JP2008182198A - リソグラフィデバイス製造方法、リソグラフィセル、およびコンピュータプログラム - Google Patents

リソグラフィデバイス製造方法、リソグラフィセル、およびコンピュータプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】第1のパターニングの後の、および第2のパターニングの前のエッチングプロセスの悪影響が緩和される、密ラインを印刷するためのダブルパターニングプロセスを実現する。
【解決手段】第1の処理では、ラインの第1の半密パターンが、下層反射防止コーティングを施された基板の上に重なる第1のレジスト層内に印刷される。第2の処理では、ラインの第2の半密パターンが、クリアされた領域上に設けられた第2のレジスト層内に印刷される。第1および第2の半密ラインパターンは、交互位置に配置され、ラインアンドスペースの所望の密パターンをもたらす。第1のレジストを現像した後、第2のレジストを基板に設ける前に、下層反射防止コーティングの表面調整が、第1のレジスト材料のライン間のクリアされた領域に対し行われる。表面調整ステップは、クリアされた領域の表面への第2のレジストのフィーチャの接着を改善する。
【選択図】図4

Description

本発明は、概して、半導体基板を露光するためのリソグラフィならびに関連する方法および装置に関する。
リソグラフィ露光装置は、例えば、集積回路(IC)の製造で使用することができる。このような場合、パターニングデバイスは、ICの個々の層に対応する回路パターンを生成することができる。フォトリソグラフィでは、放射ビームにパターニングデバイスを横断させることにより、放射ビームのパターンが形成され、放射ビームは、リソグラフィ装置の投影システムにより、光活性レジスト(つまり、フォトレジスト)材料の層でコートされた基板(シリコンウェーハ)上のターゲット部分(例えば、1つまたは複数のダイを含む)に投影され、例えば、レジスト内に所望のパターンを結像する。一般に、単一の基板は、投影システムを介して一度に1つずつ連続的に照射される隣接ターゲット部分のネットワーク全体を含む。
半導体産業では、ICの層内により小さなフィーチャを持つより小さな半導体デバイスに対する絶えることのない需要が、基板上にゲートおよび接点などの密配列されたフィーチャのパターンを印刷するタスクの推進役となっている。特に、密のラインアンドスペースからなるパターンを印刷することに対するニーズがある。このようなパターンを印刷するには、少なくとも2つのリソグラフィ処理ステップを必要とする。第1の処理ステップでは、パターンをパターニングデバイス(例えば、マスクパターンを備えるマスクまたはレチクル)から基板に覆い被さるレジスト層に転写する光学結像およびレジスト露光を必要とする。第2の処理ステップでは、露光されたレジスト層にレジスト現像を施す必要があり、そこでは、それぞれポジティブトーンまたはネガティブトーンのレジストの露光済みまたは未露光のレジスト部分が溶解され、後に基板から突出するレジストフィーチャを残す。例えば、密のラインアンドスペースは、ポジティブトーンレジストを使用して印刷することができ、したがって、未露光のポジティブトーンレジスト材料からなるラインが得られる。
一般に、基板表面における露光放射の反射の悪影響は、レジスト層を施す前に基板に下層反射防止コーティング(bottom anti-reflection coating)を施すことにより緩和される。このような下層反射防止コーティングは、これ以降、BARCと呼ばれる。
最良の分解能で印刷された密のラインアンドスペースのパターンにおいて、複数のラインのライン幅CD(クリティカルディメンション)は、スペースのスペース幅に実質的に等しく、ライン幅は、ラインをパターン内に配置するピッチの半分である。
ラインを印刷できる最大密度は、リソグラフィ装置特性とともに印刷プロセス特性により決定される。装置特性は、装置のイメージングシステム(例えば、光学投影システム)の特性を含む。プロセス特性は、露光および現像プロセスならびにレジストの特性を含む。
通常、上述の特性と最大印刷可能密度で配列されたラインまたはスペースの最小幅CDとの間の関係は、CD=k(λ/NA)と書かれる。ここで、NAは、投影システムの開口数を表し、λは、露光放射の波長を表し、kは、NAおよびλ以外の特性のどれかの効果を表す係数である。
上記の関係は、従来の単一露光リソグラフィ印刷プロセスを指している。そのようなプロセスでは、限界k=0.25は密ライン構造を印刷するうえで基本的な物理的光学的限界であるため、k<0.25となるように印刷を配列することは可能でない。
波長を縮小し、開口数を大きくするほかに、多数のいわゆる解像度向上技術(Resolution Enhancement Technology RET)が、kに対するできる限り小さい値を得るために使用されているか、または開発中であり、RETの実施例としては、マスクパターンアシストフィーチャの使用、最適なマスク照射スキームおよび関係するマスクパターンレイアウトを識別するためのソースマスク最適化計算の使用、ハーフトーン型(attenuated)位相シフトマスク(Phase shifting Mask PSM)およびレベンソン型(alternating)もしくはクロムレスPSMなどのさまざまな種類のマスクの使用が挙げられる。
密ラインスペースパターンの最大密度をさらに高めるために、k<0.25のラインを印刷することを可能にするダブルパターニング技術が提案され、開発されている。例えば、密のラインアンドスペースを印刷するためのデュアルトレンチダブルパターニングプロセスでは、スペースの第1および第2のパターンは、ターゲット層内で交互位置にエッチングされる。ターゲット層は、例えば、ターゲット層の下にある層のエッチングに使用される犠牲エッチングマスクとすることができる。このようなダブルパターニング技術では、単一露光プロセスにおいて、所定の開口数NAおよび波長λに関して、スペースが2k(λ/NA)を超えるピッチで配列されたときに値CDよりも低い幅CDdpでスペースの半密パターンを印刷できる可能性を利用する。したがって、このようなパターンは、ラインアンドスペースの幅が等しいという意味で密パターンではない。代わりに、ラインの幅は、例えば、スペースの幅CDdpの3倍の係数である。そのようなライン形状のスペースの半密パターンまたはトレンチの半密パターンを印刷するために、CDdp<CDとして、一般にポジティブトーンレジストが使用される。
密ラインを印刷するためのデュアルトレンチダブルパターニングプロセスは、以下の3つの処理で特徴付けられる。第1のステップでは、スペースの第1の半密パターンがレジスト内に印刷される。レジストの現像後、残りのレジストマスクは、第2の処理のエッチングマスクとして使用される。第2の処理では、スペースは、異方性エッチングプロセスを基板に施すことによりターゲット層に転写され、次いでレジストマスクが剥離される。一般に、反応性イオンエッチング法が使用される(RIEプロセス)。第3の処理では、ターゲット層は、再び、レジストでコーティングされ、スペースの第2の半密パターンは、レジスト内に印刷される。第2の印刷は、第2のパターンのスペースがターゲット層内にエッチングされたスペースに関して交互に配置されるように配列される。交互配置の結果、ここでもまたRIEプロセスを使用するターゲット層の後続のエッチングで、基板の表面から突出するターゲット層材料のラインが生じる。それぞれスペース幅CDdpとピッチ4CDdpにより特徴付けられる、半密スペースの2つのパターンを交互に配置することにより、結果として得られるラインは、スペース幅CDdpに等しい幅を持ち、密ラインパターンが得られる。
上述のようなデュアルトレンチダブルパターニングプロセスに関連する問題として、第1と第2の印刷処理の間のターゲット層のRIE処理のせいで、基板にパターンを形成する速度が低下するという点と、従来のリソグラフィ装置または従来のトラック装置(リソグラフィ装置に接続される)はRIE処理手段を備えていないという点が挙げられる。トラック装置は、リソグラフィ装置からの、またリソグラフィ装置への基板を取り扱い、例えばレジストコーティング、レジスト現像、および露光前ベークおよび露光後ベークなどの他の標準露光前および露光後レジストプロセスなどの複数のレジスト処理ステップを実行するように配列される。
例えば、第1のパターニングの後の、および第2のパターニングの前のエッチングプロセスの悪影響が緩和されるダブルパターニング法を実現することが望ましい。
本発明の一態様によれば、基板の表面を部分的に少なくとも覆う第1の放射感応性材料の層を、表面から突出し、表面の覆われていない部分により分離された第1および第2のフィーチャセグメントを含むパターンで、感応性パターニングすること、第2の放射感応性材料の層を表面の覆われていない部分に設けること、第2の放射感応性材料の層を、第1および第2のフィーチャセグメントに関して交互位置で配置され、表面の覆われていない部分から突出し、第1および第2のフィーチャセグメントと組み合わせて所望のパターンの一部を与える第3のフィーチャセグメントを含むパターンで、パターニングすることを含み、さらに、第2の放射感応性材料の層を設ける前、第1の放射感応性材料の層をパターニングした後に、表面の覆われていない部分に表面調整プロセスを施して、表面への第3のフィーチャセグメントの接着力を高めることを含むリソグラフィデバイス製造方法が実現される。
本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置、複数のプロセス装置、およびリソグラフィ装置とプロセス装置の両方を制御するための制御ユニットを備え、複数のプロセス装置は、基板の表面の覆われていない部分への接着を高めるように配列され、第1の放射感応性材料の第1および第2のフィーチャセグメント、第2の放射感応性材料の第3のフィーチャセグメントの間に配置された表面調整装置を備える、リソグラフィセルが実現される。
本発明の一態様によれば、コンピュータ読取可能媒体上に記録されている命令を含み、命令はリソグラフィセルを制御してデバイス製造方法を実行するように適合される、コンピュータプログラムが実現され、方法は、次述の順序で、第1の放射感応性材料の層を基板の表面に設け、表面から突出し、表面の覆われていない部分により分離された第1および第2のフィーチャセグメントを含むパターンで、層をパターニングし、表面の覆われていない部分に表面調整プロセスを施して、表面への第2の放射感受性材料の第3のフィーチャセグメントの接着力を高め、第2の放射感応性材料の層を表面の覆われていない部分に施し、第1および第2のフィーチャセグメントに関して交互位置で配置され、表面の覆われていない部分から突出している第3のフィーチャセグメントを含むパターンで第2の放射感応性材料の層をパターニングし、第1、第2、および第3のフィーチャセグメントが組み合わせで所望のパターンの部分を与えることを含む。
本発明のいくつかの実施形態は、実施例を使ってのみ、対応する参照記号が対応する部分を示す付属の概略図面を参照しつつ説明される。
実施形態1
本発明の一実施形態によれば、図1に例示されているように、最上層114の表面112から突出しているレジスト材料のラインの密ラインスペースパターン100が設けられる。最上層114は、リソグラフィ基板Wに少なくとも部分的に重なる下層反射防止コーティング(BARC)とすることができる。2つの隣接するライン110および111のレジストは、基板上の2つのそれぞれの分離したレジスト堆積から得られるものである。第1および第2のレジスト堆積は、それぞれの第1および第2のレジスト材料を基板Wに施してリソグラフィ処理することを含む。第1および第2のレジスト材料はそれぞれ、例えばポジティブトーンレジストまたはネガティブトーンレジストなどの放射感応性材料とできる。第1および第2のレジスト材料は、反対トーンのレジストとすることができる。ライン110は、1つまたは複数のレジスト材料フィーチャの単なるフィーチャセグメントであってよい。同様に、ライン111は、そのようなセグメントとすることができる。一実施形態では、基板は、シリコンウェーハであり、これは、本発明のダブルパターニングプロセスを施す前に1つまたは複数のIC層を設けるようにリソグラフィ処理しておくことができる。基板は、さらに、BARC層114の下にターゲット層TLを設けられ、これは本発明の方法により所望のパターンでパターンを形成されるべきである。ライン110および111は、所望のパターンの一部にすぎなくてもよい。ターゲット層TLは、リソグラフィ処理で使用されるIC層または他の種類の層としてよい。BARCの代わりに、最上層114は、例えば、無機下層反射防止コーティング、または基板上に配置されたハードマスクとすることができる。ハードマスクは、例えば、酸化物層またはSiONまたはSiNまたはTiNなどの窒化物の層とすることができる。
図2は、本発明のダブルパターニング法の一部である処理ステップ200の流れを示している。第1のレジストを基板Wに設けた後(図2、ステップ210)、第1の半密ラインパターンが、第1のレジスト層内に印刷される(図2、ステップ220)。印刷は、第1の現像液が与えられてスペースの第1セットを形成する現像ステップを含む。従来の水酸化物現像プロセスを、第1のレジストを現像するために使用することができる。例えば、本発明では、水酸化テトラメチルアンモニウム溶液が使用され、この種の現像液は、通常、TMAH現像液と呼ばれる。
図3Aには、第1の2つのステップ210および220の結果が例示されている。BARC表面から突出している結果として得られるライン310の第1セットのライン幅は、CDdpであり、ライン間のスペースの幅は、3CDdpである。図3Aの2つのライン110は、1つまたは複数のフィーチャの第1および第2のフィーチャセグメントにすぎないものとしてもよい。
次に、第2のレジストが、基板に施される(図2、ステップ230)。このプロセスでは、ライン310の第1セットの間の表面112の少なくとも覆われていない部分(例えば、スペース)が第2のレジスト材料で覆われるか、または満たされる。さらに、レジスト前処理も行ってよい。次に、第2の半密ラインパターン320が、第2のレジスト層内に印刷される(図2、ステップ240)。ステップ230および240の結果は、図3Bに例示されている。第2のパターンは、BARC表面114から突出している結果として得られるライン320の第2セットのライン幅もCDdpであり、ライン111間のスペースの幅が3CDdpであるように配列される。ライン320の第2セットの位置は、ライン310の第1セットに関して交互位置に配列される。これは、図3Bに概略として示されている。図3Bの2つのライン110の間のライン111は、前述の1つまたは複数のフィーチャの第1および第2のフィーチャセグメントの間の第3のフィーチャセグメントにすぎないものとしてもよい。交互配置は、例えば、それぞれ第1および第2の半密ラインパターン310および320によるパターンとともに第1および第2のマスクを使用することにより得られる。次いで、交互配置は、マスク上の1つまたは複数の共通アライメントマークに関して相互にずれている2つのパターンを配置することにより得られ、この2つのパターンのずれは、所望の交互配置により選択される。結果として得られるパターンのピッチは2CDdpであり、したがって、所望の密ラインスペースパターンが得られ、CDdpがCDよりも小さいということを考慮して、実際に、係数kは0.25よりも小さいか、または小さい可能性がある。
第2の印刷プロセス(ステップ240)は、第2の現像液を使用する第2のレジスト材料の現像を含み、これはスペースの第2セット(つまり、図3Bのライン110と111との間のスペース)を形成する。第2の現像液と第1のレジスト材料の組成は、ライン110を含むフィーチャ310の第1セットの第2の現像液への暴露がこれらのラインの構成および形状に実質的な影響を及ぼさないようになされる。
第2の半密ラインパターン320の印刷の後、密のラインアンドスペースの所望のエッチングマスクパターンが得られる。従来のRIEプロセスを施して、ラインの所望のパターンをターゲット層TLに転写することができる(図2、ステップ250)。その後レジストマスクを剥離することができるが、このときに従来のレジスト除去プロセスを使用する。
本発明の実施形態では、第1のレジスト材料は、例えば、TOK P6239レジストなどのポジティブトーンフォトレジストであり、ラインの第1セットは、TMAH現像液を使用して印刷される。半密ラインを印刷するために使用できるマスクタイプは、例えば、明視野クロムオンガラスマスク(chrome-one-glass COGマスク)、レベンソン型位相シフトマスク( alternating Phase Shifting Mask PSM)またはクロムレスPSMなどの明視野マスクである。第2のレジストは、例えばTOK N023またはTOK N027レジストなどのネガティブトーンフォトレジストであり、ラインの第2セットは、例えば、暗視野COGマスク、または暗視野ハーフトーン型(attenuated)PSMを使用して印刷することができる。
基板レベルで得られるようなフィーチャおよびパターン寸法に関して(例えば、マスクレベルで対応する寸法を得るには、リソグラフィ装置の投影システムによる結像の縮小率を考慮しなければならない)、2つの半密ラインパターンを使用して幅50nmのラインが結像され、50nmラインは200nmのピッチで配置された。本発明の方法を応用することにより、幅50nmの密ラインおよび幅50nmのスペースのレジストパターンが得られ、このときに、露光毎に、NA=0.93およびλ=193nmでリソグラフィ装置を使用した。照射設定は、シグマ=0.5であり、COGマスクパターンが使用された。BARCは、AZ 1C5D BARCであった。
したがって、本発明では、原理上、中間RIEまたは他のエッチングプロセスを回避するためにダブルパターニングに使用できるが、本発明のダブルパターニングプロセスの歩留まりの改善は、第1の露光および現像の後(つまり、第1のレジスト材料層の第1のパターニングの後)と第2のレジストを基板に施す前に、図3Aのフィーチャ110の間にある表面112のクリアされた覆われていない部分を調整するようになされた表面調整プロセスステップを適用することにより得られる。図4に例示されているようなプロセスの流れ400では、この表面調整処理は、ステップ410で参照される。図2と比較すると、追加の処理ステップ410は、第1の半密ラインパターンを印刷する処理ステップ220と第2のレジストを基板に施す処理ステップ230との間で実行される。望ましくは、BARC表面調整ステップは、第1の現像の後、第2のレジスト材料を基板に設ける前に施される。
TMAH現像液の適用中(図4のステップ220の一部である)、BARC表面112の一部が、第1のレジストの溶解時に露出し、TMAH現像液にことは理解される。BARCのこれらの覆われていない部分の表面は、ライン110間の図3Aのスペースの表面を具現化する。TMAH現像プロセスは、図5の斜線の入っている表面部分510により概略が示されているように、覆われていないBARC部分の表面112の近くの、およびその表面112のところの層114のBARC材料の特性を変える。BARC表面をTMAH現像液に曝すと、BARCの表面部分510に含まれる材料の極性および/または酸性度が変化する。表面部分510の極性の高さは、下にある現像液暴露BARC表面へのその後印刷されたレジストフィーチャの接着力が減少することに連関し、表面部分510の酸性度の低さは、第2のレジストとして、ネガティブトーンレジストを使用したときに許容値を超えるその後印刷されたレジストフィーチャのアンダーカット(接着力の減少)をもたらすことに連関する。BARCをTMAH現像液に曝すことは、極性の増大および/または酸性度の減少を引き起こすものと理解される。BARC表面調整ステップ410は、TMAHによって引き起こされる極性増大および/またはTMAHによって引き起こされる酸性度減少を完全にまたは少なくとも一部は低減するようになされる。BARC表面調整ステップ410が存在しないと、BARC表面への第2のレジストフィーチャの接着力減少または第2のレジストのフィーチャのアンダーカットの発生により、パターンの潰れが発生する可能性が高い。パターン潰れの例が、図6に例示されている。この悪影響は、BARC表面部分510の極性および/または酸性度(単位pHで表される)に影響を及ぼすようにBARC表面調整ステップ410を配列することにより回避できる。
本発明の実施形態では、本発明の一態様により、BARC表面調整ステップ410は、基板を酸に曝すことを含み、酸はフッ化水素酸または酢酸であってよい。例えば、基板に対し、フッ化水素(HF)噴霧プロセスを施すことができる。このような処理は、酸噴霧デバイスを使用して実行することができ、これはトラックシステムの一部であってよい。例えばHF酸噴霧などの酸噴霧に基板を曝した結果、親水性水酸基は、疎水性フッ素基で置き換えられ、BARC領域510の酸性度は増大する。
本発明で得られた結果は、図7に示されている。
第2の実施形態
第2の実施形態は、BARC表面調整ステップ410がフッ化炭素ベースプラズマまたは水素含有フッ化炭素ベースプラズマに基板を曝すことを含むことを除き第1の実施形態と同じである。例えば、Cプラズマ処理は、疎水性フッ素基により親水性水酸基を置き換える効果も有する。第1および第2の実施形態のBARC表面調整ステップは、組み合わせて使用することができる。
第3の実施形態
第3の実施形態は、BARC表面調整ステップ410に加えて、この方法は、さらに、第1のレジスト材料のフィーチャ110に対するその後の処理ステップ(例えば、ステップ410、230、および240のうちのどれか1つなど)の考えられる悪影響をさらに低減するようになされた固定ステップを含むことを除き第1の実施形態と同じである。固定ステップは、例えば、第1のレジストの層をパターニングした後、第2のレジストの層を施す前に、第1の半密ラインパターンのラインフィーチャ110の少なくともある程度の流れを引き起こすだけ十分に高い温度で基板をハードベークすることを含むことができる。望ましくは、ハードベークは、200度K以上の温度で実行される。第1および第2の実施形態のBARC表面調整ステップは、それぞれ、本発明の実施形態のハードベークステップと組み合わせて使用することができる。
ハードベークの他の効果は、残りの第1のレジストの光活性成分を非活性化することであり、そのような残留光活性成分は、第2の露光時に活性化されると悪影響をもたらしうる。ハードベークステップの他のまたは代替えの利点は、第2の現像液中の第1のレジストフィーチャ110の残留可溶性を低減する点であり、ライン110のさらなる溶解は、第2のレジストの現像処理のときに生じる可能性がある。
本発明の実施形態の利点は、第2の露光時に、図3Bのライン111に対応するレジスト部分のみが露光され、ライン形状のレジストフィーチャ110における露光放射の散乱が実質的に回避される。これにより、第2の半密ラインパターンの像の、第2のレジスト内でのコントラストが最適なものとなる可能性がある。
本発明の一態様によれば、BARC表面調整ステップのそれぞれを従来の方法と組み合わせ、すすぎ液を施す、および/または超臨界二酸化炭素現像液を使用するなどして、パターンの潰れを防止する。
第4の実施形態
第4の実施形態では、図8に例示されているように、リソグラフィ装置810、複数のプロセス装置820、およびリソグラフィ装置とプロセス装置の両方を制御するための制御ユニット830を備えており、複数のプロセス装置は、第1の放射感応性材料の第1および第2のフィーチャセグメントの間に配置された基板の表面の覆われていない部分への、第3の放射感応性材料のフィーチャセグメントであるレジスト材料フィーチャセグメントの接着を高めるように配列された表面調整装置840を備える、リソグラフィセル800が実現される。リソグラフィ投影装置810は、上述の本発明によりBARC表面を調整するデバイス840と組み合わされる。デバイス840は、基板を取り扱い、リソグラフィ装置から、またリソグラフィ装置へ基板を搬送し、スピンコーティング、レジスト現像、および/または露光前ベークおよび/または露光後ベークなどの他の標準露光前および露光後レジストプロセスなどの複数のレジスト処理を実行するように配列されたリソグラフィ投影装置810に接続された、トラック装置860の一部であってよい。
リソグラフィセル800の表面調整装置840は、例えば、フッ化水素酸または酢酸などの酸の供給源850に接続されうる。それとは別に、表面調整装置840は、フッ化炭素ベースプラズマまたは水素含有フッ化炭素ベースプラズマに基板を曝すようにすることができ、その場合、供給源850は、エッチングガスを供給する手段を意味する。本発明の実施形態では、表面調整装置840は、リソグラフィ投影装置810に接続され、リソグラフィ投影装置810とともに使用されるトラック860に含まれる。
制御ユニット830は、言及されている順序でリソグラフィセル800に方法を実行させる命令を格納している記憶媒体を備え、この方法は、第1のレジストまたは放射感応性材料の層を基板W上層114(例えば、BARCなど)の表面112に設け、第1のレジストの層を、表面112から突出し、表面112の覆われていない部分により分離された第1および第2のフィーチャセグメントを含むパターン310で、パターニングし、表面112の覆われていない部分に表面調整プロセス410を施して、表面112への第2のレジストまたは放射感応性材料の層の接着力を高め、第2のレジストの層を表面112の覆われていない部分に設け、第2のレジストの層を、第1および第2のフィーチャセグメントに関して交互位置で配置され、表面112の覆われていない部分から突出している第3のフィーチャセグメントを含むパターンで、パターニングし、第1、第2、および第3のフィーチャセグメントが組み合わせで所望のパターンの部分を与えることを含む。第1および第2のフィーチャセグメントは、ライン形状のフィーチャ110からなる複数のセグメントとしてよく、第3のフィーチャセグメントは、ライン形状のフィーチャ111からなる1本のラインの1つのセグメントとしてよい。
図9は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置810を示す。装置は、
放射ビームBを調整するように構成された照射システム(イルミネータ)IL(例えば、193nmまたは248nmの波長で動作するエキシマレーザーにより生成されるようなUV放射およびDUV放射、または13.6nmで動作するレーザー発火プラズマ源により生成されるようなEUV放射)と、
パターニングデバイス(例えば、マスク)MAを支持するように構築され、いくつかのパラメータに従ってパターニングデバイスの位置を正確に決めるように構成された第1のポジショナPMに接続されたサポート構造(例えば、マスクテーブル)MTと、
基板(例えば、レジストコートウェーハ)Wを保持するように構築され、いくつかのパラメータに従って基板の位置を正確に決めるように構成された第2のポジショナPWに接続された基板テーブル(例えば、ウェーハテーブル)WTと、
パターニングデバイスMAにより放射ビームBに与えられるパターンを基板Wのターゲット部分C(例えば、1つまたは複数のダイを含む)上に投影するように構成された投影システム(例えば、屈折投影レンズ系)PSとを備える。
照明システムは、放射の誘導、整形、または制御を行うための屈折、反射、磁気、電磁気、静電気、または他の種類の光学コンポーネントなどのさまざまな種類の光学コンポーネント、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
サポート構造は、パターニングデバイスを支持する、つまりパターニングデバイスの重みを支える。これは、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、および例えば、パターニングデバイスが真空環境に保持されるかされないかなどの他の条件に依存する方法でパターニングデバイスを保持する。サポート構造は、機械的、真空、静電気、または他のクランプ技術を使用してパターニングデバイスを保持することができる。
サポート構造は、例えば必要に応じて固定または移動可能とすることができる、フレームまたはテーブルとすることができる。サポート構造は、例えば投影システムに関してパターニングデバイスが確実に所望の位置に来るようにすることができる。本明細書で「レチクル」または「マスク」という用語を使用した場合、これは、より一般的な用語「パターニングデバイス」と同義と考えることができる。
本明細書で使用される「パターニングデバイス」という用語は、基板の目標部分にパターンを作成するなど、放射ビームにその断面にてパターンを与えるために使用することができる任意のデバイスを意味するものとして広い意味で解釈すべきである。放射ビームに与えられるパターンは、例えば、位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャを含む場合に、パターンが基板のターゲット部分の中の所望のパターンに正確に対応するわけではないことに留意されたい。一般に、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分の中に作成されるデバイス内の特定の機能層に対応する。
パターニングデバイスは、透過型または反射型とすることができる。パターニングデバイスの実施例は、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルLCDパネルを含む。マスクは、リソグラフィではよく知られており、バイナリマスク、レベンソン型(alternating)位相シフトマスク、およびハーフトーン型(attenuated)位相シフトマスクなどの種類のマスクを含む。プログラマブルミラーアレイの一実施例では、入射放射ビームを異なる方向に反射するように個別にそれぞれ傾斜させることができる小型の鏡からなるマトリックス配列を採用する。傾斜された鏡は、ミラーマトリックスにより反射される放射ビーム内にパターンを与える。
本明細書で使用される「投影システム」という用語は、使用している露光放射、または浸液の使用もしくは真空の使用などの他の要因に必要に応じて、屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、および静電気光学システム、またはそれらの組み合わせを含む、さまざまな種類の投影システムを包含するものとして広く解釈すべきである。本明細書で「投影レンズ」という用語を使用するが、これは、より一般的な用語「投影システム」と同義と考えることができる。
ここで示されているように、装置は、透過型である(例えば、透過マスクを採用する)。それとは別に、装置は、反射型(例えば、上述のような種類のプログラマブルミラーアレイを採用するか、または反射マスクを採用する)とすることもできる。
リソグラフィ装置は、2つ(デュアルステージ)またはそれ以上の基板テーブル(および/または2つまたはそれ以上のマスクテーブル)を持つ種類のものとすることができる。このような「マルチステージ」装置では、追加テーブルを並列で使用することができるが、1つまたは複数の他のテーブルを露光に使用しながら、準備処理を1つまたは複数のテーブル上で実行することもできる。
リソグラフィ装置は、さらに、基板の少なくとも一部が比較的高い屈折率を持つ液体、例えば水で覆い、投影システムと基板との間のスペースを埋めることができるタイプのものとすることができる。浸液は、さらに、例えば、マスクと投影システムとの間の、リソグラフィ装置内の他のスペースにも付けることができる。浸せきする手法は、投影システムの開口数を増やすための技術としてよく知られている。本明細書で使用されている用語「液浸」は、基板などの構造を液中に沈めなければならないことを意味するのではなく、むしろ、液体が露光中に投影システムと基板との間に配置されることしか意味しない。
図9を参照すると、イルミネータILは、放射源SOから放射ビームを受け取る。放射源およびリソグラフィ装置は、例えば、放射源がエキシマレーザーの場合には、別の要素としてよい。このような場合、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成するとみなされず、放射ビームは、例えば、適当な指向ミラーおよび/またはビームエキスパンダを備えるビームデリバリーシステムBDの助けを借りて、放射源SOからイルミネータILに渡される。他の場合、放射源は、例えば放射源が水銀灯の場合、リソグラフィ装置に一体化することもできる。放射源SOおよびイルミネータILは、必要ならばビームデリバリーシステムBDと合わせて、放射システムと呼ぶことができる。
イルミネータILは、放射線ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタADを備えることができる。一般的に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側および/または内側半径範囲(通常、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる)を調整することができる。それに加えて、イルミネータILは、インテグレータINおよびコンデンサCOなどのさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータは、断面内で所望の一様性および強度分布を持つように放射ビームを調整するために使用できる。
放射ビームBは、サポート構造(例えば、マスクテーブルMT)上に保持され、パターニングデバイスによりパターン形成される、パターニングデバイス(例えば、マスクMA)上に入射する。マスクMAを横断した、放射ビームBは、投影システムPSを通過し、ビームを基板Wのターゲット部分C上に集束する。ポジショナPWおよび位置センサIF(例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または容量センサなど)の助けを借りて、基板テーブルWTを正確に移動することができ、これにより、例えば、放射ビームBの経路内で異なるターゲット位置Cを決定することができる。同様に、第1のポジショナPMおよび他の位置センサ(図9で明示的に示されていない)は、例えば、マスクライブラリから機械的に取り出した後、またはスキャン中に、放射ビームBの経路に関してマスクMAの位置を正確に決めるために使用することができる。一般に、マスクテーブルMTの移動は、第1のポジショナPMの一部をなす、ロングストロークモジュール(粗動位置決め)およびショートストロークモジュール(微動位置決め)の助けを借りて実現することができる。同様に、基板テーブルWTの移動は、第2のポジショナPWの一部をなす、ロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールの助けを借りて実現することができる。ステッパーの場合(スキャナとは反対に)、マスクテーブルMTは、ショートストロークアクチュエータのみに接続できるか、または固定することができる。マスクMAおよび基板Wは、マスクアライメントマークM1、M2、および基板アライメントマークP1、P2を使用して位置合わせすることができる。例示されているような基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、これらは、ターゲット部分の間の空間内に配置することができる(これらは、スクライブレーンアライメントマークと呼ばれる)。同様に、複数のダイがマスクMA上に用意される状況では、マスクアライメントマークは、それらのダイとダイの間に配置することができる。
示されている装置は、以下のモードのうちの少なくとも1つで使用することが可能であろう。
1.ステップモードでは、マスクテーブルMTおよび基板テーブルWTは、本質的に静止状態に保たれるが、放射ビームに与えられるパターンは全体として一度に(つまり、単一静的露光)ターゲット部分Cに投影される。その後、異なるターゲット部分Cを露光できるように、基板テーブルWTは、Xおよび/またはY方向にシフトされる。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズにより、単一静的露光で転写されるターゲット部分Cのサイズが制限される。
2.スキャンモードでは、マスクテーブルMTおよび基板テーブルWTは、同期スキャンされるが、放射ビームに与えられるパターンはターゲット部分Cに投影される(つまり、単一動的露光)。マスクテーブルMTに関する基板テーブルWTの速度および方向は、投影システムPSの拡大(縮小)および像反転特性により決定されうる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズにより、単一動的露光のターゲット部分の幅(非スキャン方向)が制限されるが、スキャン動作の長さにより、ターゲット部分の高さ(スキャン方向)が決まる。
3.他のモードでは、マスクテーブルMTは、本質的に静止状態に保たれ、プログラマブルパターニングデバイスを保持するが、基板テーブルWTは、放射ビームに与えられるパターンがターゲット部分Cに投影される間に、移動またはスキャンされる。このモードでは、一般的に、パルス放射源が採用され、プログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルWTが移動するたび毎に、またはスキャン中の次々に発生する放射パルスと放射パルスの間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上述のようなプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に与えられうる。
上述の使用モードまたは全く異なる使用モードにおいて組み合わせ形態および/または変更形態を使用することもできる。
上述の実施形態において、本明細書のラインアンドスペースへの参照は、フィーチャおよびそのようなフィーチャの間のギャップに一般化できることは理解されるであろう。
上述の実施形態において、交互に配置されるフィーチャの所望の幅および交互に配置されるフィーチャの間の結果として得られるギャップの所望の幅を一様分布(所望のパターンの領域上の)にすることが望ましい。例えば、ダイ内の異なる位置における密ラインスペースパターン(所望のライン幅および所望スペース幅CDdpにより特徴付けられる)の印刷では、印刷されたラインアンドスペースの幅のダイ領域上に一様分布を実現することが望ましい。それぞれ第1および第2の半密ラインパターン310および320による複数のパターンを伴う第1および第2のマスクを使用することにより交互配置をもたらしうる。2つのパターンが、マスク上の1つまたは複数の共通の(同等の)アライメントマークに関して位置決めされ、共通アライメントマークに関して、一方のマスク上のフィーチャの位置は他のマスク上のフィーチャの位置と十分な相関関係を持つ。しかし、2つのマスクの間のフィーチャ位置の望ましい相関を与えると、アライメントマークに関する同じ位置でラインの幅に誤差を生じる可能性があるが、それは、例えば、2つのマスクパターンが、同じ工具を使用して、短い時間間隔のまま、書き込まれるか、または印刷されているからである。この結果、すべての隣接する印刷されたラインが公称幅よりも大きい幅を持つ領域およびすべての隣接する印刷されたラインが公称幅よりも小さい幅を持つ領域が生じる。類似の印刷されたラインの幅の誤差は、結像装置の結像パラメータの体系的変化および/または結像視野もしくはターゲット部分にわたる露光ドーズの体系的変化によるものとすることができる。
すべてのラインが公称幅よりも大きい幅を有する領域では、交互配置ラインを備えることによりダブルパターニングプロセスを完了させた後にラインとラインの間に短絡が発生する可能性が高くなりうる。太いラインのある領域内で短絡が生じるリスクを減らすために、交互配置されるラインは、第2の露光時に、好ましくは、公称幅よりも小さい幅を持つラインとして印刷される。実施形態のどれかのように、異なるトーンを持つレジストを第2の露光ステップで使用することにより、CD応答(つまり、マスクパターンフィーチャのサイズ誤差および/または印刷プロセス誤差に応じた、印刷ライン幅の偏差)は、第1の露光に関して逆転され、その結果、短絡が発生する可能性が実質的に低減される。
本文ではICの製造にリソグラフィ装置を使用することについて具体的参照を行う場合があるが、本明細書で説明されているリソグラフィ装置には、集積光学システム、磁気ドメインメモリの誘導および検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ(LCD)、薄膜磁気ヘッドなどの製造など、他の応用例のあることは理解されるであろう。当業者であれば、このような他の応用に関して、本明細書の「ウェーハ」または「ダイ」という用語の使用は、それぞれ「基板」または「ターゲット部分」というより一般的な用語の同義語であると考えられることを理解するであろう。本明細書で参照している基板は、露光前後に、例えばトラック(通常レジスト層を基板上に設け、露光したレジストを現像するツール)、メトロロジツール、および/またはインスペクションツール内で処理されるようにできる。該当する場合には、本明細書の開示をそのような基板処理ツールおよび他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば、多層ICを作製するために複数回処理することができ、したがって、本明細書で使用される基板という用語は、すでに複数の処理済み層を含む基板をも指すことができる。
光リソグラフィとの関連で本発明の実施例の使用について特に言及しているかもしれないが、本発明は、他の用途で使用することができ、また背景状況が許せば、光リソグラフィに限定されないことは理解されるであろう。
リソグラフィ装置は、基板の表面が比較的高い屈折率を持つ液体、例えば水に浸され、投影システムの最終要素と基板との間のスペースを埋める種類のものとすることもできる。液浸液は、さらに、例えば、パターニングデバイスと投影システムの第1要素との間の、リソグラフィ装置内の他のスペースにも与えることもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増やすための技術ものとしてよく知られている。
本明細書で使用されている「放射」および「ビーム」という用語は、紫外線(UV)放射を含む、あらゆる種類の電磁波放射(例えば、365、248、193、157、もしくは126nm、またはその辺りの波長を有する)および極単紫外線(EUV)(例えば、5〜20nmの範囲の波長を持つ)を包含する。
これまで本発明の特定の実施例を説明してきたが、本発明は説明した以外の方法でも実施することができることは理解されるであろう。どの実施形態でも、層114をBARCとする代わりに、最上層114は、例えば、無機下層反射防止コーティング、または基板上に配置されたハードマスクとすることができる。ハードマスクは、例えば、酸化物層またはSiONまたはSiNまたはTiNなどの窒化物の層とすることができる。第1の放射感応性材料を現像するために使用される現像液は、塩基性溶液であることは理解される。層114は、塩基の特性を有する現像液に対し感応性を有する任意の材料としてよい。
本発明は、上述のように方法を記述する機械読取可能命令の1つまたは複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、またはそのようなコンピュータプログラムを格納するデータ記憶媒体(例えば、半導体メモリ、磁気または光ディスク)の形を取りうる。特に、本発明の一実施形態によれば、コンピュータ読取可能媒体上に記録されている命令を含み、命令はリソグラフィセル800を制御してデバイス製造方法を実行するように適合される、コンピュータプログラムが実現され、方法は、次述の順序で、第1の放射感応性材料の層を基板Wの表面112に設け、この層を、表面から突出し、表面112の覆われていない部分により分離された第1および第2のフィーチャセグメントを含むパターン310で、パターニングし、表面の覆われていない部分に表面調整プロセス410を施して、表面への第2の放射感応性材料の第3のフィーチャセグメントの接着力を高め、第2の放射感応性材料の層を表面の覆われていない部分に設け、第2の放射感応性材料の層を、第1および第2のフィーチャセグメントに関して交互位置で配置され、表面112の覆われていない部分から突出している第3のフィーチャセグメントを含むパターン320で、パターニングし、第1、第2、および第3のフィーチャセグメントが組み合わせで所望のパターンの部分を与えることを含む。
上の説明は、例示的であることを意図しており、制限することを意図していない。したがって、当業者にとっては、特許請求の範囲から逸脱することなく、説明されている通りの本発明に対して修正を加えることができることは、明白であろう。
密ラインスペースパターンとして配列されているライン形状のフィーチャのレジストマスクが与えられた基板を示す図である。 本発明の一実施形態によるダブルパターニング法の一部であるステップの流れ図である。 本発明の一実施形態によるラインの第1の半密パターンの印刷の結果を示す図である。 本発明の一実施形態によるラインの第1の半密パターンに関する交互位置に配置されたラインの第2の半密パターンの印刷の結果を示す図である。 BARC表面調整ステップを含む本発明の一実施形態によるダブルパターニング法の流れ図である。 第1の現像への暴露の影響を受けるBARC表面の部分を含む、図1に例示されているようなラインの第1の半密パターンの印刷の結果を示す図である。 密ラインスペースパターンとして配列され、パターンの潰れを生じているライン形状のフィーチャのレジストマスクが実験的に与えられた基板を示す図である。 本発明の一実施形態による密ラインスペースパターンとして配列されたライン形状のフィーチャのレジストマスクが実験的に与えられた基板を示す図である。 トラック装置の一部である、BARC表面を調整するデバイスに接続されたリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を示す図である。

Claims (17)

  1. 基板の表面を少なくとも部分的に覆う第1の放射感応性材料の層を、前記表面から突出し、前記表面の覆われていない部分により分離されている第1および第2のフィーチャセグメントを含むパターンで、パターニングすること、
    第2の放射感応性材料の層を前記表面の前記覆われていない部分に設けること、
    前記第2の放射感応性材料の前記層を、前記第1および第2のフィーチャセグメントに対して交互位置に配置され、前記表面の前記覆われていない部分から突出し、前記第1および第2のフィーチャセグメントと組み合わせて所望のパターンの一部を与える第3のフィーチャセグメントを含むパターンで、パターニングすること
    を含み、さらに、
    前記第2の放射感応性材料の前記層を設ける前、前記第1の放射感応性材料の前記層をパターニングした後に、前記表面の前記覆われていない部分に表面調整プロセスを施して、前記表面への前記第3のフィーチャセグメントの接着を高めること
    を含むリソグラフィデバイス製造方法。
  2. 前記表面調整プロセスは、前記表面の前記覆われていない部分の極性、酸性度、または極性と酸性度を変える、請求項1に記載の方法。
  3. 前記表面調整プロセスは、前記基板を酸に曝すことを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記酸は、フッ化水素酸または酢酸である、請求項3に記載の方法。
  5. 前記表面調整プロセスは、前記基板をフッ化炭素ベースプラズマまたは水素含有フッ化炭素ベースプラズマに曝すことを含む、請求項2に記載の方法。
  6. 前記表面は、前記基板上に配置された下層反射防止コーティング、無機下層反射防止コーティング、またはハードマスクの表面である、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記第2の放射感応性材料は、前記第1の放射感応性材料のトーンと反対のトーンを有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記第1の放射感応性材料は、ポジティブトーナリティを有し、前記第2の放射感応性材料は、ネガティブトーナリティを有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記第2の放射感応性材料の前記層を施す前、および前記第1の放射感応性材料の前記層にパターンを形成した後に、前記基板をハードベークに曝すことをさらに含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記ハードベークは、200度Kを超える高温で実行される、請求項9に記載の方法。
  11. リソグラフィ装置、複数のプロセス装置、および前記リソグラフィ装置と前記プロセス装置の両方を制御するための制御ユニットを備え、前記複数のプロセス装置は、基板の表面の覆われていない部分への第2の放射線感応性材料の第3のフィーチャセグメントの接着を高めるように配置され、且つ第1の放射線感応性材料の第1および第2のフィーチャセグメント感応性フィーチャセグメントの間に配置された表面調整装置を備える、リソグラフィセル。
  12. 前記表面調整装置は、酸、フッ化水素酸、または酢酸の供給源に接続される、請求項11に記載のリソグラフィセル。
  13. 前記表面調整プロセスは、基板をフッ化炭素ベースプラズマまたは水素含有フッ化炭素ベースプラズマに曝す、請求項11に記載のリソグラフィセル。
  14. 前記表面調整装置は、前記リソグラフィ投影装置に接続され、前記リソグラフィ投影装置とともに使用するトラックに含まれる、請求項11から13のいずれか1項に記載のリソグラフィセル。
  15. 前記制御ユニットは、リソグラフィセルに方法を実行させる命令を格納している記憶媒体を備え、前記方法は、次述の順序で、
    第1の放射感応性材料の層を基板の表面に設け、
    前記表面から突出し、前記表面の覆われていない部分により分離される第1および第2のフィーチャセグメントを含むパターンで、前記層をパターニングし、
    前記表面の前記覆われていない部分に表面調整プロセスを施して、前記表面への第2の放射感応性材料の第3のフィーチャセグメントの接着を高め、
    前記第2の放射感応性材料の層を前記表面の前記覆われていない部分に設け、
    前記第2の放射感応性材料の前記層を、前記第1および第2のフィーチャセグメントに対して交互位置に配置され、前記表面の前記覆われていない部分から突出している前記第3のフィーチャセグメントを含むパターンで、パターニングし、前記第1、第2、および第3のフィーチャセグメントが組み合わせで所望のパターンの一部を与えること
    を含む、請求項11から14のいずれか1項に記載のリソグラフィセル。
  16. 前記第2の放射感応性材料は、前記第1の放射感応性材料のトーンと反対のトーンを有する、請求項15に記載のリソグラフィセル。
  17. コンピュータ読取可能媒体上に記録されている命令を含み、前記命令はリソグラフィセルを制御してデバイス製造方法を実行するように適合される、コンピュータプログラムであって、前記方法は、次述の順序で、
    第1の放射感応性材料の層を基板の表面に施し、
    前記表面から突出し、前記表面の覆われていない部分により分離される第1および第2のフィーチャセグメントを含むパターンで、前記層をパターニングし、
    前記表面の前記覆われていない部分に表面調整プロセスを施して、前記表面への第2の放射感応性材料の第3のフィーチャセグメントの接着を高め、
    前記第2の放射感応性材料の層を前記表面の前記覆われていない部分に設け、
    前記第2の放射感応性材料の前記層を、前記第1および第2のフィーチャセグメントに対して交互位置に配置され、前記表面の前記覆われていない部分から突出している前記第3のフィーチャセグメントを含むパターンで、パターニングし、前記第1、第2、および第3のフィーチャセグメントが組み合わせで所望のパターンの一部を与えること
    を含む、コンピュータプログラム。
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