專利名稱：圖案形成材料體和使用該材料體的圖案形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種襯底的顯微機(jī)械加工，更具體地講，涉及一種用于在襯底上形成精細(xì)圖案的材料，以及一種使用該材料形成精細(xì)圖案的方法。
背景技術(shù)：
已對(duì)使用應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路或包括光盤的電子/電氣部件的制造中的真空紫外線(VUV)或X-射線的精細(xì)圖案方法例如光刻蝕法進(jìn)行了大量的研究。在目前情況下基于這種圖案形成技術(shù)可實(shí)現(xiàn)0.1μm線寬的精細(xì)圖案結(jié)構(gòu)，預(yù)計(jì)幾年后將商業(yè)化。
傳統(tǒng)的在電子/電氣部件的制造中形成抗蝕圖案的方法涉及通過預(yù)定的掩模圖案在光致抗蝕劑層上進(jìn)行激發(fā)光照射然后顯影。因此，由于激發(fā)光的衍射，抗蝕圖案的最小尺寸實(shí)際上被限制為稍微小于所使用的激發(fā)光的波長(zhǎng)。衍射極限取決于光的波長(zhǎng)和所使用的透鏡的數(shù)值孔徑。較短波長(zhǎng)的光和較大的數(shù)值孔徑的透鏡更有效地降低衍射極限。然而，因?yàn)樵黾油哥R的數(shù)值孔徑受到當(dāng)前技術(shù)條件的限制，所以趨勢(shì)越發(fā)向著使用較短波長(zhǎng)的光來形成較小的抗蝕圖案。
已經(jīng)研究了新的使用深UV、激光、或軟X-射線的曝光技術(shù)。在當(dāng)前的情況下，使用KrF準(zhǔn)分子激光或ArF準(zhǔn)分子激光可形成尺寸大約為150nm的精細(xì)圖案。然而，需要伴隨技術(shù)例如關(guān)于高性能光源的開發(fā)的改進(jìn)，或光學(xué)材料或抗蝕材料的特性改進(jìn)。此外，也需要允許使用較小光源或光學(xué)系統(tǒng)并且節(jié)省能量的技術(shù)。
與光刻蝕法相比，電子束平版印刷術(shù)確保對(duì)幾納米圖案尺寸的更精細(xì)的圖案處理。然而，電子束平版印刷術(shù)需要另外的真空盒、大的電極和用于電子加速或偏轉(zhuǎn)高的功率電源。此外，幾十千伏特的高加速電壓的使用引起了安全問題。
另外，在上述技術(shù)中使用較短波長(zhǎng)的光或電子束來形成精細(xì)圖案具有高的成本。為了克服傳統(tǒng)精細(xì)圖案形成方法中的這些缺陷，已經(jīng)建議了各種形成精細(xì)圖案的方法。例如，日本特開平8-249493號(hào)公開了其中硫族化物的晶態(tài)受激光照射而被熱改變的圖案形成方法。這種精細(xì)圖案形成方法基于不同晶態(tài)之間的蝕刻速率的變化，并且確保圖案形成小于衍射極限。然而，依賴于晶態(tài)的蝕刻速率中的這種變化是不足夠大的，并且不均勻的硫族化物層導(dǎo)致了甚至對(duì)于相同的晶態(tài)也要改變蝕刻速率。此外，硫族化物層首先在晶粒間的晶域被蝕刻，從而無法保證優(yōu)質(zhì)的精細(xì)圖案。另外，作為該公開的必要材料的硫族化物不能被應(yīng)用于形成用于半導(dǎo)體的精細(xì)圖案。由于硫族化物的改變而引起其它問題。
一種通過激發(fā)光的照射而熱改變的圖案形成材料體和使用該材料體的圖案形成方法被建議(Microelectronic Engineering 61-61，2002，p.415-421)。在該公開中，由Ge2Sb2Te5制成的光/熱轉(zhuǎn)換材料層被置于目標(biāo)襯底和將被形成圖案的光致抗蝕劑層之間并且受到激發(fā)光照射而產(chǎn)生熱量。在Ge2Sb2Te5層產(chǎn)生的熱量被傳輸?shù)缴细驳墓庵驴刮g劑層以誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)并在其中形成精細(xì)圖案。以這種方法能夠形成100nm的圖案。另外，因?yàn)榕c需要成本的高性能光源如KrF準(zhǔn)分子激光、ArF準(zhǔn)分子激光或電子束的技術(shù)相比，使用低成本的半導(dǎo)體激光作為激發(fā)光源并且能量消耗低，所以與使用硫族化物的方法相比，該公開的方法被認(rèn)為是非常經(jīng)濟(jì)的并且提供了更高的處理精確度和更精細(xì)的圖案處理能力。
然而，上述的使用光/熱轉(zhuǎn)換的材料層的抗蝕圖案形成方法具有下列缺陷。從光/熱轉(zhuǎn)換層傳輸?shù)焦庵驴刮g劑層的熱量不足以形成期望的精細(xì)圖案。當(dāng)圖案的寬度被指定為100nm時(shí)，使用這種方法能獲得的最大的圖案高度被限制為30nm。換句話說，該方法不能被應(yīng)用于在襯底上形成高的寬高比的圖案。當(dāng)照射的激光強(qiáng)度被增加以產(chǎn)生更大量的熱量或?yàn)榱烁叩奶幚硭俾驶蚋叩膱D案高度時(shí)，光致抗蝕劑層不期望地蒸發(fā)并消失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于高的寬高比圖案的新的圖案形成材料體，以及一種使用該材料體的圖案形成方法。
本發(fā)明提供一種通過使用經(jīng)由激發(fā)光照射在形成于熱敏材料層的兩個(gè)表面上的第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層中產(chǎn)生的熱來有效地在形成于目標(biāo)襯底上的熱敏材料層中形成高的寬高比的精細(xì)圖案的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供的圖案形成材料體包括在目標(biāo)襯底上形成的熱敏材料層；在熱敏材料層和目標(biāo)襯底之間形成的第一光/熱轉(zhuǎn)換層；和在熱敏材料層與第一光/熱轉(zhuǎn)換層相對(duì)的表面上形成的第二光/熱轉(zhuǎn)換層，熱敏材料層置于第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種使用上述的圖案形成材料體來形式精細(xì)圖案的方法。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)楣鉄崦舨牧媳恢糜诘谝缓偷诙?熱轉(zhuǎn)換層之間，所以光熱敏材料層的兩個(gè)表面都被激發(fā)光照射有效地加熱，而其沒有蒸發(fā)或變形。所得到的精細(xì)圖案具有完整的形狀和較高的寬高比。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的圖案形成材料體的示例性結(jié)構(gòu)和使用該圖案形成材料體的形成圖案的原理的剖視圖；圖2是當(dāng)激發(fā)光入射在光/熱轉(zhuǎn)換層上時(shí)光強(qiáng)和溫度分布的圖解；圖3和圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的形成精細(xì)圖案的方法的剖視圖；圖5和圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的形成精細(xì)圖案的方法的剖視圖；圖7和圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的形成精細(xì)圖案的方法的剖視圖；圖9和圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的形成精細(xì)圖案的方法的剖視圖；圖11和圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的形成精細(xì)圖案的方法的剖視圖；圖13示出對(duì)在本發(fā)明的第七實(shí)施例中形成的精細(xì)圖案進(jìn)行原子力顯微觀察的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
以下，將參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
<示例1>
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的圖案形成材料體的示例性結(jié)構(gòu)和使用該圖案形成材料體來形成精細(xì)圖案的原理。圖1的圖案形成材料體包括被順序一個(gè)個(gè)堆疊起來的第一光/熱轉(zhuǎn)換層3、第一熱緩沖層4、光熱敏材料層5、第二熱緩沖層6、第二光/熱轉(zhuǎn)換層7、和蓋層8，其中襯底保護(hù)層2位于第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和目標(biāo)襯底1之間。當(dāng)激發(fā)光10通過透鏡9被照射在具有以上結(jié)構(gòu)的圖案形成材料體上時(shí)，激發(fā)光10的能量由第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7的功能被轉(zhuǎn)換成熱量11。熱量11通過第一熱緩沖層4和第二熱緩沖層6被傳輸以加熱光熱敏材料層5的圖案部分12并且誘導(dǎo)其中的化學(xué)反應(yīng)。盡管激發(fā)光10被示例為通過目標(biāo)襯底1照射，然而如果需要，激發(fā)光10可以以相反于目標(biāo)襯底1的方向來照射。每一層的厚度被確定在2-200nm的范圍內(nèi)。然而，每一層可被形成以比上述的范圍更薄或更厚，這一點(diǎn)取決于期望的圖案尺寸或組成光熱敏材料層5的材料。
激發(fā)光10并不全被第一光/熱轉(zhuǎn)換層3吸收，大部分激發(fā)光10透射第一光/熱轉(zhuǎn)換層3。激發(fā)光10的透射部分被第二光/熱轉(zhuǎn)換層7吸收并被轉(zhuǎn)換成熱。與傳統(tǒng)的具有僅僅一個(gè)光/熱轉(zhuǎn)換層的圖案形成材料體相比，即使在低的輸出功率下，激發(fā)光也能被更有效地轉(zhuǎn)換成熱。因此，不會(huì)引起由于激發(fā)光的輸出功率的過度增加而使光熱敏材料層蒸發(fā)的傳統(tǒng)問題。激發(fā)光10被第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7吸收并轉(zhuǎn)換成熱。從激發(fā)光10轉(zhuǎn)換的熱引導(dǎo)到光熱敏材料層5以誘導(dǎo)在圖案部分12中的化學(xué)反應(yīng)。因此，反應(yīng)區(qū)域或非反應(yīng)區(qū)域被蝕刻以形成期望的圖案。
圖2中示出能夠形成比所使用的激發(fā)光的衍射極限更細(xì)的圖案的原理。
圖2是當(dāng)激發(fā)光入射在光/熱轉(zhuǎn)換層上時(shí)光強(qiáng)和溫度分布的圖解；參照?qǐng)D2，入射在光/熱轉(zhuǎn)換層的具有光斑直徑20的激發(fā)光21具有其中光斑中心是強(qiáng)度峰的高斯強(qiáng)度分布22。光/熱轉(zhuǎn)換層的溫度具有高斯分布。區(qū)域24是由于高溫而導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的光熱敏層5(參考圖1)的有效區(qū)域，它比光斑直徑20窄。使反應(yīng)區(qū)窄于光斑直徑20的光/熱轉(zhuǎn)換層22的高斯溫度分布是重要的?；趫D1的第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7的這種溫度分布，激發(fā)光的強(qiáng)度或激發(fā)光照射持續(xù)時(shí)間可被進(jìn)一步改變以控制第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7中的熱量產(chǎn)生。其結(jié)果是，僅僅在被激發(fā)光的光斑中心照射的光熱敏材料層的小區(qū)域中誘導(dǎo)了熱化學(xué)反應(yīng)。因此能夠形成比的激發(fā)光的衍射極限更細(xì)的圖案。
在只包括一個(gè)在光熱敏材料層下的光/熱轉(zhuǎn)換層的傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，有限的熱量被傳輸?shù)焦鉄崦舨牧蠈?，從而其中的熱反?yīng)不足以形成高的寬高比的精細(xì)圖案。然而，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)楣鉄崦舨牧蠈?插在第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7之間，所以光熱敏材料層5的兩個(gè)表面都被高效的加熱，從而能夠形成高的寬高比的精細(xì)圖案。
第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7的溫度可以上升到幾百攝氏度。為了防止由這種溫度上升而引起的問題，在襯底1上形成襯底保護(hù)層2。
具體地講，為了防止在第一光/熱轉(zhuǎn)換層3中產(chǎn)生的熱量對(duì)目標(biāo)襯底1的損害，襯底保護(hù)層2在目標(biāo)襯底1的表面上形成。用于襯底保護(hù)層2的適合的材料包括ZnS·SiO2等無機(jī)化合物和聚酰亞胺等有機(jī)化合物。襯底保護(hù)層2的厚度可以是但不局限于50-500nm的范圍，這一點(diǎn)取決于所使用的激發(fā)光的波長(zhǎng)和襯底保護(hù)層2的材料特性。當(dāng)目標(biāo)襯底1是抗熱性時(shí)，就不需要襯底保護(hù)層2。
由于在第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7產(chǎn)生的熱量引起的急劇的溫度上升，光熱敏材料層5可能突然地變形、蒸發(fā)或膨脹。為了防止這種情況，第一熱緩沖層4和第二熱緩沖層6分別在光熱敏材料層5和第一光/熱轉(zhuǎn)換層3之間和在光熱敏材料層5和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7形成。用于第一熱緩沖層4和第二熱緩沖層6材料可以與用于襯底保護(hù)層2的材料相同。第一熱緩沖層4和第二熱緩沖層6的厚度是5-100nm的范圍，并且最好是10-50nm。第一熱緩沖層4和第二熱緩沖層6影響熱擴(kuò)散率和圖案的形狀。最好第一熱緩沖層4和第二熱緩沖層6的厚度小于期望的圖案尺寸。當(dāng)光熱敏材料層5是抗熱性時(shí)或當(dāng)某些激發(fā)光照射條件更主要時(shí)，可不形成第一熱緩沖層4和第二熱緩沖層6。另外，如果需要可形成第一熱緩沖層4和第二熱緩沖層6的任何一個(gè)。
為了防止第二光/熱轉(zhuǎn)換層7以及光熱敏材料層5的突然變形、蒸發(fā)或膨脹，蓋層10可在第二光/熱轉(zhuǎn)換層7上形成。用于蓋層10的合適的材料包括透明塑料、透明玻璃、電介質(zhì)材料等。蓋層10的厚度可以是但不局限于5-200nm的范圍，最好是10-50nm。當(dāng)光熱敏材料層5是抗熱性時(shí)或當(dāng)某些激發(fā)光照射條件支配時(shí)，可不形成蓋層10。
與根據(jù)本發(fā)明的具有上述結(jié)構(gòu)的圖案形成材料體相容的用于目標(biāo)襯底1的材料包括用于通過一般平版印刷術(shù)來制造電子/電氣部件所使用的襯底的普通材料。目標(biāo)襯底1可以是由例如硅、鉭、鋁或鎵-砷制成的無機(jī)襯底、玻璃襯底、或由例如聚丙烯、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯樹脂或乙烯基氰樹脂組成的塑料襯底。另外，可以使用在其上沉積有鋁或鉭層或者在其上涂有光固化樹脂層的玻璃襯底或由鋁、鉭、硅等制成的無機(jī)襯底。
任何通過熱量或激發(fā)光照射而在特性上改變并且通過顯影工藝而使明顯的圖案出現(xiàn)的材料都能夠被用于光熱敏材料層5。這種材料的例子包括已被普遍用于通過平版印刷術(shù)制造電子/電氣部件的正性和負(fù)性光致抗蝕劑。另外，能夠使用可熱改變的電子束抗蝕劑。
任何能夠吸收光并且將其轉(zhuǎn)換成熱的材料都能夠被用于第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7。這種材料的例子包括Ge-Sb-Te合金，包括用于DVD-RAM的記錄層的Ge2Sb2Te5；Sb；Ag-In-Sb-Te合金；Ag-In-Sb-Te-V合金；鈮酸鋰；硝基甲苯胺等。
在根據(jù)本發(fā)明的圖案形成材料體中，光熱敏材料層5的厚度是在10-1000nm范圍內(nèi)，最好是50-200范圍內(nèi)。第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7的厚度是在5-300nm的范圍內(nèi)，最好是10-150nm的范圍內(nèi)。第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7的厚度并不局限于上述的范圍，而且根據(jù)所使用的激發(fā)光的波長(zhǎng)和組成第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7的材料而改變。
將參照附圖來一步步地描述使用根據(jù)本發(fā)明的上述圖案形成材料體來形成精細(xì)圖案的方法。
<示例2>
圖3A、3B、4A和4B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成精細(xì)圖案的方法的剖視圖。在圖3A、3B、4A和4B中，出現(xiàn)在先前附圖的部件被相同的標(biāo)號(hào)指示。
參照?qǐng)D3A，包括第一光/熱轉(zhuǎn)換層3、第一熱緩沖層4、光熱敏材料層5、第二熱緩沖層6、第二光/熱轉(zhuǎn)換層7和蓋層8的圖案形成材料體在目標(biāo)襯底1上形成，在第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和目標(biāo)襯底1之間具有襯底保護(hù)層2。光熱敏材料層5由正性光致抗蝕劑制成。會(huì)聚激發(fā)光的透鏡9被安裝在目標(biāo)襯底1的下方。
參照?qǐng)D3B，激發(fā)光10例如激光束被發(fā)射以在第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7中產(chǎn)生熱并且有選擇性地加熱由正性光致抗蝕劑組成的光熱敏材料層5的一部分以形成圖案部分12，該圖案部分12由于暴露于熱而不再是光敏的。因?yàn)楣鉄崦舨牧蠈?被置于第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7之間，所以光熱敏材料層5的兩個(gè)表面都被有效地加熱，從而能夠形成精細(xì)的高的寬高比圖案÷。
參照?qǐng)D4A，在熱緩沖層6、第二光/熱轉(zhuǎn)換層7和蓋層8被去除后，激發(fā)光13例如藍(lán)光被發(fā)射在光熱敏層5的整個(gè)暴露表面。其結(jié)果是，在圖案部分12周圍的非圖案部分12’通過與藍(lán)光13的反應(yīng)而改變?yōu)榭扇芙庥陲@影溶液中。當(dāng)藍(lán)光13在第二熱緩沖層6、第二光/熱轉(zhuǎn)換層7和蓋層8被去除之前發(fā)射時(shí)，能獲得同樣的結(jié)果。
接下來，執(zhí)行顯影工藝以去除非圖案部分12’，從而僅僅保留由抗蝕劑組成的圖案部分。
通過干蝕刻法或濕蝕刻法能夠去除置于光熱敏材料層5之上的第二熱緩沖層6、第二光/熱轉(zhuǎn)換層7和蓋層8。合適的干蝕刻方法包括反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，噴濺蝕刻等。HF、KOH、HCL和其它種類的蝕刻劑能夠被用于濕蝕刻。然而，能夠被用于去除上述層的方法和蝕刻劑不被限于以上所述。
通常用于精細(xì)平版印刷術(shù)的各種激發(fā)光能被選擇地用作本發(fā)明中的光源。另外，圖3B的工藝中使用的激發(fā)光10和圖4A的工藝中使用的激發(fā)光13可具有不同的波長(zhǎng)或相同的波長(zhǎng)。根據(jù)所使用的光熱敏材料來選擇合適的激發(fā)光源。合適的激發(fā)光源包括可見光、深UV、l-射線、g-射線、KrF準(zhǔn)分子激光或ArF準(zhǔn)分子激光等。
<示例3>
圖5A、5B、6A和6B是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的形成精細(xì)圖案的方法的剖視圖。在圖5A、5B、6A和6B中，出現(xiàn)在先前附圖中的部件被相同的標(biāo)號(hào)指示。
參照?qǐng)D5A，包括第一光/熱轉(zhuǎn)換層3、光熱敏材料層5、第二光/熱轉(zhuǎn)換層7的圖案形成材料體在目標(biāo)襯底上形成。換句話說，沒有形成在先前實(shí)施例中形成的襯底保護(hù)層2、第一熱緩沖層4、第二熱換成層6和蓋層8。根據(jù)目標(biāo)襯底1和光熱敏材料層5的熱阻以及激發(fā)光發(fā)射條件，例如激發(fā)光的強(qiáng)度，可不形成這樣的熱保護(hù)層和蓋層。
參照?qǐng)D5B，激發(fā)光10例如激光束被發(fā)射以在第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7中產(chǎn)生熱并且選擇性地加熱由正性光致抗蝕劑組成的光熱敏材料層5的一部分以形成圖案部分12，該圖案部分12由于暴露于熱而不再是光敏的。因?yàn)楣鉄崦舨牧蠈?被置于第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7之間，所以光熱敏材料層5的兩個(gè)表面都被有效地加熱，從而能夠形成精細(xì)的高的寬高比圖案。
參照?qǐng)D6A，在第二光/熱轉(zhuǎn)換層被去除后，激發(fā)光13例如藍(lán)光發(fā)射在光熱敏層5的整個(gè)的暴露表面。其結(jié)果是，圖案部分12周圍的非圖案部分12’通過與藍(lán)光13反應(yīng)而改變?yōu)榭扇芙庥陲@影溶液中。當(dāng)藍(lán)光在第二光/熱轉(zhuǎn)換層7被去除前發(fā)射時(shí)能夠獲得相同的結(jié)果。
接下來，執(zhí)行顯影工藝以去除非圖案部分12’，從而僅僅保留由抗蝕劑組成的圖案部分。
<示例4>
圖7A、7B、8A和8B是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的形成精細(xì)圖案的方法的剖視圖。在圖7A、7B、8A和8B中，出現(xiàn)在先前附圖的部件被相同的標(biāo)號(hào)指示。
在圖7A、8C和8D中示出的工藝與上述的第二實(shí)施例的圖3A、4C和4D中示出的工藝相同，因此在這里將不重復(fù)對(duì)其的描述。
參照?qǐng)D7B，發(fā)射具有長(zhǎng)波長(zhǎng)的激發(fā)光15以加熱目標(biāo)襯底1的燈加熱器13被布置在透鏡9附近。因?yàn)楣鉄崦舨牧蠈?也被另外的燈加熱器13加熱，所以在第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7中產(chǎn)生更多的熱，促進(jìn)了在光熱敏材料層5中的熱反應(yīng)。因此，可發(fā)射較少量的激發(fā)光10。
任何加熱裝置都能被用于燈加熱器13。例如，電阻器加熱器等電熱器可被安裝在目標(biāo)襯底1的支座(未示出)上。
<示例5>
圖9A、9B、10A和10B是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的形成精細(xì)圖案的方法的剖視圖。在圖9A、9B、10A和10B中，出現(xiàn)在先前附圖的部件被相同的標(biāo)號(hào)指示。
圖9A中所示的圖案形成材料體的結(jié)構(gòu)與圖3A中示出的結(jié)構(gòu)相同。
在圖案形成材料體的結(jié)構(gòu)已被形成后，如圖9B所示，激發(fā)光13發(fā)射在圖案形成材料體的結(jié)構(gòu)上以使整個(gè)光熱敏材料層5可溶解于顯影溶液中。另外，可在第二熱緩沖層、第二光/熱轉(zhuǎn)換層7和蓋層形成之前發(fā)射激發(fā)光13。
接下來，參照?qǐng)D10A，激發(fā)光10例如激光束被發(fā)射以在第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7中產(chǎn)生熱11，并且選擇性地加熱由正性光致抗蝕劑組成的光熱敏材料層5的一部分以形成圖案部分12，該圖案部分12被致使不可溶解于顯影溶液中。具體地講，當(dāng)激發(fā)光10如圖9B中所示發(fā)射，當(dāng)加熱時(shí)，質(zhì)子(H-)在光熱敏材料層5中產(chǎn)生，并且催化組成光熱敏材料層5的正性抗蝕劑的交聯(lián)反應(yīng)。其結(jié)果是，正性光致抗蝕劑被改變?yōu)椴蝗芙庥陲@影溶液中。因?yàn)楣鉄崦舨牧蠈?被置于第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7之間，所以光熱敏材料層5的兩個(gè)表面都被有效地加熱，從而能夠形成精細(xì)的高的寬高比圖案。
接下來，參照?qǐng)D10B，第二熱緩沖層6、第二光/熱轉(zhuǎn)換層7和蓋層8被去除。
接下來，參照?qǐng)D10C，執(zhí)行顯影工藝以去除非圖案部分12’，從而僅僅保留由抗蝕劑組成的圖案部分12作為精細(xì)圖案。
<示例6>
盡管使用正性光致抗蝕劑來描述根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例，然而相同的圖案能夠以負(fù)性光致抗蝕劑來實(shí)現(xiàn)。將參照?qǐng)D11A、11B、12A和12B來描述使用負(fù)性光致抗蝕劑的實(shí)施例。在圖11A、11B、12A和12B中，出現(xiàn)在先前附圖的部件被相同的標(biāo)號(hào)指示。
參照?qǐng)D11A，除了負(fù)性光致抗蝕劑被用于光熱敏材料層5外，與圖3A中示出的圖案形成材料體的結(jié)構(gòu)相同的圖案形成材料體的結(jié)構(gòu)被形成。
接下來，參照?qǐng)D11B，激發(fā)光10例如激光束被發(fā)射以在第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7中產(chǎn)生熱11并且選擇性地加熱由負(fù)性光致抗蝕劑組成的光熱敏材料層5的一部分以形成圖案部分12，其結(jié)果是，該圖案部分12被改變?yōu)椴豢扇芙庥陲@影溶液中。
圖12A和12B示出的工藝與第五實(shí)施例中的圖10B和10C所示的工藝相同。換句話說，第二熱緩沖層6、第二光/熱轉(zhuǎn)換層7和蓋層8被去除，并且非圖案部分12’通過顯影工藝被去除，從而僅僅圖案部分12保留為精細(xì)圖案。
如上所述，高的寬高比精細(xì)圖案能夠用負(fù)性光致抗蝕劑以及正性光致抗蝕劑形成。
下面將描述本發(fā)明的更具體的實(shí)施例。下面的實(shí)施例被用于示例性目的并不是用來限制本發(fā)明的范圍。
<示例7>
在第二實(shí)施例中的如圖3A中所示的圖案形成材料體的結(jié)構(gòu)被制造，其中具有600nm的厚度的碳酸鹽襯底用于目標(biāo)襯底1、具有200nm的厚度的ZnS·SiO2層用于襯底保護(hù)層2、具有15nm的厚度的Ge2Sb2Te5層用于第一光/熱轉(zhuǎn)換層3和第二光/熱轉(zhuǎn)換層7的每一個(gè)、具有20nm的厚度的ZnS·SiO2層用于第一熱緩沖層4和第二熱緩沖層6的每一個(gè)、具有20nm的厚度的ZnS·SiO2層用于蓋層8、和具有70nm的厚度的正性光致抗蝕劑層(AZ5214-e，可從Clariant Corporation獲得)用于光熱敏材料層5。接下來，使用在上述第二實(shí)施例中描述的方法來圖案化圖案形成材料體的結(jié)構(gòu)。
具體地講，具有圖案形成材料體的目標(biāo)襯底1被裝載在盤上，具有635nm波長(zhǎng)的激光束發(fā)射在目標(biāo)襯底1上。使用數(shù)值孔徑為0.6和衍射極限為530nm的光學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)僅僅使用光學(xué)系統(tǒng)而不加熱時(shí)，由于衍射極限，不可能形成比衍射極限更細(xì)的圖案。
使用光盤驅(qū)動(dòng)測(cè)試器以6m/s的速度來旋轉(zhuǎn)圖案形成材料體的結(jié)構(gòu)，并且在單個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間以3mw的激光來照射該圖案形成材料體的結(jié)構(gòu)。接下來，由300nm的激光照射從接近圖案形成材料體的結(jié)構(gòu)的位置來繪出線條圖案。
1％的氫氟酸溶液別用于去除蓋層8和第二熱緩沖層6，以1∶5混合的10％氫氧化鉀溶液和35％的過氧化氫溶液被用于去除第二光/熱轉(zhuǎn)換層7。有機(jī)堿性溶液(NMD-W，從Tokyo Ohka Kogyo Ltd.獲得)被用做顯影溶液。
使用原子力顯微鏡來觀察所得到的精細(xì)圖案。圖13中示出該結(jié)果。在圖13中，箭頭表示線條圖案。如圖13中所述，線條以130nm的線寬緊密排列在一起。單個(gè)線條的最大高度是60nm，其幾乎與光致抗蝕劑層的厚度相同。另外，因?yàn)椴淮嬖诠庵驴刮g劑的蒸發(fā)和變形，所以線條圖案具有完整的形狀，并且具有比傳統(tǒng)的圖案更高的寬高比。
發(fā)射可見激光的本實(shí)施例中使用的關(guān)學(xué)系統(tǒng)比使用真空UV、X-射線的當(dāng)前使用的光刻蝕法更經(jīng)濟(jì)地以形成精細(xì)圖案。
盡管參照本發(fā)明實(shí)施例已具體顯示和描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其中做出形式和細(xì)節(jié)的各種改變。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，在上、下表面都具有光/熱轉(zhuǎn)換層的光熱敏材料層被置于目標(biāo)襯底之上，并且受到激發(fā)光照射，從而通過由激發(fā)光照射產(chǎn)生的熱來使精細(xì)圖案在光熱敏材料層中更有效地形成，而沒有光熱敏材料層的蒸發(fā)或變形。所得到的精細(xì)圖案與使用傳統(tǒng)方法相比具有更高的寬高比。
權(quán)利要求
1.圖案形成材料體，包括熱敏材料層，在目標(biāo)襯底上形成；第一光/熱轉(zhuǎn)換層，在熱敏材料層和目標(biāo)襯底之間形成；和第二光/熱轉(zhuǎn)換層，在熱敏材料層與第一光/熱轉(zhuǎn)換層相對(duì)的表面上形成，其中，熱敏材料層置于第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層之間。
2.如權(quán)利要求1所述的圖案形成材料體，其中，第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層吸收發(fā)射在其上的激發(fā)光并且將吸收的激發(fā)光轉(zhuǎn)換成熱。
3.如權(quán)利要求2所述的圖案形成材料體，其中，第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層包括Ge-Sb-Te合金。
4.如權(quán)利要求1至3的任何一個(gè)所述的圖案形成材料體，其中，熱敏材料層當(dāng)被另一激發(fā)光進(jìn)一步照射時(shí)被變成可溶解于或不可溶解于顯影溶液中。
5.如權(quán)利要求4所述的圖案形成材料體，其中，在受激發(fā)光的照射而在第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層中產(chǎn)生熱之后，熱敏材料層當(dāng)被另一激發(fā)光進(jìn)一步照射時(shí)被變成不再可溶解于顯影溶液中。
6.如權(quán)利要求4所述的圖案形成材料體，其中，由于受激發(fā)光照射而在第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層中產(chǎn)生的熱，使熱敏材料層不可溶解于顯影溶液中。
7.如權(quán)利要求5所述的圖案形成材料體，其中，熱敏材料層由正性光致抗蝕劑制成。
8.如權(quán)利要求6所述的圖案形成材料體，其中，熱敏材料層由負(fù)性光致抗蝕劑制成。
9.如權(quán)利要求1至8的任何一個(gè)所述的圖案形成材料體，還包括至少一個(gè)在第二光/熱轉(zhuǎn)換層和目標(biāo)襯底之間的熱保護(hù)層。
10.如權(quán)利要求9所述的圖案形成材料體，其中，熱保護(hù)層是第一光/熱轉(zhuǎn)換層和目標(biāo)襯底之間形成的襯底保護(hù)層。
11.如權(quán)利要求9或10所述的圖案形成材料體，其中，熱保護(hù)層是在熱敏材料層和第一光/熱轉(zhuǎn)換層之間形成的熱緩沖層。
12.如權(quán)利要求9至11的任何一個(gè)所述的圖案形成材料體，其中，熱保護(hù)層是在第二光/熱轉(zhuǎn)換層和熱敏材料層之間形成的熱緩沖層。
13.如權(quán)利要求1至12的任何一個(gè)所述的圖案形成材料體，還包括在第二光/熱轉(zhuǎn)換層上面的蓋層。
14.一種使用權(quán)利要求1至13的任何一個(gè)所述的圖案形成材料體來形成圖案的方法。
15.一種使用圖案形成材料體來形成圖案的方法，該圖案形成材料體包括在目標(biāo)襯底上形成的熱敏材料層，在熱敏材料層和目標(biāo)襯底之間形成的第一光/熱轉(zhuǎn)換層，和在熱敏材料層與第一光/熱轉(zhuǎn)換層相對(duì)的表面上形成的第二光/熱轉(zhuǎn)換層，該熱敏材料層置于第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層之間，該方法包括(a)將激發(fā)光發(fā)射到第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層上，以在其中產(chǎn)生熱，并且通過熱來改變熱敏材料層的圖案部分；和(b)去除熱敏材料層的非圖案部分。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括在圖案部分已被改變后，將另一激發(fā)光照射到熱敏材料層上。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括在步驟(a)之前，將另一激發(fā)光照射到熱敏材料層上。
18.如權(quán)利要求15至17的任何一個(gè)所述的方法，其中，熱敏材料層由正性光致抗蝕劑制成。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，熱敏材料層由負(fù)性光致抗蝕劑制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種圖案形成材料體，該圖案形成材料體包括在目標(biāo)襯底上形成的熱敏材料層；在熱敏材料層和目標(biāo)襯底之間形成的第一光/熱轉(zhuǎn)換層；和在熱敏材料層與第一光/熱轉(zhuǎn)換層相對(duì)的表面上形成的第二光/熱轉(zhuǎn)換層，該熱敏材料層置于第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層之間。使用在熱敏材料層的兩個(gè)表面上形成的第一和第二光/熱轉(zhuǎn)換層中產(chǎn)生的熱，能夠在由光致抗蝕劑制成的熱敏材料層中形成寬高比更高的精細(xì)圖案。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1705912SQ200380101900
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2003年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月23日
發(fā)明者金朱鎬, 富永淳二 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社, 獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合研究所