專利名稱：半導體晶片的處理方法及晶邊殘余物去除系統的制作方法
技術領域：
本發明關于一種半導體裝置的制造方法，特別關于一種在半導體襯底上去除光致刻蝕劑殘余物的方法及系統。
背景技術：
光刻技術是將掩模上的圖案投射到襯底例如半導體晶片上。在半導體光刻技術領域中，必須在分辨率極限或關鍵尺寸下，將半導體晶片上的圖案特征尺寸最小化，目前的關鍵尺寸已達到65nm以下。
濕浸式光刻技術(immersion lithography)是光刻技術中一項新的技術，其在晶片表面及透鏡之間填充液體進行曝光步驟。使用濕浸式光刻技術可使透鏡具有較在空氣中使用時更高的孔徑，進而改善分辨率。此外，濕浸更可提高聚焦深度(depth-of-focus，DOF)以制造較小的特征尺寸。
濕浸式的曝光步驟在晶片與透鏡之間可使用去離子水或其它適合的濕浸曝光液，雖然曝光時間很短，但是液體與光敏感層(例如光致刻蝕劑)的接觸會造成問題，例如光致刻蝕劑殘留物會與濕浸曝光液和/或透鏡接觸，因而污染濕浸曝光液和/或透鏡，并在晶片上造成缺陷。
因此，業界急需一種可降低上述浸入曝光液和/或透鏡污染的濕浸式光刻技術，并減少晶片上的缺陷。
發明內容
為了解決上述現有技術所存在的問題，本發明提供一種半導體晶片的處理方法，包括形成光敏感層在半導體晶片上以進行濕浸式光刻工藝；進行晶邊殘余物去除程序，其中包括以大于1500rpm的第一轉速旋轉該半導體晶片時，在第一距離處噴灑第一液體到該半導體晶片的正面邊緣；旋干該半導體晶片；在旋干該半導體晶片的步驟之后，烘烤該半導體晶片；在烘烤該半導體晶片的步驟之后，曝光該光敏感層；曝光后烘烤該光敏感層；以及在曝光后烘烤該光敏感層的步驟之后，顯影該光敏感層。
本發明還提供一種根據上述半導體晶片的處理方法所制成的半導體晶片。
本發明還提供一種濕浸式光刻的方法，包括提供光致刻蝕劑層在半導體晶片上；進行晶邊殘余物去除步驟，包括以大于1000rpm的第一轉速旋轉該晶片，以小于或等于該第一轉速的第二轉速旋轉該晶片，并且在旋轉時朝該晶片的邊緣噴灑一溶劑；以及使用濕浸式光刻曝光系統曝光該光致刻蝕劑層。
本發明提供一種在半導體晶片上進行濕浸式光刻工藝的方法，包括提供光致刻蝕劑層在半導體晶片上；進行晶邊光致刻蝕劑清洗去除步驟，以大于2000rpm的轉速旋轉晶片，當晶片旋轉時經由噴嘴噴灑溶劑；使用濕浸式光刻曝光系統曝光該光致刻蝕劑層。
本發明提供一種晶邊光致刻蝕劑去除步驟，包括第一旋轉步驟，以大于1000rpm的第一轉速旋轉晶片，當旋轉時朝晶片外緣噴灑溶劑；第二旋轉步驟，以小于或等于第一轉速的第二轉速旋轉晶片，當旋轉時朝晶片外緣噴灑溶劑；以及第三旋轉步驟，以小于或等于第二轉速的第三轉速旋轉晶片，當旋轉時朝晶片外緣噴灑溶劑。
本發明還提供另一種在半導體襯底上進行濕浸式光刻工藝的方法，包括提供光致刻蝕劑層在半導體襯底上，該光致刻蝕劑層靠近襯底的邊緣；形成頂部抗反射涂布(top anti-reflective coating，TARC)層覆蓋該光致刻蝕劑層，TARC層較光致刻蝕劑層靠近襯底邊緣，因此包覆該光致刻蝕劑層；進行晶邊光致刻蝕劑清洗去除(edge-bead removal，EBR)程序，包括以大于1500pm的轉速旋轉晶片時，以噴嘴噴灑溶劑；使用濕浸式光刻曝光系統曝光該光致刻蝕劑層。
本發明還提供一種與濕浸式光刻工藝一起使用的晶邊光致刻蝕劑清洗去除系統，包括多轉速馬達，用以旋轉晶片吸盤，該馬達可使該吸盤保持在第一轉速大于1500rpm，第二轉速約為1000rpm，第三轉速小于1000rpm；以及第一噴嘴，配置于吸盤上，靠近吸盤上的晶片邊緣，第一噴嘴用以噴灑溶劑。
在本發明的一個實施例中，第一噴嘴配置于不同的位置以對應至少兩種不同的轉速；其中多轉速馬達的第一轉速約為2500rpm，第二轉速約為1000rpm，以及第三轉速約為500rpm。
在本發明另一個實施例中，晶邊清洗去除系統還包括第二噴嘴，配置于吸盤上，靠近吸盤上的晶片邊緣，第二噴嘴用以噴灑溶劑至晶片的一側，該側為第一噴嘴噴灑溶劑的相反側；當馬達在第一轉速時，第一噴嘴在距離晶片邊緣約2.5mm處噴灑溶劑；當馬達在第二轉速時，第一和第二噴嘴在距離晶片邊緣1.0～1.5mm之間噴灑溶劑；以及當馬達在第三轉速時，第一和第二噴嘴在距離晶片邊緣約1.0mm處噴灑溶劑。
本發明的所述的半導體晶圓處理方法和晶邊殘余物去除系統在使用濕浸式光刻技術進行曝光前，進行晶邊殘余物去除步驟，避免了因光致刻蝕劑殘留物與濕浸曝光液和透鏡接觸而污染曝光液和透鏡，也避免了光致刻蝕劑在曝光過程中被污染，并且減少了晶片上形成的缺陷。
為了讓本發明的上述目的、特征、及優點能更明顯易懂，以下結合附圖，作詳細說明。
圖1為進行濕浸式光刻工藝的方法的流程圖，包括晶邊殘余物去除程序。
圖2、7、8和9為晶片右邊緣的剖面圖。
圖3為濕浸式光刻系統的側視圖。
圖4為圖1、4和/或5中的晶片的檢視圖，其具有一個或一個以上的缺陷。
圖5和6為本發明實施例所使用的EBR程序的不同步驟晶片旋轉圖。
其中，附圖標記說明如下100 濕浸式光刻工藝流程圖；102 涂布光致刻蝕劑層；104 晶邊殘余物去除(EBR)程序；106 濕浸式光刻工藝；10 晶片；12 襯底；14 光致刻蝕劑層；
16 底部抗反射涂布(BARC)層；18、18a、18b、18c 頂部抗反射涂布(TARC)層；19 晶片右邊緣；20 濕浸式光刻系統；22 透鏡系統；24 濕浸端；26 濕浸液；28 開口；30 平臺；32 平臺結構；40 微粒；50 缺陷；52 吸盤；54 馬達；60、62 噴嘴。
具體實施例方式
請參閱圖1，用以減少缺陷的濕浸式光刻工藝的實施例的簡化流程圖，以標號100表示。步驟102為在襯底上形成光敏感層。此處所用的襯底可包括裸硅晶片、薄層堆疊、多晶硅、氮化硅、氧化硅、低介電常數介電質和/或導電物質例如金屬。
在一個實施例中，光敏感層為高分子光致刻蝕劑層，其厚度約為2500以作為65nm光刻技術用，或是厚度小于約1800以作為55nm光刻技術用。在本發明實施例中，使用上述的厚度是為了配合光刻技術的分辨率，以保持電路幾何圖案所需的高寬比。降低光敏感層的厚度有助于降低或預防光致刻蝕劑圖案在接下來的步驟例如顯影或旋干時擊穿。
光致刻蝕劑層可以是底部抗反射涂布(bottom anti-reflective coating，BARC)層、底層高分子、含硅高分子、含碳化硅高分子、負型或正型光致刻蝕劑、頂部抗反射涂布(top anti-reflective coating，TARC)層、目前己知或以后開發的光致刻蝕劑材料。例如光致刻蝕劑層可以是一種、兩種或多種成分的光致刻蝕劑系統。光致刻蝕劑層可使用旋轉涂布或其它適合的方法涂布，在涂布光致刻蝕劑層之前，可先處理晶片以準備進行光刻工藝，例如在涂布光致刻蝕劑層之前，可先清洗、干燥晶片和/或涂布黏著促進劑在晶片上。
在本發明實施例中，BARC層在光致刻蝕劑涂布前先設置于晶片上，TARC層在光致刻蝕劑涂布后設置于晶片上。BARC層具有大于約50的高度，使得涂布厚度均勻并達到想要的反射性。TARC也具有大于約50的高度，使得涂布厚度均勻。
在步驟104中，進行溶劑沖洗以去除晶片邊緣的光致刻蝕劑(稱為晶邊殘余物(edge-bead))，此步驟可避免光致刻蝕劑在曝光過程中被污染。本案發明人所知(但非為公知技術)的一種傳統的晶邊殘余物去除(edge-bead removal，EBR)工藝包括下面表1所列的參數，其為兩個步驟的工藝，第一步驟以1000rpm旋轉晶片5秒，使用兩個噴嘴在距離晶片邊緣1.5mm處噴灑溶劑，其中一個噴晶片的正面，另一個噴背面，正面是指晶片具有光致刻蝕劑的那一面，背面是指其相反面。
表1
在步驟106中，進行濕浸式光刻工藝，將晶片及光致刻蝕劑層(或其它層)浸入于濕浸式曝光液例如去離子水中，并曝光于輻射源下。輻射源包括紫外光例如氟化氪(KrF，248nm)、氟化氬(ArF，193nm)或氟氣(F2，157nm)的準分子激光。晶片在輻射下的曝光時間取決于所使用的光致刻蝕劑種類、紫外光強度和/或其它因素，例如，曝光時間可約為0.2秒至30秒。曝光之后進行曝光后烘烤(PEB)，使高分子裂解，然后進行顯影完成光致刻蝕劑圖案。
請參閱圖2，其為由上述濕浸式光刻工藝106所制成的晶片10。晶片10包括襯底12以及光敏感層14。襯底12可為一層或一層以上的結構，包括多晶硅、金屬和/或介電質，以后將被圖案化。光敏感層14可以是光致刻蝕劑層，其可受曝光影響產生圖案。
晶片10包括底部抗反射涂布(BARC)層16以及頂部抗反射涂布(TARC)層18。圖2只顯示晶片10的右邊緣19，晶片10的左邊緣也具有和右邊緣19相似的結構。如圖2所示，晶片上三層結構的位置相互錯開，BARC層16比光敏感層14更靠近晶片邊緣19，而光敏感層則比TARC層18更靠近晶片邊緣。
請參閱圖3，在晶邊殘余物去除(EBR)步驟之后，將晶片10置于濕浸式光刻系統20中。濕浸式光刻系統包括透鏡系統22、濕浸端24用來承載液體26例如去離子水、多個開口28用來加入或移除液體，平臺30用來固定晶片10，并使晶片對透鏡系統22做相對移動。平臺30還包括結構32用來承載液體26。在圖3中，透鏡系統22和濕浸端24放在靠近晶片10的右邊緣19的位置，透鏡22和晶片10之間有相對移動，使得透鏡能夠對整個晶片上的光致刻蝕劑14曝光。
請參閱圖2和圖3，在上述傳統的濕浸式光刻工藝中，其缺陷產生的機制為當光致刻蝕劑產生的切斷面不佳時，來自于光致刻蝕劑14的可溶性物質會形成微粒40，其在稍后的工藝中會產生問題。在圖2中，有兩個微粒40靠近邊緣19，微粒40包括由光致刻蝕劑層14、BARC層16、TARC層18或前述的組合所形成的可溶性物質。在圖3中，有許多微粒40并不只靠近晶片邊緣19，也遍布于液體26中。
本申請發明人推論，上述缺陷是源自于晶邊殘余物去除(EBR)步驟，晶片在1000rpm(表1所列)旋轉的離心力不夠強，不足以移除光致刻蝕劑14邊緣的EBR溶劑，使得在晶片邊緣的光致刻蝕劑14仍浸泡在溶劑中，結果造成富含溶劑的海綿狀。在某些情況下，這會使得光致刻蝕劑邊緣變得較柔軟，當晶片旋干時容易被旋轉除去，此光致刻蝕劑在曝光后的工藝中將進一步被剝離。雖然這在干式光刻工藝中不會造成問題，但在濕浸式光刻系統20(圖3)中，液體26和/或透鏡22會被微粒40污染，并且會使得晶片上的缺陷增加。
參閱圖4，其為經過傳統EBR工藝與濕浸式光刻工藝之后的晶片10。晶片10包括在上述工藝中產生的缺陷50，此缺陷是由圖2-3中的微粒40所造成，在光致刻蝕劑中會有微粒和/或變形的存在，或是以空洞圖案(缺掉的圖案)表現在光致刻蝕劑上，甚至其它種類的缺陷也可能出現。
參閱圖5，為了降低和/或避免微粒40在浸入液體26中及透鏡22(圖3)上形成，并且降低晶片上缺陷50(圖4)的數量，本發明提供一種新的EBR工藝。新的EBR工藝使用由馬達54驅動的吸盤52，以及一個或一個以上的噴嘴60、62。馬達54能夠在如下列所述的相對高速下旋轉吸盤52，并且在某些實施例中，噴嘴60-62能夠隨著馬達轉速調整至特定位置。
表2所列為改進的兩個階段EBR工藝(與表1比較)，其中在第一步驟中，馬達54以大于1000rpm(如1500rpm)的轉速旋轉吸盤52約5秒，兩個噴嘴60、62在距離晶片邊緣約1.5mm的位置上噴灑溶劑，一個噴灑晶片10的正面，另一個噴灑背面。溶劑包括丙二醇單甲基醚(Propylene glycol monomethylether，PGME)、丙二醇單甲基醚酯(propylene glycol monomethyl ether acetate，PGMEA)、環己醇(cyclohexanol)、水溶液、界面活性劑溶液或前述的組合。許多光致刻蝕劑都可溶于前述的一種或一種以上的溶劑。本發明實施例可增加晶邊殘余物的離心力，并且可避免靠近晶片邊緣的光致刻蝕劑變成像海綿狀。進行表2的步驟后，可使用曝光前烘烤程序以致密化光致刻蝕劑高分子并蒸發溶劑。
表2
在另一個實施例中，經由第二種EBR工藝，可進一步減少或避免微粒40在濕浸液體26中形成。表3所列為改進的四個階段EBR工藝，第一步驟以大于1000rpm的轉速旋轉晶片約5秒，噴嘴60在距離晶片邊緣約2.5mm處，噴灑溶劑在晶片10的正面；第二步驟以較慢的轉速(如1000rpm)旋轉晶片約5秒，噴嘴60、62在距離晶片邊緣約1.5mm處，噴灑溶劑在晶片10的正面及背面；第三步驟以更慢的轉速(如500rpm)旋轉晶片約5秒，噴嘴60、62在距離晶片邊緣約1.0mm處，噴灑溶劑在晶片10的正面及背面。
表3
轉速及位置的改變可避免或減少彈回(bounce back)現象，此現象是因為去除的光致刻蝕劑被反應室的壁面彈起，并回到晶片表面所產生的。在第一較高轉速的步驟后，使用較低的轉速來清潔晶片邊緣可去除晶邊殘余物。
參閱圖6，在某些實施例中，噴嘴60、62以一傾斜角度幫助去除光致刻蝕劑晶邊殘余物，和/或減少彈回(bounce back)現象。
參閱圖7-9，在另一個實施例中(與圖2的實施例比較)，頂部抗反射涂布(TARC)層延伸至超過光致刻蝕劑層14，以降低光致刻蝕劑微粒形成的可能性。在圖7中，TARC層以數字18a表示，其完全覆蓋光致刻蝕劑層14及BARC層16，TARC層18a與晶片12的邊緣19相距5mm以內。在圖8中，TARC層以數字18b表示，其只覆蓋光致刻蝕劑層14，但未覆蓋BARC層16，BARC層16較其它層靠近晶片12的邊緣19。在圖9中，TARC層以數字18c表示，其置于光致刻蝕劑層14上但未完全覆蓋光致刻蝕劑層14，光致刻蝕劑層14較TARC層靠近晶片12的邊緣19，有些TARC材料與光致刻蝕劑層的黏著性比與晶片的黏著性好，如圖9所示的晶片邊緣薄層堆疊可有助于避免晶片邊緣的TARC層在濕浸式曝光工藝中剝離。
表4為另一個改進的四個階段EBR工藝，其對于各種層的組合都有很好的效果，包括上述的TARC層18a以及18b。第一步驟以大于1000rpm的轉速(如2500rpm)旋轉晶片約5秒，噴嘴60在距離晶片邊緣約1.5mm處，噴灑溶劑在晶片10的正面，溶劑包括PGME、PGMEA、環己醇、水溶液、界面活性劑溶液或前述的組合。第二步驟以較慢的轉速(如1000rpm)旋轉晶片約5秒，噴嘴60、62在距離晶片邊緣約1.0mm處，噴灑溶劑在晶片10的正面及背面。第三步驟以更慢的轉速(如500rpm)旋轉晶片約5秒，噴嘴60、62在距離晶片邊緣約1.0mm處，噴灑溶劑在晶片10的正面及背面。
表4
雖然本發明已揭示了優選實施例，然而所述實施例并非用以限定本發明，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，應當可以做一些變更和修改，因此本發明的保護范圍應當以所附的權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種半導體晶片的處理方法，包括在半導體晶片上形成光敏感層，以進行濕浸式光刻工藝；進行晶邊殘余物去除程序，其中包括以大于1500rpm的第一轉速旋轉該半導體晶片時，在第一距離處噴灑第一液體到該半導體晶片的正面邊緣；旋干該半導體晶片；在旋干該半導體晶片的步驟之后，烘烤該半導體晶片；在烘烤該半導體晶片的步驟之后，曝光該光敏感層；曝光后烘烤該光敏感層；以及在曝光后烘烤該光敏感層的步驟之后，顯影該光敏感層。
2.如權利要求1所述的半導體晶片的處理方法，在噴灑該第一液體至該半導體晶片的該正面邊緣之后，且在旋干該半導體晶片之前，還依序包括以第二轉速旋轉該半導體晶片時，在第二距離處噴灑第二液體至該半導體晶片的該正面邊緣；以及以第三轉速旋轉該半導體晶片時，在第三距離處噴灑第三液體至該半導體晶片的該正面邊緣。
3.如權利要求2所述的半導體晶片的處理方法，其中該第二轉速小于或等于該第一轉速；以及該第三轉速小于或等于該第二轉速。
4.如權利要求2所述的半導體晶片的處理方法，其中該第一液體、第二液體及第三液體各自獨立，包括丙二醇單甲基醚、丙二醇單甲基醚酯、環己醇、水溶液、界面活性劑溶液或前述的組合。
5.如權利要求2所述的半導體晶片的處理方法，其中該第二距離小于該第一距離；以及該第三距離小于該第二距離。
6.如權利要求1所述的半導體晶片的處理方法，其中該光敏感層與該半導體晶片的外緣相距5mm以內。
7.如權利要求1所述的半導體晶片的處理方法，還包括在形成該光敏感層之前，在該半導體晶片上形成底部抗反射涂布層片，且該底部抗反射涂布層與該半導體晶片的外緣相距5mm以內。
8.如權利要求1所述的半導體晶片的處理方法，還包括在形成該光敏感層之后，在該半導體晶片上形成頂部涂布層片，且該頂部涂布層與該半導體晶片的外緣相距5mm以內。
9.一種半導體晶片，其由如權利要求1所述的半導體晶片的處理方法所制成。
10.一種濕浸式光刻的方法，包括提供光致刻蝕劑層在半導體晶片上；進行晶邊殘余物去除步驟，包括以大于1000rpm的第一轉速旋轉該晶片，以小于或等于該第一轉速的第二轉速旋轉該晶片，并且在旋轉時朝該晶片的邊緣噴灑溶劑；以及使用濕浸式光刻曝光系統曝光該光致刻蝕劑層。
11.一種晶邊殘余物去除系統，其與濕浸式光刻工藝一起使用，包括多轉速馬達，用以旋轉晶片吸盤，該馬達可使該吸盤保持在第一轉速大于1500rpm，第二轉速約介于1500rpm和1000rpm之間，以及第三轉速小于1000rpm；以及第一噴嘴，配置于該吸盤上，靠近該吸盤上的晶片邊緣，該第一噴嘴用以噴灑溶劑。
12.如權利要求11所述的晶邊殘余物去除系統，其中該第一噴嘴配置于不同位置以對應該吸盤的至少兩種不同轉速。
13.如權利要求11所述的晶邊殘余物去除系統，還包括第二噴嘴，配置于該吸盤上，靠近該吸盤上的晶片邊緣，該第二噴嘴用以噴灑溶劑至該晶片的一側，該側為該第一噴嘴噴灑溶劑的相反側。
14.如權利要求11所述的晶邊殘余物去除系統，其中當該馬達在該第一轉速時，該第一噴嘴在距離該晶片邊緣約2.5mm處噴灑溶劑；當該馬達在該第二轉速時，所述第一和第二噴嘴在距離該晶片邊緣1.0～1.5mm之間噴灑溶劑；以及當該馬達在該第三轉速時，所述第一和第二噴嘴在距離該晶片邊緣約1.0mm處噴灑溶劑。
全文摘要
本發明提供一種半導體晶片的處理方法及晶邊殘余物去除系統。該晶邊殘余物去除系統與濕浸式光刻工藝一起使用，包括多轉速馬達，用以旋轉晶片吸盤，該馬達可使該吸盤保持在第一轉速大于1500rpm，第二轉速約介于1500rpm和1000rpm之間，以及第三轉速小于1000rpm；以及第一噴嘴，配置于該吸盤上，靠近該吸盤上的晶片邊緣，該第一噴嘴用以噴灑溶劑。本發明的所述的半導體晶片的處理方法及晶邊殘余物去除系統避免了因光致刻蝕劑殘留物與浸入曝光液和透鏡接觸而污染曝光液和透鏡，也避免了光致刻蝕劑在曝光過程中被污染，并且減少了晶片上形成的缺陷。
文檔編號H01L21/00GK1892445SQ20061009587
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月30日 優先權日2005年6月30日
發明者張慶裕, 柯建州, 游大慶 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司