專利名稱：膜形成方法和基板處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體襯底或液晶顯示裝置(LCD)基板的表面上例如形成涂敷型薄膜用的膜形成方法，以及在膜形成方法中使用的成膜裝置。
背景技術(shù)：
近年來，對LSI的高集成化的要求越來越高，伴隨于此，在半導(dǎo)體光刻技術(shù)中要求形成小于等于100nm的微細(xì)的器件圖形那樣的精度非常高的加工技術(shù)。因此，在圖形曝光裝置中，通過從KrF→ArF→F2那樣實現(xiàn)在曝光中使用的受激準(zhǔn)分子激光器的波長的短波長化，使解像度不斷地提高。另一方面，隨著微細(xì)化的進(jìn)展，不能忽視抗蝕劑膜的圖形倒塌。因此，使用了通過減薄化學(xué)放大型抗蝕劑的膜厚來防止圖形倒塌的多層抗蝕劑工藝。
但是，另一方面，抗蝕劑等的各種膜厚的薄膜化不斷進(jìn)展，用于經(jīng)常穩(wěn)定地形成所希望的膜質(zhì)的薄膜的成膜技術(shù)變得越來越困難。例如，即使在上述的多層抗蝕劑工藝中，如果在批次間產(chǎn)生很少量的抗蝕劑工藝的起伏，則在SOG膜的上層形成的抗蝕劑圖形發(fā)生倒塌(剝離)的情況也越來越成為問題。關(guān)于這一點(diǎn)，在專利文獻(xiàn)1中報告了對SOG膜表面一度進(jìn)行了疏水化處理后通過形成化學(xué)放大型抗蝕劑來抑制抗蝕劑圖形的剝離的技術(shù)。但是，雖然這樣做對于抗蝕劑圖形剝離的抑制可看到一定的效果，但未能充分地改善所形成的SOG膜的膜質(zhì)。
本發(fā)明是為了改善該問題的發(fā)明，可形成通常穩(wěn)定的膜質(zhì)的SOG膜，可在抗蝕劑圖形不被剝離的情況下形成圖形。
專利文獻(xiàn)1特開平6-84787號公報

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在多層抗蝕劑工藝中存在上層的抗蝕劑圖形發(fā)生倒塌的問題。
本發(fā)明的目的在于提供能抑制多層抗蝕劑工藝中的上層抗蝕劑膜倒塌的膜形成方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明如以下那樣來構(gòu)成。
與本發(fā)明的一例有關(guān)的膜形成方法包含對被處理基板的主面供給含有涂敷型薄膜形成物質(zhì)和溶劑的液體以形成液狀的涂敷膜的工序，以及對上述涂敷膜進(jìn)行上述溶劑的除去和使上述涂敷型薄膜形成物質(zhì)發(fā)生非可逆的反應(yīng)用的加熱處理以形成固形的薄膜的工序，其特征在于使在上述涂敷膜的膜厚變動大致結(jié)束了后到開始上述加熱處理為止的待機(jī)時間與上述涂敷膜表面附近的每單位體積的水分量的積為大于等于規(guī)定值。
如以上已說明的那樣，按照本發(fā)明，在從形成液狀的涂敷膜之后到進(jìn)行加熱處理為止的期間內(nèi)，使薄膜在大于等于某個規(guī)定值的時間內(nèi)待機(jī)，通過使涂敷膜中的溶劑以某種程度揮發(fā)了之后進(jìn)行加熱處理，可形成致密的薄膜。而且，如果使水分接觸涂敷膜表層，則涂敷膜表層進(jìn)行水解，樹脂的分子量減小。由此，可將薄膜表層改質(zhì)為更致密的結(jié)構(gòu)。其結(jié)果，可抑制與在薄膜上形成的膜的反應(yīng)。


圖1是示出與第1實施例有關(guān)的圖形形成方法的剖面圖。
圖2是示出與第1實施例有關(guān)的圖形形成方法的剖面圖。
圖3是示意性地示出以往的3層抗蝕劑工藝中的圖形形成時的圖形剝離的剖面圖。
圖4是將對于處理時間的剝離臨界值尺寸對各濕度描繪曲線的圖。
圖5是示意性地示出因抗蝕劑強(qiáng)度不足產(chǎn)生的抗蝕劑圖形折彎現(xiàn)象的圖。
圖6是示出與第2實施例有關(guān)的圖形形成方法的次序的剖面圖。
圖7是示出將與第3實施例有關(guān)的被處理基板11安裝在膜質(zhì)控制部50中的狀態(tài)的圖。
圖8是示出與第5實施例有關(guān)的圖形形成方法的次序的圖。
圖9是示出與第5實施例有關(guān)的圖形形成方法的次序的圖。
圖10是示出SOG膜涂敷結(jié)束后在膜質(zhì)控制部內(nèi)的處理時間與線邊緣粗糙度的關(guān)系的圖。
符號說明11...被處理基板，12...防反射膜，13...自旋卡盤，14...處理液供給噴嘴，15...SOG膜溶液，16...SOG溶液膜，17...SOG膜，18...抗蝕劑膜，19...線和間隔圖形具體實施方式
以下參照

本發(fā)明的實施例。
(第1實施例)在本實施例中，說明在3層抗蝕劑工藝中在作為中間膜的SOG膜上使用本發(fā)明的成膜方法形成了抗蝕劑圖形的情況。
圖1和圖2是示出與第1實施例有關(guān)的圖形形成方法的剖面圖。
首先，如圖1(a)中所示，在被處理基板11上用旋轉(zhuǎn)涂敷法涂敷了涂敷型防反射膜用涂敷材料后，通過在300℃、120秒的條件下進(jìn)行加熱形成膜厚300nm的防反射膜12。此外，在防反射膜12中例如使用了由碳構(gòu)成的Spunon C。
如圖1(b)中所示，使被處理基板11保持在自旋卡盤13上。然后，與自旋卡盤13一起使被處理基板11旋轉(zhuǎn)，同時，在被處理基板11上，從由未圖示的可動臂支撐的處理液供給噴嘴14將SOG膜溶液15噴出防反射膜12上。然后，如圖1(c)中所示，利用被處理基板11的旋轉(zhuǎn)，在被處理基板上形成SOG溶液膜16。SOG溶液膜16的膜厚在旋轉(zhuǎn)的初期較大地減少，但隨著溶劑的揮發(fā)，膜厚的變化變得緩慢，不久幾乎不變動。通常，為了使處理效率最大化，如果膜厚變動結(jié)束，就立即將被處理基板運(yùn)送到加熱處理部，但在本實施例中，在SOG溶液膜16的膜厚變動大致結(jié)束之后，使自旋卡盤13的旋轉(zhuǎn)停止，在25℃、25秒的期間內(nèi)使被處理基板11處于待機(jī)狀態(tài)。再有，此時的被處理基板11附近的濕度為40％。
在此，在后面形成的抗蝕劑膜與SOG膜的界面上產(chǎn)生的圖形剝離中，在涂敷處理部內(nèi)SOG涂敷膜與多少水分量反應(yīng)了這一點(diǎn)變得重要。在被處理基板附近存在的每單位體積的水分量可用下述的式1來求出。水分量(mg/L)＝處理溫度下的飽和水蒸氣量(mg/L)×濕度(％)...(1)在本實施例的情況下，根據(jù)式(1)，是23.04×0.4＝9.22(mg/L)。
而且，與SOG膜反應(yīng)的水分量可用由式(1)表示的水分量與處理時間的積來表示。由此，與SOG膜接觸的水分量可定為下述的式(2)9.22(mg/L)×25(s)＝230.4(mg·s/L)...(2)在涂敷處理部中結(jié)束了處理后，如圖2(e)中所示，將被處理基板11運(yùn)送到加熱處理部，在熱板17上在350℃、120秒的條件下進(jìn)行加熱，形成膜厚50nm的SOG膜18。
其后，如圖2(f)中所示，在SOG膜18上用旋轉(zhuǎn)涂敷法涂敷了ArF光(波長193nm)用化學(xué)放大型正型抗蝕劑后，在120℃、60秒的條件下進(jìn)行加熱，形成膜厚200nm的抗蝕劑膜19。
其次，使用ArF受激準(zhǔn)分子激光器，經(jīng)曝光用原版對圖形進(jìn)行縮小投影曝光。在130℃、60秒的條件下對該基板進(jìn)行加熱處理，運(yùn)送到顯影裝置。在顯影裝置中，在被處理基板上供給顯影液，在30秒的顯影后，一邊使被處理基板旋轉(zhuǎn)，一邊供給純水，進(jìn)行反應(yīng)的停止和清洗，利用自旋干燥，使被處理基板干燥。通過進(jìn)行這些處理，如圖2(g)中所示，形成半間距為90nm的1∶1的線和間隔(line and space)圖形19。
在用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察由以上的工序形成的抗蝕劑圖形的剖面時，在1∶1的線和間隔圖形19的線尺寸成為60nm之前，即使使曝光量增加，在抗蝕劑膜與SOG膜的界面上也未看到抗蝕劑圖形剝離，形成了垂直的圖形。再有，在不進(jìn)行待機(jī)時的倒塌臨界值尺寸為80nm。
另一方面，在用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察在SOG膜涂敷后不經(jīng)過膜質(zhì)控制處理立即在進(jìn)行了加熱處理的SOG膜上形成的抗蝕劑圖形的剖面時，在1∶1的線和間隔圖形中尺寸小于等于95nm的圖形中，如圖3中所示，可看到在抗蝕劑圖形29的下端變細(xì)的現(xiàn)象，在抗蝕劑圖形29與SOG膜的界面上多個抗蝕劑圖形29發(fā)生了剝離。
如上所述，將使用在本實施例中記載的方法作成的抗蝕劑圖形加工為掩摸而制作的半導(dǎo)體器件與不進(jìn)行本處理制作的半導(dǎo)體器件相比，可加工更微細(xì)的圖形，而且也可提高成品率。
在本實施例中，在SOG的涂敷膜的膜厚變動大致結(jié)束之后，再在濕度40％的氣氛下使被處理基板待機(jī)25秒，但不限于此。本發(fā)明者進(jìn)行了嚴(yán)密的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將由形成SOG溶液膜的工序中的膜厚變動大致結(jié)束之后到開始對SOG溶液膜進(jìn)行非可逆加熱處理的工序為止的待機(jī)時間與在上述待機(jī)時間中的被處理基板附近的水分量的積{式(1)和式(2)}求出的與SOG溶液膜反應(yīng)的水分量控制為大于等于200mg·s/L，可使SOG膜對于抗蝕劑膜與SOG膜的界面中的圖形剝離的能力提高到最大限度。
在本實施例中，在濕度40％的情況下，與待機(jī)時間中的被處理基板附近的濕度無關(guān)，通過使待機(jī)時間為大于等于25秒，可充分地確保水分量，不發(fā)生由抗蝕劑膜與SOG膜的界面的剝離引起的抗蝕劑圖形倒塌，可將SOG的性能提高到最大限度。當(dāng)然，處理條件不限于濕度40％、待機(jī)時間25秒的條件。只要是滿足與SOG膜反應(yīng)的水分量大于等于200mg·s/L的濕度和待機(jī)時間，可以是任何的處理條件。圖4是將對于處理時間的剝離臨界值尺寸對各濕度描繪曲線的圖。濕度越高，就可在越短的處理時間內(nèi)將SOG的性能提高到最大限度。此外，在不需要最大限度的性能的情況下，根據(jù)與SOG膜反應(yīng)的水分量和倒塌臨界值尺寸的關(guān)系適當(dāng)?shù)剡x擇處理條件即可。通過滿足以上的關(guān)系，對于縱橫比為2～3的圖形，可在不發(fā)生抗蝕劑膜與SOG膜的界面的剝離的情況下形成抗蝕劑圖形。
此外，在小于等于60nm的圖形中看到的圖形的倒塌現(xiàn)象不是在抗蝕劑圖形與SOG膜的界面上發(fā)生的圖形剝離。如圖5中所示，是因抗蝕劑圖形39的強(qiáng)度不足產(chǎn)生的抗蝕劑的圖形39的折彎。當(dāng)然，在不需要最大限度的性能的情況下，可適當(dāng)?shù)亟档驮谀べ|(zhì)控制部內(nèi)的濕度或縮短處理時間。
根據(jù)SOG的分子結(jié)構(gòu)的特征，由于在用加熱處理對SOG涂敷膜進(jìn)行燒固時在SOG涂敷膜中殘存的溶劑揮發(fā)的同時，通過SOG分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而使SOG成膜，故可以說已被成膜的SOG膜成為比較多孔的結(jié)構(gòu)。另一方面，在形成SOG的涂敷藥液中除了SOG樹脂外，為了提高藥液的保存穩(wěn)定性等還含有樹脂以外的副成分。在含有該副成分的SOG上形成化學(xué)放大型抗蝕劑并對所希望的圖形進(jìn)行縮小投影曝光和顯影時，SOG膜中的副成分?jǐn)U散到化學(xué)放大型抗蝕劑中并溶解抗蝕劑圖形底部。由此，產(chǎn)生圖3中示出的在化學(xué)放大型抗蝕劑與SOG的界面上的抗蝕劑圖形剝離。因此，在本實施例中，在形成SOG涂敷膜之后到進(jìn)行加熱處理為止的期間內(nèi)，通過使SOG涂敷膜在大于等于某個規(guī)定值的時間內(nèi)待機(jī)，通過以某種程度使SOG涂敷膜中的溶劑揮發(fā)了后進(jìn)行加熱處理，可形成致密的SOG膜。而且，通過SOG涂敷膜表層與水分接觸，SOG分子進(jìn)行水解，SOG分子的分子量變小。由此，將SOG表層改質(zhì)為更致密的結(jié)構(gòu)。由此，可防止在SOG中含有的副成分朝向抗蝕劑圖形的擴(kuò)散，作為結(jié)果，可抑制圖形剝離。
這樣，在本實施例中，通過求出膜厚變動大致結(jié)束之后到開始對涂敷膜進(jìn)行非可逆的加熱處理的工序為止的期間內(nèi)與SOG膜反應(yīng)的水分量與產(chǎn)生抗蝕劑圖形的圖形倒塌的尺寸的關(guān)系，抑制了SOG膜與抗蝕劑膜的界面上產(chǎn)生的圖形剝離。但是，并不是只根據(jù)上述的關(guān)系來求出得到所希望的SOG膜的方法。即使通過著眼于不同的參數(shù)并控制這些參數(shù)，也能得到與本發(fā)明實質(zhì)相同的效果。例如，除了上述的方法外，通過觀察涂敷工序結(jié)束后到加熱處理前的SOG涂敷膜中殘存的SOG含有藥液的溶劑量并控制該溶劑量，也能得到相同的效果。其結(jié)果，在加熱處理前的SOG涂敷膜中的殘存溶劑量越多，在線條較粗的圖形中抗蝕劑圖形越發(fā)生剝離，殘存溶劑量越少，抗蝕劑圖形越難以剝離。
這是因為，對SOG膜來說，在用加熱處理對SOG涂敷膜進(jìn)行燒固時，在SOG涂敷膜中殘存的溶劑揮發(fā)的同時，通過SOG分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而使SOG成膜。因此，在SOG涂敷膜中SOG含有藥液的殘存溶劑量多的情況下，在加熱處理時，因溶劑一邊急劇地?fù)]發(fā)一邊進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，SOG膜成為更多孔的結(jié)構(gòu)，在殘存溶劑量少的情況下，可形成更致密的SOG膜。這樣，通過設(shè)定加熱處理前的待機(jī)時間或加熱處理前的被處理基板附近的溫度或濕度使得殘存溶劑量小于等于規(guī)定值，也可與本實施例同樣地控制SOG膜質(zhì)。
除此以外，通過觀察SOG涂敷膜的表面狀態(tài)并導(dǎo)出該表面狀態(tài)與產(chǎn)生抗蝕劑圖形的圖形倒塌的圖形尺寸的關(guān)系，也可得到相同的效果。通過取得對于SOG涂敷膜的液體的接觸角、SOG涂敷膜的光學(xué)常數(shù)、SOG涂敷膜的表面粗糙度和SOG涂敷膜的深度方向的化學(xué)組成與產(chǎn)生抗蝕劑圖形的圖形倒塌的尺寸的關(guān)系中的至少1個或其以上的關(guān)系，并據(jù)此形成SOG涂敷膜，可形成所希望的抗蝕劑圖形。
根據(jù)SOG的分子結(jié)構(gòu)的特征，由涂敷和加熱處理成膜的SOG膜的密度小，可以說成為多孔的結(jié)構(gòu)。另一方面，在形成SOG的涂敷藥液中除了SOG樹脂外為了提高藥液的保存穩(wěn)定性等還含有樹脂以外的副成分。在含有該副成分的SOG上形成化學(xué)放大型抗蝕劑并對所希望的圖形進(jìn)行縮小投影曝光和顯影時，SOG膜中的副成分?jǐn)U散到化學(xué)放大型抗蝕劑中并溶解抗蝕劑圖形底部。由此，產(chǎn)生圖3中示出的在化學(xué)放大型抗蝕劑與SOG的界面上的抗蝕劑圖形剝離。
此外，在涂敷膜形成后通過使包含水分的物質(zhì)(例如海綿、布、紙等的吸濕性的物質(zhì))與涂敷膜表面接觸或接近于該表面，通過使水分與SOG涂敷膜表面接觸，也能得到同樣的效果?？刂颇べ|(zhì)的方法不限于此，只要是在控制SOG膜的膜質(zhì)方面能提供充分的水分量的方法即可，可以是任何的形態(tài)。
在本實施例中，敘述了SOG膜的情況，但本發(fā)明為有效的材料不限于此。具體地說，對于被分類為已知的SOD膜的材料也是有效的。
作為在本實施例中使用的抗蝕劑，使用了對ArF具有反應(yīng)性的化學(xué)放大型抗蝕劑，但不限于此，對于其它的脂環(huán)式樹脂(丙烯酸類、コマ類、混合類樹脂)也能得到同等的效果。此外，對于具有芳香族化合物的樹脂，也是有效的，對于具有酚醛清漆樹脂的i線、g線抗蝕劑或用具有聚乙烯苯酚骨架的樹脂構(gòu)成的KrF抗蝕劑或電子線曝光用抗蝕劑、軟x線(EUV)曝光用抗蝕劑等，也能確認(rèn)其效果。
(第2實施例)在本實施例中，說明在3層抗蝕劑工藝中在作為中間膜的SOG膜上使用本發(fā)明的成膜方法形成了抗蝕劑圖形的情況。
在本實施例中，說明在管理了溫度和濕度的涂敷處理部內(nèi)進(jìn)行了涂敷處理和待機(jī)處理的實施例。再有，由于涂敷處理和待機(jī)處理以外的條件與第1實施例是同樣的，故省略其說明。圖6是示出與本發(fā)明的第2實施例有關(guān)的圖形形成方法的次序的圖。
如圖6(a)中所示，將被處理基板11運(yùn)送到涂敷處理部40內(nèi)，使被處理基板11保持在自旋卡盤13上。在涂敷處理部40內(nèi)控制成溫度為40℃，被處理基板附近的濕度為80％。然后，與自旋卡盤13一起使被處理基板11旋轉(zhuǎn)，同時，在被處理基板11上，從由未圖示的可動臂支撐的處理液供給噴嘴14將SOG膜溶液15噴出到防反射膜12上。然后，如圖6(b)中所示，利用被處理基板11的旋轉(zhuǎn)在被處理基板上形成SOG溶液膜16。
涂敷膜的膜厚在旋轉(zhuǎn)的初期較大地減少，但隨著溶劑的揮發(fā)，膜厚的變化變得緩慢，不久幾乎不變動。在膜厚變動結(jié)束了后經(jīng)過了大于等于5秒的階段，將被處理基板運(yùn)送到加熱處理部。在此，與實施例1同樣，根據(jù)式(1)和式(2)，與SOG膜反應(yīng)的水分量為265.6mg·s/L，可提供大于等于200mg·s/L的值。
在運(yùn)送到加熱處理部后，對被處理基板經(jīng)過與在第1實施例中已說明的處理同樣的工序，形成抗蝕劑圖形。在用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察由以上的工序形成的抗蝕劑圖形的剖面時，在1∶1的線和間隔圖形的線尺寸成為60nm之前，即使使曝光量增加，在抗蝕劑膜與SOG膜的界面上也未看到抗蝕劑圖形剝離，形成了垂直的圖形。
在本實施例中，在涂敷處理部的溫度為40℃、濕度為80％的環(huán)境下進(jìn)行SOG膜的涂敷處理，在膜厚變動大致結(jié)束了的狀態(tài)下，通過使其待機(jī)5秒的時間，將被處理基板運(yùn)送到加熱處理部，與進(jìn)行下一個工序無關(guān)，可最大限度地抑制抗蝕劑膜與SOG膜的界面中的圖形剝離。這是因為，通過將涂敷處理部內(nèi)的溫度定為40℃，可增加處理部內(nèi)的飽和水蒸氣量。其結(jié)果，可在更短的時間內(nèi)使大于等于200mg·s/L的水分量與SOG膜反應(yīng)。
作為在本實施例中使用的抗蝕劑，使用了對ArF具有反應(yīng)性的化學(xué)放大型抗蝕劑，但不限于此，對于其它的脂環(huán)式樹脂(丙烯酸類、コマ類、混合類樹脂)也能得到同等的效果。此外，對于具有芳香族化合物的樹脂，也是有效的，對于具有酚醛清漆樹脂的i線、g線抗蝕劑或用具有聚乙烯苯酚骨架的樹脂構(gòu)成的KrF抗蝕劑或電子線曝光用抗蝕劑、軟x線(EUV)曝光用抗蝕劑等，也能確認(rèn)其效果。
(第3實施例)在本實施例中，說明在3層抗蝕劑工藝中在作為中間膜的SOG膜上使用本發(fā)明的成膜方法形成了抗蝕劑圖形的情況。
在本實施例中，在進(jìn)行被處理基板上形成的涂敷膜的加熱處理之前將上述涂敷膜面暴露于大于等于周邊環(huán)境的水分。說明利用該處理在下一步在SOG膜上涂敷化學(xué)放大型抗蝕劑膜、進(jìn)行曝光、顯影時，在圖形不會從抗蝕劑膜與SOG膜的界面剝離的情況下形成抗蝕劑圖形的方法。
在本實施例中，說明在管理了溫度和濕度的膜質(zhì)控制部內(nèi)進(jìn)行了待機(jī)處理的實施例。再有，由于涂敷處理和待機(jī)處理以外的條件與第1實施例是同樣的，故省略其說明。
在SOG膜形成后，如圖7中所示，將被處理基板11運(yùn)送到膜質(zhì)控制部50中。膜質(zhì)控制部50具備收藏被處理基板11的處理容器51；在處理容器51內(nèi)設(shè)置的、控制上述被處理基板的溫度的溫度調(diào)節(jié)板52；向上述處理容器內(nèi)供給包含水分的氣體的氣體供給機(jī)構(gòu)53；控制上述處理容器內(nèi)的溫度的氣體溫度控制機(jī)構(gòu)54；控制從氣體供給機(jī)構(gòu)53供給的氣體中包含的水分量的水分量控制機(jī)構(gòu)55；以及排出上述處理容器內(nèi)的氣體的機(jī)構(gòu)56。控制機(jī)構(gòu)具備鼓泡器B和閥門V1～V3。利用氣體溫度控制機(jī)構(gòu)54控制對處理容器51內(nèi)供給的氣體的溫度。利用水分量調(diào)整機(jī)構(gòu)55測定在氣體中包含的氣體的濕度，求出每單位體積的水分量。然后，調(diào)整閥門V1～V3的打開度，使水分量大于等于規(guī)定值?？刂苼碜詺怏w供給機(jī)構(gòu)53的供給量和閥門V4的打開度，控制處理容器51內(nèi)的壓力。
將被處理基板11安裝在溫度調(diào)節(jié)板52上。然后，在膜質(zhì)控制部內(nèi)的溫度為24℃、濕度為60％的環(huán)境下將被處理基板在24℃、17秒時間的條件下進(jìn)行膜質(zhì)控制處理。利用該處理，根據(jù)式(1)和式(2)，求出與SOG膜反應(yīng)的水分量為222.1mg·s/L，可看作大于等于200mg·s/L。
在運(yùn)送到加熱處理部后，對被處理基板經(jīng)過與在第1實施例中已說明的處理同樣的工序，形成抗蝕劑圖形。在用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了由以上的工序形成的抗蝕劑圖形的剖面時，在1∶1的線和間隔圖形的線尺寸成為60nm之前，即使使曝光量增加，在抗蝕劑膜與SOG膜的界面上也未看到抗蝕劑圖形剝離，形成了垂直的圖形。
另一方面，在用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察在SOG膜涂敷后不經(jīng)過膜質(zhì)控制處理立即在進(jìn)行了加熱處理的SOG膜上形成的抗蝕劑圖形的剖面時，在1∶1的線和間隔圖形中尺寸小于等于95nm的圖形中，如圖3中所示，可看到在抗蝕劑的下端變細(xì)的現(xiàn)象，在抗蝕劑與SOG膜的界面上多個抗蝕劑圖形發(fā)生了剝離。
如上所述，將使用在本實施例中記載的方法作成的抗蝕劑圖形加工掩摸而制作的半導(dǎo)體器件與不進(jìn)行本處理制作的半導(dǎo)體器件相比，可加工更微細(xì)的圖形，而且也可提高成品率。
此外，在本實施例中，為了控制SOG膜的膜質(zhì)，與涂敷處理部或加熱處理部分開地獨(dú)立地設(shè)置膜質(zhì)控制部，進(jìn)行了所希望的處理，但實施手段不限于此。
例如，將形成了SOG涂敷膜的被處理基板運(yùn)送到加熱處理部，通過在離加熱處理部內(nèi)的熱板足夠遠(yuǎn)的位置上保持了被處理基板的狀態(tài)下在SOG涂敷膜上噴射濕度為60％的氣體，也能控制SOG膜的膜質(zhì)。此外，在該情況下受到來自加熱處理部內(nèi)的熱板的熱，基板溫度上升。因此，根據(jù)所噴射的氣體的溫度、濕度、處理時間、被處理基板溫度與倒塌臨界值的尺寸值的關(guān)系，與用途相一致地適當(dāng)?shù)夭捎米罴训臈l件即可。
此外，通過使包含水分的物質(zhì)(例如海綿、布、紙等的吸濕性的物質(zhì))與涂敷膜表面接觸或接近于該表面，通過使水分與SOG涂敷膜表面接觸，也能得到同樣的效果?？刂颇べ|(zhì)的方法不限于此，只要是在控制SOG膜的膜質(zhì)方面能提供充分的水分量的方法，就可以是任何的形態(tài)。
(第4實施例)在第1～第3實施例中，說明了在SOG膜的涂敷處理與加熱處理之間通過用膜質(zhì)控制部改善SOG膜的質(zhì)量來抑制SOG膜上的抗蝕劑圖形的剝離的方法。在以下的實施例中，說明在更短的時間內(nèi)可得到與上述的實施例同樣的效果的方法。
在本實施例中，說明在管理了溫度和濕度的膜質(zhì)控制部內(nèi)進(jìn)行了待機(jī)處理的實施例。再有，由于涂敷處理和待機(jī)處理以外的條件與第1實施例是同樣的，故省略其說明。
其次，將被處理基板運(yùn)送到圖7中示出的膜質(zhì)控制部50中，將被處理基板搭載在溫度調(diào)節(jié)板52上。然后，在將被處理基板保持為23℃的狀態(tài)下，對被處理基板噴射溫度為40℃、濕度為45％的大氣5秒。此時，氣氛中的水分在被處理基板上結(jié)露。
在運(yùn)送到加熱處理部后，對被處理基板經(jīng)過與在第1實施例中已說明的處理同樣的工序，形成抗蝕劑圖形。在用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了由以上的工序形成的抗蝕劑圖形的剖面時，在1∶1的線和間隔圖形的線尺寸成為60nm之前，即使使曝光量增加，在抗蝕劑膜與SOG膜的界面上也未看到抗蝕劑圖形剝離，形成了垂直的圖形。
如上所述，將使用在本實施例中記載的方法作成的抗蝕劑圖形加工為掩摸而制作的半導(dǎo)體器件與不進(jìn)行本處理制作的半導(dǎo)體器件相比，可加工更微細(xì)的圖形，而且也可提高成品率。
在本實施例中，在SOG膜的涂敷處理結(jié)束后，在膜質(zhì)控制部中將被處理基板保持為23℃的狀態(tài)下，在被處理基板上噴射溫度為40℃、濕度為40％的氣體，使被處理基板附近的氣氛中包含的水分結(jié)露。即使在被處理基板的表面上結(jié)露，也與迄今為止的實施例同樣地進(jìn)行SOG膜的改質(zhì)，作為結(jié)果，可抑制在SOG膜與抗蝕劑膜的界面上產(chǎn)生的圖形剝離。其結(jié)果，在本實施例的情況下，可在直至70nm不剝離的情況下形成1∶1的線和間隔圖形。即使在相同的濕度40％下對SOG涂敷膜噴射溫度為23℃的氣體，如在實施例1的圖4中記載的那樣，倒塌臨界值尺寸約為85nm，不能得到本實施例中記載的那樣的效果。這是因為，在被處理基板的溫度為23℃的狀態(tài)下，在噴吹的氣體的溫度為40℃、濕度為40％的情況下，由于氣體中包含的水分結(jié)露，SOG涂敷膜表層與更多的水分接觸，故進(jìn)一步提高了SOG膜質(zhì)的改善效果，可在短時間內(nèi)進(jìn)行處理。因此即使是濕度為40％，直至1∶1的線和間隔圖形的尺寸為60nm的抗蝕劑圖形，在抗蝕劑膜與SOG膜的界面上都未看到抗蝕劑圖形剝離，可形成垂直的圖形。
在本實施例中，在SOG涂敷膜上噴射了氣體的溫度為40℃、濕度為40％的氣體，但噴射的氣體的溫度或濕度、處理時間不限于本實施例的處理條件或?qū)嵤├幌抻谶@些參數(shù)，只要能使被處理基板附近的氣體中包含的水分結(jié)露，則使用任一種形態(tài)都是可以的。例如，如在第3實施例中記載的那樣，將形成了SOG涂敷膜的被處理基板運(yùn)送到加熱處理部并在離加熱處理部內(nèi)的熱板足夠遠(yuǎn)的位置上保持了被處理基板的狀態(tài)下在SOG涂敷膜上噴射溫度為40℃、濕度為40％的氣體，也能控制SOG膜的膜質(zhì)。因此，只要能得到同樣的效果，實施手段可以是任何的形態(tài)。此外，膜質(zhì)控制部內(nèi)的濕度沒有必要是在抗蝕劑圖形的倒塌臨界值尺寸必定顯示為最小的范圍內(nèi)。如果在使用本處理制作的半導(dǎo)體器件的使用方面沒有問題，則也可選擇該條件。因此，與各自的必要性相一致地對于膜質(zhì)控制部中的處理條件適當(dāng)?shù)剡x擇最佳的條件即可。
在本實施例中，敘述了SOG膜的情況，但本發(fā)明為有效的材料不限于此。具體地說，對于被分類為已知的SOD膜的材料也是有效的。
作為在本實施例中使用的抗蝕劑，使用了對ArF具有反應(yīng)性的化學(xué)放大型抗蝕劑，但不限于此，對于其它的脂環(huán)式樹脂(丙烯酸類、コマ類、混合類樹脂)也能得到同等的效果。此外，對于具有芳香族化合物的樹脂，也是有效的，對于具有酚醛清漆樹脂的i線、g線抗蝕劑或用具有聚乙烯苯酚骨架的樹脂構(gòu)成的KrF抗蝕劑或電子線曝光用抗蝕劑、軟x線(EUV)曝光用抗蝕劑等，也能確認(rèn)其效果。
(第5實施例)在本實施例中說明半導(dǎo)體光刻工藝中的化學(xué)放大型抗蝕劑膜的成膜方法。在本實施例中說明3層抗蝕劑工藝中的成膜方法。在該3層膜中，將防反射膜定為下層膜，將SOG膜定為中間膜，然后將化學(xué)放大型抗蝕劑膜定為上層膜。
以下，說明3層抗蝕劑工藝中的作為上層膜的化學(xué)放大型抗蝕劑膜的成膜方法和使用該成膜方法形成了抗蝕劑圖形時的效果。具體地說，在抗蝕劑膜的涂敷結(jié)束后，通過將膜質(zhì)控制部內(nèi)暴露于大于等于某一定的濕度氣氛下來進(jìn)行膜質(zhì)的控制。其后，進(jìn)行抗蝕劑膜的加熱處理、成膜。由此說明在其次對化學(xué)放大型抗蝕劑進(jìn)行曝光、顯影時與現(xiàn)有的方法相比提高抗蝕劑圖形的粗糙度或被處理基板面內(nèi)的尺寸均勻性的方法。
圖8和圖9是示出與本發(fā)明的第5實施例有關(guān)的圖形形成方法的次序的圖。
首先，如圖8(a)中所示，與第1實施例同樣地形成防反射膜12。其次，如圖8(b)中所示，在用旋轉(zhuǎn)涂敷法在防反射膜12上涂敷了涂敷型絕緣膜用涂敷材料作為中間膜后，將被處理基板運(yùn)送到加熱處理部，在350℃、120秒的條件下進(jìn)行加熱，形成膜厚50nm的SOG膜68。
其次，說明在SOG膜68上涂敷化學(xué)放大型抗蝕劑膜作為上層膜的處理。在此，使用旋轉(zhuǎn)涂敷法進(jìn)行涂敷。
在此，使用旋轉(zhuǎn)涂敷法進(jìn)行涂敷。如圖8(c)中所示，如果在自旋卡盤63上放置的被處理基板11與自旋卡盤63一起旋轉(zhuǎn)，利用可動臂支撐的處理液供給噴嘴64將作為處理液的化學(xué)放大型抗蝕劑膜用涂敷材料噴出到被處理基板11上。然后，如圖8(d)中所示，通過在一定的時間內(nèi)使被處理基板旋轉(zhuǎn)，形成化學(xué)放大型抗蝕劑的涂敷膜70。
其次，如圖9(e)中所示，將被處理基板11運(yùn)送到化學(xué)放大型抗蝕劑的膜質(zhì)控制部50中。由于膜質(zhì)控制部50與圖7中示出的相同，故省略其說明。然后，在處理容器51內(nèi)的溫度為23℃、濕度為55％的環(huán)境下，在15℃、5秒的條件下對被處理基板11進(jìn)行加熱處理。此時，涂敷膜70表面附近的氣氛中包含的水分結(jié)露了。
如圖9(f)中所示，在膜質(zhì)控制部50中的處理結(jié)束后，將被處理基板運(yùn)送到加熱處理部中，安裝在熱板71上。然后，在120℃、60秒的條件下進(jìn)行加熱，形成膜厚150nm的化學(xué)放大型抗蝕劑膜72。
其次，使用ArF受激準(zhǔn)分子激光器，經(jīng)曝光用原版對圖形進(jìn)行縮小投影曝光。在130℃、60秒的條件下對該基板進(jìn)行加熱處理，運(yùn)送到顯影裝置。在顯影裝置中，在被處理基板上供給顯影液，在30秒的顯影后，一邊使被處理基板旋轉(zhuǎn)，一邊供給純水，進(jìn)行反應(yīng)的停止和清洗，利用自旋干燥，使被處理基板干燥。通過進(jìn)行這些處理，如中所示，形成90nm的1∶1的線和間隔圖形73(圖9(g))。
在檢測了用以上的工序形成的抗蝕劑圖形的線邊緣粗糙度的離散性時，在現(xiàn)有的方法中3σ為4.5nm，而本方法的3σ為1.5nm，大幅度地減少了離散性。此外，關(guān)于在被處理基板面內(nèi)的圖形尺寸的均勻性，在現(xiàn)有的方法中3σ為5nm，而本方法的3σ為3.5nm。再者，在連續(xù)地處理24片的基板時，關(guān)于基板間的離散性，在現(xiàn)有的方法中3σ為4nm，而本方法的3σ為3nm，可得到高的均勻性。其結(jié)果，可形成在整個被處理基板面內(nèi)凹凸少的圖形表面，可進(jìn)一步提高器件的可靠性。
在本實施例中，在膜質(zhì)控制部中將基板表面附近的濕度控制為50％的環(huán)境下進(jìn)行了化學(xué)放大型抗蝕劑的改質(zhì)處理，但膜質(zhì)控制部內(nèi)的濕度不限于此。研究了對于膜質(zhì)控制部內(nèi)的處理時間所形成的抗蝕劑圖形的線邊緣粗糙度的關(guān)系。圖10是示出膜質(zhì)控制部內(nèi)的濕度與線邊緣粗糙度的關(guān)系的圖。如在上述的實施例中已敘述的那樣，如果膜質(zhì)控制部內(nèi)的濕度提高，則線邊緣粗糙度的值減小。此外，可知道，如果使處理時間為大于等于60秒，則即使在任一種條件下都可得到抗蝕劑的最大限度的效果。此外，對于被處理基板面內(nèi)的尺寸均勻性，也可看到同樣的趨勢。
由于濕度對于線邊緣粗糙度或被處理基板面內(nèi)的尺寸均勻性的影響隨化學(xué)放大型抗蝕劑或下層膜的種類或組合而不同，故對于膜質(zhì)控制部內(nèi)的濕度來說，適當(dāng)?shù)剡x擇最佳的濕度即可。此外，即使是線邊緣粗糙度的值未顯示為最小值的范圍，如果在使用上沒有問題，則也可選擇該時間。因此，與用途或處理時間的必要性相一致地適當(dāng)?shù)剡x擇膜質(zhì)控制部內(nèi)的濕度即可。
此外，在本實施例中通過控制膜質(zhì)控制部的濕度環(huán)境或處理條件控制了化學(xué)放大型抗蝕劑膜的膜質(zhì)，但進(jìn)行抗蝕劑膜的膜質(zhì)控制的手段不限于此。也可從上述第1～第4實施例中記載的實施例中使用某一個或以組合這些實施例的形態(tài)來使用，在形成化學(xué)放大型抗蝕劑膜的涂敷膜之后到進(jìn)行加熱處理為止之間，只要是能得到與在上述中已記載的同樣的效果的方法，就可使用任一種方法。
此外，在本實施例中，根據(jù)抗蝕劑圖形的線邊緣粗糙度對于在膜質(zhì)控制部中的濕度和處理時間的依存性的關(guān)系求出最佳的處理條件來得到抗蝕劑圖形的線邊緣粗糙度，但得到必要的抗蝕劑涂敷膜的方法不限于此。除此以外，通過取得抗蝕劑涂敷膜中包含的殘存溶劑量、對于抗蝕劑涂敷膜的液體的接觸角、抗蝕劑涂敷膜的光學(xué)常數(shù)、抗蝕劑涂敷膜的表面粗糙度和抗蝕劑涂敷膜的深度方向的化學(xué)組成與抗蝕劑圖形的值的關(guān)系中的至少大于等于1個的關(guān)系并據(jù)此形成抗蝕劑涂敷膜，可形成所希望的抗蝕劑圖形。
作為在本實施例中使用的抗蝕劑，使用了對ArF具有反應(yīng)性的化學(xué)放大型抗蝕劑，但不限于此，對于其它的脂環(huán)式樹脂(丙烯酸類、コマ類、混合類樹脂)也能得到同等的效果。此外，對于具有芳香族化合物的樹脂，也是有效的，對于具有酚醛清漆樹脂的i線、g線抗蝕劑或用具有聚乙烯苯酚骨架的樹脂構(gòu)成的KrF抗蝕劑或電子線曝光用抗蝕劑、軟x線(EUV)曝光用抗蝕劑等，也能確認(rèn)其效果。
此外，在本實施例中，敘述了3層抗蝕劑工藝，但在有機(jī)防反射膜上形成化學(xué)放大型抗蝕劑膜的2層抗蝕劑工藝中也確認(rèn)了同樣的效果。
再有，可將上述的第1～第5實施例應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的制造工序。再有，本發(fā)明不限定于上述的實施例。例如，不限于應(yīng)用在成為3層抗蝕劑工藝的中間膜的涂敷型絕緣膜的形成中，也可應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的涂敷型層間絕緣膜的形成?？墒雇糠笮蛯娱g絕緣膜的表層變得致密，可抑制構(gòu)成在上層形成的膜的材料的擴(kuò)散以及上層的膜與涂敷型層間絕緣膜的反應(yīng)。除此以外，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，可作各種變形來實施。
權(quán)利要求
1.一種膜形成方法，包含對被處理基板的主面供給含有涂敷型薄膜形成物質(zhì)和溶劑的液體以形成液狀的涂敷膜的工序，以及對上述涂敷膜進(jìn)行上述溶劑的除去和使上述涂敷型薄膜形成物質(zhì)發(fā)生非可逆的反應(yīng)用的加熱處理以形成固形的薄膜的工序，其特征在于使在上述涂敷膜的膜厚變動大致結(jié)束了后到開始上述加熱處理為止的待機(jī)時間與上述涂敷膜表面附近的每單位體積的水分量的積為大于等于規(guī)定值。
2.如權(quán)利要求1中所述的膜形成方法，其特征在于在上述待機(jī)時間內(nèi)控制上述涂敷膜表面附近的溫度、上述涂敷膜表面附近的濕度和上述被處理基板溫度中的至少1個。
3.如權(quán)利要求2中所述的膜形成方法，其特征在于將上述涂敷膜表面附近的溫度和濕度設(shè)定為水分在上述涂敷膜上結(jié)露。
4.如權(quán)利要求1中所述的膜形成方法，其特征在于在上述待機(jī)時間內(nèi)使包含水分的物質(zhì)與上述涂敷膜表面接觸或接近于上述涂敷膜表面。
5.如權(quán)利要求1中所述的膜形成方法，其特征在于上述薄膜是絕緣膜，包含在上述薄膜上形成放射性物質(zhì)敏感膜的工序以及對上述放射性物質(zhì)敏感膜進(jìn)行曝光和顯影以形成放射性物質(zhì)敏感膜圖形的工序。
6.如權(quán)利要求5中所述的膜形成方法，其特征在于根據(jù)產(chǎn)生上述放射性物質(zhì)敏感膜圖形的圖形倒塌的尺寸的上述積來決定上述規(guī)定值。
7.如權(quán)利要求5中所述的膜形成方法，其特征在于上述規(guī)定值是200mg·s/L。
8.如權(quán)利要求1中所述的膜形成方法，其特征在于上述薄膜是放射性物質(zhì)敏感膜，還包含對上述放射性物質(zhì)敏感膜進(jìn)行曝光和顯影以形成放射性物質(zhì)敏感膜圖形的工序。
9.如權(quán)利要求8中所述的膜形成方法，其特征在于根據(jù)上述放射性物質(zhì)敏感膜圖形的線邊緣粗糙度與上述積的依存性來決定上述規(guī)定值。
10.一種基板處理裝置，其特征在于具備處理容器，收藏在表面上已形成了包含涂敷型薄膜形成物質(zhì)和溶劑的液狀的涂敷膜的被處理基板；在上述處理容器內(nèi)設(shè)置的、控制上述被處理基板的溫度的機(jī)構(gòu)；向上述處理容器內(nèi)供給包含水分的氣體的供給機(jī)構(gòu)；控制從上述供給機(jī)構(gòu)供給的氣體中包含的水分量的機(jī)構(gòu)；對上述處理容器內(nèi)的氣體進(jìn)行排氣的機(jī)構(gòu)；以及控制上述處理容器內(nèi)的溫度的機(jī)構(gòu)，在上述涂敷膜的膜厚變動大致結(jié)束了后到對上述涂敷膜進(jìn)行上述溶劑的除去和使上述涂敷型薄膜形成物質(zhì)發(fā)生非可逆的反應(yīng)用的加熱處理為止的期間內(nèi)，收藏上述被處理基板。
11.如權(quán)利要求10中所述的基板處理裝置，其特征在于上述基板保持裝置可同時保持1片或多片上述被處理基板。
12.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于使用了權(quán)利要求1中所述的膜形成方法。
全文摘要
本發(fā)明的目的是抑制多層抗蝕劑工藝中的上層抗蝕劑膜的倒塌。其解決方案是，在包含對被處理基板的主面供給含有涂敷型薄膜形成物質(zhì)和溶劑的液體以形成液狀的涂敷膜的工序，以及對上述涂敷膜進(jìn)行上述溶劑的除去和使上述涂敷型薄膜形成物質(zhì)發(fā)生非可逆的反應(yīng)用的加熱處理以形成固形的薄膜的工序的成膜方法中，使在上述涂敷膜的膜厚變動大致結(jié)束后到開始上述加熱處理為止的待機(jī)時間與上述涂敷膜表面附近的每單位體積的水分量的積為大于等于規(guī)定值。
文檔編號G03F7/11GK1641833SQ20051000215
公開日2005年7月20日 申請日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者加藤寬和, 竹石知之, 伊藤信一 申請人:株式會社東芝