CN1627479A - 抗蚀图形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种用双层抗蚀工艺的抗蚀图形成方法，该方法仅需要相当于单层抗蚀工艺的显影步骤的简单显影步骤。该抗蚀图形成方法包括如下步骤：包括如下步骤：在衬底上形成下层抗蚀膜；在下层抗蚀膜上形成扩散防止膜；在扩散防止膜上形成上层抗蚀膜；同时对下层抗蚀膜和上层抗蚀膜进行曝光；以及同时对下层抗蚀膜和上层抗蚀膜进行显影。作为蚀刻抵抗性改进成分的Si仅包含在上层抗蚀膜中，而不包含在下层抗蚀膜中。扩散防止膜防止Si从上层抗蚀膜扩散到下层抗蚀膜并且在曝光时传播光线，同时具有在显影时被显影液消除的特性。

Description

抗蚀图形成方法
技术领域
本发明涉及一种在半导体制造技术等中用于微处理的抗蚀图，尤其涉及用于形成抗蚀图的方法。
背景技术
图1是描述抗蚀图形成方法的第一个传统例子的示意截面图，并且各个步骤从图1[1]进行至图1[3]。下面将参照附图进行说明。
第一个传统的例子是作为最通用处理的单层抗蚀工艺。首先，如图1[1]中所示，将依次的正光致抗蚀剂涂覆到具有氧化物膜的衬底50上，形成膜厚大约为1μm的抗蚀膜。然后，如图1[2]中所示，制备光掩膜62，在该光掩膜中，规定图案的遮光膜61形成在透明衬底60上。KrF激光63通过光掩膜62照射到抗蚀膜51上，形成光敏部分52。最后，如图1[3]中所示，通过碱性显影液进行显影处理除去光敏部分52，获得抗蚀图53。
然而，在用于这里的正光致抗蚀剂中，不能包含用于改进抗蚀图53对干蚀刻的抵抗特性的诸如Si的成分。原因是Si初始是杂质成分，该杂质成分对光致抗蚀剂的溶解具有不良影响，以致不可能利用具有足以抵抗干蚀刻的涂覆的基部氧化物膜的膜厚(该例中为1μm)获得足够的溶解特性。通常认为能够获得足够溶解特性的含硅光致抗蚀剂膜的实际膜厚是200nm或更小。因此，在单层抗蚀工艺中，已经不可能获得既具有足够的膜厚又具有对干蚀刻具有足够抵抗性的抗蚀图。
在附图中，为了方便，仅仅衬底50的一部分被示出并且衬底50和透明衬底60的厚度变薄。其它附图也是这样。
此外，已有双层抗蚀工艺(例如，日本专利未审查公开No.3-283418)，其中，抗蚀膜不是单层，而是双层。下面将作为第二个传统例子描述其中含硅光致抗蚀剂用作上层抗蚀膜得双层抗蚀工艺。
图2是描述抗蚀图形成方法的第二个传统例子的示意截面图，各个步骤从2[1]进行到2[4]。下面通过参考附图进行描述。
首先，如图2[1]中所示，通过依次在具有氧化物膜的衬底70上涂覆非光敏抗蚀剂和含硅正光敏抗蚀剂，形成非光敏下层抗蚀膜71(膜厚为大约800nm)和含硅上层抗蚀膜72(膜厚大约为200nm)。作为非光敏抗蚀剂，主要使用不包含诸如光-酸产生剂的光敏成分的基于酚醛清漆的树脂和丙烯酸基树脂。此外，作为正光致抗蚀剂，主要使用具有聚硅氧烷基树脂或多羟苯乙烯树脂的含硅光致抗蚀剂作为基部。
然后，如图2[2]中所示，制备光掩膜82，在该光掩膜中，规定图案的遮光膜81形成在透明衬底80上。KrF激光83通过光掩膜62照射到上层抗蚀膜72上，用于在上层抗蚀膜72上形成光敏部分73。
然后，如图2[3]中所示，通过在碱性显影溶液中溶解光敏部分73，获得仅包括上层抗蚀剂72的抗蚀图74。此时下层抗蚀剂71是非光敏的，从而不能通过碱性显影溶液形成图案。
最后，如图2[4]中所示，通过利用混合气体SO2+O2并将抗蚀膜74作为掩膜，进行干显影处理，获得包括下层抗蚀膜71和上层抗蚀膜72的完全的抗蚀图75。
采用双层抗蚀工艺，可以获得对蚀刻具有足够抵抗而不使溶液性能降低的抗蚀图75。
如上所述，采用将含硅光致抗蚀剂用作上层抗蚀膜72的双层抗蚀工艺，可以获得对干蚀刻具有抗蚀性的抗蚀图75，这是用于依次半导体制造步骤中的单层处理不能实现的。因此，上述方法用于诸如在蚀刻电介质膜时处理厚基部膜的步骤被认为非常有效。
然而，传统的双层抗蚀工艺具有不足，即步骤数和使用的装置数增加，因为该处理需要在下层抗蚀膜71上进行的干显影处理，与利用碱性显影液对上层抗蚀膜72的显影处理一起共计两个显影处理步骤。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用双层抗蚀工艺的抗蚀图形成方法，该方法仅仅需要相当于单层抗蚀工艺的显影步骤的简单显影步骤。
根据本发明的抗蚀图形成方法包括如下步骤：在衬底上形成正下层抗蚀膜，衬底为蚀刻对象；在下层抗蚀膜上形成正上层抗蚀膜；同时对下层抗蚀膜和上层抗蚀膜进行曝光；以及同时对下层抗蚀膜和上层抗蚀膜进行显影。用于改进蚀刻抵抗性的蚀刻抵抗改进成分仅包含在上层抗蚀膜中。
首先，在衬底上，依次形成下层抗蚀膜和上层抗蚀膜。下层抗蚀膜和上层抗蚀膜都是同样的正型，因此两者能够同时曝光并且同时显影。因此，尽管该方法是双层抗蚀工艺，但是它仅仅需要单个显影步骤，这与单层抗蚀工艺的情况相同。此外，下层抗蚀膜不包含蚀刻抵抗性改进成分，因此它具有良好的透光性。另一方面，暴露于衬底蚀刻剂的上层抗蚀膜包含蚀刻抵抗性改进成分。因此，能够获得具有足够的蚀刻抵抗性而不使溶解恶化的抗蚀图。
根据本发明的蚀刻图形成方法还包括如下步骤：在下层抗蚀膜和上层抗蚀膜之间形成扩散防止膜。扩散防止膜防止蚀刻抵抗性改进成分从上层抗蚀膜扩散到下层抗蚀膜并且在曝光时传播光线，同时具有在显影时被显影液消除的特性。
当蚀刻抵抗性改进成分从上层抗蚀膜扩散到下层抗蚀膜时，下层抗蚀膜的透光性恶化。因此，当蚀刻抵抗性改进成分的扩散成为问题时，如上所述，提供扩散防止膜。扩散防止膜还传播曝光光线并且在显影时被显影液消除。因此，即使提供扩散防止膜，也没有增加曝光步骤和显影步骤的数目。
此外，在根据本发明的蚀刻图形成方法中，与上层抗蚀膜相比，下层抗蚀膜由对曝光的光线更敏感的光致抗蚀剂形成。
曝光的光通过上层抗蚀膜传播并且到达下层抗蚀膜，从而当到达下层抗蚀膜时它稍稍被削弱。尤其是在上层抗蚀膜中含有蚀刻抵抗性改进成分，从而光线的削弱量较大。因此，下层抗蚀膜设定为具有比上层抗蚀膜的感光性更高的感光性，从而，下层抗蚀膜和上层抗蚀膜均匀曝光。
此外，在根据本发明的蚀刻图形成方法中，聚硅氧烷基树脂或多羟苯乙烯基树脂用作构成下层抗蚀膜和上层抗蚀膜的树脂，并且硅用作蚀刻抵抗性改进成分。
上面描述了下层抗蚀膜和上层抗蚀膜的具体的例子，和蚀刻抵抗性改进成分的例子。不用说，下层抗蚀膜、上层抗蚀膜和蚀刻抵抗性改进成分不限于具体例子。
此外，在根据本发明的蚀刻图形成方法中，碱性显影液用作显影液并且扩散防止膜由对碱性显影液可溶解的包含作为主要成分的聚乙烯醇或聚烯吡咯烷酮的共聚物制成。
上面描述了显影液和扩散防止膜的具体例子。然而，显影液和扩散防止膜不限于具体例子。
通过调节用作扩散防止膜的原材料的单体中可溶解成份与不可溶解成份的共聚比值，设定扩散防止膜相对于碱性显影液的溶解速度。
扩散防止膜相对于碱性显影液的溶解速度随着扩散防止膜中的可溶解成份的增加而增加。
代替正下层抗蚀膜和正上层抗蚀膜可以使用负下层抗蚀膜和负上层抗蚀膜。
通常，负型的溶解度低于正型的溶解度。原因是在显影处理时通过吸收显影液负型变得膨胀。因此，如果低溶解度不是问题可以使用负型。
此外，根据本发明的抗蚀图形成方法，包括如下步骤：在衬底上形成具有高敏光特性的正下层抗蚀膜；在下层抗蚀膜上形成具有非光敏性的扩散防止膜；在扩散防止膜上形成具有低敏光特性的正上层抗蚀膜；通过照射曝光光线对形成的各膜进行曝光；以及对进行曝光的各膜进行显影。在这种情况下，扩散防止膜的膜厚设为比其它抗蚀膜的膜厚薄。此外，下层抗蚀膜和上层抗蚀膜由正光致抗蚀剂形成。
本发明是抗蚀图形成方法，其中正下层抗蚀膜(高敏)、扩散防止膜(非光敏)、含硅正上层抗蚀膜(低敏)依次形成在衬底上，并且正下层抗蚀膜和含硅正上层抗蚀膜同时曝光和显影。
作为下层抗蚀膜，利用具有光敏性的正光致抗蚀剂。含硅正上层抗蚀膜和正下层抗蚀膜同时曝光并且由碱性显影液同时显影。因此，传统上已经进行的下层抗蚀膜的干显影处理变得不必要。然而，为了防止Si的扩散，优选在两个抗蚀膜之间中提供扩散防止膜。此外，为了使抗蚀图的侧壁垂直，优选将正下层抗蚀膜的感光性设定为高于正上层抗蚀膜的感光性。
如上所述，在将含硅的光致抗蚀剂用作上层抗蚀膜的双层抗蚀工艺中，可以省去用于对下层抗蚀膜进行显影的干显影处理。因此，能够容易地形成具有高干蚀刻耐蚀性的抗蚀图。
在根据本发明的抗蚀图形成方法中，设置包括不包含蚀刻抵抗性改进成分的正上层抗蚀膜和包含蚀刻抵抗性改进成分的正下层抗蚀膜的两层，因此所述膜能够同时曝光并且也同时显影。因此，尽管该方法是双层抗蚀工艺，但是它仅仅需要与单层抗蚀工艺的显影步骤相同的单个显影步骤。此外，下层抗蚀膜不包含蚀刻抵抗性改进成分，因此它具有良好的透光性，而暴露于蚀刻剂的上层抗蚀膜包含蚀刻抵抗性改进成分。因此，通过简单的制造处理能够获得具有足够的蚀刻抵抗性的抗蚀图，而不使溶解恶化。此外，根据每一方面，本发明实现下面的效果。
在根据本发明一方面的抗蚀图形成方法中，在下层抗蚀膜和上层抗蚀膜之间形成扩散防止膜。因此，下层抗蚀膜的透光性不会由于蚀刻抵抗性改进成分从上层抗蚀膜的扩散而恶化。此外，扩散防止膜传播曝光光线并且在显影时被显影液消除。因此，能够提高溶解度，而不会增加曝光步骤和显影步骤的数目。
在根据本发明的另一方面的蚀刻图形成方法中，设置在包含用于阻止光线传播的蚀刻抵抗性改进成分的上层抗蚀膜之下的下层抗蚀膜形成为具有比上层抗蚀膜的光敏性更高的光敏性。因此，下层抗蚀膜与上层抗蚀膜一起以同样的方式曝光，从而下层抗蚀膜和上层抗蚀膜能够均匀曝光。因此，显影后的下层抗蚀膜的侧壁能够形成得垂直，从而能够改进衬底的时刻精度。
附图说明
图1是依次描述传统抗蚀图形成方法的步骤的示意截面图；
图2是依次描述另一个传统抗蚀图形成方法的步骤的示意截面图；
图3是描述根据本发明的抗蚀图形成方法的流程图；以及
图4是图3中所示的以步骤的顺序描述根据本发明的抗蚀图案形成方法的实施例的示意截面图。
具体实施方式
图3是用于说明根据本发明的抗蚀图形成方法的实施例的步骤的示图。图4是以从图4[1]到图4[3]的顺序进行各步骤的该实施例的示意截面图。
下面将参照图3和图4[1]描述实施例的概要。
根据该实施例的抗蚀图形成方法包括如下步骤：在作为蚀刻对象的衬底10上形成正下层抗蚀膜11(1)；在下层抗蚀膜11上形成扩散防止膜12(2)；在扩散防止膜12上形成正上层抗蚀膜13(3)；同时对下层抗蚀膜11和上层抗蚀膜13进行曝光(4)；以及同时对下层抗蚀膜11和上层抗蚀膜13进行显影(5)。
作为用于改进蚀刻抵抗性的蚀刻抵抗性改进成分的Si包含在上层抗蚀膜13中，但是不包含在下层抗蚀膜11中。扩散防止膜12防止Si从上层抗蚀膜12扩散到下层抗蚀膜11并且传播曝光的光线，同时具有在显影时被显影液消除的特性。
下面将参照图4[1]至图4[3]进行更详细的描述。
首先，如图4[1]中所示，在具有氧化物膜的衬底10上依次涂覆用于下层的正光致抗蚀剂、用于扩散防止膜的树脂和用于上层的正光致抗蚀剂，由此形成下层抗蚀膜11、扩散防止膜12和上层抗蚀膜13。例如，对于下层抗蚀膜11，使用的是用于KrF准分子激光器的膜厚为大约800nm的化学增强光致抗蚀剂。化学增强光致抗蚀剂由树脂、酸产生剂、溶剂等的混合溶液制成。这里使用的化学增强光致抗蚀剂可以是将多羟苯乙烯作为基本成分的最流行的一种。对于上层抗蚀膜13，例如使用膜厚大约200nm的KrF光敏含硅光致抗蚀剂。这也可以是使用聚硅氧烷基树脂或多羟苯乙烯树脂作为基本成分的最流行的含硅光致抗蚀剂。此外，在下层抗蚀膜11和上层抗蚀膜13之间，通过涂覆形成具有传播KrF光的特性的、膜厚大约几nm至几十nm的非光敏扩散防止膜12。扩散防止膜12防止在涂覆树脂之后显影之前进行的预烧焙期间，由于抗蚀膜11和13的相互扩散造成溶解特性恶化。
然后，如图4[2]中所示，提供光掩膜22，其中在透明衬底20上形成规定图案的遮光膜21。通过利用掩膜22和KrF激光23进行曝光在下层抗蚀膜11和上层抗蚀膜13上同时形成光敏部分14。
之后，如图4[3]中所示，利用碱性显影液溶解通过下层抗蚀膜11和上层抗蚀膜13形成的光敏部分14，获得抗蚀图15。扩散防止膜12不是光敏的。此时，尽管扩散防止膜12不是光敏的，但是因为其膜厚较薄，因此它在碱性显影液中与下层抗蚀膜11和上层抗蚀膜13一起溶解并形成图案。用于扩散防止膜12的、对碱性显影液可溶解的材料的例子可以是包含作为主要成分的聚乙烯醇或聚烯吡咯烷酮的共聚物。扩散防止膜12相对于碱性显影液的适合溶解速度可以是8×10-5μm/s至8×10-4μm/s。通过调节原材料(单体)中可溶解成份与不可溶解成份的聚合比值，控制该溶解速度。为了使抗蚀图的侧壁垂直，必须将下层抗蚀膜11对于KrF光的感光性设定为高于上层抗蚀膜13对于KrF光的感光性。
当利用通过上述方法获得的抗蚀图15在具有氧化物膜的衬底10上进行干蚀刻时，能够充分获得蚀刻率的选择比值，因为在蚀刻图15的上层上设有具有优良干蚀刻抵抗性的含硅层。此外，通过碱性显影液同时形成下层抗蚀膜11和上层抗蚀膜13的图案，因此可以省去在传统的用于对下层抗蚀膜进行显影的双层抗蚀工艺中进行的干显影处理。
不必说，本发明不限于上述实施例。例如，尽管上述实施例与上层抗蚀膜和下层抗蚀膜一起示出了KrF光敏正光致抗蚀剂的组合，但是通过对除了KrF(氟化氪)准分子激光源(248nm)之外的激光感光的正光致抗蚀剂的组合可以实现类似的效果。例如，ArF(氟化氩)准分子激光源(193nm)或F2(氟二聚物)准分子激光源(193nm)。此外，如果许可Si扩散，可省去扩散防止膜。

Claims (11)

1.一种抗蚀图形成方法，包括如下步骤：
在衬底上形成正下层抗蚀膜，所述衬底为蚀刻对象；
在下层抗蚀膜上形成正上层抗蚀膜；
同时对下层抗蚀膜和上层抗蚀膜进行曝光；以及
同时对下层抗蚀膜和上层抗蚀膜进行显影；其中
用于改进对蚀刻的抵抗性的蚀刻抵抗性改进成分仅包含在上层抗蚀膜中。
2.根据权利要求1所述的抗蚀图形成方法，还包括在下层抗蚀膜和上层抗蚀膜之间形成扩散防止膜的步骤，其中扩散防止膜防止蚀刻抵抗性改进成分从上层抗蚀膜扩散到下层抗蚀膜并且在曝光时传播光线，同时具有在显影时被显影液消除的特性。
3.根据权利要求1所述的抗蚀图形成方法，其中与上层抗蚀膜相比，下层抗蚀膜对曝光光线更敏感。
4.根据权利要求2所述的抗蚀图形成方法，其中与上层抗蚀膜相比，下层抗蚀膜对曝光光线更敏感。
5.根据权利要求1所述的抗蚀图形成方法，其中：
构成下层抗蚀膜和上层抗蚀膜的树脂是聚硅氧烷基树脂或多羟苯乙烯基树脂；并且
蚀刻抵抗性改进成分是硅。
6.根据权利要求1所述的抗蚀图形成方法，其中：
显影液是碱性显影液；并且
扩散防止膜由对碱性显影液可溶解的共聚物制成，所述共聚物包含作为主要成分的聚乙烯醇或聚烯吡咯烷酮。
7.根据权利要求6所述的抗蚀图形成方法，其中通过调节用作扩散防止膜的原材料的单体中可溶解成份与不可溶解成份的共聚比值，设定扩散防止膜相对于碱性显影液的溶解速度。
8.根据权利要求1所述的抗蚀图形成方法，其中：
提供负下层抗蚀膜和负上层抗蚀膜以代替正下层抗蚀膜和正上层抗蚀膜。
9.一种抗蚀图形成方法，包括如下步骤：
在衬底上形成具有高敏光特性的正下层抗蚀膜；
在下层抗蚀膜上形成具有非光敏性的扩散防止膜；
在扩散防止膜上形成具有低敏光特性的正上层抗蚀膜；
通过照射曝光对形成的各膜进行曝光；以及
对进行曝光的各膜进行显影。
10.根据权利要求9所述的抗蚀图形成方法，其中扩散防止膜的膜厚设为比其它抗蚀膜的膜厚要小。
11.根据权利要求9所述的抗蚀图形成方法，其中下层抗蚀膜和上层抗蚀膜由正光致抗蚀剂形成。
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