專利名稱：圖案形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對由化學(xué)放大型抗蝕材料構(gòu)成的抗蝕膜，選擇性地照射波長為1-30nm波段的遠(yuǎn)紫外線，形成由抗蝕膜未曝光部構(gòu)成的抗蝕圖案的圖案形成方法。
作為石版印刷技術(shù)所使用的曝光光源，目前常用的有汞燈、KrF激元(excimer)激光(波長248nm波段)或ArF激元激光(193nm波段)，但對于小于0.1μm尤其是小于0.05μm的級別，正被探討的是使用波長小于ArF激元激光的遠(yuǎn)紫外線(波長1-30nm波段)的方案。
在以遠(yuǎn)紫外線為曝光光源的石版印刷技術(shù)中，最好使用具有高析象清晰度及高感度的化學(xué)放大型抗蝕材料。
因此，對于使用遠(yuǎn)紫外線的石版印刷技術(shù)，正被探討的是采用適用于波長接近遠(yuǎn)紫外線的ArF激元激光的化學(xué)放大型抗蝕材料的方案。
下面，參照圖4(a)-(d)說明采用適用于ArF激元激光的化學(xué)放大型抗蝕材料的圖案形成方法。
首先，準(zhǔn)備具有以下組成的化學(xué)放大型抗蝕材料。
聚((2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶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(酸發(fā)生劑) 0.4g丙二醇單甲醚乙酸酯(溶劑) 20g然后，如圖4(a)所示，在半導(dǎo)體基板1上，涂布具有所述組成的化學(xué)放大型抗蝕劑，形成具有0.2μm厚度的抗蝕膜2。
接著，如圖4(b)所示，對抗蝕膜2，隔著具有所需掩膜圖案的反射型掩膜(圖中未示)選擇性地照射遠(yuǎn)紫外線(波長13.5nm波段)4進行圖案曝光后，如圖4(c)所示，對被曝光的抗蝕膜2，在100℃溫度下進行60秒鐘的電熱板加熱(PEB)5。
如此一來，在抗蝕膜2的曝光部2a中，在由酸發(fā)生劑所產(chǎn)生的酸的作用下對堿性顯影液呈可溶性；而在抗蝕膜2的未曝光部2b，因為沒有酸發(fā)生劑所產(chǎn)生的酸，所以對堿性顯影液仍然呈難溶性。
然后，用堿性顯影液，如2.38重量％四甲基氫氧化銨顯影液，對抗蝕膜2進行顯影，如圖4(d)所示，形成由抗蝕膜2的未曝光部分2b構(gòu)成的線幅為0.07μm的抗蝕圖案6。
但是，由于抗蝕圖案6的表面會形成較大的粗糙度6a，因此造成了抗蝕圖案6的線幅的偏差較大。當(dāng)測定抗蝕圖案6的線幅時，最大值與最小值的尺寸差約為20nm，非常大。
隨著半導(dǎo)體集成電路裝置的設(shè)計水平越來越趨向精細(xì)化，抗蝕圖案的線幅或孔徑尺寸等尺寸偏差的影響也變得無法忽略。即，若使用尺寸有偏差的抗蝕圖案蝕刻導(dǎo)電膜或絕緣膜，則所得到的圖案的線幅或孔徑尺寸也會有偏差，因此半導(dǎo)體集成電路裝置的精密度會下降。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第1種圖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種酯的基本聚合物和受光照后會產(chǎn)生酸的酸發(fā)生劑的化學(xué)放大型抗蝕材料構(gòu)成的抗蝕膜的工藝；對抗蝕膜選擇性地照射波長為1-30nm波段的遠(yuǎn)紫外線進行圖案曝光的工藝；顯影經(jīng)圖案曝光的抗蝕膜，由抗蝕膜未曝光部分形成抗蝕圖案的工藝；和對抗蝕圖案進行加熱處理，使所述抗蝕圖案的粗糙度趨于平滑的工藝。
根據(jù)第1種圖案形成方法，由于包括對抗蝕圖案進行加熱處理，使抗蝕圖案的粗糙度趨于平滑的工藝，所以可減少抗蝕圖案的尺寸偏差。
本發(fā)明的第2種圖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種酯的基本聚合物和受光照后會產(chǎn)生酸的酸發(fā)生劑的化學(xué)放大型抗蝕材料構(gòu)成的抗蝕膜的工藝、對抗蝕膜選擇性地照射波長為1-30nm波段的遠(yuǎn)紫外線進行圖案曝光的工藝、顯影經(jīng)圖案曝光的抗蝕膜，由抗蝕膜未曝光部分形成抗蝕圖案的工藝；和對抗蝕圖案照射能量光束，使抗蝕圖案的粗糙度趨于平滑的工藝。
根據(jù)第2種圖案形成方法，由于對抗蝕圖案照射能量光束，使抗蝕圖案的粗糙度趨于平滑的工藝，所以可減少抗蝕圖案的尺寸偏差。
在第1種或第2種圖案形成方法中，基本聚合物最好含有丙烯酸或甲基丙烯酸。
在第1種或第2種圖案形成方法中，遠(yuǎn)紫外線的波長最好是13.5nm波段。
圖2(a)-(e)是表示實施例2的圖案形成方法的各工藝的部面圖。
圖3(a)是在實施例1的圖案形成方法中，進行第三次熱處理前的抗蝕圖案的擴大模式圖。圖3(b)是在實施例2的圖案形成方法中，進行第三次熱處理后的抗蝕圖案的擴大模式圖。
圖4(a)-(d)是表示以往的圖案形成方法的各工藝的部面圖。
首先，準(zhǔn)備具有以下組成的化學(xué)放大型抗蝕材料。
聚((2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶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(酸發(fā)生劑) 0.4g丙二醇單甲醚乙酸酯(溶劑) 20g然后，如

圖1(a)所示，在半導(dǎo)體基板10上，涂布具有所述組成的化學(xué)放大型抗蝕劑后，進行預(yù)烤(第一次熱處理)，形成具有0.2μm厚度的抗蝕膜11。
接著，如圖1(b)所示，對于抗蝕膜11，隔著具有所需掩膜圖案的反射型掩膜(圖中未示)選擇性地照射遠(yuǎn)紫外線(波長13.5nm波段)13進行圖案曝光后，如圖1(c)所示，對經(jīng)曝光的抗蝕膜11，在100℃溫度下進行60秒鐘的電熱板加熱(PEB)14(第二次熱處理)。
如此一來，抗蝕膜11的曝光部11a在由酸發(fā)生劑產(chǎn)生的酸的作用下對堿性顯影液呈可溶性；與此相反，抗蝕膜11的未曝光部分11b中由于沒有酸發(fā)生劑所產(chǎn)生的酸，因此對堿性顯影液仍然呈難溶性。
然后，用堿性顯影液，例如2.38重量％四甲基氫氧化銨顯影液對抗蝕膜11進行顯影，如圖1(d)所示，形成由抗蝕膜11的未曝光部分11b構(gòu)成的線幅為0.07μm的抗蝕圖案15。若用這種方法形成抗蝕圖案15，則在抗蝕圖案15的側(cè)面會形成較大的粗糙度15a。
接著，如圖1(e)所示，在110℃溫度下對抗蝕圖案15進行90秒鐘的加熱(第三次熱處理)16。如此一來，抗蝕圖案15的大粗糙度15a趨于平滑，變成小粗糙度15b。
測定由實施例所得到的抗蝕圖案15的線幅，其結(jié)果最大值與最小值的尺寸差約為3nm，比起進行第三次熱處理前的尺寸差(約為20nm)變得非常小。
圖5(a)是擴大顯示進行第三次熱處理前的抗蝕圖案15的模式圖，圖5(b)是擴大顯示進行第三次熱處理后的抗蝕圖案15的模式圖。
通過比較圖5(a)與圖5(b)可以認(rèn)為，對抗蝕圖案15進行第三次熱處理，可使聚合物的凝集狀態(tài)變得平滑。因此抗蝕圖案15的線幅的最大值與最小值的尺寸差也變小了。
另外，對實施例1中第三次熱處理的溫度及時間沒有特別的限定，但最好是在100℃-130℃溫度下加熱30-120秒左右。通過這種熱處理，可使抗蝕圖案15的粗糙度15a趨于平滑。(實施例2)以下，參照圖2(a)-(e)說明實施例2的圖案形成方法。
首先，準(zhǔn)備具有以下組成的化學(xué)放大型抗蝕材料。
聚((2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶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(酸發(fā)生劑)0.4g丙二醇單甲醚乙酸酯(溶劑) 20g然后，如圖2(a)所示，在半導(dǎo)體基板20上，涂布具有所述組成的化學(xué)放大型抗蝕劑，形成具有0.2μm厚度的抗蝕膜21。
接著，如圖2(b)所示，對于抗蝕膜21，隔著具有所需掩膜圖案的反射型掩膜(圖中未示)選擇性地照射遠(yuǎn)紫外線(波長13.5nm波段)23進行圖案曝光后，如圖2(c)所示，對被曝光的抗蝕膜21，在100℃溫度下進行60秒鐘的電熱板加熱(PEB)24。
如此一來，抗蝕膜21的曝光部21a在由酸發(fā)生劑產(chǎn)生的酸的作用下對堿性顯影液呈可溶性；與此相反，抗蝕膜21的未曝光部分21b中由于沒有酸發(fā)生劑所產(chǎn)生的酸，因此對堿性顯影液仍然呈難溶性。
然后，用堿性顯影液，例如2.38重量％四甲基氫氧化銨顯影液對抗蝕膜21進行顯影，如圖2(d)所示，形成由抗蝕膜21的未曝光部分21b構(gòu)成的線幅為0.07μm的抗蝕圖案25。若用這種方法形成抗蝕圖案25，則在抗蝕圖案25的側(cè)面會形成較大的粗糙度25a。
接著，如圖2(e)所示，對抗蝕圖案25集束照射從燈射出的作為能量光束的遠(yuǎn)紫外線26(波長0.2-0.3μm波段)。如此一來，抗蝕圖案25的大粗糙度25a趨于平滑，變成小粗糙度25b。
測定從實施例2得到的抗蝕圖案25的線幅，其結(jié)果最大值與最小值的尺寸差約為3nm，比起照射遠(yuǎn)紫外線前的尺寸差(約為20nm)變得非常小。
根據(jù)實施例2可以認(rèn)為，當(dāng)對抗蝕圖案25照射遠(yuǎn)紫外線后，聚合物的凝集狀態(tài)趨于平滑，所以抗蝕圖案25的線幅的最大值與最小值的尺寸差也變小了。
另外，對照射抗蝕圖案25的能量光束的波長及能量大小沒有特別的限定，除了遠(yuǎn)紫外線也可以用EB(Electron Beam)集束照射等。而且，作為照射遠(yuǎn)紫外線時的能量大小，最好是在10-50mJ/cm2左右。
在實施例1及實施例2中，基本聚合物為含有丙烯酸酯、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為基本聚合物。
(a)只含有甲基丙烯酸酯的聚合物例○聚((2-甲基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯)-(甲羥五酸內(nèi)酯甲基丙烯酸酯))(其中，2-甲基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯∶甲羥五酸內(nèi)酯甲基丙烯酸酯＝50mol％∶50mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯-(γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯))(其中，2-乙基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯∶γ-丁內(nèi)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-金剛烷丙烯酸酯)-(甲羥五酸內(nèi)酯丙烯酸酯))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶甲羥五酸內(nèi)酯丙烯酸酯＝50mol％∶50mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(γ-丁內(nèi)酯丙烯酸酯))(其中，2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯∶γ-丁內(nèi)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-金剛烷丙烯酸酯)-(甲羥五酸內(nèi)酯甲基丙烯酸酯))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶甲羥五酸內(nèi)酯甲基丙烯酸酯＝50mol％∶50mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯))(其中，2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯∶γ-丁內(nèi)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-金剛烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯∶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-金剛烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯∶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-金剛烷丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯∶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-金剛烷丙烯酸酯)-(丙烯酸甲酯)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶丙烯酸甲酯∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶10mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(丙烯酸甲酯)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯∶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-金剛烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶5mol％∶5mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金剛烷甲基丙烯酸酯∶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-金剛烷丙烯酸酯)-(丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶丙烯酸甲酯∶甲基丙烯酸∶丙烯酸＝70mol％∶20mol％∶5mol％∶5mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(丙烯酸甲酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯∶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-金剛烷丙烯酸酯)-(甲羥五酸內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶甲羥五酸內(nèi)酯甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸＝50mol％∶45mol％∶5mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯∶γ-丁內(nèi)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-金剛烷丙烯酸酯)-(甲羥五酸內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶甲羥五酸內(nèi)酯甲基丙烯酸酯∶丙烯酸＝50mol％∶45mol％∶5mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯∶γ-丁內(nèi)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-金剛烷丙烯酸酯)-(甲羥五酸內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-甲基-2-金剛烷丙烯酸酯∶甲羥五酸內(nèi)酯甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸∶丙烯酸＝48mol％∶45mol％∶5mol％∶2mol％)○聚((2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯)-(γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)-(甲基丙烯酸)-(丙烯酸))(其中，2-乙基-2-金剛烷丙烯酸酯∶γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯∶甲基丙烯酸∶丙烯酸＝48mol％∶45mol％∶5mol％∶2mol％)
權(quán)利要求
1.一種圖案形成方法，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種酯的基本聚合物和受光照后會產(chǎn)生酸的酸發(fā)生劑的化學(xué)放大型抗蝕材料構(gòu)成的抗蝕膜的工藝；對所述抗蝕膜選擇性地照射波長為1-30nm波段的遠(yuǎn)紫外線進行圖案曝光的工藝；顯影經(jīng)圖案曝光的所述抗蝕膜，形成由所述抗蝕膜未曝光部構(gòu)成的抗蝕圖案的工藝；對所述抗蝕圖案進行加熱處理，使所述抗蝕圖案的粗糙度趨于平滑的工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其特征在于，所述基本聚合物含有丙烯酸或甲基丙烯酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)紫外線的波長為13.5nm波段。
4.一種圖案形成方法，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種酯的基本聚合物和受光照后會產(chǎn)生酸的酸發(fā)生劑的化學(xué)放大型抗蝕材料構(gòu)成的抗蝕膜的工藝、對所述抗蝕膜選擇性地照射波長為1-30nm波段的遠(yuǎn)紫外線進行圖案曝光的工藝、顯影經(jīng)圖案曝光的所述抗蝕膜并由所述抗蝕膜未曝光部形成抗蝕圖案的工藝、和對所述抗蝕圖案照射能量光束，使所述抗蝕圖案的粗糙度趨于平滑的工藝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖案形成方法，其特征在于，所述基本聚合物含有丙烯酸或甲基丙烯酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖案形成方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)紫外線的波長為13.5nm波段。
全文摘要
一種圖案形成方法，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種酯的基本聚合物和受光照后會產(chǎn)生酸的酸發(fā)生劑的化學(xué)放大型抗蝕材料構(gòu)成的抗蝕膜；然后對該抗蝕膜選擇性地照射波長為1－30nm波段的遠(yuǎn)紫外線以曝光圖案，并經(jīng)過顯影形成由抗蝕膜未曝光部分構(gòu)成的抗蝕圖案；對抗蝕圖案進行加熱處理，使所述抗蝕圖案的粗糙度趨于平滑。
文檔編號H01L21/027GK1417843SQ0214811
公開日2003年5月14日 申請日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者遠(yuǎn)藤政孝, 笹子勝 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社