JP2006216928A - 液浸リソグラフィ・プロセスとそのプロセス用構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】液浸リソグラフィ・プロセスを提供する
【解決手段】
本発明の液浸リソグラフィ・プロセスにおいて、材料層上にフォトレジスト層を形成し、当該フォトレジスト層上に酸補償層を形成する。前記酸補償層及び前記フォトレジスト層に対して液浸露光工程を行う。前記液浸露光工程が行われた後、前記酸補償層に含まれる光酸発生剤により生じた前記酸補償層の光酸濃度は、前記フォトレジスト層に含まれる光酸発生剤により生じた前記フォトレジスト層の光酸濃度より高い。続いて、前記酸補償層及び前記フォトレジスト層に対して現像工程を行い、前記酸補償層及び前記フォトレジスト層をパターニングする。
【選択図】 図1D
【解決手段】
本発明の液浸リソグラフィ・プロセスにおいて、材料層上にフォトレジスト層を形成し、当該フォトレジスト層上に酸補償層を形成する。前記酸補償層及び前記フォトレジスト層に対して液浸露光工程を行う。前記液浸露光工程が行われた後、前記酸補償層に含まれる光酸発生剤により生じた前記酸補償層の光酸濃度は、前記フォトレジスト層に含まれる光酸発生剤により生じた前記フォトレジスト層の光酸濃度より高い。続いて、前記酸補償層及び前記フォトレジスト層に対して現像工程を行い、前記酸補償層及び前記フォトレジスト層をパターニングする。
【選択図】 図1D
Description
本発明は、半導体製造プロセスに関し、特に、液浸リソグラフィ・プロセスに関する。
リソグラフィ技術は、半導体デバイスの生産プロセスにおいて重要な技術である。金属酸化物半導体（Metal Oxide Semiconductor）デバイスの構造に関わるもの、例えば各層の膜のパターン（Pattern）及び不純物（Dopants）領域は、いずれもリソグラフィによって決められる。一般的に、リソグラフィ・プロセスはフォトレジスト塗布工程、露光工程及び現像工程を含む。露光工程においては、光束をフォトマスクを介してフォトレジスト層に照射し、或いは、光束を直接フォトレジスト層に照射し（直接描画）、フォトレジスト層の露光領域に光化学反応を起させる。そして、乾燥工程と現像工程を行った後、マスクパターンがフォトレジスト層に転写され、パターン化されたフォトレジスト層が形成される。
集積回路の集積度の向上に伴い、集積回路の構成要素のサイズが小さくなる。集積回路の構成要素の微細化に応じて、液浸リソグラフィ・プロセス（Immersion Lithography Process）技術が盛んに研究開発されている。現在、この液浸リソグラフィ・プロセスにおける露光工程は液体状態で行われる。液体の屈折率が空気の屈折率より大きいので、光が液体を通過する時に波長が短くなる。これにより、露光工程の解析度が大幅に向上され、構成要素を微細化する目的を達成することができる。
ところで、液浸リソグラフィ・プロセスには、例えば液体とフォトレジストとの相互作用及び液体中の微細なバブルの制御などの問題がある。特に、液浸リソグラフィ・プロセスの露光工程において、フォトレジスト層は露光工程における液浸用液体と接触するので、フォトレジスト層の一部の化学物質が当該液体に拡散し、フォトレジスト層の性質が変化することがある。また、特にフォトレジスト層に含まれる光酸発生剤（Photo Acid Generator, PAG）は露光工程における液浸用液体に拡散し、当該液浸用液体の濃度が減少し、現像された後のフォトレジストパターンにT型端部（T-top）が生じることがある。液浸リソグラフィ・プロセスの解析度、プロセスウィンドウ（Process Window）及びフォトレジストパターンのサイズと均一性などが影響される。
フォトレジストパターンにおけるT型端部を解決する従来の方法としては、フォトレジスト層上に阻止層を形成する。当該阻止層には光酸発生剤が含まれておらず、フォトレジストの光酸発生剤を阻止し、フォトレジストの光酸発生剤が液浸用液体に拡散することを抑える。しかし、当該阻止層の材質は液浸用液体に溶解せずに、水酸化テトラメチルアンモニウム（TMAH）の現像液に溶解することが要求されるので、阻止層の製造は複雑である。また、フォトレジスト層が形成された後に、さらに阻止層を形成することが必要であるので、製造コストが高い。
本発明の目的は、従来の液浸リソグラフィ・プロセスに発生する、フォトレジスト層の化学物質が液浸用液体に拡散し、現像された後のフォトレジストパターンにT型端部が生じる問題を解決し、プロセスの解析度を向上する液浸リソグラフィ・プロセスを提供することにある。
本発明の他の目的は、現像された後のフォトレジストパターンに生じるT型端部を避け、プロセスの解析度を向上することができる液浸リソグラフィ・プロセス用構造を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、材料層上にフォトレジスト層を形成し、当該フォトレジスト層上に酸補償層を形成する液浸リソグラフィ・プロセスを開示する。続いて、酸補償層及びフォトレジスト層に対して液浸露光を行い、そして、現像することにより、酸補償層及びフォトレジスト層をパターニングする。
本発明の好適な実施形態により、前記液浸露光が行われた後、前記酸補償層に含まれる光酸発生剤により生じた前記酸補償層の光酸濃度は、前記フォトレジスト層に含まれる光酸発生剤により生じた前記フォトレジスト層の光酸濃度より高い。
本発明の実施形態により、前記酸補償層の組成と前記フォトレジスト層との組成とは同じ、また、前記酸補償層における光酸発生剤の濃度は、前記フォトレジスト層における光酸発生剤の濃度より高い。
本発明の実施形態により、前記酸補償層の組成と前記フォトレジスト層の組成とは異なり、また、酸補償層に含まれる光酸発生剤の溶解速度は、前記フォトレジスト層に含まれる光酸発生剤の溶解速度より遅い。
本発明の実施形態により、前記酸補償層の厚さは、10〜30nmである。
また、本発明は、フォトレジスト層と酸補償層を有する液浸リソグラフィ・プロセス用構造を開示する。前記フォトレジスト層は前記材料層上に配置され、前記酸補償層は当該フォトレジスト層上に配置される。
本発明の実施形態により、前記酸補償層の組成と前記フォトレジスト層の組成とは同じ、また、酸補償層における光酸発生剤の濃度は、フォトレジスト層における光酸発生剤の濃度より高い。
本発明の実施形態により、前記酸補償層の組成と前記フォトレジスト層の組成とは異なり、また、前記酸補償層に含まれる光酸発生剤の溶解速度は、前記フォトレジスト層に含まれる光酸発生剤の溶解速度より遅い。
本発明の実施形態により、前記酸補償層の厚さは10〜30nmである。
本発明はフォトレジスト層上に酸補償層を形成し、当該酸補償層はフォトレジスト層の代わりに光酸発生剤の拡散膜として機能し、また露光工程が行われた後に当該酸補償層の光酸濃度はフォトレジストの光酸濃度より高いので、次の現像工程に形成されたフォトレジストパターンには、T型端部が生じない。これにより、フォトレジストパターンのサイズに影響せずに、プロセスの解析度を向上することができる。
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
実施形態
従来の液浸リソグラフィ・プロセスにおいて、化学物質が液浸露光工程における液浸用液体に拡散し、さらに液浸露光工程に用いられる液浸用液体もフォトレジスト層に拡散する可能性があるので、様々な問題が発生する。本発明に係る液浸リソグラフィ・プロセス、当該プロセスに用いる構造、及びパターン形成プロセスにおいて、フォトレジスト層上に酸補償層を形成することにより、プロセスの解析度を向上する。
従来の液浸リソグラフィ・プロセスにおいて、化学物質が液浸露光工程における液浸用液体に拡散し、さらに液浸露光工程に用いられる液浸用液体もフォトレジスト層に拡散する可能性があるので、様々な問題が発生する。本発明に係る液浸リソグラフィ・プロセス、当該プロセスに用いる構造、及びパターン形成プロセスにおいて、フォトレジスト層上に酸補償層を形成することにより、プロセスの解析度を向上する。
図1A〜図1Eは、本発明の好適な実施形態に係る液浸リソグラフィ・プロセスの断面図である。図1Aに示すように、基板100上に形成された材料層102は、例えばパターン化される予定の材料層であり、例えば、誘電体材料、導電材料またはその他の材料からなる。或いは、材料層102はイオン注入される予定の材料層であり、例えば、シリコン基板、誘電体層及び導電層などからなる。なお、本発明は材料層102に対して特別な限定がなく、フォトレジスト層を用いて次の工程を行うとされるものであれば良い。
また、図1Aに示すように、材料層102上に形成されたフォトレジスト層104は、例えば正のフォトレジストであり、フォトレジスト層104の材質は、例えば従来の感光材料である。前記感光材料は、例えばポリマー、光酸発生剤（Photo-acid Generator, PAG）、酸消光剤（Acid Quencher）、添加剤及び溶解剤から混合された材料である。またフォトレジスト層104の形成方法としては、例えば従来のフォトレジスト塗布及び乾燥等の工程を利用する。
図1Bに示すように、フォトレジスト104上に酸補償層106が形成され、酸補償層106の厚さは10〜30nmである。酸補償層106の形成方法としては、同様に、例えば上述した従来のフォトレジスト塗布及び乾燥等の工程を利用する。一例として、酸補償層106の材質はフォトレジスト104の材質と同じであり、酸補償層106に含まれる光酸発生剤の濃度は、フォトレジスト層104に含まれる光酸発生剤の濃度より高い。他の一例として、酸補償層106の材質はフォトレジストの材質と異なり、酸補償層106に含まれる光酸発生剤の溶解速度は、フォトレジスト104に含まれる光酸発生剤の溶解速度より遅い。
図1Cに示すように、酸補償層106とフォトレジスト層104に対して液浸露光工程108を行う。液浸露光工程108は液浸用液体の中に行われる。液浸露光工程108に使用される露光光源として、任意波長の露光光源でもよく、例えばi線、フッ化クリプトンレーザー、フッ化アルゴンレーザー、フッ素レーザー及び他の露光光源がある。液浸露光工程108が行われた後、露光光束はフォトマスク（図示されていない）の透光領域と非透光領域を介して、酸補償層106とフォトレジスト層104に露光部106aと104a及び未露光部106bと104bを形成する。露光部106aと104aには光束の照射により化学反応が発生する。
液浸露光工程108は液浸用液体の中で行われるので、露光光束は液体媒体を通過した後、フォトレジスト層104に入射する。液体の屈折率は空気の屈折率より低いので、露光工程における解析度が向上される。しかし、液浸露光工程108が液浸用液体の中に行われることにより、酸補償層に含まれる光酸発生剤と液浸用液体との間に相互作用が生じる。この場合、上述したように光酸発生剤は液浸用液体に拡散し、また、液浸用液体は酸補償層106に拡散する可能性がある。
なお、酸補償層106の材質とフォトレジスト層104の材質と同じである場合、酸補償層に含まれる光酸発生剤の濃度は、フォトレジスト層104に含まれる光酸発生剤の濃度より高いので、液浸露光工程108が行われた後に、酸補償層106における光酸濃度は、フォトレジスト層104における光酸濃度より高い。一方、酸補償層106の材質とフォトレジスト104の材質と異なる場合、酸補償層106に含まれる光酸発生剤の溶解速度は、フォトレジスト層104に含まれる光酸発生剤の溶解速度より遅いので、液浸露光工程108が行われた後に、酸補償層106に含まれる光酸発生剤の溶解速度は、フォトレジスト層104に含まれる光酸発生剤の溶解速度より遅い。
図1Dに示すように、現像工程が行われる。現像工程により、酸補償層106とフォトレジスト104がパターン化され、材料層102上にパターン化された酸補償層106cとパターン化されたフォトレジスト104cが形成される。一例として、液浸露光工程が行われた後と現像工程が行われる前の間に、さらに乾燥工程が行われる。前記現像工程は、例えば露光された酸補償層106及び露光されたフォトレジスト104を現像剤に浸すことにより、光フォトレジスト層の露光部106aと104aを除去し、未露光部106bと104bを残し、パターン化された酸補償層106cとパターン化されたフォトレジスト層104cを形成する。
上述した実施形態に、液浸露光工程108後、酸補償層106における光酸濃度はフォトレジスト層104における光酸濃度より高いので、次に行われる現像工程には、従来の現像工程と異なり、フォトレジスト層における光酸濃度の減少により、形成されたフォトレジストパターン（図1Dに示すパターン化された酸補償層106cとパターン化されたフォトレジスト層104c）にT型端部が生じることなく、上述したプロセスの解析度とプロセスウィンドウ（Process Window）及びフォトレジストパターンのサイズと均一性に影響することはない。
続いて、図1Eに示すように、パターン化された酸補償層106cとパターン化されたフォトレジスト層104cをエッチングマスクとし、材料層102をエッチングし、材料層102aを形成する。特に、上述した現像工程の後に形成されたパターン化された酸補償層106cとパターン化されたフォトレジスト層104cにはT型端部が生じることなく、フォトレジストパターンの線幅にも影響しない。言い換えると、本発明の液浸リソグラフィ・プロセスにより形成されたフォトレジストパターンのサイズは精確であるので、当該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いる場合、エッチングした後に形成された材料層102aのサイズに影響することはない。
本発明の液浸リソグラフィ・プロセス用構造は、フォトレジスト層104と酸補償層106（図1B）を有する。フォトレジスト104は、パターン化される予定の材料層102或いはイオン注入される予定の材料層102上に配置され、酸補償層106はフォトレジスト104上に配置される。酸補償層106は光酸発生剤の拡散膜として機能することにより、次に形成されたフォトレジストパターンにはT型端部が生じない。
以上により、本発明は以下の利点がある。
１、本発明は、フォトレジスト層上に酸補償層を形成し、従来の液浸リソグラフィ・プロセスにおいて液浸用液体とフォトレジスト層との間に生じる拡散問題によりフォトレジストパターンにT型端部が生じる問題を避け、プロセスの解析度とプロセスウィンドウを向上することができる。
２、本発明の酸補償層の材質はフォトレジスト層材質と同じであるので、製造プロセスは比較的に簡単であり、コストを削減することができる。
３、本発明のパターン形成プロセスはパターンのサイズを精確に制御し、パターンサイズの均一性を向上することができる。
４、本発明の方法を既存の液浸リソグラフィ・プロセスに用いることができる。即ち、本発明の液浸リソグラフィ・プロセスには、既存の露光光源とフォトレジスト材料等を用いることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
100 基板
102、102a 材料層
104 フォトレジスト層
104a、106a 露光部
104b、106b 未露光部
104c パターン化されたフォトレジスト層
106 酸補償層
106c パターン化された酸補償層
108 液浸露光工程
102、102a 材料層
104 フォトレジスト層
104a、106a 露光部
104b、106b 未露光部
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106 酸補償層
106c パターン化された酸補償層
108 液浸露光工程
Claims (13)
- 材料層上にフォトレジスト層を形成する第一の工程と、
前記フォトレジスト層上に酸補償層を形成する第二の工程と、
前記酸補償層と前記フォトレジスト層に対して液浸露光を行う第三の工程と、
前記酸補償層と前記フォトレジスト層に対して現像し、前記酸補償層と前記フォトレジスト層をパターニングする第四の工程と、
を有する液浸リソグラフィ方法。 - 前記第三の工程の後、前記酸補償層に含まれる光酸発生剤により生じた前記酸補償層の光酸濃度は、前記フォトレジスト層に含まれる光酸発生剤により生じた前記フォトレジスト層の光酸濃度より高い
請求項１に記載の液浸リソグラフィ方法。 - 前記酸補償層の組成と前記フォトレジスト層の組成とは同じである
請求項１に記載の液浸リソグラフィ方法。 - 前記酸補償層における光酸発生剤の濃度は、前記フォトレジスト層における光酸発生剤の濃度より高い
請求項３に記載の液浸リソグラフィ方法。 - 前記酸補償層の組成と前記フォトレジスト層の組成とは異なる
請求項１に記載の液浸リソグラフィ方法。 - 前記酸補償層に含まれる光酸発生剤の溶解速度は、前記フォトレジスト層に含まれる光酸発生剤の溶解速度より遅い
請求項５に記載の液浸リソグラフィ方法。 - 前記酸補償層の厚さは10〜30nmである
請求項１に記載の液浸リソグラフィ方法。 - 前記材料層上に配置されるフォトレジスト層と、
前記フォトレジスト層上に配置される酸補償層と、
を有する液浸リソグラフィ・プロセス用構造。 - 前記酸補償層の組成と前記フォトレジスト層の組成とは同じである
請求項８に記載の液浸リソグラフィ・プロセス用構造。 - 前記酸補償層における光酸発生剤の濃度は、前記フォトレジスト層における光酸発生剤の濃度より高い
請求項９に記載の液浸リソグラフィ・プロセス用構造。 - 前記酸補償層の組成と前記フォトレジスト層の組成とは異なる
請求項８に記載の液浸リソグラフィ・プロセス用構造。 - 前記酸補償層に含まれる光酸発生剤の溶解速度は、前記フォトレジスト層に含まれる光酸発生剤の溶解速度より遅い
請求項１１に記載の液浸リソグラフィ・プロセス用構造。 - 前記酸補償層の厚さは10〜30nmである
請求項８に記載の液浸リソグラフィ・プロセス用構造。
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