專利名稱：圖案形成方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法及制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于形成在半導(dǎo)體晶片等基板上實施等離子體 蝕刻等蝕刻處理時所用的蝕刻掩模的圖案形成方法、半導(dǎo)體裝 置的制造方法及半導(dǎo)體裝置的制造裝置。
背景技術(shù)：
以往，在半導(dǎo)體裝置等的制造工序中，在半導(dǎo)體晶片等基 板上實施等離子體蝕刻等蝕刻處理，形成微細的電路圖案等。 這種蝕刻處理工序中，通過使用光致抗蝕劑的光刻工序來形成 掩模。
在這種光刻工序中，為了應(yīng)對所形成的圖案的微細化，開
發(fā)了各種技術(shù)。其中之 一 有所謂的雙重圖案化(double patterning )。該雙重圖案化通過進行2階段的圖案化，即，通過 涂布光致抗蝕劑進行曝光、顯影而形成第l圖案的第l光刻工序 和蝕刻工序來形成由非晶碳等硬掩模構(gòu)成的第1圖案、并在該第 l光刻工序后再次涂布光致抗蝕劑進行曝光、顯影而形成第2圖 案的第2光刻工序的2階段的圖案化，由此可形成比用l次圖案化 形成的掩模更微細的間隔的掩模(例如參照專利文獻l )。 專利文獻l:美國專利第7064078號說明書

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
如上所述，在以往的雙重圖案化技術(shù)中，通過使用硬掩模， 可以進行2次光刻工序。因此，存在下述問題需要進行成為硬 掩模的非晶碳層等的成膜過程和該非晶碳層等的蝕刻過程，工
4序變得復(fù)雜，半導(dǎo)體裝置的制造成本增大。
本發(fā)明是針對上述以往的情況而進行的，提供不需要硬掩 模就能夠以高精度形成微細圖案、并可以比以往簡化工序和降 低制造半導(dǎo)體裝置的成本的圖案形成方法、半導(dǎo)體裝置的制造 方法及半導(dǎo)體裝置的制造裝置。
用于解決問題的方法
技術(shù)方案1的發(fā)明為形成規(guī)定形狀的圖案的圖案形成方法， 所述規(guī)定形狀的圖案成為蝕刻基板上的被蝕刻層的掩模，其特
征在于，具備以下工序?qū)⒑挟a(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進 行涂布、曝光、顯影而形成第l圖案的第l圖案形成工序；使堿 性溶液或堿性氣體與前述第l圖案接觸而向該第l圖案賦予溶劑 耐性和顯影液耐性的溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序；將含有 產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行涂布、曝光、顯影而形成第2 圖案的第2圖案形成工序。
技術(shù)方案2的發(fā)明為技術(shù)方案1所述的圖案形成方法，其特 征在于，前述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序包括進行紫外線 照射的工序。
技術(shù)方案3的發(fā)明為技術(shù)方案1或2所述的圖案形成方法，其 特征在于，在前述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序與所述第2 圖案形成工序之間具備加熱工序。
技術(shù)方案4的發(fā)明為技術(shù)方案l ~ 3任一項所述的圖案形成 方法，其特征在于，前述堿性溶液或石成性氣體含有胺系材料。
技術(shù)方案5的發(fā)明為具有借助掩模蝕刻基板上被蝕刻層的 工序的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，通過具備以下工 序的圖案形成方法形成前述掩模將含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型 抗蝕劑進行涂布、曝光、顯影而形成第l圖案的第l圖案形成工 序；使堿性溶液或堿性氣體與前述第l圖案接觸而向該第l圖案賦予溶劑耐性和顯影液耐性的溶劑耐性和顯影液耐性賦予工
序；將含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行涂布、曝光、顯影
而形成第2圖案的第2圖案形成工序。
技術(shù)方案6的發(fā)明為技術(shù)方案5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方 法，其特征在于，前述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序包括進
行紫外線照射的工序。
技術(shù)方案7的發(fā)明為技術(shù)方案5或6所述的半導(dǎo)體裝置的制 造方法，其特征在于，在前述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序 與前述第2圖案形成工序之間具備加熱工序。
技術(shù)方案8的發(fā)明為技術(shù)方案5 ~ 7任一項所述的半導(dǎo)體裝 置的制造方法，其特征在于，前述堿性溶液或堿性氣體含有胺 系材料。
技術(shù)方案9的發(fā)明為形成用于蝕刻基板上的被蝕刻層的掩 模的半導(dǎo)體裝置的制造裝置，其特征在于，具備以下單元將 含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行涂布、曝光、顯影而形成 第l圖案的第l圖案形成單元；使堿性溶液或堿性氣體與前述第1 圖案接觸而向該第1圖案賦予溶劑耐性和顯影液耐性的溶劑耐 性和顯影液耐性賦予單元；將含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑 進行涂布、曝光、顯影而形成第2圖案的第2圖案形成單元。
發(fā)明效果
通過本發(fā)明可以提供不需要硬掩模就能夠以高精度形成微 細圖案、并可以比以往簡化工序和降低制造半導(dǎo)體裝置的成本 的圖案形成方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法及半導(dǎo)體裝置的制造 裝置。


圖l為用于說明本發(fā)明一實施方式的圖案形成方法及半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。
圖2為表示圖l的方法工序的流程圖。 圖3為表示變形例的過程的流程圖。
圖4為表示本發(fā)明一實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造裝置的
構(gòu)成的模塊圖。
附圖標記說明
101……基板、102……底層、103……聚硅層、104……硬 掩模層、105……BARC、 106……第1圖案、107……具有溶劑 耐性和顯影液耐性的第l圖案、108……第2圖案。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細地_說明本發(fā)明的實施方式。 圖l示意性地放大表示本發(fā)明實施方式的基板的一部分，示 出本實施方式的工序，圖2為表示本實施方式工序的流程圖。如 圖l所示，在基板101上，從下側(cè)開始按順序形成有底層102、聚 硅層103、硬掩模層104、 BARC(防反射膜)105等層。
首先，如圖l之(a)所示，進行第l圖案形成工序在BARC (防反射膜)105上涂布含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑，進行 曝光、顯影，從而形成被圖案化為規(guī)定圖案的第1圖案106(圖2 的步驟201 )。
接著，如圖l之(b)所示，進行溶劑耐性和顯影液耐性賦 予工序使堿性溶液或堿性氣體與第1圖案106接觸而向該第1 圖案106賦予溶劑耐性和顯影液耐性，制成具有溶劑耐性和顯影 液耐性的第1圖案107(圖2的步驟202)。該溶劑耐性和顯影液耐 性賦予工序中，作為上述》咸性溶液或i成性氣體，例如可以使用 胺系材料(例如NHs、 (C2H5)3N、 C6H12N4、 C6HnNHC6Hu等) 的溶液或氣體等。如此，通過使堿性溶液或堿性氣體與第l圖案
7106接觸，可以阻礙化學增幅型抗蝕劑的產(chǎn)酸劑的作用，即便實 施后述的第2圖案形成工序，也可以防止第1圖案106溶解于溶劑 或顯影液中。再者，具有溶劑耐性和顯影液耐性的第1圖案107 可以設(shè)置成至少覆蓋第1圖案106表面部分，還可以使整個圖案 為具有溶劑耐性和顯影液耐性的第1圖案107。
再者，在溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序中，還可以將與 上述堿性溶液或堿性氣體接觸和紫外線照射組合使用。紫外線 照射是用于從化學增幅型抗蝕劑的產(chǎn)酸劑中產(chǎn)生酸的，因此通 過利用堿性溶液或堿性氣體中和所產(chǎn)生的酸，可以強化第1圖案 106的溶劑耐性和顯影液耐性。與堿性溶液或;威性氣體接觸的同 時進行該紫外線照射，或者在與堿性溶液或堿性氣體的接觸之 后進行該紫外線照射。
接著，如圖l之(c)所示，進行第2圖案形成工序再次在 表面上涂布含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑，進行曝光、顯影， 從而在第1圖案106(具有溶劑耐性和顯影液耐性的第1圖案107 ) 之間形成被圖案化為規(guī)定圖案的第2圖案108 (圖2的步驟203 )。
通過上述工序，完成成為蝕刻掩模的圖案。然后，將該圖 案作為掩模，如圖l之(d)所示，首先蝕刻BARC (防反射膜) 105,之后將轉(zhuǎn)印有上述圖案的硬掩模層104作為掩模，進行聚 硅層103的蝕刻。
如上所述，在本實施方式的圖案形成方法中，通過進行向 第l圖案106賦予溶劑耐性和顯影液耐性的溶劑耐性和顯影液耐 性賦予工序，可以防止在進行第2圖案形成工序時第1圖案106 溶解于溶劑或顯影液中，可以在不使用硬掩模的情況下利用雙 重圖案化形成圖案。由此，不需要以往的硬掩模層的成膜過程 和蝕刻過程，可以簡化工序和降低制造半導(dǎo)體裝置的成本。
實際上使用氨蒸汽進行上述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序，確認了溶劑耐性和顯影液耐性賦予的效果。結(jié)果，在實施
利用氨(NH3)蒸汽的溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序的第l圖案(線與間隔之比為l: l的、線寬70nm的圖案)中，無論是浸漬于溶劑(PGMEA (聚乙二醇單曱醚乙酸酯))60秒鐘、還是浸漬于顯影液(TMAH (四甲基氫氧化銨))60秒鐘，均不會溶解，可以保持圖案形狀。與此相對，未實施溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序時，浸漬于溶劑(PGMEA)60秒鐘時圖案會溶解，浸漬于顯影液(TMAH) 60秒鐘時圖案也會溶解。
另外，使用三乙胺((C2H5)3N)蒸汽，通過2種化學增幅型抗蝕劑(抗蝕劑A和抗蝕劑B)確認了溶劑耐性和顯影液耐性賦予效果。結(jié)果，對于抗蝕劑A而言，實施了利用三乙胺((C2H5)3N)蒸汽的溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序的第l圖案(線與間隔之比為1: l的、線寬70nm的圖案)中，無論是浸漬于溶劑(PGMEA )60秒鐘、還是浸漬于顯影液(TMAH) 60秒鐘，均不會溶解，可以保持圖案形狀。與此相對，未實施溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序時，浸漬于溶劑(PGMEA) 60秒鐘時圖案會溶解，浸漬于顯影液(TMAH) 60秒鐘時圖案也會溶解。
另外，對于抗蝕劑B而言，實施了利用三乙胺((C2H5)3N)蒸汽的溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序的第l圖案(線與間隔之比為l: 2的、線寬55nm的圖案)中，組合使用三乙胺蒸汽和紫外線照射時，無論是浸漬于溶劑(PGMEA)60秒鐘、還是浸漬于顯影液(TMAH) 60秒鐘，均不會溶解，可以保持圖案形狀。與此相對，未實施溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序時，或者僅進行紫外線照射時，浸漬于溶劑(PGMEA) 60秒鐘時圖案會溶解，浸漬于顯影液(TMAH) 60秒鐘時圖案也會溶解。
如上所述，可以確認溶劑耐性和顯影液耐性f武予工序所帶來的效果。這里，在實施上述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序時，當過量地供給堿性成分時，對于在第2圖案形成工序中涂布的含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑，該堿性成分有可能造成不良影響。因此，如圖3所示，如果在溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序202與第2圖案形成工序203之間實施加熱工序202b、除去過量的堿性成分，則可以防止過量的堿性成分對第2圖案形成工序的含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑產(chǎn)生不良影響。
圖4表示用于進行上述圖案形成方法的半導(dǎo)體裝置的制造裝置的構(gòu)成。如該圖所示，半導(dǎo)體裝置的制造裝置300具備第1圖案形成部301、溶劑耐性和顯影液耐性賦予部302以及第2圖案形成部303。這些各部通過用于搬送半導(dǎo)體晶片等基板的基板搬送路310連接。
第1圖案形成部301用于形成前述第1圖案106,具備涂布裝置、曝光裝置和顯影裝置等。溶劑耐性和顯影液耐性賦予部302是進行前述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序的，具備用于將基板浸漬于堿性溶液中或暴露于堿性氣體中的裝置、以及根據(jù)需要的紫外線照射裝置等。第2圖案形成部303是用于形成前述第2圖案108的，具備涂布裝置、曝光裝置和顯影裝置等。通過如此構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置的制造裝置300，可以實行上述實施方式中的一系列工序。再者，第1圖案形成部301和第2圖案形成部303可以由兼具它們的l個圖案形成部構(gòu)成。另外，還可以根據(jù)需要設(shè)置用于進4亍上述加熱工序的加熱部。
以上說明了本發(fā)明的詳細實施方式，但本發(fā)明并非限定于這些實施方式，當然可以進行各種變形。
權(quán)利要求
1. 一種圖案形成方法，其特征在于，其為形成規(guī)定形狀的圖案的方法，該規(guī)定形狀的圖案成為蝕刻基板上的被蝕刻層的掩模，其具備以下工序?qū)⒑挟a(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行涂布、曝光、顯影而形成第1圖案的第1圖案形成工序；使堿性溶液或堿性氣體與前述第1圖案接觸而向該第1圖案賦予溶劑耐性和顯影液耐性的溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序；將含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行涂布、曝光、顯影而形成第2圖案的第2圖案形成工序。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖案形成方法，其特征在于，前 述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序包括進行紫外線照射的工 序。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖案形成方法，其特征在于， 在前述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序與前述第2圖案形成工 序之間具備加熱工序。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l ~ 3任一項所述的圖案形成方法，其特征 在于，前述石咸性溶液或石威性氣體含有胺系材泮牛。
5. —種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體 裝置的制造方法具有借助掩模蝕刻基板上的被蝕刻層的工序， 其通過具備以下工序的圖案形成方法來形成前述掩模將含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行涂布、曝光、顯影而形成第l圖案的第l圖案形成工序；使堿性溶液或堿性氣體與前述第l圖案接觸而向該第l圖案 賦予溶劑耐性和顯影液耐性的溶劑耐性和顯影液耐性賦予工 序；將含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行涂布、曝光、顯影而形成第2圖案的第2圖案形成工序。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征 在于，前述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序包括進行紫外線照 射的工序。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特 征在于，在前述溶劑耐性和顯影液耐性賦予工序與前述第2圖案 形成工序之間具備加熱工序。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5 ~ 7任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方 法，其特征在于，前述堿性溶液或堿性氣體含有胺系材料。
9. 一種半導(dǎo)體裝置的制造裝置，其特征在于，其為形成用 于蝕刻基板上的被蝕刻層的掩模的半導(dǎo)體裝置的制造裝置，其 具備以下單元將含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行涂布、曝光、顯影 而形成第l圖案的第l圖案形成單元；使堿性溶液或堿性氣體與前述第l圖案接觸而向該第l圖案 賦予溶劑耐性和顯影液耐性的溶劑耐性和顯影液耐性賦予單 元；將含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行涂布、曝光、顯影 而形成第2圖案的第2圖案形成單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖案形成方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法及制造裝置，其不需要硬掩模就能夠以高精度形成微細圖案，并可以比以往簡化工序和降低制造半導(dǎo)體裝置的成本。本發(fā)明為形成成為蝕刻掩模的規(guī)定形狀的圖案的方法，其具備以下工序使含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行圖案化而形成第1圖案(106)的工序；使堿性溶液或堿性氣體與前述第1圖案(106)接觸而形成具有溶劑耐性和顯影液耐性的第1圖案(107)的工序；使含有產(chǎn)酸劑的化學增幅型抗蝕劑進行圖案化而形成第2圖案(108)的工序。
文檔編號G03F7/40GK101510511SQ200910005640
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月15日
發(fā)明者志村悟 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社