自己整合型スペーサー多重パターニング方法
【課題】高密度レジストパターンの形成を可能にする、自己整合型スペーサー多重パターニング方法を提供する。
【解決手段】（ａ）パターン形成される１以上の層を含む半導体基体に；（ｂ）第１の樹脂成分と光活性成分とを含む第１の感光性組成物の第１の層を適用し；（ｃ）パターン化されたフォトマスクを通した活性化放射線に第１の層を露光し；（ｄ）露光された第１の層を現像してレジストパターンを形成し；（ｅ）レジストパターンを熱処理し；（ｆ）当該レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理し；（ｇ）第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含む第２の感光性組成物の第２の層を、前記レジストパターンのアルカリ性表面と接触するように適用し；（ｈ）第２の層を活性化放射線に露光し；（ｉ）現像して、第２の層の現像中に除去されない第２の層の部分を含むスペーサーを形成する；ことを含む自己整合型スペーサー多重パターニング方法。
【解決手段】（ａ）パターン形成される１以上の層を含む半導体基体に；（ｂ）第１の樹脂成分と光活性成分とを含む第１の感光性組成物の第１の層を適用し；（ｃ）パターン化されたフォトマスクを通した活性化放射線に第１の層を露光し；（ｄ）露光された第１の層を現像してレジストパターンを形成し；（ｅ）レジストパターンを熱処理し；（ｆ）当該レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理し；（ｇ）第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含む第２の感光性組成物の第２の層を、前記レジストパターンのアルカリ性表面と接触するように適用し；（ｈ）第２の層を活性化放射線に露光し；（ｉ）現像して、第２の層の現像中に除去されない第２の層の部分を含むスペーサーを形成する；ことを含む自己整合型スペーサー多重パターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）に基づいて、米国仮出願第６１／２６９，６００号（２００９年６月２６日出願）および第６１／２８１，５５３（２００９年１１月１９日出願）および第６１／２８１，６８１号（２００９年１１月１９日出願）の優先権の利益を主張し、これら出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は概して、電子デバイスの製造に関する。より具体的には、本発明は自己整合型スペーサーリソグラフィ技術を用いて電子デバイスを形成する方法に関する。本発明は、高密度フォトリソグラフィパターンおよびフィーチャーを形成するための半導体デバイスの製造における特定の用途を見いだす。二重またはより高次のパターニングが本発明に従って行われうる。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造産業においては、半導体基体上に配置された１以上の下層、例えば、金属層、半導体層、または誘電体層、並びに基体それ自体に像を転写するために、フォトレジスト物質が使用されている。半導体デバイスの集積密度を高め、ナノメートル範囲の寸法を有する構造の形成を可能にするために、高解像能を有するフォトレジストおよびフォトリソグラフィ処理ツールが開発されており、かつ開発され続けている。
【０００３】
半導体デバイスにおいてナノメートルスケールのフィーチャーサイズを達成するための１つの手法は、化学増幅型フォトレジストの露光中での短波長、例えば、１９３ｎｍ以下の光の使用である。液浸リソグラフィは、像形成装置、例えば、ＫｒＦまたはＡｒＦ光源を有するスキャナーのレンズの開口数を効果的に増大させる。これは、像形成装置の最終面と半導体ウェハの上面との間に、比較的高い屈折率の流体（すなわち、液浸流体）を使用することにより達成される。液浸流体は、空気または不活性ガス媒体を用いて起こるであろうよりも、より多量の光がレジスト層に焦点を合わせられることを可能にする。
【０００４】
レイリー方程式（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｅｑｕａｔｉｏｎ）によって定義される理論的な解像限界は以下に示される：
【数１】
式中、ｋ１はプロセス因子であり、λは像形成ツールの波長であり、ＮＡは像形成レンズの開口数である。液浸流体として水を使用する場合には、最大開口数は、例えば、１．２から１．３５に増大されうる。ラインアンドスペースパターンを印刷する場合の０．２５のｋ１については、１９３ｎｍの液浸スキャナは３６ｎｍハーフピッチラインアンドスペースパターンを解像することができるのみであろう。コンタクトホールまたは任意の２Ｄパターンを印刷するための解像度は、ダークフィールドマスクを用いた低空中像コントラストのせいで、さらに限定され、ｋ１についての理論的限界は０．３５である。よって、コンタクトホールの最も小さいハーフピッチは約５０ｎｍに限定される。標準の液浸リソグラフィプロセスは、より高解像度を必要とするデバイスの製造に一般的に適していない。
【０００５】
より高解像度を達成し、かつ既存の製造ツールの能力を拡大させるための努力において、様々なダブルパターニング技術が提案されてきた。このような技術の１つには、自己整合型ダブルパターニング（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ；ＳＡＤＰ）がある。このプロセスにおいて、あらかじめパターン形成されたライン上にスペーサー層が形成される。これは、続いて、エッチングされて、このラインの側壁に接した物質のみを残して、このラインアンドスペースの水平面上全てのスペーサー層物質を除去する。次いで、パターン形成された元のラインがエッチングで除去され、側壁スペーサーを残し、この側壁スペーサーが１以上の下地層のエッチングのためのマスクとして使用される。各ラインについて２つのスペーサーが存在するので、ライン密度は効果的に二倍になる。このスペーサー手法は、先に記載された１回だけのリソグラフィ露光が必要とされる技術と比べて独特である。その結果、逐次的な露光の間のオーバーレイに伴われる課題が解決されうる。
【０００６】
米国特許出願公開第２００９／０１４６３２２Ａ１号（特許文献１）は、犠牲的な第１のパターンがポリシリコンを含むことができ、一方、スペーサー層が窒化ケイ素、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素を含むことができる、自己整合型スペーサーダブルパターニング方法を開示する。この文献は、このような物質が、物理蒸着、化学蒸着、電気化学堆積、分子ビームエピタキシまたは原子層堆積のような堆積プロセスによってコーティングされることをさらに開示する。しかし、これらの堆積プロセスは、エッチング工程の繰り返しを必要とし、これはコスト効果的でない場合がある。例えば、酸窒化ケイ素が側壁スペーサー物質として堆積される場合には、このプロセスはレジストトリムエッチング、非晶質炭素層へのパターン転写エッチング、クリーニング、非晶質炭素鋳型上の窒化物の堆積、窒化物頂部を開放するためのエッチング、非晶質炭素コアの灰化、酸化ケイ素へのパターン転写エッチング、および酸化ケイ素トリムエッチングのような多くの工程を伴う場合がある。よって、パターン形成のための堆積プロセスおよびスペーサー層のコーティングの使用を回避する、自己整合型スペーサー手順を使用することは、望ましいことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１４６３２２Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
最新技術に関連する上記課題の１以上に取り組む多重パターニング方法についての、当該技術分野における継続した必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態に従って、自己整合型スペーサー多重パターニング（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｓｐａｃｅｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）方法が提供される。本方法は、（ａ）パターン形成される１以上の層を含む半導体基体を提供し；（ｂ）第１の樹脂成分と第１の光活性成分とを含む第１の感光性組成物の第１の層を、パターン形成される１以上の層上に適用し；（ｃ）パターン化されたフォトマスクを通した活性化放射線に第１の層を露光し；（ｄ）露光された第１の層を現像してレジストパターンを形成し；（ｅ）ハードベークプロセスにおいてレジストパターンを熱処理し；（ｆ）ハードベークされたレジストパターンを、当該レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理し；（ｇ）第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含む第２の感光性組成物の第２の層を、パターン形成される１以上の層上に、かつ当該レジストパターンのアルカリ性表面と接触するように適用し；（ｈ）第２の層を活性化放射線に露光し；並びに、（ｉ）露光された第２の層を現像して、第２の層の現像中に除去されない第２の層の部分を含むスペーサーを、パターン形成される１以上の層上に形成する；ことを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１のＡ〜Ｉは本発明に従った自己整合型スペーサー多重パターニング方法についての第１の典型的なプロセスを断面図で示す。
【図２】図２のＡ〜Ｊは本発明に従った自己整合型スペーサー多重パターニング方法についての第２の典型的なプロセスを断面図で示す。
【図３】図３のＡ〜Ｈは本発明に従った自己整合型スペーサー多重パターニング方法についての第３の典型的なプロセスを上面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、添付の図面を参照して説明され、この図面においては同様の参照番号は同様のフィーチャーを示す。
ここで、本発明は図１Ａ−Ｉを参照して説明され、図１Ａ−Ｉは本発明に従った自己整合型スペーサーダブルパターニング方法についての第１の典型的なプロセスを断面図で示す。
【００１２】
図１Ａは、表面上に形成された様々な層およびフィーチャーを含むことができる基体１００を示す。基体は、半導体、例えばケイ素、または化合物半導体（例えば、ＩＩＩ−ＶまたはＩＩ−ＶＩ）、ガラス、石英、セラミック、銅などの物質からなることができる。典型的には、基体は半導体ウェハ、例えば、単結晶シリコン、または化合物半導体ウェハであり、基体はその表面上に形成された１以上の層およびパターン形成されたフィーチャーを有することができる。パターン形成される１以上の層１０２が基体１００上に提供されうる。場合によっては、例えば、基体物質に溝を形成することが望まれる場合には、下にあるベース基体物質自体がパターン形成されてよい。ベース基体物質自体をパターン形成する場合には、このパターンは基体の層に形成されると見なされる。
【００１３】
この層には、例えば、１以上の導電層、例えば、アルミニウム、銅、モリブデン、タンタル、チタン、タングステン、このような金属の合金、窒化物もしくはケイ化物、ドープされた非晶質ケイ素、またはドープされたポリシリコン、１以上の誘電層、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、もしくは金属酸化物の層、半導体層、例えば、単結晶シリコン、並びにこれらの組み合わせが挙げられ得る。エッチングされる層は様々な技術、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）、例えば、プラズマ援用ＣＶＤ、低圧ＣＶＤもしくはエピタキシャル成長；物理蒸着（ＰＶＤ）、例えばスパッタリングもしくは蒸発；または電気めっきによって形成されうる。エッチングされる１以上の層１０２の具体的な厚みは、物質および形成される具体的なデバイスに応じて変化しうる。
【００１４】
エッチングされる具体的な層、膜厚および使用されるフォトリソグラフィ物質およびプロセスに応じて、その上にフォトレジスト層がコーティングされる反射防止塗膜（ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｏｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ；ＢＡＲＣ）１０４および／またはハードマスク層１０３を、層１０２上に配置することが望まれる場合がある。例えば、エッチングされる層がかなりのエッチング深さを必要とし、および／または具体的なエッチング剤がレジスト選択性に劣る場合で、非常に薄いレジスト層を使用する場合には、ハードマスク層の使用が望まれる場合がある。ハードマスク層が使用される場合には、形成されるレジストパターンはハードマスク層に写されることができ、これは次いで、下にある層１０２をエッチングするためのマスクとして使用されうる。好適なハードマスク物質および形成方法は当該技術分野において知られている。典型的な物質には、例えば、タングステン、チタン、窒化チタン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、非晶質炭素、酸窒化ケイ素および窒化ケイ素が挙げられる。ハードマスク層１０３は単一層を構成するか、または異なる物質の複数の層を含むことができる。ハードマスク層は、例えば、化学または物理蒸着技術によって形成されうる。
【００１５】
反射防止塗膜がなければ、基体および／または下にある層が、フォトレジスト露光中に有意な量の入射放射線を反射し、その結果、形成されたパターンの品質が悪影響を受けるであろう場合には、反射防止塗膜１０４が望まれる場合がある。このような塗膜は焦点深度、露光寛容度、ライン幅均一性およびＣＤ制御を向上させうる。レジストが深紫外光（３００ｎｍ以下）、例えば、ＫｒＦエキシマレーザー光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー光（１９３ｎｍ）、電子ビームおよび軟ｘ−線に露光される場合には、反射防止塗膜が典型的に使用される。反射防止塗膜１０４は単一層を構成するか、または複数の異なる層を含むことができる。好適な反射防止物質および形成方法は当該技術分野において知られている。反射防止物質は市販されており、例えば、ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズエルエルシー（米国、マサチューセッツ州、マルボロ）により、ＡＲ商標４０ＡおよびＡＲ商標１２４反射防止剤などのＡＲ商標の下で販売されているものがある。
【００１６】
第１の感光性組成物が基体上に、（存在する場合には）反射防止層１０４上に適用されて、第１の感光層１０６を形成する。第１の感光性組成物は樹脂成分と光活性成分とを含む。本明細書において使用される場合、用語「感光性物質」、「感光性組成物」および「フォトレジスト」は交換可能に使用される。好適なフォトレジスト物質は当該技術分野において知られており、例えば、アクリラートベースのもの、ノボラックベースのもの、およびケイ素化学物質ベースのものが挙げられる。好適なレジストは、例えば、米国特許出願公開第２００９０１１７４８９Ａ１号、第２００８０１９３８７２Ａ１号、第２００６０２４６３７３Ａ１号、第２００９０１１７４８９Ａ１号、第２００９０１２３８６９Ａ１号および米国特許第７，３３２，６１６号に記載されている。第１のレジストパターンを形成するために、本発明の方法において有用なフォトレジスト物質には、ポジ型物質およびネガ型物質の双方が挙げられる。
【００１７】
好適なポジ型物質には、ポジ型化学増幅型フォトレジストが挙げられ、これは組成物の１種以上の成分の酸不安定基の光酸で促進される脱保護反応を受けて、このレジストの塗膜層の露光領域を、未露光領域よりも水性現像剤中でより可溶性にする。フォトレジスト樹脂の典型的な光酸不安定基（ｐｈｏｔｏａｃｉｄ−ｌａｂｉｌｅ ｇｒｏｕｐｓ）には、エステルのカルボニル酸素に共有結合した第三級非環式アルキル炭素（例えば、ｔ−ブチル）または第三級脂環式炭素（例えば、メチルアダマンチル）を含むエステル基が挙げられる。アセタール光酸不安定基も典型的である。
【００１８】
好適なネガ型樹脂は典型的には架橋性成分を含みうる。架橋性成分は典型的には別のレジスト成分として存在する。メラミンのようなアミンベースの架橋剤、例えば、サイメル（Ｃｙｍｅｌ）メラミン樹脂が典型的である。本発明において有用なネガ型フォトレジスト組成物は、酸への曝露により硬化し、架橋しまたは固化しうる物質と、本発明の光活性成分との混合物を含む。特に有用なネガ型組成物はフェノール系樹脂のような樹脂バインダー、架橋剤成分および光活性成分を含む。このような組成物およびその使用は欧州特許第０１６４２４８Ｂ１号および第０２３２９７２Ｂ１号、並びに米国特許第５，１２８，２３２号に開示されている。樹脂バインダー成分として使用するのに典型的なフェノール系樹脂には、上述のもののようなノボラックおよびポリ（ビニルフェノール）が挙げられる。典型的な架橋剤には、アミンベースの物質、例えば、メラミン、グリコールウリル、ベンゾグアナミン−ベースの物質および尿素ベースの物質が挙げられる。メラミン−ホルムアルデヒド樹脂は、一般的に最も典型的である。このような架橋剤は商業的に入手可能であり、例えば、サイメル（Ｃｙｍｅｌ）３００、３０１および３０３の商品名で、サイテックインダストリーズ（Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）により販売されているメラミン樹脂；サイメル１１７０、１１７１、１１７２の商品名でサイテックインダストリーズにより販売されているグリコールウリル樹脂；ビートル（Ｂｅｅｔｌｅ）６０、６５および８０の商品名でテクノールアペックスカンパニー（Ｔｅｋｎｏｒ Ａｐｅｘ Ｃｏｍｐａｎｙ）によって販売されている尿素ベースの樹脂；並びに、サイメル１１２３および１１２５の商品名でサイテックインダストリーズにより販売されているベンゾグアナミン樹脂が挙げられる。サブ２００ｎｍの波長、例えば、１９３ｎｍでの像形成のために、典型的なネガ型フォトレジストは国際公開第０３０７７０２９号に開示されている。
【００１９】
第１の感光性組成物の樹脂は好ましくは、レジスト組成物に水性アルカリ現像可能性を付与する官能基を有する。例えば、典型的なものは、ヒドロキシルまたはカルボキシラートのような極性官能基を含む樹脂バインダーである。樹脂成分は、ポジ型物質の場合にはその組成物の露光領域を、またはネガ型物質の場合にはその組成物の未露光領域を、現像剤溶液、例えば、アルカリ水溶液中で現像可能にするのに充分な量で、組成物中で使用される。樹脂成分は典型的には、レジストの全固形分の約７０〜約９７重量％を構成することができる。
【００２０】
感光性組成物は、活性化放射線への露光の際に組成物の塗膜層に潜像を生じさせるのに充分な量で使用される光活性成分をさらに含む。例えば、光活性成分はレジストの全固形分の約１〜２０重量％の量で好ましくは存在することができる。レジスト組成物中の典型的な光活性成分は１種以上の光酸発生剤である。好適なＰＡＧは化学増幅型フォトレジストの分野において知られており、例えば、オニウム塩、例えば、トリフェニルスルホニウム塩、ニトロベンジル誘導体、スルホン酸エステル、ジアゾメタン誘導体、グリオキシム誘導体、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体、およびハロゲン含有トリアジン化合物が挙げられる。
【００２１】
レジストの典型的な任意の添加剤は追加塩基、特にテトラブチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＢＡＨ）またはテトラブチルアンモニウムラクタートであり、これは現像されたレジストレリーフ像の解像度を向上させることができる。１９３ｎｍで像形成されるレジストについては、典型的な追加塩基はヒンダードアミン、例えば、ジアザビシクロウンデセンまたはジアザビシクロノネンである。追加塩基は比較的少量で、例えば、全固形分に対して約０．０３〜５重量％で好適に使用される。
【００２２】
本発明に従って使用されるフォトレジストは他の任意の物質を含むこともできる。例えば、他の任意の添加剤には、ストリエーション防止剤（ａｎｔｉ−ｓｔｒｉａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔｓ）、可塑剤、速度向上剤などが挙げられる。この様な任意の添加剤は、典型的には、比較的高濃度、例えば、レジストの乾燥成分の合計重量の約０．１〜１０重量％の量で存在することができる充填剤および染料を除いて、フォトレジスト組成物中に低濃度で存在する。
【００２３】
本発明において有用なフォトレジストは一般的には、公知の手順に従って製造される。例えば、レジストは、フォトレジストの成分を好適な溶媒に溶解することによりコーティング組成物として製造されることができ、この好適な溶媒には、例えば、グリコールエーテル、例えば、２−メトキシエチルエーテル（ジグライム）、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル；プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート；乳酸エステル、例えば、乳酸エチルまたは乳酸メチル；プロピオン酸エステル、特にプロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルおよびエチルエトキシプロピオナート；セロソルブエステル、例えば、メチルセロソルブアセタート；芳香族炭化水素、例えば、トルエンもしくはキシレン；またはケトン、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンおよび２−ヘプタノンが挙げられる。フォトレジストの固形分量は、典型的には、フォトレジスト組成物の全重量を基準にして約２〜２５重量％で変化する。このような溶媒のブレンドも好適である。
【００２４】
本発明の方法は様々な像形成波長、例えば、サブ（ｓｕｂ）４００ｎｍ、サブ３００ｎｍまたはサブ２００ｎｍの露光波長の波長を有する放射線と共に使用されることができ、ＥＵＶおよび１５７ｎｍ、並びに、Ｉ線（３６５ｎｍ）、２４８ｎｍおよび１９３ｎｍが典型的な露光波長である。典型的な形態においては、フォトレジストはサブ２００の波長、例えば１９３ｎｍを用いて像形成されるのに好適である。このような波長において、ドライ処理が使用されうるが、液浸リソグラフィの使用が典型的である。液浸リソグラフィにおいては、約１〜約２の屈折率を有する流体（すなわち、液浸流体）は、露光中に、露光ツールとフォトレジスト層との間に維持される。トップコート層が典型的にはフォトレジスト層上に配置され、液浸流体とフォトレジスト層との直接の接触を妨げ、フォトレジストの成分の液浸流体への漏出を回避する。
【００２５】
感光性組成物は、スピンコーティング、ディッピング、ローラーコーティング、または他の従来のコーティング技術によって基体に適用されうる。もちろん、スピンコーティングが典型的である。スピンコーティングについては、コーティング溶液の固形分量は、所望の膜厚を提供するために、使用される具体的なコーティング装置、溶液の粘度、コーティングツールの速度および回転の時間量に基づいて調節されうる。第１の感光層１０６の典型的な厚みは約５００〜１５００Åである。第１の感光層は、次いで、ソフトベークされることができ、層内の溶媒含量を最小限にすることができ、それにより、粘着性のない塗膜を形成し、この層の基体に対する接着性を向上させることができる。ソフトベークはホットプレート上でまたはオーブン内で行われることができ、ホットプレートが典型的である。ソフトベーク温度および時間は、例えば、感光層の具体的な物質および厚みに応じて変動しうる。典型的なソフトベークは約９０〜１５０℃の温度で、約３０〜９０秒の時間で行われる。
【００２６】
第１の感光層１０６が液浸リソグラフィツール、例えば、１９３ｎｍの液浸スキャナーを用いて露光されるものである場合には、トップコート層（示されない）が感光層１０６上に配置されうる。このようなトップコート層の使用は、液浸流体と下にある感光層との間のバリアとして機能しうる。この方法において、場合によっては、結果的に、光学レンズの汚染、並びに液浸流体の有効屈折率および透過性の変化をもたらす、感光性組成物の成分の液浸流体への漏出は最小化されまたは回避されうる。好適なトップコート組成物は市販されており、例えば、ＯＰＴＩＣＯＡＴ商標トップコート物質、例えば、ＯＣ商標２０００（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）および当該技術分野で知られた他のもの、例えば、米国特許出願公開第２００６／０２４６３７３Ａ１号および米国仮出願第６１／２０４，００７号（出願日、２００８年１２月３１日）に記載されているものがある。このような組成物は、感光性組成物について上述したような任意の好適な方法によって、感光層上に適用されることができ、スピンコーティングが典型的である。トップコート層の厚みは典型的にはλ／４ｎ（またはその奇数倍）であり、ここでλは露光放射線の波長であり、ｎはトップコート層の屈折率である。トップコート層が存在する場合には、トップコート適用の前よりもむしろ、トップコート層組成物が適用された後に、第１の感光層１０６はソフトベークされうる。この方法において、双方の層からの溶媒は単一の熱処理工程において除去されうる。
【００２７】
第１の感光層１０６は次いで、第１のフォトマスク１１０を通した活性化放射線１０８に露光されて、露光領域と未露光領域との間に溶解度の差を作り出す。ポジ型物質については、示されるように、フォトマスクは光学的に透明な領域および光学的に不透明な領域を有し、光学的に透明な領域は、その後の現像工程において除去される感光層の領域に対応する。ネガ型物質については、光学的に不透明な領域は、現像して除去されるレジスト層の部分に対応する。露光エネルギーは典型的には約１〜１００ｍＪ／ｃｍ２であり、露光ツールおよび感光性組成物の成分に応じて変動する。本明細書において、組成物を活性化する放射線に感光性組成物を露光することについての言及は、光活性成分の反応を生じさせることにより、例えば、光酸発生剤化合物から光酸を生じさせることによるなどして、放射線が感光性組成物中に潜像を形成することができることを示す。感光性組成物は典型的には短い露光波長、特にサブ４００ｎｍ、サブ３００ｎｍ、またはサブ２００ｎｍの露光波長によって典型的に光活性化され、ＥＵＶおよび１５７ｎｍ、並びに、Ｉ線（３６５ｎｍ）、２４８ｎｍおよび１９３ｎｍが典型的な露光波長である。
【００２８】
第１の感光層１０６の露光に続いて、感光層の露光後ベーク（ＰＥＢ）が、この層の軟化点より高い温度で典型的に行われる。ＰＥＢは、例えば、ホットプレート上でまたはオーブン内でおこなわれうる。ＰＥＢの条件は、例えば、感光層の具体的な物質および厚みに応じて変化しうる。ＰＥＢは典型的には、約８０〜１５０℃の温度で、約３０〜９０秒の時間で行われる。
【００２９】
露光された感光層１０６は、次いで、現像されて、図１Ｂに示されるように、第１のレジストパターン１０６’を形成する。現像剤物質は感光層１０６の具体的な物質に依存しうるが、好適な現像剤および現像技術は当該技術分野において知られている。典型的な現像剤には、例えば、水性塩基現像剤、例えば、第四級アンモニウムヒドロキシド溶液、例えば、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド溶液、例えば、０．２６Ｎのテトラメチルアンモニウムヒドロキシドが挙げられる。
【００３０】
現像に続いて、第１のレジストパターン１０６’は第１のハードベークプロセスにおいて熱処理されて、このパターンを乾燥させて、図１Ｃに示されるように硬化したレジストパターン１０６’’を形成する。この熱処理は、後にこのレジストパターンに適用される表面処理化学物質の吸着を容易にすると考えられる。このハードベークは典型的にはホットプレートまたはオーブンを用いて行われ、典型的には、約１５０℃以上、例えば、約１７０〜１８０℃の温度で、約３０〜１２０秒の時間で行われる。
【００３１】
図１Ｄを参照すると、ハードベークされた第１のレジストパターン１０６’’は、レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理される。このアルカリ性の表面は、後にレジストパターン上に適用される感光層の露光中の反応を妨げる。例えば、ポジ型感光層の場合には、下にあるアルカリ性に処理されたレジストパターンのごく近傍の領域において、酸触媒脱保護反応が妨げられる。その結果、感光層の部分は現像後にその領域内に留まる。
【００３２】
これらに限定されないが、特に好適な物質はアルカリ性物質およびこのアルカリ性物質とは異なる界面活性剤を含む。界面活性剤は、アルカリ性物質で処理されたレジストパターン上に実質的に均一な第２のレジストの塗膜層を形成するのを促進することが考えられる。
【００３３】
アルカリ性物質は様々な形態をとることができ、固体成分を好適な溶媒に溶解して形成される溶液の形態であることができる。レジストパターン処理に好適なアルカリ性物質には、例えば、水性塩基現像剤、例えば、第四級アンモニウムヒドロキシド溶液、例えば、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド溶液、例えば、０．２６規定（Ｎ）（２．３８重量％）のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）が挙げられる。アルカリ性物質のために、およびそうでなければ組成物中に使用される溶媒物質は、下にあるフォトレジストを溶解するべきではなく、またはその溶解を最小限にするべきである。アルカリ性物質（何ら溶媒、例えば、水、アルコールなどが存在しない）は典型的には組成物中に、全組成物を基準にして約１〜１０重量％の量で存在する。
【００３４】
レジストパターン処理組成物に好適な界面活性剤には、両親媒性を示す界面活性剤が挙げられ、両親媒性とは、界面活性剤が同時に親水性および疎水性であり得ることを意味する。両親媒性界面活性剤は、水に強い親和性を有する親水性ヘッド基と、有機物親和性で水をはじく長鎖疎水性テイルを有する。好適な界面活性剤はイオン性（すなわち、アニオン性、カチオン性）または非イオン性であることができる。界面活性剤のさらなる例としては、シリコーン界面活性剤、ポリ（アルキレンオキシド）界面活性剤およびフルオロケミカル界面活性剤が挙げられる。水溶液に使用するのに好適な非イオン性界面活性剤には、これらに限定されないが、オクチルおよびノニルフェノールエトキシラート、例えば、トライトン（ＴＲＩＴＯＮ登録商標）Ｘ−１１４、Ｘ−１００、Ｘ−４５、Ｘ−１５、並びに分岐第二級アルコールエトキシラート、例えば、テルジトル（ＴＥＲＧＩＴＯＬ商標）ＴＭＮ−６（ザダウケミカルカンパニー、米国、ミシガン州、ミッドランド）が挙げられる。さらに典型的な界面活性剤には、アルコール（第一級および第二級）エトキシラート、アミンエトキシラート、グルコシド、グルカミン、ポリエチレングリコール、ポリ（エチレングリコール−コ−プロピレングリコール）、またはニュージャージー州、グレンロックのマニュファクチャーズコンフェクショナーズパブリシングカンパニー（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ Ｃｏｎｆｅｃｔｉｏｎｅｒｓ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．）によって出版されたマカッチャンの乳化剤および洗浄剤（ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎ’ｓ Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ）２０００年北米版に開示される他の界面活性剤が挙げられる。
【００３５】
アセチレンジオール誘導体である非イオン性界面活性剤も好適であることができ、例えば、下記式の界面活性剤が挙げられる：
【化１】
式中、Ｒ１およびＲ４は、３〜１０の炭素原子を有する直鎖または分岐アルキル鎖であり；Ｒ２およびＲ３は、Ｈまたは１〜５の炭素原子を好適に有するアルキル鎖であり；ｍ、ｎ、ｐ、およびｑは０〜２０の範囲の数である。このような界面活性剤はアレンタウン、ペンシルバニア州のエアプロダクツアンドケミカルズインコポレーテッド（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．）から商品名サーフィノール（ＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標）およびダイノール（ＤＹＮＯＬ登録商標）で市販されている。
【００３６】
本発明のコーティング組成物において使用するのに好適なさらなる界面活性剤には、他のポリマー系化合物、例えば、トリブロックＥＯ−ＰＯ−ＥＯコポリマーである、プルロニック（ＰＬＵＲＯＮＩＣ登録商標）２５Ｒ２、Ｌ１２１、Ｌ１２３、Ｌ３１、Ｌ８１、Ｌ１０１およびＰ１２３（ＢＡＳＦ、Ｉｎｃ．）が挙げられる。
【００３７】
特に好適な界面活性剤には、アミン、典型的には第一級および第二級アミン、すなわち、それぞれ、１以上の第一級アミン基および１以上の第二級アミン基を含むアミン、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。第一級および／または第二級アミン基に加えて、第三級アミン基が存在することができる。典型的には、アミンは多官能性アミンである。アミンはポリアミン、例えば、ジアミン、トリアミンまたはテトラアミンであることができる。好適な第一級アミンには、下記式（Ｉ）の化合物が挙げられる：
【化２】
式中、Ｒは場合によって置換されたアルキル、例えば、場合によって置換されたＣ１〜Ｃ６アルキル、例えば、メチル、エチルまたはプロピルから選択され、エチルが典型的である。
【００３８】
他の好適な第一級アミンには、下記式（ＩＩ）で表されるポリ（アリルアミン）が挙げられる：
【化３】
式中、Ｒ１は水素および場合によって置換されたアルキル、例えば、Ｃ１〜Ｃ３アルキルから選択され；Ｒ２は場合によって置換されたアルキレン、例えばＣ１〜Ｃ６アルキレン、典型的にはメチレンまたはエチレンから選択され；ｎは３以上の整数である。式（Ｎ−ＩＩ）の典型的な第一級アミンにおいては、Ｒ１は水素であり、Ｒ２はメチレンである。
【００３９】
他の好適なアミンには、下記一般式（ＩＩＩ）、（ＩＶ）および（Ｖ）で表されるものが挙げられる：
【化４】
式中、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して、水素原子または１〜１０の炭素原子を有するアルキル基であり、ｎは１〜１０の整数である。
【００４０】
他の好適なアミンには次のものが挙げられる：
【化５】
これらのなかで、トリス（２−アミノエチル）アミン（ＴＡＥＡ）が特に好ましい。
【００４１】
界面活性剤は典型的には、組成物中で比較的少量で、例えば、組成物中の全固形分（全固形分は溶媒キャリアを除いた全組成物成分である）の重量を基準にして０．０１〜５重量％、例えば、０．０１〜１重量％で存在する。
【００４２】
レジストパターン処理組成物は、アルカリ性物質および界面活性剤成分に加えて、１種以上の任意成分を含むことができる。例えば、この組成物は、アルカリ性物質および界面活性剤のために使用されるあらゆる溶媒に加えて、１種以上の溶媒を含むことができる。上述のように、アルカリ性物質および組成物中のほかのもののために使用される溶媒物質は、下にあるフォトレジストを溶解すべきではないし、またはその溶解を最小限にすべきである。よって、好適な溶媒は下にある具体的なレジスト物質に応じて変化することができ、例えば、水およびｎ−ブタノールのようなアルコールが挙げられ得る。任意成分には、１種以上の塩基発生剤化合物、例えば、熱塩基発生剤化合物および／または光塩基発生剤化合物も挙げられる。
【００４３】
フォトレジストパターン処理組成物は、アルカリ性物質および界面活性剤成分、並びに、追加の成分、例えば、溶媒および塩基発生剤化合物を任意の順序で混合することにより製造されうる。成分の１種以上は、固体として、または好適な溶媒を用いてあらかじめ混合された溶液として添加されうる。
【００４４】
好ましくは、アルカリ性処理には、第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミンでの処理が挙げられる。第四級アンモニウムヒドロキシド物質およびアミンは、例えば、あらかじめ混合された組成物から、または物質を同時ではあるが互いに別々に適用することにより（この場合、その場で組成物が形成される）、基体に同時に適用されることができる。好ましくは、第四級アンモニウムヒドロキシド物質およびアミンはその順で逐次的に適用される。第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミン物質は液体、気体または蒸気として適用されることができ、かつ、例えば、スピンコーティング、ディッピング、蒸気コーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）または他の従来のコーティング技術によって適用されうる。もちろん、液体物質のスピンコーティングが典型的である。典型的には、第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミン物質は水溶液として適用されうる。第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミンが同時に適用される場合には、表面処理された基体は、例えば、脱イオン水ですすがれることができる。第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミン物質が逐次的に適用される場合には、このアミンは、水すすぎとしても機能する水溶液として適用されることができる。表面処理された基体は場合によっては、例えば、脱イオン水ですすがれることができ、過剰な組成物を除去する。
【００４５】
第１のレジストパターン１０６’’の臨界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；ＣＤ）は、表面処理の結果として、レジストパターン１０６’の元のＣＤと比較してわずかに小さくなる。このＣＤ損失は、表面処理中の第１のレジストパターンのさらなる現像に起因すると考えられる。この表面処理は、改変された第１のレジストパターン表面１１２を形成し、このレジストパターン表面はアルカリ性であり、かつ処理前の表面のよりも小さいライン幅ラフネスを有する。
【００４６】
図１Ｅに示されるように、上述のような第２の感光性組成物が、第１のレジストパターン１０６’’およびＢＡＲＣ層１０４上にコーティングされ、第２の感光層１１４を形成する。レジストパターン上のアルカリ性表面は、後にこのレジストパターン上に適用されるフォトレジスト層における、露光中の光反応を妨げると考えられる。例えば、ポジ型の第２の感光層の場合には、下にあるアルカリ性に処理されたレジストパターンのごく近傍の領域におけるその層において、脱保護反応が妨げられる。その結果、特定量の第２の感光層が、現像後にその領域内に留まる。
【００４７】
第２の感光性組成物は、他に示される場合を除いて、第１の感光層に関連して上述したのと同じ物質および条件をはじめとする方法で適用され、処理されることができる。第１の感光層１０６がポジ型またはネガ型物質でありうる一方で、第２の感光層１１４は典型的にはポジ型である。図示されたプロセスフローにおいては、第１および第２の感光性組成物の双方がポジ型である。このような場合、第２の感光層１１４の処理中に第１のレジストパターン１０６’’が除去されないように、第１および第２の感光層について異なる物質が使用されることができる。例えば、第２の感光層のよりも高い特有の露光後ベーク温度を有する第１の感光層が選択されうる。この方法において、第１のレジストの露光領域を除去することもなく、第２の感光層の露光領域が選択的に除去されうる。しかし、第２の感光層１１４が現像されるのと同時に、第１のレジストパターン１０６’’を除去することが望まれる場合がある。この場合には、第１および第２の感光層について同じもしくは類似の物質が使用されることができるか、または第２の感光性組成物が第１の感光性組成物のよりも高い特有の露光後ベーク温度を有するように選択されうる。第１のレジストパターン１０６’’および第２の感光層１１４の同時現像の場合におけるプロセスフローは、図１Ｅに示されるプロセスから１Ｇに示されるプロセスにスキップする。
【００４８】
第２の感光層１１４は典型的には、後述のように、後の工程において第１のレジストパターン１０６’’の除去を容易にするために、表面処理された第１のレジストパターン１０６’’の厚み未満の厚みにコーティングされる。第１のレジストパターン１０６’’の除去の目的のためには、使用されるエッチング剤が第２の感光性組成物に対するよりも第１の感光性パターンに対して良好な選択性を有するべきでもある。そのようなものとして、第１および第２の感光性組成物は異なっているべきである。例えば、第１または第２の感光性組成物のために、ケイ素ベースのポリマー、例えば、シルセスキオキサン型ポリマーを使用し、その一方で、他方の第１または第２の感光性組成物のために、ケイ素樹脂を含まない組成物、例えば、アクリラート型、ノボラック型またはフェノール型フォトレジストのような異なる化学物質の感光性組成物を使用することが望まれる場合がある。
【００４９】
第２の感光層１１４は次いでソフトベークされうる。第２の感光層１１４が液浸リソグラフィツールを用いて露光されるものである場合には、上述のようなトップコート層（示されていない）が第２の感光層１１４上に配置されうる。トップコート層が使用される場合には、トップコート層組成物の適用前よりもむしろ、トップコート層組成物が適用された後に、第２の感光層１１４がソフトベークされうる。
【００５０】
図１Ｅを参照すると、第２の感光層１１４は活性化放射線１０８に、典型的にはフラッド（ｆｌｏｏｄ）露光（すなわち、パターン化されたフォトマスクを使用しない）によって露光される。露光された第２の感光層は露光後ベークにおいて熱処理され、現像される。第１のレジストパターン１０６’’のアルカリ性に改変された表面領域１１２は、その表面領域の近傍において、第２のレジスト層１１４における光反応を妨げる。その結果、図１Ｆに示されるように、第２の感光性組成物の未反応部分が、第１のレジストパターン１０６’’の側壁に接したスペーサー１１４’として残る。この点において、スペーサーの幅を調節する、例えば、幅を広くすることが望まれる場合には、このプロセスにおける図１の一点鎖線矢印によって示されるような第１のハードベークに始まって第２の感光性組成物のさらなる感光層の現像に至る一連の工程が一回以上繰り返されることができる。
【００５１】
次いで、第１のフォトレジストパターン１０６’’が除去され、図１Ｇに示されるようなスペーサー１１４’を残す。スペーサーは典型的には、レジストパターンを中心にして、第１のレジストパターンの全ての側面に接して形成されるので、スペーサーは一般的に閉じた環構造を生じさせる。よって、スペーサーを用いてラインパターンを製造する場合には、そのパターンの端を除去して、そのスペーサーを分離したラインパターンに分けるためのトリミングプロセスが行われることができる。トリミングプロセスは、例えば、既知のエッチング技術を用いて行われうる。
【００５２】
スペーサー１１４’をエッチングマスクとして用いてＢＡＲＣ層１０４が選択的にエッチングされて、下にあるハードマスク層１０３を露出させる。このハードマスク層は、次いで、再びスペーサー１１４’をエッチングマスクとして使用して選択的にエッチングされて、図１Ｈに示されるように、パターン形成されたＢＡＲＣおよびハードマスク層１０３’、１０４’を生じさせる。ＢＡＲＣ層およびハードマスク層をエッチングするのに好適なエッチング技術および化学物質は、当該技術分野において知られており、かつ、例えば、これらの層の具体的な物質に応じて変化する。反応性イオンエッチングのようなドライエッチングプロセスが典型的である。スペーサー１１４’、およびパターン形成されたＢＡＲＣ層１０４’は、次いで、公知の技術、例えば、酸素プラズマアッシングを用いて、基体から除去される。
【００５３】
ハードマスクパターン１０３’をエッチングマスクとして使用して、１以上の層１０２が選択的にエッチングされる。下にある層１０２をエッチングするのに好適なエッチング技術および化学物質は当該技術分野において知られており、反応性イオンエッチングのようなドライエッチングプロセスが典型的である。パターン形成されたハードマスク層１０３’は、次いで、公知の技術、例えば、反応性イオンエッチングのようなドライエッチングプロセスを用いて、基体表面から除去されうる。得られるダブルパターニングされた構造は、図１Ｉに示される様なエッチングされたフィーチャー１０２’のパターンである。別の典型的な方法においては、ハードマスク層１０３を使用することなく、スペーサー１１４’を用いて直接に、層１０２をパターン形成することが望まれる場合がある。スペーサーを用いた直接パターン形成が使用されうるかどうかは、関連する物質、レジスト選択性、レジストパターン厚みおよびパターン寸法などの要因に依存しうる。
【００５４】
図２は、本発明に従った自己整合型スペーサー多重パターニング方法についての、さらなる典型的なプロセスフローを断面図で示す。このプロセスフローは図１を参照して記載されるダブルパターニング技術の１つのバリエーションであり、ここでは、１以上の追加のスペーサー１１４ａ’が、それぞれの元のスペーサー１１４’に対して形成され、さらに小さくされたラインピッチを可能にする。他に示される場合を除いて、図１に関する上記記載が図２のプロセスフローに対しても適用可能である。
【００５５】
図２Ａ〜Ｆに関するプロセスは、図１Ａ〜Ｆに関して上述した方法で実施される。第１のレジストパターンと第３の感光層から形成されるパターン１０６’’とが同時に除去されるものであるように、次（第３）の感光層が第１の感光層１０６と同じまたは類似のエッチング選択性を有する組成物からなることを除いて、図２Ｆに示されるようなスペーサー１１４’の形成後、第１のハードベークに始まり現像に至る工程のシークエンスが繰り返される。第３の感光層はさらにポジ型であるべきである。露光された第３の感光層の現像後には、もともと形成されていたスペーサー１１４’の露出した側面に接して第２のスペーサー１０６ａ’が残る。同じシークエンスの工程が再び繰り返され、このとき、第２の感光層１１４と同じまたは類似のエッチング選択性を有する組成物の第４のポジ型感光層を形成する。現像後に得られる構造は、図２Ｇに示されるように、第２のスペーサー１０６ａ’の露出した側面に接して形成された第３のスペーサー１１４ａ’を含む。このスペーサー形成プロセスは場合によっては、さらに１回以上繰り返されることができ、第１のタイプの感光層化学物質と第２のタイプの感光層化学物質との間に、交互に、サンドイッチ構造で２種類のさらなるスペーサーを作り出すことができる。第１の感光性組成物タイプからのフォトレジストパターン１０６’’、１０６ａ’’が次いで除去され、図２Ｈに示されるようにスペーサー１１４’、１１４ａ’を残す。図１に関して上述したのと同じ方法で、スペーサー１１４’、１１４ａ’がエッチングマスクとして使用されて、図２Ｉ〜Ｊに示されるように、下にある１種以上の層を直接にパターン形成し、または下にあるハードマスク層をまずパターン形成し、これが次いで、下にある層をパターン形成するために使用される。
【００５６】
図３は、本発明に従った自己整合型スペーサー多重パターニング方法についてのさらなる典型的なプロセスフローの上面図である。このプロセスフローは、図１を参照して記載される技術のさらなる１つのバリエーションであり、フォトリソグラフィおよび膜堆積技術の双方が使用されてスペーサーを形成するハイブリッドアプローチを用いるトリプルパターニング技術を示す。他に示される場合を除いて、図１に関する上記記載は図３のプロセスフローにも適用可能である。
【００５７】
図３Ａは第１のレジストパターン１０６’の形成後の基体を示す。改変された第１のレジストパターン表面１１２を生じさせるアルカリ表面処理後の構造が図３Ｂに示され、第２の感光層１１４のコーティング後が図３Ｃに示される。図３Ｄは第２の感光層１１４のソフトベーク後の基体を示す。このソフトベークはアルカリ性物質を生じさせ、第１のレジストパターンと第２の感光層との双方の部分に拡散する。拡散の程度は、ソフトベーク温度並びに、第１のレジストパターンおよび第２の感光層におけるアルカリ性物質の拡散係数に基づいて制御されうる。例えば、第１および第２の感光層の双方について同じもしくは類似の物質が使用される場合には、拡散の程度は第１のレジストパターンおよび第２の感光層においてほぼ同じであろう。この拡散の結果は、第１のレジストパターンおよび第２の感光層における拡大されたアルカリ性領域１１２’である。第１のレジストパターン１０６’および第２の感光層１１４は露光され、現像されて、図３Ｅに示されるようなスペーサー１１４’を残す。このスペーサーはアルカリ性領域１１２’内の第１のレジストパターン１０６’および第２の感光層１１４の部分に対応する。この例示されたプロセスにおいては、アルカリ性物質によって「阻害されて」いない第１のレジストパターンおよび第２の感光層の部分は現像工程中の同じ時間で除去される。これは、第１および第２の感光層の特定の露光後ベーク温度と同じかまたはこれより高い、露光後ベーク温度を露光後に用いることにより達成されうる。後述のように、下にある１以上の層のパターン形成のために使用される追加のスペーサーをパターンまたは鋳型に接して形成するためのパターンまたは鋳型として、スペーサー１１４’が使用される。
【００５８】
スペーサー１１４’は場合によってはその幅を狭くするためにトリミングされることができ、結果的に、図３Ｆに示されるようなトリミングされたスペーサー１１４’’を生じさせうる。好適なトリミングプロセスは当該技術分野において知られている。スペーサー層はスペーサー１１４’’上に、例えば、化学蒸着、例えば、プラズマ援用ＣＶＤ、低圧ＣＶＤもしくはエピタキシャル成長、原子層堆積またはスパッタリングによって堆積される。もちろん、化学蒸着が典型的である。スペーサー層に好適な物質には、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸窒化ケイ素が挙げられる。スペーサー層の厚みは、例えば、形成される構造体の所望の寸法およびスペーサー層の一体性の程度に応じて変化する。スペーサー層の典型的な厚みは約１００〜１０００Åである。スペーサー層は典型的には基体表面全体上にコーティングされるので、基体の水平面上のスペーサー層物質を除去し、図３Ｇに示されるようにトリミングされたスペーサーパターン１１４’’の側壁に接したスペーサーとして物質を残すようにエッチングが行われる。この犠牲スペーサー１１４’’が除去されて、下にある１以上の層をエッチングするためのマスクとして使用される側壁スペーサー１１６だけを残す。トリミングされた犠牲スペーサーパターン１１４’’は、例えば、酸素プラズマＡＳＨによって除去される。得られる構造体は、例えば、図３Ｇに示される点線に沿ってトリミングされて、スペーサー１１６を、図３Ｈに示されるような分離したラインに分ける。下にある１以上の層のエッチングが、図１のプロセスフローを参照して上述したように行われることができる。各ラインについて２つ（すなわち、各側面ついて１つ）のスペーサーが存在し、２回のスペーサープロセスが使用されるので、二重ピッチ分割（ｄｏｕｂｌｅ ｐｉｔｃｈ−ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）によって、ライン密度は効果的に４倍にされうる。
【実施例】
【００５９】
実施例１
Ｌ１レジストポリマー（ポリ（ＩＡＭ／α−ＧＢＬＭＡ／ＯＤＯＴＭＡ／ＨＡＭＡ））合成
１０．５１グラム（ｇ）の２−メチル−アクリル酸１−イソプロピル−アダマンタニルエステル（ＩＡＭ）、６．８２ｇの２−メチル−アクリル酸２−オキソ−テトラヒドロ−フラン−３−イルエステル（α−ＧＢＬＭＡ）、６．３６ｇの２−メチル−アクリル酸３−オキソ−４，１０−ジオキサ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デセ−８−イルエステル（ＯＤＯＴＭＡ）および６．３１ｇの２−メチル−アクリル酸３−ヒドロキシ−アダマンタニルエステル（ＨＡＭＡ）を２７ｇのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解した。この混合物を窒素で２０分間バブリングすることにより脱ガスした。凝縮器、窒素入口、および機械式攪拌機を備えた５００ｍｌのフラスコに１１ｇのＴＨＦを入れ、溶液を６７℃の温度にした。５．２３ｇのジメチル−２，２−アゾジイソブチラート（全モノマーを基準にして１７ｍｏｌ％）を５ｇのＴＨＦに溶解し、フラスコに入れた。モノマー溶液を反応器に、１時間あたり１６．０ミリリットル（ｍＬ／時）の割合で３時間３０分間供給した。次いで、重合混合物をさらに３０分間６７℃で攪拌した。次いで、反応器に５ｇのＴＨＦを添加し、重合混合物を室温まで冷却した。１．０Ｌのイソプロピルアルコール中で沈殿を行った。ろ過後、ポリマーを乾燥させ、５０ｇのＴＨＦに再溶解させ、１．１Ｌのイソプロピルアルコール中で再沈殿させ、ろ過し、真空オーブン中４５℃で４８時間乾燥させて、２５．４ｇの以下に示されるポリ（ＩＡＭ／α−ＧＢＬＭＡ／ＯＤＯＴＭＡ／ＨＡＭＡ）ポリマー（Ｍｗ＝７，９３４およびＭｗ／Ｍｎ＝〜１．４６）を得た：
【化６】
【００６０】
Ｌ１レジスト配合
３．１６９ｇの上述のように形成されたポリマーを、７０重量％のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート（ＰＧＭＥＡ）と３０重量％のシクロヘキサノンとの溶媒混合物９６．３８ｇに溶解した。この混合物に、０．４０５ｇのトリフェニルスルホニウム（アダマンタン−１−イルメトキシカルボニル）−ジフルオロ−メタンスルホナート、０．０４１ｇの１−（ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル）−４−ヒドロキシピペリジンおよび０．００５ｇのポリフォックス（ＰＯＬＹＦＯＸ登録商標）ＰＦ−６５６界面活性剤（オムノバソリューションズインコーポレーテッド；Ｏｍｎｏｖａ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ．）を添加した。得られた混合物をローラー上で６時間延ばして、次いで、０．２ミクロン孔サイズのテフロン登録商標フィルターを通して、それによりポジ型フォトレジスト組成物を形成した。
【００６１】
表面処理溶液配合
表面処理溶液は、脱イオン水中のトリス（２−アミノエチル）アミン（ＴＡＥＡ）（シグマ−アルドリッチ）の１重量％溶液５ｇ、１０重量％の界面活性剤溶液（テルジトル（ＴＥＲＧＩＴＯＬ）ＴＭＮ−６、ザダウケミカルカンパニー、米国、ミシガン州、ミッドランド）１ｇ、および脱イオン水１９４ｇを混合することにより調製された。この溶液を、０．１ミクロン孔サイズのナイロンフィルターを通してろ過した。
【００６２】
ラインアンドスペースの第１のリソグラフィ（Ｌ１）パターン形成
ＴＥＬ ＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ商標ＬＩＴＨＩＵＳ商標ｉ＋コーター／現像機において、３００ｍｍのシリコンウェハにＡＲ商標４０Ａ反射防止剤（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズＬＬＣ）をスピンコートし、第１の反射防止塗膜（ＢＡＲＣ）を形成した。このウェハを２１５℃で６０秒間ベークし、７５ｎｍ厚の第１のＢＡＲＣ膜を生じさせた。次いで、この第１のＢＡＲＣ上に、ＡＲ商標１２４反射防止剤（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を用いて、第２のＢＡＲＣ層がコーティングされ、２０５℃で６０秒間ベークされ、２３ｎｍの上部ＢＡＲＣ層を生じさせた。
上述のように形成されたＬ１フォトレジスト組成物が二層ＢＡＲＣの上にコーティングされ、１１０℃で６０秒間ソフトベークされ、７５０Åの厚みのレジスト膜を生じさせた。第１のレジスト層はトップコート層（ＯＣ商標２０００トップコート物質、ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）でコーティングされ、１５〜７５ｍＪ／ｃｍ２の様々な線量で、様々な臨界寸法を有するレチクルを通して、開口数１．３５を有するＡＳＭＬ ＴＷＩＮＳＣＡＮ商標ＸＴ：１９００ｉ液浸スキャナーおよびＸ−偏光の双極子−３５Ｙ照明（０．９６アウターシグマ／０．７６インナーシグマ）を用いて露光された。このウェハは、次いで、１００℃で６０秒間露光後ベーク（ＰＥＢ）され、マイクロポジット（Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ商標）ＭＦ ＣＤ−２６現像機（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を用いて１２秒間現像され、第１のリソグラフィ（Ｌ１）パターンにした。
【００６３】
硬化および表面処理
ウェハは１８０℃で６０秒間ハードベークされた。次いで、まず、ウェハが２．３８重量％のＴＭＡＨ水溶液で１２秒間、ＴＥＬ ＧＰノズルを用いてすすがれ、次いで、ウェハを回転させつつ、ＴＥＬウェハトラック上で上記表面処理溶液配合物ですすがれる逐次的なプロセスで、このウェハは表面処理化学物質に曝露された。
【００６４】
第２のリソグラフィ（Ｌ２）
裸のシリコンウェハ上に４５０Åの膜厚を提供するであろうスピン速度で、コーター／現像機において、ＥＰＩＣ商標２０９８ポジ型フォトレジスト（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を、表面処理されたＬ１パターン上にコーティングした。このウェハは１２０℃で６０秒間ソフトベークされ、次いで、ＯＣ商標２０００トップコート物質（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）でコーティングされた。第１のリソグラフィプロセスにおけるのと同じスキャナセッティングであるが、１２〜３４ｍＪ／ｃｍ２の様々な露光線量でマスクなしにフラッド露光を使用して、第２のリソグラフィ（Ｌ２）が行われた。次いで、ウェハは１１０℃で６０秒間露光後ベーク（ＰＥＢ）され、マイクロポジット（Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ商標）ＭＦ ＣＤ−２６現像機（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を用いて１２秒間現像された。これにより、スペーサー構造が形成された。
【００６５】
実施例２−１８
ＴＡＥＡおよびＴＥＲＧＩＴＯＬ ＴＭＮ−６界面活性剤の代わりに、以下の表１に示される成分を使用することを除いて、実施例１に関して上述した手順が繰り返される。
【表１】
Ｌ２現像後に、スペーサー構造が生じるであろうことが予想される。
【符号の説明】
【００６６】
１００ 基体
１０２ 層
１０２’ エッチングされたフィーチャーのパターン
１０３ ハードマスク
１０３’ パターン形成されたハードマスク
１０４ 反射防止塗膜（ＢＡＲＣ）
１０４’パターン形成された反射防止塗膜（ＢＡＲＣ）
１０６ 第１の感光層
１０６’第１のレジストパターン
１０６’’ ハードベークされた第１のレジストパターン
１０６’’ａ パターン
１０８ 活性化放射線
１１０ 第１のフォトマスク
１１２ 改変された第１のレジストパターン表面
１１２’ 拡大されたアルカリ性領域
１１４ 第２の感光層
１１４’ 未反応の第２の感光性組成物の層（スペーサー）
１１４ａ’ 追加のスペーサー
１１４’’ トリミングされたスペーサー（犠牲スペーサー）
１１６ 側壁スペーサー
【技術分野】
【０００１】
本出願は３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）に基づいて、米国仮出願第６１／２６９，６００号（２００９年６月２６日出願）および第６１／２８１，５５３（２００９年１１月１９日出願）および第６１／２８１，６８１号（２００９年１１月１９日出願）の優先権の利益を主張し、これら出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は概して、電子デバイスの製造に関する。より具体的には、本発明は自己整合型スペーサーリソグラフィ技術を用いて電子デバイスを形成する方法に関する。本発明は、高密度フォトリソグラフィパターンおよびフィーチャーを形成するための半導体デバイスの製造における特定の用途を見いだす。二重またはより高次のパターニングが本発明に従って行われうる。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造産業においては、半導体基体上に配置された１以上の下層、例えば、金属層、半導体層、または誘電体層、並びに基体それ自体に像を転写するために、フォトレジスト物質が使用されている。半導体デバイスの集積密度を高め、ナノメートル範囲の寸法を有する構造の形成を可能にするために、高解像能を有するフォトレジストおよびフォトリソグラフィ処理ツールが開発されており、かつ開発され続けている。
【０００３】
半導体デバイスにおいてナノメートルスケールのフィーチャーサイズを達成するための１つの手法は、化学増幅型フォトレジストの露光中での短波長、例えば、１９３ｎｍ以下の光の使用である。液浸リソグラフィは、像形成装置、例えば、ＫｒＦまたはＡｒＦ光源を有するスキャナーのレンズの開口数を効果的に増大させる。これは、像形成装置の最終面と半導体ウェハの上面との間に、比較的高い屈折率の流体（すなわち、液浸流体）を使用することにより達成される。液浸流体は、空気または不活性ガス媒体を用いて起こるであろうよりも、より多量の光がレジスト層に焦点を合わせられることを可能にする。
【０００４】
レイリー方程式（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｅｑｕａｔｉｏｎ）によって定義される理論的な解像限界は以下に示される：
【数１】
式中、ｋ１はプロセス因子であり、λは像形成ツールの波長であり、ＮＡは像形成レンズの開口数である。液浸流体として水を使用する場合には、最大開口数は、例えば、１．２から１．３５に増大されうる。ラインアンドスペースパターンを印刷する場合の０．２５のｋ１については、１９３ｎｍの液浸スキャナは３６ｎｍハーフピッチラインアンドスペースパターンを解像することができるのみであろう。コンタクトホールまたは任意の２Ｄパターンを印刷するための解像度は、ダークフィールドマスクを用いた低空中像コントラストのせいで、さらに限定され、ｋ１についての理論的限界は０．３５である。よって、コンタクトホールの最も小さいハーフピッチは約５０ｎｍに限定される。標準の液浸リソグラフィプロセスは、より高解像度を必要とするデバイスの製造に一般的に適していない。
【０００５】
より高解像度を達成し、かつ既存の製造ツールの能力を拡大させるための努力において、様々なダブルパターニング技術が提案されてきた。このような技術の１つには、自己整合型ダブルパターニング（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ；ＳＡＤＰ）がある。このプロセスにおいて、あらかじめパターン形成されたライン上にスペーサー層が形成される。これは、続いて、エッチングされて、このラインの側壁に接した物質のみを残して、このラインアンドスペースの水平面上全てのスペーサー層物質を除去する。次いで、パターン形成された元のラインがエッチングで除去され、側壁スペーサーを残し、この側壁スペーサーが１以上の下地層のエッチングのためのマスクとして使用される。各ラインについて２つのスペーサーが存在するので、ライン密度は効果的に二倍になる。このスペーサー手法は、先に記載された１回だけのリソグラフィ露光が必要とされる技術と比べて独特である。その結果、逐次的な露光の間のオーバーレイに伴われる課題が解決されうる。
【０００６】
米国特許出願公開第２００９／０１４６３２２Ａ１号（特許文献１）は、犠牲的な第１のパターンがポリシリコンを含むことができ、一方、スペーサー層が窒化ケイ素、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素を含むことができる、自己整合型スペーサーダブルパターニング方法を開示する。この文献は、このような物質が、物理蒸着、化学蒸着、電気化学堆積、分子ビームエピタキシまたは原子層堆積のような堆積プロセスによってコーティングされることをさらに開示する。しかし、これらの堆積プロセスは、エッチング工程の繰り返しを必要とし、これはコスト効果的でない場合がある。例えば、酸窒化ケイ素が側壁スペーサー物質として堆積される場合には、このプロセスはレジストトリムエッチング、非晶質炭素層へのパターン転写エッチング、クリーニング、非晶質炭素鋳型上の窒化物の堆積、窒化物頂部を開放するためのエッチング、非晶質炭素コアの灰化、酸化ケイ素へのパターン転写エッチング、および酸化ケイ素トリムエッチングのような多くの工程を伴う場合がある。よって、パターン形成のための堆積プロセスおよびスペーサー層のコーティングの使用を回避する、自己整合型スペーサー手順を使用することは、望ましいことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１４６３２２Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
最新技術に関連する上記課題の１以上に取り組む多重パターニング方法についての、当該技術分野における継続した必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態に従って、自己整合型スペーサー多重パターニング（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｓｐａｃｅｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）方法が提供される。本方法は、（ａ）パターン形成される１以上の層を含む半導体基体を提供し；（ｂ）第１の樹脂成分と第１の光活性成分とを含む第１の感光性組成物の第１の層を、パターン形成される１以上の層上に適用し；（ｃ）パターン化されたフォトマスクを通した活性化放射線に第１の層を露光し；（ｄ）露光された第１の層を現像してレジストパターンを形成し；（ｅ）ハードベークプロセスにおいてレジストパターンを熱処理し；（ｆ）ハードベークされたレジストパターンを、当該レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理し；（ｇ）第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含む第２の感光性組成物の第２の層を、パターン形成される１以上の層上に、かつ当該レジストパターンのアルカリ性表面と接触するように適用し；（ｈ）第２の層を活性化放射線に露光し；並びに、（ｉ）露光された第２の層を現像して、第２の層の現像中に除去されない第２の層の部分を含むスペーサーを、パターン形成される１以上の層上に形成する；ことを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１のＡ〜Ｉは本発明に従った自己整合型スペーサー多重パターニング方法についての第１の典型的なプロセスを断面図で示す。
【図２】図２のＡ〜Ｊは本発明に従った自己整合型スペーサー多重パターニング方法についての第２の典型的なプロセスを断面図で示す。
【図３】図３のＡ〜Ｈは本発明に従った自己整合型スペーサー多重パターニング方法についての第３の典型的なプロセスを上面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、添付の図面を参照して説明され、この図面においては同様の参照番号は同様のフィーチャーを示す。
ここで、本発明は図１Ａ−Ｉを参照して説明され、図１Ａ−Ｉは本発明に従った自己整合型スペーサーダブルパターニング方法についての第１の典型的なプロセスを断面図で示す。
【００１２】
図１Ａは、表面上に形成された様々な層およびフィーチャーを含むことができる基体１００を示す。基体は、半導体、例えばケイ素、または化合物半導体（例えば、ＩＩＩ−ＶまたはＩＩ−ＶＩ）、ガラス、石英、セラミック、銅などの物質からなることができる。典型的には、基体は半導体ウェハ、例えば、単結晶シリコン、または化合物半導体ウェハであり、基体はその表面上に形成された１以上の層およびパターン形成されたフィーチャーを有することができる。パターン形成される１以上の層１０２が基体１００上に提供されうる。場合によっては、例えば、基体物質に溝を形成することが望まれる場合には、下にあるベース基体物質自体がパターン形成されてよい。ベース基体物質自体をパターン形成する場合には、このパターンは基体の層に形成されると見なされる。
【００１３】
この層には、例えば、１以上の導電層、例えば、アルミニウム、銅、モリブデン、タンタル、チタン、タングステン、このような金属の合金、窒化物もしくはケイ化物、ドープされた非晶質ケイ素、またはドープされたポリシリコン、１以上の誘電層、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、もしくは金属酸化物の層、半導体層、例えば、単結晶シリコン、並びにこれらの組み合わせが挙げられ得る。エッチングされる層は様々な技術、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）、例えば、プラズマ援用ＣＶＤ、低圧ＣＶＤもしくはエピタキシャル成長；物理蒸着（ＰＶＤ）、例えばスパッタリングもしくは蒸発；または電気めっきによって形成されうる。エッチングされる１以上の層１０２の具体的な厚みは、物質および形成される具体的なデバイスに応じて変化しうる。
【００１４】
エッチングされる具体的な層、膜厚および使用されるフォトリソグラフィ物質およびプロセスに応じて、その上にフォトレジスト層がコーティングされる反射防止塗膜（ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｏｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ；ＢＡＲＣ）１０４および／またはハードマスク層１０３を、層１０２上に配置することが望まれる場合がある。例えば、エッチングされる層がかなりのエッチング深さを必要とし、および／または具体的なエッチング剤がレジスト選択性に劣る場合で、非常に薄いレジスト層を使用する場合には、ハードマスク層の使用が望まれる場合がある。ハードマスク層が使用される場合には、形成されるレジストパターンはハードマスク層に写されることができ、これは次いで、下にある層１０２をエッチングするためのマスクとして使用されうる。好適なハードマスク物質および形成方法は当該技術分野において知られている。典型的な物質には、例えば、タングステン、チタン、窒化チタン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、非晶質炭素、酸窒化ケイ素および窒化ケイ素が挙げられる。ハードマスク層１０３は単一層を構成するか、または異なる物質の複数の層を含むことができる。ハードマスク層は、例えば、化学または物理蒸着技術によって形成されうる。
【００１５】
反射防止塗膜がなければ、基体および／または下にある層が、フォトレジスト露光中に有意な量の入射放射線を反射し、その結果、形成されたパターンの品質が悪影響を受けるであろう場合には、反射防止塗膜１０４が望まれる場合がある。このような塗膜は焦点深度、露光寛容度、ライン幅均一性およびＣＤ制御を向上させうる。レジストが深紫外光（３００ｎｍ以下）、例えば、ＫｒＦエキシマレーザー光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー光（１９３ｎｍ）、電子ビームおよび軟ｘ−線に露光される場合には、反射防止塗膜が典型的に使用される。反射防止塗膜１０４は単一層を構成するか、または複数の異なる層を含むことができる。好適な反射防止物質および形成方法は当該技術分野において知られている。反射防止物質は市販されており、例えば、ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズエルエルシー（米国、マサチューセッツ州、マルボロ）により、ＡＲ商標４０ＡおよびＡＲ商標１２４反射防止剤などのＡＲ商標の下で販売されているものがある。
【００１６】
第１の感光性組成物が基体上に、（存在する場合には）反射防止層１０４上に適用されて、第１の感光層１０６を形成する。第１の感光性組成物は樹脂成分と光活性成分とを含む。本明細書において使用される場合、用語「感光性物質」、「感光性組成物」および「フォトレジスト」は交換可能に使用される。好適なフォトレジスト物質は当該技術分野において知られており、例えば、アクリラートベースのもの、ノボラックベースのもの、およびケイ素化学物質ベースのものが挙げられる。好適なレジストは、例えば、米国特許出願公開第２００９０１１７４８９Ａ１号、第２００８０１９３８７２Ａ１号、第２００６０２４６３７３Ａ１号、第２００９０１１７４８９Ａ１号、第２００９０１２３８６９Ａ１号および米国特許第７，３３２，６１６号に記載されている。第１のレジストパターンを形成するために、本発明の方法において有用なフォトレジスト物質には、ポジ型物質およびネガ型物質の双方が挙げられる。
【００１７】
好適なポジ型物質には、ポジ型化学増幅型フォトレジストが挙げられ、これは組成物の１種以上の成分の酸不安定基の光酸で促進される脱保護反応を受けて、このレジストの塗膜層の露光領域を、未露光領域よりも水性現像剤中でより可溶性にする。フォトレジスト樹脂の典型的な光酸不安定基（ｐｈｏｔｏａｃｉｄ−ｌａｂｉｌｅ ｇｒｏｕｐｓ）には、エステルのカルボニル酸素に共有結合した第三級非環式アルキル炭素（例えば、ｔ−ブチル）または第三級脂環式炭素（例えば、メチルアダマンチル）を含むエステル基が挙げられる。アセタール光酸不安定基も典型的である。
【００１８】
好適なネガ型樹脂は典型的には架橋性成分を含みうる。架橋性成分は典型的には別のレジスト成分として存在する。メラミンのようなアミンベースの架橋剤、例えば、サイメル（Ｃｙｍｅｌ）メラミン樹脂が典型的である。本発明において有用なネガ型フォトレジスト組成物は、酸への曝露により硬化し、架橋しまたは固化しうる物質と、本発明の光活性成分との混合物を含む。特に有用なネガ型組成物はフェノール系樹脂のような樹脂バインダー、架橋剤成分および光活性成分を含む。このような組成物およびその使用は欧州特許第０１６４２４８Ｂ１号および第０２３２９７２Ｂ１号、並びに米国特許第５，１２８，２３２号に開示されている。樹脂バインダー成分として使用するのに典型的なフェノール系樹脂には、上述のもののようなノボラックおよびポリ（ビニルフェノール）が挙げられる。典型的な架橋剤には、アミンベースの物質、例えば、メラミン、グリコールウリル、ベンゾグアナミン−ベースの物質および尿素ベースの物質が挙げられる。メラミン−ホルムアルデヒド樹脂は、一般的に最も典型的である。このような架橋剤は商業的に入手可能であり、例えば、サイメル（Ｃｙｍｅｌ）３００、３０１および３０３の商品名で、サイテックインダストリーズ（Ｃｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）により販売されているメラミン樹脂；サイメル１１７０、１１７１、１１７２の商品名でサイテックインダストリーズにより販売されているグリコールウリル樹脂；ビートル（Ｂｅｅｔｌｅ）６０、６５および８０の商品名でテクノールアペックスカンパニー（Ｔｅｋｎｏｒ Ａｐｅｘ Ｃｏｍｐａｎｙ）によって販売されている尿素ベースの樹脂；並びに、サイメル１１２３および１１２５の商品名でサイテックインダストリーズにより販売されているベンゾグアナミン樹脂が挙げられる。サブ２００ｎｍの波長、例えば、１９３ｎｍでの像形成のために、典型的なネガ型フォトレジストは国際公開第０３０７７０２９号に開示されている。
【００１９】
第１の感光性組成物の樹脂は好ましくは、レジスト組成物に水性アルカリ現像可能性を付与する官能基を有する。例えば、典型的なものは、ヒドロキシルまたはカルボキシラートのような極性官能基を含む樹脂バインダーである。樹脂成分は、ポジ型物質の場合にはその組成物の露光領域を、またはネガ型物質の場合にはその組成物の未露光領域を、現像剤溶液、例えば、アルカリ水溶液中で現像可能にするのに充分な量で、組成物中で使用される。樹脂成分は典型的には、レジストの全固形分の約７０〜約９７重量％を構成することができる。
【００２０】
感光性組成物は、活性化放射線への露光の際に組成物の塗膜層に潜像を生じさせるのに充分な量で使用される光活性成分をさらに含む。例えば、光活性成分はレジストの全固形分の約１〜２０重量％の量で好ましくは存在することができる。レジスト組成物中の典型的な光活性成分は１種以上の光酸発生剤である。好適なＰＡＧは化学増幅型フォトレジストの分野において知られており、例えば、オニウム塩、例えば、トリフェニルスルホニウム塩、ニトロベンジル誘導体、スルホン酸エステル、ジアゾメタン誘導体、グリオキシム誘導体、Ｎ−ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体、およびハロゲン含有トリアジン化合物が挙げられる。
【００２１】
レジストの典型的な任意の添加剤は追加塩基、特にテトラブチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＢＡＨ）またはテトラブチルアンモニウムラクタートであり、これは現像されたレジストレリーフ像の解像度を向上させることができる。１９３ｎｍで像形成されるレジストについては、典型的な追加塩基はヒンダードアミン、例えば、ジアザビシクロウンデセンまたはジアザビシクロノネンである。追加塩基は比較的少量で、例えば、全固形分に対して約０．０３〜５重量％で好適に使用される。
【００２２】
本発明に従って使用されるフォトレジストは他の任意の物質を含むこともできる。例えば、他の任意の添加剤には、ストリエーション防止剤（ａｎｔｉ−ｓｔｒｉａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔｓ）、可塑剤、速度向上剤などが挙げられる。この様な任意の添加剤は、典型的には、比較的高濃度、例えば、レジストの乾燥成分の合計重量の約０．１〜１０重量％の量で存在することができる充填剤および染料を除いて、フォトレジスト組成物中に低濃度で存在する。
【００２３】
本発明において有用なフォトレジストは一般的には、公知の手順に従って製造される。例えば、レジストは、フォトレジストの成分を好適な溶媒に溶解することによりコーティング組成物として製造されることができ、この好適な溶媒には、例えば、グリコールエーテル、例えば、２−メトキシエチルエーテル（ジグライム）、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル；プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート；乳酸エステル、例えば、乳酸エチルまたは乳酸メチル；プロピオン酸エステル、特にプロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルおよびエチルエトキシプロピオナート；セロソルブエステル、例えば、メチルセロソルブアセタート；芳香族炭化水素、例えば、トルエンもしくはキシレン；またはケトン、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンおよび２−ヘプタノンが挙げられる。フォトレジストの固形分量は、典型的には、フォトレジスト組成物の全重量を基準にして約２〜２５重量％で変化する。このような溶媒のブレンドも好適である。
【００２４】
本発明の方法は様々な像形成波長、例えば、サブ（ｓｕｂ）４００ｎｍ、サブ３００ｎｍまたはサブ２００ｎｍの露光波長の波長を有する放射線と共に使用されることができ、ＥＵＶおよび１５７ｎｍ、並びに、Ｉ線（３６５ｎｍ）、２４８ｎｍおよび１９３ｎｍが典型的な露光波長である。典型的な形態においては、フォトレジストはサブ２００の波長、例えば１９３ｎｍを用いて像形成されるのに好適である。このような波長において、ドライ処理が使用されうるが、液浸リソグラフィの使用が典型的である。液浸リソグラフィにおいては、約１〜約２の屈折率を有する流体（すなわち、液浸流体）は、露光中に、露光ツールとフォトレジスト層との間に維持される。トップコート層が典型的にはフォトレジスト層上に配置され、液浸流体とフォトレジスト層との直接の接触を妨げ、フォトレジストの成分の液浸流体への漏出を回避する。
【００２５】
感光性組成物は、スピンコーティング、ディッピング、ローラーコーティング、または他の従来のコーティング技術によって基体に適用されうる。もちろん、スピンコーティングが典型的である。スピンコーティングについては、コーティング溶液の固形分量は、所望の膜厚を提供するために、使用される具体的なコーティング装置、溶液の粘度、コーティングツールの速度および回転の時間量に基づいて調節されうる。第１の感光層１０６の典型的な厚みは約５００〜１５００Åである。第１の感光層は、次いで、ソフトベークされることができ、層内の溶媒含量を最小限にすることができ、それにより、粘着性のない塗膜を形成し、この層の基体に対する接着性を向上させることができる。ソフトベークはホットプレート上でまたはオーブン内で行われることができ、ホットプレートが典型的である。ソフトベーク温度および時間は、例えば、感光層の具体的な物質および厚みに応じて変動しうる。典型的なソフトベークは約９０〜１５０℃の温度で、約３０〜９０秒の時間で行われる。
【００２６】
第１の感光層１０６が液浸リソグラフィツール、例えば、１９３ｎｍの液浸スキャナーを用いて露光されるものである場合には、トップコート層（示されない）が感光層１０６上に配置されうる。このようなトップコート層の使用は、液浸流体と下にある感光層との間のバリアとして機能しうる。この方法において、場合によっては、結果的に、光学レンズの汚染、並びに液浸流体の有効屈折率および透過性の変化をもたらす、感光性組成物の成分の液浸流体への漏出は最小化されまたは回避されうる。好適なトップコート組成物は市販されており、例えば、ＯＰＴＩＣＯＡＴ商標トップコート物質、例えば、ＯＣ商標２０００（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）および当該技術分野で知られた他のもの、例えば、米国特許出願公開第２００６／０２４６３７３Ａ１号および米国仮出願第６１／２０４，００７号（出願日、２００８年１２月３１日）に記載されているものがある。このような組成物は、感光性組成物について上述したような任意の好適な方法によって、感光層上に適用されることができ、スピンコーティングが典型的である。トップコート層の厚みは典型的にはλ／４ｎ（またはその奇数倍）であり、ここでλは露光放射線の波長であり、ｎはトップコート層の屈折率である。トップコート層が存在する場合には、トップコート適用の前よりもむしろ、トップコート層組成物が適用された後に、第１の感光層１０６はソフトベークされうる。この方法において、双方の層からの溶媒は単一の熱処理工程において除去されうる。
【００２７】
第１の感光層１０６は次いで、第１のフォトマスク１１０を通した活性化放射線１０８に露光されて、露光領域と未露光領域との間に溶解度の差を作り出す。ポジ型物質については、示されるように、フォトマスクは光学的に透明な領域および光学的に不透明な領域を有し、光学的に透明な領域は、その後の現像工程において除去される感光層の領域に対応する。ネガ型物質については、光学的に不透明な領域は、現像して除去されるレジスト層の部分に対応する。露光エネルギーは典型的には約１〜１００ｍＪ／ｃｍ２であり、露光ツールおよび感光性組成物の成分に応じて変動する。本明細書において、組成物を活性化する放射線に感光性組成物を露光することについての言及は、光活性成分の反応を生じさせることにより、例えば、光酸発生剤化合物から光酸を生じさせることによるなどして、放射線が感光性組成物中に潜像を形成することができることを示す。感光性組成物は典型的には短い露光波長、特にサブ４００ｎｍ、サブ３００ｎｍ、またはサブ２００ｎｍの露光波長によって典型的に光活性化され、ＥＵＶおよび１５７ｎｍ、並びに、Ｉ線（３６５ｎｍ）、２４８ｎｍおよび１９３ｎｍが典型的な露光波長である。
【００２８】
第１の感光層１０６の露光に続いて、感光層の露光後ベーク（ＰＥＢ）が、この層の軟化点より高い温度で典型的に行われる。ＰＥＢは、例えば、ホットプレート上でまたはオーブン内でおこなわれうる。ＰＥＢの条件は、例えば、感光層の具体的な物質および厚みに応じて変化しうる。ＰＥＢは典型的には、約８０〜１５０℃の温度で、約３０〜９０秒の時間で行われる。
【００２９】
露光された感光層１０６は、次いで、現像されて、図１Ｂに示されるように、第１のレジストパターン１０６’を形成する。現像剤物質は感光層１０６の具体的な物質に依存しうるが、好適な現像剤および現像技術は当該技術分野において知られている。典型的な現像剤には、例えば、水性塩基現像剤、例えば、第四級アンモニウムヒドロキシド溶液、例えば、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド溶液、例えば、０．２６Ｎのテトラメチルアンモニウムヒドロキシドが挙げられる。
【００３０】
現像に続いて、第１のレジストパターン１０６’は第１のハードベークプロセスにおいて熱処理されて、このパターンを乾燥させて、図１Ｃに示されるように硬化したレジストパターン１０６’’を形成する。この熱処理は、後にこのレジストパターンに適用される表面処理化学物質の吸着を容易にすると考えられる。このハードベークは典型的にはホットプレートまたはオーブンを用いて行われ、典型的には、約１５０℃以上、例えば、約１７０〜１８０℃の温度で、約３０〜１２０秒の時間で行われる。
【００３１】
図１Ｄを参照すると、ハードベークされた第１のレジストパターン１０６’’は、レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理される。このアルカリ性の表面は、後にレジストパターン上に適用される感光層の露光中の反応を妨げる。例えば、ポジ型感光層の場合には、下にあるアルカリ性に処理されたレジストパターンのごく近傍の領域において、酸触媒脱保護反応が妨げられる。その結果、感光層の部分は現像後にその領域内に留まる。
【００３２】
これらに限定されないが、特に好適な物質はアルカリ性物質およびこのアルカリ性物質とは異なる界面活性剤を含む。界面活性剤は、アルカリ性物質で処理されたレジストパターン上に実質的に均一な第２のレジストの塗膜層を形成するのを促進することが考えられる。
【００３３】
アルカリ性物質は様々な形態をとることができ、固体成分を好適な溶媒に溶解して形成される溶液の形態であることができる。レジストパターン処理に好適なアルカリ性物質には、例えば、水性塩基現像剤、例えば、第四級アンモニウムヒドロキシド溶液、例えば、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド溶液、例えば、０．２６規定（Ｎ）（２．３８重量％）のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）が挙げられる。アルカリ性物質のために、およびそうでなければ組成物中に使用される溶媒物質は、下にあるフォトレジストを溶解するべきではなく、またはその溶解を最小限にするべきである。アルカリ性物質（何ら溶媒、例えば、水、アルコールなどが存在しない）は典型的には組成物中に、全組成物を基準にして約１〜１０重量％の量で存在する。
【００３４】
レジストパターン処理組成物に好適な界面活性剤には、両親媒性を示す界面活性剤が挙げられ、両親媒性とは、界面活性剤が同時に親水性および疎水性であり得ることを意味する。両親媒性界面活性剤は、水に強い親和性を有する親水性ヘッド基と、有機物親和性で水をはじく長鎖疎水性テイルを有する。好適な界面活性剤はイオン性（すなわち、アニオン性、カチオン性）または非イオン性であることができる。界面活性剤のさらなる例としては、シリコーン界面活性剤、ポリ（アルキレンオキシド）界面活性剤およびフルオロケミカル界面活性剤が挙げられる。水溶液に使用するのに好適な非イオン性界面活性剤には、これらに限定されないが、オクチルおよびノニルフェノールエトキシラート、例えば、トライトン（ＴＲＩＴＯＮ登録商標）Ｘ−１１４、Ｘ−１００、Ｘ−４５、Ｘ−１５、並びに分岐第二級アルコールエトキシラート、例えば、テルジトル（ＴＥＲＧＩＴＯＬ商標）ＴＭＮ−６（ザダウケミカルカンパニー、米国、ミシガン州、ミッドランド）が挙げられる。さらに典型的な界面活性剤には、アルコール（第一級および第二級）エトキシラート、アミンエトキシラート、グルコシド、グルカミン、ポリエチレングリコール、ポリ（エチレングリコール−コ−プロピレングリコール）、またはニュージャージー州、グレンロックのマニュファクチャーズコンフェクショナーズパブリシングカンパニー（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ Ｃｏｎｆｅｃｔｉｏｎｅｒｓ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．）によって出版されたマカッチャンの乳化剤および洗浄剤（ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎ’ｓ Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ）２０００年北米版に開示される他の界面活性剤が挙げられる。
【００３５】
アセチレンジオール誘導体である非イオン性界面活性剤も好適であることができ、例えば、下記式の界面活性剤が挙げられる：
【化１】
式中、Ｒ１およびＲ４は、３〜１０の炭素原子を有する直鎖または分岐アルキル鎖であり；Ｒ２およびＲ３は、Ｈまたは１〜５の炭素原子を好適に有するアルキル鎖であり；ｍ、ｎ、ｐ、およびｑは０〜２０の範囲の数である。このような界面活性剤はアレンタウン、ペンシルバニア州のエアプロダクツアンドケミカルズインコポレーテッド（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．）から商品名サーフィノール（ＳＵＲＦＹＮＯＬ登録商標）およびダイノール（ＤＹＮＯＬ登録商標）で市販されている。
【００３６】
本発明のコーティング組成物において使用するのに好適なさらなる界面活性剤には、他のポリマー系化合物、例えば、トリブロックＥＯ−ＰＯ−ＥＯコポリマーである、プルロニック（ＰＬＵＲＯＮＩＣ登録商標）２５Ｒ２、Ｌ１２１、Ｌ１２３、Ｌ３１、Ｌ８１、Ｌ１０１およびＰ１２３（ＢＡＳＦ、Ｉｎｃ．）が挙げられる。
【００３７】
特に好適な界面活性剤には、アミン、典型的には第一級および第二級アミン、すなわち、それぞれ、１以上の第一級アミン基および１以上の第二級アミン基を含むアミン、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。第一級および／または第二級アミン基に加えて、第三級アミン基が存在することができる。典型的には、アミンは多官能性アミンである。アミンはポリアミン、例えば、ジアミン、トリアミンまたはテトラアミンであることができる。好適な第一級アミンには、下記式（Ｉ）の化合物が挙げられる：
【化２】
式中、Ｒは場合によって置換されたアルキル、例えば、場合によって置換されたＣ１〜Ｃ６アルキル、例えば、メチル、エチルまたはプロピルから選択され、エチルが典型的である。
【００３８】
他の好適な第一級アミンには、下記式（ＩＩ）で表されるポリ（アリルアミン）が挙げられる：
【化３】
式中、Ｒ１は水素および場合によって置換されたアルキル、例えば、Ｃ１〜Ｃ３アルキルから選択され；Ｒ２は場合によって置換されたアルキレン、例えばＣ１〜Ｃ６アルキレン、典型的にはメチレンまたはエチレンから選択され；ｎは３以上の整数である。式（Ｎ−ＩＩ）の典型的な第一級アミンにおいては、Ｒ１は水素であり、Ｒ２はメチレンである。
【００３９】
他の好適なアミンには、下記一般式（ＩＩＩ）、（ＩＶ）および（Ｖ）で表されるものが挙げられる：
【化４】
式中、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して、水素原子または１〜１０の炭素原子を有するアルキル基であり、ｎは１〜１０の整数である。
【００４０】
他の好適なアミンには次のものが挙げられる：
【化５】
これらのなかで、トリス（２−アミノエチル）アミン（ＴＡＥＡ）が特に好ましい。
【００４１】
界面活性剤は典型的には、組成物中で比較的少量で、例えば、組成物中の全固形分（全固形分は溶媒キャリアを除いた全組成物成分である）の重量を基準にして０．０１〜５重量％、例えば、０．０１〜１重量％で存在する。
【００４２】
レジストパターン処理組成物は、アルカリ性物質および界面活性剤成分に加えて、１種以上の任意成分を含むことができる。例えば、この組成物は、アルカリ性物質および界面活性剤のために使用されるあらゆる溶媒に加えて、１種以上の溶媒を含むことができる。上述のように、アルカリ性物質および組成物中のほかのもののために使用される溶媒物質は、下にあるフォトレジストを溶解すべきではないし、またはその溶解を最小限にすべきである。よって、好適な溶媒は下にある具体的なレジスト物質に応じて変化することができ、例えば、水およびｎ−ブタノールのようなアルコールが挙げられ得る。任意成分には、１種以上の塩基発生剤化合物、例えば、熱塩基発生剤化合物および／または光塩基発生剤化合物も挙げられる。
【００４３】
フォトレジストパターン処理組成物は、アルカリ性物質および界面活性剤成分、並びに、追加の成分、例えば、溶媒および塩基発生剤化合物を任意の順序で混合することにより製造されうる。成分の１種以上は、固体として、または好適な溶媒を用いてあらかじめ混合された溶液として添加されうる。
【００４４】
好ましくは、アルカリ性処理には、第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミンでの処理が挙げられる。第四級アンモニウムヒドロキシド物質およびアミンは、例えば、あらかじめ混合された組成物から、または物質を同時ではあるが互いに別々に適用することにより（この場合、その場で組成物が形成される）、基体に同時に適用されることができる。好ましくは、第四級アンモニウムヒドロキシド物質およびアミンはその順で逐次的に適用される。第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミン物質は液体、気体または蒸気として適用されることができ、かつ、例えば、スピンコーティング、ディッピング、蒸気コーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）または他の従来のコーティング技術によって適用されうる。もちろん、液体物質のスピンコーティングが典型的である。典型的には、第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミン物質は水溶液として適用されうる。第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミンが同時に適用される場合には、表面処理された基体は、例えば、脱イオン水ですすがれることができる。第四級アンモニウムヒドロキシドおよびアミン物質が逐次的に適用される場合には、このアミンは、水すすぎとしても機能する水溶液として適用されることができる。表面処理された基体は場合によっては、例えば、脱イオン水ですすがれることができ、過剰な組成物を除去する。
【００４５】
第１のレジストパターン１０６’’の臨界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；ＣＤ）は、表面処理の結果として、レジストパターン１０６’の元のＣＤと比較してわずかに小さくなる。このＣＤ損失は、表面処理中の第１のレジストパターンのさらなる現像に起因すると考えられる。この表面処理は、改変された第１のレジストパターン表面１１２を形成し、このレジストパターン表面はアルカリ性であり、かつ処理前の表面のよりも小さいライン幅ラフネスを有する。
【００４６】
図１Ｅに示されるように、上述のような第２の感光性組成物が、第１のレジストパターン１０６’’およびＢＡＲＣ層１０４上にコーティングされ、第２の感光層１１４を形成する。レジストパターン上のアルカリ性表面は、後にこのレジストパターン上に適用されるフォトレジスト層における、露光中の光反応を妨げると考えられる。例えば、ポジ型の第２の感光層の場合には、下にあるアルカリ性に処理されたレジストパターンのごく近傍の領域におけるその層において、脱保護反応が妨げられる。その結果、特定量の第２の感光層が、現像後にその領域内に留まる。
【００４７】
第２の感光性組成物は、他に示される場合を除いて、第１の感光層に関連して上述したのと同じ物質および条件をはじめとする方法で適用され、処理されることができる。第１の感光層１０６がポジ型またはネガ型物質でありうる一方で、第２の感光層１１４は典型的にはポジ型である。図示されたプロセスフローにおいては、第１および第２の感光性組成物の双方がポジ型である。このような場合、第２の感光層１１４の処理中に第１のレジストパターン１０６’’が除去されないように、第１および第２の感光層について異なる物質が使用されることができる。例えば、第２の感光層のよりも高い特有の露光後ベーク温度を有する第１の感光層が選択されうる。この方法において、第１のレジストの露光領域を除去することもなく、第２の感光層の露光領域が選択的に除去されうる。しかし、第２の感光層１１４が現像されるのと同時に、第１のレジストパターン１０６’’を除去することが望まれる場合がある。この場合には、第１および第２の感光層について同じもしくは類似の物質が使用されることができるか、または第２の感光性組成物が第１の感光性組成物のよりも高い特有の露光後ベーク温度を有するように選択されうる。第１のレジストパターン１０６’’および第２の感光層１１４の同時現像の場合におけるプロセスフローは、図１Ｅに示されるプロセスから１Ｇに示されるプロセスにスキップする。
【００４８】
第２の感光層１１４は典型的には、後述のように、後の工程において第１のレジストパターン１０６’’の除去を容易にするために、表面処理された第１のレジストパターン１０６’’の厚み未満の厚みにコーティングされる。第１のレジストパターン１０６’’の除去の目的のためには、使用されるエッチング剤が第２の感光性組成物に対するよりも第１の感光性パターンに対して良好な選択性を有するべきでもある。そのようなものとして、第１および第２の感光性組成物は異なっているべきである。例えば、第１または第２の感光性組成物のために、ケイ素ベースのポリマー、例えば、シルセスキオキサン型ポリマーを使用し、その一方で、他方の第１または第２の感光性組成物のために、ケイ素樹脂を含まない組成物、例えば、アクリラート型、ノボラック型またはフェノール型フォトレジストのような異なる化学物質の感光性組成物を使用することが望まれる場合がある。
【００４９】
第２の感光層１１４は次いでソフトベークされうる。第２の感光層１１４が液浸リソグラフィツールを用いて露光されるものである場合には、上述のようなトップコート層（示されていない）が第２の感光層１１４上に配置されうる。トップコート層が使用される場合には、トップコート層組成物の適用前よりもむしろ、トップコート層組成物が適用された後に、第２の感光層１１４がソフトベークされうる。
【００５０】
図１Ｅを参照すると、第２の感光層１１４は活性化放射線１０８に、典型的にはフラッド（ｆｌｏｏｄ）露光（すなわち、パターン化されたフォトマスクを使用しない）によって露光される。露光された第２の感光層は露光後ベークにおいて熱処理され、現像される。第１のレジストパターン１０６’’のアルカリ性に改変された表面領域１１２は、その表面領域の近傍において、第２のレジスト層１１４における光反応を妨げる。その結果、図１Ｆに示されるように、第２の感光性組成物の未反応部分が、第１のレジストパターン１０６’’の側壁に接したスペーサー１１４’として残る。この点において、スペーサーの幅を調節する、例えば、幅を広くすることが望まれる場合には、このプロセスにおける図１の一点鎖線矢印によって示されるような第１のハードベークに始まって第２の感光性組成物のさらなる感光層の現像に至る一連の工程が一回以上繰り返されることができる。
【００５１】
次いで、第１のフォトレジストパターン１０６’’が除去され、図１Ｇに示されるようなスペーサー１１４’を残す。スペーサーは典型的には、レジストパターンを中心にして、第１のレジストパターンの全ての側面に接して形成されるので、スペーサーは一般的に閉じた環構造を生じさせる。よって、スペーサーを用いてラインパターンを製造する場合には、そのパターンの端を除去して、そのスペーサーを分離したラインパターンに分けるためのトリミングプロセスが行われることができる。トリミングプロセスは、例えば、既知のエッチング技術を用いて行われうる。
【００５２】
スペーサー１１４’をエッチングマスクとして用いてＢＡＲＣ層１０４が選択的にエッチングされて、下にあるハードマスク層１０３を露出させる。このハードマスク層は、次いで、再びスペーサー１１４’をエッチングマスクとして使用して選択的にエッチングされて、図１Ｈに示されるように、パターン形成されたＢＡＲＣおよびハードマスク層１０３’、１０４’を生じさせる。ＢＡＲＣ層およびハードマスク層をエッチングするのに好適なエッチング技術および化学物質は、当該技術分野において知られており、かつ、例えば、これらの層の具体的な物質に応じて変化する。反応性イオンエッチングのようなドライエッチングプロセスが典型的である。スペーサー１１４’、およびパターン形成されたＢＡＲＣ層１０４’は、次いで、公知の技術、例えば、酸素プラズマアッシングを用いて、基体から除去される。
【００５３】
ハードマスクパターン１０３’をエッチングマスクとして使用して、１以上の層１０２が選択的にエッチングされる。下にある層１０２をエッチングするのに好適なエッチング技術および化学物質は当該技術分野において知られており、反応性イオンエッチングのようなドライエッチングプロセスが典型的である。パターン形成されたハードマスク層１０３’は、次いで、公知の技術、例えば、反応性イオンエッチングのようなドライエッチングプロセスを用いて、基体表面から除去されうる。得られるダブルパターニングされた構造は、図１Ｉに示される様なエッチングされたフィーチャー１０２’のパターンである。別の典型的な方法においては、ハードマスク層１０３を使用することなく、スペーサー１１４’を用いて直接に、層１０２をパターン形成することが望まれる場合がある。スペーサーを用いた直接パターン形成が使用されうるかどうかは、関連する物質、レジスト選択性、レジストパターン厚みおよびパターン寸法などの要因に依存しうる。
【００５４】
図２は、本発明に従った自己整合型スペーサー多重パターニング方法についての、さらなる典型的なプロセスフローを断面図で示す。このプロセスフローは図１を参照して記載されるダブルパターニング技術の１つのバリエーションであり、ここでは、１以上の追加のスペーサー１１４ａ’が、それぞれの元のスペーサー１１４’に対して形成され、さらに小さくされたラインピッチを可能にする。他に示される場合を除いて、図１に関する上記記載が図２のプロセスフローに対しても適用可能である。
【００５５】
図２Ａ〜Ｆに関するプロセスは、図１Ａ〜Ｆに関して上述した方法で実施される。第１のレジストパターンと第３の感光層から形成されるパターン１０６’’とが同時に除去されるものであるように、次（第３）の感光層が第１の感光層１０６と同じまたは類似のエッチング選択性を有する組成物からなることを除いて、図２Ｆに示されるようなスペーサー１１４’の形成後、第１のハードベークに始まり現像に至る工程のシークエンスが繰り返される。第３の感光層はさらにポジ型であるべきである。露光された第３の感光層の現像後には、もともと形成されていたスペーサー１１４’の露出した側面に接して第２のスペーサー１０６ａ’が残る。同じシークエンスの工程が再び繰り返され、このとき、第２の感光層１１４と同じまたは類似のエッチング選択性を有する組成物の第４のポジ型感光層を形成する。現像後に得られる構造は、図２Ｇに示されるように、第２のスペーサー１０６ａ’の露出した側面に接して形成された第３のスペーサー１１４ａ’を含む。このスペーサー形成プロセスは場合によっては、さらに１回以上繰り返されることができ、第１のタイプの感光層化学物質と第２のタイプの感光層化学物質との間に、交互に、サンドイッチ構造で２種類のさらなるスペーサーを作り出すことができる。第１の感光性組成物タイプからのフォトレジストパターン１０６’’、１０６ａ’’が次いで除去され、図２Ｈに示されるようにスペーサー１１４’、１１４ａ’を残す。図１に関して上述したのと同じ方法で、スペーサー１１４’、１１４ａ’がエッチングマスクとして使用されて、図２Ｉ〜Ｊに示されるように、下にある１種以上の層を直接にパターン形成し、または下にあるハードマスク層をまずパターン形成し、これが次いで、下にある層をパターン形成するために使用される。
【００５６】
図３は、本発明に従った自己整合型スペーサー多重パターニング方法についてのさらなる典型的なプロセスフローの上面図である。このプロセスフローは、図１を参照して記載される技術のさらなる１つのバリエーションであり、フォトリソグラフィおよび膜堆積技術の双方が使用されてスペーサーを形成するハイブリッドアプローチを用いるトリプルパターニング技術を示す。他に示される場合を除いて、図１に関する上記記載は図３のプロセスフローにも適用可能である。
【００５７】
図３Ａは第１のレジストパターン１０６’の形成後の基体を示す。改変された第１のレジストパターン表面１１２を生じさせるアルカリ表面処理後の構造が図３Ｂに示され、第２の感光層１１４のコーティング後が図３Ｃに示される。図３Ｄは第２の感光層１１４のソフトベーク後の基体を示す。このソフトベークはアルカリ性物質を生じさせ、第１のレジストパターンと第２の感光層との双方の部分に拡散する。拡散の程度は、ソフトベーク温度並びに、第１のレジストパターンおよび第２の感光層におけるアルカリ性物質の拡散係数に基づいて制御されうる。例えば、第１および第２の感光層の双方について同じもしくは類似の物質が使用される場合には、拡散の程度は第１のレジストパターンおよび第２の感光層においてほぼ同じであろう。この拡散の結果は、第１のレジストパターンおよび第２の感光層における拡大されたアルカリ性領域１１２’である。第１のレジストパターン１０６’および第２の感光層１１４は露光され、現像されて、図３Ｅに示されるようなスペーサー１１４’を残す。このスペーサーはアルカリ性領域１１２’内の第１のレジストパターン１０６’および第２の感光層１１４の部分に対応する。この例示されたプロセスにおいては、アルカリ性物質によって「阻害されて」いない第１のレジストパターンおよび第２の感光層の部分は現像工程中の同じ時間で除去される。これは、第１および第２の感光層の特定の露光後ベーク温度と同じかまたはこれより高い、露光後ベーク温度を露光後に用いることにより達成されうる。後述のように、下にある１以上の層のパターン形成のために使用される追加のスペーサーをパターンまたは鋳型に接して形成するためのパターンまたは鋳型として、スペーサー１１４’が使用される。
【００５８】
スペーサー１１４’は場合によってはその幅を狭くするためにトリミングされることができ、結果的に、図３Ｆに示されるようなトリミングされたスペーサー１１４’’を生じさせうる。好適なトリミングプロセスは当該技術分野において知られている。スペーサー層はスペーサー１１４’’上に、例えば、化学蒸着、例えば、プラズマ援用ＣＶＤ、低圧ＣＶＤもしくはエピタキシャル成長、原子層堆積またはスパッタリングによって堆積される。もちろん、化学蒸着が典型的である。スペーサー層に好適な物質には、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸窒化ケイ素が挙げられる。スペーサー層の厚みは、例えば、形成される構造体の所望の寸法およびスペーサー層の一体性の程度に応じて変化する。スペーサー層の典型的な厚みは約１００〜１０００Åである。スペーサー層は典型的には基体表面全体上にコーティングされるので、基体の水平面上のスペーサー層物質を除去し、図３Ｇに示されるようにトリミングされたスペーサーパターン１１４’’の側壁に接したスペーサーとして物質を残すようにエッチングが行われる。この犠牲スペーサー１１４’’が除去されて、下にある１以上の層をエッチングするためのマスクとして使用される側壁スペーサー１１６だけを残す。トリミングされた犠牲スペーサーパターン１１４’’は、例えば、酸素プラズマＡＳＨによって除去される。得られる構造体は、例えば、図３Ｇに示される点線に沿ってトリミングされて、スペーサー１１６を、図３Ｈに示されるような分離したラインに分ける。下にある１以上の層のエッチングが、図１のプロセスフローを参照して上述したように行われることができる。各ラインについて２つ（すなわち、各側面ついて１つ）のスペーサーが存在し、２回のスペーサープロセスが使用されるので、二重ピッチ分割（ｄｏｕｂｌｅ ｐｉｔｃｈ−ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）によって、ライン密度は効果的に４倍にされうる。
【実施例】
【００５９】
実施例１
Ｌ１レジストポリマー（ポリ（ＩＡＭ／α−ＧＢＬＭＡ／ＯＤＯＴＭＡ／ＨＡＭＡ））合成
１０．５１グラム（ｇ）の２−メチル−アクリル酸１−イソプロピル−アダマンタニルエステル（ＩＡＭ）、６．８２ｇの２−メチル−アクリル酸２−オキソ−テトラヒドロ−フラン−３−イルエステル（α−ＧＢＬＭＡ）、６．３６ｇの２−メチル−アクリル酸３−オキソ−４，１０−ジオキサ−トリシクロ［５．２．１．０２，６］デセ−８−イルエステル（ＯＤＯＴＭＡ）および６．３１ｇの２−メチル−アクリル酸３−ヒドロキシ−アダマンタニルエステル（ＨＡＭＡ）を２７ｇのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解した。この混合物を窒素で２０分間バブリングすることにより脱ガスした。凝縮器、窒素入口、および機械式攪拌機を備えた５００ｍｌのフラスコに１１ｇのＴＨＦを入れ、溶液を６７℃の温度にした。５．２３ｇのジメチル−２，２−アゾジイソブチラート（全モノマーを基準にして１７ｍｏｌ％）を５ｇのＴＨＦに溶解し、フラスコに入れた。モノマー溶液を反応器に、１時間あたり１６．０ミリリットル（ｍＬ／時）の割合で３時間３０分間供給した。次いで、重合混合物をさらに３０分間６７℃で攪拌した。次いで、反応器に５ｇのＴＨＦを添加し、重合混合物を室温まで冷却した。１．０Ｌのイソプロピルアルコール中で沈殿を行った。ろ過後、ポリマーを乾燥させ、５０ｇのＴＨＦに再溶解させ、１．１Ｌのイソプロピルアルコール中で再沈殿させ、ろ過し、真空オーブン中４５℃で４８時間乾燥させて、２５．４ｇの以下に示されるポリ（ＩＡＭ／α−ＧＢＬＭＡ／ＯＤＯＴＭＡ／ＨＡＭＡ）ポリマー（Ｍｗ＝７，９３４およびＭｗ／Ｍｎ＝〜１．４６）を得た：
【化６】
【００６０】
Ｌ１レジスト配合
３．１６９ｇの上述のように形成されたポリマーを、７０重量％のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート（ＰＧＭＥＡ）と３０重量％のシクロヘキサノンとの溶媒混合物９６．３８ｇに溶解した。この混合物に、０．４０５ｇのトリフェニルスルホニウム（アダマンタン−１−イルメトキシカルボニル）−ジフルオロ−メタンスルホナート、０．０４１ｇの１−（ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル）−４−ヒドロキシピペリジンおよび０．００５ｇのポリフォックス（ＰＯＬＹＦＯＸ登録商標）ＰＦ−６５６界面活性剤（オムノバソリューションズインコーポレーテッド；Ｏｍｎｏｖａ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ．）を添加した。得られた混合物をローラー上で６時間延ばして、次いで、０．２ミクロン孔サイズのテフロン登録商標フィルターを通して、それによりポジ型フォトレジスト組成物を形成した。
【００６１】
表面処理溶液配合
表面処理溶液は、脱イオン水中のトリス（２−アミノエチル）アミン（ＴＡＥＡ）（シグマ−アルドリッチ）の１重量％溶液５ｇ、１０重量％の界面活性剤溶液（テルジトル（ＴＥＲＧＩＴＯＬ）ＴＭＮ−６、ザダウケミカルカンパニー、米国、ミシガン州、ミッドランド）１ｇ、および脱イオン水１９４ｇを混合することにより調製された。この溶液を、０．１ミクロン孔サイズのナイロンフィルターを通してろ過した。
【００６２】
ラインアンドスペースの第１のリソグラフィ（Ｌ１）パターン形成
ＴＥＬ ＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ商標ＬＩＴＨＩＵＳ商標ｉ＋コーター／現像機において、３００ｍｍのシリコンウェハにＡＲ商標４０Ａ反射防止剤（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズＬＬＣ）をスピンコートし、第１の反射防止塗膜（ＢＡＲＣ）を形成した。このウェハを２１５℃で６０秒間ベークし、７５ｎｍ厚の第１のＢＡＲＣ膜を生じさせた。次いで、この第１のＢＡＲＣ上に、ＡＲ商標１２４反射防止剤（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を用いて、第２のＢＡＲＣ層がコーティングされ、２０５℃で６０秒間ベークされ、２３ｎｍの上部ＢＡＲＣ層を生じさせた。
上述のように形成されたＬ１フォトレジスト組成物が二層ＢＡＲＣの上にコーティングされ、１１０℃で６０秒間ソフトベークされ、７５０Åの厚みのレジスト膜を生じさせた。第１のレジスト層はトップコート層（ＯＣ商標２０００トップコート物質、ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）でコーティングされ、１５〜７５ｍＪ／ｃｍ２の様々な線量で、様々な臨界寸法を有するレチクルを通して、開口数１．３５を有するＡＳＭＬ ＴＷＩＮＳＣＡＮ商標ＸＴ：１９００ｉ液浸スキャナーおよびＸ−偏光の双極子−３５Ｙ照明（０．９６アウターシグマ／０．７６インナーシグマ）を用いて露光された。このウェハは、次いで、１００℃で６０秒間露光後ベーク（ＰＥＢ）され、マイクロポジット（Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ商標）ＭＦ ＣＤ−２６現像機（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を用いて１２秒間現像され、第１のリソグラフィ（Ｌ１）パターンにした。
【００６３】
硬化および表面処理
ウェハは１８０℃で６０秒間ハードベークされた。次いで、まず、ウェハが２．３８重量％のＴＭＡＨ水溶液で１２秒間、ＴＥＬ ＧＰノズルを用いてすすがれ、次いで、ウェハを回転させつつ、ＴＥＬウェハトラック上で上記表面処理溶液配合物ですすがれる逐次的なプロセスで、このウェハは表面処理化学物質に曝露された。
【００６４】
第２のリソグラフィ（Ｌ２）
裸のシリコンウェハ上に４５０Åの膜厚を提供するであろうスピン速度で、コーター／現像機において、ＥＰＩＣ商標２０９８ポジ型フォトレジスト（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を、表面処理されたＬ１パターン上にコーティングした。このウェハは１２０℃で６０秒間ソフトベークされ、次いで、ＯＣ商標２０００トップコート物質（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）でコーティングされた。第１のリソグラフィプロセスにおけるのと同じスキャナセッティングであるが、１２〜３４ｍＪ／ｃｍ２の様々な露光線量でマスクなしにフラッド露光を使用して、第２のリソグラフィ（Ｌ２）が行われた。次いで、ウェハは１１０℃で６０秒間露光後ベーク（ＰＥＢ）され、マイクロポジット（Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ商標）ＭＦ ＣＤ−２６現像機（ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズ）を用いて１２秒間現像された。これにより、スペーサー構造が形成された。
【００６５】
実施例２−１８
ＴＡＥＡおよびＴＥＲＧＩＴＯＬ ＴＭＮ−６界面活性剤の代わりに、以下の表１に示される成分を使用することを除いて、実施例１に関して上述した手順が繰り返される。
【表１】
Ｌ２現像後に、スペーサー構造が生じるであろうことが予想される。
【符号の説明】
【００６６】
１００ 基体
１０２ 層
１０２’ エッチングされたフィーチャーのパターン
１０３ ハードマスク
１０３’ パターン形成されたハードマスク
１０４ 反射防止塗膜（ＢＡＲＣ）
１０４’パターン形成された反射防止塗膜（ＢＡＲＣ）
１０６ 第１の感光層
１０６’第１のレジストパターン
１０６’’ ハードベークされた第１のレジストパターン
１０６’’ａ パターン
１０８ 活性化放射線
１１０ 第１のフォトマスク
１１２ 改変された第１のレジストパターン表面
１１２’ 拡大されたアルカリ性領域
１１４ 第２の感光層
１１４’ 未反応の第２の感光性組成物の層（スペーサー）
１１４ａ’ 追加のスペーサー
１１４’’ トリミングされたスペーサー（犠牲スペーサー）
１１６ 側壁スペーサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）パターン形成される１以上の層を含む半導体基体を提供し；
（ｂ）第１の樹脂成分と第１の光活性成分とを含む第１の感光性組成物の第１の層を、パターン形成される１以上の層上に適用し；
（ｃ）パターン化されたフォトマスクを通した活性化放射線に第１の層を露光し；
（ｄ）露光された第１の層を現像してレジストパターンを形成し；
（ｅ）ハードベークプロセスにおいてレジストパターンを熱処理し；
（ｆ）ハードベークされたレジストパターンを、当該レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理し；
（ｇ）第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含む第２の感光性組成物の第２の層を、パターン形成される１以上の層上に、かつ前記レジストパターンのアルカリ性表面と接触するように適用し；
（ｈ）第２の層を活性化放射線に露光し；並びに、
（ｉ）露光された第２の層を現像して、第２の層の現像中に除去されない第２の層の部分を含むスペーサーを、パターン形成される１以上の層上に形成する；
ことを含む自己整合型スペーサー多重パターニング方法。
【請求項２】
第２の層を露光する工程がフラッド露光である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２の層を露光しおよび現像する工程が、それぞれ、前記レジストパターンを露光しおよび除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第２の層を露光しおよび現像する工程の後に、前記レジストパターンを除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
スペーサーをマスクとして使用して、スペーサーの下にある１以上の層をパターニングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
（ｉ）前記スペーサーの側壁上に、第２の層とは異なる物質からなるスペーサー層を形成し；並びに
（ｉｉ）基体から第１のスペーサーを選択的に除去して、パターン形成される１以上の層上のスペーサー層から形成される第２のスペーサーを残す；
ことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
レジストパターンを熱処理することが、約１５０℃以上の温度で行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で前記レジストパターンを処理することが、アルカリ性物質および界面活性剤で前記レジストパターンを処理することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で前記レジストパターンを処理することが、第一級または第二級アミンで前記レジストパターンを処理することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
（ａ）パターン形成される１以上の層を含む半導体基体；
（ｂ）パターン形成される１以上の層上のレジストパターンであって、アルカリ性表面を有するレジストパターン；並びに
（ｃ）樹脂成分と光酸発生剤成分とを含む組成物を含む感光層であって、第１のレジストパターンの側壁に接触した感光層；
を含むコーティングされた基体。
【請求項１】
（ａ）パターン形成される１以上の層を含む半導体基体を提供し；
（ｂ）第１の樹脂成分と第１の光活性成分とを含む第１の感光性組成物の第１の層を、パターン形成される１以上の層上に適用し；
（ｃ）パターン化されたフォトマスクを通した活性化放射線に第１の層を露光し；
（ｄ）露光された第１の層を現像してレジストパターンを形成し；
（ｅ）ハードベークプロセスにおいてレジストパターンを熱処理し；
（ｆ）ハードベークされたレジストパターンを、当該レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で処理し；
（ｇ）第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含む第２の感光性組成物の第２の層を、パターン形成される１以上の層上に、かつ前記レジストパターンのアルカリ性表面と接触するように適用し；
（ｈ）第２の層を活性化放射線に露光し；並びに、
（ｉ）露光された第２の層を現像して、第２の層の現像中に除去されない第２の層の部分を含むスペーサーを、パターン形成される１以上の層上に形成する；
ことを含む自己整合型スペーサー多重パターニング方法。
【請求項２】
第２の層を露光する工程がフラッド露光である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２の層を露光しおよび現像する工程が、それぞれ、前記レジストパターンを露光しおよび除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第２の層を露光しおよび現像する工程の後に、前記レジストパターンを除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
スペーサーをマスクとして使用して、スペーサーの下にある１以上の層をパターニングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
（ｉ）前記スペーサーの側壁上に、第２の層とは異なる物質からなるスペーサー層を形成し；並びに
（ｉｉ）基体から第１のスペーサーを選択的に除去して、パターン形成される１以上の層上のスペーサー層から形成される第２のスペーサーを残す；
ことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
レジストパターンを熱処理することが、約１５０℃以上の温度で行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で前記レジストパターンを処理することが、アルカリ性物質および界面活性剤で前記レジストパターンを処理することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記レジストパターンの表面をアルカリ性にするのに有効な物質で前記レジストパターンを処理することが、第一級または第二級アミンで前記レジストパターンを処理することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
（ａ）パターン形成される１以上の層を含む半導体基体；
（ｂ）パターン形成される１以上の層上のレジストパターンであって、アルカリ性表面を有するレジストパターン；並びに
（ｃ）樹脂成分と光酸発生剤成分とを含む組成物を含む感光層であって、第１のレジストパターンの側壁に接触した感光層；
を含むコーティングされた基体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−６５１３６（Ｐ２０１１−６５１３６Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１４５１７３（Ｐ２０１０−１４５１７３）
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（５９１０１６８６２）ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ，エル．エル．シー． (270)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４５１７３（Ｐ２０１０−１４５１７３）
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（５９１０１６８６２）ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ，エル．エル．シー． (270)
【Ｆターム（参考）】
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