TWI274966B - Process for forming a photoresist pattern improving resistance to post exposure delay effect - Google Patents

Description

1274966 A7 B7 五、發明說明（I ) 本發明之頜域 本發明是關於一種在半導體裝置的製造中形成光阻劑 圖案的方法。更特別是’本發明係關於一種用於形成微細 光阻劑圖案的方法’其藉由於半導體基板上塗覆光阻劑組 成物時，控制光阻劑組成物之溫度以改良圖案對，，後曝光延 遲效應”的阻抗力。 本發明之背景 在形成半導體裝置的微影方法中，解析度係取決於光 源的波長-波長愈短，則可形成的圖案愈微細。 近來，爲了在使用於製備半導體裝置之微影方法中的 微細成像方法中，達到高的靈敏度，已硏究與深紫外光源 使用的化學放大型光阻劑（”DUV光阻劑”）。此類光阻劑 係藉混合一光酸產生劑和具有酸不安定基的母質樹脂聚合 物來製備以形成可塗佈在基板上，例如矽晶圓上的光阻劑 組成物。 根據此類光阻劑之反應機構，當經由光源照光時，該 光酸產生劑會產生酸，並且樹脂的主鏈或分支鏈和所產生 的酸反應以分解或交聯。該樹脂的極性改變，引起在顯影 溶液中曝光部分和未曝光部分之間的溶解度差異，而形成 預定圖案。 一般而言，可接受的光阻劑（在本文中有時縮寫爲 ”PR”），必須滿足像是優良的抗蝕刻性、耐熱性、和黏著 性的各種要求，且更佳地，應具有在2.38wt%四甲基氫氧 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1274966 A7 B7 五、發明說明（1 ) 化銨（TMAH)之水溶液中顯影的能力。然而，要合成能 滿足所有這些要求的聚合物是非常困難的。例如，可以容 易地合成具有聚丙烯酸酯主鏈的聚合物，但是其具有不良 的抗蝕刻性，並在顯影過程中有困難。爲了確保抗蝕刻性 ，考慮在PR聚合物的主鏈中增加一脂環族單元。然而， 在這個例子中，在製造半導體的方法中產生另一個實際問 題。亦即，經由光阻劑曝光所產生的酸可能和周圍的胺化 合物反應，並因此降低了在曝光和後曝光烘烤（“後曝光延 遲效應”）之間的持續時間。因此，所產生的圖案可能變形 ，或者所形成的圖案可能有T形（即圖案的”T-頂（T-topping)”）。在製造環境中，應儘量減少胺的濃度，因爲 當周圍的胺濃度高於30PPb時，這些現象變得更嚴重。’ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲了克服這些現象，在習知技術中描述過一些方法； 例如，⑴將胺加至PR組成物中，⑺將”新鮮(sweet)”光酸 產生劑加到PR組成物中（參見Frank Houlihan et al·， Journal of Photopolymer Science and Technology，Vol. 11， Νο·3，1998，419-430)，和（3)改良PR樹脂本身（參見J· Byers et al·， Journal of Photopolymer Science and Technology，Vol_ll，Νο·3，1998，465 — 474)。然而，這些 方法需要額外的方法以控制周圍中的胺濃度，因爲其僅當 周圍中的胺濃度小於5 ppb時有效，因此造成高製造成本 本發明之槪要 4 本紙張尺^適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1274966 A7 B7 五、發明說明（4) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明的目的是爲了克服上述的缺點，並且提供一種 在半導體裝置的製造中形成微細光阻劑圖案的方法。本發 明的方法藉由於半導體基板上塗覆光阻劑組成物時，控制 光阻劑組成物之溫度以改良圖案對”後曝光延遲效應，，的阻 抗力。 圖式簡單說明 圖1顯示在比較例1中得到的光阻劑圖案。 圖2顯示從本發明的具體實施例中得到的光阻劑圖案 〇 本發明之細節說明 . 用於形成光阻劑圖案的一般方法，其包含下列步驟（a )在較佳爲以矽製成之晶圓上塗佈一光阻劑組成物，（b) 利用曝光器，將經塗佈之晶圓對圖案光線曝光，且（c)將 經曝光晶圓顯影。在本發明中，當光阻劑組成物塗佈在晶 片上時，提高該光阻劑組成物的溫度高於室溫。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 用於形成光阻層的光阻劑組成物，在塗佈前通常保持 在室溫，即20°C到25°C。然而，根據本發明，例如，藉由 在輸送組成物到旋轉塗覆機之噴嘴之期間的管線內（in-line)加熱器，將該光阻劑組成物加熱到30°C-80°C，然後 旋轉塗覆在晶圓上以增強其抗後曝光延遲效應。 爲了利用上面的方法來形成光阻劑圖案，經加熱的光 阻劑被旋轉塗覆在矽晶圓上，並且”軟烘烤”，即在約150 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） 1274966 A7 B7 五、發明說明（5) ，並因此被塗佈在更緊密之堆積結構中，藉此在塗佈層之 分子間產生很少或沒有間隙，並即使有後曝光延遲，也提 供良好的光阻劑圖案。 較佳具體實施例之詳述 本發明將參考下面的實施例作更詳細的說明，但應瞭 解，本發明並不被該等實施例所限制。 在所有下列的實施例中，周圍胺類的濃度保持在 35ppb 〇 比較例1 將（i)只包含脂環族單元之下列化學式1的樹脂’（lg )，以及（ii)光酸產生劑三苯基銃三氟甲烷磺酸鹽 (0.012g)，溶解於（iii)丙二醇甲醚醋酯（7g)，來得到 光阻劑組成物。 <化學式1>

其中a、b、c和d，各自代表每個共單體之相對數量 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

1274966 A7 一 B7 五、發明說明（b ) 在室溫下（23°C)，將光阻劑組成物旋轉塗覆於以六 甲基二矽氨烷（HMDS)預處理的晶圓上，並且在150°C下 烘烤90秒。在烘烤過後，使用ArF雷射曝光器，將20個 晶粒進行曝光，對於個別連續的晶粒增加lmJ/cm2的曝光 能量，其係從l〇mJ/cm2到29mJ/cm2。在10分鐘的延遲之 後，在H(TC下、再烘烤該晶粒90秒。 當完成烘烤後，在2.38wt%的四甲基氫氧化銨（ TMAH)水溶液中顯影晶圓。所產生的圖案被變形或呈現 T-頂，例如圖1所示，因爲經由曝光所產生的酸，被環境 中存在的胺類移去了。 比較例2 重複根據比較例1的步驟，但在旋轉塗覆期間，該光 阻劑組成物的溫度被提高到82°C來取代室溫。結果，因爲 在82°C下，PR組成物中溶劑的快速揮發，使得在該塗佈 的PR層所形成的圖案中，產生針形的缺陷。 發明實例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將（i)只包含脂環族單元之上述化學式1的樹脂（lg )，以及（ii)光酸產生劑三苯基毓三氟甲烷磺酸鹽（ 0.012g)，溶解於（iii)丙二醇甲醚醋酸酯（7g)，來得 到光阻劑組成物。 將該光阻劑組成物旋轉塗覆於以HMDS預處理的晶圓 上，在當其到達噴嘴之前，將該組成物的溫度分別提高到 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1274966 A7 B7 五、發明說明（Π ) 40°C和50°C。然後在150°C下，烘烤該塗佈的晶片90秒。 在烘烤過後，使用ArF雷射曝光器，將20個晶粒進行曝 光，對於個別連續的晶粒增加ImJ/cm2的曝光能量，其係 從10mJ/cm2到29mJ/cm2。在10分鐘以及20分鐘的延遲 後，然後在l4〇°C下、再烘烤該晶粒90秒。 當完成烘烤後，在2.38wt%TMAH水溶液中顯影，而 得到滿意的〇·15和0.13/zm的L/S圖案，如圖2所示。 這些結果間接確定了 ：由本發明所產生的PR聚合物 分子之形狀，爲剛性桿、橢圓或螺旋形，因爲這些形狀和 對後曝光延遲效應穩定的良好微影圖案有關。經由加熱該 PR組成物，該PR聚合物分子呈現一形狀以當塗佈如PR 層時，降低該PR聚合物分子之間的間隙，因而防止胺類 滲入該塗佈PR層。 此外，因爲只藉由提高了在塗佈期間該PR組成物的 溫度，就可得到優良的PR圖案，本發明降低了微影方法 的成本。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1274966 A8 B8 C8 D8 I丄 t、申請專利範圍 1·一種用於形成光阻劑圖案之方法，其包含下列步驟: (a)旋轉塗佈一被加熱到30°C到80°C的光阻劑組成物到 晶圓上，（b)利用曝光器，將經塗佈之晶圓曝光，並且（ c)將經曝光之晶圓顯影。 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中該光阻劑組成 物的溫度在塗佈前保持在20°C到25°C。 3·如申請專利範圍第1項之方法，其中在輸送光阻劑 組成物到用於旋轉塗佈該組成物在晶圓上的噴嘴期間，經 由加熱器加熱光阻劑組成物到30°C-80°C。 4·如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括在步 驟（b)之前和/或之後的烘烤步驟。 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中該烘烤步驟是 在100°C到200°C的溫度下完成。 6·如申請專利範圍第1項之方法，其中該曝光步驟（b )是由使用ArF、KrF、E-束、X-射線、離子束、EUV或 DUV光源以進行。 7·如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（b)是藉 由以1到30mJ/cm1 2的曝光能量以輻射該塗佈的晶圓而進行 的。 8·如申請專利範圍第1項之方法，其中該顯影步驟是 藉由使用鹼性顯影溶液以進行。 9·如申請專利範圍第8項之方法，其中該鹼性顯影溶 液爲2.38wt%或2.5wt%TMAH (四甲基氫氧化錢）水溶液 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線—座 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1274966 A8 B8 C8 D8t、申請專利範圍l〇.如申請專利範圍第1項之方法，其中該光阻劑組成 物包括只含有脂環族單元的聚合物。11. 一種由根據申請專利範圍第1項之方法所製造之半 導體元件。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 蠡 — — — — — — — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）