專利名稱：半導(dǎo)體元件及其制程方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體晶圓的半導(dǎo)體制程，且特別是有關(guān)于一種流體基底制程，例如浸潤式微影制程，以圖案化在半導(dǎo)體基材上的一或多層的半導(dǎo)體元件及其制程方法。
背景技術(shù)：
自數(shù)十年前半導(dǎo)體元件問世至今，其在幾何尺寸上有著戲劇性的下降。從那時以來，集成電路通常遵循著此每兩年/尺寸減半的規(guī)則(通常稱為摩爾定律)，這表示一晶片上的元件數(shù)目每兩年便增加一倍。現(xiàn)今制造工廠的正常制造程序中，可生產(chǎn)0.13微米甚至是90納米等特征尺寸元件。
由于持續(xù)地降低特征尺寸，半導(dǎo)體制程的各方面都會有所改變。例如，微影制程是為一種機制，藉由此機制可將一光罩上的圖案投射至一個如半導(dǎo)體晶圓的基材上。例如在光學微影制程的領(lǐng)域中，必須在解析度的極限下在半導(dǎo)體晶圓上產(chǎn)生極小尺寸的影像。微影系統(tǒng)必須使用更短波長的光以形成更小的特征元件。有一解決方法稱為浸潤式微影制程。浸潤式微影制程是為使用一透明流體，將介于一掃瞄式或重復(fù)步進式微影系統(tǒng)的投射透鏡與基材(例如半導(dǎo)體晶圓)表面之間的空間填滿。
以更進一步的范例而言，在一193納米波長曝光系統(tǒng)中，通常使用水作為介于投射透鏡與基材表面之間的流體。這樣可以運作的很好，因為透鏡的數(shù)值孔徑可比單獨一個透鏡設(shè)計的更高，這讓此微影系統(tǒng)可制作更小的影像且因此縮小了其特征尺寸。
為了實現(xiàn)浸潤式微影制程有許多實際上的問題。其中之一，要將一完全無氣泡的流體保持在透鏡與晶圓表面是非常困難的。這問題基本上有三種解決方法。第一個方法是將整片晶圓與透鏡浸至一水池中。此方法很難達成的原因在于需將一由多個伺服馬達及雷射干涉儀組成的復(fù)雜系統(tǒng)的載臺精準的移動，及需將此系統(tǒng)的部分或全部浸入水中。第二個方法是限制池子的尺寸與載臺頂部相仿。此方法可確保所有的載臺控制機構(gòu)不進入水中，但加諸于載臺的可觀質(zhì)量必定迅速增加。第三個方法是以一噴嘴于透鏡與晶圓之間供給水，及依靠表面張力以維持一「水洼」存在。然而，由于在晶圓表面上到處都可能形成小水滴，氣泡還是有可能在透鏡與晶圓表面之間形成，而不僅只于水洼處。當一晶圓的未曝光部分包含一容納小水滴的水洼，空氣也可能被封在里面，因而導(dǎo)致至少一個氣泡的產(chǎn)生。
由此可見，上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件在其制造方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決半導(dǎo)體元件及其制程方法存在的問題，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，而一般制造方法又沒有適切的方法能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新的半導(dǎo)體元件及其制程方法，便成了當前業(yè)界極需改進的目標。
有鑒于上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件及其制程方法存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新的半導(dǎo)體元件及其制程方法，能夠改進一般現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件及其制程方法，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)反復(fù)試作及改進后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的制程方法存在的缺陷，而提供一種新的在半導(dǎo)體晶圓上施行浸潤式微影制程的方法，所要解決的技術(shù)問題是使其可以解決上述和其他的問題，并且達到本發(fā)明所主張的技術(shù)優(yōu)點，從而更加適于實用。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的半導(dǎo)體元件，其至少包括一基材；以及一位于基材之上的頂層，該頂層用于一浸潤式微影制程中，且有一如小滴流體的混合物，存在于浸潤式微影制程中的該混合物有一介于40度及80度間的接觸角。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。
前述的半導(dǎo)體元件，其中所述的頂層包括界面活性劑或一聚合物，其中該聚合物已調(diào)整為具有部分的親水性。
前述的半導(dǎo)體元件，其中所述的頂層是為一光阻層或一頂抗反射層，其含有的添加物可使接觸角介于40度及80度之間。
前述的半導(dǎo)體元件，其中所述的頂層以一氟聚合物調(diào)整過。
前述的半導(dǎo)體元件，其中使用一電漿的方法調(diào)整該頂層，該方法可使接觸角介于40度及80度之間。
前述的半導(dǎo)體元件，其中使用一噴灑添加物的方法調(diào)整該頂層，該方法可使接觸角介于40度及80度之間。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的在半導(dǎo)體晶圓上進行浸潤式微影制程的半導(dǎo)體制程方法，該方法至少包括以下步驟放置半導(dǎo)體晶圓在一透鏡之下；將一流體置于一半導(dǎo)體晶圓的上表面及透鏡之間；以及提供一添加物，可使一小滴流體在半導(dǎo)體晶圓的頂層的上表面形成一介于40度及80度之間的接觸角。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)措施來進一步實現(xiàn)。
前述的半導(dǎo)體制程方法，其中所述的流體是為水，且該添加物是加入水中。
前述的半導(dǎo)體制程方法，其中所述的頂層包括一聚合物，該聚合物已調(diào)整為具有部分的親水性。
前述的半導(dǎo)體制程方法，其中所述的頂層是為一光阻層或是一頂抗反射層。
前述的半導(dǎo)體制程方法，其中所述的添加物可調(diào)整該頂層中的單體比例，使該接觸角介于40度及80度之間。
前述的半導(dǎo)體制程方法，其中所述的添加物是為噴灑化學方法提供一氟聚合物。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明半導(dǎo)體元件及其制程方法至少具有下列優(yōu)點本發(fā)明的半導(dǎo)體元件及其制程，可以降低或消除任何可能在晶圓表面產(chǎn)生的氣泡。
綜上所述，本發(fā)明特殊的半導(dǎo)體元件及其制程方法，其具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值，并在同類制造方法中未見有類似的設(shè)計公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在制造方法上或功能上皆有較大的改進，在技術(shù)上有較大的進步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，且較現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件及其制程方法具有增進的多項功效，從而更加適于實用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設(shè)計。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1是繪示依據(jù)本發(fā)明的一實施例，在一浸潤式微影系統(tǒng)中，處理一半導(dǎo)體晶圓的透視圖。
圖2是繪示圖1中半導(dǎo)體晶圓及浸潤式微影系統(tǒng)的側(cè)面的截面圖。
圖3與圖4是繪示圖1與圖2中半導(dǎo)體晶圓的上表面上的水，且均為放大示意圖。
10浸潤式微影系統(tǒng) 12平臺14平臺控制機構(gòu) 16透鏡18噴嘴 20晶圓22水 24水洼
30箱子 32階段區(qū)域34曝光區(qū)域 36方向38階段區(qū)域 40小水滴40a小水滴 40b小水滴50a接觸角 50b接觸角52a空氣52b空氣54頂層具體實施方式
為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的半導(dǎo)體元件及其制程方法其具體實施方式
、制造方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的不同特征，以下揭示提供了許多不同的實施例，或示例是可理解的。敘示如下的各種元件與排列方式的特定示例，可簡明地解釋本發(fā)明的內(nèi)容。此些示例僅為舉例之用，并無用以限制的意圖。此外，本發(fā)明揭示的各式示例中，可能會出現(xiàn)重復(fù)的參考數(shù)字及/或字母。這些重復(fù)是為了簡單明確地討論各式實施例與各種結(jié)構(gòu)，而非為了規(guī)定彼此間有相關(guān)性。此外，下列敘述中的第一特征的結(jié)構(gòu)在第二特征的上方或表面上，其中可能包含第一與第二特征彼此直接接觸的實施例，及形成于第一與第二特征之間的其他特征，使上述兩者不能直接接觸的實施例。
請參閱圖1所示，一193納米浸潤式微影系統(tǒng)10是為一系統(tǒng)及方法的示例，它可由本發(fā)明中的不同實施例獲得好處。此193納米浸潤式微影系統(tǒng)10包括一平臺(或載臺)12及一多重性的平臺控制機構(gòu)14，此機構(gòu)可使用這些常見的元件如伺服馬達以控制平臺12的移動。此浸潤式微影系統(tǒng)10也包含了至少一個可投射影像的透鏡16。在本發(fā)明的實施例中，此浸潤式微影系統(tǒng)10也包含了一供應(yīng)流體的噴嘴18。
如圖1中所揭示的，一晶圓20可置于平臺12上，且上述兩者均可被平臺控制機構(gòu)14所移動。此外，噴嘴18射出水22以形成一水洼24于晶圓20的上表面之上。在此實施例中，此水洼24并未完全覆蓋晶圓20的上表面。
在此實施例中，此浸潤式微影系統(tǒng)10是為一水洼型的系統(tǒng)。噴嘴18在透鏡16與晶圓20之間供給水22。表面張力使得水22形成水洼24。在一些實施例中，平臺12可能有凹處以便承接水20。在平臺邊緣的周圍有一唇狀結(jié)構(gòu)，其在邊緣晶粒曝光時可使水洼24的延伸終止于水20的邊緣。
同樣地請參閱圖2所示，此曝光系統(tǒng)10可包含許多附加的零件，其中包括了形成圖案的裝置(例如光罩)，產(chǎn)生光的機構(gòu)，額外的透鏡及光學元件，雷射量測系統(tǒng)等等，共同地由箱子30表示。這些附加的零件可依不同的因素作為設(shè)計的一種選擇。
此水洼24并未完全覆蓋晶圓20的上表面，但其覆蓋了一階段區(qū)域32，且與一重復(fù)步進式曝光系統(tǒng)相結(jié)合。在一實施例中，此階段區(qū)域32可對應(yīng)于一晶圓表面上的晶粒。在其他實施例中很清楚地揭示了，不同數(shù)量的晶?？杀粏我坏碾A段區(qū)域32所覆蓋。此外，在一些實施例中，當依一方向36掃瞄此階段區(qū)域32，以便將一完整的倍縮光罩影像曝光時，一縮小的曝光區(qū)域34可在任一次曝光中形成一圖案，一旦此階段區(qū)域32已曝光過，此平臺12便會移動(相對地)以便對下一個階段區(qū)域38進行曝光。
此平臺12以階段式的移動跨越過晶圓20，在每一階段位置掃瞄倍縮光罩的影像。為達成高生產(chǎn)量，平臺12必須在一段短時間內(nèi)很快地加速，很準確地移動到下一個階段區(qū)域穩(wěn)定住，掃瞄影像并往下個階段區(qū)域移動。
需注意的是，有時至少有一小水滴40出現(xiàn)在晶圓20的上表面之上。此小水滴40可能是由噴嘴18噴灑所形成，可能是由平臺12的掃瞄或步進移動所形成，可能是由一些其他的原因所形成。
在圖2的示例中，此小水滴40出現(xiàn)于晶圓20上仍未被曝光的階段區(qū)域38。當此平臺12將晶圓20移動時，此階段區(qū)域38可被校正以接受一新的水洼，至少會有一個空氣氣泡形成。
現(xiàn)在請參閱圖3與圖4所示，當此水洼24接近小水滴(在圖3與圖4中，分別標示為40a與40b)時，不論是否有空氣被困在此水洼與小水滴之間，一接觸角(在圖3與圖4中，分別標示為50a與50b)是非常重要的。在圖3中，此小水滴40a的接觸角50a相當高(例如約為85度)。因此，一足量的空氣52a被困住，會導(dǎo)致氣泡的產(chǎn)生。在圖4中，此小水滴40b的接觸角50b約為60度。因此，若空氣52b沒有被困在其中，便不會產(chǎn)生氣泡。經(jīng)由實驗可知，雖然其他角度亦適用，但接觸角的較佳范圍介于40度與80度之間。
此接觸角50a與50b可由一晶圓20的頂層54的組成物所控制。此頂層54可由不同的層所組成，如光阻或一頂抗反射層(top ARC)。在某些實施例中很清楚地敘示了，一光阻層可被單獨用于微電子結(jié)構(gòu)的圖案，而在其他的實施例中，至少使用了一個抗反射層。此外，一上抗反射層常用于防止透鏡被污染。通常而言，在光學微影制程中，一頂抗反射層在遠紫外線照射下是透明的，且有一標示可與下層的光阻相互對齊。
此頂層54可包含界面活性劑、聚合物或上述兩者的混合物。若此頂層54的疏水性過強，如圖3所繪示，氣泡52a即會產(chǎn)生。若此頂層54的親水性過強，則可能有膨潤現(xiàn)象產(chǎn)生使得水擴散至親水性層(且反之亦然)。若膨潤現(xiàn)象發(fā)生，則此微影制程的結(jié)果將因此惡化。因此，要求親水性與疏水性間的平衡，若不是由處理此頂層54，或更改此流體(例如水)22，就是將上述兩者皆修改。
單體比例要得到一個介于親水性與疏水性間的接觸角，則一聚合物光阻或頂抗反射層的單體比例是可被修改的。下列的聚合物均已知為親水性聚乙烯醇 PVAL聚氯乙烯 PVC聚酰胺PA聚丙烯酸 PAA聚丙烯腈 PAN聚氧化乙烯PEOX聚醋酸乙烯PVAC聚乙烯醇縮丁醛PVB聚羥基PHS同樣地，下列為親水性的纖維素醋酸纖維素CA醋酸丁酸纖維素CAB醋酸丙酸纖維素CAP硝酸纖維素CN丙酸纖維素CP乙烷纖維素EC此外，一般商業(yè)用的親水性共聚合物(copolymer)是由聚環(huán)氧乙烷(PEO)及可結(jié)晶的聚酰胺(crystallizable polyamide)，聚氨酯(polyurethane)或聚酯(polyester)(PBT)所制成的共聚合物。這些材料可使一疏水性材料變的更具親水性。下列是已知為疏水性的聚合物硅 PE聚乙烯 PPO聚苯醚 PPS聚苯硫醚PS聚苯乙烯另外，帶有不穩(wěn)定的酸官能基的聚合物已知為疏水性的，包括了反式聚四丁氧羧基苯乙烯 PBOCST添加物添加物亦可一并使用，或是完全不使用，而調(diào)整此頂層54的單體比例。下列的末端官能基可使一疏水性聚合物的親水性更佳氫氧基OH
氨基CONH羧基COOH另外，這些添加物可加入水22中以得到期望的接觸角。
其他方法此外，其他的方法可以分開使用或和上述的至少一種方法組合使用，以獲得期望的接觸角。舉例而言，一物理性的方法如可將頂層54以一電漿源進行曝光。同樣地，一化學性的方法是將頂層54噴灑一添加物，如上述所討論添加物的其中一種。另一示例是使用一氟聚合物調(diào)整上抗反射層的聚合物。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件，其特征在于其至少包括一基材；以及一位于基材之上的頂層，該頂層用于一浸潤式微影制程中，且有一如小滴流體的混合物，存在于浸潤式微影制程中的該混合物有一介于40度及80度間的接觸角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于其中所述的頂層包括界面活性劑或一聚合物，其中該聚合物已調(diào)整為具有部分的親水性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于其中所述的頂層是為一光阻層或一頂抗反射層，其含有的添加物可使接觸角介于40度及80度之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于其中所述的頂層以一氟聚合物調(diào)整過。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于其中使用一電漿的方法調(diào)整該頂層，該方法可使接觸角介于40度及80度之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于其中使用一噴灑添加物的方法調(diào)整該頂層，該方法可使接觸角介于40度及80度之間。
7.一種在半導(dǎo)體晶圓上進行浸潤式微影制程的半導(dǎo)體制程方法，其特征在于該方法至少包括以下步驟放置半導(dǎo)體晶圓在一透鏡之下；將一流體置于一半導(dǎo)體晶圓的上表面及透鏡之間；以及提供一添加物，可使一小滴流體在半導(dǎo)體晶圓的頂層的上表面形成一介于40度及80度之間的接觸角。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體制程方法，其特征在于其中所述的流體是為水，且該添加物是加入水中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體制程方法，其特征在于其中所述的頂層包括一聚合物，該聚合物已調(diào)整為具有部分的親水性。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體制程方法，其特征在于其中所述的頂層是為一光阻層或是一頂抗反射層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體制程方法，其特征在于其中所述的添加物可調(diào)整該頂層中的單體比例，使該接觸角介于40度及80度之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體制程方法，其特征在于其中所述的添加物是為噴灑化學方法提供一氟聚合物。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體元件及其制程方法，該半導(dǎo)體元件至少包括一基材；以及一位于基材之上的頂層，該頂層用于一浸潤式微影制程中，且有一如小滴流體的混合物，存在于浸潤式微影制程中的該混合物有一介于40度及80度間的接觸角。該半導(dǎo)體元件的制造方法是在晶圓上施行浸潤式微影制程的方法，包括將半導(dǎo)體晶圓置于一透鏡之下，及將一流體置于此半導(dǎo)體晶圓的上表面與透鏡之間。提供一添加物于在此上表面之上以使任何在此半導(dǎo)體晶圓上表面之上的小滴流體形成一介于40度至80度間的接觸角。
文檔編號H01L21/027GK1815371SQ20051012378
公開日2006年8月9日 申請日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者何邦慶, 施仁杰 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司