電子デバイスを形成する方法
【課題】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
【解決手段】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１０６を形成し、前記第１の層を、パターン化されたフォトマスク１１０を通した活性化放射線に露光し、現像して第１のレジストパターン１１２を形成し、ハードベークプロセスにおいて前記第１のレジストパターンを熱処理し、表面をアルカリ性にするのに有効な物質で、前記ハードベークされた第１のレジストパターンを処理し、第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含み、ポジ型である第２の感光性組成物の第２の層１１４を前記第１の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、前記第２の層を、パターン化されたフォトマスク１１６を通した活性化放射線に露光し、露光された第２の層を現像して、第２のレジストパターン１１４を形成する
【解決手段】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１０６を形成し、前記第１の層を、パターン化されたフォトマスク１１０を通した活性化放射線に露光し、現像して第１のレジストパターン１１２を形成し、ハードベークプロセスにおいて前記第１のレジストパターンを熱処理し、表面をアルカリ性にするのに有効な物質で、前記ハードベークされた第１のレジストパターンを処理し、第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含み、ポジ型である第２の感光性組成物の第２の層１１４を前記第１の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、前記第２の層を、パターン化されたフォトマスク１１６を通した活性化放射線に露光し、露光された第２の層を現像して、第２のレジストパターン１１４を形成する
【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６１／２８１，６８１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、複数のパターニング技術を用いてフォトリソグラフィパターンを形成する方法に関する。本発明は、高密度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。
【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理論的な解像度限界を超えて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プロセス、例えば、自己整合ダブルパターニング（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ；ＳＡＤＰ）、リソ−エッチ−リソ−エッチ（ｌｉｔｈｏ−ｅｔｃｈ−ｌｉｔｈｏ−ｅｔｃｈ；ＬＥＬＥ）およびリソ−リソ−エッチ（ｌｉｔｈｏ−ｌｉｔｈｏ−ｅｔｃｈ；ＬＬＥ）技術が提案されてきた。しかし、典型的に実施されるこのような技術は１以上の不利益に悩まされる。ＳＡＤＰプロセスは、典型的には、比較的多数のプロセス工程を伴い、それにより、生産スループットに悪影響を及ぼす。ＬＥＬＥ技術からは、フォトリソグラフィ処理モジュールとエッチング処理モジュールとの間で往復してウェハを輸送することから、並びにエッチングおよびレジスト除去プロセス自体から、生成物の汚染および欠陥が発生する場合がある。ＬＬＥ手順は第１のリソグラフィ（Ｌ１）レジストパターンの形成および安定化と、それに続く第２のリソグラフィ（Ｌ２）パターンの形成を伴う。イオン注入、ＵＶ硬化、熱硬質化、熱硬化および化学硬化などの様々なレジスト安定化技術が提案されてきた。Ｂｒｚｏｚｏｗｙらへの米国特許出願公開第２００８／０１９９８１４Ａ１号（特許文献１）は、溶媒、レジストポリマー中のアンカー基と反応性である少なくとも２つの官能基を有する定着剤化合物、並びに任意の添加剤、例えば、触媒、界面活性剤およびポリマーを含む定着剤溶液でレジストパターンがコーティングされる、上塗り化学硬化技術を開示する。ＬＬＥプロセスはＳＡＤＰおよびＬＥＬＥよりも少ないプロセス工程を含むが、レジスト安定化中のパターン変形；Ｌ２レジストコーティング／ソフトベークプロセス中でのＬ１レジスト層とＬ２レジスト層との間の相互混合；およびＬ２露光／現像プロセス中のＬ１パターンの現像：を回避するのが困難な場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１９９８１４Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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】
【０００８】
本発明の第１の形態に従って、電子デバイスを形成する方法が提供される。この方法は、（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、前記パターン形成される１以上の層上に適用し；（ｃ）前記第１の層を、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露光し；（ｄ）露光された第１の層を現像して第１の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前記第１のレジストパターンを熱処理し；（ｆ）前記第１の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、前記ハードベークされた第１のレジストパターンを処理し；（ｇ）第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含み、ポジ型である第２の感光性組成物の第２の層を、前記パターン形成される１以上の層上に、かつ前記第１の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）前記第２の層を、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露光し；並びに（ｉ）露光された第２の層を現像して、第２のレジストパターンを形成する；ことを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１のＡ〜Ｉは本発明に従った二重露光シングルエッチングダブルパターニング方法についてのプロセスフローを示す。
【図２】図２は、本発明に従った方法において、表面処理後のベーク温度が、リソグラフィパターンの寸法の変化に及ぼす影響を示すグラフである。
【図３】図３は、半導体ウェハ上に二重層交差線構造を形成するためのフォトマスクおよび露光技術を示す。
【図４】図４は、実施例に記載されるダブルパターニング方法についてのＳＥＭ顕微鏡写真およびデータを含む表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、添付の図面を参照して説明され、図面において同様の参照番号は同様のフィーチャーを示す。
本発明の典型的な形態が図１のＡ〜Ｉに記載され、これは、本発明に従った、電子デバイスを形成するための、典型的なリソ−リソ−エッチダブルパターニングプロセスフローを示す。図１Ａは、その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ニングする場合には、このパターンは基体の層に形成されると見なされる。
【００１１】
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。
【００１２】
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、層１０２上に、フォトレジスト層がこの上にコーティングされる反射防止塗膜（ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ；ＢＡＲＣ）１０４および／またはハードマスク層１０３を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り、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。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。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。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、エステルのカルボキシ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。
【００１５】
感光性組成物は樹脂成分および光活性成分を含む。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、組成物の露光された層を、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。
【００１６】
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％の量で好適に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光酸発生剤である。好適なＰＡＧは化学増幅フォトレジストの技術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。
【００１７】
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。
【００１８】
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を基準にして約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。
【００１９】
好適なネガ型レジスト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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
第１の感光層１０６の露光に続いて、典型的に、この層の軟化点より高い温度で、感光層の露光後ベーク（ＰＥＢ）が行われる。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、レジストから溶媒をさらに除去し、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。
【００２８】
図１Ｄを参照すると、ハードベークされたレジストパターン１０６’’は、第１の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これらの領域に留まる。
【００２９】
これらに限定されないが、表面処理のために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、第２のレジストの実質的に均一な塗膜層を形成するのを促進することが考えられる。
【００３０】
アルカリ性物質は様々な形態をとることができ、固体化合物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、および他には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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
界面活性剤は典型的には、組成物中に比較的少量で、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、かつ処理前表面のよりも小さいライン幅ラフネスを有する。
【００４３】
表面処理の後で、基体は場合によっては第２のハードベークプロセスにおいて熱処理されうる。以下により詳細に記載されるように、このプロセスから得られた第１のレジストパターンの寸法は、第２のハードベークの好適な条件の選択によって精密に調節され、制御されることができる。この熱処理プロセスは、典型的には、ホットプレート上でまたはオーブン内で行われ、条件は、レジストパターンの具体的な物質および厚み、並びにそのパターンのＣＤの所望の変化に依存しうる。任意の熱処理の典型的な条件には、約１２０〜２００℃の温度、および約６０〜１２０秒の時間が挙げられる。
【００４４】
上述のような第２の感光性組成物は第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て、図１Ｅに示されるような第２の感光層１１４を形成する。第２の感光性組成物は第１の感光性組成物と同じであってもよいし、異なっていてもよく、他に示される場合を除いて、第２の感光性組成物は、第１の感光層に関して上述した物質および条件などと同じように適用され、処理されることができる。第１の感光性組成物のトーンはポジ型またはネガ型であることができるが、第２の感光性組成物のトーンはポジ型である。一般に、この組成物の選択は、具体的な適用方法および関連する形状に依存しうる。図示された方法においては、第１および第２の感光性組成物の双方がポジ型である。
【００４５】
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で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で、第２の感光層１１４がソフトベークされうる。
【００４６】
図１Ｆを参照すると、第２の感光層１１４は、第２のフォトマスク１１６を通った活性化放射線１０８に選択的に露光され、第２のフォトマスクは、現像後に残る第２の感光層の部分に対応する工学的に不透明な領域を有する。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ける第２のレジスト層１１４の光反応を妨げる。その結果、未反応の第２の感光性組成物の層１１４’は第１のレジストパターン１０６’’上に残る。露光された第２の感光層１１４は露光後ベークにおいて熱処理され、現像されて、第１のレジストパターン１０６’’に接した未反応の第２の感光性組成物の層１１４ａ’およびレジストライン１１４ｂ’を残し、図１Ｇに示されるような、第１のレジストパターン１０６’’の線の間に位置する第２のレジストパターンを形成する。得られる現像された第１のレジストパターンの像は、第１のフォトレジスト層の最初の現像後のものと比較して向上した（すなわち、低減した）表面ラフネスを有する。
【００４７】
第２の感光層の現像の後で、第１および第２のレジストパターン１０６’’、１１４ａ’および１１４ｂ’を同時にエッチングマスクとして使用して、ＢＡＲＣ層１０４が選択的にエッチングされ、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、第１および第２のレジストパターンを再び同時に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、結果として、図１Ｈに示されるように、パターン形成されたＢＡＲＣ１０４’およびハードマスク層１０３’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。第１および第２のレジストパターン、並びに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。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、次いで、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に示されるよう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、改変された第１のレジストパターン１０６’’および第２のパターン１１４ｂ’を用いて直接に、層１０２をパターニングするすることが望まれる場合がある。レジストパターンを用いた直接パターニング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。
【００４８】
上記方法は二重露光シングルエッチングダブルパターニングに限定されず、第１のハードベークに始まりさらなる感光層の現像に至る、一点鎖線によって示される、このプロセス中の一連の工程を１回以上繰り返す、さらなるフォトレジスト層の適用およびパターニングによって、三重露光シングルエッチングトリプルパターニング、またはさらに高次の多重露光パターニング方法に適用されうることは当業者に明らかである。
【００４９】
図２を参照すると、第２のハードベーク（アルカリ性表面処理後）温度が高くなるにつれて、この表面処理プロセスの前のＣＤと比較して、第２のレジスト層１１４の現像後に、第１のレジストパターンのＣＤが小さくなり、第２のハードベーク温度が低くなるにつれて第１のレジストパターンのＣＤが大きくなることが認められた。この知見に基づいて、第２のハードベークプロセスを用いて、好適な第２のハードベーク条件の選択によって、第１のレジストパターンのＣＤ成長を精密に制御することが可能である。より具体的には、当業者は、ＣＤの所望の変化なし、増大または低下の結果をもたらすであろう好適なベーク温度を選択することができる。ＣＤ変化とハードベーク温度との間の正確な関連性は、第１のレジストパターンに使用される具体的な物質、表面処理化学物質および第２のフォトレジスト組成物に応じて変化しうるが、図２はこの一般的な関連性を示す。この関連性の結果として、図１において一点鎖線矢印で示されるような第１のハードベークに始まり現像に至る上記プロセスの繰り返しによって、第２のレジスト層の現像後に得られるレジストパターンの寸法をさらに調節することが可能である。このシークエンスは１回以上繰り返されることができ、第１のレジストパターンについて所望のＣＤを得ることができる。
【００５０】
本発明は、電子デバイスの製造の様々な状況に適用されることができる。例えば、本発明は、二重またはより高次のパターニング（または、ピッチ分割）、例えば、二重、三重またはより高次の露光のシングルエッチングダブルパターニングの基礎としての、またはレジストパターンライン幅ラフネスを改良するための具体的な用途を見いだす。レジストパターンは所望のように、制御可能に幅を狭くされ、または幅を広くされうる。
【００５１】
本発明の方法は、形成されたレジストパターンを、その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することを伴う。これに限定されないが、レジストパターンを処理するための典型的な物質が以下に記載される。
次の非限定的な実施例は本発明の例示である。
【実施例】
【００５２】
比較例１、実施例１−６
Ｌ１レジストポリマー（ポリ（ＩＡＭ／α−ＧＢＬＭＡ／ＯＤＯＴＭＡ／ＨＡＭＡ））合成
１０．５１ｇ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】
【００５３】
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ろ過し、それにより、ポジ型フォトレジスト組成物を形成した。
【００５４】
表面処理用液配合
表面処理溶液は、（ＴＡＥＡ）（シグマアルドリッチ）０．０１ｇを９９．９９ｇの界面活性剤溶液（オプティパターン（ＯｐｔｉＰａｔｔｅｒｎ商標）クリア−Ｉ；エアプロダクツアンドケミカルズインコーポレーテッド；米国、ペンシルベニア州、アレンタウン）に添加することによって製造された。得られた溶液は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された。
【００５５】
ウェハ準備
ＴＥＬ ＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ商標ＬＩＴＨＩＵＳ商標ｉ＋コーター／デベロッパにおいて、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）をスピンコートし、第１の反射防止塗膜（ＢＡＲＣ）を形成した。この第１のＢＡＲＣコーティングされたウェハを２１５℃で６０秒間ベークし、７５ｎｍの第１のＢＡＲＣ膜厚を生じさせた。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た。このウェハは２０５℃で６０秒間ベークされ、２３ｎｍの上部ＢＡＲＣ層を生じさせた。このウェハが、後述の、その後の第１のリソグラフィ（Ｌ１）像のパターニングに使用された。
【００５６】
第１のリソグラフィ（Ｌ１）
前記コーター／デベロッパにおいて、Ｌ１レジスト配合物が二層ＢＡＲＣコーティングウェハ上にコーティングされ、１１０℃で６０秒間ソフトベークされ、９５０Åの第１のレジスト層厚を生じさせた。トップコート層が第１のレジスト層上に形成され、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ダイポール（ｄｉｐｏｌｅ）照明（０．８９アウターシグマ／０．７６インナーシグマ）を用いて、図３に示されるようなラインアンドスペースパターンを有するバイナリレチクルを通して露光された。このレチクルの臨界寸法（ＣＤ）は９０ｎｍピッチで４５ｎｍラインを含んでいた（４５ｎｍ １：１ラインアンドスペース）。このレチクルは、図３Ａに示されるように、それぞれのダイにおいて、パターン形成されたラインアンドスペースが水平方向であるような向きであった。１６〜３８ｍＪ／ｃｍ２の様々な露光線量を用いて、９０ｎｍピッチで様々なＣＤがウェハ上に印刷された。ダイは一定の焦点深度で、かつウェハ上のノッチが下の位置にあり、それぞれの列において、左から右に露光線量が増加するように徐々に変化する露光線量で像形成された。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１２秒間現像され、Ｌ１パターンを像形成した。
【００５７】
硬化および表面処理
Ｌ１パターン形成されたウェハは１８０℃で６０秒間硬化ベークプロセスにかけられ、その後第２のリソグラフィプロセスにかけられた。比較例１を除いて、熱で硬化したウェハは、ウェハを回転しつつ、ウェハトラック上を表面処理溶液で処理され、次いで、図４に示されるような様々な温度でハードベークされた。
【００５８】
第２のリソグラフィ（Ｌ２）
Ｌ１パターン形成されたウェハは次いで、裸のシリコンウェハ上で測定して６５０Åの膜厚を生じさせるように、前記コーター／デベロッパにおいて、ＥＰＩＣ商標２０９８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）でコーティングされ、１１０℃で６０秒間ソフトベークされた。トップコート層が第２のレジスト層上に形成された。Ｌ１プロセスにおけるのと同じであるが、図３Ｂ〜Ｃに示されるようにウェハがＬ１の向きについて９０度回転させられたことのみが異なる、スキャナセッティングおよびレチクルを用いて、トップコートおよび第２のレジスト層が露光、現像されて、第２の（Ｌ２）レジストパターンを生じさせた。得られたＬ２パターンは、それぞれのダイにおいて、ノッチが下で、垂直方向に向けられ、それにより、水平方向を向いているＬ１パターンにおけるラインアンドスペースと一緒になって、図３Ｄに示されるような交差グリッドを形成した。
【００５９】
計測
ウェハをダブるパターニングした後、ＣＧ４０００ＳＥＭ（日立ハイテクノロジーズアメリカインコーポレーテッド）でウェハのＣＤが測定された。それぞれのダイについて、３つの領域が検査された：（１）Ｌ２プロセス中にフラッド露光されたＬ１パターン（ダイの左下コーナー）；（２）Ｌ１後のオープンスペースにプリントされたＬ２パターン（ダイの右上コーナー）；および（３）Ｌ１ラインとＬ２ラインが交差するコンタクトホール領域（ダイの右下コーナー）。
【００６０】
結果は図４に示される表にまとめられ、この表はＳＥＭ像とＣＤ測定データを含む。Ｌ１像およびＬ２像は、それぞれ、２２ｍＪ／ｃｍ２のＬ１露光線量および２３ｍＪ／ｃｍ２のＬ２露光線量で得られた。コンタクトホール像はそれぞれ、２２ｍＪ／ｃｍ２のＬ１線量および２３ｍＪ／ｃｍ２のＬ２線量で得られた。元のＬ１像は硬化前に４９．０ｎｍのＣＤを示し、１８０℃で６０秒の硬化後に熱縮小のせいで４７．６ｎｍのＣＤを示した。純粋に熱硬化を使用する比較例１はダブルパターニングの後にＬ１パターンの有意な縮小を示す。Ｌ１ＣＤはダブルパターニングの前の硬化Ｌ１ＣＤから６ｎｍ縮小して４１．６ｎｍと測定された。ダブルパターニングプロセス中にＬ１パターンの縮小があったが、成功したダブルパターニングの結果が得られた。実施例１はＬ１およびコンタクトホールＣＤに対する表面処理の効果を示す。認められ得るように、アルカリ性処理されたＬ１パターンを用いたダブルパターニング後に、約１０ｎｍのＣＤ成長がＬ１パターンについて測定された。実施例２〜６はＬ１およびコンタクトホールＣＤに対するレジストパターン処理後のハードベーク温度の影響を示す。１２０〜１５０℃のハードベーク温度について、Ｌ１ＣＤは、約０．３ｎｍ／℃の割合で温度に対して実質的に線形的に変化することが見いだされた。これらの結果に基づいて、最終的なコンタクトホールＣＤは、アルカリ性処理および処理後のハードベークプロセスを用いて精密に制御され、調節されうると考えられる。
【００６１】
レジストパターン処理プロセスのライン幅ラフネス（ＬＷＲ）効果を分析するために、実施例１がさらに使用された。３６ｍＪ／ｃｍ２でのＬ１露光および現像後に、Ｌ１パターンのライン幅およびライン幅ラフネスがそれぞれ３４．６ｎｍおよび４．５ｎｍ（３シグマ）であると測定された。測定は、１６ｍＪ／ｃｍ２でのＬ２露光、現像後に再びなされて、得られたライン幅およびライン幅ラフネスはそれぞれ４５．７ｎｍおよび２．７ｎｍ（３シグマ）であった。これらの結果に基づいて、Ｌ１レジスト像は、目標のＣＤよりも小さいラインを提供するように過剰露光され、次いで、本明細書において記載される方法に従って処理さることができ、目標のＣＤにおいて向上したＬＷＲを有するＬ１ラインを生じさせることができる。
【００６２】
実施例７〜５８
表面処理溶液が、表１の成分を一緒にし、０．１ミクロン孔サイズのナイロンフィルタを通してろ過することにより調製されることを除いて、実施例１の手順が繰り返される。コンタクトホール像が生じるであろうことが予想される。
【００６３】
実施例５９〜１０１
（１）第２の（Ｌ２）リソグラフィ露光について、マスクが回転されずに、Ｌ２ラインがＬ１ラインの間でかつＬ１ラインの中央に配置されるようにハーフピッチの距離だけ横方向にずらされること；および（２）表面処理溶液が表１の成分を一緒にし、０．１ミクロン孔サイズのナイロンフィルタを通してろ過することにより調製されること：を除いて、実施例１の手順が繰り返される。密になったラインアンドスペースのパターンが生じるであろうことが予想される。
【００６４】
【表１】
【００６５】
１アミンは水中の１重量％溶液であり、上記定義の構造を有する；
２Ｓ−１＝テルジトル（Ｔｅｒｇｉｔｏｌ商標）ＴＭＮ−６、水中１０重量％（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）；
Ｓ−２＝トライトン（Ｔｒｉｔｏｎ商標）Ｘ−１００、水中１０重量％（ザダウケミカルカンパニー）；
Ｓ−３＝テトロニクス（Ｔｅｔｒｏｎｉｃｓ商標）３０４、水中１０重量％（ＢＡＳＦコーポレーション、米国、ニュージャージー州、フロハムパーク）；
Ｓ−４＝テトロニクス１３０７（ＢＡＳＦコーポレーション、米国、ニュージャージー州、フロハムパーク）；
Ｓ−５＝サーフィノール（Ｓｕｒｆｙｎｏｌ商標）２５０２（エアプロダクツアンドケミカルズインコーポレーデッド、米国、ペンシルベニア州、アレンタウン）。
【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
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
１１４ 第２の感光層
１１４ａ’ 未反応の第２の感光性組成物の層
１１４ｂ’ レジストライン
１１６ 第２のフォトマスク
１１８ 空間
１２０ エッチングされたフィーチャー
【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６１／２８１，６８１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、複数のパターニング技術を用いてフォトリソグラフィパターンを形成する方法に関する。本発明は、高密度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。
【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理論的な解像度限界を超えて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プロセス、例えば、自己整合ダブルパターニング（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ；ＳＡＤＰ）、リソ−エッチ−リソ−エッチ（ｌｉｔｈｏ−ｅｔｃｈ−ｌｉｔｈｏ−ｅｔｃｈ；ＬＥＬＥ）およびリソ−リソ−エッチ（ｌｉｔｈｏ−ｌｉｔｈｏ−ｅｔｃｈ；ＬＬＥ）技術が提案されてきた。しかし、典型的に実施されるこのような技術は１以上の不利益に悩まされる。ＳＡＤＰプロセスは、典型的には、比較的多数のプロセス工程を伴い、それにより、生産スループットに悪影響を及ぼす。ＬＥＬＥ技術からは、フォトリソグラフィ処理モジュールとエッチング処理モジュールとの間で往復してウェハを輸送することから、並びにエッチングおよびレジスト除去プロセス自体から、生成物の汚染および欠陥が発生する場合がある。ＬＬＥ手順は第１のリソグラフィ（Ｌ１）レジストパターンの形成および安定化と、それに続く第２のリソグラフィ（Ｌ２）パターンの形成を伴う。イオン注入、ＵＶ硬化、熱硬質化、熱硬化および化学硬化などの様々なレジスト安定化技術が提案されてきた。Ｂｒｚｏｚｏｗｙらへの米国特許出願公開第２００８／０１９９８１４Ａ１号（特許文献１）は、溶媒、レジストポリマー中のアンカー基と反応性である少なくとも２つの官能基を有する定着剤化合物、並びに任意の添加剤、例えば、触媒、界面活性剤およびポリマーを含む定着剤溶液でレジストパターンがコーティングされる、上塗り化学硬化技術を開示する。ＬＬＥプロセスはＳＡＤＰおよびＬＥＬＥよりも少ないプロセス工程を含むが、レジスト安定化中のパターン変形；Ｌ２レジストコーティング／ソフトベークプロセス中でのＬ１レジスト層とＬ２レジスト層との間の相互混合；およびＬ２露光／現像プロセス中のＬ１パターンの現像：を回避するのが困難な場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１９９８１４Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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】
【０００８】
本発明の第１の形態に従って、電子デバイスを形成する方法が提供される。この方法は、（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、前記パターン形成される１以上の層上に適用し；（ｃ）前記第１の層を、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露光し；（ｄ）露光された第１の層を現像して第１の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前記第１のレジストパターンを熱処理し；（ｆ）前記第１の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、前記ハードベークされた第１のレジストパターンを処理し；（ｇ）第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含み、ポジ型である第２の感光性組成物の第２の層を、前記パターン形成される１以上の層上に、かつ前記第１の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）前記第２の層を、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露光し；並びに（ｉ）露光された第２の層を現像して、第２のレジストパターンを形成する；ことを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１のＡ〜Ｉは本発明に従った二重露光シングルエッチングダブルパターニング方法についてのプロセスフローを示す。
【図２】図２は、本発明に従った方法において、表面処理後のベーク温度が、リソグラフィパターンの寸法の変化に及ぼす影響を示すグラフである。
【図３】図３は、半導体ウェハ上に二重層交差線構造を形成するためのフォトマスクおよび露光技術を示す。
【図４】図４は、実施例に記載されるダブルパターニング方法についてのＳＥＭ顕微鏡写真およびデータを含む表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、添付の図面を参照して説明され、図面において同様の参照番号は同様のフィーチャーを示す。
本発明の典型的な形態が図１のＡ〜Ｉに記載され、これは、本発明に従った、電子デバイスを形成するための、典型的なリソ−リソ−エッチダブルパターニングプロセスフローを示す。図１Ａは、その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ニングする場合には、このパターンは基体の層に形成されると見なされる。
【００１１】
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。
【００１２】
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、層１０２上に、フォトレジスト層がこの上にコーティングされる反射防止塗膜（ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ；ＢＡＲＣ）１０４および／またはハードマスク層１０３を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り、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。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。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。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、エステルのカルボキシ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。
【００１５】
感光性組成物は樹脂成分および光活性成分を含む。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、組成物の露光された層を、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。
【００１６】
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％の量で好適に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光酸発生剤である。好適なＰＡＧは化学増幅フォトレジストの技術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。
【００１７】
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。
【００１８】
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を基準にして約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。
【００１９】
好適なネガ型レジスト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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
第１の感光層１０６の露光に続いて、典型的に、この層の軟化点より高い温度で、感光層の露光後ベーク（ＰＥＢ）が行われる。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、レジストから溶媒をさらに除去し、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。
【００２８】
図１Ｄを参照すると、ハードベークされたレジストパターン１０６’’は、第１の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これらの領域に留まる。
【００２９】
これらに限定されないが、表面処理のために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、第２のレジストの実質的に均一な塗膜層を形成するのを促進することが考えられる。
【００３０】
アルカリ性物質は様々な形態をとることができ、固体化合物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、および他には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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
界面活性剤は典型的には、組成物中に比較的少量で、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、かつ処理前表面のよりも小さいライン幅ラフネスを有する。
【００４３】
表面処理の後で、基体は場合によっては第２のハードベークプロセスにおいて熱処理されうる。以下により詳細に記載されるように、このプロセスから得られた第１のレジストパターンの寸法は、第２のハードベークの好適な条件の選択によって精密に調節され、制御されることができる。この熱処理プロセスは、典型的には、ホットプレート上でまたはオーブン内で行われ、条件は、レジストパターンの具体的な物質および厚み、並びにそのパターンのＣＤの所望の変化に依存しうる。任意の熱処理の典型的な条件には、約１２０〜２００℃の温度、および約６０〜１２０秒の時間が挙げられる。
【００４４】
上述のような第２の感光性組成物は第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て、図１Ｅに示されるような第２の感光層１１４を形成する。第２の感光性組成物は第１の感光性組成物と同じであってもよいし、異なっていてもよく、他に示される場合を除いて、第２の感光性組成物は、第１の感光層に関して上述した物質および条件などと同じように適用され、処理されることができる。第１の感光性組成物のトーンはポジ型またはネガ型であることができるが、第２の感光性組成物のトーンはポジ型である。一般に、この組成物の選択は、具体的な適用方法および関連する形状に依存しうる。図示された方法においては、第１および第２の感光性組成物の双方がポジ型である。
【００４５】
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で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で、第２の感光層１１４がソフトベークされうる。
【００４６】
図１Ｆを参照すると、第２の感光層１１４は、第２のフォトマスク１１６を通った活性化放射線１０８に選択的に露光され、第２のフォトマスクは、現像後に残る第２の感光層の部分に対応する工学的に不透明な領域を有する。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ける第２のレジスト層１１４の光反応を妨げる。その結果、未反応の第２の感光性組成物の層１１４’は第１のレジストパターン１０６’’上に残る。露光された第２の感光層１１４は露光後ベークにおいて熱処理され、現像されて、第１のレジストパターン１０６’’に接した未反応の第２の感光性組成物の層１１４ａ’およびレジストライン１１４ｂ’を残し、図１Ｇに示されるような、第１のレジストパターン１０６’’の線の間に位置する第２のレジストパターンを形成する。得られる現像された第１のレジストパターンの像は、第１のフォトレジスト層の最初の現像後のものと比較して向上した（すなわち、低減した）表面ラフネスを有する。
【００４７】
第２の感光層の現像の後で、第１および第２のレジストパターン１０６’’、１１４ａ’および１１４ｂ’を同時にエッチングマスクとして使用して、ＢＡＲＣ層１０４が選択的にエッチングされ、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、第１および第２のレジストパターンを再び同時に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、結果として、図１Ｈに示されるように、パターン形成されたＢＡＲＣ１０４’およびハードマスク層１０３’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。第１および第２のレジストパターン、並びに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。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、次いで、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に示されるよう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、改変された第１のレジストパターン１０６’’および第２のパターン１１４ｂ’を用いて直接に、層１０２をパターニングするすることが望まれる場合がある。レジストパターンを用いた直接パターニング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。
【００４８】
上記方法は二重露光シングルエッチングダブルパターニングに限定されず、第１のハードベークに始まりさらなる感光層の現像に至る、一点鎖線によって示される、このプロセス中の一連の工程を１回以上繰り返す、さらなるフォトレジスト層の適用およびパターニングによって、三重露光シングルエッチングトリプルパターニング、またはさらに高次の多重露光パターニング方法に適用されうることは当業者に明らかである。
【００４９】
図２を参照すると、第２のハードベーク（アルカリ性表面処理後）温度が高くなるにつれて、この表面処理プロセスの前のＣＤと比較して、第２のレジスト層１１４の現像後に、第１のレジストパターンのＣＤが小さくなり、第２のハードベーク温度が低くなるにつれて第１のレジストパターンのＣＤが大きくなることが認められた。この知見に基づいて、第２のハードベークプロセスを用いて、好適な第２のハードベーク条件の選択によって、第１のレジストパターンのＣＤ成長を精密に制御することが可能である。より具体的には、当業者は、ＣＤの所望の変化なし、増大または低下の結果をもたらすであろう好適なベーク温度を選択することができる。ＣＤ変化とハードベーク温度との間の正確な関連性は、第１のレジストパターンに使用される具体的な物質、表面処理化学物質および第２のフォトレジスト組成物に応じて変化しうるが、図２はこの一般的な関連性を示す。この関連性の結果として、図１において一点鎖線矢印で示されるような第１のハードベークに始まり現像に至る上記プロセスの繰り返しによって、第２のレジスト層の現像後に得られるレジストパターンの寸法をさらに調節することが可能である。このシークエンスは１回以上繰り返されることができ、第１のレジストパターンについて所望のＣＤを得ることができる。
【００５０】
本発明は、電子デバイスの製造の様々な状況に適用されることができる。例えば、本発明は、二重またはより高次のパターニング（または、ピッチ分割）、例えば、二重、三重またはより高次の露光のシングルエッチングダブルパターニングの基礎としての、またはレジストパターンライン幅ラフネスを改良するための具体的な用途を見いだす。レジストパターンは所望のように、制御可能に幅を狭くされ、または幅を広くされうる。
【００５１】
本発明の方法は、形成されたレジストパターンを、その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することを伴う。これに限定されないが、レジストパターンを処理するための典型的な物質が以下に記載される。
次の非限定的な実施例は本発明の例示である。
【実施例】
【００５２】
比較例１、実施例１−６
Ｌ１レジストポリマー（ポリ（ＩＡＭ／α−ＧＢＬＭＡ／ＯＤＯＴＭＡ／ＨＡＭＡ））合成
１０．５１ｇ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】
【００５３】
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ろ過し、それにより、ポジ型フォトレジスト組成物を形成した。
【００５４】
表面処理用液配合
表面処理溶液は、（ＴＡＥＡ）（シグマアルドリッチ）０．０１ｇを９９．９９ｇの界面活性剤溶液（オプティパターン（ＯｐｔｉＰａｔｔｅｒｎ商標）クリア−Ｉ；エアプロダクツアンドケミカルズインコーポレーテッド；米国、ペンシルベニア州、アレンタウン）に添加することによって製造された。得られた溶液は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された。
【００５５】
ウェハ準備
ＴＥＬ ＣＬＥＡＮ ＴＲＡＣＫ商標ＬＩＴＨＩＵＳ商標ｉ＋コーター／デベロッパにおいて、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）をスピンコートし、第１の反射防止塗膜（ＢＡＲＣ）を形成した。この第１のＢＡＲＣコーティングされたウェハを２１５℃で６０秒間ベークし、７５ｎｍの第１のＢＡＲＣ膜厚を生じさせた。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た。このウェハは２０５℃で６０秒間ベークされ、２３ｎｍの上部ＢＡＲＣ層を生じさせた。このウェハが、後述の、その後の第１のリソグラフィ（Ｌ１）像のパターニングに使用された。
【００５６】
第１のリソグラフィ（Ｌ１）
前記コーター／デベロッパにおいて、Ｌ１レジスト配合物が二層ＢＡＲＣコーティングウェハ上にコーティングされ、１１０℃で６０秒間ソフトベークされ、９５０Åの第１のレジスト層厚を生じさせた。トップコート層が第１のレジスト層上に形成され、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ダイポール（ｄｉｐｏｌｅ）照明（０．８９アウターシグマ／０．７６インナーシグマ）を用いて、図３に示されるようなラインアンドスペースパターンを有するバイナリレチクルを通して露光された。このレチクルの臨界寸法（ＣＤ）は９０ｎｍピッチで４５ｎｍラインを含んでいた（４５ｎｍ １：１ラインアンドスペース）。このレチクルは、図３Ａに示されるように、それぞれのダイにおいて、パターン形成されたラインアンドスペースが水平方向であるような向きであった。１６〜３８ｍＪ／ｃｍ２の様々な露光線量を用いて、９０ｎｍピッチで様々なＣＤがウェハ上に印刷された。ダイは一定の焦点深度で、かつウェハ上のノッチが下の位置にあり、それぞれの列において、左から右に露光線量が増加するように徐々に変化する露光線量で像形成された。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１２秒間現像され、Ｌ１パターンを像形成した。
【００５７】
硬化および表面処理
Ｌ１パターン形成されたウェハは１８０℃で６０秒間硬化ベークプロセスにかけられ、その後第２のリソグラフィプロセスにかけられた。比較例１を除いて、熱で硬化したウェハは、ウェハを回転しつつ、ウェハトラック上を表面処理溶液で処理され、次いで、図４に示されるような様々な温度でハードベークされた。
【００５８】
第２のリソグラフィ（Ｌ２）
Ｌ１パターン形成されたウェハは次いで、裸のシリコンウェハ上で測定して６５０Åの膜厚を生じさせるように、前記コーター／デベロッパにおいて、ＥＰＩＣ商標２０９８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）でコーティングされ、１１０℃で６０秒間ソフトベークされた。トップコート層が第２のレジスト層上に形成された。Ｌ１プロセスにおけるのと同じであるが、図３Ｂ〜Ｃに示されるようにウェハがＬ１の向きについて９０度回転させられたことのみが異なる、スキャナセッティングおよびレチクルを用いて、トップコートおよび第２のレジスト層が露光、現像されて、第２の（Ｌ２）レジストパターンを生じさせた。得られたＬ２パターンは、それぞれのダイにおいて、ノッチが下で、垂直方向に向けられ、それにより、水平方向を向いているＬ１パターンにおけるラインアンドスペースと一緒になって、図３Ｄに示されるような交差グリッドを形成した。
【００５９】
計測
ウェハをダブるパターニングした後、ＣＧ４０００ＳＥＭ（日立ハイテクノロジーズアメリカインコーポレーテッド）でウェハのＣＤが測定された。それぞれのダイについて、３つの領域が検査された：（１）Ｌ２プロセス中にフラッド露光されたＬ１パターン（ダイの左下コーナー）；（２）Ｌ１後のオープンスペースにプリントされたＬ２パターン（ダイの右上コーナー）；および（３）Ｌ１ラインとＬ２ラインが交差するコンタクトホール領域（ダイの右下コーナー）。
【００６０】
結果は図４に示される表にまとめられ、この表はＳＥＭ像とＣＤ測定データを含む。Ｌ１像およびＬ２像は、それぞれ、２２ｍＪ／ｃｍ２のＬ１露光線量および２３ｍＪ／ｃｍ２のＬ２露光線量で得られた。コンタクトホール像はそれぞれ、２２ｍＪ／ｃｍ２のＬ１線量および２３ｍＪ／ｃｍ２のＬ２線量で得られた。元のＬ１像は硬化前に４９．０ｎｍのＣＤを示し、１８０℃で６０秒の硬化後に熱縮小のせいで４７．６ｎｍのＣＤを示した。純粋に熱硬化を使用する比較例１はダブルパターニングの後にＬ１パターンの有意な縮小を示す。Ｌ１ＣＤはダブルパターニングの前の硬化Ｌ１ＣＤから６ｎｍ縮小して４１．６ｎｍと測定された。ダブルパターニングプロセス中にＬ１パターンの縮小があったが、成功したダブルパターニングの結果が得られた。実施例１はＬ１およびコンタクトホールＣＤに対する表面処理の効果を示す。認められ得るように、アルカリ性処理されたＬ１パターンを用いたダブルパターニング後に、約１０ｎｍのＣＤ成長がＬ１パターンについて測定された。実施例２〜６はＬ１およびコンタクトホールＣＤに対するレジストパターン処理後のハードベーク温度の影響を示す。１２０〜１５０℃のハードベーク温度について、Ｌ１ＣＤは、約０．３ｎｍ／℃の割合で温度に対して実質的に線形的に変化することが見いだされた。これらの結果に基づいて、最終的なコンタクトホールＣＤは、アルカリ性処理および処理後のハードベークプロセスを用いて精密に制御され、調節されうると考えられる。
【００６１】
レジストパターン処理プロセスのライン幅ラフネス（ＬＷＲ）効果を分析するために、実施例１がさらに使用された。３６ｍＪ／ｃｍ２でのＬ１露光および現像後に、Ｌ１パターンのライン幅およびライン幅ラフネスがそれぞれ３４．６ｎｍおよび４．５ｎｍ（３シグマ）であると測定された。測定は、１６ｍＪ／ｃｍ２でのＬ２露光、現像後に再びなされて、得られたライン幅およびライン幅ラフネスはそれぞれ４５．７ｎｍおよび２．７ｎｍ（３シグマ）であった。これらの結果に基づいて、Ｌ１レジスト像は、目標のＣＤよりも小さいラインを提供するように過剰露光され、次いで、本明細書において記載される方法に従って処理さることができ、目標のＣＤにおいて向上したＬＷＲを有するＬ１ラインを生じさせることができる。
【００６２】
実施例７〜５８
表面処理溶液が、表１の成分を一緒にし、０．１ミクロン孔サイズのナイロンフィルタを通してろ過することにより調製されることを除いて、実施例１の手順が繰り返される。コンタクトホール像が生じるであろうことが予想される。
【００６３】
実施例５９〜１０１
（１）第２の（Ｌ２）リソグラフィ露光について、マスクが回転されずに、Ｌ２ラインがＬ１ラインの間でかつＬ１ラインの中央に配置されるようにハーフピッチの距離だけ横方向にずらされること；および（２）表面処理溶液が表１の成分を一緒にし、０．１ミクロン孔サイズのナイロンフィルタを通してろ過することにより調製されること：を除いて、実施例１の手順が繰り返される。密になったラインアンドスペースのパターンが生じるであろうことが予想される。
【００６４】
【表１】
【００６５】
１アミンは水中の１重量％溶液であり、上記定義の構造を有する；
２Ｓ−１＝テルジトル（Ｔｅｒｇｉｔｏｌ商標）ＴＭＮ−６、水中１０重量％（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）；
Ｓ−２＝トライトン（Ｔｒｉｔｏｎ商標）Ｘ−１００、水中１０重量％（ザダウケミカルカンパニー）；
Ｓ−３＝テトロニクス（Ｔｅｔｒｏｎｉｃｓ商標）３０４、水中１０重量％（ＢＡＳＦコーポレーション、米国、ニュージャージー州、フロハムパーク）；
Ｓ−４＝テトロニクス１３０７（ＢＡＳＦコーポレーション、米国、ニュージャージー州、フロハムパーク）；
Ｓ−５＝サーフィノール（Ｓｕｒｆｙｎｏｌ商標）２５０２（エアプロダクツアンドケミカルズインコーポレーデッド、米国、ペンシルベニア州、アレンタウン）。
【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
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
１１４ 第２の感光層
１１４ａ’ 未反応の第２の感光性組成物の層
１１４ｂ’ レジストライン
１１６ 第２のフォトマスク
１１８ 空間
１２０ エッチングされたフィーチャー
【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、前記パターン形成される１以上の層上に適用し；
（ｃ）前記第１の層を、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露光し；
（ｄ）露光された第１の層を現像して第１の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前記第１のレジストパターンを熱処理し；
（ｆ）前記第１の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、前記ハードベークされた第１のレジストパターンを処理し；
（ｇ）第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含み、ポジ型である第２の感光性組成物の第２の層を、前記パターン形成される１以上の層上に、かつ前記第１の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）前記第２の層を、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露光し；並びに
（ｉ）露光された第２の層を現像して、第２のレジストパターンを形成する；
ことを含む電子デバイスを形成する方法。
【請求項２】
第１のレジストパターンおよび第２のレジストパターンがそれぞれ複数のラインを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２のレジストパターンの複数のラインが第１のレジストパターンの複数のラインと交差している、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１のレジストパターンおよび第２のレジストパターンが複数のコンタクトホールパターンを画定する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第２のレジストパターンの隣り合うラインが、第１のレジストパターンの隣り合うそれぞれのラインの間に配置される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
第１のハードベークプロセスが約１５０℃以上の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
アルカリ性にするのに有効な物質で処理する工程の後で、かつ第２の感光性組成物の層を適用する工程の前に、ハードベークされた第１のレジストパターンを熱処理することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の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、前記ハードベークされた第１の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第１の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】
前記第１の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、前記ハードベークされた第１の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第１の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】
前記第１の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、前記ハードベークされた第１のレジストパターンを処理することが、第四級アンモニウムヒドロキシド溶液で、次いで第一級または第二級アミンで逐次的に前記第１のレジストパターンを処理することを含む、請求項９に記載の方法。
【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、前記パターン形成される１以上の層上に適用し；
（ｃ）前記第１の層を、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露光し；
（ｄ）露光された第１の層を現像して第１の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前記第１のレジストパターンを熱処理し；
（ｆ）前記第１の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、前記ハードベークされた第１のレジストパターンを処理し；
（ｇ）第２の樹脂成分と光酸発生剤とを含み、ポジ型である第２の感光性組成物の第２の層を、前記パターン形成される１以上の層上に、かつ前記第１の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）前記第２の層を、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露光し；並びに
（ｉ）露光された第２の層を現像して、第２のレジストパターンを形成する；
ことを含む電子デバイスを形成する方法。
【請求項２】
第１のレジストパターンおよび第２のレジストパターンがそれぞれ複数のラインを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２のレジストパターンの複数のラインが第１のレジストパターンの複数のラインと交差している、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１のレジストパターンおよび第２のレジストパターンが複数のコンタクトホールパターンを画定する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第２のレジストパターンの隣り合うラインが、第１のレジストパターンの隣り合うそれぞれのラインの間に配置される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
第１のハードベークプロセスが約１５０℃以上の温度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
アルカリ性にするのに有効な物質で処理する工程の後で、かつ第２の感光性組成物の層を適用する工程の前に、ハードベークされた第１のレジストパターンを熱処理することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の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、前記ハードベークされた第１の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第１の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】
前記第１の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、前記ハードベークされた第１の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第１の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】
前記第１の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、前記ハードベークされた第１のレジストパターンを処理することが、第四級アンモニウムヒドロキシド溶液で、次いで第一級または第二級アミンで逐次的に前記第１のレジストパターンを処理することを含む、請求項９に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−７１４８０（Ｐ２０１１−７１４８０Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１４５３７６（Ｐ２０１０−１４５３７６）
【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４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４５３７６（Ｐ２０１０−１４５３７６）
【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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