抗蚀覆盖膜形成材料、形成抗蚀图的方法、半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种抗蚀覆盖膜形成材料，其可适用于液浸曝光用的抗蚀覆盖膜，并可以透射ＡｒＦ受激准分子激光，并且提供使用抗蚀覆盖膜形成材料来形成抗蚀图的方法。该抗蚀覆盖膜形成材料包含在任一主链和侧链上具有脂环骨架的树脂；它是非光敏的，并且用于形成在液浸曝光时覆盖抗蚀膜的抗蚀覆盖膜。形成抗蚀图的方法包括在要处理的工件表面上形成抗蚀膜，用本发明专利技术的抗蚀覆盖膜形成材料在抗蚀膜上形成抗蚀覆盖膜，使用来曝光的光透过抗蚀覆盖膜照射抗蚀膜进行液浸曝光，并使抗蚀膜显影。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及抗蚀覆盖膜形成材料，其可适用于液浸曝光用的抗蚀覆盖膜，以在液浸曝光技术使用的流体中保护抗蚀膜，在此技术中通过在曝光设备的物镜与晶片之间充满折射率“n”大于1(空气的折射率)的介质(流体)可以实现分辨率方面的改进，并且可以透射ArF受激准分子激光等。本专利技术也涉及形成抗蚀图的方法、半导体器件及其制造方法。
技术介绍
近年来，半导体集成电路的集成度变得更高。伴随这个趋势，最小图案达到100nm或更小的区域。为形成精细的图案，在传统使用的方法中，在要处理并在其上形成薄膜的工件表面上覆盖抗蚀膜，将其选择性地曝光，其后显影，从而形成抗蚀图，然后用抗蚀图作为掩模进行干蚀刻，最后除去抗蚀图，就得到了期望的图案。为了形成更精细的图案，有必要使曝光设备的光源变为短波长，并且开发具有适于光源特性的高分辨率的抗蚀材料。然而，为了使曝光设备的光源变为短波长，必须改进曝光设备，这导致了非常高的成本。作为可以取代迄今使用的波长248nm的KrF(氟化氪)受激准分子激光的未来曝光光源，波长193nm的ArF受激准分子激光日益增多地进入实际应用，并且具有ArF受激准分子激光的曝光设备开始在商业上使用。然而，具有ArF受激准分子激光的曝光设备仍然相当昂贵。另外，适于使用短波光曝光的新抗蚀材料的开发是不容易的。人们还没有提出有效用于短波光曝光中的抗蚀材料。因此，使用形成抗蚀图的传统方法来实现精细图案是很困难的。那么，作为最新的曝光技术，液浸曝光技术成了人们注意的焦点。依照液浸曝光技术，通过在曝光设备的物镜和晶片之间充满折射率“n”大于1(空气的折射率)的介质(流体)，使抗蚀材料分辨率得到改进成为可能。典型地，曝光设备的分辨率通过此方程式计算，分辨率(R)＝k(系数)×λ(光源波长)/NA(数值孔径)，并且光源的波长λ越短，物镜的数值孔径(NA)越大，可得到的分辨率就越高。在方程式中，数值孔径NA可以由此方程式表达，NA＝n×sinα，其中“n”表示用于曝光的光穿过介质的折射率，“α”表示由用于曝光的光形成的角度。在形成图案的传统方法中，曝光是在空气中进行的，所以折射率“n”是1。但是，在液浸曝光技术中，在曝光设备的物镜和晶片之间使用和充满折射率“n”大于1的流体。因此，在数值孔径NA的方程式中，值“n”增大，并且在用于曝光的光的入射角相同的情况下，最小分辨率可以减少到1/n。而且，在相同的数值孔径NA情况下，可以减少入射角“α”，并且聚焦深度可以放大到n倍。这种使用折射率大于空气的流体的液浸技术在显微镜领域中是已有技术。但是，对于在精加工中此技术的应用，仅有一种曝光设备的有限方案，其通过充满折射率稍小于镜头折射率的流体来进行曝光(参见未审查公开日本专利申请(JP-A)第62-065326号)。在最近几年中人们才开始考虑实际使用这种曝光设备。液浸曝光设备和液浸曝光设备所用的抗蚀材料的问题也因此逐渐显现出来。例如，这些问题之一在于，由于将抗蚀膜曝光于填充在物镜和晶片之间的流体(例如水)，抗蚀膜在曝光期间产生的酸性成分会渗到水中，导致抗蚀膜的感光度下降。在水渗透到抗蚀膜内的情况下，将受激准分子激光应用到抗蚀膜上时，在传统干燥空气中不会发生的化学反应发生了，这导致抗蚀膜的固有性能遭到损害，且淋洗过的材料会污染曝光设备的物镜等部件。淋洗过的材料的污染导致曝光中的瑕疵以及分辨率的下降。为了防止这些问题，人们研究了在抗蚀层的顶面形成抗蚀覆盖膜的方法，但是，不溶解抗蚀膜也不与抗蚀膜相混合，抗蚀覆盖膜难于在抗蚀膜的顶面形成抗蚀覆盖膜。另外，因为ArF受激准分子激光具有193nm的短波长，其对于有机物是不可透射的，因此可用于抗蚀覆盖膜的材料的选择范围是极窄的。有人提出采用非晶聚烯烃的覆盖膜作为不是基于所设想的液浸曝光技术中的覆盖膜(参见日本专利申请特开平(JP-A)第06-95397号)。依照此公开文本，使用与KrF抗蚀剂的树脂成分不同的ArF抗蚀剂形成的覆盖膜没有足够的膜形成性能，并且当薄膜是用ArF抗蚀剂形成时，覆盖度较差。另一方面，为了改进抗蚀覆盖膜的覆盖性能，已经提出了抗蚀覆盖组合物(参见日本专利申请特开平第2002-296787号)。但是，抗蚀覆盖组合物含有芳香酯或芳香醚，其透明度较低，不可能使用ArF受激准分子激光。此外，作为液浸曝光技术所使用的覆盖膜，已提出一种使用碱性可溶的氟化脂环树脂的覆盖膜(参见日本专利申请特开平(JP-A)第2005-157259号)，但是，因为此覆盖膜的极性较高，所以在表面区域上覆盖膜与ArF抗蚀剂混合，因而导致图案受损；并且在抗蚀剂中使用的例如酸产生剂和淬灭剂的极性添加剂扩散到覆盖膜，渗透到覆盖膜中，因此污染了在液浸曝光中使用的流体。因此，现在的情况是仍然没有开发出适用于液浸曝光的抗蚀覆盖膜并且能够形成抗蚀膜而不扩散抗蚀膜的材料，其在高折射率流体中保护抗蚀膜而不损害固有抗蚀性能，对于ArF受激准分子激光具有高透射率，并且产生极少量的从抗蚀膜流到高折射率流体的污染物。采用这样的材料的相关技术还没有开发出来。因此，人们希望开发出这种技术。本专利技术的目的是克服上述常见问题并实现下述目的。也就是，本专利技术的目的是提供一种抗蚀覆盖膜形成材料，其可适用于液浸曝光，以在液浸曝光技术使用的流体中保护抗蚀膜，此技术通过在曝光设备的物镜和晶片之间充满折射率“n”大于1(空气的折射率)的介质(流体)实现分辨率的改进，并且可以透射ArF受激准分子激光等。本专利技术的另一目的是提供一种形成抗蚀图的方法，此抗蚀图可以有效在流体中保护抗蚀膜，精确地通过液浸曝光进行曝光而不损害抗蚀膜的功能，并且容易地和有效地形成精细且高精确的抗蚀图。依照本专利技术的实施例，通过液浸曝光形成精细的并且高精确的抗蚀图而不损害抗蚀膜的功能是可能的。本专利技术的另一目的是提供一种制造半导体器件的方法，其中具有通过采用抗蚀图案成的精细互连图案的高性能半导体器件可以有效地大规模生产，并且提供通过制造半导体器件的此方法制造具有精细互连图案的高性能半导体器件。考虑到上述问题，本专利技术的专利技术人热心地进行研究，并且已经有了以下发现。特别地，当在液浸曝光技术中使用非光敏性(不能用于图案形成)的并且包含在任一主链和侧链上具有脂环骨架的树脂的成分作为抗蚀覆盖膜形成材料时，有可能在抗蚀膜上形成抗蚀覆盖膜，并且获得抗蚀覆盖膜，其在充满于物镜和晶片之间的高折射率的流体中能够有效地保护覆盖膜，并且能够透射ArF受激准分子激光等。
技术实现思路
本专利技术是基于这些发现；基于如何解决前述问题，并在附上的权利要求中给予了描述。抗蚀覆盖膜形成材料包含树脂，其中抗蚀覆盖膜形成材料是用于形成在抗蚀膜经受液浸曝光时覆盖抗蚀膜的抗蚀覆盖膜，该材料本身是非光敏的；该树脂在任一主链和侧链上具有脂环骨架。由于抗蚀膜形成材料包含任一主链和侧链上具有脂环骨架的树脂，所以树脂对ArF受激准分子激光的透射性较高。当将不溶于碱性显影液的低极性成分用于抗蚀覆盖膜形成材料时，该成分不与抗蚀膜相混，因此该成分不溶解抗蚀膜，采用抗蚀覆盖膜形成材料时，其固有的抗蚀性能也不会受到损害。而且，由于抗蚀覆盖膜形成材料本身是非光敏的(不能用于图案形成)，所以抗蚀覆盖膜本身不会对光起反应。因此，抗蚀覆盖膜形成材料可有效地在充满于物镜和晶片之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗蚀覆盖膜形成材料，其包含：在任一主链和侧链上具有脂环骨架的树脂，其中抗蚀覆盖膜形成材料本身是非光敏性的，其用于形成在抗蚀膜经受液浸曝光时用于覆盖抗蚀膜的抗蚀覆盖膜。

【技术特征摘要】
JP 2006-2-16 2006-0396181.一种抗蚀覆盖膜形成材料，其包含在任一主链和侧链上具有脂环骨架的树脂，其中抗蚀覆盖膜形成材料本身是非光敏性的，其用于形成在抗蚀膜经受液浸曝光时用于覆盖抗蚀膜的抗蚀覆盖膜。2.根据权利要求1所述的抗蚀覆盖膜形成材料，其中所述脂环骨架选自由环己烷、环戊烷、金刚烷、降莰烷、三环壬烷、二环辛烷、三环癸烷、四环十二烷及其衍生物组成的组中的至少一种。3.根据权利要求1所述的抗蚀覆盖膜形成材料，其中所述树脂具有极性基团，并且该树脂是碱不溶性的。4.根据权利要求3所述的抗蚀覆盖膜形成材料，其中所述极性基团选自由羟基、羧基和二(三氟甲基)羟甲基组成的组中的至少一种。5.根据权利要求1所述的抗蚀覆盖膜形成材料，其中所述树脂具有转化为聚苯乙烯的1000至1000000的重均分子量。6.根据权利要求1所述的抗蚀覆盖膜形成材料，其中所述脂环骨架在树脂中的含量以具有脂环基团的单体单元的摩尔分数表示时为30摩尔％或以上。7.根据权利要求3所述的抗蚀覆盖膜形成材料，其中所述极性基团在树脂中的含量以具有极性基团的单体单元的摩尔分数表示时为小于40摩尔％。8.根据权利要求1所述的抗蚀覆盖膜形成材料，其进一步包含表面活性剂。9.根据权利要求8所述的抗蚀覆盖膜形成材料，其中所述表面活性剂选自下列组成的组中的至少一种含硅的表面活性剂、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性表面活性剂，其中每一种都不含金属离子。10.根据权利要求1所述的抗蚀覆盖膜形成材料，其进一步包含有机溶剂。11.根据权利要求10所述的抗蚀覆盖膜形成材料，其中所述有机溶剂选自由烃溶剂和具有三个或三个以上碳原子的脂肪族烷醇组成的组中的至少一种。12.一种形成抗蚀图的方法，其包括在要处理的工件表面上形成抗蚀膜，使用本发明的抗蚀覆盖膜形成材料在抗蚀膜上形成抗蚀覆盖膜，通过液浸曝光，使用于曝光的光透过抗蚀覆盖膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：野崎耕司，小泽美和，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]