[发明专利]图案形成材料和图案形成方法

说明书

本申请是申请人于2002年9月12日提交的国际申请号为PCT/JP02/09380(02802642.X)、发明名称为“图案形成材料和图案形成方法”的PCT国际申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种图案形成方法和图案形成材料，特别是涉及以波长在180nm波段以下的光作为曝光用光，形成用于在基板上形成半导体元件或半导体集成电路的抗蚀剂(resist)图案的图案形成方法以及使用该方法的图案形成材料。

背景技术

目前，为了形成以64兆比特的动态随机存取存储器(DRAM)或具有0.25μm～0.15μm尺度的逻辑处理装置或系统LSI为代表的大容量半导体集成电路，在使用以聚羟基苯乙烯衍生物与酸产生剂为主要成分的化学增幅型抗蚀剂材料的同时，采用KrF激元激光(波长：248nm波段)作为曝光用光来形成抗蚀剂图案。

还有，为了制造具有0.15μm～0.13μm尺度、256兆比特的DRAM、1千兆比特的DRAM或系统LSI等，已经进行了采用比KrF激元激光的波长更短的ArF激元激光(波长：193nm波段)的图案形成方法的开发。

然而，以聚羟基苯乙烯衍生物为主要成分的抗蚀剂材料，由于所含有的芳香环对波长193nm波段的光有高的吸收性，因此波长193nm波段的曝光用光不能均匀到达抗蚀剂膜的底部，所以得不到良好的图案形状。为此，以聚羟基苯乙烯衍生物为主要成分的抗蚀剂材料不能用于使用ArF激元激光的情形。

因此，在以ArF激元激光作为曝光用光时，使用的是以不具有芳香环的聚丙烯酸衍生物或聚环烯烃为主要成分的化学增幅型抗蚀剂材料。

另一方面，作为对应于高分辨率化的图案形成方法的曝光用光，对电子束(EB)等也已经进行了探讨。

然而，在用EB作为曝光用光时，由于存在生产率方面的问题，不适于大批量生产。为此，作为曝光用光，EB也不太理想。

据此，为了形成比0.10μm更细的抗蚀剂图案，有必要使用波长比ArF激元激光更短的Xe₂激光(波长：172nm波段)、F₂激光(波长：157nm波段)、Kr₂激光(波长：146nm波段)、ArKr激光(波长：134nm波段)、Ar₂激光(波长：126nm波段)、软X射线(波长：13nm波段、11nm波段或5nm波段)或硬X射线(波长：1nm波段以下)来作为曝光用光。换句话说，有必要使用波长180nm波段以下的曝光用光来形成抗蚀剂图案。

因此，本发明人等考察了用F₂激光(波长：157nm波段)对由已知的、含有以[化21]所表示的聚羟基苯乙烯衍生物、[化22]所表示的聚丙烯酸衍生物或[化23]所表示的聚环烯烃衍生物的化学增幅型抗蚀剂材料构成的抗蚀剂膜进行图案曝光以形成抗蚀剂图案。

[化21]

[化22]

[化23]

下面，参照图2(a)～(d)来说明使用已知的上述化学增幅型抗蚀剂材料来形成抗蚀剂图案的方法及其存在的问题。

首先，如图2(a)所示，把上述化学增幅型抗蚀剂材料旋涂在半导体基板1上之后，经加热，形成膜厚为0.3μm的抗蚀剂膜2，然后，如图2(b)所示，通过掩膜3用F₂激光4照射抗蚀剂膜2，进行图案曝光。这样做后，在抗蚀剂膜2的曝光部分2a中由酸产生剂产生酸，另一方面，在抗蚀剂膜2的未曝光部分2b不产生酸。

其次，如图2(c)所示，由电热板5在例如100℃的温度下对半导体基板1加热60秒。

接下来，用碱性显影液对抗蚀剂膜2进行显影，如图2(d)所示，形成了抗蚀剂图案6。

然而，如图2(d)所示，在得到具有不良图案形状的抗蚀剂图案6的同时，在半导体基板1上还存在多处渣滓(残渣)。这样的问题并不仅限于用F₂激光为曝光用光的场合，在用波长在180nm波段以下的光时也同样发生。

因此，对于由上述化学增幅型抗蚀剂材料构成的抗蚀剂膜，使用180nm波段以下波长的曝光用光来形成抗蚀剂图案是不实用的。

发明内容

鉴于以上，本发明的目的在于，在用180nm波段以下波长的曝光用光形成抗蚀剂图案时，几乎不产生渣滓地得到具有良好图案形状的抗蚀剂图案。

本发明人等对于使用已知的上述化学增幅型抗蚀剂材料时发生上述问题的原因进行了探讨，发现以下事实。