[发明专利]曝光方法

说明书

技术领域

本发明涉及图形形成方法，具体涉及在半导体器件、微型机械等制造中成为工艺掩模的微细光刻胶图形的图形形成方法。

背景技术

随着半导体器件的集成度增高，已经提高了栅极、布线和连接孔图形的精细程度。用光刻法形成的光刻胶图形作掩模，腐蚀各个底膜，形成这些图形。光刻法包括源光刻胶，图形曝光和显影处理等步骤。用下式(1)表示这样制成的光刻胶图形的最小线宽R：

R＝K1×λ/NA         (1)式中K1是工艺常数，λ是曝光用的光的波长，NA是投影透镜的数字孔径。

从式(1)看到，缩短曝光光波长λ和增大投影透镜的数字式孔径能有效提高光刻胶图形的精细程度(即使最小线宽变细的程度)。因此，近年来已开发出诸如有高数字式孔径的曝光设备的投影透镜，因此，光刻图形曝光中用的光的波长已缩到水银灯的g线(波长λ为436nm)，i线(波长λ为356nm)，KrF准分子激光(波长λ为248nm)，和ArF准分子激光(波长λ为193nm)。

此外，为了进一步提高光刻胶图形的精细程度，不仅是分辨率而且曝光的焦深的增大均很重要。即，对应衬底的散焦范围，透镜相差，光刻胶厚度和曝光设备的聚焦调整等都是必需的。焦深d用下式表示(2)表示，

d＝K2×λ/(NA)²                 (2)    式中K2是工艺常数，λ是曝光用光的波长，NA是投影透镜的数字式孔径。

从式(2)看到，缩短曝光光的波长能有效增大焦深d。另一方面，看到增大投影透镜的数字式孔径NA能提高分辨率，减小焦深。

因此，为了补偿因投影透镜的数字式孔径增大造成的焦深减小，必须用其它方式来增大焦深。其中一种方式是，把光刻胶形成薄膜，增大式(2)中的工艺常数K2。此外，使光刻胶膜变薄还能有效抑制显影时由于表面张力造成的图形缺陷。

但是，光刻胶做薄时，会担心要处理的膜作为底层腐蚀时光刻胶膜的厚度不够。因此，用光刻胶材料的耐腐蚀性来确定光刻胶层的薄度极限。此外，光刻胶做薄时，用底层反射光与入射光之间的干扰，即增大所谓的驻波效应，来调整光刻胶中的光吸收量。为了抑制底层反射光的影响，通常设置用CVD(化学汽相淀积)法形成的有机抗反射膜或抗反射膜作为光刻胶膜的下层。但是，用抗反射膜来防止由于光刻胶膜变薄造成的驻波效应的方法中，由于抗反射膜也需要腐蚀，所以光刻胶也必须加厚，因而由此来确定光刻胶的薄度极限。

因此，正如T.Azuma et al all″resist design for resolution limit ofKrF imaging towards 130nm lithography″J.Vac.Sci.Technol.B16，3734(1998)中所公开的方法中，在要处理的膜上使用CVD法形成的氮化硅膜、多晶硅膜、或非晶硅膜作为层间膜，经过该层间膜腐蚀要处理的膜。即，用光刻胶图形作掩模腐蚀要处理的膜，而且用该层间膜作掩模腐蚀要处理的膜。用对要处理的膜有高腐蚀选择率的膜作层间膜。按该方法，光刻胶图形的厚度只是需要腐蚀的层间膜的厚度，因而光刻胶膜的厚度与没有层间膜的情况相比明显地变薄。

此外，日本特许公开73922/1998公开了一种方法，在衬底上形成含光-酸发生剂的光刻胶图形后，在衬底上涂敷覆盖该光刻胶图形的含与光酸反应的交联剂的光刻胶膜、在光刻胶图形与光刻胶之间的界面处发生交联反应，以生长交联层。这时，涂敷光刻胶膜后用光辐射，在光刻胶图形中产生足够的酸。按该方法，由于形成覆盖光刻胶图形的交联层，交联层的厚度加到光刻胶图形上，因此，用光刻法形成的光刻胶图形的厚度能减薄添加的厚度量。

但是，所述图形形成方法有以下缺点：

即，中间膜形成方法中必须进行膜形成步骤，如CVD法，需要有膜形成时间，清洗步骤和设层间膜的时间。而且，若层间膜留下，还会损坏器件的电性能，因此，必须在腐蚀要处理的膜后进行除去层间膜的步骤。因此增大了生产成本和加长了工艺时间。

光刻胶图形界面处形成交联层的方法中，不需要进行膜形成步骤，如不需进行CVD法，与设层间膜的方法相比，不会增大生产成本和延长工艺时间。但是，光经过含交联剂的光刻胶膜辐射光刻胶图形，在光刻胶膜中会出现光的多重干扰，因而不能使衬底整个表面上的光刻胶图形受到均匀的光辐射。因此光刻胶图形中产生的酸量出现波动，因而不能在衬底平面中的光刻胶图形界面处均匀形成交联层的膜厚。而且不能达到交联层构成的第2光刻胶图形的尺寸精度。引起衬底平面中的光刻胶图形波动。用该第2光刻胶图形处的底层也不能达到尺寸精度。