图案形成方法和半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供图案形成方法和半导体装置的制造方法，即，一种图案形成方法，该图案形成方法包含第1抗蚀剂图案形成工序、被覆层形成工序、以及第2抗蚀剂图案形成工序，被覆层形成工序中使用的所述被覆材料包含水溶性树脂、以及特定的通式化合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及形成超过曝光光源的曝光极限(析像分辨极限)的细微图案的图案形成方法和使用其的半导体装置的制造方法、以及抗蚀剂图案的被覆层的形成材料。
技术介绍
在LSI(半导体集成电路)等半导体装置中，随着集成度的提高，要求形成细微图案，目前，最小图案尺寸甚至达到45nm。这样的半导体装置中的细微图案的形成，可以通过使用能够形成IOOnm以下的细微图案的电子束的曝光技术来实现， 但是该使用电子束的曝光技术存在产量低，不适于以低成本进行大量生产的问题。因此，研究在不使用电子束的曝光技术中实现曝光装置的光源的短波长化(例如，以波长13.5nm的软X射线作为光源的EUV(极紫外线)曝光法)。然而，为了使上述曝光装置的光源短波长化，有必要更新曝光装置，存在需要巨大成本的问题。另外，为了形成细微图案，还有必要进行具有适于上述曝光装置的光源特性的高析像度的抗蚀剂材料的改良，但是抗蚀剂材料的改良存在极限，满足必要性能是极其困难的。因此，有必要从全新的视角对于不进行曝光装置的更新、抗蚀剂材料的改良即可以高精度形成均匀且细微的抗蚀剂图案的技术进行研究。作为使用现有曝光装置但能够形成超越曝光光源的曝光极限(析像分辨极限)的细微图案的细微抗蚀剂图案形成方法，有称为浸液法的方法。该浸液法是通过在抗蚀剂和最终投影透镜之间充满折射率比空气高的液体而得到高析像度的方法。然而，对于该浸液法而言，由于抗蚀剂的析像度并不充分，因此存在难以进行新一代hp (半间距)32nm的细微加工的问题。在这样的现状下，最近，作为能够进行新一代hp(半间距)32nm的细微加工的技术，双图案化法(夕''0〃夕一二 >々'')备受瞩目(例如，参照非专利文献I)。该双图案化法是形成第I抗蚀剂图案，在邻接的第I抗蚀剂图案之间形成第2抗蚀剂图案，减小抗蚀剂图案的图案间隔的方法。在该双图案化法中，在第I抗蚀剂膜显影后不进行蚀刻就进行第2抗蚀剂膜显影的称为LLE (光刻-光刻-蚀刻，Litho Litho Etch)的方法在成本上尤其有利。该LLE如下进行:例如，如附图说明图1A D所示，使用规定的掩模图案将第I抗蚀剂膜I曝光，进行显影(图1A)，从而形成IOOnm线(L)/300nm间距(S) (1:3)的第I抗蚀剂图案2(图1B)，在第I抗蚀剂图案2上涂布第2抗蚀剂3，与第I抗蚀剂图案2的线图案错开200nm使用相同的掩模图案进行曝光和显影(图1C)，从而使第I抗蚀剂图案2露出，并形成第2抗蚀剂图案4，形成IOOnm线(L)/IOOnm间距(S) (1:1)的抗蚀剂图案(图1D)。在该双图案化法中，为了不使第I抗蚀剂图案2溶解地涂布第2抗蚀剂3，必须有以任意方法使第I抗蚀剂图案2钝化的称为“抗蚀剂冷冻”的技术。作为上述抗蚀剂冷冻技术，已知有例如照射波长172nm的短波长紫外线的技术(例如，参照非专利文献2)。但是，在该技术中，必需与通常的抗蚀剂曝光不同的特殊工序，因而存在TAT(Turn Around Time)变长,不实用，不适于以低成本进行制造的问题。另外，作为上述抗蚀剂冷冻技术，已知有进行高温加热的技术(例如，参照非专利文献3)。但是，在该技术中，仅限于能够应对高温加热的抗蚀剂材料(特别是树脂)，因而存在抗蚀剂材料的选择面窄，不适于以低成本进行制造的问题。另外，作为上述抗蚀剂冷冻技术，已知有利用含有交联剂的冷冻剂的技术(例如，参照非专利文献4)。但是，在该技术中，像Logic LSI那样抗蚀剂图案的粗密差大，或者混有不同形状的抗蚀剂图案的情况下，抗蚀剂图案的被覆不均匀，因而存在难以形成细微图案的问题。另外，作为上述抗蚀剂冷冻技术，已知有用胺系气体进行处理的技术(例如，参照非专利文献5)。但是，在该技术中，存在污染第2抗蚀剂(抗蚀剂中毒)，灵敏度下降、产生残渣的问题。另外，作为上述抗蚀剂冷冻技术，已知有利用含有水溶性树脂和水溶性交联剂的冷冻剂的技术(例如，参照专利文献I)。但是，在该技术中，所形成的被覆层对波长193nm的ArF准分子激光的透射性高，因而存在第I抗蚀剂图案被再曝光而溶解于显影液的问题。进而，作为上述抗蚀剂冷冻技术，已知有利用含有金属化合物的冷冻剂的技术(例如，参照专利文献2)。但是，在该技术中，在形成有被覆层的第I抗蚀剂图案和第2抗蚀剂图案之间，耐蚀刻性产生很大差别，因而存在难以确保加工余量的问题。如上所述，采用以往的使用抗蚀剂冷冻技术的双图案化法，存在难以高产量且低成本地形成能够形成细微图案的细微抗蚀剂图案的问题。此外，已经公开了可以利用ArF准分子激光，可以不依赖其尺寸地进行厚壁化，能够超过曝光极限、低成本且简便高效地形成细微抗蚀剂脱落图案等的抗蚀剂图案厚壁化材料(例如，参照专利文献3 5)。但是，并没有设想将这些材料用于双图案化法。非专利文献1: Optical Microlithography XXI, Proc.SPIE, 6924, 6924-8 (2008)非专利文献2: Advances in Resist Materials and Processing TechnologyXXV，Proc.SPIE, 6923，6923-79 (2008)非专利文献3:Advances in Resist Materials and Processing TechnologyXXV, Proc.SPIE, 6923，6923-16(2008)非专利文献4:Advances in Resist Materials and Processing TechnologyXXV, Proc.SPIE, 6923，6923-17(2008)非专利文献5: J.Photopolym.Sc1.Tecnol.，21 (5)，655-663 (2008)专利文献1:日本特开2008-83537号公报专利文献2:日本特开2008-33174号公报专利文献3:日本特开2006-259692号公报专利文献4:日本特开2007-148272号公报 专利文献5:日本特开2008-107788号公报
技术实现思路
本专利技术的课题在于，解决上述以往的各种问题，达成以下目的。S卩，本专利技术的目的在于，提供、以及抗蚀剂图案的被覆层的形成材料，所述图案形成方法中，形成于第I抗蚀剂图案表面的被覆层通过防止该第I抗蚀剂图案溶解于第2抗蚀剂组合物，从而能够在第I抗蚀剂图案上重叠涂布第2抗蚀剂组合物，通过防止第I抗蚀剂图案吸收对由上述第2抗蚀剂组合物得到的第2抗蚀剂膜照射的曝光光而再曝光，从而能够不使第I抗蚀剂图案变形地在未形成第I抗蚀剂图案的被加工面上形成第2抗蚀剂图案，由此，能够在被加工面上形成超过目前曝光光源的曝光极限(析像分辨极限)的图案尺寸的图案。本专利技术的图案的形成方法，其特征在于，包含以下工序:在被加工面上形成由第I抗蚀剂组合物得到的第I抗蚀剂图案的第I抗蚀剂图案形成工序；以覆盖上述第I抗蚀剂图案表面的方式，形成由被覆材料得到的被覆层的被覆层形成工序；以及在形成有上述被覆层的第I抗蚀剂图案上，不使该第I抗蚀剂图案溶解地涂布第2抗蚀剂组合物，形成第2抗蚀剂膜，对上述第2抗蚀剂膜选择性地照射曝光光，进行显影，从而使上述第I抗蚀剂图案露出，并在未形成上述第I抗蚀剂图案的被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图案形成方法，其特征在于，包含以下工序：在被加工面上形成由第1抗蚀剂组合物得到的第1抗蚀剂图案的第1抗蚀剂图案形成工序；以覆盖所述第1抗蚀剂图案表面的方式，形成由被覆材料得到的被覆层的被覆层形成工序；以及在形成有所述被覆层的第1抗蚀剂图案上，不使所述第1抗蚀剂图案溶解地涂布第2抗蚀剂组合物，形成第2抗蚀剂膜，对所述第2抗蚀剂膜选择性地照射曝光光，进行显影，从而使所述第1抗蚀剂图案露出并在未形成所述第1抗蚀剂图案的被加工面上形成第2抗蚀剂图案的第2抗蚀剂图案形成工序，所述被覆材料包含水溶性树脂、以及下述通式(2)和(3)中的任一者表示的化合物，通式(2)其中，所述通式(2)中，R表示芳香族烃化合物，A表示含有羧基的一价有机基团，B表示羟基、烷基、烷氧基和烷氧基羰基中的任一者，o表示1以上的整数，p表示0～3的整数，o为2以上时，A彼此相同或不同，p为2～3时，B彼此相同或不同，通式(3)其中，所述通式(3)中，R表示芳香族烃化合物，C表示下述结构式(1)表示的官能团，D表示羟基、烷氧基、烷氧基羰基和烷基中的任一者，r表示1以上的整数，s表示0～3的整数，r为2以上时，C彼此相同或不同，s为2～3时，D彼此相同或不同，结构式(1)其中，所述结构式(1)中，R1和R2彼此相同或不同，表示氢或取代基，Z表示羟基和烷氧基中的任一者。FDA00002909247100011.jpg,FDA00002909247100012.jpg,FDA00002909247100013.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种图案形成方法，其特征在于，包含以下工序: 在被加工面上形成由第I抗蚀剂组合物得到的第I抗蚀剂图案的第I抗蚀剂图案形成工序； 以覆盖所述第I抗蚀剂图案表面的方式，形成由被覆材料得到的被覆层的被覆层形成工序；以及 在形成有所述被覆层的第I抗蚀剂图案上，不使所述第I抗蚀剂图案溶解地涂布第2抗蚀剂组合物，形成第2抗蚀剂膜，对所述第2抗蚀剂膜选择性地照射曝光光，进行显影，从而使所述第I抗蚀剂图案露出并在未形成所述第I抗蚀剂图案的被加工面上形成第2抗蚀剂图案的第2抗蚀剂图案形成工序， 所述被覆材料包含水溶性树脂、以及下述通式(2)和(3)中的任一者表示的化合物，2.根据权利要求1所述的图案形成方法，其中，所述被覆材料还含有水。3.根据权利要求1所述的图案形成方法，其中，所述水溶性树脂为选自聚乙烯醇、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯...

【专利技术属性】
技术研发人员：小泽美和，野崎耕司，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：