專利名稱：圖形形成方法和半導體器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用來形成微細的抗蝕劑圖形的圖形形成方法和半導體器件的制造方法。
背景技術：
近些年來，隨著半導體器件的高集成化，布線和隔離寬度已經非常微細化。一般地說，微細圖形的形成工藝，包括用光刻技術在被加工襯底上形成抗蝕劑圖形的工序，然后以該抗蝕劑圖形為掩?？涛g被加工襯底的工序。為此，在微細圖形的形成工藝中，光刻技術是重要的。
抗蝕劑圖形的尺寸受曝光波長制約。另一方面，近些年來，微細圖形的尺寸已接近曝光波長的程度。其結果是，為了形成這樣的微細圖形所需要的抗蝕劑圖形的形成就變得困難起來。
于是，作為形成超過波長界限的微細的抗蝕劑圖形的形成方法，人們提出了采用在被加工襯底和抗蝕劑圖形上，形成含有交聯劑的抗蝕劑膜，然后，使在抗蝕劑膜與抗蝕劑圖形之間的界面上發(fā)生交聯反應，使得在該界面上生長交聯層，由此形成包括抗蝕劑圖形和交聯層在內的、超過波長界限的微細的抗蝕劑圖形的方法(收縮處理)(專利文獻1-3)。
借助于上述現有的方法，可以某種程度地實現抗蝕劑圖形的微細化。但是，若用現有的方法，形成今后所需要的微細的抗蝕劑圖形是困難的。
日本專利第3071401號 日本專利第3189773號[專利文獻3]特開2002-134379號公報發(fā)明的內容如上所述，要用現有的抗蝕劑圖形的形成方法，形成今后所需要的微細的抗蝕劑圖形的困難的。
本發(fā)明，就是考慮到上述事情后完成的，其目的在于提供目的為容易地形成今后所需要的微細的抗蝕劑圖形的圖形形成方法和半導體器件的制造方法。
簡單地說來，在本申請中公開的發(fā)明中，代表性的發(fā)明概要如下。
即，為了實現上述目的，本發(fā)明的圖形形成方法，其特征在于，具有在襯底上形成第1抗蝕劑圖形的工序；向上述第1抗蝕劑圖形上照射光或能束的工序；在上述襯底和上述第1抗蝕劑圖形的上邊，形成含有交聯劑的抗蝕劑膜的工序；使得在上述第1抗蝕劑圖形和上述抗蝕劑膜之間的界面上發(fā)生交聯反應，在上述第1抗蝕劑圖形與上述抗蝕劑膜之間的界面上形成交聯層，形成包括該交聯層和上述第1抗蝕劑圖形的第2抗蝕劑圖形的工序；向上述第1抗蝕劑圖形上照射光或能束的工序，包括設定要向上述第1抗蝕劑圖形照射的光或能束的量的工序，該工序根據預先求得的上述第1抗蝕劑圖形與上述第2抗蝕劑圖形之間的尺寸差，和向上述第1抗蝕劑圖形照射的光或能束的量之間的對應關系，使得上述第2抗蝕劑圖形的尺寸變成為規(guī)定的尺寸。
本發(fā)明的另一圖形形成方法，其特征在于，具有在襯底上形成第1抗蝕劑圖形的工序；對上述第1抗蝕劑圖形的表面進行親水化處理的工序；對上述襯底的表面進行疏水化處理的工序；在上述襯底和上述第1抗蝕劑圖形的上邊，形成含有交聯劑的抗蝕劑膜的工序；使得在上述第1抗蝕劑圖形和上述抗蝕劑膜之間的界面上發(fā)生交聯反應，在上述第1抗蝕劑圖形與上述抗蝕劑膜之間的界面上形成交聯層，形成包括該交聯層和上述第1抗蝕劑圖形的第2抗蝕劑圖形的工序。
本發(fā)明的半導體器件的制造方法，其特征在于具有借助于本發(fā)明的圖形形成方法，在襯底上形成第2抗蝕劑圖形的工序；以上述第2抗蝕劑圖形為掩模刻蝕上述襯底的工序。
本發(fā)明的上述以及其它的目的和新的特征，借助于本說明書的講述和附圖將更加清楚。
倘采用本發(fā)明，則可以實現用來容易地形成今后所需要的微細的抗蝕劑圖形的圖形形成方法和半導體器件的制造方法。


圖1是示出步距和收縮量和DOF之間的關系的圖。
圖2是示出收縮量的步距依賴性的圖。
圖3是示出本發(fā)明的實施形態(tài)1的圖形形成方法的流程的流程圖。
圖4是示出本發(fā)明的實施形態(tài)1的圖形形成方法的剖面圖。
圖5是示出接在圖4的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)1的圖形形成方法的剖面圖。
圖6是示出接在圖5的工序的后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)1的圖形形成方法的剖面圖。
圖7是示出本發(fā)明的實施形態(tài)1的圖形形成方法的步驟S4的具體例的剖面圖。
圖8是示出接在圖7的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)1的圖形形成方法的步驟S4的具體例的剖面圖。
圖9是示出接在圖8的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)1的圖形形成方法的步驟S4的具體例的剖面圖。
圖10是示出本發(fā)明的實施形態(tài)1的圖形形成方法的第2曝光時的第1抗蝕劑圖形的照射量與收縮量之間的對應關系的圖。
圖11是示出具備透過率彼此不同的移相膜(移相器)的掩?；宓钠拭鎴D。
圖12是示出本發(fā)明的實施形態(tài)2的圖形形成方法的流程的流程圖。
圖13是示出本發(fā)明的實施形態(tài)2的圖形形成方法的第1抗蝕劑圖形的照射量與收縮量之間的對應關系的圖。
圖14是示出本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
圖15是示出接在圖14的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
圖16是示出接在圖15的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
圖17是示出接在圖16的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
圖18是示出了接在圖17的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
圖19是示出接在圖18的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
圖20是示出接在圖19的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
圖21是示出本發(fā)明的實施形態(tài)4的圖形形成方法的剖面圖。
圖22是示出接在圖21的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
圖23是示出接在圖22的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
圖24是示出接在圖23的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
圖25是示出接在圖24的工序后邊的本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。
符號說明1...被加工襯底、2...防反射膜、3...抗蝕劑膜(第1抗蝕劑圖形)、4...抗蝕劑膜、5...交聯層、6...第2抗蝕劑圖形、7...玻璃基板、81～86...移相膜(移相器)、11...被加工襯底、12...防反射膜、13...SOG膜、14...化學放大型抗蝕劑膜(第1抗蝕劑圖形)、15...臭氧水、16...第1抗蝕劑圖形14的親水化區(qū)域、17...六甲基二硅氮烷蒸汽、18...含有交聯材料的抗蝕劑膜、19...熱板、20，20’...交聯層、21，21’...第1抗蝕劑圖形。
具體實施例方式
以下，邊參看附圖邊說明本發(fā)明的實施形態(tài)。
實施形態(tài)1圖1是示出步距與收縮量與DOF(焦點深度)之間的關系的圖。具體地說，是在將ArF光用作光源、NA＝0.9、σ＝0.95、環(huán)帶屏蔽率＝0.5，且掩模偏移±3nm尺寸的條件下，形成由多個接觸孔(形為正方形，尺寸為一邊90nm)構成的接觸孔圖形時將橫軸取為接觸孔間的步距，將縱軸取為接觸孔的收縮量，用光刻仿真計算曝光量偏移2％時DOF的結果。由圖1可知最佳收縮量因步距而不同。
詳細地說來，在將必要的DOF定為150nm時，步距從150nm到240nm之間，就沒有必要使接觸孔圖形進行收縮。特別是在步距為150nm的情況下，由于越是增加收縮量，DOF就越減少，故不需要收縮。此外，當步距超過了240nm時，為了確保150nm的DOF，收縮量必須至少為10nm。
圖2是示出圖形形成方法(收縮處理)中的收縮量對步距的依賴性的圖，該圖形形成方法包括借助于通常的光刻技術，在被加工襯底上形成第1抗蝕劑圖形的工序，和在第1抗蝕劑圖形和被加工襯底的上邊形成含有交聯劑的抗蝕劑膜的工序，和使得在第1抗蝕劑圖形和抗蝕劑之間的界面上發(fā)生交聯反應，在該界面上形成交聯層，形成包括第1抗蝕劑圖形和交聯層的第2抗蝕劑圖形(收縮抗蝕劑圖形)的工序。由圖2可知，收縮量不依賴于步距，是恒定的。
在使用上述圖形形成方法(收縮工藝)的情況下，由于收縮量恒定而與步距無關，故雖然步距150nm以外的接觸孔圖形，DOF會歸因于進行收縮而增大，但是，步距150nm的接觸孔圖形DOF卻會歸因于收縮而減小。變得不能實現本身為必要DOF的150nm，難于形成必要的微細圖形。以下，對可以解決這樣的問題的本發(fā)明的實施形態(tài)的圖形形成方法進行說明。
圖3是示出了本發(fā)明的實施形態(tài)1的圖形形成方法的流程的流程圖。
首先，用光刻仿真估計為了得到收縮抗蝕劑圖形(第2抗蝕劑圖形)所必要的、要在被加工襯底上形成的抗蝕劑圖形(第1抗蝕劑圖形)的收縮量(步驟S1)。該收縮量，要考慮到光刻工藝的寬余量地進行估計。
其次，借助于眾所周知的光刻技術，在被加工襯底上邊，形成具有比目標尺寸(設計尺寸)恰好大一個與上述收縮量對應的尺寸量那么大的尺寸的第1抗蝕劑圖形(步驟S2)。形成第1抗蝕劑圖形的工序，包括在被加工襯底上形成抗蝕劑膜的工序，使上述抗蝕劑膜曝光的工序(第1曝光)，和使曝光后的抗蝕劑顯影的工序等。
下面，邊參看圖4-圖6邊對步驟S2進行說明。
首先，如圖4所示，用旋轉涂敷法向被加工襯底1上涂敷防反射膜材料，然后，在溫度215℃進行1分鐘的烘烤，形成厚度80nm的防反射膜2。在這里，作為上述防反射膜材料，使用的是日產化學社生產的ArF有機防反射膜ARC29A。此外，作為被加工襯底1，使用的是包括硅襯底和在其上邊形成的絕緣膜的襯底。
其次，如圖5所示，向反射防止膜2上用旋轉涂敷法涂敷正型抗蝕劑，然后，在溫度130℃進行1分鐘的烘烤，形成厚度400nm的抗蝕劑膜3。在這里，作為上述正型抗蝕劑，使用的是JSR社生產的ArF正型抗蝕劑。
其次，如圖6所示，進行曝光工序、烘烤工序和顯影工序，形成具有接觸孔圖形的第1抗蝕劑圖形3。在這里，在上述曝光工序中，用ArF準分子激光曝光裝置(NSR S306C尼康公司生產)，在NA＝0.78，2/3環(huán)帶照明的條件下，用透過率6％的半色調掩模進行曝光。此外，上述烘烤工序，是在溫度100℃烘烤1分鐘。此外，在上述顯影工序中，用2.38重量％的四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液進行顯影。借助于該曝光工序、烘烤工序和顯影工序，就得到了包括由形狀為正方形、一邊為150nm的接觸孔形成的接觸孔圖形的第1抗蝕劑圖形3。接觸孔的形狀不限于正方形，正方形或圓形都可以。
在步驟S2后，對第1抗蝕劑圖形照射ArF準分子激光，進行第2曝光(步驟S3)以使第2抗蝕劑圖形(收縮圖形)的尺寸成為固定的尺寸(上述目標尺寸)。
上述ArF準分子激光的照射量(第1抗蝕劑圖形的第2曝光時的照射量)可根據預先求得的第1抗蝕劑圖形的尺寸與第2抗蝕劑圖形的尺寸之差(在這里是收縮量)與照射量(曝光量)之間的對應關系決定。
上述第2曝光，也可以分成多次曝光進行。在該情況下，要將各個曝光時的照射量決定為使得各個曝光時的照射量的總和變成為上述照射量。這樣的曝光，如圖11所示，要先準備具備在玻璃基板(Qz)7上透過率彼此不同的移相膜(移相器)81～86的掩模基板，然后從移相膜81～86中選擇具有可得到規(guī)定的照射量的透過率的移相膜，通過所選擇的移相膜向第1抗蝕劑圖形上照射ArF準分子激光。
在上述掩?；宓那闆r下，雖然采用改變移相膜81～86的膜厚的辦法，改變了移相膜81～86的透過率，但是也可以采用改變材料的辦法來改變透過率。
此外，在進行光曝光的情況下，由于可以采用具備圖11所示的那樣的透過率不同的多個移相膜的掩?；宓霓k法，在1次的曝光中以規(guī)定的曝光量向抗蝕劑內的多個區(qū)域上照射光，故可以縮短TAT(周轉時間)。上述多個移相膜的配置和厚度(透過率)，可與上述抗蝕劑內的多個區(qū)域的配置和曝光量相對應地決定。就是說，要將掩?；逯械囊葡嗄?移相器)的透過率和配置決定為使得可以得到要形成的第1抗蝕劑圖形。
其次，在被加工襯底和第2抗蝕劑圖形的上邊，形成含有交聯劑的抗蝕劑膜，然后，使在第1抗蝕劑圖形與上述含有交聯劑的抗蝕劑膜之間的界面上發(fā)生交聯反應，在第1抗蝕劑圖形與上述含有交聯劑的抗蝕劑膜的界面上形成交聯層，然后，經由沖洗顯影工序，就可以形成包括該交聯層與第1抗蝕劑圖形的第2抗蝕劑圖形(步驟S4)。上述交聯劑與酸進行反應。
下面，邊參看圖7-圖9邊說明步驟S4的具體例。
首先，如圖7所示，在防反射膜2和已進行了第2曝光的第1抗蝕劑圖形3的上邊，用旋轉涂敷法涂敷科萊恩·日本(クラリアント·ジヤパン)公司生產的RELACS劑，形成含有由上述RELACS劑構成的厚度300nm的交聯劑的抗蝕劑膜4。
其次，如圖8所示，通過125℃、90秒的烘烤，使得在第1抗蝕劑圖形3與抗蝕劑膜4之間的界面上發(fā)生交聯反應，在第1抗蝕劑圖形3與抗蝕劑膜4之間的界面上形成交聯層5。其結果是可以形成包括交聯層5和第1抗蝕劑圖形3的第2抗蝕劑圖形6。
然后，如圖9所示，用純水進行60秒鐘的沖洗顯影，除去抗蝕劑膜4。
下面對求出上述對應關系的方法(步驟S11-S13)進行說明。
首先，準備多個第1抗蝕劑圖形，對每一個第1抗蝕劑圖形都改變照射量進行第2曝光(步驟S11)。第1曝光，是在形成第1抗蝕劑圖形時進行的曝光。第1抗蝕劑圖形，具有以恒定的步距排列起來的多個圖形。該多個圖形，例如，是與多個接觸孔對應的多個開口圖形。
其次，對于已進行了第2曝光的各個第1抗蝕劑圖形，進行通常(眾所周知)的收縮處理，就可以形成多個第2抗蝕劑圖形(步驟S12)。
其次，求第1抗蝕劑圖形的尺寸與第2抗蝕劑圖形的尺寸之差(在這里是收縮量)，然后，求收縮量與照射量之間的對應關系(步驟S13)。作為第1和第2抗蝕劑圖形的尺寸，例如，是形狀為正方形的接觸孔的一邊的長度，或者形狀為長方形的接觸孔的長邊的長度。
上述步驟S11-S13，也可以對于采用改變含于第1抗蝕劑圖形中的上述多個的圖形的步距的辦法得到的別的抗蝕劑圖形進行。在步驟S3中所參照的對應關系，是關于具有與含于要在步驟S1-S4中形成的第1抗蝕劑圖形中的多個圖形的步距相同的步距的多個圖形的抗蝕劑圖形的。
其次，對求上述對應關系的方法(步驟S11-S13)的具體例進行說明。在以下的說明中，步驟S11由步驟S11A-S11D構成，步驟S12由步驟S12A-S12D構成。
首先，準備多個半導體襯底(晶片)(步驟S11A)。半導體襯底，例如是硅襯底(硅晶片)。
其次，用旋轉涂敷法向上述半導體襯底上涂防反射材料，然后，在溫度215℃、進行1分鐘的烘烤，在半導體襯底上形成厚度80nm的防反射膜(步驟S11B)。這里，作為上述防反射膜材料，使用的是日產化學公司制的ArF有機防反射膜ARC29A。
其次，用旋轉涂敷法向上述防反射膜上涂敷正型抗蝕劑，然后，在溫度130℃，進行1分鐘的烘烤，形成厚度400nm的抗蝕劑膜(步驟S11C)。在這里，作為上述正型抗蝕劑，使用的是JSR公司生產的ArF正型抗蝕劑。
其次，進行曝光(第1曝光)工序、烘烤工序和顯影工序，形成具有接觸孔圖形的抗蝕劑膜(第1抗蝕劑圖形)(步驟S11D)。
在這里，在上述曝光工序中，使用ArF準分子激光曝光裝置(NSRS306C，尼康公司生產)，在NA＝0.78、2/3環(huán)帶照明的條件下，用透過率6％的半色調掩模進行曝光。此外，上述烘烤工序，是在溫度100℃、進行1分鐘的烘烤。此外，在上述顯影工序中，用2.38重量％的四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液進行顯影。借助于這樣的曝光工序、烘烤工序和顯影工序，得到了含有150nm的接觸孔圖形的第1抗蝕劑圖形。
在步驟S11(S11A-S11D)之后，接著進行收縮處理S12(S12A-S12D)。
首先，使用ArF準分子激光曝光裝置(NSR S306C，尼康公司生產)，在NA＝0.78、2/3環(huán)帶照明的條件下，采用對每一個半導體襯底改變照射量的辦法對第1抗蝕劑圖形進行第2曝光(步驟S12A)。
其次，在防反射膜和已進行了第2曝光的第1抗蝕劑圖形3的上邊，用旋轉涂敷法涂敷科萊恩·日本(クラリアント·ジヤパン)公司生產的RELACS劑，形成含有由上述RELACS劑構成的厚度300nm的交聯劑的抗蝕劑膜(步驟S12B)。
其次，在125℃、烘烤90秒，使得在第1抗蝕劑圖形與含有上述交聯劑的抗蝕劑膜之間的界面上發(fā)生交聯反應，在第1抗蝕劑圖形與上述含有交聯劑的抗蝕劑膜之間的界面上形成交聯層(步驟S12C)。
其次，用純水進行60秒鐘的沖洗顯影，就可以得到包括上述交聯層和第1抗蝕劑圖形3的第2抗蝕劑圖形(步驟S12D)。
然后，對于多個半導體襯底(晶片)中的每一者，用日立公司生產的S-9220測長SEM對第2抗蝕劑圖形中的接觸孔的尺寸進行測長，就可以求得圖10所示的那樣的第2曝光時的第1抗蝕劑圖形的照射量與收縮量之間的對應關系(步驟S13)。
上述步驟S11A-S11D、S12A-S12D和S13，也可以對于采用改變第1抗蝕劑圖形中的多個圖形的步距的辦法得到的其它的抗蝕劑圖形進行。
在本實施形態(tài)中，在使第1抗蝕劑圖形曝光時雖然是照射光(激光)，但是也可以照射電子束、I線、G線、軟X射線(EUV)等的能束。在該情況下，可以與要照射的能束相對應地適宜變更抗蝕劑圖形的材料。
此外，采用以用本實施形態(tài)的圖形形成方法得到的第2抗蝕劑圖形為掩?？涛g被加工襯底的辦法，就可以實現含有超過波長界限的微細的圖形，例如，接觸孔圖形的半導體器件。
實施形態(tài)2圖12是示出本發(fā)明的實施形態(tài)2的圖形形成方法的流程的流程圖。對于那些與圖3對應的部分賦予了同一標號，詳細的說明(包括效果、變形例等)則予以省略。
本實施形態(tài)與實施形態(tài)1不同之處在于，在步驟S11之后，還對于已進行了第2曝光的各個第1抗蝕劑圖形進行烘烤(步驟S11’)。步驟S11’要在步驟S12之前進行。
步驟S11’，具體地說，是在溫度100℃、烘烤1分鐘。本實施形態(tài)的步驟S11、S12和S13的具體例，與實施形態(tài)1的對應步驟是相同的。步驟S11’是在溫度100℃、烘烤1分鐘，在步驟S1-S4與實施形態(tài)1相同的情況下，就得到了圖13所示那樣的第1抗蝕劑圖形的照射量與收縮量之間的對應關系。
倘采用本實施形態(tài)，通過追加步驟S11’，故如圖13所示，可以得到在照射量增加的同時收縮量減少的情況下的第1抗蝕劑圖形的照射量與收縮量之間的對應關系。相對于此，在實施形態(tài)1中，如圖10所示，可以得到在照射量增加的同時收縮量也增加的情況下的第1抗蝕劑圖形的照射量與收縮量之間的對應關系。
此外，從圖10得到的收縮量的控制范圍是10nm左右，同樣，從圖13得到的收縮量的控制范圍是10nm左右。但是，采用使用將圖10和圖13組合起來得到的第2曝光時的第1抗蝕劑圖形的照射量與收縮量之間的對應關系的辦法，可以使收縮量的控制范圍一直擴展到20nm左右(2倍左右)。
此外，采用以用本實施形態(tài)的圖形形成方法得到的第2抗蝕劑圖形為掩?？涛g被加工襯底的辦法，就可以實現含有超過波長界限的微細的圖形，例如，接觸孔圖形的半導體器件。
實施形態(tài)3圖14-圖20是示出本發(fā)明的實施形態(tài)3的圖形形成方法的剖面圖。本實施形態(tài)的圖形形成方法，是3層的抗蝕劑工藝的圖形形成方法。
首先，如圖14所示，在被加工襯底11的主面上，依次用旋轉涂敷法形成防反射膜12、SOG膜13以及化學放大型抗蝕劑膜14。
被加工襯底11，例如，具備已集成形成了元件的硅襯底等的半導體襯底，在該半導體襯底上設置的布線層(布線+絕緣膜)等。在要形成接觸孔圖形的情況下，就要對絕緣膜進行加工。以下，將被加工襯底11和在其上形成的各種膜(在本階段是防反射膜12、SOG膜13和化學放大型抗蝕劑膜14)匯總起來叫做被處理襯底。
此外，在這里，作為防反射膜12使用的是由碳構成的在碳上旋轉(Spinon C)的膜，作為SOG膜13使用的是有機硅氧化膜、作為化學放大型抗蝕劑膜14使用的是ArF光(波長193nm)用化學放大型正型抗蝕劑膜。
其次，如圖15所示，經過曝光工序、烘烤工序、顯影工序、干燥工序等，形成孔徑為150nm的第1抗蝕劑圖形14。
這里，在上述曝光工序中，ArF準分子激光通過曝光用原版照射在化學放大型抗蝕劑膜14上，曝光用原版內的圖形被縮小投影曝光到化學放大型抗蝕劑膜14上。在上述烘烤工序中，在130℃進行60秒的熱處理。然后，被處理襯底被搬送至顯影裝置內。在顯影裝置內，顯影液被供給到被處理襯底上，進行30秒的顯影處理。在顯影處理后，被處理襯底在被旋轉的同時供給純水，進行反應的停止和洗滌。然后，通過旋轉干燥將被處理襯底干燥。
其次，如圖16所示，向SOG膜13和第1抗蝕劑圖形14的上邊，供給臭氧水15。借助于臭氧水15，第1抗蝕劑圖形14的表面被親水化。親水化后的區(qū)域用參照標號16表示。
在這里，將臭氧水15的濃度定為20ppm，供給時間定為60秒。此外，要使得第1抗蝕劑圖形14的表面均勻被親水化那樣地，向被處理襯底上供給臭氧水15。
此外，即便是向SOG膜13上供給臭氧水15，SOG膜13的表面也幾乎不會被親水化。因此，在本實施形態(tài)的情況下，結果就變成為在被加工襯底11的主面上，第1抗蝕劑圖形14選擇性地被親水化。
其次，如圖17所示，在已充滿了六甲基二硅氮烷蒸氣17的未畫出來的處理裝置內，對于被處理襯底在100℃進行30秒的加熱處理，使SOG膜13的表面疏水化。這時，第1抗蝕劑圖形14的親水化的區(qū)域16幾乎不被疏水化，區(qū)域16的親水化得以維持。因此，在本實施形態(tài)的情況下，結果就變成為在被加工襯底11的主面上，SOG膜13的表面選擇性地被疏水化。
其次，如圖18所示，在SOG膜13和第1抗蝕劑圖形14的上邊，將由含有交聯劑的水溶性樹脂構成的抗蝕劑膜18形成為使得其將第1抗蝕劑圖形14的表面被覆起來。上述交聯劑與酸進行反應。
其次，如圖19所示，使抗蝕劑膜18朝上地將被處理襯底載置到熱板19上，然后，通過130℃、60秒的加熱處理，使得第1抗蝕劑圖形14與抗蝕劑膜18之間的界面上發(fā)生交聯反應，由此就可以在第1抗蝕劑圖形14與抗蝕劑膜18之間的界面上形成交聯層20。這時，由于SOG膜13的表面已經被疏水化，故可以防止在SOG膜13與抗蝕劑膜18之間形成交聯層。
其次，如圖20所示，通過向被處理襯底上供給水，除去未與第1抗蝕劑圖形14進行交聯的抗蝕劑膜18。經這樣處理后，就可以得到包括第1抗蝕劑圖形14和交聯層20的第2抗蝕劑圖形21。
對本實施形態(tài)的第2抗蝕劑圖形21的孔徑進行了檢測。其結果是孔徑為115nm；孔收縮量為35nm(150nm-115nm)。作為比較例，假定在未進行圖17的疏水化處理的情況下，由于在SOG與水溶性樹脂之間也形成交聯層，故第2抗蝕劑圖形的底部被埋了起來，圖形形狀不會變成為矩形，在其次的加工工序中，在以第2抗蝕劑圖形為掩模進行刻蝕時就不能進行所希望的加工，由這些結果可知，倘采用本實施形態(tài)，則可以實現收縮量大的圖形形成方法，借助于此，就可以容易地形成今后所需要的微細的抗蝕劑圖形。
在本實施形態(tài)中，作為用來對第1抗蝕劑圖形14的表面進行親水化處理的藥液使用的是臭氧水。但是，用來對抗蝕劑表面進行親水化處理的藥液，并不限于臭氧水。只要是基本上具有氧化能力的液體，藥液使用什么都行。例如，由于過氧化氫水具有氧化能力，故對抗蝕劑表面的親水化是有效的。
此外，在本實施形態(tài)中，使用臭氧水15的親水化處理的條件，雖然定為臭氧濃度20ppm、供給時間60秒，但是處理條件并不限于此。對臭氧水15的反應性也取決于第1抗蝕劑圖形14的種類而不同。為此，處理條件，可根據第1抗蝕劑圖形14或要在親水化處理后進行涂敷的抗蝕劑膜18的種類或被認為需要的收縮量適宜選擇最佳的條件。
此外，在本實施形態(tài)中，作為用來除去未與第1抗蝕劑圖形14交聯的抗蝕劑膜18的除去液使用的是水。但是，用來除去抗蝕劑膜18的非交聯部分的除去液并不限于水，例如，也可以使用TMAH等的堿性的藥液。
此外，在本實施形態(tài)中，作為將成為第1抗蝕劑圖形14的抗蝕劑，雖然使用的是對ArF具有反應性的化學放大型抗蝕劑，但是并不限于此，例如，即便是使用其它的脂環(huán)式樹脂(丙烯酸類樹脂、環(huán)烯烴/馬來酸酐樹脂(コマ系樹脂)、混合型樹脂)也可以得到同等的效果。此外，對于即便是對于具有芳香族化合物的樹脂也有效的具有酚醛清漆樹脂的I線、G線抗蝕劑，或具有聚乙烯基苯酚骨架的樹脂構成的KrF抗蝕劑，或電子束曝光用抗蝕劑、軟X射線(EUV)曝光用抗蝕劑等，其效果也已得到確認。
在本實施形態(tài)中雖然說明的是將本發(fā)明應用于3層抗蝕劑工藝中的圖形形成方法的情況，但是本發(fā)明也可以應用于2層抗蝕劑工藝中的圖形形成方法。
此外，由于以用本實施形態(tài)的圖形形成方法得到的第2抗蝕劑圖形為掩?？涛g被加工襯底，故可以實現包括超過波長界限的微細的圖形，例如包括接觸孔圖形的半導體器件。
實施形態(tài)4圖21-圖25是示出本發(fā)明的實施形態(tài)4的圖形形成方法的剖面圖。另外，對于那些與已出現過的圖對應的部分，都賦予與已出現過的圖同一標號而省略詳細的說明。
首先，如圖21所示，與實施形態(tài)3同樣，在被加工襯底11的主面上，形成防反射膜12、SOG膜13和第1抗蝕劑圖形14，然后，在含氧氮氣下向第1抗蝕劑圖形14照射波長172nm的Xe2準分子燈泡光22。借助于Xe2準分子燈泡光22，第1抗蝕劑圖形14的表面被親水化。親水化后的區(qū)域用參照標號16’表示。
在照射Xe2準分子燈泡光22時，Xe2準分子燈泡光22的光源，配置在距被處理襯底離開1mm的位置上，上述光源的燈泡的功率為5mW/cm2，照射時間被設定為5秒。此外，Xe2準分子燈泡光22對被處理襯底的表面的整個面一樣地照射。采用在含氧氮氣下向第1抗蝕劑圖形14照射波長172nm的Xe2準分子燈泡光22的辦法，從上述氧產生臭氧，借助于該臭氧氣體，第1抗蝕劑圖形14的表面被親水化。
其次，如圖22所示，在已充滿了六甲基二硅氮烷蒸氣17的未畫出來的處理裝置內，對于被處理襯底在100℃進行30秒的加熱處理，使SOG膜13的表面疏水化。這時，第1抗蝕劑圖形14的已親水化的區(qū)域16’幾乎不被疏水化，區(qū)域16’的親水化得以維持。因此，在本實施形態(tài)的情況下，結果就變成為在被加工襯底11的主面上，SOG膜13的表面被選擇性地疏水化。
其次，如圖23所示，在SOG膜13和第1抗蝕劑圖形14的上邊，將由含有交聯劑的水溶性樹脂構成的抗蝕劑膜18形成為使得其將第1抗蝕劑圖形14的表面被覆起來。
其次，如圖24所示，使抗蝕劑膜18朝上地將被處理襯底載置到熱板19上，然后，通過在130℃、60秒的加熱處理，使得第1抗蝕劑圖形14與抗蝕劑膜18之間的界面上發(fā)生交聯反應，由此可以在第1抗蝕劑圖形14與抗蝕劑膜18之間的界面上形成交聯層20’。這時，由于SOG膜13的表面已經疏水化，故可以防止在SOG膜13與抗蝕劑膜18之間形成交聯層。
其次，如圖25所示，通過向被處理襯底上供給水，除去未與第1抗蝕劑圖形14進行交聯的抗蝕劑膜18。經這樣地處理后，就可以得到包括第1抗蝕劑圖形14和交聯層20’的第2抗蝕劑圖形21’。
對本實施形態(tài)的第2抗蝕劑圖形21’的孔徑進行了檢測。其結果是孔徑為110nm；孔收縮量為40nm(150nm-110nm)。
在本實施形態(tài)中，作為用來對第1抗蝕劑圖形14的表面進行親水化處理的光照射(激光照射)，在含氧氮氣下進行波長172nm的Xe2準分子燈泡光照射。但是，用來對第1抗蝕劑圖形14的表面進行親水化處理的光，并不限于172nm的準分子燈泡光。只要是上可以使抗蝕劑的表面親水化的光用什么光都行，例如作為光源也可以使用Ar2(波長126nm)或Kr2(波長146nm)的準分子燈泡光。此外，取決于第1抗蝕劑圖形14的材料，也可以借助于電子束、I線、G線、軟X射線(EUV)等的能束的照射，進行親水化處理。
此外，在本實施形態(tài)中，雖然將光源的燈泡的功率為5mW/cm2，將光源配置在距被處理襯底1mm的位置上進行光照射，但是，取決于第1抗蝕劑圖形14的種類，對燈泡光的反應性也不同。為此，光源的燈泡功率、燈泡照射時間、和距離從被處理襯底的距離等的處理條件，可根據第1抗蝕劑圖形14或要在親水化處理后進行涂敷的抗蝕劑膜的種類或被認為需要的收縮量，適宜選擇最佳的條件。
此外，在本實施形態(tài)中，作為將成為第1抗蝕劑圖形14的抗蝕劑，雖然使用的是對ArF具有反應性的化學放大型抗蝕劑，但是并不限于此，例如即便是使用其它的脂環(huán)式樹脂(丙烯酸類樹脂、環(huán)烯烴/馬來酸酐樹脂(コマ系樹脂)、混合型樹脂)也可以得到同等的效果。此外，對于即便是對于具有芳香族化合物的樹脂也有效的具有酚醛清漆樹脂的I線、G線抗蝕劑，或具有聚乙烯基苯酚骨架的樹脂構成的KrF抗蝕劑，或電子束曝光用抗蝕劑、軟X射線(EUV)曝光用抗蝕劑等，其效果也已得到確認。
在本實施形態(tài)中，雖然說明的是將本發(fā)明應用于3層抗蝕劑工藝中的圖形形成方法的情況，但是本發(fā)明也可以應用于2層抗蝕劑工藝中的圖形形成方法。
此外，由于以用本實施形態(tài)的圖形形成方法得到的第2抗蝕劑圖形為掩?？涛g被加工襯底，故可以實現包括超過波長界限的微細的圖形，例如包括接觸孔圖形的半導體器件。
以上對本發(fā)明的實施形態(tài)進行了說明，但是，本發(fā)明并不限定于這些實施形態(tài)。例如，也可以將實施形態(tài)1和實施形態(tài)3，實施形態(tài)1和實施形態(tài)4，實施形態(tài)2和實施形態(tài)3，或實施形態(tài)2和實施形態(tài)4組合起來實施。
再有，本發(fā)明并不原封不動地限定于上述實施形態(tài)，在實施階段中在不脫離其要旨的范圍內可采用使構成要素變形的辦法進行具體化。此外，也可以用在上述實施形態(tài)中公開的多個構成要素的適宜組合形成種種的發(fā)明。例如，也可以從實施形態(tài)所示的全部構成要素中削除若干個構成要素。此外，也可以將不同的實施形態(tài)的構成要素進行適宜組合。
除此之外，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內，可進行種種變形來實施。
權利要求
1.一種圖形形成方法，其特征在于，具有在襯底上形成第1抗蝕劑圖形的工序；對上述第1抗蝕劑圖形的表面進行親水化處理的工序；對上述襯底的表面進行疏水化處理的工序；在上述襯底和上述第1抗蝕劑圖形的上邊，形成含有交聯劑的抗蝕劑膜的工序；使得在上述第1抗蝕劑圖形和上述抗蝕劑膜之間的界面上發(fā)生交聯反應，在上述第1抗蝕劑圖形與上述抗蝕劑膜之間的界面上形成交聯層，形成包括該交聯層和上述第1抗蝕劑圖形的第2抗蝕劑圖形的工序。
2.根據權利要求1所述的圖形形成方法，其特征在于對上述第1抗蝕劑圖形的表面進行親水化處理的工序，是包括借助于藥液對上述第1抗蝕劑圖形的表面進行處理的濕法處理，或向上述第1抗蝕劑圖形的表面照射光或能束的處理的工序。
3.根據權利要求1所述的圖形形成方法，其特征在于上述對襯底的表面進行疏水化處理的工序，是包括使用氯硅烷類、硅氮烷類或烷氧基硅烷類的處理的工序。
4.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，具有用權利要求1到3中的任何一項權利要求所述的圖形形成方法，在襯底上形成第2抗蝕劑圖形的工序；以上述第2抗蝕劑圖形為掩?？涛g上述襯底的工序。
全文摘要
本發(fā)明涉及圖形形成方法和半導體器件的制造方法。本發(fā)明的目的在于實現用來形成今后所需要的微細的抗蝕劑圖形的圖形形成方法。本圖形形成方法，具有在襯底上形成第1抗蝕劑圖形的工序(步驟S2)；向第1抗蝕劑圖形上照射光的工序(步驟S3)；在第1抗蝕劑圖形與抗蝕劑膜之間的界面上形成交聯層，形成包括該交聯層和第1抗蝕劑圖形的第2抗蝕劑圖形的工序(步驟S4)，在步驟S3中，根據在步驟S11－S13中預先求得的收縮量和照射量之間的對應關系，將要向第1抗蝕劑圖形上照射的光的量設定為使得第2抗蝕劑圖形的尺寸變成為規(guī)定的尺寸。
文檔編號H01L21/02GK1924702SQ20061014224
公開日2007年3月7日 申請日期2004年11月19日 優(yōu)先權日2003年11月21日
發(fā)明者近藤丈博, 鹽原英志, 竹石知之, 千葉謙治, 伊藤信一 申請人:株式會社東芝