专利名称：图形形成方法
技术领域：
本发明涉及图形形成方法，具体涉及用于半导体器件制作中的光刻工序的图形形成方法。
背景技术：
随着半导体元件的微细化，在光刻工序中要求高的清晰度。针对此要求，推进所使用的曝光光的短波长化，在光刻中，作为曝光光源广泛使用ArF准分子激光器(波长193nm)。另外，随着曝光光的短波长化，作为复制图形的感光性树脂(抗蚀剂膜)材料，化学放大型抗蚀剂也开始实用化。化学放大型抗蚀剂膜，由于含有通过曝光在抗蚀剂中生成酸的酸生成剂，通过曝光生成的酸分解树脂(在抗蚀剂是正型时)，或使其交联(在抗蚀剂是负型时)，因此具有在其后进行的显影工序中使对于显影液的溶解性变化的性质，该性质被用于得到高的清晰度。
在采用化学放大型抗蚀剂膜的光刻工序中，一般进行使曝光时生成的酸扩散的称为PEB(Post Exposure Bake，曝光后烘烤)的加热工序。在PEB工序中，由于在所供给的热量和显影后形成的抗蚀剂膜图形的尺寸之间具有紧密关系，所以随着所形成的图形尺寸的微细化，要求更严格的温度均匀性。
在以往的PEB工序中，广泛使用在用加热器加热的热板的上方，接近地载置被处理基板，从其背面侧向被处理基板供给热的所谓邻近烘烤的方法。热板和被处理基板的距离(间隙)，从缩短加热处理时间的观点考虑，一般设定在100μm左右。但是，由于经过成膜工序等的被处理基板因膜的应力弯曲，因此热板和被处理基板的间隙在被处理基板面内不均匀。这成为使被处理基板面内的温度均匀性劣化的主要原因。
对此，提出了通过从设在被处理基板的上方的灯对被处理基板照射光，加热被处理基板的灯加热方法。在该方法中，基板的弯曲不像邻近烘烤方法那样成为问题。但是，存在难保证灯的照度均匀性，不能得到被处理基板面内的良好的温度均匀性的问题(参照特开2000-277423)。
对于具有弯曲的被处理基板，要求能够形成在基板面内具有良好的尺寸均匀性的图形的图形形成方法。
发明内容
根据本发明的第1观点，提供一种图形形成方法，其包括，在被处理基板上形成感光性树脂膜；对所述感光性树脂膜有选择地照射能量线，在多个曝光区域各自上形成预期的潜像图形；在形成所述潜像图形后，在设置在热板上的衬垫上载置所述被处理基板；采用所述热板加热所述感光性树脂膜；以及为了形成与所述潜像图形对应的感光性树脂膜图形，使所述感光性树脂膜显影，其中在所述能量线的照射时，以使在所述被处理基板背面和所述热板表面的距离大的曝光区域中的所述能量线的照射量，相对大于在所述被处理基板背面和所述热板表面的距离小的曝光区域中的所述能量线的照射量的方式，设定所述能量线的照射量。
根据本发明的第2观点，提供一种半导体器件的制造方法，其包括采用上述第1观点所述的图形形成方法，在包括半导体基板的所述被处理基板上形成所述感光性树脂膜图形的工序。
根据本发明的第3观点，提供一种半导体器件的制造方法，其包括在包括半导体基板的被处理基板上形成感光性树脂膜；对所述感光性树脂膜有选择地照射能量线，在多个曝光区域各自上形成预期的潜像图形；在形成所述潜像图形后，在设在热板上的衬垫上载置所述被处理基板；采用所述热板加热所述感光性树脂膜；为了形成与所述潜像图形对应的感光性树脂膜图形，使所述感光性树脂膜显影；以及在所述能量线的照射时，采用下述图形形成方法，在包括所述半导体基板的所述被处理基板上形成所述感光性树脂膜图形，上述图形形成方法，以使在所述被处理基板背面和所述热板表面的距离大的曝光区域中的所述能量线的照射量，相对大于在所述被处理基板背面和所述热板表面的距离小的曝光区域中的所述能量线的照射量的方式，设定所述能量线的照射量。
图1是模式地表示根据第1实施方式的晶片整体图的图示。
图2是模式地表示热板和晶片的位置关系的剖面图。
图3是模式地表示晶片径向被不均匀加热的晶片的抗蚀剂膜图形尺寸(显影处理后)的面内分布的图示。
图4是表示沿晶片径向测定的一例晶片弯曲量数据的图示。
图5是表示弯曲量B和各弯曲量下的CD(critical dimension，关键尺寸)误差量即ΔCD(弯曲量B＝0时的与CD的差)的关系的图示。
图6是表示用于得到预期图形(90nmL&S)的设定曝光量的关系的图示。
图7是表示根据第1实施方式的24枚晶片的弯曲量分布的平均值的图示。
图8是表示从图7所示的平均值得出的设定曝光量的图示。
图9是表示根据第2实施方式的处理顺序的流程图。
图10是模式地表示根据第2实施方式的烘烤单元的剖面的图示。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施方式。
(第1实施方式)利用旋转涂敷法，在被处理基板即直径200mm的半导体基板(以下称为晶片)上，涂敷防反射膜形成用材料。在190℃、60秒的条件下进行烘烤处理，在晶片上形成膜厚80nm的防反射膜。
在该晶片上涂敷正型化学放大抗蚀剂膜形成用的材料。在130℃、60秒的条件下，进行用于使抗蚀剂膜中的溶剂挥发的加热处理(预烘烤)，在防反射膜上形成230nm的抗蚀剂膜。在预烘烤后，将晶片冷却到室温。冷却后，将晶片输送给以ArF准分子激光器(波长193nm)作为光源的曝光装置。
接着，准备形成有包括下述图形的掩模图形的光掩模，上述图形用于形成90nm线和空间(line and space)图形(复制在晶片上时的图形尺寸)。在抗蚀剂膜的各曝光区域对形成在光掩模上的掩模图形进行缩小投影曝光。
图1是模式地表示晶片200的整体的图示。如图1所示，遍布晶片200整面地形成曝光区域(曝光拍摄)S。以下，详细说明曝光量的修正方法。
首先，参照图2说明如以往在晶片面内使曝光量条件相同时出现的问题。图2是模式地表示曝光后进行的一般称为PEB(Post Exposure Bake)的加热工序所用的热板和晶片的位置关系的剖面图。
热板201由形成在热板背面上的加热器(未图示)加热，由与加热器连接的温度调整单元(未图示)控制温度。晶片200通过衬垫203与热板201分离地被保持。衬垫203以在热板201的表面上环绕的圆周形设置，在圆周形的衬垫203上载置晶片200的周缘部。通过衬垫203，防止从热板201向晶片200背面的污染，防止从晶片200背面向热板201的污染。晶片200以通过衬垫203与热板201分离地被保持的状态被加热。一般，从缩短加热处理时间的观点出发，采用0.1mm左右的厚度比较薄的衬垫203。
图2(a)表示载置在衬垫203上的晶片200与热板平行时的情况。但是，一般，经过成膜工序、刻蚀工序后的晶片200，如图2(b)所示，由于形成弯曲的形状，因此热板201上面和晶片200背面的距离d在晶片200面内不同。因而，从热板201供给晶片200的热量在晶片200面内不均匀。这是起因于按埋入在热板201内的温度传感器(未图示)的温度，控制热板201的温度。
图3是模式地表示沿晶片径向被不均匀加热的晶片的抗蚀剂膜图形(显影处理后的抗蚀剂膜图形)的晶片面内分布的图示。在图3中，以相同的影线表示的抗蚀剂膜图形具有相同的尺寸。例如如图3所示，弯曲的晶片200，因PEB工序时的供热量在晶片面内的不均匀，在抗蚀剂膜图形中产生尺寸偏差。
在本实施方式中，为了改善起因于PEB工序时的供热量在晶片面内的不均匀性的尺寸偏差，在PEB工序之前，准备曝光量修正表，按基于该曝光量修正表算出的曝光量曝光。以下，说明曝光量修正表的计算方法。
准备多个弯曲量不同的晶片，用KLA Tencor公司制的膜应力测定器FLX5400测定抗蚀剂膜涂敷后的晶片面内的弯曲量。此处，晶片弯曲量B，按以下定义。图4是表示沿晶片径向测定时的一例晶片弯曲量数据，数据在离晶片中心最远的2个测定点(在将晶片中心设定为x＝0时的x＝±90mm)之间调平。对于弯曲量不同的多个晶片，把调平基准线的弯曲量规定为0，分别求出离晶片中心的距离x和在该晶片面内位置处的弯曲量B(x)。
接着，对各晶片上的抗蚀剂膜，进行曝光、PEB、显影处理，形成多个抗蚀剂图形。然后，用扫描型电子显微镜观测在晶片面内各位置处的图形尺寸CD，计算用应力测定器测定的弯曲量B和各弯曲量下的CD误差量即ΔCD(弯曲量B＝0时的与CD的差)的关系(图5)。
进而，求出曝光量和CD的关系。由所求出的曝光量和CD的关系，计算用于得到预期图形(90nmL&S)的弯曲量B和设定曝光量的关系(图6)，求出曝光量修正表。
图7是表示根据本实施方式的24枚晶片的弯曲量分布的平均值。由图7所示的弯曲量分布的平均值，求出晶片面内位置和设定曝光量的关系即曝光量修正表。图8表示所求出的曝光量修正表。按与距晶片的中心的距离(位置)相应的设定曝光量进行曝光，在抗蚀剂膜中形成潜像，接着将晶片输送到PEB单元，在130℃、60秒的条件下进行PEB处理。在PEB处理后，将晶片冷却到室温。
接着，将晶片输送到显影单元，采用碱性显影液进行显影处理。在显影处理结束后，进行冲洗处理、旋转干燥处理，形成抗蚀剂膜图形。
在上述条件下的实验例中，在显影后，测定抗蚀剂膜图形的尺寸。晶片面内的中心部的图形和端部的图形的尺寸差为1.1nm。由于不进行根据距离d的修正时(以往技术)的尺寸差为11.3nm，所以通过采用本实施方式的方法，能够确认大幅度降低尺寸差。其结果，能够大幅度提高半导体器件的成品率。
在本实施方式中，从多个晶片的平均弯曲量(图7)计算修正曝光量(图8)，将算出的修正曝光量作为相对于整个晶片的修正曝光量，但也不局限于此。为了更严格地控制CD，也可以基于每个晶片的弯曲量数据，对每个晶片改变修正量。
此外，在本实施方式中，在抗蚀剂膜涂敷后计测晶片弯曲量，但也不局限于此。也可以采用在防反射膜形成前、或在抗蚀剂膜形成前所测定的晶片弯曲量。
此外，在本实施方式中，表示按每个曝光拍摄进行曝光量修正的方法，但也不局限于此。在采用使被处理基板及光掩模平行地而且向同一方向移动的扫描型曝光装置的时候，通过调整移动速度及扫描速度，也能够在曝光拍摄内进行曝光量修正。此时的修正量，能够用与本实施方式相同的方法求出。但是，不能用曝光装置进行与扫描方向直交的方向的修正。然而，在显影时能够通过采用某种显影装置进行修正。具体是，采用特开2002-252167号公报记载的使进行显影液的供给/回收的显影液供给/回收喷嘴，从所述被处理基板的一端向另一端扫描而进行显影的显影装置。该显影装置，能够在局部区域进行显影处理。将显影时的显影液供给/回收喷嘴的扫描方向设定在与曝光时的被处理基板的移动方向直交的方向。另外，只要以使距离大的曝光区域上的显影液供给/回收喷嘴的扫描速度相对小于距离小的曝光区域上的显影液供给/回收喷嘴的扫描速度的方式设定就可以。
此外，在本实施方式中，对各弯曲量在晶片面内测定抗蚀剂膜尺寸，求出修正曝光量，但也不局限于此。例如，也可以采用特开2001-102282号公报中记载的形成在光掩模上的曝光量监测图形，求出修正曝光量。能够与对应于曝光量监测图形地形成在感光性树脂膜上的曝光量监测标记的潜像的尺寸对应地计算修正曝光量。
形成在光掩模上的曝光量监测图形，在将扫描型曝光装置的曝光波长设为λ、数值孔径设为NA、相干因子设定为σ时，按满足1/P≥(1+σ)NA/λ的条件的间距P间断地或连续地配置在一方向上。此外，对抗蚀剂膜进行曝光的能量线也可以设定为紫外线或远紫外线，也可以采用扫描型曝光装置形成潜像图形。
(第2实施方式)在本实施方式中，在曝光前的阶段计测处理晶片的弯曲量，基于该计测结果设定曝光量条件。此外，在本实施方式中，由于只有修正曝光量的计算方法与实施方式1不同，所以省略重复的部分。
图9是表示用于说明根据第2实施方式的处理的流程的流程图的图示。在预烘烤(抗蚀剂膜涂敷后的烘烤)中，在处理中测定与晶片背面间的距离d，基于该距离计算修正曝光量。下面详细地说明。
首先，在半导体基板上形成抗蚀剂膜(步骤ST101)。接着，进行预烘烤(步骤ST102)。图10是模式表示抗蚀剂膜的预烘烤的烘烤单元的剖面的图示。热板201，由形成在热板背面上的加热器(未图示)加热，由与加热器连接的温度调整单元(未图示)控制温度。通过衬垫203，以与热板201分离的状态被保持而加热晶片200。衬垫203，其厚度、尺寸、在面内的配置位置、在面内的配置数目与在曝光后烘烤中使用的衬垫相同。在热板201上，在半径方向形成多个从热板201的背面向表面贯通的直径2mm的孔，在这些孔中，从热板201的背面侧朝热板201的表面埋入激光位移计的头部211。从激光位移计的头部211向晶片200背面发射激光，通过利用头部211接收来自晶片200背面的反射激光，能够由反射激光的强度测定头部211的位置处的热板和晶片背面的距离。在抗蚀剂膜的预烘烤中，通过基于4个位置处的数据(距离d)，进行插补处理，求出晶片半径方向上的任意位置的热板和晶片背面的距离d的关系(步骤ST103)。
在预烘烤前，预先求出距离d和用于形成预期图形的修正曝光量的关系(修正量表T)。由在预烘烤前求出的该修正量表、和在预烘烤中测定的距离d，计算各拍摄位置的对晶片区域的修正曝光量(步骤ST104)。
采用对各拍摄位置的晶片区域分别算出的修正曝光量，进行曝光处理(步骤ST105)。曝光后进行加热处理(PEB)(步骤ST106)，然后显影(步骤ST107)。
测定所显影的抗蚀剂图形的尺寸。晶片面内的中心部的图形和端部的图形的尺寸差为1.1nm。由于不进行根据距离d的修正时的尺寸差为11.3nm，所以通过采用本实施方式的方法，能够大幅度降低尺寸偏差。其结果，能够大幅度提高半导体器件的成品率。
另外，在本实施方式中，采用激光位移计直接求出距离d，但也不局限于此。例如也可以采用辐射温度计测定晶片背面的温度，从背面温度和距离d的变换表间接地求出距离d，进行曝光量修正。
在各实施方式中，对抗蚀剂膜进行曝光的能量线也能够采用紫外线、远紫外线、真空紫外线、电子射线、X射线中的任何一种。
本领域的技术人员可以对本发明进行附加的改良和变更。因此，本发明不限于上述具体实施方式
及详细说明。在不脱离后述的技术方案和与其等同的内容的主旨或范围内可以进行种种变更。
权利要求
1.一种图形形成方法，其包括，在被处理基板上形成感光性树脂膜；对所述感光性树脂膜有选择地照射能量线，在多个曝光区域各自上形成预期的潜像图形；在形成所述潜像图形后，在设在热板上的衬垫上载置所述被处理基板；采用所述热板加热所述感光性树脂膜；以及为形成与所述潜像图形对应的感光性树脂膜图形，而对所述感光性树脂膜进行显影，其中在所述能量线的照射时，以使在所述被处理基板背面和所述热板表面的距离大的曝光区域的所述能量线的照射量，相对大于在所述被处理基板背面和所述热板表面的距离小的曝光区域的所述能量线的照射量的方式，设定所述能量线的照射量。
2.如权利要求1所述的图形形成方法，其中所述照射量，基于所述感光性树脂膜形成后的所述被处理基板的弯曲量和最佳曝光量的关系设定。
3.如权利要求2所述的图形形成方法，其中所述最佳曝光量，基于用于得到所述预期图形的所述基板的弯曲量和曝光量的关系设定，该关系通过求出所述基板的弯曲量和所述感光性树脂膜图形与预期图形的尺寸误差的关系、基于该关系而设定。
4.如权利要求2所述的图形形成方法，其中所述最佳曝光量，基于对于1块基板的所述基板的弯曲量和曝光量的关系设定。
5.如权利要求2所述的图形形成方法，其中所述最佳曝光量，基于对于多块基板的所述基板的弯曲量和曝光量的关系的平均值设定。
6.如权利要求2所述的图形形成方法，其中所述最佳曝光量，基于与曝光量监测标记的潜像的尺寸对应的曝光量设定，所述曝光量监测标记的潜像与形成在光掩模上的曝光量监测图形对应地形成在所述感光性树脂膜上。
7.如权利要求6所述的图形形成方法，其中形成在光掩模上的曝光量监测图形，在将扫描型曝光装置的曝光波长设为λ、数值孔径设为NA、相干因子设为σ时，按满足1/P≥(1+σ)NA/λ的条件的间距P间断地配置。
8.如权利要求6所述的图形形成方法，其中形成在光掩模上的曝光量监测图形，在将扫描型曝光装置的曝光波长设为λ、数值孔径设为NA、相干因子设为σ时，按满足1/P≥(1+σ)NA/λ的条件的间距P连续地配置在一方向上。
9.如权利要求1所述的图形形成方法，其中所述潜像图形，采用使被处理基板及光掩模向一方向平行地水平移动的扫描型曝光装置形成。
10.如权利要求9所述的图形形成方法，其中按每个所述曝光区域设定所述照射量。
11.如权利要求9所述的图形形成方法，其中所述照射量在所述曝光区域内设定。
12.如权利要求9所述的图形形成方法，其中所述感光性树脂膜的显影采用显影装置进行，该显影装置通过使进行用于对所述感光性树脂膜的局部区域进行显影的显影液供给/回收的显影液供给/回收喷嘴，沿所述感光性树脂膜上扫描，而对所述感光性树脂膜的大致整面进行显影；将所述显影时的所述显影液供给/回收喷嘴的扫描方向，设定为与所述扫描型曝光装置的所述一方向直交的方向，并且，以使所述被处理基板背面和所述热板表面的距离大的曝光区域中的所述显影液供给/回收喷嘴的扫描速度比所述距离小的曝光区域中的该速度相对减慢的方式，设定所述显影液供给/回收喷嘴的扫描速度。
13.如权利要求9所述的图形形成方法，其中所述能量线是紫外线或远紫外线，采用所述扫描型曝光装置形成所述潜像图形。
14.如权利要求1所述的图形形成方法，其中所述照射量，通过在所述感光性树脂膜的预烘烤前求出所述被处理基板半径方向位置处的所述热板与所述被处理基板背面的距离、和用于形成预期图形的修正曝光量的关系，由在该预烘烤前所求出的关系和在预烘烤中所测定的距离计算。
15.如权利要求14所述的图形形成方法，其中所述热板和所述被处理基板背面的所述距离利用激光位移计求出。
16.如权利要求14所述的图形形成方法，其中所述热板和被处理基板背面的所述距离，通过采用辐射温度计测定被处理基板背面温度，基于背面温度和距离的变换表求出。
17.如权利要求1所述的图形形成方法，其中还包括，在所述被处理基板上形成所述感光性树脂膜之前，在所述被处理基板上形成防反射膜。
18.如权利要求1所述的图形形成方法，其中所述能量线是紫外线、远紫外线、真空紫外线、电子束、X射线中的任何一种。
19.一种半导体器件的制造方法，其包括在包括半导体基板的被处理基板上形成感光性树脂膜；对所述感光性树脂膜有选择地照射能量线，在多个曝光区域各自上形成预期的潜像图形；在形成所述潜像图形后，在设在热板上的衬垫上载置所述被处理基板；采用所述热板加热所述感光性树脂膜；为形成与所述潜像图形对应的感光性树脂膜图形，对所述感光性树脂膜进行显影；以及在所述能量线的照射时，采用下述图形形成方法，在包括所述半导体基板的所述被处理基板上形成所述感光性树脂膜图形，该方法中，以使在所述被处理基板背面和所述热板表面的距离大的曝光区域的所述能量线的照射量，相对大于在所述被处理基板背面和所述热板表面的距离小的曝光区域的所述能量线的照射量的方式，设定所述能量线的照射量。
全文摘要
本发明提供一种图形形成方法，其包括在被处理基板上形成感光性树脂膜，对所述感光性树脂膜有选择地照射能量线，在多个曝光区域各自上形成预期的潜像图形，在形成所述潜像图形后，在设在热板上的衬垫上载置所述被处理基板，采用所述热板加热所述感光性树脂膜，为形成与所述潜像图形对应的感光性树脂膜图形而对所述感光性树脂膜显影，所述图形形成方法，在所述能量线的照射时，以使在所述被处理基板背面和所述热板表面的距离大的曝光区域的所述能量线的照射量，相对大于在所述被处理基板背面和所述热板表面的距离小的曝光区域的所述能量线的照射量的方式，设定所述能量线的照射量。
文档编号H01L21/027GK1770009SQ200510117520
公开日2006年5月10日 申请日期2005年11月2日 优先权日2004年11月5日
发明者川野健二, 柴田刚, 早崎圭 申请人:株式会社东芝