专利名称：膜形成方法和基板处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在半导体衬底或液晶显示装置(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装置。
背景技术：
近年来，对LSI的高集成化的要求越来越高，伴随于此，在半导体光刻技术中要求形成小于等于100nm的微细的器件图形那样的精度非常高的加工技术。因此，在图形曝光装置中，通过从KrF→ArF→F2那样实现在曝光中使用的受激准分子激光器的波长的短波长化，使解像度不断地提高。另一方面，随着微细化的进展，不能忽视抗蚀剂膜的图形倒塌。因此，使用了通过减薄化学放大型抗蚀剂的膜厚来防止图形倒塌的多层抗蚀剂工艺。
但是，另一方面，抗蚀剂等的各种膜厚的薄膜化不断进展，用于经常稳定地形成所希望的膜质的薄膜的成膜技术变得越来越困难。例如，即使在上述的多层抗蚀剂工艺中，如果在批次间产生很少量的抗蚀剂工艺的起伏，则在SOG膜的上层形成的抗蚀剂图形发生倒塌(剥离)的情况也越来越成为问题。关于这一点，在专利文献1中报告了对SOG膜表面一度进行了疏水化处理后通过形成化学放大型抗蚀剂来抑制抗蚀剂图形的剥离的技术。但是，虽然这样做对于抗蚀剂图形剥离的抑制可看到一定的效果，但未能充分地改善所形成的SOG膜的膜质。
本发明是为了改善该问题的发明，可形成通常稳定的膜质的SOG膜，可在抗蚀剂图形不被剥离的情况下形成图形。
专利文献1特开平6-84787号公报
发明内容
如上所述，在多层抗蚀剂工艺中存在上层的抗蚀剂图形发生倒塌的问题。
本发明的目的在于提供能抑制多层抗蚀剂工艺中的上层抗蚀剂膜倒塌的膜形成方法。
为了达到上述目的，本发明如以下那样来构成。
与本发明的一例有关的膜形成方法包含对被处理基板的主面供给含有涂敷型薄膜形成物质和溶剂的液体以形成液状的涂敷膜的工序，以及对上述涂敷膜进行上述溶剂的除去和使上述涂敷型薄膜形成物质发生非可逆的反应用的加热处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变动大致结束了后到开始上述加热处理为止的待机时间与上述涂敷膜表面附近的每单位体积的水分量的积为大于等于规定值。
如以上已说明的那样，按照本发明，在从形成液状的涂敷膜之后到进行加热处理为止的期间内，使薄膜在大于等于某个规定值的时间内待机，通过使涂敷膜中的溶剂以某种程度挥发了之后进行加热处理，可形成致密的薄膜。而且，如果使水分接触涂敷膜表层，则涂敷膜表层进行水解，树脂的分子量减小。由此，可将薄膜表层改质为更致密的结构。其结果，可抑制与在薄膜上形成的膜的反应。
图1是示出与第1实施例有关的图形形成方法的剖面图。
图2是示出与第1实施例有关的图形形成方法的剖面图。
图3是示意性地示出以往的3层抗蚀剂工艺中的图形形成时的图形剥离的剖面图。
图4是将对于处理时间的剥离临界值尺寸对各湿度描绘曲线的图。
图5是示意性地示出因抗蚀剂强度不足产生的抗蚀剂图形折弯现象的图。
图6是示出与第2实施例有关的图形形成方法的次序的剖面图。
图7是示出将与第3实施例有关的被处理基板11安装在膜质控制部50中的状态的图。
图8是示出与第5实施例有关的图形形成方法的次序的图。
图9是示出与第5实施例有关的图形形成方法的次序的图。
图10是示出SOG膜涂敷结束后在膜质控制部内的处理时间与线边缘粗糙度的关系的图。
符号说明11...被处理基板，12...防反射膜，13...自旋卡盘，14...处理液供给喷嘴，15...SOG膜溶液，16...SOG溶液膜，17...SOG膜，18...抗蚀剂膜，19...线和间隔图形具体实施方式
以下参照
本发明的实施例。
(第1实施例)在本实施例中，说明在3层抗蚀剂工艺中在作为中间膜的SOG膜上使用本发明的成膜方法形成了抗蚀剂图形的情况。
图1和图2是示出与第1实施例有关的图形形成方法的剖面图。
首先，如图1(a)中所示，在被处理基板11上用旋转涂敷法涂敷了涂敷型防反射膜用涂敷材料后，通过在300℃、120秒的条件下进行加热形成膜厚300nm的防反射膜12。此外，在防反射膜12中例如使用了由碳构成的Spunon C。
如图1(b)中所示，使被处理基板11保持在自旋卡盘13上。然后，与自旋卡盘13一起使被处理基板11旋转，同时，在被处理基板11上，从由未图示的可动臂支撑的处理液供给喷嘴14将SOG膜溶液15喷出防反射膜12上。然后，如图1(c)中所示，利用被处理基板11的旋转，在被处理基板上形成SOG溶液膜16。SOG溶液膜16的膜厚在旋转的初期较大地减少，但随着溶剂的挥发，膜厚的变化变得缓慢，不久几乎不变动。通常，为了使处理效率最大化，如果膜厚变动结束，就立即将被处理基板运送到加热处理部，但在本实施例中，在SOG溶液膜16的膜厚变动大致结束之后，使自旋卡盘13的旋转停止，在25℃、25秒的期间内使被处理基板11处于待机状态。再有，此时的被处理基板11附近的湿度为40％。
在此，在后面形成的抗蚀剂膜与SOG膜的界面上产生的图形剥离中，在涂敷处理部内SOG涂敷膜与多少水分量反应了这一点变得重要。在被处理基板附近存在的每单位体积的水分量可用下述的式1来求出。水分量(mg/L)＝处理温度下的饱和水蒸气量(mg/L)×湿度(％)...(1)在本实施例的情况下，根据式(1)，是23.04×0.4＝9.22(mg/L)。
而且，与SOG膜反应的水分量可用由式(1)表示的水分量与处理时间的积来表示。由此，与SOG膜接触的水分量可定为下述的式(2)9.22(mg/L)×25(s)＝230.4(mg·s/L)...(2)在涂敷处理部中结束了处理后，如图2(e)中所示，将被处理基板11运送到加热处理部，在热板17上在350℃、120秒的条件下进行加热，形成膜厚50nm的SOG膜18。
其后，如图2(f)中所示，在SOG膜18上用旋转涂敷法涂敷了ArF光(波长193nm)用化学放大型正型抗蚀剂后，在120℃、60秒的条件下进行加热，形成膜厚200nm的抗蚀剂膜19。
其次，使用ArF受激准分子激光器，经曝光用原版对图形进行缩小投影曝光。在130℃、60秒的条件下对该基板进行加热处理，运送到显影装置。在显影装置中，在被处理基板上供给显影液，在30秒的显影后，一边使被处理基板旋转，一边供给纯水，进行反应的停止和清洗，利用自旋干燥，使被处理基板干燥。通过进行这些处理，如图2(g)中所示，形成半间距为90nm的1∶1的线和间隔(line and space)图形19。
在用扫描电子显微镜(SEM)观察由以上的工序形成的抗蚀剂图形的剖面时，在1∶1的线和间隔图形19的线尺寸成为60nm之前，即使使曝光量增加，在抗蚀剂膜与SOG膜的界面上也未看到抗蚀剂图形剥离，形成了垂直的图形。再有，在不进行待机时的倒塌临界值尺寸为80nm。
另一方面，在用扫描电子显微镜(SEM)观察在SOG膜涂敷后不经过膜质控制处理立即在进行了加热处理的SOG膜上形成的抗蚀剂图形的剖面时，在1∶1的线和间隔图形中尺寸小于等于95nm的图形中，如图3中所示，可看到在抗蚀剂图形29的下端变细的现象，在抗蚀剂图形29与SOG膜的界面上多个抗蚀剂图形29发生了剥离。
如上所述，将使用在本实施例中记载的方法作成的抗蚀剂图形加工为掩摸而制作的半导体器件与不进行本处理制作的半导体器件相比，可加工更微细的图形，而且也可提高成品率。
在本实施例中，在SOG的涂敷膜的膜厚变动大致结束之后，再在湿度40％的气氛下使被处理基板待机25秒，但不限于此。本发明者进行了严密的研究，结果发现，通过将由形成SOG溶液膜的工序中的膜厚变动大致结束之后到开始对SOG溶液膜进行非可逆加热处理的工序为止的待机时间与在上述待机时间中的被处理基板附近的水分量的积{式(1)和式(2)}求出的与SOG溶液膜反应的水分量控制为大于等于200mg·s/L，可使SOG膜对于抗蚀剂膜与SOG膜的界面中的图形剥离的能力提高到最大限度。
在本实施例中，在湿度40％的情况下，与待机时间中的被处理基板附近的湿度无关，通过使待机时间为大于等于25秒，可充分地确保水分量，不发生由抗蚀剂膜与SOG膜的界面的剥离引起的抗蚀剂图形倒塌，可将SOG的性能提高到最大限度。当然，处理条件不限于湿度40％、待机时间25秒的条件。只要是满足与SOG膜反应的水分量大于等于200mg·s/L的湿度和待机时间，可以是任何的处理条件。图4是将对于处理时间的剥离临界值尺寸对各湿度描绘曲线的图。湿度越高，就可在越短的处理时间内将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况下，根据与SOG膜反应的水分量和倒塌临界值尺寸的关系适当地选择处理条件即可。通过满足以上的关系，对于纵横比为2～3的图形，可在不发生抗蚀剂膜与SOG膜的界面的剥离的情况下形成抗蚀剂图形。
此外，在小于等于60nm的图形中看到的图形的倒塌现象不是在抗蚀剂图形与SOG膜的界面上发生的图形剥离。如图5中所示，是因抗蚀剂图形39的强度不足产生的抗蚀剂的图形39的折弯。当然，在不需要最大限度的性能的情况下，可适当地降低在膜质控制部内的湿度或缩短处理时间。
根据SOG的分子结构的特征，由于在用加热处理对SOG涂敷膜进行烧固时在SOG涂敷膜中残存的溶剂挥发的同时，通过SOG分子发生交联反应而使SOG成膜，故可以说已被成膜的SOG膜成为比较多孔的结构。另一方面，在形成SOG的涂敷药液中除了SOG树脂外，为了提高药液的保存稳定性等还含有树脂以外的副成分。在含有该副成分的SOG上形成化学放大型抗蚀剂并对所希望的图形进行缩小投影曝光和显影时，SOG膜中的副成分扩散到化学放大型抗蚀剂中并溶解抗蚀剂图形底部。由此，产生图3中示出的在化学放大型抗蚀剂与SOG的界面上的抗蚀剂图形剥离。因此，在本实施例中，在形成SOG涂敷膜之后到进行加热处理为止的期间内，通过使SOG涂敷膜在大于等于某个规定值的时间内待机，通过以某种程度使SOG涂敷膜中的溶剂挥发了后进行加热处理，可形成致密的SOG膜。而且，通过SOG涂敷膜表层与水分接触，SOG分子进行水解，SOG分子的分子量变小。由此，将SOG表层改质为更致密的结构。由此，可防止在SOG中含有的副成分朝向抗蚀剂图形的扩散，作为结果，可抑制图形剥离。
这样，在本实施例中，通过求出膜厚变动大致结束之后到开始对涂敷膜进行非可逆的加热处理的工序为止的期间内与SOG膜反应的水分量与产生抗蚀剂图形的图形倒塌的尺寸的关系，抑制了SOG膜与抗蚀剂膜的界面上产生的图形剥离。但是，并不是只根据上述的关系来求出得到所希望的SOG膜的方法。即使通过着眼于不同的参数并控制这些参数，也能得到与本发明实质相同的效果。例如，除了上述的方法外，通过观察涂敷工序结束后到加热处理前的SOG涂敷膜中残存的SOG含有药液的溶剂量并控制该溶剂量，也能得到相同的效果。其结果，在加热处理前的SOG涂敷膜中的残存溶剂量越多，在线条较粗的图形中抗蚀剂图形越发生剥离，残存溶剂量越少，抗蚀剂图形越难以剥离。
这是因为，对SOG膜来说，在用加热处理对SOG涂敷膜进行烧固时，在SOG涂敷膜中残存的溶剂挥发的同时，通过SOG分子发生交联反应而使SOG成膜。因此，在SOG涂敷膜中SOG含有药液的残存溶剂量多的情况下，在加热处理时，因溶剂一边急剧地挥发一边进行交联反应，SOG膜成为更多孔的结构，在残存溶剂量少的情况下，可形成更致密的SOG膜。这样，通过设定加热处理前的待机时间或加热处理前的被处理基板附近的温度或湿度使得残存溶剂量小于等于规定值，也可与本实施例同样地控制SOG膜质。
除此以外，通过观察SOG涂敷膜的表面状态并导出该表面状态与产生抗蚀剂图形的图形倒塌的图形尺寸的关系，也可得到相同的效果。通过取得对于SOG涂敷膜的液体的接触角、SOG涂敷膜的光学常数、SOG涂敷膜的表面粗糙度和SOG涂敷膜的深度方向的化学组成与产生抗蚀剂图形的图形倒塌的尺寸的关系中的至少1个或其以上的关系，并据此形成SOG涂敷膜，可形成所希望的抗蚀剂图形。
根据SOG的分子结构的特征，由涂敷和加热处理成膜的SOG膜的密度小，可以说成为多孔的结构。另一方面，在形成SOG的涂敷药液中除了SOG树脂外为了提高药液的保存稳定性等还含有树脂以外的副成分。在含有该副成分的SOG上形成化学放大型抗蚀剂并对所希望的图形进行缩小投影曝光和显影时，SOG膜中的副成分扩散到化学放大型抗蚀剂中并溶解抗蚀剂图形底部。由此，产生图3中示出的在化学放大型抗蚀剂与SOG的界面上的抗蚀剂图形剥离。
此外，在涂敷膜形成后通过使包含水分的物质(例如海绵、布、纸等的吸湿性的物质)与涂敷膜表面接触或接近于该表面，通过使水分与SOG涂敷膜表面接触，也能得到同样的效果。控制膜质的方法不限于此，只要是在控制SOG膜的膜质方面能提供充分的水分量的方法即可，可以是任何的形态。
在本实施例中，叙述了SOG膜的情况，但本发明为有效的材料不限于此。具体地说，对于被分类为已知的SOD膜的材料也是有效的。
作为在本实施例中使用的抗蚀剂，使用了对ArF具有反应性的化学放大型抗蚀剂，但不限于此，对于其它的脂环式树脂(丙烯酸类、コマ类、混合类树脂)也能得到同等的效果。此外，对于具有芳香族化合物的树脂，也是有效的，对于具有酚醛清漆树脂的i线、g线抗蚀剂或用具有聚乙烯苯酚骨架的树脂构成的KrF抗蚀剂或电子线曝光用抗蚀剂、软x线(EUV)曝光用抗蚀剂等，也能确认其效果。
(第2实施例)在本实施例中，说明在3层抗蚀剂工艺中在作为中间膜的SOG膜上使用本发明的成膜方法形成了抗蚀剂图形的情况。
在本实施例中，说明在管理了温度和湿度的涂敷处理部内进行了涂敷处理和待机处理的实施例。再有，由于涂敷处理和待机处理以外的条件与第1实施例是同样的，故省略其说明。图6是示出与本发明的第2实施例有关的图形形成方法的次序的图。
如图6(a)中所示，将被处理基板11运送到涂敷处理部40内，使被处理基板11保持在自旋卡盘13上。在涂敷处理部40内控制成温度为40℃，被处理基板附近的湿度为80％。然后，与自旋卡盘13一起使被处理基板11旋转，同时，在被处理基板11上，从由未图示的可动臂支撑的处理液供给喷嘴14将SOG膜溶液15喷出到防反射膜12上。然后，如图6(b)中所示，利用被处理基板11的旋转在被处理基板上形成SOG溶液膜16。
涂敷膜的膜厚在旋转的初期较大地减少，但随着溶剂的挥发，膜厚的变化变得缓慢，不久几乎不变动。在膜厚变动结束了后经过了大于等于5秒的阶段，将被处理基板运送到加热处理部。在此，与实施例1同样，根据式(1)和式(2)，与SOG膜反应的水分量为265.6mg·s/L，可提供大于等于200mg·s/L的值。
在运送到加热处理部后，对被处理基板经过与在第1实施例中已说明的处理同样的工序，形成抗蚀剂图形。在用扫描电子显微镜(SEM)观察由以上的工序形成的抗蚀剂图形的剖面时，在1∶1的线和间隔图形的线尺寸成为60nm之前，即使使曝光量增加，在抗蚀剂膜与SOG膜的界面上也未看到抗蚀剂图形剥离，形成了垂直的图形。
在本实施例中，在涂敷处理部的温度为40℃、湿度为80％的环境下进行SOG膜的涂敷处理，在膜厚变动大致结束了的状态下，通过使其待机5秒的时间，将被处理基板运送到加热处理部，与进行下一个工序无关，可最大限度地抑制抗蚀剂膜与SOG膜的界面中的图形剥离。这是因为，通过将涂敷处理部内的温度定为40℃，可增加处理部内的饱和水蒸气量。其结果，可在更短的时间内使大于等于200mg·s/L的水分量与SOG膜反应。
作为在本实施例中使用的抗蚀剂，使用了对ArF具有反应性的化学放大型抗蚀剂，但不限于此，对于其它的脂环式树脂(丙烯酸类、コマ类、混合类树脂)也能得到同等的效果。此外，对于具有芳香族化合物的树脂，也是有效的，对于具有酚醛清漆树脂的i线、g线抗蚀剂或用具有聚乙烯苯酚骨架的树脂构成的KrF抗蚀剂或电子线曝光用抗蚀剂、软x线(EUV)曝光用抗蚀剂等，也能确认其效果。
(第3实施例)在本实施例中，说明在3层抗蚀剂工艺中在作为中间膜的SOG膜上使用本发明的成膜方法形成了抗蚀剂图形的情况。
在本实施例中，在进行被处理基板上形成的涂敷膜的加热处理之前将上述涂敷膜面暴露于大于等于周边环境的水分。说明利用该处理在下一步在SOG膜上涂敷化学放大型抗蚀剂膜、进行曝光、显影时，在图形不会从抗蚀剂膜与SOG膜的界面剥离的情况下形成抗蚀剂图形的方法。
在本实施例中，说明在管理了温度和湿度的膜质控制部内进行了待机处理的实施例。再有，由于涂敷处理和待机处理以外的条件与第1实施例是同样的，故省略其说明。
在SOG膜形成后，如图7中所示，将被处理基板11运送到膜质控制部50中。膜质控制部50具备收藏被处理基板11的处理容器51；在处理容器51内设置的、控制上述被处理基板的温度的温度调节板52；向上述处理容器内供给包含水分的气体的气体供给机构53；控制上述处理容器内的温度的气体温度控制机构54；控制从气体供给机构53供给的气体中包含的水分量的水分量控制机构55；以及排出上述处理容器内的气体的机构56。控制机构具备鼓泡器B和阀门V1～V3。利用气体温度控制机构54控制对处理容器51内供给的气体的温度。利用水分量调整机构55测定在气体中包含的气体的湿度，求出每单位体积的水分量。然后，调整阀门V1～V3的打开度，使水分量大于等于规定值。控制来自气体供给机构53的供给量和阀门V4的打开度，控制处理容器51内的压力。
将被处理基板11安装在温度调节板52上。然后，在膜质控制部内的温度为24℃、湿度为60％的环境下将被处理基板在24℃、17秒时间的条件下进行膜质控制处理。利用该处理，根据式(1)和式(2)，求出与SOG膜反应的水分量为222.1mg·s/L，可看作大于等于200mg·s/L。
在运送到加热处理部后，对被处理基板经过与在第1实施例中已说明的处理同样的工序，形成抗蚀剂图形。在用扫描电子显微镜(SEM)观察了由以上的工序形成的抗蚀剂图形的剖面时，在1∶1的线和间隔图形的线尺寸成为60nm之前，即使使曝光量增加，在抗蚀剂膜与SOG膜的界面上也未看到抗蚀剂图形剥离，形成了垂直的图形。
另一方面，在用扫描电子显微镜(SEM)观察在SOG膜涂敷后不经过膜质控制处理立即在进行了加热处理的SOG膜上形成的抗蚀剂图形的剖面时，在1∶1的线和间隔图形中尺寸小于等于95nm的图形中，如图3中所示，可看到在抗蚀剂的下端变细的现象，在抗蚀剂与SOG膜的界面上多个抗蚀剂图形发生了剥离。
如上所述，将使用在本实施例中记载的方法作成的抗蚀剂图形加工掩摸而制作的半导体器件与不进行本处理制作的半导体器件相比，可加工更微细的图形，而且也可提高成品率。
此外，在本实施例中，为了控制SOG膜的膜质，与涂敷处理部或加热处理部分开地独立地设置膜质控制部，进行了所希望的处理，但实施手段不限于此。
例如，将形成了SOG涂敷膜的被处理基板运送到加热处理部，通过在离加热处理部内的热板足够远的位置上保持了被处理基板的状态下在SOG涂敷膜上喷射湿度为60％的气体，也能控制SOG膜的膜质。此外，在该情况下受到来自加热处理部内的热板的热，基板温度上升。因此，根据所喷射的气体的温度、湿度、处理时间、被处理基板温度与倒塌临界值的尺寸值的关系，与用途相一致地适当地采用最佳的条件即可。
此外，通过使包含水分的物质(例如海绵、布、纸等的吸湿性的物质)与涂敷膜表面接触或接近于该表面，通过使水分与SOG涂敷膜表面接触，也能得到同样的效果。控制膜质的方法不限于此，只要是在控制SOG膜的膜质方面能提供充分的水分量的方法，就可以是任何的形态。
(第4实施例)在第1～第3实施例中，说明了在SOG膜的涂敷处理与加热处理之间通过用膜质控制部改善SOG膜的质量来抑制SOG膜上的抗蚀剂图形的剥离的方法。在以下的实施例中，说明在更短的时间内可得到与上述的实施例同样的效果的方法。
在本实施例中，说明在管理了温度和湿度的膜质控制部内进行了待机处理的实施例。再有，由于涂敷处理和待机处理以外的条件与第1实施例是同样的，故省略其说明。
其次，将被处理基板运送到图7中示出的膜质控制部50中，将被处理基板搭载在温度调节板52上。然后，在将被处理基板保持为23℃的状态下，对被处理基板喷射温度为40℃、湿度为45％的大气5秒。此时，气氛中的水分在被处理基板上结露。
在运送到加热处理部后，对被处理基板经过与在第1实施例中已说明的处理同样的工序，形成抗蚀剂图形。在用扫描电子显微镜(SEM)观察了由以上的工序形成的抗蚀剂图形的剖面时，在1∶1的线和间隔图形的线尺寸成为60nm之前，即使使曝光量增加，在抗蚀剂膜与SOG膜的界面上也未看到抗蚀剂图形剥离，形成了垂直的图形。
如上所述，将使用在本实施例中记载的方法作成的抗蚀剂图形加工为掩摸而制作的半导体器件与不进行本处理制作的半导体器件相比，可加工更微细的图形，而且也可提高成品率。
在本实施例中，在SOG膜的涂敷处理结束后，在膜质控制部中将被处理基板保持为23℃的状态下，在被处理基板上喷射温度为40℃、湿度为40％的气体，使被处理基板附近的气氛中包含的水分结露。即使在被处理基板的表面上结露，也与迄今为止的实施例同样地进行SOG膜的改质，作为结果，可抑制在SOG膜与抗蚀剂膜的界面上产生的图形剥离。其结果，在本实施例的情况下，可在直至70nm不剥离的情况下形成1∶1的线和间隔图形。即使在相同的湿度40％下对SOG涂敷膜喷射温度为23℃的气体，如在实施例1的图4中记载的那样，倒塌临界值尺寸约为85nm，不能得到本实施例中记载的那样的效果。这是因为，在被处理基板的温度为23℃的状态下，在喷吹的气体的温度为40℃、湿度为40％的情况下，由于气体中包含的水分结露，SOG涂敷膜表层与更多的水分接触，故进一步提高了SOG膜质的改善效果，可在短时间内进行处理。因此即使是湿度为40％，直至1∶1的线和间隔图形的尺寸为60nm的抗蚀剂图形，在抗蚀剂膜与SOG膜的界面上都未看到抗蚀剂图形剥离，可形成垂直的图形。
在本实施例中，在SOG涂敷膜上喷射了气体的温度为40℃、湿度为40％的气体，但喷射的气体的温度或湿度、处理时间不限于本实施例的处理条件或实施例不限于这些参数，只要能使被处理基板附近的气体中包含的水分结露，则使用任一种形态都是可以的。例如，如在第3实施例中记载的那样，将形成了SOG涂敷膜的被处理基板运送到加热处理部并在离加热处理部内的热板足够远的位置上保持了被处理基板的状态下在SOG涂敷膜上喷射温度为40℃、湿度为40％的气体，也能控制SOG膜的膜质。因此，只要能得到同样的效果，实施手段可以是任何的形态。此外，膜质控制部内的湿度没有必要是在抗蚀剂图形的倒塌临界值尺寸必定显示为最小的范围内。如果在使用本处理制作的半导体器件的使用方面没有问题，则也可选择该条件。因此，与各自的必要性相一致地对于膜质控制部中的处理条件适当地选择最佳的条件即可。
在本实施例中，叙述了SOG膜的情况，但本发明为有效的材料不限于此。具体地说，对于被分类为已知的SOD膜的材料也是有效的。
作为在本实施例中使用的抗蚀剂，使用了对ArF具有反应性的化学放大型抗蚀剂，但不限于此，对于其它的脂环式树脂(丙烯酸类、コマ类、混合类树脂)也能得到同等的效果。此外，对于具有芳香族化合物的树脂，也是有效的，对于具有酚醛清漆树脂的i线、g线抗蚀剂或用具有聚乙烯苯酚骨架的树脂构成的KrF抗蚀剂或电子线曝光用抗蚀剂、软x线(EUV)曝光用抗蚀剂等，也能确认其效果。
(第5实施例)在本实施例中说明半导体光刻工艺中的化学放大型抗蚀剂膜的成膜方法。在本实施例中说明3层抗蚀剂工艺中的成膜方法。在该3层膜中，将防反射膜定为下层膜，将SOG膜定为中间膜，然后将化学放大型抗蚀剂膜定为上层膜。
以下，说明3层抗蚀剂工艺中的作为上层膜的化学放大型抗蚀剂膜的成膜方法和使用该成膜方法形成了抗蚀剂图形时的效果。具体地说，在抗蚀剂膜的涂敷结束后，通过将膜质控制部内暴露于大于等于某一定的湿度气氛下来进行膜质的控制。其后，进行抗蚀剂膜的加热处理、成膜。由此说明在其次对化学放大型抗蚀剂进行曝光、显影时与现有的方法相比提高抗蚀剂图形的粗糙度或被处理基板面内的尺寸均匀性的方法。
图8和图9是示出与本发明的第5实施例有关的图形形成方法的次序的图。
首先，如图8(a)中所示，与第1实施例同样地形成防反射膜12。其次，如图8(b)中所示，在用旋转涂敷法在防反射膜12上涂敷了涂敷型绝缘膜用涂敷材料作为中间膜后，将被处理基板运送到加热处理部，在350℃、120秒的条件下进行加热，形成膜厚50nm的SOG膜68。
其次，说明在SOG膜68上涂敷化学放大型抗蚀剂膜作为上层膜的处理。在此，使用旋转涂敷法进行涂敷。
在此，使用旋转涂敷法进行涂敷。如图8(c)中所示，如果在自旋卡盘63上放置的被处理基板11与自旋卡盘63一起旋转，利用可动臂支撑的处理液供给喷嘴64将作为处理液的化学放大型抗蚀剂膜用涂敷材料喷出到被处理基板11上。然后，如图8(d)中所示，通过在一定的时间内使被处理基板旋转，形成化学放大型抗蚀剂的涂敷膜70。
其次，如图9(e)中所示，将被处理基板11运送到化学放大型抗蚀剂的膜质控制部50中。由于膜质控制部50与图7中示出的相同，故省略其说明。然后，在处理容器51内的温度为23℃、湿度为55％的环境下，在15℃、5秒的条件下对被处理基板11进行加热处理。此时，涂敷膜70表面附近的气氛中包含的水分结露了。
如图9(f)中所示，在膜质控制部50中的处理结束后，将被处理基板运送到加热处理部中，安装在热板71上。然后，在120℃、60秒的条件下进行加热，形成膜厚150nm的化学放大型抗蚀剂膜72。
其次，使用ArF受激准分子激光器，经曝光用原版对图形进行缩小投影曝光。在130℃、60秒的条件下对该基板进行加热处理，运送到显影装置。在显影装置中，在被处理基板上供给显影液，在30秒的显影后，一边使被处理基板旋转，一边供给纯水，进行反应的停止和清洗，利用自旋干燥，使被处理基板干燥。通过进行这些处理，如中所示，形成90nm的1∶1的线和间隔图形73(图9(g))。
在检测了用以上的工序形成的抗蚀剂图形的线边缘粗糙度的离散性时，在现有的方法中3σ为4.5nm，而本方法的3σ为1.5nm，大幅度地减少了离散性。此外，关于在被处理基板面内的图形尺寸的均匀性，在现有的方法中3σ为5nm，而本方法的3σ为3.5nm。再者，在连续地处理24片的基板时，关于基板间的离散性，在现有的方法中3σ为4nm，而本方法的3σ为3nm，可得到高的均匀性。其结果，可形成在整个被处理基板面内凹凸少的图形表面，可进一步提高器件的可靠性。
在本实施例中，在膜质控制部中将基板表面附近的湿度控制为50％的环境下进行了化学放大型抗蚀剂的改质处理，但膜质控制部内的湿度不限于此。研究了对于膜质控制部内的处理时间所形成的抗蚀剂图形的线边缘粗糙度的关系。图10是示出膜质控制部内的湿度与线边缘粗糙度的关系的图。如在上述的实施例中已叙述的那样，如果膜质控制部内的湿度提高，则线边缘粗糙度的值减小。此外，可知道，如果使处理时间为大于等于60秒，则即使在任一种条件下都可得到抗蚀剂的最大限度的效果。此外，对于被处理基板面内的尺寸均匀性，也可看到同样的趋势。
由于湿度对于线边缘粗糙度或被处理基板面内的尺寸均匀性的影响随化学放大型抗蚀剂或下层膜的种类或组合而不同，故对于膜质控制部内的湿度来说，适当地选择最佳的湿度即可。此外，即使是线边缘粗糙度的值未显示为最小值的范围，如果在使用上没有问题，则也可选择该时间。因此，与用途或处理时间的必要性相一致地适当地选择膜质控制部内的湿度即可。
此外，在本实施例中通过控制膜质控制部的湿度环境或处理条件控制了化学放大型抗蚀剂膜的膜质，但进行抗蚀剂膜的膜质控制的手段不限于此。也可从上述第1～第4实施例中记载的实施例中使用某一个或以组合这些实施例的形态来使用，在形成化学放大型抗蚀剂膜的涂敷膜之后到进行加热处理为止之间，只要是能得到与在上述中已记载的同样的效果的方法，就可使用任一种方法。
此外，在本实施例中，根据抗蚀剂图形的线边缘粗糙度对于在膜质控制部中的湿度和处理时间的依存性的关系求出最佳的处理条件来得到抗蚀剂图形的线边缘粗糙度，但得到必要的抗蚀剂涂敷膜的方法不限于此。除此以外，通过取得抗蚀剂涂敷膜中包含的残存溶剂量、对于抗蚀剂涂敷膜的液体的接触角、抗蚀剂涂敷膜的光学常数、抗蚀剂涂敷膜的表面粗糙度和抗蚀剂涂敷膜的深度方向的化学组成与抗蚀剂图形的值的关系中的至少大于等于1个的关系并据此形成抗蚀剂涂敷膜，可形成所希望的抗蚀剂图形。
作为在本实施例中使用的抗蚀剂，使用了对ArF具有反应性的化学放大型抗蚀剂，但不限于此，对于其它的脂环式树脂(丙烯酸类、コマ类、混合类树脂)也能得到同等的效果。此外，对于具有芳香族化合物的树脂，也是有效的，对于具有酚醛清漆树脂的i线、g线抗蚀剂或用具有聚乙烯苯酚骨架的树脂构成的KrF抗蚀剂或电子线曝光用抗蚀剂、软x线(EUV)曝光用抗蚀剂等，也能确认其效果。
此外，在本实施例中，叙述了3层抗蚀剂工艺，但在有机防反射膜上形成化学放大型抗蚀剂膜的2层抗蚀剂工艺中也确认了同样的效果。
再有，可将上述的第1～第5实施例应用于半导体器件的制造工序。再有，本发明不限定于上述的实施例。例如，不限于应用在成为3层抗蚀剂工艺的中间膜的涂敷型绝缘膜的形成中，也可应用于半导体器件的涂敷型层间绝缘膜的形成。可使涂敷型层间绝缘膜的表层变得致密，可抑制构成在上层形成的膜的材料的扩散以及上层的膜与涂敷型层间绝缘膜的反应。除此以外，在不脱离本发明的要旨的范围内，可作各种变形来实施。
权利要求
1.一种膜形成方法，包含对被处理基板的主面供给含有涂敷型薄膜形成物质和溶剂的液体以形成液状的涂敷膜的工序，以及对上述涂敷膜进行上述溶剂的除去和使上述涂敷型薄膜形成物质发生非可逆的反应用的加热处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变动大致结束了后到开始上述加热处理为止的待机时间与上述涂敷膜表面附近的每单位体积的水分量的积为大于等于规定值。
2.如权利要求1中所述的膜形成方法，其特征在于在上述待机时间内控制上述涂敷膜表面附近的温度、上述涂敷膜表面附近的湿度和上述被处理基板温度中的至少1个。
3.如权利要求2中所述的膜形成方法，其特征在于将上述涂敷膜表面附近的温度和湿度设定为水分在上述涂敷膜上结露。
4.如权利要求1中所述的膜形成方法，其特征在于在上述待机时间内使包含水分的物质与上述涂敷膜表面接触或接近于上述涂敷膜表面。
5.如权利要求1中所述的膜形成方法，其特征在于上述薄膜是绝缘膜，包含在上述薄膜上形成放射性物质敏感膜的工序以及对上述放射性物质敏感膜进行曝光和显影以形成放射性物质敏感膜图形的工序。
6.如权利要求5中所述的膜形成方法，其特征在于根据产生上述放射性物质敏感膜图形的图形倒塌的尺寸的上述积来决定上述规定值。
7.如权利要求5中所述的膜形成方法，其特征在于上述规定值是200mg·s/L。
8.如权利要求1中所述的膜形成方法，其特征在于上述薄膜是放射性物质敏感膜，还包含对上述放射性物质敏感膜进行曝光和显影以形成放射性物质敏感膜图形的工序。
9.如权利要求8中所述的膜形成方法，其特征在于根据上述放射性物质敏感膜图形的线边缘粗糙度与上述积的依存性来决定上述规定值。
10.一种基板处理装置，其特征在于具备处理容器，收藏在表面上已形成了包含涂敷型薄膜形成物质和溶剂的液状的涂敷膜的被处理基板；在上述处理容器内设置的、控制上述被处理基板的温度的机构；向上述处理容器内供给包含水分的气体的供给机构；控制从上述供给机构供给的气体中包含的水分量的机构；对上述处理容器内的气体进行排气的机构；以及控制上述处理容器内的温度的机构，在上述涂敷膜的膜厚变动大致结束了后到对上述涂敷膜进行上述溶剂的除去和使上述涂敷型薄膜形成物质发生非可逆的反应用的加热处理为止的期间内，收藏上述被处理基板。
11.如权利要求10中所述的基板处理装置，其特征在于上述基板保持装置可同时保持1片或多片上述被处理基板。
12.一种半导体器件的制造方法，其特征在于使用了权利要求1中所述的膜形成方法。
全文摘要
本发明的目的是抑制多层抗蚀剂工艺中的上层抗蚀剂膜的倒塌。其解决方案是，在包含对被处理基板的主面供给含有涂敷型薄膜形成物质和溶剂的液体以形成液状的涂敷膜的工序，以及对上述涂敷膜进行上述溶剂的除去和使上述涂敷型薄膜形成物质发生非可逆的反应用的加热处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变动大致结束后到开始上述加热处理为止的待机时间与上述涂敷膜表面附近的每单位体积的水分量的积为大于等于规定值。
文档编号G03F7/11GK1641833SQ20051000215
公开日2005年7月20日 申请日期2005年1月14日 优先权日2004年1月15日
发明者加藤宽和, 竹石知之, 伊藤信一 申请人:株式会社东芝