CN1409377A - 图形形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种图形形成方法，在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜后，选择性地对该抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光。将经过图形曝光的抗蚀剂膜放置(暴露)于显影液中，使用碱性漂洗液对该抗蚀剂膜进行漂洗，形成由抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形。

Description

图形形成方法
技术领域
本发明涉及形成半导体集成电路装置的制造过程中使用的由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂图形的方法。
背景技术
半导体集成电路装置的生产工艺中，随着半导体集成电路的高集成化和半导体元件的细微化要求，使用平版技术形成的抗蚀剂图形追求进一步的微细化。
但是，为对应抗蚀剂图形的进一步的微细化，最好是使用具有高分辨率和高灵敏度的化学放大型抗蚀剂材料形成抗蚀剂图形。
另外，随着抗蚀剂图形的进一步的微细化要求，抗蚀剂图形的宽高比提高。
下面参考图9(a)～9(c)和图10(a)～10(c)说明形成化学放大型抗蚀剂材料构成且宽高比高的抗蚀剂图形的已有的图形形成方法。
首先，如图9(a)所示，在半导体衬底1上涂敷市场上销售的化学放大型抗蚀剂材料(住友化学公司制造的PAR-101)，形成具有0.4微米厚的抗蚀剂膜2。
接着如图9(b)所示，经具有希望的掩膜图形的光掩膜3，在数值孔径NA为0.60的条件下，对抗蚀剂膜2照射ArF受激激光(波长为193nm带)4，进行图形曝光。
接着如图9(c)所示，在105℃的温度下，通过加热板，对经过图形曝光的抗蚀剂膜2进行90秒钟的加热(PEB)。这样一来，在抗蚀剂膜2的曝光部2a中，由于从酸发生剂产生的酸的作用，可溶解于碱性显影液，另一方面，在抗蚀剂膜2的未曝光部2b中，由于不从酸发生剂产生酸，因此难以溶解在碱性显影液中。
随后，如图10(a)所示，将抗蚀剂膜2在例如2.38wt％四甲基氢氧化铵液构成的碱性显影液5中放置60秒钟进行显影后，如图10(b)所示，使用纯水构成的漂洗液进行60秒钟的漂洗，形成由抗蚀剂膜2的未曝光部2b构成的、具有0.11微米的线宽的抗蚀剂图形6。
但是，使用漂洗液7漂洗宽高比高的抗蚀剂图形6时，如图10(c)所示，由于漂洗液7的表面张力而产生抗蚀剂图形6或倾斜或倒塌的问题。
这样，抗蚀剂图形6或倾斜或倒塌时，将该抗蚀剂图形6作为掩膜得到的图形的形状不良，因此，出现半导体器件的成品率恶化的问题
发明内容
鉴于上述情况，本发明目的是宽高比高的抗蚀剂图形不倾斜不倒塌，得到具有良好形状的抗蚀剂图形。
为达到上述目的，本发明的第一图形形成方法包括在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜的工序；选择性地对抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光的工序；将经过图形曝光的抗蚀剂膜放置(暴露)于显影液中的工序；对置于显影液中的抗蚀剂膜进行漂洗，形成抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形的工序，并且进行漂洗的工序使用碱性漂洗液进行。
根据第一图形形成方法，由于对显影后的抗蚀剂膜使用比纯水表面张力小的碱性漂洗液进行漂洗，因此抗蚀剂图形从漂洗液受到的表面张力降低，从而抗蚀剂图形不倾斜不倒塌，可保持良好形状。
第二图形形成方法包括：在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜的工序；选择性地对抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光的工序；将经过图形曝光的上述抗蚀剂膜放置(暴露)于显影液中的工序；对置于显影液中的上述抗蚀剂膜进行漂洗，形成由抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形的工序，并且进行上述漂洗的工序使用包含有机溶剂的漂洗液进行。
根据第二图形形成方法，由于对显影后的抗蚀剂膜使用比纯水表面张力小的包含有机溶剂的漂洗液进行漂洗，因此抗蚀剂图形从漂洗液受到的表面张力降低，从而抗蚀剂图形不倾斜不倒塌，可保持良好形状。
第三图形形成方法，包括：在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜的工序；选择性地对抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光的工序；将经过图形曝光的抗蚀剂膜放置(暴露)于显影液中的工序；对置于显影液中的抗蚀剂膜进行漂洗，形成由抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形的工序，并且进行漂洗的工序使用包含有机溶剂的碱性漂洗液进行。
根据第三图形形成方法，由于对显影后的抗蚀剂膜使用比纯水表面张力小的包含有机溶剂的碱性漂洗液进行漂洗，因此抗蚀剂图形从漂洗液受到的表面张力降低，从而抗蚀剂图形不倾斜不倒塌，可保持良好形状。使用包含有机溶剂的碱性漂洗液时，可分别抑制抗蚀剂图形从碱性物质受到的坏影响，以及环境从有机溶剂受到的坏影响。
第四图形形成方法，包括：在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜的工序；选择性地对抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光的工序；将经过图形曝光的抗蚀剂膜放置(暴露)于显影液中的工序；对置于显影液中的抗蚀剂膜进行漂洗，形成由抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形的工序，并且进行漂洗的工序是边摇动抗蚀剂膜边向抗蚀剂膜供给漂洗液的工序。
根据第四图形形成方法，从漂洗液的表面张力不同的方向对抗蚀剂图形作用，与对抗蚀剂图形作用一定方向的表面张力的情况相比，抗蚀剂图形受到的表面张力降低。因此抗蚀剂图形不倾斜不倒塌，可保持良好形状。
第五图形形成方法，包括：在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜的工序；选择性地对抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光的工序；将经过图形曝光的抗蚀剂膜放置(暴露)于显影液中的工序；对置于显影液中的抗蚀剂膜进行漂洗，形成由抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形的工序，并且进行漂洗的工序是向抗蚀剂膜中散布雾状的漂洗液的工序。
根据第五图形形成方法，对抗蚀剂膜散布雾状的漂洗液，因此与从喷嘴供给漂洗液的情况相比，漂洗液难以贮存在抗蚀剂图形之间。从而降低对抗蚀剂图形作用的表面张力，使得抗蚀剂图形不倾斜不倒塌，可保持良好形状。
在第四或第五的图形形成方法中，漂洗液最好是碱性漂洗液或包含有机溶剂的碱性漂洗液。
这样，由于漂洗液自身的表面张力小，对抗蚀剂图形作用的表面张力大大降低。
在第一、第三、第四或第五的图形形成方法中，在漂洗液是碱性漂洗液或包含有机溶剂的碱性漂洗液的情况下，碱性漂洗液最好是稀释的碱性显影液。
在第四或第五的图形形成方法中，漂洗液最好是包含有机溶剂的漂洗液或包含有机溶剂的碱性漂洗液。
在第二、第三、第四或第五的图形形成方法中，在漂洗液是包含有机溶剂的漂洗液或包含有机溶剂的碱性漂洗液的情况下，有机溶剂最好是丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、乳酸乙酯、甲基丙二醇醚醋酸酯、甲基丙二醇醚或二甘醇二甲醚。
附图说明
图1(a)～1(c)是表示实施例1的图形形成方法的各工序的截面图；
图2(a)～2(c)是表示实施例1的图形形成方法的各工序的截面图；
图3(a)～3(c)是表示实施例2的图形形成方法的各工序的截面图；
图4(a)～4(c)是表示实施例2的图形形成方法的各工序的截面图；
图5(a)～5(c)是表示实施例3的图形形成方法的各工序的截面图；
图6a)～6(c)是表示实施例3的图形形成方法的各工序的截面图；
图7(a)～7(c)是表示实施例4的图形形成方法的各工序的截面图；
图8(a)～8(c)是表示实施例4的图形形成方法的各工序的截面图；
图9(a)～9(c)是表示已有的图形形成方法的各工序的截面图；
图10(a)～10(c)是表示已有的图形形成方法的各工序的截面图。
具体实施方式
(实施例1)
下面参考图1(a)～1(c)和图2(a)～2(c)说明本发明的实施例1的图形形成方法。
首先如图1(a)所示，在半导体衬底10上涂敷市场上销售的化学放大型抗蚀剂材料(住友化学公司制造的PAR-101)，形成具有0.4微米厚的抗蚀剂膜11。
接着，如图1(b)所示，经具有希望的掩膜图形的掩膜12，在数值孔径NA为0.60的曝光条件下，对抗蚀剂膜11照射ArF受激激光(波长为193nm带)13，进行图形曝光。
接着，如图1(c)所示，在105℃的温度下，通过加热板，对图形曝光了的抗蚀剂膜11进行90秒钟的加热(PEB)。这样一来，在抗蚀剂膜11的曝光部11a中，由于从酸发生剂产生的酸的作用，基础聚合物的保护基脱离，变为可溶解于碱性显影液中，另一方面，在抗蚀剂膜11的未曝光部11b中，由于不从酸发生剂产生酸，因此基础聚合物的保护基不脱离，难以溶解在碱性显影液中。
随后，如图2(a)所示，将抗蚀剂膜11在例如2.38wt％四甲基氢氧化铵液构成的碱性显影液14中放置60秒钟进行显影。
接着，如图2(b)所示，从喷嘴16向显影后的抗蚀剂膜11供给60秒钟的、在纯水中包含0.1wt％的四甲基氢氧化铵构成的碱性漂洗液(碱性显影液的稀释液)17，进行漂洗，如图2(c)所示，形成由抗蚀剂膜11的未曝光部11b构成且具有0.11微米线宽的抗蚀剂图形15。
根据实施例1，对显影后的抗蚀剂膜11使用比纯水表面张力小的碱性漂洗液进行漂洗，因此抗蚀剂图形15从漂洗液受到的表面张力降低，从而抗蚀剂图形15不倾斜不倒塌，可保持良好形状。
另外，作为实施例1使用的碱性漂洗液17，可使用在纯水中包含0.2wt％的四甲基氢氧化铵构成的碱性溶液、在纯水中包含0.07wt％的三甲基氢氧化铵构成的碱性溶液、在纯水中包含0.5wt％的四-正-丙基氢氧化铵构成的碱性溶液、或在纯水中包含0.1wt％的胆碱的碱性溶液等。
这样，最好将碱性漂洗液中包含的碱含有量设定为高于0.01wt％且低于1wt％。由于漂洗液中包含的碱的含有量在0.01wt％以上，因此碱性漂洗液的表面张力确实比纯水的表面张力降低，从而防止抗蚀剂图形15倾斜或倒塌的情况。由于漂洗液中包含的碱含有量在1wt％以下，因此可防止抗蚀剂图形15溶解在碱性漂洗液中的情况。
(实施例2)
下面参考图3(a)～3(c)和图4(a)～4(c)说明本发明的实施例2的图形形成方法。
首先如图3(a)所示，在半导体衬底20上涂敷市场上销售的化学放大型抗蚀剂材料(住友化学公司制造的PAR-101)，形成具有0.4微米厚的抗蚀剂膜21。
接着，如图3(b)所示，经具有希望的掩膜图形的掩膜22，在数值孔径NA为0.60的曝光条件下，对抗蚀剂膜21照射ArF受激激光(波长为193nm带)23，进行图形曝光。
接着，如图3(c)所示，在105℃的温度下，通过加热板，对图形曝光了的抗蚀剂膜21进行90秒钟的加热(PEB)。
这样一来，在抗蚀剂膜21的曝光部21a中，由于从酸发生剂产生的酸的作用，基础聚合物的保护基脱离，变为可溶解于碱性显影液中，另一方面，在抗蚀剂膜21的未曝光部21b中，由于不从酸发生剂产生酸，因此基础聚合物的保护基不脱离，难以溶解在碱性显影液中。
随后，如图4(a)所示，将抗蚀剂膜21在例如2.38wt％四甲基氢氧化铵液构成的碱性显影液34中放置60秒钟进行显影。
接着如图4(b)所示，从喷嘴26向显影后的抗蚀剂膜21供给60秒钟的包含有机溶剂的漂洗液27，例如在纯水中包含0.3wt％的甲基丙二醇醚醋酸酯的漂洗液，进行漂洗，如图4(c)所示，形成由抗蚀剂膜21的未曝光部21b构成的、且具有0.11微米的线宽的抗蚀剂图形25。
根据实施例2，由于对显影后的抗蚀剂膜21使用比纯水表面张力小的包含有机溶剂的漂洗液27进行漂洗，因此抗蚀剂图形25从漂洗液受到的表面张力降低，从而抗蚀剂图形15不倾斜不倒塌，可保持良好形状。
另外，作为漂洗液27中包含的有机溶剂，使用了甲基丙二醇醚醋酸酯，但也可使用丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、乳酸乙酯、甲基丙二醇醚或二甘醇二甲醚。
等来替代它。此时，最好将有机溶剂的含有量设定为高于0.01wt％且低于1wt％。这样，不对环境产生坏影响，可减小漂洗液的表面张力。
实施例2中，使用纯水中包含有机溶剂的漂洗液27，但替代其可使用纯水中包含0.1wt％的三乙醇胺(碱)和0.5wt％的异丙醇(有机溶剂)构成的包含有机溶剂的碱性漂洗液。
这样，抑制抗蚀剂图形25和环境受到的坏影响.并降低漂洗液的表面张力。
(实施例3)
下面参考图5(a)～5(c)和图6(a)～6(c)说明本发明的实施例3的图形形成方法。
首先如图5(a)所示，在半导体衬底30上涂敷市场上销售的化学放大型抗蚀剂材料(住友化学公司制造的PAR-101)，形成具有0.4微米厚的抗蚀剂膜31。
接着，如图5(b)所示，经具有希望的掩膜图形的掩膜32，在数值孔径NA为0.60的曝光条件下，对抗蚀剂膜31照射ArF受激激光(波长为193nm带)33，进行图形曝光。
接着，如图5(c)所示，在105℃的温度下，通过加热板，对经过图形曝光的抗蚀剂膜31进行90秒钟的加热(PEB)。
这样一来，在抗蚀剂膜31的曝光部31a中，由于从酸发生剂产生的酸的作用，基础聚合物的保护基脱离，变为可溶解于碱性显影液中，另一方面，在抗蚀剂膜31的未曝光部31b中，由于不从酸发生剂产生酸，因此基础聚合物的保护基不脱离，难以溶解在碱性显影液中。
随后，如图6(a)所示，将抗蚀剂膜31在例如2.38wt％四甲基氢氧化铵液构成的碱性显影液34中放置60秒钟进行显影。
接着，如图6(b)所示，进行60秒钟的边摇动保持半导体衬底30的试样台38边从喷嘴36向显影后的抗蚀剂膜31供给由纯水构成的漂洗液37的漂洗工序，如图6(c)所示，形成由抗蚀剂膜31的未曝光部31b构成且具有0.11微米的线宽的抗蚀剂图形35。
根据实施例3，由于边摇动显影后的抗蚀剂膜31边向抗蚀剂膜31供给漂洗液37，因此，对抗蚀剂图形35，从漂洗液37的表面张力不同的方向作用，与对抗蚀剂膜31作用一定方向的表面张力的情况相比，抗蚀剂图形35受到的表面张力降低。从而抗蚀剂图形35不倾斜不倒塌，可保持良好形状。
另外，作为摇动显影后的抗蚀剂膜31的方向，可以是直线方向或是旋转方向，作为摇动抗蚀剂膜31的距离，最好是5cm左右，作为摇动周期，最好是每秒1次左右。即，在每秒10cm左右的速度下摇动抗蚀剂膜31为好。
实施例3中，尽管使用纯水构成的漂洗液37，但也可使用实施例1所示的碱性漂洗液或实施例2所示的包含有机溶剂的漂洗液或包含有机溶剂的碱性漂洗液来代替它。
(实施例4)
下面参考图7(a)～7(c)和图8(a)～8(c)说明本发明的实施例4的图形形成方法。
首先如图7(a)所示，在半导体衬底40上涂敷市场上销售的化学放大型抗蚀剂材料(住友化学公司制造的PAR-101)，形成具有0.4微米厚的抗蚀剂膜41。
接着，如图7(b)所示，经具有希望的掩膜图形的掩膜42，在数值孔径NA为0.60的曝光条件下，对抗蚀剂膜41照射ArF受激激光(波长为193nm带)43，进行图形曝光。
接着，如图7(c)所示，在105℃的温度下，通过加热板，对经过图形曝光的抗蚀剂膜41进行90秒钟的加热(PEB)。
这样一来，在抗蚀剂膜41的曝光部41a中，由于从酸发生剂产生的酸的作用，基础聚合物的保护基脱离，变为可溶解于碱性显影液中，另一方面，在抗蚀剂膜41的未曝光部41b中，由于不从酸发生剂产生酸，因此基础聚合物的保护基不脱离，难以溶解在碱性显影液中。
随后，如图8(a)所示，将抗蚀剂膜41在例如2.38wt％四甲基氢氧化铵液构成的碱性显影液44中放置60秒钟进行显影。
接着，如图8(b)所示，从溅射头46对显影后的抗蚀剂膜41进行60秒钟的雾状散布由纯水构成的漂洗液47的漂洗工序，如图8(c)所示，形成由抗蚀剂膜41的未曝光部41b构成且具有0.11微米的线宽的抗蚀剂图形45。
根据实施例4，对显影后的抗蚀剂膜41雾状散布漂洗液47，因此与从喷嘴供给漂洗液的情况下相比，抗蚀剂图形45之间难以贮存漂洗液47。从而作用在抗蚀剂图形45的表面张力降低。使得抗蚀剂图形45不倾斜不倒塌，可保持良好形状。
此时，最好是边旋转抗蚀剂膜41边对该抗蚀剂膜41雾状散布漂洗液47。这样，抗蚀剂图形45之间暂时贮存的漂洗液47通过旋转力快速移动到外侧，从而作用在抗蚀剂图形45的表面张力大大降低。
另外，尽管在实施例4中，使用了由纯水构成的漂洗液47，但也可使用实施例1所示的碱性漂洗液或实施例2所示的包含有机溶剂的漂洗液或包含有机溶剂的碱性漂洗液来代替它。

Claims (10)

1.一种图形形成方法，包括：
在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜的工序；
选择性地对上述抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光的工序；
将经过图形曝光的上述抗蚀剂膜放置于显影液中的工序；和
对置于上述显影液中的上述抗蚀剂膜进行漂洗，形成由上述抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形的工序，并且
进行上述漂洗的工序使用碱性漂洗液进行。
2.根据权利要求1的图形形成方法，上述碱性漂洗液是稀释的碱性显影液。
3.一种图形形成方法，包括：
在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜的工序；
选择性地对上述抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光的工序；
将经过图形曝光的上述抗蚀剂膜放置于显影液中的工序；和
对置于上述显影液中的上述抗蚀剂膜进行漂洗，形成由上述抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形的工序，并且
进行上述漂洗的工序使用包含有机溶剂的漂洗液进行。
4.一种图形形成方法，包括：
在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜的工序；
选择性地对上述抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光的工序；
将经过图形曝光的上述抗蚀剂膜放置于显影液中的工序；和
对置于上述显影液中的上述抗蚀剂膜进行漂洗，形成由上述抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形的工序，并且
进行上述漂洗的工序使用包含有机溶剂的碱性漂洗液进行。
5.根据权利要求4的图形形成方法，上述碱性漂洗液是稀释的碱性显影液。
6.一种图形形成方法，包括：
在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜的工序；
选择性地对上述抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光的工序；
将经过图形曝光的上述抗蚀剂膜放置于显影液中的工序；
对置于上述显影液中的上述抗蚀剂膜进行漂洗，形成由上述抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形的工序，并且
进行上述漂洗的工序是边摇动上述抗蚀剂膜边向上述抗蚀剂膜提供漂洗液的工序。
7.一种图形形成方法，包括：
在衬底上形成由化学放大型抗蚀剂构成的抗蚀剂膜的工序；
选择性地对上述抗蚀剂膜照射曝光光来进行图形曝光的工序；
将经过图形曝光的上述抗蚀剂膜放置于显影液中的工序；
对置于上述显影液中的上述抗蚀剂膜进行漂洗，形成由上述抗蚀剂膜构成的抗蚀剂图形的工序，
进行上述漂洗的工序是向上述抗蚀剂膜中散布雾状的漂洗液的工序。
8.根据权利要求6或7的图形形成方法，上述漂洗液是碱性漂洗液或包含有机溶剂的碱性漂洗液。
9.根据权利要求8的图形形成方法，上述碱性漂洗液是经过稀释的碱性显影液。
10.根据权利要求3、5或9的图形形成方法，上述有机溶剂是丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、乳酸乙酯、甲基丙二醇醚醋酸酯、甲基丙二醇醚或二甘醇二甲醚。
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