23,000的1克聚乙烯醇(Ald#34,840，98-99wt.％水解的)溶解于300克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例11將重均分子量為85,000到146,000的1克聚乙烯醇(Ald#36,314，98-99％水解的)溶解于400克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例12將數(shù)均分子量為約270的5克季戊四醇乙氧化物(Ald#41,615-0)溶解于300克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例13將數(shù)均分子量為約797的5克季戊四醇乙氧化物(Ald#41,873-0)溶解于300克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例14將數(shù)均分子量為約426的5克季戊四醇乙氧化物(Ald#41,874-9)溶解于300克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例15將Thornley所生產(chǎn)1克季戊四醇單油酸酯(產(chǎn)品名稱Spipoest PEMO)溶解于400克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例16將1克包含80wt.％環(huán)氧乙烷以及數(shù)均分子量為2,250的聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)(Aldrich#52590-1)溶解于400克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例17將1克包含82.5wt.％環(huán)氧乙烷以及數(shù)均分子量為14,600的聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)(Aldrich#54234-2)溶解于400克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
制備實施例18將1克包含80wt.％環(huán)氧乙烷以及數(shù)均分子量為8,400的聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)(Aldrich#41232-5)溶解于400克去離子水中，由此獲得用于浸沒式光刻的液體組合物。
實施例1-9制備實施例1-9所得用于浸沒式光刻的液體組合物的折射率范圍經(jīng)顯示為1.42到1.44，其為本發(fā)明希望獲得的結(jié)果。
實施例10-11制備實施例10-11所得用于浸沒式光刻的液體組合物的折射率范圍經(jīng)顯示為1.42到1.44，其為本發(fā)明希望獲得的結(jié)果。
實施例12-15制備實施例12-15所得用于浸沒式光刻的液體組合物的折射率范圍經(jīng)顯示為1.41到1.44，其為本發(fā)明希望獲得的結(jié)果。
實施例16-18制備實施例16-18所得用于浸沒式光刻的液體組合物的折射率范圍經(jīng)顯示為1.42到1.44，其為本發(fā)明希望獲得的結(jié)果。
如上文所討論，在本發(fā)明的實施方式中，使用用于浸沒式光刻的液體組合物進(jìn)行浸沒式光刻法，該液體組合物包含作為添加劑的非離子表面活性劑和為主要成份的水。如此一來，該液體組合物的表面張力由于非離子表面活性劑的存在而下降，因此可解決該液體組合物在具有精細(xì)布局的晶片上無法被完全填滿和被部分濃縮的問題，并且可移除光刻膠膜和該液體組合物之間的微形氣泡。
以上說明僅供清楚了解本發(fā)明之用，不應(yīng)由其中作任何不必要的限制性理解，正如在本發(fā)明范圍內(nèi)所作的修飾，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于浸沒式光刻的液體組合物，包含主要成份和添加劑，其中該主要成份為水且該添加劑為非離子表面活性劑。
2.權(quán)利要求1的液體組合物，其中該非離子表面活性劑選自化學(xué)式I代表的化合物、聚乙烯醇、季戊四醇類化合物、包含環(huán)氧烷的聚合物和其混合物； 其中R為直鏈或支鏈的取代的C1-C40烷基；以及n為10到10,000的整數(shù)。
3.權(quán)利要求1的液體組合物，其中以組合物總重為基準(zhǔn)，該非離子表面活性劑的含量為0.01wt.％到5wt.％。
4.權(quán)利要求3的液體組合物，其中以組合物總重為基準(zhǔn)，該非離子表面活性劑的含量為0.05wt.％到1wt.％。
5.權(quán)利要求2的液體組合物，其中化學(xué)式I代表的化合物選自聚氧乙烯月桂醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯十八烷基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯-異辛基環(huán)己醚、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單月桂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇三油酸酯和其混合物。
6.權(quán)利要求2的液體組合物，其中聚乙烯醇的重均分子量為1,000到150,000。
7.權(quán)利要求2的液體組合物，其中季戊四醇類化合物的數(shù)均分子量為10到10,000。
8.權(quán)利要求2的液體組合物，其中該季戊四醇類化合物選自季戊四醇乙氧化物、季戊四醇單油酸酯和其混合物。
9.權(quán)利要求2的液體組合物，其中包含環(huán)氧烷的聚合物的數(shù)均分子量為10到20,000。
10.權(quán)利要求2的液體組合物，其中環(huán)氧烷選自環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷和其組合。
11.權(quán)利要求2的液體組合物，其中以聚合物總重為基準(zhǔn)，該環(huán)氧烷的含量為70wt.％到90wt.％。
12.權(quán)利要求1的液體組合物，其中水為去離子水。
13.一種浸沒式光刻裝置，其包含浸沒透鏡單元、晶片座臺和投影透鏡單元，其中權(quán)利要求1的液體組合物使用在該浸沒單元中。
14.權(quán)利要求13的浸沒式光刻裝置，其中該裝置選自淋浴式裝置、浴缸式裝置和潛艇式裝置。
15.權(quán)利要求13的浸沒式光刻裝置，進(jìn)一步包括安裝在晶片座臺上的晶片，該晶片具有精細(xì)布局。
16.一種浸沒式光刻法，其使用權(quán)利要求1的液體組合物。
17.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包含(a)提供晶片；(b)于該晶片上形成光刻膠膜；(c)利用權(quán)利要求1的液體組合物曝光該光刻膠膜；以及(d)顯影經(jīng)曝光的光刻膠膜，獲得光刻膠圖案。
18.權(quán)利要求17的方法，其中該晶片具有精細(xì)布局。
19.權(quán)利要求17的方法，其中步驟(c)包含讓光源通過該液體組合物的步驟。
20.一種半導(dǎo)體器件，其由包含下列步驟的方法制得(a)提供晶片；(b)于該晶片上形成光刻膠膜；(c)利用權(quán)利要求1的液體組合物曝光該光刻膠膜；以及(d)顯影經(jīng)曝光的光刻膠膜，獲得光刻膠圖案。
全文摘要
本發(fā)明披露用于浸沒式光刻的液體組合物，及使用該組合物的光刻法。該液體組合物包括至少一種非離子表面活性劑，其選自聚乙烯醇、季戊四醇類化合物、包含環(huán)氧烷的聚合物以及化學(xué)式I代表的化合物，其中R為直鏈或支鏈的取代的C
文檔編號G03F7/20GK1700096SQ20041008198
公開日2005年11月23日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月22日
發(fā)明者孔根圭, 金炯崙, 金炯秀, 鄭載昌, 李晟求 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司