專利名稱：圖案形成方法和半導體裝置的制造方法
技術領域：
本發明涉及形成超過曝光光源的曝光極限(析像分辨極限)的細微圖案的圖案形成方法和使用其的半導體裝置的制造方法、以及抗蝕劑圖案的被覆層的形成材料。
背景技術：
在LSI(半導體集成電路)等半導體裝置中，隨著集成度的提高，要求形成細微圖案，目前，最小圖案尺寸甚至達到45nm。這樣的半導體裝置中的細微圖案的形成，可以通過使用能夠形成IOOnm以下的細微圖案的電子束的曝光技術來實現， 但是該使用電子束的曝光技術存在產量低，不適于以低成本進行大量生產的問題。因此，研究在不使用電子束的曝光技術中實現曝光裝置的光源的短波長化(例如，以波長13.5nm的軟X射線作為光源的EUV(極紫外線)曝光法)。然而，為了使上述曝光裝置的光源短波長化，有必要更新曝光裝置，存在需要巨大成本的問題。另外，為了形成細微圖案，還有必要進行具有適于上述曝光裝置的光源特性的高析像度的抗蝕劑材料的改良，但是抗蝕劑材料的改良存在極限，滿足必要性能是極其困難的。因此，有必要從全新的視角對于不進行曝光裝置的更新、抗蝕劑材料的改良即可以高精度形成均勻且細微的抗蝕劑圖案的技術進行研究。作為使用現有曝光裝置但能夠形成超越曝光光源的曝光極限(析像分辨極限)的細微圖案的細微抗蝕劑圖案形成方法，有稱為浸液法的方法。該浸液法是通過在抗蝕劑和最終投影透鏡之間充滿折射率比空氣高的液體而得到高析像度的方法。然而，對于該浸液法而言，由于抗蝕劑的析像度并不充分，因此存在難以進行新一代hp (半間距)32nm的細微加工的問題。在這樣的現狀下，最近，作為能夠進行新一代hp(半間距)32nm的細微加工的技術，雙圖案化法(夕''0〃夕一二 >々'')備受矚目(例如，參照非專利文獻I)。該雙圖案化法是形成第I抗蝕劑圖案，在鄰接的第I抗蝕劑圖案之間形成第2抗蝕劑圖案，減小抗蝕劑圖案的圖案間隔的方法。在該雙圖案化法中，在第I抗蝕劑膜顯影后不進行蝕刻就進行第2抗蝕劑膜顯影的稱為LLE (光刻-光刻-蝕刻，Litho Litho Etch)的方法在成本上尤其有利。該LLE如下進行:例如，如
圖1A D所示，使用規定的掩模圖案將第I抗蝕劑膜I曝光，進行顯影(圖1A)，從而形成IOOnm線(L)/300nm間距(S) (1:3)的第I抗蝕劑圖案2(圖1B)，在第I抗蝕劑圖案2上涂布第2抗蝕劑3，與第I抗蝕劑圖案2的線圖案錯開200nm使用相同的掩模圖案進行曝光和顯影(圖1C)，從而使第I抗蝕劑圖案2露出，并形成第2抗蝕劑圖案4，形成IOOnm線(L)/IOOnm間距(S) (1:1)的抗蝕劑圖案(圖1D)。在該雙圖案化法中，為了不使第I抗蝕劑圖案2溶解地涂布第2抗蝕劑3，必須有以任意方法使第I抗蝕劑圖案2鈍化的稱為“抗蝕劑冷凍”的技術。作為上述抗蝕劑冷凍技術，已知有例如照射波長172nm的短波長紫外線的技術(例如，參照非專利文獻2)。但是，在該技術中，必需與通常的抗蝕劑曝光不同的特殊工序，因而存在TAT(Turn Around Time)變長,不實用，不適于以低成本進行制造的問題。另外，作為上述抗蝕劑冷凍技術，已知有進行高溫加熱的技術(例如，參照非專利文獻3)。但是，在該技術中，僅限于能夠應對高溫加熱的抗蝕劑材料(特別是樹脂)，因而存在抗蝕劑材料的選擇面窄，不適于以低成本進行制造的問題。另外，作為上述抗蝕劑冷凍技術，已知有利用含有交聯劑的冷凍劑的技術(例如，參照非專利文獻4)。但是，在該技術中，像Logic LSI那樣抗蝕劑圖案的粗密差大，或者混有不同形狀的抗蝕劑圖案的情況下，抗蝕劑圖案的被覆不均勻，因而存在難以形成細微圖案的問題。另外，作為上述抗蝕劑冷凍技術，已知有用胺系氣體進行處理的技術(例如，參照非專利文獻5)。但是，在該技術中，存在污染第2抗蝕劑(抗蝕劑中毒)，靈敏度下降、產生殘渣的問題。另外，作為上述抗蝕劑冷凍技術，已知有利用含有水溶性樹脂和水溶性交聯劑的冷凍劑的技術(例如，參照專利文獻I)。但是，在該技術中，所形成的被覆層對波長193nm的ArF準分子激光的透射性高，因而存在第I抗蝕劑圖案被再曝光而溶解于顯影液的問題。進而，作為上述抗蝕劑冷凍技術，已知有利用含有金屬化合物的冷凍劑的技術(例如，參照專利文獻2)。但是，在該技術中，在形成有被覆層的第I抗蝕劑圖案和第2抗蝕劑圖案之間，耐蝕刻性產生很大差別，因而存在難以確保加工余量的問題。如上所述，采用以往的使用抗蝕劑冷凍技術的雙圖案化法，存在難以高產量且低成本地形成能夠形成細微圖案的細微抗蝕劑圖案的問題。此外，已經公開了可以利用ArF準分子激光，可以不依賴其尺寸地進行厚壁化，能夠超過曝光極限、低成本且簡便高效地形成細微抗蝕劑脫落圖案等的抗蝕劑圖案厚壁化材料(例如，參照專利文獻3 5)。但是，并沒有設想將這些材料用于雙圖案化法。非專利文獻1: Optical Microlithography XXI, Proc.SPIE, 6924, 6924-8 (2008)非專利文獻2: Advances in Resist Materials and Processing TechnologyXXV，Proc.SPIE, 6923，6923-79 (2008)非專利文獻3:Advances in Resist Materials and Processing TechnologyXXV, Proc.SPIE, 6923，6923-16(2008)非專利文獻4:Advances in Resist Materials and Processing TechnologyXXV, Proc.SPIE, 6923，6923-17(2008)非專利文獻5: J.Photopolym.Sc1.Tecnol.，21 (5)，655-663 (2008)專利文獻1:日本特開2008-83537號公報專利文獻2:日本特開2008-33174號公報專利文獻3:日本特開2006-259692號公報專利文獻4:日本特開2007-148272號公報
專利文獻5:日本特開2008-107788號公報
發明內容
本發明的課題在于，解決上述以往的各種問題，達成以下目的。S卩，本發明的目的在于，提供圖案形成方法和半導體裝置的制造方法、以及抗蝕劑圖案的被覆層的形成材料，所述圖案形成方法中，形成于第I抗蝕劑圖案表面的被覆層通過防止該第I抗蝕劑圖案溶解于第2抗蝕劑組合物，從而能夠在第I抗蝕劑圖案上重疊涂布第2抗蝕劑組合物，通過防止第I抗蝕劑圖案吸收對由上述第2抗蝕劑組合物得到的第2抗蝕劑膜照射的曝光光而再曝光，從而能夠不使第I抗蝕劑圖案變形地在未形成第I抗蝕劑圖案的被加工面上形成第2抗蝕劑圖案，由此，能夠在被加工面上形成超過目前曝光光源的曝光極限(析像分辨極限)的圖案尺寸的圖案。本發明的圖案的形成方法，其特征在于，包含以下工序:在被加工面上形成由第I抗蝕劑組合物得到的第I抗蝕劑圖案的第I抗蝕劑圖案形成工序；以覆蓋上述第I抗蝕劑圖案表面的方式，形成由被覆材料得到的被覆層的被覆層形成工序；以及在形成有上述被覆層的第I抗蝕劑圖案上，不使該第I抗蝕劑圖案溶解地涂布第2抗蝕劑組合物，形成第2抗蝕劑膜，對上述第2抗蝕劑膜選擇性地照射曝光光，進行顯影，從而使上述第I抗蝕劑圖案露出，并在未形成上述第I抗蝕劑圖案的被加工面上形成第2抗蝕劑圖案的第2抗蝕劑圖案形成工序。本發明的半導體裝置的制造方法，其特征在于，包含以下工序:在被加工面上形成由第I抗蝕劑組合物得到的第I抗蝕劑圖案的第I抗蝕劑圖案形成工序；以覆蓋上述第I抗蝕劑圖案表面的方式，形成由被覆材料得到的被覆層的被覆層形成工序；以及在形成有上述被覆層的第I抗蝕劑圖案上，不使該第I抗蝕劑圖案溶解地涂布第2抗 蝕劑組合物，形成第2抗蝕劑膜，對上述第2抗蝕劑膜選擇性地照射曝光光，進行顯影，從而使上述第I抗蝕劑圖案露出，并在未形成上述第I抗蝕劑圖案的被加工面上形成第2抗蝕劑圖案的第2抗蝕劑圖案形成工序。該半導體裝置的制造方法中，在上述第I抗蝕劑圖案形成工序中，在被加工面上形成由第I抗蝕劑組合物得到的第I抗蝕劑圖案。在上述被覆層形成工序中，以覆蓋上述第I抗蝕劑圖案表面的方式，形成由被覆材料得到的被覆層。在上述第2抗蝕劑圖案形成工序中，在形成有上述被覆層的第I抗蝕劑圖案上，不使該第I抗蝕劑圖案溶解地涂布第2抗蝕劑組合物，形成第2抗蝕劑膜，對上述第2抗蝕劑膜選擇性地照射曝光光，進行顯影，從而使上述第I抗蝕劑圖案露出，并在未形成上述第I抗蝕劑圖案的被加工面上形成第2抗蝕劑圖案。這里，上述由被覆材料得到的被覆層吸收上述曝光光，其結果是，可以防止第I抗蝕劑圖案吸收對由第2抗蝕劑組合物得到的第2抗蝕劑膜照射的曝光光而再曝光。本發明的被覆層的形成材料，其特征在于，至少含有酚醛系樹脂和聚乙烯基吡咯烷酮中的至少任一者、以及下述通式(I)表示的化合物，上述被覆層形成于第I抗蝕劑圖案表面，用于在形成有上述被覆層的第I抗蝕劑圖案上，不使該第I抗蝕劑圖案溶解地涂布第2抗蝕劑組合物，形成第2抗蝕劑膜，對上述第2抗蝕劑膜選擇性地照射曝光光，進行顯影，從而使上述第I抗蝕劑圖案露出，并在未形成上述第I抗蝕劑圖案的被加工面上形成第2抗蝕劑圖案。
權利要求
1.一種圖案形成方法，其特征在于，包含以下工序: 在被加工面上形成由第I抗蝕劑組合物得到的第I抗蝕劑圖案的第I抗蝕劑圖案形成工序； 以覆蓋所述第I抗蝕劑圖案表面的方式，形成由被覆材料得到的被覆層的被覆層形成工序；以及 在形成有所述被覆層的第I抗蝕劑圖案上，不使所述第I抗蝕劑圖案溶解地涂布第2抗蝕劑組合物，形成第2抗蝕劑膜，對所述第2抗蝕劑膜選擇性地照射曝光光，進行顯影，從而使所述第I抗蝕劑圖案露出并在未形成所述第I抗蝕劑圖案的被加工面上形成第2抗蝕劑圖案的第2抗蝕劑圖案形成工序， 所述被覆材料包含水溶性樹脂、以及下述通式(2)和(3)中的任一者表示的化合物，
2.根據權利要求1所述的圖案形成方法，其中，所述被覆材料還含有水。
3.根據權利要求1所述的圖案形成方法，其中，所述水溶性樹脂為選自聚乙烯醇、聚乙烯醇縮乙醛、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、纖維素和鞣質中的至少I種。
4.根據權利要求1所述的圖案形成方法，其中，所述通式(2)和(3)中的任一者表示的化合物的含量相對于樹脂成分I質量份為0.01質量份 10質量份。
5.一種半導體裝置的制造方法，其特征在于，包含以下工序: 在被加工面上形成由第I抗蝕劑組合物得到的第I抗蝕劑圖案的第I抗蝕劑圖案形成工序； 以覆蓋所述第I抗蝕劑圖案表面的方式，形成由被覆材料得到的被覆層的被覆層形成工序；以及 在形成有所述被覆層的第I抗蝕劑圖案上，不使所述第I抗蝕劑圖案溶解地涂布第2抗蝕劑組合物，形成第2抗蝕劑膜，對所述第2抗蝕劑膜選擇性地照射曝光光，進行顯影，從而使所述第I抗蝕劑圖案露出，并在未形成所述第I抗蝕劑圖案的被加工面上形成第2抗蝕劑圖案的第2抗蝕劑圖案形成工序，所述被覆材料包含水溶性樹脂、以及下述通式(2)和(3)中的任一者表示的化合物，
全文摘要
本發明提供圖案形成方法和半導體裝置的制造方法，即，一種圖案形成方法，該圖案形成方法包含第1抗蝕劑圖案形成工序、被覆層形成工序、以及第2抗蝕劑圖案形成工序，被覆層形成工序中使用的所述被覆材料包含水溶性樹脂、以及特定的通式化合物。
文檔編號H01L21/311GK103226285SQ201310078760
公開日2013年7月31日 申請日期2008年12月26日 優先權日2008年12月26日
發明者小澤美和, 野崎耕司 申請人:富士通株式會社