CN1278383C - 图案形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种图案形成方法，其特征在于，首先形成由含有丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的至少一种酯的基本聚合物和受光照后会产生酸的酸发生剂的化学放大型抗蚀材料构成的抗蚀膜；然后对该抗蚀膜选择性地照射波长为1-30nm波段的远紫外线以曝光图案，并经过显影形成由抗蚀膜未曝光部分构成的抗蚀图案；对抗蚀图案进行加热处理，使所述抗蚀图案的粗糙度趋于平滑。

Description

图案形成方法
技术领域
本发明涉及一种对由化学放大型抗蚀材料构成的抗蚀膜，选择性地照射波长为1-30nm波段的远紫外线，形成由抗蚀膜未曝光部构成的抗蚀图案的图案形成方法。
背景技术
在半导体集成电路装置工艺中，随着半导体集成电路的大集成化及小尺寸化，需要进一步开展石版印刷技术的开发。
作为石版印刷技术所使用的曝光光源，目前常用的有汞灯、KrF激元(excimer)激光(波长：248nm波段)或ArF激元激光(193nm波段)，但对于小于0.1μm尤其是小于0.05μm的级别，正被探讨的是使用波长小于ArF激元激光的远紫外线(波长：1-30nm波段)的方案。
在以远紫外线为曝光光源的石版印刷技术中，最好使用具有高析象清晰度及高感度的化学放大型抗蚀材料。
因此，对于使用远紫外线的石版印刷技术，正被探讨的是采用适用于波长接近远紫外线的ArF激元激光的化学放大型抗蚀材料的方案。
下面，参照图4(a)-(d)说明采用适用于ArF激元激光的化学放大型抗蚀材料的图案形成方法。
首先，准备具有以下组成的化学放大型抗蚀材料。
聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)(基本聚合物)        2g
三苯基triflate(酸发生剂)                            0.4g
丙二醇单甲醚乙酸酯(溶剂)                            20g
然后，如图4(a)所示，在半导体基板1上，涂布具有所述组成的化学放大型抗蚀剂，形成具有0.2μm厚度的抗蚀膜2。
接着，如图4(b)所示，对抗蚀膜2，隔着具有所需掩膜图案的反射型掩膜(图中未示)选择性地照射远紫外线(波长：13.5nm波段)4进行图案曝光后，如图4(c)所示，对被曝光的抗蚀膜2，在100℃温度下进行60秒钟的电热板加热(PEB)5。
如此一来，在抗蚀膜2的曝光部2a中，在由酸发生剂所产生的酸的作用下对碱性显影液呈可溶性；而在抗蚀膜2的未曝光部2b，因为没有酸发生剂所产生的酸，所以对碱性显影液仍然呈难溶性。
然后，用碱性显影液，如2.38重量％四甲基氢氧化铵显影液，对抗蚀膜2进行显影，如图4(d)所示，形成由抗蚀膜2的未曝光部分2b构成的线幅为0.07μm的抗蚀图案6。
但是，由于抗蚀图案6的表面会形成较大的粗糙度6a，因此造成了抗蚀图案6的线幅的偏差较大。当测定抗蚀图案6的线幅时，最大值与最小值的尺寸差约为20nm，非常大。
随着半导体集成电路装置的设计水平越来越趋向精细化，抗蚀图案的线幅或孔径尺寸等尺寸偏差的影响也变得无法忽略。即，若使用尺寸有偏差的抗蚀图案蚀刻导电膜或绝缘膜，则所得到的图案的线幅或孔径尺寸也会有偏差，因此半导体集成电路装置的精密度会下降。
发明内容
鉴于以上，本发明的目的在于减少抗蚀图案的尺寸偏差。
为了达到上述目的，本发明的第1种图案形成方法包括：形成由含有丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的至少一种酯的基本聚合物和受光照后会产生酸的酸发生剂的化学放大型抗蚀材料构成的抗蚀膜的工艺；对抗蚀膜选择性地照射波长为1-30nm波段的远紫外线进行图案曝光的工艺；显影经图案曝光的抗蚀膜，由抗蚀膜未曝光部分形成抗蚀图案的工艺；和对抗蚀图案进行加热处理，使所述抗蚀图案的粗糙度趋于平滑的工艺。
根据第1种图案形成方法，由于包括对抗蚀图案进行加热处理，使抗蚀图案的粗糙度趋于平滑的工艺，所以可减少抗蚀图案的尺寸偏差。
本发明的第2种图案形成方法包括：形成由含有丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的至少一种酯的基本聚合物和受光照后会产生酸的酸发生剂的化学放大型抗蚀材料构成的抗蚀膜的工艺、对抗蚀膜选择性地照射波长为1-30nm波段的远紫外线进行图案曝光的工艺、显影经图案曝光的抗蚀膜，由抗蚀膜未曝光部分形成抗蚀图案的工艺；和对抗蚀图案照射能量光束，使抗蚀图案的粗糙度趋于平滑的工艺。
根据第2种图案形成方法，由于对抗蚀图案照射能量光束，使抗蚀图案的粗糙度趋于平滑的工艺，所以可减少抗蚀图案的尺寸偏差。
在第1种或第2种图案形成方法中，基本聚合物最好含有丙烯酸或甲基丙烯酸。
在第1种或第2种图案形成方法中，远紫外线的波长最好是13.5nm波段。
附图说明
图1(a)-(e)是表示实施例1的图案形成方法的各工艺的部面图。
图2(a)-(e)是表示实施例2的图案形成方法的各工艺的部面图。
图3(a)是在实施例1的图案形成方法中，进行第三次热处理前的抗蚀图案的扩大模式图。图3(b)是在实施例2的图案形成方法中，进行第三次热处理后的抗蚀图案的扩大模式图。
图4(a)-(d)是表示以往的图案形成方法的各工艺的部面图。
具体实施方式
(实施例1)
以下，参照图1(a)-(e)说明实施例1的图案形成方法。
首先，准备具有以下组成的化学放大型抗蚀材料。
聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)(基本聚合物)        2g
三苯基锍triflate(酸发生剂)                            0.4g
丙二醇单甲醚乙酸酯(溶剂)                              20g
然后，如图1(a)所示，在半导体基板10上，涂布具有所述组成的化学放大型抗蚀剂后，进行预烤(第一次热处理)，形成具有0.2μm厚度的抗蚀膜11。
接着，如图1(b)所示，对于抗蚀膜11，隔着具有所需掩膜图案的反射型掩膜(图中未示)选择性地照射远紫外线(波长：13.5nm波段)13进行图案曝光后，如图1(c)所示，对经曝光的抗蚀膜11，在100℃温度下进行60秒钟的电热板加热(PEB)14(第二次热处理)。
如此一来，抗蚀膜11的曝光部11a在由酸发生剂产生的酸的作用下对碱性显影液呈可溶性；与此相反，抗蚀膜11的未曝光部分11b中由于没有酸发生剂所产生的酸，因此对碱性显影液仍然呈难溶性。
然后，用碱性显影液，例如2.38重量％四甲基氢氧化铵显影液对抗蚀膜11进行显影，如图1(d)所示，形成由抗蚀膜11的未曝光部分11b构成的线幅为0.07μm的抗蚀图案15。若用这种方法形成抗蚀图案15，则在抗蚀图案15的侧面会形成较大的粗糙度15a。
接着，如图1(e)所示，在110℃温度下对抗蚀图案15进行90秒钟的加热(第三次热处理)16。如此一来，抗蚀图案15的大粗糙度15a趋于平滑，变成小粗糙度15b。
测定由实施例所得到的抗蚀图案15的线幅，其结果最大值与最小值的尺寸差约为3nm，比起进行第三次热处理前的尺寸差(约为20nm)变得非常小。
图3(a)是扩大显示进行第三次热处理前的抗蚀图案15的模式图，图3(b)是扩大显示进行第三次热处理后的抗蚀图案15的模式图。
通过比较图3(a)与图3(b)可以认为，对抗蚀图案15进行第三次热处理，可使聚合物的凝集状态变得平滑。因此抗蚀图案15的线幅的最大值与最小值的尺寸差也变小了。
另外，对实施例1中第三次热处理的温度及时间没有特别的限定，但最好是在100℃-130℃温度下加热30-120秒左右。通过这种热处理，可使抗蚀图案15的粗糙度15a趋于平滑。
(实施例2)
以下，参照图2(a)-(e)说明实施例2的图案形成方法。
首先，准备具有以下组成的化学放大型抗蚀材料。
聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)(基本聚合物)        2g
三苯基锍triflate(酸发生剂)                            0.4g
丙二醇单甲醚乙酸酯(溶剂)                              20g
然后，如图2(a)所示，在半导体基板20上，涂布具有所述组成的化学放大型抗蚀剂，形成具有0.2μm厚度的抗蚀膜21。
接着，如图2(b)所示，对于抗蚀膜21，隔着具有所需掩膜图案的反射型掩膜(图中未示)选择性地照射远紫外线(波长：13.5nm波段)23进行图案曝光后，如图2(c)所示，对被曝光的抗蚀膜21，在100℃温度下进行60秒钟的电热板加热(PEB)24。
如此一来，抗蚀膜21的曝光部21a在由酸发生剂产生的酸的作用下对碱性显影液呈可溶性；与此相反，抗蚀膜21的未曝光部分21b中由于没有酸发生剂所产生的酸，因此对碱性显影液仍然呈难溶性。
然后，用碱性显影液，例如2.38重量％四甲基氢氧化铵显影液对抗蚀膜21进行显影，如图2(d)所示，形成由抗蚀膜21的未曝光部分21b构成的线幅为0.07μm的抗蚀图案25。若用这种方法形成抗蚀图案25，则在抗蚀图案25的侧面会形成较大的粗糙度25a。
接着，如图2(e)所示，对抗蚀图案25集束照射从灯射出的作为能量光束的远紫外线26(波长：0.2-0.3μm波段)。如此一来，抗蚀图案25的大粗糙度25a趋于平滑，变成小粗糙度25b。
测定从实施例2得到的抗蚀图案25的线幅，其结果最大值与最小值的尺寸差约为3nm，比起照射远紫外线前的尺寸差(约为20nm)变得非常小。
根据实施例2可以认为，当对抗蚀图案25照射远紫外线后，聚合物的凝集状态趋于平滑，所以抗蚀图案25的线幅的最大值与最小值的尺寸差也变小了。
另外，对照射抗蚀图案25的能量光束的波长及能量大小没有特别的限定，除了远紫外线也可以用EB(Electron Beam)集束照射等。而且，作为照射远紫外线时的能量大小，最好是在10-50mJ/cm2左右。
在实施例1及实施例2中，基本聚合物为含有丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及甲基丙烯酸的聚合物，但也可以使用以下的聚合物作为基本聚合物。
(a)只含有甲基丙烯酸酯的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯)-(甲羟五酸内酯甲基丙烯酸酯))(其中，2-甲基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯∶甲羟五酸内酯甲基丙烯酸酯＝50mol％∶50mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯-(γ-丁内酯甲基丙烯酸酯))(其中，2-乙基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯∶γ-丁内酯甲基丙烯酸酯＝50mol％∶50mol％)
(b)只含有丙烯酸酯的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(甲羟五酸内酯丙烯酸酯))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶甲羟五酸内酯丙烯酸酯＝50mol％∶50mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(γ-丁内酯丙烯酸酯))(其中，2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯∶γ-丁内酯丙烯酸酯＝50mol％∶50mol％)
(c)含有甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(甲羟五酸内酯甲基丙烯酸酯))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶甲羟五酸内酯甲基丙烯酸酯＝50mol％∶50mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(γ-丁内酯甲基丙烯酸酯))(其中，2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯∶γ-丁内酯甲基丙烯酸酯＝50mol％∶50mol％)
(d)含有甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)
(e)含有甲基丙烯酸酯和丙烯酸的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)
(f)含有丙烯酸酯和甲基丙烯酸的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯∶丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)
(g)含有丙烯酸酯和丙烯酸的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(丙烯酸甲酯)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶丙烯酸甲酯∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(丙烯酸甲酯)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯∶丙烯酸甲酯∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)
(h)含有甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸及丙烯酸的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶5mol％∶5mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金刚烷甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶5mol％∶5mol％)
(i)含有丙烯酸酯和甲基丙烯酸及丙烯酸的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶5mol％∶5mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯∶丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶5mol％∶5mol％)
(j)含有甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯及甲基丙烯酸的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(甲羟五酸内酯甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶甲羟五酸内酯甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸＝50mol％∶45mol％∶5mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(γ-丁内酯甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯∶γ-丁内酯甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸＝50mol％∶45mol％∶5mol％)
(k)含有甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯及丙烯酸的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(甲羟五酸内酯甲基丙烯酸酯)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶甲羟五酸内酯甲基丙烯酸酯∶丙烯酸＝50mol％∶45mol％∶5mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(γ-丁内酯甲基丙烯酸酯)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯∶γ-丁内酯甲基丙烯酸酯∶丙烯酸＝50mol％∶45mol％∶5mol％)
(l)含有甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸及丙烯酸的聚合物例
○聚((2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(甲羟五酸内酯甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金刚烷丙烯酸酯∶甲羟五酸内酯甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸∶丙烯酸＝48mol％∶45mol％∶5mol％∶2mol％)
○聚((2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯)-(γ-丁内酯甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金刚烷丙烯酸酯∶γ-丁内酯甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸∶丙烯酸＝48mol％∶45mol％∶5mol％∶2mol％)。

Claims (8)

1、一种图案形成方法，其特征在于，包括：形成由含有丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的至少一种酯的基本聚合物和受光照后会产生酸的酸发生剂的化学放大型抗蚀材料构成的抗蚀膜的工艺；对所述抗蚀膜选择性地照射波长为1-30nm波段的远紫外线进行图案曝光的工艺；显影经图案曝光的所述抗蚀膜，形成由所述抗蚀膜未曝光部构成的抗蚀图案的工艺；对所述抗蚀图案进行加热处理，使所述抗蚀图案的粗糙度趋于平滑的工艺。
2、根据权利要求1所述的图案形成方法，其特征在于，所述基本聚合物含有丙烯酸或甲基丙烯酸。
3、根据权利要求1所述的图案形成方法，其特征在于，所述远紫外线的波长为13.5nm波段。
4、根据权利要求1所述的图案形成方法，其特征在于，所述加热处理是在100℃～130℃的温度下进行的。
5、一种图案形成方法，其特征在于，包括：形成由含有丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯中的至少一种酯的基本聚合物和受光照后会产生酸的酸发生剂的化学放大型抗蚀材料构成的抗蚀膜的工艺、对所述抗蚀膜选择性地照射波长为1-30nm波段的远紫外线进行图案曝光的工艺、显影经图案曝光的所述抗蚀膜并形成由所述抗蚀膜未曝光部构成的抗蚀图案的工艺、和对所述抗蚀图案照射能量光束，使所述抗蚀图案的粗糙度趋于平滑的工艺。
6、根据权利要求5所述的图案形成方法，其特征在于，所述基本聚合物含有丙烯酸或甲基丙烯酸。
7、根据权利要求5所述的图案形成方法，其特征在于，所述远紫外线的波长为13.5nm波段。
8、根据权利要求5所述的图案形成方法，其特征在于，以10～50mJ/cm2的能量照射所述能量光束。
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