專利名稱：圖案形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以在半導(dǎo)體裝置制造過程等中使用的圖案形成方法。
背景技術(shù)：
近年來在半導(dǎo)體裝置制造過程中，隨著半導(dǎo)體元件集成度的提高，要求光刻技術(shù)的抗蝕劑圖案的分辨率進一步細微化。特別是有接觸孔形成用的開口部(孔部分)的抗蝕劑圖案，采用以往的光刻法時對比度低，很難獲得所需的形狀。
于是作為用光刻法形成微細接觸孔圖案的形成方法，有人提出一種通過形成含有交聯(lián)劑的水溶性膜將已經(jīng)形成的抗蝕劑圖案覆蓋，利用殘存在抗蝕劑圖案未曝光部分的酸，以熱作為催化劑使之與水溶性膜產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，使接觸孔圖案的開口直徑縮小(收縮)的方法(例如參見非專利文獻1)。
以下參照附圖9和10就采用以往的化學(xué)收縮法的圖案形成方法加以說明。
首先準備具有以下組成的正型化學(xué)增幅型抗蝕劑材料。
聚(2-甲基-2-金剛烷基丙烯酸酯-γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)(基體聚合物)………………………………2克三苯基锍九氟丁磺酸酯(酸發(fā)生劑)………………………0.06克丙二醇單甲醚乙酸酯(溶劑)……………………………20克然后如圖9(a)所示，在基板1上涂布上述的化學(xué)增幅型抗蝕劑材料，形成厚度0.4微米厚的抗蝕劑膜2。
進而如圖9(b)所示，利用數(shù)值孔徑(NA)為0.60的ArF激元激光掃描儀，通過掩模4對抗蝕劑膜照射曝光光線3，對圖案進行曝光。
接著如圖9(c)所示，在105℃溫度下對進行了圖案曝光后的抗蝕劑膜2實施曝光后加熱(PEB)90秒鐘。
然后如圖9(d)所示，用2.38重量％的氫氧化四甲銨顯影液(堿性顯影液)顯影60秒鐘，得到抗蝕劑膜未曝光部分形狀的開口直徑為0.20微米的抗蝕劑圖案2a。
其次如圖10(a)所示，通過旋涂法在基板1上遍及含有初期光闌圖案2a的全部表面上，使含有以下組成的交聯(lián)劑的水溶性膜5成膜。
聚乙烯醇(基體聚合物)……………………………………2克2，4，6-三(甲氧基甲基)氨基-1，3，5-s-三嗪(交聯(lián)劑)0.2克水(溶劑)……………………………………………………30克接著如圖10(b)所示，在130℃溫度下對成膜后的水溶性膜5進行60秒鐘加熱，使初期抗蝕劑圖案2a中的開口部的側(cè)壁部分和與該側(cè)壁部分接觸的水溶性膜5進行交聯(lián)反應(yīng)。
最后如圖10(c)所示，用純水除去水溶性膜5中與初期抗蝕劑圖案2a未反應(yīng)的部分，能夠得到由初期抗蝕劑圖案2a，和與水溶性膜5中初期抗蝕劑圖案2a的開口側(cè)壁接連反應(yīng)而成的殘存部分5a共同組成的、具有0.15微米開口直徑的抗蝕劑圖案7。這樣，抗蝕劑圖案的開口直徑就可以從初期抗蝕劑圖案2a的0.20微米縮小到0.15微米。
非專利文獻T.Ishibashi等人，《Advanced Micro-LithographyProcess with Chemical Shrink Technology》，日本應(yīng)用物理雜志，第40卷419頁(2001)專利文獻特開2001-316863號公報。
然而如圖10(c)所示，采用上述以往的收縮法得到的接觸孔用的抗蝕劑圖案7，容易產(chǎn)生圖案形狀不良的不良圖案的問題。這樣，形成了縮小抗蝕劑圖案的抗蝕劑圖案一旦稱為不良圖案，在其后的蝕刻工序中就會使作為蝕刻對象的部件圖案形狀產(chǎn)生不良，因而成為半導(dǎo)體裝置制造上的大問題。
也就是說，使用形狀不良的抗蝕劑圖案會使得到的蝕刻對象材料的圖案形狀也產(chǎn)生不良，所以會在半導(dǎo)體裝置制造過程中成為生產(chǎn)率和成品率降低的問題。而且，雖然在抗蝕劑膜2中使用了正型化學(xué)增幅型抗蝕劑材料，但是使用負型化學(xué)增幅型抗蝕劑材料也會產(chǎn)生不良圖案。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述已有的問題，本發(fā)明目的在于是以用化學(xué)收縮法得到的抗蝕劑圖案形狀變得良好。
本發(fā)明人等為了查明利用化學(xué)收縮法得到的抗蝕劑圖案形狀不良的原因而進行了深入研究，結(jié)果得出以下結(jié)論使開口圖案的開口尺寸收縮的水溶性膜，顯影后因殘存在抗蝕劑圖案中的例如正型抗蝕劑情況下的未曝光部分的側(cè)壁部分的酸，以熱為催化劑引起交聯(lián)反應(yīng)，但是在傳統(tǒng)圖案形成方法中，顯影后殘存在抗蝕劑圖案中的酸，其量不足以引起充分的交聯(lián)反應(yīng)。
由此結(jié)論發(fā)現(xiàn)，一旦向使開口尺寸收縮的水溶性膜中添加促進與抗蝕劑材料交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)促進劑(例如酸)，在水溶性膜與抗蝕劑膜之間就會產(chǎn)生充分交聯(lián)反應(yīng)，使得到的抗蝕劑圖案形狀變得良好。
本發(fā)明正是基于這一發(fā)現(xiàn)而完成的，具體講可以采用以下方法實現(xiàn)。
本發(fā)明涉及的圖案形成方法，其特征在于，其中備有在基板上形成抗蝕劑膜的工序；對抗蝕劑膜選擇性照射曝光光線進行圖案曝光的工序，通過對圖案進行了曝光的抗蝕劑膜進行顯影，形成第一抗蝕劑圖案的工序；在基板上含有第一抗蝕劑圖案的全部表面上，形成水溶性膜的工序，而該水溶性膜含有與構(gòu)成第一抗蝕劑圖案的材料交聯(lián)的交聯(lián)劑以及促進該交聯(lián)劑反應(yīng)的交聯(lián)促進劑；通過加熱所述水溶性膜，使水溶性膜及第一抗蝕劑圖案中該第一抗蝕劑圖案側(cè)面上接觸部分之間進行交聯(lián)反應(yīng)的工序；和通過除去水溶性膜中與第一抗蝕劑圖案未反應(yīng)的部分，從第一抗蝕劑圖案其側(cè)面上由水溶性膜殘存而成的第二抗蝕劑圖案的形成工序。
根據(jù)本發(fā)明的圖案形成方法，在使第一抗蝕劑圖案中開口尺寸收縮用水溶性膜的形成過程中，由于向該水溶性膜中添加了促進與第一抗蝕劑圖案構(gòu)成材料交聯(lián)的交聯(lián)劑進行交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)促進劑，所以在其后的加熱過程中，水溶性膜與第一抗蝕劑圖案構(gòu)成材料(抗蝕劑膜)之間將產(chǎn)生充分交聯(lián)反應(yīng)，所以能夠使第一抗蝕劑膜與水溶性膜在其側(cè)面上殘存而成的第二抗蝕劑圖案的形狀良好。
這種情況下，交聯(lián)促進劑優(yōu)選酸、酸性聚合物或加熱產(chǎn)生酸的酸發(fā)生劑。其原因是通常使用的抗蝕劑膜，大多由形成后即顯影后殘存在抗蝕劑圖案側(cè)面上的酸的材料構(gòu)成，水溶性膜中所含的交聯(lián)劑因這種酸而產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)的緣故。
而且這種情況下，交聯(lián)促進劑優(yōu)選水溶性化合物。水溶性化合物一般由較低分子構(gòu)成，被固化前狀態(tài)的水溶性膜中其移動的自由度高，將水溶性化合物殘存在抗蝕劑材料中的酸與水溶性膜中所含的交聯(lián)劑加以攪拌，能夠提高水溶性膜與抗蝕劑膜之間交聯(lián)反應(yīng)的反應(yīng)概率，所以能夠在水溶性膜與抗蝕劑膜之間引起充分的交聯(lián)反應(yīng)。
本發(fā)明的圖案形成方中，抗蝕劑膜優(yōu)選由化學(xué)增幅型抗蝕劑組成。眾所周知，化學(xué)增幅型抗蝕劑因曝光而釋放酸，所以適用于化學(xué)收縮法。
根據(jù)本發(fā)明涉及的圖案形成方法，由于在第一抗蝕劑圖案與使第一抗蝕劑圖案的開口直徑縮小的水溶性膜之間能產(chǎn)生充分交聯(lián)反應(yīng)，所以能夠使第一抗蝕劑圖案與水溶性膜在其側(cè)面上殘存而成的第二抗蝕劑圖案具有良好的形狀。


圖1(a)～(d)是表示本發(fā)明第一種實施方式涉及的圖案形成方法的工序順序的剖面圖。
圖2(a)～(c)是表示本發(fā)明第一種實施方式涉及的圖案形成方法的工序順序的剖面圖。
圖3(a)～(d)是表示本發(fā)明第二種實施方式涉及的圖案形成方法的工序順序的剖面圖。
圖4(a)～(c)是表示本發(fā)明第二種實施方式涉及的圖案形成方法的工序順序的剖面圖。
圖5(a)～(d)是表示本發(fā)明第三種實施方式涉及的圖案形成方法的工序順序的剖面圖。
圖6(a)～(c)是表示本發(fā)明第三種實施方式涉及的圖案形成方法的工序順序的剖面圖。
圖7(a)～(d)是表示本發(fā)明第四種實施方式涉及的圖案形成方法的工序順序的剖面圖。
圖8(a)～(c)是表示本發(fā)明第四種實施方式涉及的圖案形成方法的工序順序的剖面圖。
圖9(a)～(d)是表示以往的化學(xué)收縮法涉及的圖案形成方法的工序順序的剖面圖。
圖10(a)～(c)是表示以往的化學(xué)收縮法涉及的圖案形成方法的工序順序的剖面圖。
圖中，101…基板，102…抗蝕劑膜，102a…開口部，102b…第一抗蝕劑圖案，103…曝光光線，104…掩模，105…水溶性膜，105a…水溶性膜的側(cè)壁上部，107…第二抗蝕劑圖案，201…基板，202…抗蝕劑膜，202a…開口部，202b…第一抗蝕劑圖案，203…曝光光線，204…掩模，205…水溶性膜，205a…水溶性膜的側(cè)壁上部，207…第二抗蝕劑圖案，301…基板，302…抗蝕劑膜，302a…開口部，302b…第一抗蝕劑圖案，303…曝光光線，304…掩模，305…水溶性膜，305a…水溶性膜的側(cè)壁上部，307…第二抗蝕劑圖案，401…基板，402…抗蝕劑膜，402a…開口部，402b…第一抗蝕劑圖案，403…曝光光線，404…掩模，405…水溶性膜，405a…水溶性膜的側(cè)壁上部，407…第二抗蝕劑圖案具體實施方式
(第一種實施方式)以下參照附圖1(a)～圖1(d)以及圖2(a)～圖2(c)說明本發(fā)明的第一種實施方式涉及的圖案形成方法。
首先準備具有以下組成的正型化學(xué)增幅型抗蝕劑材料。
聚(2-甲基-2-金剛烷基丙烯酸酯-γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)(基體聚合物)………………………………2克三苯基锍九氟丁磺酸酯(酸發(fā)生劑)…………………0.06克三乙醇胺(猝滅劑)…………………………0.002克丙二醇單甲醚乙酸酯(溶劑)……………………20克然后如圖1(a)所示，在基板101上涂布上述的化學(xué)增幅型抗蝕劑材料，形成厚度0.4微米的抗蝕劑膜102。
接著如圖1(b)所示，通過掩模104對抗蝕劑膜102照射由數(shù)值孔徑NA為0.60的ArF激元激光掃描儀發(fā)出的激光光線103，進行圖案曝光。
然后如圖1(c)所示，例如在105℃溫度下用電熱板對進行了圖案曝光后的抗蝕劑膜102進行90秒鐘的曝光后加熱(PEB)。
進而如圖1(d)所示，利用2.38重量％的四甲基氫氧化銨顯影液(堿性顯影液)進行60秒鐘顯影，得到由抗蝕劑膜102的未曝光部分組成、例如接觸孔形成用的具有0.20微米開口直徑開口部102a的第一抗蝕劑圖案102b。
隨后如圖2(a)所示，例如用旋涂法在基板101上，在含有第一抗蝕劑圖案102b的整個表面上，使水溶性膜105成膜，其膜中含有具有以下組成的交聯(lián)劑和本身是促進該交聯(lián)劑反應(yīng)的交聯(lián)促進劑的酸。
聚乙烯醇(基體聚合物)………………………………… 2克2，4，6-三(甲氧基甲基)氨基-1，3，5-s-三嗪(交聯(lián)劑)…0.2克乙酸(酸) ……………………………………………… 0.06克水(溶劑) ……………………………………………… 30克接著如圖2(b)所示，對成膜后的水溶性膜105在130℃溫度下進行60秒鐘加熱，使第一抗蝕劑圖案102b中開口部102a的側(cè)壁部分和與該側(cè)壁部分接觸的水溶性膜105產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)。其中水溶性膜105之所以僅與第一抗蝕劑圖案102b中開口部102a的側(cè)壁部分反應(yīng)，是因為第一抗蝕劑圖案102b的上面是未被照射曝光光線103的未曝光部分，所以不會有來自抗蝕劑膜102的酸殘存的緣故。
而且，這里雖然是將向水溶性膜105中添加的乙酸相對于作溶劑用水的相對量定為0.2重量％，但是也可以添加到數(shù)重量％的程度。而且，乙酸的添加量，將以水溶性膜105本身不會因引起交聯(lián)反應(yīng)的熱處理而固化的程度作為其上限。
最后如圖2(c)所示，通過用純水除去與水溶性膜105中第一抗蝕劑圖案102b未反應(yīng)的部分，能夠得到一種由第一抗蝕劑圖案102b和水溶性膜105中第一抗蝕劑圖案102b的開口部102a側(cè)壁上部分105a組成、開口部102a的開口寬度縮小到0.15微米而且能保持良好形狀的第二抗蝕劑圖案107。
因此根據(jù)第一種實施方式，由于向使第一抗蝕劑圖案102b的開口部102a的開口直徑縮小的水溶性膜105中，添加了在該開口部102a側(cè)壁上殘存酸的補充用乙酸，在引起交聯(lián)反應(yīng)的加熱過程中能使水溶性膜105中所含的交聯(lián)劑充分反應(yīng)，所以水溶性膜105的側(cè)壁上部分105a可以確實形成，其結(jié)果第二抗蝕劑圖案107的形狀將會良好。
另外，向水溶性膜105中添加的酸，除乙酸外還可以使用鹽酸、三氟甲磺酸或九氟丁磺酸。
而且也可以在除去水溶性膜105的純水中添加表面活性劑。
(第二種實施方式)以下參照圖3(a)～圖3(d)以及圖4(a)～圖4(c)說明本發(fā)明的第二種實施方式涉及的圖案形成方法。
首先準備具有以下組成的正型化學(xué)增幅型抗蝕劑材料。
聚(2-甲基-2-金剛烷基丙烯酸酯-γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)(基體聚合物)………………………………………2克三苯基锍九氟丁磺酸酯(酸發(fā)生劑)…………………………0.06克三乙醇胺(猝滅劑)……………………………0.002克丙二醇單甲醚乙酸酯(溶劑)……………………20克然后如圖3(a)所示，在基板201上涂布上述的化學(xué)增幅型抗蝕劑材料，形成厚度0.4微米的抗蝕劑膜202。
接著如圖3(b)所示，通過掩模204對抗蝕劑膜202照射由數(shù)值孔徑NA為0.60的ArF激元激光掃描儀發(fā)出的曝光光線203進行圖案曝光。
然后如圖3(c)所示，例如在105℃溫度下用電熱板對進行了圖案曝光后的抗蝕劑膜202進行90秒鐘的曝光后加熱(PEB)。
進而如圖3(d)所示，利用2.38重量％的四甲基氫氧化銨顯影液(堿性顯影液)進行60秒鐘顯影，得到由抗蝕劑膜202的未曝光部分組成、例如接觸孔形成用并具有開口直徑為0.20微米的開口部202a的第一抗蝕劑圖案202b。
隨后如圖4(a)所示，例如用旋涂法在基板201上，在含有第一抗蝕劑圖案202b的整個表面上使水溶性膜205成膜，所述水溶性膜含有以下組成的交聯(lián)劑和本身是促進該交聯(lián)劑反應(yīng)的交聯(lián)促進劑的酸性聚合物。
聚乙烯醇(基體聚合物)……………………………………2克2，4，6-三(甲氧基甲基)氨基-1，3，5-s-三嗪(交聯(lián)劑)0.2克聚丙烯酸(酸性聚合物)…………………………………0.05克水(溶劑)……………………………………………………30克接著如圖4(b)所示，對成膜后的水溶性膜205在130℃溫度下進行60秒鐘加熱，使第一抗蝕劑圖案202b中開口部202a的側(cè)壁部分和與該側(cè)壁部分接觸的水溶性膜205產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)。其中水溶性膜205之所以僅與第一抗蝕劑圖案202b中開口部202a的側(cè)壁部分反應(yīng)，是因為第一抗蝕劑圖案202b的上面是未被照射曝光光線203的未曝光部分，所以不會有來自抗蝕劑膜202的酸殘存的緣故。
而且這里把向水溶性膜205添加的聚丙烯酸相對于作溶劑用水的相對量定為0.17重量％，但是也可以添加到數(shù)重量％的程度。而且，聚丙烯酸的添加量，將以水溶性膜205本身不會因引起交聯(lián)反應(yīng)的熱處理而固化的程度作為其上限。
最后如圖4(c)所示，通過用純水除去與水溶性膜205中第一抗蝕劑圖案202b未反應(yīng)的部分，能夠得到一種由第一抗蝕劑圖案202b和水溶性膜205中第一抗蝕劑圖案202b的開口部202a的側(cè)壁上部分205a組成、開口部202a的開口寬度縮小到0.15微米而且將保持良好形狀的第二抗蝕劑圖案207。
如此，根據(jù)第二種實施方式，由于向使第一抗蝕劑圖案202b的開口部202a的開口直徑縮小的水溶性膜205中，添加了在該開口部202a側(cè)壁上殘存酸的補充用聚丙烯酸，由于在引起交聯(lián)反應(yīng)的加熱過程中能使水溶性膜205所含的交聯(lián)劑充分反應(yīng)，所以水溶性膜205側(cè)壁上部分205a可以確實形成，其結(jié)果第二抗蝕劑圖案107的形狀將變得良好。
其中向水溶性膜205中添加的酸性聚合物，除聚丙烯酸外還可以使用聚苯乙烯磺酸。
而且也可以在除去水溶性膜205用的純水中添加表面活性劑。
(第三種實施方式)以下參照圖5(a)～圖5(d)以及圖6(a)～圖6(c)說明本發(fā)明的第三種實施方式涉及的圖案形成方法。
首先準備具有以下組成的正型化學(xué)增幅型抗蝕劑材料。
聚(2-甲基-2-金剛烷基丙烯酸酯-γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)(基體聚合物)………………………………………2克三苯基锍九氟丁磺酸酯(酸發(fā)生劑)…………………………0.06克三乙醇胺(猝滅劑)…………………………………0.002克丙二醇單甲醚乙酸酯(溶劑)……………………………20克然后如圖5(a)所示，在基板301上涂布上述的化學(xué)增幅型抗蝕劑材料，形成厚度0.4微米的抗蝕劑膜302。
接著如圖5(b)所示，通過掩模304對抗蝕劑膜302照射由數(shù)值孔徑NA為0.60的ArF激元激光掃描儀發(fā)出的曝光光線303進行圖案曝光。
然后如圖5(c)所示，例如用電熱板對進行了圖案曝光后的抗蝕劑膜302，在105℃溫度下進行90秒鐘的曝光后加熱(PEB)。
進而如圖5(d)所示，利用2.38重量％的四甲基氫氧化銨顯影液(堿性顯影液)進行60秒鐘顯影，得到由抗蝕劑膜302的未曝光部分組成、例如接觸孔形成用的具有開口直徑為0.20微米的開口部302a的第一抗蝕劑圖案302b。
隨后如圖6(a)所示，例如用旋涂法在基板301上，在含有第一抗蝕劑圖案302b的整個表面上使水溶性膜305成膜，所述水溶性膜含有以下組成的交聯(lián)劑和作為促進該交聯(lián)劑反應(yīng)的交聯(lián)促進劑的酸性聚合物。
聚乙烯醇(基體聚合物)…………………………………2克2，4，6-三(甲氧基甲基)氨基-1，3，5-s-三嗪(交聯(lián)劑)…0.2克全氟苯三氟甲烷磺酸酯(酸發(fā)生劑)………………0.04克水(溶劑)……………………………………………………30克接著如圖6(b)所示，對成膜后的水溶性膜305在130℃溫度下進行60秒鐘加熱，使第一抗蝕劑圖案302b中開口部302a的側(cè)壁部分和與該側(cè)壁部分接觸的水溶性膜305進行交聯(lián)反應(yīng)。其中水溶性膜305之所以僅與第一抗蝕劑圖案302b中開口部302a的側(cè)壁部分反應(yīng)，是因為第一抗蝕劑圖案302b的上面是未被照射曝光光線303的未曝光部分，所以不會殘存有來自抗蝕劑膜302的酸的緣故。
而且這里把向水溶性膜305添加的酸發(fā)生劑相對于作溶劑用水的相對量定為0.13重量％，但是也可以添加到數(shù)重量％的程度。而且，酸發(fā)生劑的添加量，將以水溶性膜305本身不因引起交聯(lián)反應(yīng)的熱處理而固化的程度作為其上限。
接著，如圖6(c)所示，通過用純水除去與水溶性膜305中第一抗蝕劑圖案302b未反應(yīng)的部分，能夠得到一種由第一抗蝕劑圖案302b和水溶性膜305中第一抗蝕劑圖案302b開口部302a的側(cè)壁上部分305a組成、開口部302a的開口寬度縮小到0.15微米而且保持良好形狀的第二抗蝕劑圖案307。
因此根據(jù)第三種實施方式，因為向使第一抗蝕劑圖案302b開口部302a的開口直徑縮小的水溶性膜305中添加了在該開口部302a側(cè)壁上殘存酸的補充用酸發(fā)生劑，在引起交聯(lián)反應(yīng)的加熱過程中能使水溶性膜305所含的交聯(lián)劑充分反應(yīng)，所以可以確實形成水溶性膜305的側(cè)壁上部分305a，其結(jié)果第二抗蝕劑圖案307的形狀將變得良好。
另外，向水溶性膜305中添加的酸發(fā)生劑，并不限于全氟苯三氟甲烷磺酸酯，例如還可以使用其他芳香族磺酸酯。
作為芳香族磺酸酯的具體實例，例如可以舉出4-氟代苯三氟甲烷磺酸酯、2，3，4-三氟代苯三氟甲烷磺酸酯、苯三氟甲烷磺酸酯、全氟苯九氟丁烷磺酸酯、4-氟代苯九氟丁烷磺酸酯、2，3，4-三氟代苯九氟丁烷磺酸酯或苯九氟丁烷磺酸酯。
而且也可以在除去水溶性膜305用的純水中添加表面活性劑。
(第四種實施方式)以下參照附圖7(a)～圖7(d)以及圖8(a)～圖8(c)說明本發(fā)明的第四種實施方式涉及的圖案形成方法。
首先準備具有以下組成的正型化學(xué)增幅型抗蝕劑材料。
聚(2-甲基-2-金剛烷基丙烯酸酯-γ-丁內(nèi)酯甲基丙烯酸酯)(基體聚合物)………………………………………2克三苯基锍九氟丁磺酸酯(酸發(fā)生劑)……………………0.06克三乙醇胺(猝滅劑)………………………………………0.002克丙二醇單甲醚乙酸酯(溶劑)……………………………20克然后如圖7(a)所示，在基板401上涂布上述的化學(xué)增幅型抗蝕劑材料，形成厚度0.4微米的抗蝕劑膜402。
接著如圖7(b)所示，通過掩模404對抗蝕劑膜402照射由數(shù)值孔徑NA為0.60的ArF激元激光掃描儀發(fā)出的曝光光線403進行圖案曝光。
然后如圖7(c)所示，例如用電熱板在105℃溫度下對進行了圖案曝光后的抗蝕劑膜402進行90秒鐘的曝光后加熱(PEB)。
進而如圖7(d)所示，利用2.38重量％的四甲基氫氧化銨顯影液(堿性顯影液)進行60秒鐘顯影，得到由抗蝕劑膜402的未曝光部分組成、例如接觸孔形成用具有開口直徑為0.20微米開口部402a的第一抗蝕劑圖案402b。
隨后如圖8(a)所示，例如用旋涂法在基板401上，在含有第一抗蝕劑圖案402b的整個表面上使水溶性膜405成膜，所述水溶性膜含有以下所示組成的交聯(lián)劑和本身是促進該交聯(lián)劑反應(yīng)的交聯(lián)促進劑的水溶性。
聚乙烯醇(基體聚合物)……………………………………2克2，4，6-三(甲氧基甲基)氨基-1，3，5-s-三嗪(交聯(lián)劑)0.2克雙酚A(水溶性化合物)……………………………………0.03克水(溶劑)……………………………………………………30克接著如圖8(b)所示，對成膜后的水溶性膜405在130℃溫度下進行60秒鐘加熱，使第一抗蝕劑圖案402b中開口部402a的側(cè)壁部分和與該側(cè)壁部分接觸的水溶性膜405進行交聯(lián)反應(yīng)。其中水溶性膜405之所以僅與第一抗蝕劑圖案402b中開口部402a的側(cè)壁部分反應(yīng)，是因為第一抗蝕劑圖案402b的上面是未被照射曝光光線403的未曝光部分，所以不會殘存有來自抗蝕劑膜402的酸的緣故。
而且這里把向水溶性膜405添加的水溶性化合物相對于作溶劑用水的相對量定為0.1重量％，但是也可以添加到數(shù)重量％的程度。
最后如圖8(c)所示，通過用純水除去與水溶性膜405中第一抗蝕劑圖案402b未反應(yīng)的部分，能夠得到由第一抗蝕劑圖案402b和水溶性膜405中第一抗蝕劑圖案402b的開口部402a的側(cè)壁上部分405a組成、開口部402a的開口寬度縮小到0.15微米而且將保持良好形狀的第二抗蝕劑圖案407。
如此，根據(jù)第四種實施方式，由于向使第一抗蝕劑圖案402b開口部202a的開口直徑縮小的水溶性膜405中，在固化之前添加了引起低分子的緣故而移動自由度高的水溶性化合物，殘存在開口部402的酸與水溶性膜中所含的交聯(lián)劑之間的反應(yīng)概率提高，所以在引起交聯(lián)反應(yīng)的加熱過程中水溶性膜405中的交聯(lián)劑能夠充分反應(yīng)。其結(jié)果可以確實形成水溶性膜405的側(cè)壁上部分405a，第二抗蝕劑圖案407的形狀變得良好。
而且，向水溶性膜205中添加的水溶性化合物，除雙酚A以外還可以使用苯酚。
另外，也可以在除去水溶性膜405用的純水中添加表面活性劑。
不僅如此，在第一～第四種實施方式中，在構(gòu)成各第一抗蝕劑圖案的抗蝕劑材料中雖然使用了正型化學(xué)增幅型抗蝕劑，但是并不限于化學(xué)增幅型抗蝕劑，在第一抗蝕劑圖案形成后也可以是能在圖案側(cè)壁部分生成酸的抗蝕劑材料。而且不限于正型抗蝕劑，也可以是負型抗蝕劑。
在第一～第四種實施方式中，對于向使各第一抗蝕劑圖案開口部的開口直徑縮小的水溶性膜中添加的交聯(lián)劑，除使用的2，4，6-三(甲氧基甲基)氨基-1，3，5-s-三嗪之外，還可以使用1，3，5-N-(三羥甲基)蜜胺、2，4，6-三(乙氧基甲基)氨基-1，3，5-s-三嗪、四甲氧基甲基乙二醇尿素、四甲氧基甲基尿素、1，3，5-三(甲氧基甲氧基)苯或1，3，5-三(異丙氧基甲氧基)苯而代替。
而且，在各水溶性膜的基體聚合物中可以使用聚乙烯基吡咯烷酮代替聚乙烯醇。
此外在第一～第四種實施方式中，各第一抗蝕劑圖案的曝光光線，并不限于ArF激元激光，還可以適當使用KrF激元激光、F2激光、Xe2激光、Kr2激光、ArKr激光或Ar2激光等。
本發(fā)明涉及的圖案形成方法，具有能使采用化學(xué)收縮法形成的抗蝕劑圖案形狀良好的效果，在半導(dǎo)體裝置的制造過程等之中可以作為圖案形成方法等使用。
權(quán)利要求
1.一種圖案形成方法，其特征在于，其中備有在基板上形成抗蝕劑膜的工序；對所述抗蝕劑膜選擇性地照射曝光光線而進行曝光的工序；通過對進行了曝光的所述抗蝕劑膜進行顯影，形成第一抗蝕劑圖案的工序；在所述基板上含有所述第一抗蝕劑圖案的全部表面上，形成水溶性膜的工序，該水溶性膜含有與所述第一抗蝕劑圖案構(gòu)成材料交聯(lián)的交聯(lián)劑及促進該交聯(lián)劑的反應(yīng)的交聯(lián)促進劑；通過加熱所述水溶性膜，使所述水溶性膜及第一抗蝕劑圖案中該第一抗蝕劑圖案的側(cè)面上接觸部分之間交聯(lián)反應(yīng)的工序；和除去所述水溶性膜中與所述第一抗蝕劑圖案的未反應(yīng)部分，形成從所述第一抗蝕劑圖案在其側(cè)面上由所述水溶性膜殘存而成的第二抗蝕劑圖案的形成工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述交聯(lián)促進劑是酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述交聯(lián)促進劑是酸性聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述交聯(lián)促進劑是由熱產(chǎn)生酸的酸發(fā)生劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述交聯(lián)促進劑是水溶性化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任何一項所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述抗蝕劑膜由化學(xué)增幅型抗蝕劑組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任何一項所述圖案形成方法，其特征在于，其中所述交聯(lián)劑是1，3，5-N-(三羥甲基)蜜胺、2，4，6-三(甲氧基甲基)氨基-1，3，5-s-三嗪、2，4，6-三(乙氧基甲基)氨基-1，3，5-s-三嗪、四甲氧基甲基乙二醇尿素、四甲氧基甲基尿素、1，3，5-三(甲氧基甲氧基)苯或1，3，5-三(異丙氧基甲氧基)苯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任何一項所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述水溶性膜由聚乙烯醇或聚乙烯基吡咯烷酮構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述酸是乙酸、鹽酸、三氟甲磺酸或九氟丁磺酸。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述酸性聚合物是聚丙烯酸或聚苯乙烯磺酸。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述酸發(fā)生劑是芳香族磺酸酯。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述芳香族磺酸酯是全氟苯三氟甲烷磺酸酯、4-氟代苯三氟甲烷磺酸酯、2，3，4-三氟代苯三氟甲烷磺酸酯、苯三氟甲烷磺酸酯、全氟苯九氟丁烷磺酸酯、4-氟代苯九氟丁烷磺酸酯、2，3，4-三氟代苯九氟丁烷磺酸酯或苯九氟丁烷磺酸酯。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖案形成方法，其特征在于，其中所述水溶性化合物是苯酚或雙酚A。
14.一種圖案形成方法，其特征在于，其中備有在基板上形成抗蝕劑膜的工序；對所述抗蝕劑膜選擇性地照射曝光光線進行曝光的工序；對曝光后的所述抗蝕劑膜進行顯影，形成第一抗蝕劑圖案的工序；在所述基板中含有所述第一抗蝕劑圖案的全部表面上，形成水溶性膜的工序，該水溶性膜含有與所述第一抗蝕劑圖案構(gòu)成材料交聯(lián)的交聯(lián)劑及促進該交聯(lián)劑反應(yīng)的交聯(lián)促進劑；對所述基板進行退火的工序；和在所述抗蝕劑圖案的側(cè)壁上形成由具有所述水溶性膜的所述第一抗蝕劑圖案構(gòu)成的第二抗蝕劑圖案的工序。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述圖案形成方法，其特征在于，其中對所述水溶性膜進行退火，使一部分所述水溶性膜與一部分所述第一抗蝕劑圖案之間互相接觸進行交聯(lián)反應(yīng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述圖案形成方法，其特征在于，其中在所述第一抗蝕劑圖案的側(cè)壁上的一部分所述水溶性膜，是除去已經(jīng)退火的所述水溶性膜后的殘留部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述圖案形成方法，其特征在于，其中所述殘留部分是在所述水溶性膜與所述第一抗蝕劑膜之間未進行交聯(lián)反應(yīng)的部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述圖案形成方法，其特征在于，其中所述交聯(lián)促進劑是酸、酸聚合物、不經(jīng)退火產(chǎn)生酸的酸發(fā)生劑、或水溶性化合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述圖案形成方法，其特征在于，其中所述曝光光線是ArF激元激光光線。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述圖案形成方法，其特征在于，其中所述曝光光線是ArF激元激光光線。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述圖案形成方法，其特征在于，其中所述第一抗蝕劑圖案包括帶有直徑0.20微米開口的孔圖案，而且所述第二抗蝕劑圖案包括帶有直徑0.15微米開口的孔圖案。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述圖案形成方法，其特征在于，其中所述第一抗蝕劑圖案包括帶有直徑0.20微米開口的孔圖案，而且所述第二抗蝕劑圖案包括帶有直徑0.15微米開口的孔圖案。
全文摘要
提供一種圖案形成方法，在基板(101)上形成抗蝕劑膜(102)，對形成的抗蝕劑膜(102)選擇性地照射曝光光線進行曝光。對進行了圖案曝光的抗蝕劑膜(102)進行顯影，形成第一抗蝕劑圖案(102b)，接著在基板(101)上遍及含有第一抗蝕劑圖案(102b)的全部表面上形成水溶性膜，該水溶性膜中含有與抗蝕劑構(gòu)成材料交聯(lián)的交聯(lián)劑及促進該交聯(lián)劑交聯(lián)反應(yīng)的作為交聯(lián)促進劑的酸。進而通過加熱使水溶性膜(105)和在第一抗蝕劑圖案(102b)的側(cè)面上接觸部分之間交聯(lián)反應(yīng)后，除去水溶性膜(105)中與第一抗蝕劑圖案(102b)未反應(yīng)的部分，以形成從第一抗蝕劑圖案(102b)在其側(cè)面上由水溶性膜(105)殘存而成的第二抗蝕劑圖案(107)。使得到的抗蝕劑圖案形狀良好。
文檔編號G03C5/00GK1604275SQ200410049548
公開日2005年4月6日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者遠藤政孝, 笹子勝 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社