图案形成方法、使用所述图案形成方法制造电子器件的方法，以及电子器件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于在基板中形成孔图案的图案形成方法，所述图案形成方法包括图案形成步骤，所述形成步骤各自按顺序包括步骤(1)至(6)：(1)通过使用含有以下各项的化学增幅型抗蚀剂组合物在所述基板上形成抗蚀剂膜：(A)能够通过酸的作用增加极性以降低在含有机溶剂的显影液中的溶解性的树脂和(B)能够在用光化射线或辐射照射时产生酸的化合物；(2)将所述抗蚀剂膜曝光以形成第一线-间隙潜像；(3)将所述抗蚀剂膜曝光以形成第二线-间隙潜像；(4)通过使用含有机溶剂的显影液将所述抗蚀剂膜显影以在所述抗蚀剂膜中形成孔图案群；(5)对具有所述抗蚀剂膜的所述基板施加蚀刻处理；和(6)移除所述抗蚀剂膜。
【专利说明】图案形成方法、使用所述图案形成方法制造电子器件的方法，以及电子器件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种图案形成方法，通过使用所述图案形成方法制造电子器件的方法，以及电子器件。更具体地，本发明涉及一种适合于制造半导体如IC或液晶装置或电路板如热头的制造工艺并且还用于其他光加工工艺中的光刻的图案形成方法，一种用于通过使用所述图案形成方法制造电子器件的方法，以及一种电子器件。尤其是，本发明涉及一种适用于通过各自使用在300nm以下的波长发射远紫外光的光源的ArF曝光装置、ArF浸溃型投影曝光装置或EUV曝光装置进行曝光的图案形成方法，一种用于通过使用所述图案形成方法制造电子器件的方法，以及一种电子器件。
【背景技术】
[0002]自从用于KrF准分子激光(248nm)的抗蚀剂出现以来，被称为化学增幅的图像形成方法就被用作用于抗蚀剂的图像形成方法以便补偿由光吸收导致的灵敏度降低。例如，通过阳图型化学增幅的图像形成方法是这样的图像形成方法:当曝光时分解曝光区域中的酸生成剂以产生酸，在曝光之后的烘烤(PEB:曝光后烘烤)中通过使用所产生的酸作为反应催化剂将碱不溶性基团转化为碱溶性基团，并且通过碱显影移除曝光区域。
[0003]目前，对于在g线、i线、KrF, ArF, EB或EUV光刻使用的显影液，已经提出了多种显影液，但使用2.38质量％ TMAH(氢氧化四甲铵)的水性碱显影液用于通用目的。
[0004]在半导体器件等的制造中，需要形成具有多种外形如线、槽和孔的图案并且同时，需要所获得的图案的更加小型化。
[0005]为满足这样的要求，在通过碱显影的图案形成中不仅开发了目前占主导地位的正型抗蚀剂而且还开发了负型化学增幅型抗蚀剂组合物。因为，存在难以通过目前的正型抗蚀剂形成的图案。
[0006]随着半导体器件不断增长的小型化，趋势朝着曝光光源的更短波长和投影透镜更高的数值孔径(更高的NA)移动，并且积极探究了投影透镜与具有高折射率液体的样品(在下文中有时称为“浸溃液”)之间间隙的填充的通常所说的浸溃方法。浸溃方法可以与目前正研究的超分辨技术，如相移法和改进照明法组合。
[0007]对于进一步提高分辨率的技术，提出了双重曝光技术或双重图案化技术。
[0008]在由电子器件如半导体器件的传统图案形成中，将放大至意欲形成的图案尺寸的4至5倍的掩模或十字线图案缩小，并通过使用缩影投影曝光设备将其转移至曝光目标如晶片上。
[0009]然而，尺寸小型化带来问题，在传统曝光系统中，间距变得低于分辨率极限。因此，在双重曝光技术中，还提出了用于将曝光掩模设计分为两个以上部分并通过将这些掩模独立地曝光而合成图像的很多方案。
[0010]随着这种技术的进行，存在其中使用负型化学增幅型抗蚀剂组合物形成抗蚀剂膜，使用ArF准分子激光作为曝光光源通过ArF干曝光对抗蚀剂膜进行双重曝光，并且随后，通过碱显影形成孔图案的已知技术(参见，JP-A-2010-40849(如本文所使用的术语“ JP-A”意指“未审查日本专利申请”))。
[0011]此外，近年来，还介绍了其中在使用双重曝光技术曝光之后，通过使用含有机溶剂的显影液进行显影而形成孔图案的技术(参见，Proc.0f SPIE,第7274卷，72740N.(2009)和 Proc.0f SPIE,第 7640 卷，764011.(2010))。
[0012]发明概述
[0013]然而，在图案尺寸上需要更多缩小并要满足以下要求:光刻技术能够形成具有比所需要的(具体地，80nm以下)更短的中心至中心距离(间距)的孔图案。
[0014]光刻技术上的小型化通过下列方式进行:用现代技术使用其波长变得更短的光源进行，如g线(波长:436nm), i线(波长:365nm), KrF激子层(波长:248nm)和ArF准分子激光(波长:193nm)，并且同时，增加曝光机中投影透镜的数值孔径(NA)。并且，如上所述，因为ArF准分子激光的引入，进行了使用ArF准分子激光作为光源的浸溃方法(ArF浸溃曝光)，并且在ArF浸溃曝光中，开发了具有1.35的NA的曝光机。
[0015]这里，分辨率极限可以通过以下公知的瑞利公式表达:
[0016](分辨率极限)=Ii1.(λ / NA)
[0017]其中λ是曝光光源在空气中的波长，NA是投影透镜的数值孔径，并且匕是与工艺相关的因子。
[0018]在通过线-间隙掩模进行ArF浸溃曝光以形成由交替排列的线和间隙组成的线-间隙图案的情况下，h被估计为约0.27，并且因此，分辨率极限成为约39nm。
[0019]因此，在所公开的技术中，例如，在如上所述的JP-A-2010-40849，Proc.0f SPIE,第 7274 卷，72740N.(2009),以及 Proc.0f SPIE,第 7640 卷，764011 (2010)中，进行双重曝光(具体地，各自使用线-间隙掩模的两次曝光)。然而，考虑到ArF浸溃曝光中的上述分辨率极限(约39鹽)，具有40nm以下的半间距(换言之，SOnm以下的间距)的孔图案已经难以通过这些传统的技术形成(即使，在JP-A-2010-40849中，将ArF曝光由ArF浸溃曝光代替)，并且另外，具有小于约39nm的半间距的孔图案的形成在理论上是不可能的。
[0020]而且，JP-A-2010-40849的负型化学增幅型抗蚀剂组合物含有交联剂，并且通过将由抗蚀剂组合物形成的抗蚀剂膜曝光，曝光区域成为交联体并在碱显影液中不溶，作为结果，形成负型图案。然而，由交联体组成的曝光区域容易被碱显影液溶胀并且尤其是在其中孔图案的半间距接近于上述分辨率极限的情况下，曝光区域被碱显影液的溶胀产生显著的效果，带来完全没有形成所需的孔的问题。
[0021]对于Proc.0f SPIE,第7274卷，72740N.(2009)中公开的使用反转膜的技术或通过使用收缩材料减少孔图案的直径的技术，该方法是麻烦的并且同时容易出现孔图案的加工精度不稳定的问题。
[0022]通过考虑到这些问题做出了本发明，并且本发明的目标是提供一种能够在基板中以超细(例如，80nm以下)间距成功地并容易地形成多个孔图案的图案形成方法，一种用于通过使用所述图案形成方法制造电子器件的方法，以及一种电子器件。
[0023]本发明具有以下构成，并且本发明的上述目标通过这些构成实现。
[0024][I] 一种用于在基板中形成多个孔图案的图案形成方法，
[0025]其中所述图案形成方法包括多个图案形成步骤，所述多个图案形成步骤各自按顺序包括以下步骤⑴至(6):
[0026](I)通过使用化学增幅型抗蚀剂组合物在所述基板上形成抗蚀剂膜的步骤，所述化学增幅型抗蚀剂组合物含有:
[0027](A)能够通过酸的作用增加极性以降低在含有机溶剂的显影液中的溶解性的树脂，和
[0028](B)能够在用光化射线或辐射照射时产生酸的化合物，
[0029](2)对所述抗蚀剂膜进行曝光以形成第一线-间隙潜像的步骤，在所述第一线-间隙潜像中，第一线群和第一间隙群交替排列，
[0030](3)对形成有所述第一线-间隙潜像的所述抗蚀剂膜进行曝光以形成第二线-间隙潜像的步骤，在所述第二线-间隙潜像中，第二线群和第二间隙群交替排列，使得所述第二线-间隙的线方向与所述第一线-间隙潜像中的线方向交叉，
[0031](4)通过使用含有机溶剂的显影液将其中形成有所述第一线-间隙潜像以及第二线-间隙潜像的所述抗蚀剂膜显影，以在所述抗蚀剂膜中形成孔图案群的步骤，
[0032](5)对具有形成有所述孔图案群的所述抗蚀剂膜的所述基板施加蚀刻处理，以在所述基板中在对应于所述抗蚀剂膜中的所述孔图案群的位置形成孔图案群的步骤，和
[0033](6)移除其中形成有所述孔图案群的所述抗蚀剂膜的步骤，
[0034]其中在所述多个图案形成步骤的每一个中，构成在所述基板中形成的所述孔图案群的所有孔图案均在与构成在其它图案形成步骤中形成的所述孔图案群的所述孔图案的所有位置不同的位置形成。
[0035][2]如上面的[I]中所述的图案形成方法，其中在所述形成所述第一线-间隙潜像的步骤和所述形成所述第二线-间隙潜像的步骤的每一个中，使用ArF准分子激光并且通过浸溃液曝光所述抗蚀剂膜。
[0036][3]如上面的[I]或[2]中所述的图案形成方法，其中通过所述多个图案形成步骤在所述基板中形成的所述多个孔图案的各个中心至中心距离为80nm以下。
[0037][4]如上面的[3]中所述的图案形成方法，其中通过所述多个图案形成步骤在所述基板中形成的所述多个孔图案的各个中心至中心距离为70nm以下。
[0038][5]如上面的[I]至[4]中的任一项所述的图案形成方法，其中构成所述第一间隙群的多个间隙的宽度彼此相等，并且构成所述第二间隙群的多个间隙的宽度彼此相等。
[0039][6]如上面的[5]中所述的图案形成方法，其中在形成所述第二线-间隙潜像的步骤中，形成所述第二线-间隙潜像以使得所述第二线-间隙的所述线方向与所述第一线-间隙潜像中的所述线方向成直角。
[0040][7]如上面的[5]或[6]中所述的图案形成方法，其中所述第一间隙群中的所述间隙的宽度与所述第二间隙群中所述间隙的宽度相同。
[0041][8]如上面的[7]中所述的图案形成方法，其中在通过所述多个图案形成步骤在所述基板中形成的所述多个孔图案的每一个中，在所述基板的平面方向上的圆形横截面的直径为28nm以下。
[0042][9]如上面的[8]中所述的图案形成方法，其中通过所述多个图案形成步骤在所述基板中形成的所述多个孔图案的每一个中，在所述基板的平面方向上的圆形横截面的直径为25nm以下。[0043][10]如上面的[5]中所述的图案形成方法，其中在形成所述第二线-间隙潜像的步骤中，形成所述第二线-间隙潜像以使得所述第二线-间隙的所述线方向与所述第一线-间隙潜像中的所述线方向倾斜相交。
[0044][11]如上面的[I]至[10]中的任一项所述的图案形成方法，所述图案形成方法包括:
[0045]将所述图案形成步骤进行三次以上。
[0046][12]如上面的[I]至[11]中的任一项所述的图案形成方法，其中形成所述第一线-间隙潜像的步骤和形成所述第二线-间隙潜像的步骤的每一个中的所述曝光是使用偶极照明的曝光。
[0047][13]如上面的[I]至[12]中的任一项所述的图案形成方法，其中形成所述第一线-间隙潜像的步骤和形成所述第二线-间隙潜像的步骤的每一个中的所述曝光是使用选自二兀掩模和相移掩模的光掩模的曝光。
[0048][14] 一种电子器件的制造方法，所述制造方法包括:
[0049]如上面的[I]至[13]中的任一项所述的图案形成方法。
[0050][15] 一种电子器件，所述电子器件通过根据上面的[14]所述的电子器件的制造方法制造。
[0051]本发明还优选包括所述以下构造。
[0052][16]如上面的[I]至[13]中的任一项所述的图案形成方法，其中所述图案形成步骤包括:
[0053]在形成所述第一线-间隙潜像之后但在形成所述第二线-间隙潜像之前，将其中形成有所述第一线-间隙潜像的所述抗蚀剂膜加热的步骤。
[0054][17]如上面的[I]至[13]和[16]中的任一项所述的图案形成方法，其中所述树脂(A)含有由下式(Al)表示的重复单元:
[0055]
【权利要求】
1.一种用于在基板中形成多个孔图案的图案形成方法， 其中所述图案形成方法包括多个图案形成步骤，所述多个图案形成步骤各自按顺序包括以下步骤⑴至(6): (1)通过使用化学增幅型抗蚀剂组合物在所述基板上形成抗蚀剂膜的步骤，所述化学增幅型抗蚀剂组合物含有: (A)能够通过酸的作用增加极性以降低在含有机溶剂的显影液中的溶解性的树脂，和 (B)能够在用光化射线或辐射照射时产生酸的化合物， (2)对所述抗蚀剂膜进行曝光以形成第一线-间隙潜像的步骤，在所述第一线-间隙潜像中，第一线群和第一间隙群交替排列， (3)对形成有所述第一线-间隙潜像的所述抗蚀剂膜进行曝光以形成第二线-间隙潜像的步骤，在所述第二线-间隙潜像中，第二线群和第二间隙群交替排列，使得所述第二线-间隙的线方向与所述第一线-间隙潜像中的线方向交叉， (4)通过使用含有机溶剂的显影液将其中形成有所述第一线-间隙潜像以及第二线-间隙潜像的所述抗蚀剂膜显影，以在所述抗蚀剂膜中形成孔图案群的步骤， (5)对具有形成有所述孔图案群的所述抗蚀剂膜的所述基板施加蚀刻处理，以在所述基板中在对应于所述抗蚀剂膜中的所述孔图案群的位置形成孔图案群的步骤，和 (6)移除其中形成有所述 孔图案群的所述抗蚀剂膜的步骤， 其中在所述多个图案形成步骤的每一个中，构成在所述基板中形成的所述孔图案群的所有孔图案均在与构成在其它图案形成步骤中形成的所述孔图案群的所述孔图案的所有位置不同的位置形成。
2.根据权利要求1所述的图案形成方法，其中在所述形成所述第一线-间隙潜像的步骤和所述形成所述第二线-间隙潜像的步骤的每一个中，使用ArF准分子激光并且通过浸溃液曝光所述抗蚀剂膜。
3.根据权利要求1或2所述的图案形成方法，其中通过所述多个图案形成步骤在所述基板中形成的所述多个孔图案的各个中心至中心距离为80nm以下。
4.根据权利要求3所述的图案形成方法，其中通过所述多个图案形成步骤在所述基板中形成的所述多个孔图案的各个中心至中心距离为70nm以下。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的图案形成方法，其中构成所述第一间隙群的多个间隙的宽度彼此相等，并且构成所述第二间隙群的多个间隙的宽度彼此相等。
6.根据权利要求5所述的图案形成方法，其中在形成所述第二线-间隙潜像的步骤中，形成所述第二线-间隙潜像以使得所述第二线-间隙的所述线方向与所述第一线-间隙潜像中的所述线方向成直角。
7.根据权利要求5或6所述的图案形成方法，其中所述第一间隙群中的所述间隙的宽度与所述第二间隙群中所述间隙的宽度相同。
8.根据权利要求7所述的图案形成方法，其中在通过所述多个图案形成步骤在所述基板中形成的所述多个孔图案的每一个中，在所述基板的平面方向上的圆形横截面的直径为28nm以下。
9.根据权利要求8所述的图案形成方法，其中通过所述多个图案形成步骤在所述基板中形成的所述多个孔图案的每一个中，在所述基板的平面方向上的圆形横截面的直径为25nm以下。
10.根据权利要求5所述的图案形成方法，其中在形成所述第二线-间隙潜像的步骤中，形成所述第二线-间隙潜像以使得所述第二线-间隙的所述线方向与所述第一线-间隙潜像中的所述线方向倾斜相交。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的图案形成方法，所述图案形成方法包括: 将所述图案形成步骤进行三次以上。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的图案形成方法，其中形成所述第一线-间隙潜像的步骤和形成所述第二线-间隙潜像的步骤的每一个中的所述曝光是使用偶极照明的曝光。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的图案形成方法，其中形成所述第一线-间隙潜像的步骤和形成所述第二线-间隙潜像的步骤的每一个中的所述曝光是使用选自二兀掩模和相移掩模的光掩模的曝光。
14.一种电子器件的制造方法，所述制造方法包括: 根据权利要求1至13中的任一项所述的图案形成方法。
15.一种电子器件，所述电子器件通过根据权利要求14所述的电子器件的制造方法制造。
【文档编号】H01L21/027GK103620738SQ201280029823
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月8日 优先权日:2011年6月17日
【发明者】上羽亮介 申请人:富士胶片株式会社