JP2007501431A - 基板にパターン形成するための改善された方法 - Google Patents
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Abstract
Description
より高い解像度への要望は、フォトレジスト材料及びリソグラフィ露光ツール開発の推進力となっている。従来、光学マスク製造では、ジアゾナフトキノン(DNQ)−ノボラック系レジストが使用されている。2年前、化学増幅レジスト(CAR)を使用する遠紫外(DUV)レーザ・パターン発生器が、その優れた解像度、コントラスト及びフォトスピードにつき売りに出された。しかし、CARには、プロセス安定度、特に露光と露光後ベークとの間の遅延時間(delays)による潜像情報損失に関する固有の問題がある。浮遊分子の塩基汚染によるT−トッピング、つまりレジスト−空気界面でのレジストフィーチャ閉鎖が起こり、光生成酸のアミンによる中和反応が生じることがある。DNQ/ノボラック系レジストに対し、化学増幅DUVレジストは、一般に光化学反応及び熱駆動反応のどちらにも依拠する。結像により、光酸発生剤(PAG)の露光から酸が発生する。高ベーク温度でのブロック基による酸拡散及び酸反応によって、ポリマー・マトリックスが、疎水性から親水性挙動に変化し、それにより露光領域の溶解率が上がる。露光後ベーク温度が上がることによって露光感度が増すが、同時にこれには露出寛容度の損失が伴うことがある。線幅寸法調整及びプロセス寛容度の低下は、上昇する温度での酸拡散の増大、及び露光領域縁端での酸分解反応効率に関係する[1]。酸拡散現象は、線端部縮み(LES)及び線縁端粗さ(LER)の原因の1つでもある。光生成酸の強さ及びサイズは、酸移動度の偏移、したがって結像の忠実度に非常に重要である。充分なリソグラフィ性能を得るためには、レジスト配合物内の各成分の調整が不可欠である。
Sigma7300のシステム原理を図2に示す。このシステムは、マスクの露光に空間光変調器(SLM)を使用する。図2を参照すると、パターン発生器は、単値/多値画素アドレス指定を有するSLM201、照明源202、照明ビームのスクランブル又は均質化装置203、ビーム・スプリッタ209、レンズL1及びL2を含む結像光学システム204、開口208(通常フーリエ・フィルタ)、干渉計型位置調整システム206を有する微細位置決め基板ステージ205、並びにSLM用ハードウェア/ソフトウェア・データ操作システム207を含む。適切に機能すること及び操作勝手のよさのために、このパターン発生器は、温度調整された周囲環境室、基板装着システム、最適なパターンを正確に配置するためのステージ移動タイミング用及び露光レーザのトリガー用ソフトウェア、並びにソフトウェア利用者インターフェースも含む。パターン・データがラスタライズされ、コンピュータ制御された反射レチクルとして働くSLMチップ内にロードされる。これは、エキシマ・レーザ・フラッシュを反射するので、パターン像がマスク・ブランク上に集束する。マスク・ブランクを有するステージは、絶えず移動し、干渉計は、ステージが次のフィールドの位置に到達したときに、フラッシュするようレーザに命令する。フラッシュ時間が約20ナノ秒と短いために、ステージ移動はフリーズし、SLMのシャープな像がレジスト内に生成される。次のフラッシュに間に合うように、SLMに新しいパターンが再ロードされる。最後に、SLM内にパターンを供給するために、平行且つ拡大縮小可能なデータ経路の設計によって、最先端IC設計[14]の複雑な設計データが処理される。
3.1 DX1100Pフォトレジストの化学作用
DX1100Pは、クラリアント社からの第1世代の248nmDUVレジストであり、低反射性基板をねらいとしていた。DX1100P(Mw≫10.000)は、ポリグリコール・メチルエーテル・アセテート(PGMEA)に溶解させた、アセタール系保護基(揮発しにくく、単純なアセタールよりバルキーなビニルエーテル)を有する基幹材料としての(ポリ)4−水酸化スチレン(PHS)と、光酸発生剤(PAG)としてのトリフェニルスルフォニウム・トリフレート(沸点=162℃)と、光分解性塩基[9、10](PDB)としての水酸化トリフェニルスルフォニウムとからなる。置換すると、高度の疎水性(保護率は約30%)になるという性質がある。加えられた塩基は、ポリマー鎖に固定され、塩基によって引き起こされた拡散効果は、取るに足らないものとなる。露光中、PAGは、強い有機スルフォン酸、つまり保護アセタール基の分解に触媒作用を及ぼすトリフルオロ・メタン・スルフォン酸(CF3SO3H)を発生する。ポリ・アセタールがすべてそうであるように、反応が進むためには、脱保護当たり水の一当量がどうしても必要である。PAGは、照射時、中程度の強さで小さい高速拡散酸性種を形成する。サイズが小さいことは、高拡散率につながる。酸の強さ(pKa)は、アセタール保護基の塩基度及び所望のPEB温度に慎重に整合される。CF3SO3H(a.k.a.トリフリック酸)に対するpKa値は、>−12[16]と報告されている。酸触媒が媒介する次のレジストの加熱分解によって、保護基はばらばらになる。脱保護反応を図7に概略的に示す。Ea<20kcal/モルという低活性化エネルギー(Ea)レジストであるため、脱保護の大部分は露光中に室温で起こる。露光すると、PDBは、ジフェニル・スルフィド及び高反応フェニル基にばらされ、それらがポリマー・フェノールと再結合する。塩基を加えることの主な考え方は、露光領域から未露光領域に拡散する酸分子が、光分解性塩基に捕らえられ中和されるということである。
富士フィルム・アーチ社のFEP−171は、電子ビーム応用例及び光学的応用例のどちらにも使用することのできるレジストである。DX1100Pの後継となる材料の調査において、FEP−171は、プレ・コーティングされたマスク・ブランクで業界を支援するHOYA社のマスク・ブランク事業部(Hoya Mask Blank Division)からマスク界が市販入手可能であるのみならず、レジスト・プロファイル及び環境安定度に関する性能がよいことから注目をあびた。
4.1 処理及びリソグラフィ評定
市販のコーティングされたAR8クロム・マスク・ブランクを使用した。ブランクは、DX1100Pフォトレジスト又はFEP−171フォトレジストのどちらかのコーティングだった。マスク・ブランクをすべて、マイクロニック・レーザ・システム社のSigma7300DUVマスク描画システム上で露光させた。これらのマスクを、ゾーン調整された熱板と、エクストラクション・システムズ社(Extraction Systems)製アミン・フィルタとを備えた、ステアグ・ハマテック社(STEAG Hamatech)製APB5000電気コンロ上でベークした。ベーク温度は、DX1100Pの場合70℃、FEP−171の場合120℃で、双方とも、温度上昇時間は180秒、温度安定時間は60秒であった。コンロ全体にわたる温度変動は、上昇中は1℃未満、安定時は、0.2℃未満であった。次いで、界面活性された現像液であるAZ726MIF(重量パーセント2.38のテトラ・メチル水酸化アンモニウム、つまりTMAH)(クラリアント社製)を使用し、スプレー現像とパドル現像とを組み合わせて、60秒間マスクをステアグ・ハマテック社製ASP500システム上で現像した。パターン形成されたマスク・ブランクを測定するために使用した計測システムは、KLA8250Rトップ・ダウンCD−SEMであった。
この調査では、露光ツール及びプロセス装置はどちらも、CD誤差源となる可能性がある。これらの装置特有の特性についての知識を利用すれば、求めるパラメータにその特性が及ぼす影響を相殺、又は少なくとも最小限に抑えることができる。したがって、露光システム及びプロセス装置からの誤差原因を最小限に抑えるために、数々の工程を踏んだ。すべての中で最も明らかな原因は、おそらく総括的プロセス、つまり現像プロセスの回転特性から生じる放射の線幅変動であろう。基準構造を有する局部パターンを使用すると、この誤差源からの原因を最小限に抑えることができる。フィッティング回転特性の線幅範囲は、15.24cm(6インチ)のマスク全体にわたって通常5nm未満である。残りは、現像プロセスにおける非システム的誤差である。こうした誤差は、セルの繰返し測定を平均化することによって対処される。実験は、各セル内の相対測定に基づいており、1つのセル1001は、数mm2未満である。図10にハッチ・パターンで示すCD領域間のプロセス変動の特徴的な長さスケールに比べ、セル1001は非常に小さいため、誤差は1nm未満であると推定される。
但し、
CDpulse−to−pulse=パルス間のレーザ変動が原因となる総CD誤差
CDoverlay=オーバーレイが原因となる総CD誤差
CDfocus=焦点変動が原因となる総CD誤差
CDtime delay=露光工程とPEBとの間の遅延時間の影響が原因となる総CD誤差
CDPEB=PEB中の温度変動が原因となる総CD誤差
CDdevelop=現像プロセスが原因となる総CD誤差
である。
実際の数字を入れると、総合誤差値(Errortotal)≫3.1nmである。
露光経路及び各露光間の遅延時間が及ぼす影響を調べるため、4パス印刷のそれぞれの変動を、DX1100Pレジストを使用して調査した。基準として1パス露光も使用した。4パス印刷では、総公称線量の25%を各パスに使用した。露光間の遅延時間を調整するために、1回の露光それぞれに時間的手法を採用することによって、マスク・ブランク全体の印刷をシミュレートした。露光は、図12の1210内1〜5に示すプレート上の5箇所のみで行った。プレート全体の描画をシミュレートするため、5箇所での描画間遅延時間は15分であった。公称フィーチャサイズは2mmであり、SEM内の明部の交差部を測定して、全ケースの線幅変化を判断した。
印刷モードの効果の他に、各パス内に加えた線量による影響も調査した。プレート全体にわたってよりよい線幅均一性を得るために、工程的線量法をテストした。2つの手法を適用し、パスのうち1回に線量増加(露光係数)による擾乱を加えるか、設計された線幅データにバイアスを加えるかした。
光酸発生剤及び関連する酸発生の特性、並びに化学増幅型レジスト内の触媒作用の特性は、リソグラフィ性能を判定する際に決定的な役割を果たす。したがって、調査した2つのレジストの化学作用、及びSigma7300レーザ・パターン発生器の描画方式に対するこの化学作用の意味合いを解説する。光生成酸の強さは、フォトスピード、サイズに対する線量、脱保護効率、露光後遅延時間の安定度、及び露光後ベークの感度などのパラメータに影響を及ぼす場合がある。酸のサイズは、移動度、酸損失、解像度、定常波、及び遅延時間安定度に影響を及ぼす。一般に、小さくて強い酸は、高脱保護効率及び高酸拡散をもたらす。したがって、大きくて弱い酸については、これと反対のことが酸拡散及び脱保護効率に関して言える。比較的力が弱く、小さいサイズの酸は、低脱保護効率及び高拡散につながる。したがって、力が弱く大きなサイズの酸は、低脱保護効率、及びより低酸拡散を呈すると推測される。高蒸気圧及び低沸点を有する酸は、露光中及び/又はFEB中に露光領域を容易に脱出することができる。
本明細書の記載では、Sigma7300描画方式内の構成要素のうちいくつかが、2つの化学増幅型レジスト(DX1100P及びFEP−171)のリソグラフィ性能に及ぼす影響を検討した。光生成酸及びその拡散特性によっては、描画方式の選択が、線幅調整のために非常に重要であることがある。DX1100Pを使用する場合、露光パス間のタイミングが、線幅変動を起こすことが分かった。逆描画モードは、DX1100Pがコーティングされたプレート上に印刷を行う場合は、プレート全体にわたり線幅変動が比較的大きくなるため、特に好ましくないことが分かった。最適なマスク作製におけるDUV化学増幅レジストに関連する当初のプロセス安定度問題は、フォトレジストFEP−171を使用することによって、Sigma7300レーザ・パターン発生器では今は大いに低減されている。FEP−171は、その中に含まれ、脱保護が起こるために比較的高い活性化エネルギーを必要とするポリマー構造、つまり低拡散PAG及びバルキーなブロック基のおかげで、充分な性能を発揮することが実証されている。実際、FEP−171はどちらかと言えば、加える線量及び線幅擾乱を選ばないので、特定の描画方式は必要ないと思われる。それでも、知的なやり方で1回ごとのパス及び印刷方向の調整が可能であれば、Sigma7300露光ツールは、DUVレジスト構造に対し非常にフレキシブルになる。
本発明は、方法として、又はこの方法を実施するようになされたデバイスとして実施することができる。この同じ方法を、照射方式の構成、基板上感応層の露光、又はデバイス構造の作成という観点から見ることができる。本発明は、描画パス間線量増大化描画方式を開発又は実施するためのロジックが刷られた媒体などの製造物品であり得る。
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16.J.March、Advanced Organic Chemistry:Reactions,Mechanism and Structure、3rd Edition、John Wiley & Sons、1985、Chapter 8
17.T.Fujimori、S.Tan、T.Aoai、F.Nishiyama、T.Yamanaka、M.Momota、S.Kanna、Y.Kawabe、M.Yagihara、T.Kokubo、S.Malik、及びL.Ferreira、「Structural Design of a New Class of Acetal Polymer for DUV Resists」、Advances in Resist Technology and Processing XVII、Proceedings of SPIE、Vol.3999、pp.579〜590(2000)
18.L.Pain、C.Gourgon、K.Patterson、B.Scarfogliere、S.Tedesco、G.Fanget、B.Dal’Zotto、M.Ribeiro、T.Kusumoto、M.Suetsugu、及びR.Hanawa、「Resist Composition Effects on Ultimate Resolution of Negative Tone Chemically Amplified Resist」、Advances in Resist Technology and Processing XVIII、Proceedings of SPIE、Vol.4345、pp.251〜260(2001)
19.C.Mack、「Lithographic Effects of Acid Diffusion in Chemically Amplified Resists」、OCG Microlithography Seminar:Interface’95、October 29〜31、San Diego、California、1995
Claims (21)
- エネルギー・ビーム及びマルチ・パス描画方式を使用して、前記エネルギー・ビームに感応する層をコーティングしたワークピース上にパターン形成されたフィーチャの限界寸法均一性を改善するためのリソグラフィ法であって、
描画パスが、前記コーティングにほぼ同等に影響を及ぼすように、前記パスに対する個々の線量を決め、それによりフィーチャの限前記界寸法均一性を改善する工程と、
前記マルチ・パス描画方式を使用し、前記描画パスにおいて前記個々の線量を加えながら、前記コーティングを露光させる工程と、
前記コーティングを現像する工程と
を含む方法。 - 前記フィーチャを空間光変調器によって作成する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記エネルギー・ビームが、EUVからDUVまでの範囲のパルス状放射である、請求項1に記載の方法。
- 前記放射ビームの強度を偏向設置することが可能な、変調器及び偏向器の構成によって前記フィーチャを作成する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記フィーチャを回折格子によって作成する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記方法が、1回目の露光パスが露光閾値の半分未満の線量を有し、2回目の露光パスが前記露光閾値の半分を超える線量を有する2回の露光パスを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記方法が、前記線量を直線的に増加させてパスをたどる3回以上の露光パスを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記方法が、前記線量を指数関数的に増加させてパスをたどる3回以上の露光パスを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記方法が、前記線量を対数的に増加させてパスをたどる3回以上の露光パスを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ワークピースの各部分に、次回の露光パスで露光させる前に、1回目の露光パスでパターン形成する、請求項1から9までのいずれか一項に記載の方法。
- 前記各部分は同方向に露光される、請求項10に記載の方法。
- 前記各部分は、交互方向に露光される、請求項10に記載の方法。
- 最後の露光の線量が、前記1回目の露光量より40%から60%までの範囲内で多い、請求項1から12までのいずれか一項に記載の方法。
- 最後の露光の線量が、前記1回目の露光量より45%から55%までの範囲内で多い、請求項1から12までのいずれか一項に記載の方法。
- 電磁放射に感応する前記コーティングが、化学増幅型レジスト(CAR)である、請求項1に記載の方法。
- 前記ワークピースがマスク基板である、請求項1に記載の方法。
- 前記ワークピースがウェハである、請求項1に記載の方法。
- 4回の描画パスが使用される、請求項13又は14に記載の方法。
- 前記ワークピースがマスク又はレチクルであり、前記コーティングを現像する工程の後、前記ワークピースにパターン形成する工程をさらに含む、請求項1による、マスク又はレチクルを作成する方法。
- 前記ワークピースがウェハであり、前記コーティングを現像する工程の後、前記ワークピースにパターン形成する工程をさらに含む、請求項1による、デバイス構造層を作成する方法。
- 第2のワークピース上に精密な構造を作成する請求項1による方法であって、
請求項1による前記ワークピースがマスク又はレチクルであり、
前記マスク又はレチクルを使用して前記第2のワークピース上に放射感応性材料からなる層を露光させる工程と、
前記第2のワークピース上の前記露光層を使用して、前記第2のワークピース上のデバイス構造層にパターン形成する工程と
を含む方法。
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