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CN1797198A - 光致抗蚀剂图案的形成方法以及修整方法 - Google Patents

光致抗蚀剂图案的形成方法以及修整方法 Download PDF

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CN1797198A
CN1797198A CN 200410082014 CN200410082014A CN1797198A CN 1797198 A CN1797198 A CN 1797198A CN 200410082014 CN200410082014 CN 200410082014 CN 200410082014 A CN200410082014 A CN 200410082014A CN 1797198 A CN1797198 A CN 1797198A
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CN
China
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patterning
treatment step
solution treatment
photoresist method
alkaline solution
Prior art date
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Pending
Application number
CN 200410082014
Other languages
English (en)
Inventor
吴得鸿
张圣岳
黄正惠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
United Microelectronics Corp
Original Assignee
United Microelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

一种形成光致抗蚀剂图案的方法,此方法是首先在衬底上形成光致抗蚀剂层,之后对光致抗蚀剂层进行一曝光工艺。接着,进行一显影工艺以使光致抗蚀剂层形成一图案化光致抗蚀剂层。然后,对此图案化光致抗蚀剂层进行多重修整步骤,其中此多重修整步骤包括进行至少一次的碱性溶液处理步骤以及/或是至少一次的中性溶液处理步骤,以改善光致抗蚀剂图案的轮廓粗糙度、特征尺寸均匀度以及特征尺寸缩小化。

Description

光致抗蚀剂图案的形成方法以及修整方法
技术领域
本发明涉及一种光刻工艺,尤其涉及一种形成光致抗蚀剂图案的方法以及修整光致抗蚀剂图案的方法。
背景技术
在要求电路集成化越来越高的情况下,整个电路元件大小的设计也被迫往尺寸不停缩小的方向前进。而整个半导体工艺中最举足轻重的可以说是光刻(Photolithography)步骤了,凡是与金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor;MOS)元件结构相关的,例如:各层薄膜的图案(Pattern),及掺有掺杂剂(Dopants)的区域,都是由光刻这个步骤来决定的。而光刻的基本工艺也就是由光致抗蚀剂涂覆(Coating)、曝光(Exposure)及显影(Development)等三大步骤所构成的。
整个光刻的工艺从涂覆光致抗蚀剂到显影等步骤的流程,大致由:去水烘烤(Dehydration)、涂底(Priming)、光致抗蚀剂涂覆(Coating)、软烤(SoftBake)、曝光、曝光后烘烤、显影、硬烤(Hard Bake)等步骤所构成。其中,曝光的主要目的就是要使晶片表面所覆盖的光致抗蚀剂层吸收适当的能量以便进行光化转换。经过曝光及曝光后烘烤的光致抗蚀剂层,便可以进行显影,将晶片表面部分经过曝光的光致抗蚀剂层,通过化学上的中和反应加以清除,以便将光致抗蚀剂层所转移的潜在图案显现出来。
请参照图1A至图1C,图1A至图1C所绘示的是现有形成光致抗蚀剂图案的方法的流程剖面示意图。
首先,请参照图1A,衬底100上已形成有材料层102,之后在材料层102上形成一光致抗蚀剂层104。
然后,请参照图1B,在光致抗蚀剂层上设置一掩模106,其中掩模106具有透光区106a与未透光区106b。然后对光致抗蚀剂层104进行一曝光工艺108,以于光致抗蚀剂层104中形成曝光部104a以及未曝光部104b。其中曝光部104a因受光的照射会产生光化学反应。
之后,请参照图1C,对曝光后的光致抗蚀剂层104进行一显影工艺,以移除光致抗蚀剂层104中的曝光部104a,保留下未曝光部104b,而形成一图案化光致抗蚀剂层105。
然而,上述形成图案化光致抗蚀剂层105的工艺具有下述问题:
随着元件尺寸的缩小化,光刻工艺中元件特征尺寸的精确度以及均匀度的控制将更加的困难。除此之外,当曝光工艺108在进行时,部分没有被光致抗蚀剂吸收的光,会因反射(Reflect)而与入射的光波产生干涉(Interference)。将使得光致抗蚀剂层104接受曝光的强度不均匀,所以经显影后,形成的图案化光致抗蚀剂层105的轮廓会产生不平整,或是图案粗糙的现象。另外,当光束透过掩模106上的图案投影在光致抗蚀剂层104上时,一方面由于光束会产生散射现象而使得光束被扩大。另一方面,光束也会产生干涉的现象,因此会重复曝光,而改变在光致抗蚀剂层104上实际的曝光量,因此会降低图案转移时特征尺寸(Critical Dimension,CD)的精确度,而影响特征尺寸。
此外,掩模106表面因长久的使用而沾上微粒,进行曝光时,转移到光致抗蚀剂层104上的图案,其解析度会较差,而使得形成的图案化光致抗蚀剂层105轮廓产生不平整,或是图案粗糙的现象。此现象的产生将会使得特征尺寸的控制不佳,及蚀刻后监视(After Etching Inspection,AEI)偏差等问题,而无法得到正确的图案。
另外,在显影工艺时,会移除光致抗蚀剂层的曝光部。而未经曝光的光致抗蚀剂层也可能会被显影液所侵蚀,而造成图案化光致抗蚀剂层的轮廓不平整,且同样也会影响特征尺寸精确度以及特征尺寸均匀度。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种形成光致抗蚀剂图案的方法,以改善图案化光致抗蚀剂层轮廓的不平整或粗糙程度,并且使光致抗蚀剂层具有较为精确的图案。
本发明的另一目的是提供一种修整光致抗蚀剂图案的方法,能够使光致抗蚀剂图案的特征尺寸缩小化,并且提高特征尺寸均匀度(CriticalDimension Uniformity,CDU)。
本发明提出一种形成光致抗蚀剂图案的方法,此方法是首先在衬底上形成光致抗蚀剂层,之后对光致抗蚀剂层进行一曝光工艺。接着,进行一显影工艺以使光致抗蚀剂层形成一图案化光致抗蚀剂层。然后,对此图案化光致抗蚀剂层进行一多重修整步骤,其中此多重修整步骤包括进行至少一次的碱性溶液处理步骤以及/或是至少一次的中性溶液处理步骤。
本发明还提出一种修整光致抗蚀剂图案的方法,此方法包括对图案化光致抗蚀剂层进行一多重修整步骤,其中此多重修整步骤包括进行至少一次的碱性溶液处理步骤以及/或是至少一次的中性溶液处理步骤,以修整光致抗蚀剂图案。
利用本发明的方法来形成光致抗蚀剂图案或是修整光致抗蚀剂图案可使光致抗蚀剂图案的轮廓较为平整,且能改善线条边缘粗糙度。另外也可较精确的控制特征尺寸,以及提高特征尺寸均匀度。
为了让本发明的上述和其他目的、特征及优点能更明显易懂,下文特举一优选实施例,并配合附图,作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1C所绘示的是现有形成光致抗蚀剂图案的方法的流程剖面示意图;
图2A至图2D所绘示的是本发明优选实施例的形成光致抗蚀剂图案的方法以及修整光致抗蚀剂图案的方法的流程剖面示意图。
具体实施方式
图2A至图2D所绘示的是本发明优选实施例的形成光致抗蚀剂图案的方法以及修整光致抗蚀剂图案的方法的流程剖面示意图。
首先,请参照图2A,衬底200上已形成有材料层202,此材料层202例如是导电层或非导电层,导电层例如是金属层或多晶硅层;非导电层例如是氮化硅层、氧化硅层或其他介电材料层。之后,在材料层202上形成光致抗蚀剂层204,其中光致抗蚀剂层204的材质例如是由树脂、感光剂及溶剂所混合而成的感光材料,而形成光致抗蚀剂层204的方法例如是首先对材料层202进行旋转涂布法(spin coating),将感光材料涂布在材料层202上,再进行一软烤的步骤,以移除感光材料中的溶剂,使原本是液态的感光材料成为固态的光致抗蚀剂层。
然后,请参照图2B,在光致抗蚀剂层上设置掩模206,其中掩模206有透光区206a与未透光区206b。然后对光致抗蚀剂层204进行曝光工艺208,其中于曝光工艺208中所使用的曝光光源例如是i线、氟化氪激光、氟化氩激光、氟激光或是其他已知的曝光光源,以于光致抗蚀剂层204中形成曝光部204a以及未曝光部204b。上述的曝光部204a因受光的照射会产生光化学反应。
之后,请参照图2C,进行显影工艺,其例如是使先前经曝光的光致抗蚀剂层204浸泡在显影剂中,以移除光致抗蚀剂层204中的曝光部204a,保留下未曝光部204b,而形成图案化光致抗蚀剂层205。其中,显影剂例如是碱性液体,其例如是有机碱,而有机碱可例如是四甲基氢氧化铵(TMAH)。由图2C可知,经由上述的曝光工艺以及显影工艺之后所形成的图案化光致抗蚀剂层205会有图案轮廓粗糙的现象。而且,图案化光致抗蚀剂层205的特征尺寸也不一定能精确的控制。此外,图案化光致抗蚀剂层205的特征尺寸均匀度也可能不佳。
因此本发明于进行曝光工艺以及显影工艺之后,还包括对此图案化光致抗蚀剂层205进行一多重修整步骤,以形成光致抗蚀剂图案205a,如图2D所示。其中此多重修整步骤包括进行至少一次的碱性溶液处理步骤以及/或是至少一次的中性溶液处理步骤。在一实施例中,碱性溶液处理步骤的碱性溶液例如是有机碱,而有机碱可例如是四甲基氢氧化铵,其pH值低于显影工艺的显影剂的pH值,其pH值例如是介于8~14。而中性溶液处理步骤的中性溶液例如是水、界面活性剂或是其混合物。其中,中性溶液的界面活性剂例如是乙炔二元醇(Acetylene Diol),其pH值大于5。
更详细而言,上述的碱性溶液处理步骤是将图2C中所形成的图案化光致抗蚀剂层205以及底下的材料层202与衬底200整个浸入装有碱性溶液的环境中,例如是装有碱性溶液的容器中,并利用碱性溶液对图案化光致抗蚀剂层205粗糙的轮廓进行修整,以使其轮廓较平滑,以形成光致抗蚀剂图案205a(如图2D所示)。同样地,上述的中性溶液处理步骤为将图2C中所形成的图案化光致抗蚀剂层205以及底下的材料层202与衬底200整个浸入装有中性溶液的环境中,例如是装有中性溶液的容器中,并利用中性溶液对图案化光致抗蚀剂层205粗糙的轮廓进行修整,以使其轮廓较平滑,以形成光致抗蚀剂图案205a(如图2D所示)。
在本发明上述的实施例中,所谓的多重修整步骤,可以是连续进行两次相同的溶液处理步骤,例如是进行一次碱性溶液处理步骤后,再进行一次碱性溶液处理步骤;或是进行一次中性溶液处理步骤后,再进行一次中性溶液处理步骤。也可以是进行两次不同的溶液处理步骤,首先进行一次碱性溶液处理步骤,再进行一次中性溶液处理步骤;或首先进行一次中性溶液处理步骤,再进行一次碱性溶液处理步骤。甚至是,交互进行多次的中性溶液处理步骤以及多次的碱性溶液处理步骤。直到达到所想要的光致抗蚀剂图案轮廓的平整性、精确控制特征尺寸及特征尺寸的均匀度。
另外,本发明在进行一多重修整步骤时,还包括进行一加热处理,以使上述的多重修整步骤中所使用的溶液能达成连锁反应,而上述的加热处理的温度在约90℃~150℃之间,更佳的是其温度可设定在约110℃~130℃之间以帮助进行多重修整步骤。
在上述图2A至图2D的实施例中,光致抗蚀剂层204是采用正光致抗蚀剂为例以详细说明的,然而本发明并不限定于此,本发明还可以应用于负光致抗蚀剂的光刻工艺。也就是说,本发明还可以对负光致抗蚀剂层进行多重修整步骤,以改善其光致抗蚀剂图案轮廓的平整性、精确控制特征尺寸以及特征尺寸的均匀度。
在图2D之后,便可以利用光致抗蚀剂图案205a作为蚀刻掩模或离子注入掩模,以对光致抗蚀剂图案205a底下的材料层202进行蚀刻工艺或是离子注入工艺。
综上所述,本发明对图案化光致抗蚀剂层进行多重修整步骤,其是通过碱性或/及中性溶液处理步骤,以对图案化光致抗蚀剂层的轮廓进行修整,因而能降低光致抗蚀剂图案的轮廓粗糙度。另外,修整图案化光致抗蚀剂层也可精确的控制特征尺寸,而且也能提高特征尺寸的均匀度。
虽然本发明已经以优选实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的前提下,可作各种修改与变化,因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

Claims (25)

1.一种形成光致抗蚀剂图案的方法,包括:
在一衬底上形成一光致抗蚀剂层;
对该光致抗蚀剂层进行一曝光工艺以及一显影工艺,以形成一图案化光致抗蚀剂层;以及
对该图案化光致抗蚀剂层进行一多重修整步骤,其中该多重修整步骤包括进行至少一次的碱性溶液处理步骤以及/或是至少一次的中性溶液处理步骤。
2.如权利要求1所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该多重修整步骤包括:
首先进行至少一次的该碱性溶液处理步骤;以及
再进行至少一次的该中性溶液处理步骤。
3.如权利要求1所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该多重修整步骤包括:
首先进行至少一次的该中性溶液处理步骤;以及
再进行至少一次的该碱性溶液处理步骤。
4.如权利要求1所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该多重修整步骤包括:
连续进行两次碱性溶液处理步骤。
5.如权利要求1所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该多重修整步骤包括:
连续进行两次中性溶液处理步骤。
6.如权利要求1所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该多重修整步骤包括:
交互进行多次的该中性溶液处理步骤以及多次的该碱性溶液处理步骤。
7.如权利要求1所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,还包括对该图案化光致抗蚀剂层进行该多重修整步骤时进行一加热处理,且该加热处理的温度是介于90℃~150℃。
8.如权利要求1所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该碱性溶液处理步骤的碱性溶液的pH值是低于该显影工艺的显影液的pH值。
9.如权利要求1所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该碱性溶液处理步骤的碱性溶液包括有机碱。
10.如权利要求1所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该中性溶液处理步骤的该中性溶液包括水、一界面活性剂或是其混合物。
11.如权利要求10所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该界面活性剂包括乙炔二元醇。
12.如权利要求10所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该界面活性剂的pH值小于5。
13.如权利要求1所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该显影工艺的显影液包括有机碱。
14.一种修整光致抗蚀剂图案的方法,包括:
进行至少一次的碱性溶液处理步骤以及/或是至少一次的中性溶液处理步骤,以修整一光致抗蚀剂图案。
15.如权利要求14所述的修整光致抗蚀剂图案的方法,其中该方法包括:
首先进行至少一次的该碱性溶液处理步骤;以及
再进行至少一次的该中性溶液处理步骤。
16.如权利要求14所述的修整光致抗蚀剂图案的方法,其中该方法包括:
首先进行至少一次的该中性溶液处理步骤;以及
再进行至少一次的该碱性溶液处理步骤。
17.如权利要求14所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该多重修整步骤包括:
连续进行两次碱性溶液处理步骤。
18.如权利要求14所述的形成光致抗蚀剂图案的方法,其中该多重修整步骤包括:
连续进行两次中性溶液处理步骤。
19.如权利要求14所述的修整光致抗蚀剂图案的方法,其中该方法包括:
交互进行多次的该中性溶液处理步骤以及多次的该碱性溶液处理步骤。
20.如权利要求14所述的修整光致抗蚀剂图案的方法,还包括进行一加热处理,且该加热处理的温度是介于90℃~150℃。
21.如权利要求14所述的修整光致抗蚀剂图案的方法,其中该碱性溶液处理步骤的碱性溶液包括有机碱。
22.如权利要求21所述的修整光致抗蚀剂图案的方法,其中该碱性溶液处理步骤的碱性溶液的pH值是介于8~14。
23.如权利要求14所述的修整光致抗蚀剂图案的方法,其中该中性溶液处理步骤的该中性溶液包括水、一界面活性剂或是其混合物。
24.如权利要求23所述的修整光致抗蚀剂图案的方法,其中该界面活性剂包括乙炔二元醇。
25.如权利要求23所述的修整光致抗蚀剂图案的方法,其中该界面活性剂的pH值小于5。
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CN103123444A (zh) * 2013-03-12 2013-05-29 上海集成电路研发中心有限公司 一种光刻工艺的显影方法
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