CN111190331A - 基底干燥方法、显影方法、光刻方法和基底干燥系统 - Google Patents

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Abstract

公开了基底干燥方法、光致抗蚀剂显影方法、光刻方法和基底干燥系统。可提供基底干燥方法，该基底干燥方法包括在基底上提供干燥液体、增大干燥液体的压力以产生超临界流体和去除超临界流体以干燥基底。

Description

基底干燥方法、显影方法、光刻方法和基底干燥系统
本专利申请要求于2018年11月14日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0139730号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及用于制造半导体装置的方法和/或系统，具体地，涉及干燥基底的方法、将光致抗蚀剂层显影的方法、光刻方法和/或用于干燥基底的系统。
背景技术
为了增大半导体装置的集成密度，进行了许多研究以实现被称为“光工艺”的先进光刻方法。光刻方法是在蚀刻工艺或离子注入工艺之前在基底或目标层上形成光致抗蚀剂图案的方法。例如，光刻方法包括光致抗蚀剂形成工艺、曝光工艺和显影工艺。在曝光工艺中，用穿过光掩模提供的入射光照射光致抗蚀剂层。用于曝光工艺的入射光的波长确定精细图案的临界尺寸(CD)。显影工艺分为将光致抗蚀剂的暴露于入射光的部分去除的正色调显影工艺和将光致抗蚀剂的未暴露于入射光的部分去除的负色调显影工艺。
发明内容
发明构思的一些示例实施例提供了能够减少或防止光致抗蚀剂图案的倾斜缺陷的基底干燥方法、光致抗蚀剂显影方法和/或包括此方法的光刻方法。
根据发明构思的示例实施例，基底干燥方法可包括在基底上提供干燥液体、增大干燥液体的压力以产生超临界流体和去除超临界流体以干燥基底。
根据发明构思的示例实施例，显影方法可包括在基底上提供显影溶液、在基底上提供冲洗溶液以去除显影溶液和通过去除冲洗溶液来干燥基底。干燥基底的步骤可包括在基底上提供干燥液体、增大干燥液体的压力以产生超临界流体和去除超临界流体以干燥基底。
根据发明构思的示例实施例，光刻方法可包括在基底上形成光致抗蚀剂、将光致抗蚀剂的一部分暴露于光和将光致抗蚀剂显影以在基底上形成光致抗蚀剂图案。将光致抗蚀剂显影的步骤可包括在基底上提供显影溶液、在基底上提供冲洗溶液以去除显影溶液和通过去除冲洗溶液来干燥基底。干燥基底的步骤可包括在基底上提供干燥液体、增大干燥液体的压力以产生超临界流体和去除超临界流体以干燥基底。
根据发明构思的示例实施例，基底干燥系统可包括腔室、在腔室中并被构造为包含基底的片匣、被构造为将润湿液体供应到腔室中的第一溶液供应器、被构造为将密度低于润湿液体的密度的干燥液体供应到腔室中的第二溶液供应器和连接到腔室底部并被构造为选择地排出润湿液体的排出装置。
根据发明构思的示例实施例，基底干燥系统可包括腔室、在腔室中并被构造为包含基底的片匣和连接到腔室并被构造为将干燥液体供应到腔室中的第一溶液供应器。第一溶液供应器可包括被构造为增大干燥液体的压力并将干燥液体变为超临界流体的泵。
附图说明
通过下面结合附图进行的简要描述，示例实施例将被更清楚地理解。附图呈现出如这里描述的非限制性的示例实施例。
图1是示出根据发明构思的示例实施例的光刻方法的流程图。
图2至图6是示出图1的光刻方法的剖视图。
图7是示出图3中的光致抗蚀剂显影操作的示例的流程图。
图8是示出图7中的基底干燥操作的示例的流程图。
图9至图15是示出根据发明构思的示例实施例的基底干燥系统及其操作的图。
图16是图12的干燥液体的压力-温度相图。
图17是示出图3中示出的光致抗蚀剂显影操作的示例的流程图。
图18至图20是示出图17中示出的操作的剖视图。
图21是示出图20中的基底干燥操作的示例的流程图。
图22至图25是示出图20中的基底干燥操作的图。
应当注意的是，这些附图意图示出特定示例实施例中使用的方法、结构和/或材料的一般特性并对下面提供的书面描述进行补充。然而，这些图不是按比例绘制的并且可以不精确地反映任何给出的示例实施例的精确结构或性能特性，并且不应当被解释为限定或限制示例实施例所包含的值的范围或性质。例如，为了清晰起见，可以缩小或夸大分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和位置。在各个附图中使用的相似或相同的附图标记意图表示存在相似或相同的元件或特征。
具体实施方式
图1示出了根据发明构思的示例实施例的光刻方法。
参照图1，根据发明构思的示例实施例的光刻方法可用于形成光致抗蚀剂图案。在示例实施例中，光刻方法可包括形成光致抗蚀剂(在S100中)、将光致抗蚀剂的一部分暴露于光(在S200中)和将光致抗蚀剂显影(在S300中)。
图2至图6是示出图1的光刻方法的剖视图。
参照图1和图2，可以在基底W上形成光致抗蚀剂10(在S100中)。可使用旋涂法在基底W上形成光致抗蚀剂10，但发明构思不限于该示例。基于光致抗蚀剂10的感光材料的种类，光致抗蚀剂10可以分为正型光致抗蚀剂和负型光致抗蚀剂。
参照图1和图3，可将光致抗蚀剂10的一部分暴露于光11(在S200中)。在示例实施例中，光11可包括极紫外(EUV)光。在示例实施例中，光11可包括ArF或KrF准分子激光，但发明构思不限于这些示例。光致抗蚀剂10可具有曝光区域15和非曝光区域17。曝光区域15可以是暴露于光11的区域，并且非曝光区域17可以是未暴露于光11的另一区域。在显影工艺中，可将光致抗蚀剂10显影以形成从其选择性地去除曝光区域15和非曝光区域17中的一个的光致抗蚀剂图案，并可以通过光致抗蚀剂10的种类来确定去除区域。例如，在光致抗蚀剂10是正型光致抗蚀剂的情况下，可去除曝光区域15，并且非曝光区域17可用作光致抗蚀剂图案12。相反，在光致抗蚀剂10是负型光致抗蚀剂的情况下，可去除非曝光区域17，并且曝光区域15可用作光致抗蚀剂图案12。
在下文中，将描述对正型光致抗蚀剂10执行的显影方法。
参照图1和图4至图6，可将光致抗蚀剂10显影以形成光致抗蚀剂图案12(在S300中)。
图7示出了图3中的光致抗蚀剂显影操作(在S300中)的示例。
在光致抗蚀剂10是正型光致抗蚀剂的情况下，显影操作(在S300中)可包括正色调显影(PTD)工艺。作为示例，显影操作(在S300中)可包括提供润湿-显影溶液14(在S310中)、提供润湿-冲洗溶液16(在S320中)、干燥基底W(在S330中)。
参照图4和图7，可在光致抗蚀剂10上提供润湿-显影溶液14(在S310中)。润湿-显影溶液14可用于从光致抗蚀剂10去除曝光区域15，结果，非曝光区域17可形成光致抗蚀剂图案12。润湿-显影溶液14可包括水溶液的基体材料并可具有亲水性质。例如，润湿-显影溶液14可包括四甲基氢氧化铵(TMAH)，但发明构思不限于该示例。
参照图5和图7，可在光致抗蚀剂图案12和基底W上提供润湿-冲洗溶液16以去除润湿-显影溶液14(在S320中)。润湿-冲洗溶液16可包括去离子(DI)水。
参照图6和图7，可去除润湿-冲洗溶液16以使基底W处于干燥状态(在S330中)。在润湿-冲洗溶液16在大气环境中被干燥的情况下，光致抗蚀剂图案12会由于润湿-冲洗溶液16的表面张力而倾斜或塌陷。根据发明构思的示例实施例，润湿-冲洗溶液16可用表面张力为零的超临界流体代替，并且这可能够减少或防止光致抗蚀剂图案12的倾斜或坍塌问题。
在下文中，将描述使用超临界流体干燥基底W的方法。
图8示出了图7的基底干燥操作(在S330中)的示例。
参照图8，基底干燥操作(在S330中)可包括多个子操作，多个子操作包括提供润湿液体(在S340中)、翻转基底W(在S350中)、提供干燥液体(在S360中)、排出润湿液体(在S370中)、增大干燥液体的压力或温度以将干燥液体转化为超临界流体(在S380中)、去除超临界流体(在S390中)和重新翻转基底W(在S400中)。
图9至图15是示出根据发明构思的示例实施例的基底干燥系统100及其操作的图。
参照图9至图15，基底干燥系统100可包括腔室110、片匣(cassette)120、第一溶液供应器130、第二溶液供应器140、气体供应器150、搅拌器160和排出装置170。腔室110可提供与外部空间隔离的空间，并可被构造为在其中容纳基底W。片匣120可设置在腔室110中并可被构造为容纳基底W。片匣120可被构造为翻转基底W。第一溶液供应器130可将润湿液体132供应到腔室110中。第二溶液供应器140可将干燥液体142供应到腔室110中。在示例实施例中，第二溶液供应器140可包括干燥液体罐146、阀148和泵149。干燥液体罐146可存储干燥液体142。阀148和泵149可设置在干燥液体罐146和腔室110之间，并可在干燥液体罐146和腔室110之间并联连接。阀148可控制干燥液体142的流速。泵149可控制干燥液体142的压力。气体供应器150可将干燥气体152供应到腔室110中。搅拌器160可设置在腔室110的下部中。搅拌器160可被构造为搅拌干燥液体142。排出装置170可连接到腔室110的底部。排出装置170可包括多个串联连接的阀，并可缓冲腔室110的压力的改变。排出装置170可被构造为从腔室110排出或放出润湿液体132、干燥液体142、超临界流体144和/或干燥气体152。
参照图8和图9，第一溶液供应器130可将润湿液体132供应到基底W上(在S340中)。基底W可浸入到润湿液体132中。在示例实施例中，润湿液体132可以是与润湿-冲洗溶液16相同的材料。例如，润湿液体132可包括去离子水。润湿液体132可与润湿-冲洗溶液16混合。
参照图8和图10，片匣120可翻转基底W(在S350中)。可在润湿液体132中翻转基底W。
虽然未示出，但可在基底W和光致抗蚀剂图案12上提供有机溶剂(未示出)。在基底W和光致抗蚀剂图案12上提供有机溶剂的情况下，可省略提供润湿液体132的操作S340和翻转基底W的操作S350。
参照图8和图11，第二溶液供应器140可在基底W上供应干燥液体142(在S360中)。可通过阀148将干燥液体142提供到腔室110中。干燥液体142的温度可在约0℃至约35℃的范围内。例如，干燥液体142的温度可以是室温(例如，20℃)。因此，润湿液体132不会被冻结。作为示例，干燥液体142可具有比润湿液体132和润湿-冲洗溶液16中每个的密度低的密度。由于它们之间的密度的差异，润湿液体132和干燥液体142可在腔室110中彼此竖直分离。例如，润湿液体132可位于干燥液体142下方。干燥液体142可以是不含水的液体。干燥液体142可由液态二氧化碳形成或包括液态二氧化碳。干燥液体142可具有高于大气压的压力。例如，干燥液体142可具有在约5巴至约74.8巴的范围内的压力。
虽然未示出，但在基底W和光致抗蚀剂图案12上提供有机溶剂的情况下，干燥液体142可容易地与有机溶剂混合。因此，可通过光致抗蚀剂图案12之间的干燥液体142去除有机溶剂。
参照图8和图12，排出装置170可被构造为排出或排放润湿液体132(在S370中)。可在不排出干燥液体142的情况下选择性地排出润湿液体132。排出装置170不仅可排出润湿液体132，而且可排出润湿-冲洗溶液16的任何剩余部分。因为在基底W上的润湿-冲洗溶液16和光致抗蚀剂图案12面朝下，可在不被基底W中断的情况下通过排出装置170容易地排出润湿-冲洗溶液16。因此，可使干燥液体142降低，使得基底W浸入干燥液体142中。搅拌器160可搅拌干燥液体142以促进基底W或光致抗蚀剂图案12上的润湿液体132或润湿-冲洗溶液16的去除。在示例实施例中，搅拌器160可被构造为向干燥液体142提供声波。
虽然未示出，但在基底W和光致抗蚀剂图案12上提供有机溶剂的情况下，可省略润湿液体132的排出(在S370中)。
参照图8和图13，泵149可增大干燥液体142的压力以产生超临界流体144(在S380中)。例如，泵149可将干燥液体142的压力增大到高于超临界流体144的临界点的压力的压力。干燥液体罐146和泵149可用作超临界流体供应装置。
图16是图12的干燥液体142的压力-温度相图。
参照图16，在干燥液体142是液态二氧化碳的情况下，超临界流体144在约74.8巴的压力和约31.1℃的温度下可具有临界点141。在干燥液体142的压力和温度增大到高于临界点141的情况下，干燥液体142可变为超临界流体144。超临界流体144的表面张力可以基本为零。如果压力和温度降低到低于临界点141的压力和温度，则超临界流体144可变为干燥液体142或二氧化碳气体145。
干燥液体142的压力和温度可高于三相点143的压力和温度。例如，三相点的压力和温度可分别为约5.2巴和-56.6℃。在低于三相点的压力和温度下，干燥液体142可变为二氧化碳气体145或干冰147。
虽然未示出，但是根据发明构思的示例实施例的基底干燥系统100可包括独立于第二溶液供应器140的超临界流体供应器(未示出)。超临界流体供应器可将超临界流体144供应到腔室110中。如果将超临界流体144供应到腔室110中，则腔室110中的干燥液体142可具有增大的压力，并因此可变为超临界流体144。
返回参照图8和图14，排出装置170可将超临界流体144排出到腔室110的外部(在S390中)。因为排出的超临界流体144的表面张力基本为零，所以可以能够减小或防止光致抗蚀剂图案12的倾斜缺陷。超临界流体144在腔室中可变为残余气体。排出装置170可将残余气体排出到腔室110的外部。此外，气体供应器150可将干燥气体152供应到腔室110中以从腔室110排出或放出超临界流体144或残余气体。干燥气体152可包括二氧化碳(CO2)气体。
参照图8和图15，片匣120可重新翻转基底W(在S400中)。光致抗蚀剂图案12可位于面朝上的基底W上。其后，可使用机器臂(未示出)来从腔室110卸载基底W，并在基底W的卸载期间，基底W的底表面可由机器臂支撑。
虽然未示出，但在基底W和光致抗蚀剂图案12上提供有机溶剂的情况下，可省略基底W的重新翻转(在S400中)。
在下文中，将描述将要对负型光致抗蚀剂10执行的显影方法。
图17示出了展示在图3中示出的光致抗蚀剂显影操作的示例的流程图。
参照图17，在光致抗蚀剂10是负型光致抗蚀剂的情况下，显影操作(在S300中)可包括负色调显影方法。作为示例，光致抗蚀剂显影操作(在S300中)可包括提供干燥-显影溶液(在S312中)、提供干燥-冲洗溶液(在S322中)和干燥基底W(在S330中)。
图18至图20是示出图17中示出的操作的剖视图。
参照图17和图18，可在基底W上提供干燥-显影溶液18(在S312中)。干燥-显影溶液18可去除光致抗蚀剂10的非曝光区域17，因此，曝光区域15可用作光致抗蚀剂图案12。干燥-显影溶液18可包括非极性溶剂(例如，有机溶剂)，但发明构思不限于该示例。
参照图17和图19，可在基底W上提供干燥-冲洗溶液20以去除干燥-显影溶液18(在S322中)。干燥-冲洗溶液20可包括醋酸正丁酯，但发明构思不限于该示例。
参照图17和图20，可干燥基底W(在S330中)。
图21示出了图20中的基底干燥操作(在S330中)的示例。
参照图21，基底干燥操作(在S330中)可包括提供干燥气体152(在S342中)、提供干燥液体142(在S360中)、增大干燥液体142的压力以产生超临界流体144(在S380中)和去除超临界流体144(在S390中)。
图22至图25是示出图20中的基底干燥操作(在S330中)的图。
参照图21和图22，气体供应器150可将干燥气体152供应到腔室110中(在S342中)。干燥气体152可包括二氧化碳(CO2)气体。腔室110中的干燥气体152可具有高于三相点143并低于临界点141的压力。例如，干燥气体152可具有约5.2巴或更高的压力。
参照图21和图23，第二溶液供应器140可在基底W上提供干燥液体142(在S360中)。干燥液体142可包括液态二氧化碳。干燥液体142可与干燥-冲洗溶液20混合。
虽然未示出，但排出装置170可排出干燥液体142和干燥-冲洗溶液20的一部分，并且第二溶液供应器140可另外通过阀148供应干燥液体142以降低在干燥液体142中的干燥-冲洗溶液20的浓度。
参照图21和图24，第二溶液供应器140的泵149可增大干燥液体142的压力以产生超临界流体144(在S380中)。干燥液体142的压力可增大到高于临界点141的值，并在这种情况下，干燥液体142可变为超临界流体144。如果干燥-冲洗溶液20的压力增大到高于临界点141的压力的值时，干燥-冲洗溶液20可变为超临界流体144。例如，在约70巴或更低的压力下，干燥-冲洗溶液20可变为超临界流体144。
参照图21和图25，排出装置170可排出超临界流体144(在S390中)。因为超临界流体144的表面张力基本为零，所以可以干燥光致抗蚀剂图案12，而没有由表面张力引起的倾斜缺陷。
其后，可以使用机器臂从腔室110卸载基底W，并在基底W的卸载期间，基底W的底表面可由机器臂支撑。
根据发明构思的示例实施例，基底干燥方法可包括用干燥液体的超临界流体替换基底上的冲洗溶液，从而防止或减少光致抗蚀剂图案的倾斜缺陷。
虽然已经具体示出并描述了发明构思的一些示例实施例，但本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可在其中做出形式和细节上的变化。

Claims (25)

1.一种基底干燥方法，所述基底干燥方法包括：
在基底上提供干燥液体；
增大干燥液体的压力以产生超临界流体；以及
去除超临界流体以干燥基底。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在提供干燥液体之前，在基底上提供润湿液体。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：
在提供润湿液体之后，翻转润湿液体中的基底。
4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括：
在去除超临界流体之后，重新翻转基底。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，润湿液体具有高于干燥液体的密度的密度。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，润湿液体包括去离子水。
7.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：
在提供干燥液体之后，排出润湿液体。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，
干燥液体包括液态二氧化碳，以及
超临界流体包括超临界二氧化碳。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在基底上提供干燥气体。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，干燥气体包括二氧化碳气体。
11.一种显影方法，所述显影方法包括：
在基底上提供显影溶液；
在基底上提供冲洗溶液以去除显影溶液；以及
通过去除冲洗溶液干燥基底，
其中，干燥基底的步骤包括：
在基底上提供干燥液体；
增大干燥液体的压力以产生超临界流体；以及
去除超临界流体以干燥基底。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，
显影溶液包括四甲基氢氧化铵，并且
冲洗溶液包括去离子水。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，干燥基底的步骤还包括：
在提供干燥液体之前，在基底上提供润湿液体，润湿液体是与冲洗溶液相同的材料；以及
在提供干燥液体之后，排出润湿液体。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，
显影溶液包括非极性溶剂，并且
冲洗溶液包括醋酸正丁酯。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，干燥基底的步骤还包括在基底上提供干燥气体，并且干燥气体的压力高于干燥气体的三相点的压力。
16.一种光刻方法，所述光刻方法包括：
在基底上形成光致抗蚀剂；
将光致抗蚀剂的一部分暴露于光；以及
将光致抗蚀剂显影以在基底上形成光致抗蚀剂图案，
其中，将光致抗蚀剂显影的步骤包括：
在基底上提供显影溶液；
在基底上提供冲洗溶液以去除显影溶液；
以及
通过去除冲洗溶液来干燥基底，并且
干燥基底的步骤包括：
在基底上提供干燥液体；
增大干燥液体的压力以产生超临界流体；以及
去除超临界流体以干燥基底。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，
光致抗蚀剂包括正型光致抗蚀剂，
显影溶液包括四甲基氢氧化铵，并且
冲洗溶液包括去离子水。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，干燥基底的步骤包括：
在提供干燥液体之前，在基底上提供润湿液体，润湿液体是与冲洗液体相同的材料；
在润湿液体中翻转基底；
在提供干燥液体之后，排出润湿液体和冲洗溶液；并
重新翻转基底。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，
光致抗蚀剂包括负型光致抗蚀剂，
显影溶液包括非极性溶剂，并且
冲洗溶液包括醋酸正丁酯。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述光包括极紫外光束。
21.一种基底干燥系统，所述基底干燥系统包括：
腔室；
在腔室中并且被构造为包含基底的片匣；
被构造为将润湿液体供应到腔室中的第一溶液供应器；
被构造为将密度低于润湿液体的密度的干燥液体供应到腔室中的第二溶液供应器；以及
连接到腔室的底部并被构造为选择性地排出润湿液体的排出装置。
22.根据权利要求21所述的基底干燥系统，其中，第二溶液供应器包括被构造为增大干燥液体的压力并产生超临界流体的泵。
23.根据权利要求22所述的基底干燥系统，其中，第二溶液供应器还包括：
被构造为存储干燥液体的罐；以及
位于罐与腔室之间并被构造为控制干燥液体的流速的阀，
其中，阀和泵在罐与腔室之间并联连接。
24.根据权利要求22所述的基底干燥系统，其中，排出装置还被构造为排出超临界流体。
25.根据权利要求21所述的基底干燥系统，所述基底干燥系统还包括：
被构造为将干燥气体供应到腔室中的气体供应器。
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