抗蚀剂图案形成方法和抗蚀剂图案形成系统的制作方法

文档序号:6829634
专利名称:抗蚀剂图案形成方法和抗蚀剂图案形成系统的制作方法
技术领域
本发明涉及利用以非化学增强型抗蚀剂形成的抗蚀剂层在基体材料上形成抗蚀剂图案的抗蚀剂图案形成方法和抗蚀剂图案形成系统。
背景技术
随着对半导体元件的导体图案和记录媒体(例如离散纹道型记录媒体)的纹道要求微细化,要求使对它们进行制造时使用的抗蚀剂图案形成微细且高宽比大的形状。近年来,作为适合于形成这种抗蚀剂图案的方法,如特开平11-39728号公报所揭示,使用化学增强型抗蚀剂。
专利文献1特开平11-39728号公报(第3~4页)然而,使用化学增强型抗蚀剂的已有抗蚀剂图案形成方法存在下面的问题。即,已有的抗蚀剂图案形成方法在曝光时,因化学增强型抗蚀剂中包含的光氧化发生剂曝光而产生氧化,在称为PEB(Post Exposure Bake)的曝光后烘烤时,产生的氧进行热扩散,引起聚合物反应,使其对显影液的溶解性变化,并进行图案形成。这种情况下,如上述公报所记载,化学增强型抗蚀剂通常灵敏度不稳定,操作困难。即,使用此化学增强型抗蚀剂形成抗蚀剂图案时,曝光所产生的氧在曝光后至进行PEB为止的期间,由于空气中的氨而逐渐减活。而且,该减活的程度依赖于从曝光到PEB的经历时间。因此,使用化学增强型抗蚀剂的已有抗蚀剂图案形成方法存在的问题是由于必须严格管理从曝光到进行PEB为止的时间,导致实施该方法的本身烦杂,而且成本高涨。
另一方面,不是化学增强型的抗蚀剂(本说明书中称为“非化学增强型抗蚀剂”)没有产生氧而使聚合物对显影液的溶解性变化的性质。因此,使用非化学增强型抗蚀剂的抗蚀剂图案形成方法中,曝光后烘烤本身就不需要,因而不产生上述使用化学增强型抗蚀剂的已有方法那样的问题。即,使用此非化学增强型抗蚀剂的抗蚀剂图案形成方法中,通常在进行显影后,进行用冲洗液洗掉显影液和溶解的抗蚀剂的漂洗工序,然后进行使该漂洗液干燥的干燥工序。然而,该抗蚀剂图案形成方法用非化学增强型抗蚀剂形成形状微细且纵横比高的抗蚀剂图案时,产生其干燥工序中因冲洗液表面张力而抗蚀剂图案倒塌的问题。
本发明是为解决此课题而完成的,其主要目的为提供一种使用便于操作的非化学增强型抗蚀剂,并且能形成形状微细且高宽比大的抗蚀剂图案的抗蚀剂图案形成方法。此外,另一主要目的为提供实施此抗蚀剂图案形成方法用的抗蚀剂图案形成系统。

发明内容
为了达到上述目的,本发明的抗蚀剂图案形成方法至少包括通过涂覆非化学增强型抗蚀剂在基体材料上形成抗蚀剂层的工序、对所述抗蚀剂层进行曝光的工序、用90℃以上130℃以下的温度烘烤所述进行曝光的基体材料的工序、以及对所述进行曝光的基体材料进行显影的工序。
这时,最好所述进行烘烤的工序中,其烘烤温度为100℃以上120℃以下时,用2分以上60分以下的烘烤时间进行烘烤,所述烘烤温度为90℃以上100℃以下时,用10分以上60分以下的烘烤时间进行烘烤,所述烘烤温度为超过120℃且130℃以下时,用2分以上30分以下的烘烤时间进行烘烤。
本发明的抗蚀剂图案形成系统,包括通过涂覆非化学增强型抗蚀剂在基体材料上形成抗蚀剂层的抗蚀剂层形成装置、对所述基体材料上形成的所述抗蚀剂层进行曝光的曝光装置、用90℃以上130℃以下的温度对该曝光装置曝光的所述基体材料进行烘烤的烘烤装置、以及对所述烘烤装置烘烤的所述基体材料进行显影的显影装置。
这时,最好所述烘烤装置结构上做成在其烘烤温度为100℃以上120℃以下时,用2分以上60分以下的烘烤时间进行烘烤,所述烘烤温度为90℃以上100℃以下时,用10分以上60分以下的烘烤时间进行烘烤,所述烘烤温度为超过120℃且130℃以下时,用2分以上30分以下的烘烤时间进行烘烤。


图1是利用本发明实施方式的抗蚀剂图案形成方法在表面上形成抗蚀剂层4的基体材料2的关键部分剖视图。
图2是对图1的抗蚀剂层照射电子束A的状态下的基体材料2的关键部分剖视图。
图3是原片1的关键部分剖视图。
图4是本发明实施方式的抗蚀剂图案形成系统11的组成图。
图5是示出使PEB温度(烘烤温度)和时间(烘烤时间)变化时的原片1上的抗蚀剂图案3的观察结果的观察结果图。
附图中,1是原片,2是基体材料,3是抗蚀剂图案,4是抗蚀剂层,11是抗蚀剂图案形成系统,12是抗蚀剂层形成装置,14是曝光装置,15是烘烤装置,16是显影装置,A是电子束。
具体实施例方式
下面,参照

本发明的抗蚀剂图案形成方法和抗蚀剂图案形成系统的较佳发明实施方式。作为一个例子,说明本发明应用在制造用于在离散纹道型记录媒体的表面形成同心圆状微细凹凸的原片的例子。
如图3所示,在基体材料2的表面形成许多抗蚀剂图案3,从而构成原片1。图1~图3中,为了便于理解本发明,仅示出基体材料2的一部分,而且夸张示出抗蚀剂图案3和抗蚀剂层4的厚度。通过图4所示的抗蚀剂图案形成系统11在基体材料2的表面形成多个抗蚀剂图案3,制造该原片1。这时,如图4所示,抗蚀剂图案形成系统11具有抗蚀剂层形成装置12、预烘烤装置13、曝光装置(能量束扫描装置。作为一个例子,有电子束扫描装置)14、烘烤装置(作为一个例子,有热板)15、显影装置16、漂洗装置17和干燥装置18。
接着,说明用抗蚀剂图案形成系统11在基体材料2上形成抗蚀剂图案,以制造原片1的工序。
制造此原片1时,首先用抗蚀剂层形成装置12在基体材料2的表面涂覆阳性非化学增强型抗蚀剂(作为一个例子,有日本ゼオン制造的ZEP520),从而如图1所示,作为一个例子,在基体材料2的表面形成100nm厚的抗蚀剂层4(抗蚀剂层形成工序)。其次,用预烘烤装置13在180℃的氛围中对形成抗蚀剂层4的基体材料2进行5分钟的热处理(预烘烤)(预烘烤工序)。接着,如图2所示,用曝光装置(电子束扫描装置)14在抗蚀剂层4上照射电子束A,从而形成规定图案的潜影(曝光工序)。作为一个例子,在显影后形成的槽的宽度为55nm的照射条件所规定的状态下,对抗蚀剂层4照射电子束A,以90nm的间距依次扩大半径,同时扫描多个同心圆,从而形成潜影。
用把烘烤温度设定为90℃以上130℃以下(作为一个例子,本实施方式中设定为110℃)的烘烤装置15在大气中对形成抗蚀剂层4的基体材料2实施曝光后烘烤(PEB)10分钟(PEB工序)。通常不需要对用非化学增强型抗蚀剂形成的抗蚀剂层4进行PEB,但本发明通过在显影前实施PEB,提高抗蚀剂层4的硬度。接着,使基体材料2自然冷却后,用显影装置16对基体材料2实施显影处理(显影工序)。具体而言,显影装置16将基体材料2浸泡在26℃的显影液(作为一个例子,有日本ゼオン制造的ZEN-N50)内3分钟,进行显影。
接着,用漂洗装置17在23℃(室温)的冲洗液(作为一个例子,有日本ゼオン制造的ZMD-D)浸泡基体材料2约30秒,去除显影液和抗蚀剂层4上由显影液溶解的部位(漂洗工序)。由此,如图3所示,在基体材料2上形成抗蚀剂图案3。本实施方式中,如在上述曝光工序所述,通过照射电子束A,以90nm的间距在基体材料2上形成许多图案宽度35nm的抗蚀剂图案,如图3所示。最后,用干燥装置18借助例如氮气流使基体材料2和抗蚀剂图案3上附着的冲洗液干燥并去除(干燥工序)。至此,完成对基体材料2的表面形成抗蚀剂图案,从而制成原片1。这时,通过进行PEB,使抗蚀剂层4(抗蚀剂层4中形成的抗蚀剂图案3)的硬度提高,因而使各抗蚀剂图案形成得不因冲洗液的表面张力而倒塌。
这样,根据此抗蚀剂图案形成方法和抗蚀剂图案形成系统11,通过对原本不需要PEB的非化学增强型抗蚀剂所形成的抗蚀剂层4实施PEB,能提高抗蚀剂层4的硬度。由此,使冲洗液干燥时,即使冲洗液的表面张力在相邻的抗蚀剂图案3、3之间起作用,也能充分防止抗蚀剂图案3的倒塌。因而,能又使用便于操作的非化学增强型抗蚀剂,又在基体材料2的表面可靠地形成形状微细且高宽比大的抗蚀剂图案。
本发明不限于上述发明实施方式,可适当变换。例如,可适当改变抗蚀剂、显影液和冲洗液的材质。具体而言,本发明实施方式中,说明了涂覆阳性非化学增强型抗蚀剂,以形成抗蚀剂层4的例子,但也能使用阴性非化学增强型抗蚀剂。此外,说明了使用以电子束曝光这种类型的抗蚀剂,但也能使用以紫外线曝光这种类型的抗蚀剂。作为一个例子,说明了制造磁记录媒体的离散纹道型记录媒体用的原片的例子,但当然能用于制造CD系列和DVD系列等光记录媒体用的原片的工序,进而用于制造半导体集成电路时形成抗蚀剂图案的工序。
实施例下面,列举实施例详细说明本发明。
按照上述实施方式中说明的抗蚀剂图案形成方法,从80℃到140℃,每隔10℃地改变PEB中的温度,并使各温度的烘烤时间按2分、5分、10分、20分、30分、60分这样变化,从而制作多个原片1的样品。这时,在抗蚀剂层形成工序用阳性非化学增强型抗蚀剂ZEP520(日本ゼオン制造)形成抗蚀剂层4。曝光工序中,在显影后形成的槽宽为55nm的照射条件所规定的状态下,以90nm的间距对抗蚀剂层4照射电子束A,从而形成潜影。显影工序中,把基体材料2浸泡到使用ZED-N50(日本ゼオン制造)的26℃的显影液内3分钟,进行显影。漂洗工序中,在使用ZMD-D(日本ゼオン制造)的23℃(室温)的冲洗液内浸泡基体材料2约30秒,进行漂洗。根据以上的条件,在各原片1上形成高100nm、宽35nm且将间距规定为90nm的抗蚀剂图案。不实施PEB的原片样品也制造多个,并使其它条件相同。
接着,对这些样品,用SEM(扫描电子显微镜)观察是否发生抗蚀剂图案3倒塌等异常。图5中示出该观察的结果。
不实施PEB的原片的各样品,虽然图中没有示出,但在全部样品中观察到抗蚀剂图案3倒塌。
与此相反,实施PEB的原片1的各样品中,如图5所示,观察到通过将PEB中的烘烤温度设定为100℃以上120℃以下,在上述2分至60分的全部烘烤时间都正常形成抗蚀剂图案,没有发生倒塌。该图5中,正常形成抗蚀剂图案3的条件标有○号,发生倒塌等某些异常的条件标有×号。此外,将PEB中的温度设定为90℃时,观察到虽然2分和5分的各烘烤时间中发生抗蚀剂图案3倒塌,但10分~60分的各烘烤时间中正常形成抗蚀剂图案3,该图案3没有倒塌。将PEB中的温度设定为80℃时,仅用30分和60分的各烘烤时间制作样品,但全部样品中都观察到抗蚀剂图案3的倒塌。关于这点,可认为由于抗蚀剂层4加的温度太低,加的热量也太小,所以冲洗液的表面张力使其倒塌。
另一方面,将PEB中的温度设定为130℃时,观察到2分~30分的各烘烤时间中正常形成抗蚀剂图案3,该图案3不倒塌。然而,60分的烘烤时间中观察到虽然抗蚀剂图案3不倒塌,但部分邻近的抗蚀剂图案3之间产生抗蚀剂连接部分相邻图案的现象(下文称为“抗蚀剂变质”)。将PEB中的温度设定为140℃时,上述全部烘烤时间中也同样观察到抗蚀剂变质。关于这点,可认为由于抗蚀剂图案3上加的温度太高,加的热量也太大,导致抗蚀剂图案3具有流动性,所以特别流动性高的部位流到相邻的抗蚀剂图案3方,与其接触。
根据以上的观察结果可知,将PEB中的温度设定为100℃以上120℃以下,能可靠防止抗蚀剂图案3的倒塌和抗蚀剂变质。又可知将PEB中的温度设定为90℃时,把烘烤时间设定为10分以上60分以下,能可靠防止抗蚀剂图案3的倒塌和抗蚀剂变质。还可知将PEB中的温度设定为130℃时,把烘烤时间设定为2分以上30分以下,能可靠防止抗蚀剂图案3的倒塌和抗蚀剂变质。关于烘烤时间,也可设定得长于本实施例中作为最长的条件的60分。但是,设定得越长,导致PEB工序的时间越长,进而导致整个抗蚀剂图案形成工序的时间越长,所以最好设定在本实施例所设定的条件(最短2分、最长60分)范围的时间。
综上所述,根据本发明的抗蚀剂图案形成方法和抗蚀剂图案形成系统,作为形成抗蚀剂层的材料,使用非化学增强型抗蚀剂,并且对原本不需要曝光后烘烤工序的非化学增强型抗蚀剂所形成的抗蚀剂层用90℃以上130℃以下的烘烤温度进行烘烤,从而能提高抗蚀剂层的硬度,进而能提高抗蚀剂层所形成的抗蚀剂图案的硬度。由此,使冲洗液干燥时,即使冲洗液的表面张力在相邻抗蚀剂图案之间起作用,也能充分防止抗蚀剂图案倒塌。因而,能使用便于操作的非化学增强型抗蚀剂,同时能形成形状微细且高宽比大的抗蚀剂图案。
这时,进行烘烤的工序中,其烘烤温度为100℃以上120℃以下时,用2分以上60分以下的烘烤时间进行烘烤,所述烘烤温度为90℃以上100℃以下时,用10分以上60分以下的烘烤时间进行烘烤,所述烘烤温度为超过120℃且130℃以下时,用2分以上30分以下的烘烤时间进行烘烤。由此,能使用便于操作的非化学增强型抗蚀剂,同时能可靠地形成形状微细且高宽比大的抗蚀剂图案。
权利要求
1.一种抗蚀剂图案形成方法,其特征在于,至少包括以下工序通过涂覆非化学增强型抗蚀剂在基体材料上形成抗蚀剂层的工序、对所述抗蚀剂层进行曝光的工序、用90℃以上130℃以下的温度烘烤所述进行曝光的基体材料的工序、以及对所述进行烘烤的基体材料进行显影的工序。
2.如权利要求1所述的抗蚀剂图案形成方法,其特征在于,所述进行烘烤的工序中,其烘烤温度为100℃以上120℃以下时,用2分以上60分以下的烘烤时间进行烘烤,所述烘烤温度为90℃以上100℃以下时,用10分以上60分以下的烘烤时间进行烘烤,所述烘烤温度为超过120℃且130℃以下时,用2分以上30分以下的烘烤时间进行烘烤。
3.一种抗蚀剂图案形成系统,其特征在于,包括通过涂覆非化学增强型抗蚀剂在基体材料上形成抗蚀剂层的抗蚀剂层形成装置、对所述基体材料上形成的所述抗蚀剂层进行曝光的曝光装置、用90℃以上130℃以下的温度对所述曝光装置曝光的所述基体材料进行烘烤的烘烤装置、以及对所述烘烤装置烘烤的所述基体材料进行显影的显影装置。
4.如权利要求3所述的抗蚀剂图案形成系统,其特征在于,所述烘烤装置在其烘烤温度为100℃以上120℃以下时,用2分以上60分以下的烘烤时间进行烘烤,所述烘烤温度为90℃以上100℃以下时,用10分以上60分以下的烘烤时间进行烘烤,所述烘烤温度为超过120℃且130℃以下时,用2分以上30分以下的烘烤时间进行烘烤。
全文摘要
提供一种抗蚀剂图案形成方法,使用便于操作的非化学增强型抗蚀剂,能获得形状微细且高宽比大的抗蚀剂图案。其中至少包括通过涂覆非化学增强型抗蚀剂在基体材料(2)上形成抗蚀剂层(4)的工序、对抗蚀剂层(4)进行曝光的工序、用90℃以上130℃以下的温度烘烤进行曝光的基体材料(2)的工序、以及对进行烘烤的基体材料(2)进行显影的工序,以形成抗蚀剂图案。
文档编号H01L21/027GK1530745SQ20041003044
公开日2004年9月22日 申请日期2004年3月18日 优先权日2003年3月18日
发明者中田胜之, 服部一博, 博 申请人:Tdk股份有限公司
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