JP2009534870A - パターン内の最小ピッチを短縮させる方法 - Google Patents

パターン内の最小ピッチを短縮させる方法 Download PDF

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Abstract

パターンの最小ピッチを短縮させる方法が開示される。基板上のフォトレジストがマスクを介して放射線に曝される。このマスクは或る間隔で相隔てられた造形部を有する。放射線に対する第１の被曝量、放射線に対する第２の被曝量、及び放射線に対する第３の被曝量を有するフォトレジスト部分群が作り出される。放射線に対する第１の被曝量を有するフォトレジスト部分が、第１のケミストリを用いて、基板から選択的に除去される。放射線に対する第２の被曝量を有するフォトレジスト部分が、第２のケミストリを用いて、基板から選択的に除去される。放射線に対する第３の被曝量を有するフォトレジスト部分は残存し、基板上にパターンを形成する。このパターンの造形部間の間隔は、マスクの造形部間の間隔の１／２以下である。

Description

本発明の実施形態は、概して、マイクロエレクトロニクスデバイスの製造方法の分野に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、マイクロエレクトロニクス基板上に作り出されるパターンのピッチを短縮させる方法に関する。
マイクロエレクトロニクスデバイス産業は、マイクロエレクトロニクス基板上にマイクロエレクトロニクスデバイス及び回路を画成するパターンを作り出すために、様々なリソグラフィ技術を使用する。これらのリソグラフィ技術は、マイクロエレクトロニクス基板（例えば、半導体基板）上に堆積された感光性材料（“フォトレジスト”）をパターニングするために使用される。パターンを含むマスクを透過した光がフォトレジストを照らす。一般的に、ポジトーン（以下、ポジ型）フォトレジストの場合、光に曝されたフォトレジスト領域は現像処理中に除去され、光に曝されていないフォトレジスト領域は基板上に残される。ネガトーン（以下、ネガ型）フォトレジストの場合、光に曝されていないフォトレジスト領域は現像処理中に除去され、光に曝されたフォトレジスト領域は基板上に残される。すなわち、フォトレジスト材料の選択的な光感受性により、マスクから基板にパターンを転写することが可能である。一般的に、リソグラフシステムによってマスクから基板に転写されるパターンに含まれる造形部群の中心間の最小間隔（“ピッチ”）によって、パターニング解像度が定められる。
概して、マスクから基板に転写されるパターンの最小ピッチは、例えば位相シフトマスクやオフアクシス照明などの解像度向上法を用いた場合であっても、リソグラフィに使用されるパターニングツールの実効的な開口数で光の波長を割った値に比例する。一般的に、既存のリソグラフィツールを用いて物理的に達成可能な最小ハーフピッチ（“Ｌｍｉｎ”）は：
Ｌｍｉｎ＝０．２５λ／ＮＡ （１）
であると認められる。ただし、λは光の波長であり、ＮＡはパターニングツールの実効的な開口数である。最小ピッチを短縮し一層小さいパターン形状をプリントするための一手法は、基板上にパターン像を投影することに一層短い露光波長を用いることである。例えば、極端紫外線リソグラフィ（“ＥＵＶＬ”）は、このようなリソグラフィ技術の１つであり、１００ｎｍ未満の寸法の形状をプリントすることを可能にするおよそ１０ｎｍから１４ｎｍの範囲にある短い波長の放射線（“光”）を使用する。最小ピッチを短縮し一層小さいパターン形状をプリントするための別の一手法は、一層高い実効開口数を有するパターニングツールを用いることである。
図１Ａ−１Ｂは、ポジ型フォトレジストを用いる一般的なリソグラフィパターニング法を示している。図１Ａに示すように、基板１０１上にポジ型フォトレジスト１０２が堆積される。フォトレジスト１０２はマスク１０３を介して光１０７に曝される。マスク１０３は、図１Ａに示すように、透明部分１０４とパターンを形成する不透明な造形部１０８とを有する。不透明な造形部１０８の間隔（ピッチ）１０９を図１Ａに示す。透明部分１０４は光１０７をフォトレジスト１０２へと透過させる。不透明な造形部１０８は光１０７がフォトレジスト１０２へと透過されることを妨げる。図１Ａは、光１０７に曝される部分１０５と光１０７に曝されない部分１０６とを有するフォトレジスト１０２を示している。図１Ａに示すように、マスク造形部１０８はフォトレジスト１０２上に結像され、対応するフォトレジスト造形部１０６を作り出す。
図１Ｂは、ポジ型フォトレジスト１０２の露光部１０５を除去した後の、図１Ａと同様の図である。図１Ｂに示すように、非露光部１０６は基板１０１上に残存し、マスク１０３から基板１０１に転写されたパターンを形成する。図１Ａ−１Ｂに示すように、マスク造形部１０８はフォトレジスト１０２上に結像され、対応するフォトレジスト造形部（部分１０６）を作り出す。図１Ａ−１Ｂに示すように、部分１０６間のピッチ１１０はマスク１０３の造形部１０８間のピッチ１０９によって決定される。
図２Ａ−２Ｂは、ネガ型フォトレジスト２０２を用いる一般的なリソグラフィパターニング法を示している。図２Ａに示すように、基板２０１上にネガ型フォトレジスト２０２が堆積される。フォトレジスト２０２はマスク２０３を介して光２０７に曝される。マスク２０３は、図２Ａに示すように、パターンを形成する透明部分２０４と不透明部分２０８とを有する。透明部分２０４の間隔（ピッチ）２０９を図２Ａに示す。透明部分２０４は光２０７をフォトレジスト２０２へと透過させる。不透明部分２０８は光２０７がフォトレジスト２０２へと透過されることを妨げる。図２Ａは、光２０７に曝される部分２０５と光２０７に曝されない部分２０６とを有するフォトレジスト２０２を示している。図２Ａに示すように、マスク造形部２０４はフォトレジスト２０２上に結像され、対応するフォトレジスト造形部２０５を作り出す。
図１Ｂは、ネガ型フォトレジスト２０２の非露光部２０６を除去した後の、図２Ａと同様の図である。図２Ｂに示すように、露光部２０５は基板２０１上に残存し、マスク２０３から基板２０１に転写されたパターンを形成する。図２Ａ−２Ｂに示すように、マスク造形部２０４はフォトレジスト２０２上に結像され、対応するフォトレジスト造形部（部分２０５）を作り出す。図２Ａ−２Ｂに示すように、部分２０５間のピッチ２１０はマスク２０３の造形部２０４間のピッチ２０９によって決定される。
本発明は、パターン内の最小ピッチを短縮させる方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に従った方法は、１つ以上の第１フォトレジスト部分、１つ以上の第２フォトレジスト部分、及び１つ以上の第３フォトレジスト部分を形成するよう、マスクを用いて、基板上に形成されたフォトレジストを放射線に曝す工程を含む。当該方法は更に、第１のケミストリを用いて、基板から前記１つ以上の第１フォトレジスト部分を除去する工程、及び第２のケミストリを用いて、基板から前記１つ以上の第２フォトレジスト部分を除去する工程を含む。
以下の説明においては、本発明の１つ以上の実施形態の完全な理解を提供するため、具体的な材料、素子寸法、例えば温度、圧力、時間及び波長などの処理条件といった数多くの具体的詳細事項を説明する。しかしながら、当業者に明らかなように、本発明のこれら１つ以上の実施形態は、これらの具体的詳細事項を用いずに実施されてもよい。また、半導体製造プロセス、技術、材料、装置などについては、この開示をいたずらに不明瞭にしないよう、詳細には説明しない。当業者は、ここでの説明を受けて、過度な実験を行うことなく適当な機能を実現することができるであろう。
本発明の一定の典型的な実施形態を説明し、添付の図面に示すが、理解されるべきことには、このような実施形態は単に例示的なものであり、本発明を限定するものではない。また、当業者によって様々な変更が想到されることになり、本発明はここで示され説明される特定の構造及び構成に限定されるものではない。
この明細書全体を通して、“一実施形態”、“他の一実施形態”又は“或る実施形態”への言及は、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。故に、この明細書を通して様々な箇所で“一実施形態において”又は“或る一実施形態において”という言い回しが現れることは、必ずしも、全てが同一の実施形態について言及しているわけではない。また、このような特定の特徴、構造又は特性は１つ以上の実施形態において好適に組み合わされてもよい。
さらに、発明的態様は単一の開示形態に含まれる全ての特徴のうちの一部にある。故に、添付の特許請求の範囲はこの詳細な説明に明白に組み込まれるものであり、各請求項は本発明の別々の実施形態として自立したものである。本発明は幾つかの実施形態に関して説明されるが、当業者が認識するように、本発明はここで説明される実施形態に限定されるものではなく、添付の請求項の精神及び範囲内で変更及び改変を加えて実施され得るものである。従って、ここでの説明は限定的なものではなく例示的なものと見なされるべきである。
所与のリソグラフィツール及びマスクの場合に基板上に転写し得るパターンに関し、その最小ピッチを短縮させる方法を説明する。１／２のリソグラフィピッチを達成するため、例えばフォトレジストといった露光された感光性材料上で、複数の化学的処理を用いる。
基板上のフォトレジストはマスクを介して放射線に曝される。第１の放射線被曝量、第２の放射線被曝量及び第３の放射線被曝量を有するフォトレジスト部分群が作り出される。第１の放射線被曝量を有するフォトレジスト部分は、第１のケミストリ（chemistry）を用いて基板から選択的に除去される。第２の放射線被曝量を有するフォトレジスト部分は、第２のケミストリを用いて基板から選択的に除去される。第３の放射線被曝量を有するフォトレジスト部分は基板上に残存し、造形部を有するパターンを形成する。基板上に形成されたパターンに含まれる造形部間の間隔は、マスクの造形部間の間隔の１／２以下である。
図３は、本発明の一実施形態に従ってマスクから基板上に転写されたパターンを示している。基板３０１上に堆積されたフォトレジスト３０２が、マスク３０３を用いて、リソグラフィシステム（図示せず）の放射線源からの放射線３２０に曝される。マスク３０３は、図３に示すように、周期的に（“ピッチ”）３０９の間隔で配置された不透明な造形部３１０と透明部分３０４とを有する。一実施形態において、フォトレジスト３０２はポジ型フォトレジストである。他の一実施形態において、フォトレジスト３０２はネガ型フォトレジストである。フォトレジスト３０２は基板３０１上に、例えば、スピンコーティングとその後の、典型的に９０−１５０℃の範囲内の温度で６０−１２０秒にわたる、露光前ベークとによって形成され得る。基板上にフォトレジストを堆積する工程は、マイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に既知である。露光はフォトレジスト３０２に化学変化を生じさせる。一般的に、ポジ型フォトレジストは、露光によって脱保護されたもの（deprotected）になるポリマーを有する。一実施形態において、露光によりポジ型フォトレジスト内で酸が生成され、この酸がポジ型フォトレジストの溶解性を変化させる。すなわち、ポジ型フォトレジストの溶解性は露光と酸の存在との双方に起因して変化する。ネガ型フォトレジストの場合、露光によりポリマー分子の架橋結合が得られ、この架橋結合がネガ型フォトレジストの溶解性を変化させる。ネガ型フォトレジストはまた、該ネガ型フォトレジストの溶解性に影響を及ぼす酸を含有していてもよい。
図３は、放射線被曝量のプロファイル３０５と、マスク３０３及びリソグラフィシステムの放射線３２０によってフォトレジスト３０２内に生成される応答プロファイル３０６とを示している。図３に示すように、透明部分３０４に対応する部分３１２は高い放射線被曝量３２０を受け、不透明な造形部３１０に対応する部分３１３は低い放射線被曝量を受け、そして、不透明な造形部３１０の端部に対応する部分３１４は中間の放射線被曝量３２０を受ける。図３に示すように、フォトレジスト３０２の部分３１２のプロファイル３０６は高い側の閾値３０８より高く、部分３１３のプロファイル３０６は低い側の閾値３０９より低く、そして、部分３１４のプロファイル３０６は低い側の閾値３０９と高い側の閾値３０８との間である。
一実施形態において、プロファイル３０６は、ポジ型フォトレジスト３０２内の脱保護されたポリマーの化学的濃度であり、これは図３に示すように放射線被曝量３０５に比例する。他の一実施形態において、プロファイル３０６はフォトレジスト内の酸濃度であり、これは放射線被曝量に比例する。他の一実施形態において、ネガ型フォトレジストの場合において、プロファイル３０６は架橋結合されたポリマーの濃度であり、これは図３に示すように放射線被曝量３０５に比例する。他の一実施形態において、プロファイル３０６はネガ型フォトレジスト３０２内の平均ポリマー分子量であり、これは図３に示すように放射線被曝量３０５に比例する。
一実施形態において、高い側の閾値３０８は、第１のケミストリがフォトレジストに適用されるときの、フォトレジスト３０２の溶解性の第１の閾値に対応する。一実施形態において、低い側の閾値３０９は、更に詳細に後述するように、第２のケミストリがフォトレジストに適用されるときの、フォトレジスト３０２の溶解性の第２の閾値に対応する。一実施形態において、高い放射線被曝量３０５を有する透明部分３０４に対応するフォトレジスト３０２の部分３１２は、第１のケミストリを用いて基板３０１から選択的に除去される。低い放射線被曝量３０５を有するフォトレジスト３０２の部分３１３は、第２のケミストリを用いて基板３０１から選択的に除去される。中間の被曝量３２０を有する不透明な造形部３１０の端部に対応する部分３１４は、図３に示すように、基板３０１上にそのまま残存する。異なるケミストリを用いてフォトレジスト３０２の部分３１２及び３１３を選択的に除去し、その一方で部分３１４を基板３０１上にそのまま残存させる工程については、図４に関連して更に詳細に後述する。
一実施形態において、フォトレジスト３０２の部分３１２では、フォトレジスト３０２内の酸濃度のプロファイル３０６は高い側の酸濃度閾値３０８より高い。一実施形態において、高い側の酸濃度閾値３０８は、フォトレジスト３０２の酸レベルの溶解性の閾値である。例えば、ポジ型フォトレジスト３０２内の酸濃度が酸濃度の高い側の閾値より高い場合、図４に関連して更に詳細に後述するように、ポジ型フォトレジストは第１のケミストリが適用されるときに溶解性になる。一実施形態において、低い放射線被曝量３０５を有する不透明な造形部３１０に対応するフォトレジスト３０２の部分３１３は、図３に示すように、低い側の酸濃度閾値３０９より低い酸濃度のプロファイル３０６を有する。一実施形態において、低い側の酸濃度閾値３０９は、フォトレジスト３０２の酸レベルの溶解性の別の１つの閾値である。例えば、ポジ型フォトレジスト３０２内の酸濃度が酸濃度の低い側の閾値より低い場合、図４に関連して更に詳細に後述するように、このフォトレジストは第２のケミストリが適用されるときに溶解性になる。一実施形態において、ポジ型フォトレジスト３０２は、クリアフィールド酸濃度のおよそ３０％−６０％の範囲内にある高い側の酸濃度閾値と、クリアフィールド酸濃度のおよそ１０％−２５％の範囲内にある低い側の酸濃度閾値とを有する。一実施形態において、クリアフィールド酸濃度は、放射線に完全に曝されたフォトレジストの酸濃度として定義される。他の一実施形態において、クリアフィールド酸濃度は、全ての光酸発生（PhotoAcid Generation；ＰＡＧ）物質が放射線と反応して酸種（acid species）を生成したときの酸濃度として定義される。造形部３１０の端部からの光３２０の回折のため、中間放射線被曝量の部分３１４が図３に示すように作り出される。一実施形態において、中間の放射線被曝量３０５を有するフォトレジスト３０２の部分３１４は、高い側の酸濃度閾値３０８と低い側の酸濃度閾値３０９との間の酸濃度を有する。高い放射線被曝量の部分３１２は、図４に関連して更に詳細に後述するように、第１のケミストリを用いて基板から選択的に除去される。低い放射線被曝量の部分３１３は、図４に関連して更に詳細に後述するように、第２のケミストリを用いて基板から選択的に除去される。中間放射線被曝量の部分３１４は、基板３０１上に残存し、マスク３０３及びリソグラフィシステムによって転写されたパターンを形成する。
図３に示すように、１つのマスク造形部３１０ごとに２つのフォトレジスト造形部（部分３１４）が作り出され、それにより、基板３０１上のパターン形状の数は２倍になる。結果として、フォトレジスト造形部群（中間被曝量の部分３１４）の中心の間隔（“ピッチ”）３１０は、図３に示すように、マスク３０３の造形部群３１０の間隔の１／２になる。
図４は、本発明の一実施形態に従って基板４０１上に堆積されたフォトレジスト４０２を示している。一実施形態において、基板４０１は、例えば単結晶シリコン、ゲルマニウム、及び何らかのその他の半導体などの半導体を含む。代替実施形態において、基板４０１は集積回路、受動マイクロエレクトロニクスデバイス（例えば、キャパシタ、インダクタ）、及び能動マイクロエレクトロニクスデバイス（例えば、トランジスタ、光検出器、レーザ、ダイオード）の何れかを製造するための何らかの材料を有する。基板４０１は、上記のような能動マイクロエレクトロニクスデバイス及び受動マイクロエレクトロニクスデバイスを、それらの頂部に形成された１つ又は複数の導電層から分離する絶縁材料を含んでいてもよい。一実施形態において、基板４０１は、例えば二酸化シリコン、窒化シリコン、サファイア及びその他の絶縁材料といった１つ以上の絶縁層を含むｐ型単結晶シリコン（“Ｓｉ”）基板である。フォトレジスト４０２はスピンコーティングによって基板４０１上に形成され得る。一実施形態において、フォトレジスト４０２はおよそ０．００１μｍから０．５μｍの範囲内の厚さで基板４０１上に形成される。基板上にフォトレジストを堆積する工程は、マイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に既知である。次に、フォトレジスト４０２はフォトレジスト材料を基板４０１上に凝固させるようにベークされる。一実施形態において、基板４０１上のフォトレジスト４０２は、およそ９０℃から１８０℃の範囲内の温度で、およそ５０−１２０秒にわたってベークされる。
一実施形態において、フォトレジスト４０２はポジ型フォトレジストである。他の一実施形態において、フォトレジスト４０２はネガ型フォトレジストである。一実施形態において、フォトレジスト４０２は極端紫外線リソグラフィ（“ＥＵＶＬ”）用のフォトレジストである。一実施形態において、フォトレジスト４０２はフッ素ポリマーを含む。他の一実施形態において、フォトレジスト４０２はシリコン含有ポリマーを含む。一実施形態において、フォトレジスト４０２は、フォトレジストが放射線に曝されるときに酸性基を提供するよう、ヒドロキシスチレン及び／又はアクリル酸モノマーを含む。一般的に、フォトレジスト４０２の材料の選択は、具体的なマイクロエレクトロニクスデバイスのプロセス適用に依存する。例えば、フォトレジスト４０２の材料の選択は、所与の放射線波長におけるフォトレジストの透過特性に依存する。代替実施形態においては、フォトレジスト４０２は、例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ及び１３ｎｍである放射線波長に対して最適化される。一実施形態において、フォトレジスト４０２は、例えば日本の住友化学社から供給されるＰＡＲＸＸＸや、日本のＪＳＲ社から供給されるＡＲＸＸＸＪＮ及びＡＲＸＸＸＸＪといった、１９３ｎｍ用フォトレジストである。他の一実施形態において、フォトレジスト４０２は、以前はシプレイ（Shipley）社として知られていた米国のローム・アンド・ハース（Rohm and Haas Electronic Materials）社からのａｐｅｘ−ｅ、日本の東京応化工業（ＴＯＫ）社からのＴＯＫＸＸＸを含む２４８ｎｍ用フォトレジストである。他の一実施形態において、フォトレジスト４０２は２４８ｎｍ用フォトレジスト及び１３ｎｍ用フォトレジストである。
図４Ｂは、マスクを介して放射線に曝された、基板上に堆積されたフォトレジストを示す、図４Ａと同様の図である。図４Ｂに示すように、マスク４０３は、放射線４０７がフォトレジスト４０２へと透過されることを妨げる不透明な造形部４１０と、放射線をフォトレジスト４０２へと透過させる透明部分４０４とを有する。一実施形態において、マスク４０３はＥＵＶマスクである。一般的に、極紫外線はほぼ全ての材料で吸収されるため、ＥＵＶＬで使用されるマスクは反射マスクである。反射マスクは、パターンをウェハ上に転写するよう、一定領域では放射線を反射し、マスクのその他の領域では放射線を吸収する。典型的なＥＵＶＬ反射マスクブランクは、光の反射率を最大化するように基板上にシリコン層とモリブデン層とを交互に堆積して成るミラーを含む。ＥＵＶＬマスクブランクのミラーは吸収材料の層でコーティングされる。この吸収材料はＥＵＶＬマスクを作り出すために特定の方法でパターニングされる。ＥＵＶＬマスクはマイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に既知である。
一実施形態において、マスク４０３はバイナリマスク又はクロム・オン・ガラス・マスクである。他の一実施形態において、マスク４０３は交互配置型位相シフトマスクである。交互配置型位相シフトマスクは、マスクの隣接し合う部分（開口部）間に半波長の位相差を作り出すようにエッチングされた部分を有する。更なる他の一実施形態において、マスク４０３は、膜を用いて該膜を通過する光とマスク基板上の何もない（クリア）領域のみを通過する光との間に半波長の位相差と透過率の差とを作り出す組込型位相シフトマスク（減衰型位相シフトマスク又はハーフトーン型位相シフトマスクとしても知られる）である。
放射線（“光”）４０７はリソグラフィシステム（図示せず）の放射線源から供給される。このリソグラフィシステムは、マイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に知られた如何なるステッパー又はスキャナーともし得る。リソグラフィシステムは、例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ及び１３ｎｍといった放射線波長を用いる、如何なる種類のシステムであってもよい。マスク４０３は、例えば、直交入射光や、環状照射、四極子照射及び双極子照射などの軸外照射光で照らされることができる。これらの照射法及びマスクを用いたフォトレジストの露光法は、マイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に既知である。
図４に示すように、マスク４０３を用いて伝えられる放射線４０７は、フォトレジスト４０２内に１つ以上の部分４０５、１つ以上の部分４０６及び１つ以上の部分４０８を形成する。図４Ａに示すように、マスク４０３の不透明な造形部４１０に対応する部分４０６は放射線４０７に対して低い被曝量を有し、マスク４０３のクリア部分４０４に対応する部分４０５は放射線４０７に対して高い被曝量を有し、マスク４０３の不透明な造形部４１０の端部に対応する部分４０８は放射線４０７に対して中間の被曝量を有する。中間放射線被曝量の部分４０８は、造形部４１０の端部からの放射線４０７の回折によって作り出される。一実施形態において、マスク４０３を用いて入射放射線４０７の１００％がフォトレジスト４０２へと透過される場合、フォトレジスト４０２の放射線被曝量は１であり、入射放射線４０７の０％がフォトレジスト４０２へと透過される場合、フォトレジスト４０２の放射線被曝量は０である。一実施形態において、高い放射線被曝量のフォトレジスト部分４０５は入射放射線４０７の約０．５（５０％）以上を受け、低い放射線被曝量のフォトレジスト部分４０６は入射放射線４０７の約０．１５（１５％）未満を受け、中間放射線被曝量のフォトレジスト部分４０８は入射放射線４０７の約０．１５（１５％）から約０．５（５０％）を受ける。一実施形態において、放射線４０７に対する高い被曝量は、フォトレジスト４０２の部分４０５内の酸濃度を、高い側の酸濃度閾値より高いレベルまで増大させる。この高い側の濃度閾値は、フォトレジスト４０２の溶解性の第１の閾値である。一実施形態において、ポジ型フォトレジスト４０２の部分４０５内の酸濃度が該フォトレジストの溶解性の第１の閾値（例えば、酸濃度の閾値）より高いレベルまで増大すると、更に詳細に後述するように、ポジ型フォトレジストの部分４０５は第１のケミストリが適用されるとき溶解性になる。他の一実施形態において、ポジ型フォトレジスト４０２の部分４０５内の脱保護されたポリマーの化学的濃度が該フォトレジストの溶解性の第１の閾値（例えば、酸濃度の閾値）より高いレベルまで増大すると、更に詳細に後述するように、ポジ型フォトレジスト部分４０５は第１のケミストリが適用されるとき溶解性になる。更なる他の一実施形態において、ネガ型フォトレジスト４０２の部分４０５内の架橋結合されたポリマーの濃度が該フォトレジストの溶解性の第１の閾値より高いレベルまで増大すると、更に詳細に後述するように、ネガ型フォトレジスト部分４０５は第１のケミストリが適用されるとき溶解性になる。更なる他の一実施形態において、ネガ型フォトレジスト４０２の部分４０５内の平均ポリマー分子量が該フォトレジストの溶解性の第１の閾値より高いレベルまで増大すると、更に詳細に後述するように、ネガ型フォトレジスト部分４０５は第１のケミストリが適用されるとき溶解性になる。
ポジ型フォトレジスト４０２の低放射線被曝部分４０６において、酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度は、該フォトレジストの溶解性の低い側の閾値（例えば、酸濃度の閾値）より低い。ポジ型フォトレジスト部分４０６は、更に詳細に後述するように、第２のケミストリが適用されるとき溶解性になる。他の一実施形態において、ネガ型フォトレジスト４０２の部分４０６内の架橋結合されたポリマーの濃度及び／又は平均ポリマー分子量が、該フォトレジストの溶解性の第２の閾値より低いとき、ネガ型フォトレジスト部分４０６は、更に詳細に後述するように、第２のケミストリが適用されるとき溶解性になる。
典型的に、第１の溶解性閾値及び第２の溶解性閾値はフォトレジストの材料によって決定される。中間放射線被曝量のフォトレジスト部分４０８は、およそ第１の溶解性閾値と第２の溶解性閾値との間の酸濃度を有する。すなわち、中間放射線被曝量のフォトレジスト部分４０８は、第１のケミストリ及び第２のケミストリがフォトレジスト４０２に適用されるとき溶解性ではない。次に、露光されたフォトレジスト４０２は、光誘起化学変化を促進させるためにベークされる。一実施形態において、露光されたフォトレジスト４０２は、およそ６０℃から１５０℃の範囲内の温度で約５０−１２０秒にわたってベークされる。
図４Ｃは、高い放射線被曝量のフォトレジスト部分４０５を第１のケミストリを用いて基板４０１から選択的に除去した後の、図４Ｂと同様の図である。一実施形態において、ポジ型フォトレジスト４０２の部分４０５を選択的に除去するための第１のケミストリは、例えばアルカリ、アミン等の塩基を含む。一実施形態において、ポジ型フォトレジスト４０２の部分４０５を選択的に除去するための第１のケミストリは、水酸化テトラメチルアンモニウム（“ＴＭＡＨ”）を含む。一実施形態において、基板４０１上にポジ型フォトレジスト４０２を含むウェハが、溶解性部分４０５を除去するために第１のケミストリを含む現像液に浸漬され、その後、乾燥される。溶解性部分を除去するために現像液中でフォトレジスト４０２を現像する工程は、マイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に既知である。一実施形態において、半導体基板４０１上に形成され露光されたポジ型ＥＵＶ用フォトレジスト４０２が、高い酸濃度の部分４０５を選択的に除去するため、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（“ＴＭＡＨ”）等の液体の現像液中で、約５０秒と１００秒との間の時間にわたって室温且つ室内圧力で現像される。図４Ｃに示すように、低い放射線被曝量の部分４０６及び中間放射線被曝量の部分４０８は、第１のケミストリを用いてフォトレジスト４０２を現像した後も、基板４０１上に残存する。
図４Ｄは、低い放射線被曝量のフォトレジスト部分４０６を第２のケミストリを用いて基板４０１から選択的に除去した後の、図４Ｃと同様の図である。一実施形態において、ポジ型フォトレジスト４０２の部分４０６を基板４０１から選択的に除去するための第２のケミストリは、例えば超臨界（supercritical）ＣＯ２溶液（“ｓｃＣＯ２”）等の超臨界溶液（“流体”）を含む。超臨界流体は、例えば気体の拡散率に匹敵する高い拡散率や、圧力及び温度の条件を操作することによって制御可能な液体のような密度などの、独特の特性を有する。超臨界溶液による現像は、概して、最高の性能を達成するように圧力及び温度が調整された、超臨界流体を有する高圧チャンバー内に、フォトレジストを配置することを含む。超臨界流体は、現像処理を改善するその他の材料を含んでいてもよい。例えば、ｓｃＣＯ２溶液はＣＯ２と相溶性の塩（ＣＯ２ compatible salt；ＣＣＳ）錯体を含んでいてもよい。ＣＯ２と相溶性の塩錯体は、例えば、一般式Ｌ３ＲＮ＋Ｘ−を有する全てのアンモニウム塩である。ただし、少なくとも１つのＬは例えばシロキサン基又はフルオロアルキル基などのＣＯ２と相溶性の基を含み、Ｒは短鎖（Ｃ６以下）炭化水素であり、Ｘはヨウ化物、水酸化物及びカルボン酸塩から成るグループから選択される陰イオンである。一実施形態において、ＣＣＳ錯体は、非対称の陽イオン及びカルボン酸陰イオンを含むＬ３ＭｅＮ＋Ｃ−（Ａ）である。塩に加えて、例えばエタノールといったその他の物質がＣＯ２と混合されてもよい。一実施形態において、基板４０１上にフォトレジスト４０２を含むウェハが、フォトレジスト現像チャンバー（図示せず）内に配置される。フォトレジスト現像チャンバーは昇圧される。一般的に、チャンバー内の圧力を変化させることによって、チャンバーに入る気体の種類及び量を制御することが可能である。例えば二酸化炭素といった気体が圧力下でチャンバーに入れられる。現像処理中の化学反応に触媒作用を及ぼすため、例えばＣＯ２と相溶性の塩など、その他の物質が上記気体に付加されてもよい。これらの物質は、上記気体に先立って、あるいは上記気体とともに、の何れでチャンバー内に付加されてもよい。一実施形態において、基板４０１上のポジ型フォトレジスト４０２は、基板４０１から部分４０６を除去するため、ＣＯ２と相溶性の塩を用いて超臨界ＣＯ２溶液中で現像される。一実施形態において、ＣＯ２と相溶性の塩が周囲条件にて、基板４０１上にフォトレジスト４０２を有するウェハを収容したチャンバー内に付加され、その後、ＣＯ２ガスが例えば４０００ｐｓｉといった所定の圧力下でチャンバー内に付加される。ＣＣＳは所定の圧力下でＣＯ２の付加を受けて即座に分解し、超臨界ＣＯ２溶液を形成する。一実施形態において、ＣＯ２中のＣＣＳの濃度は約１ミリモル（“ｍＭ”）から約２０ｍＭの間である。典型的に、超臨界ＣＯ２溶液は、部分４０６を除去するためのフォトレジスト４０２の現像中に液体のように作用する。例えば３分といった所定時間にわたるフォトレジスト４０２の現像後、超臨界ＣＯ２溶液は減圧され、再びＣＯ２ガスになる。チャンバーは純粋なＣＯ２で洗い流され、フォトレジスト４０２とｓｃＣＯ２との間での化学的相互作用による生成物が基板４０１から除去される。一実施形態において、単結晶シリコンから成る基板４０１から部分４０６を除去するための、ＣＯ２と相溶性の塩を用いた超臨界ＣＯ２溶液中でのポジ型フォトレジスト４０２の現像は、チャンバー内の圧力がおよそ２０００ｐｓｉから８０００ｐｓｉの範囲内にあり且つ温度がおよそ４０℃から１００℃の範囲内にあるときに行われる。現像時間は約１分から約１０分とし得る。他の一実施形態において、単結晶シリコンから成る基板４０１から部分４０６を除去するための、ＣＯ２と相溶性の塩を用いた超臨界ＣＯ２溶液中でのポジ型フォトレジスト４０２の現像は、チャンバー内の圧力が約４０００ｐｓｉにあり且つ温度が約５０℃であるときに、約３分にわたって行われる。
他の一実施形態において、ネガ型フォトレジスト４０２の高い被曝量部分４０５を除去するための第１のケミストリはｓｃＣＯ２溶液を含む。ＣＯ２と相溶性の塩を含有するｓｃＣＯ２溶液が、ポジ型フォトレジストに関して上述したのと同様にして、ネガ型フォトレジストに適用され得る。他の一実施形態において、ネガ型フォトレジスト４０２の低い被曝量部分４０６を選択的に除去するための第２のケミストリは、例えばアルカリ、アミン等の塩基を含む。他の一実施形態において、ネガ型フォトレジスト４０２の低い被曝量部分４０６を除去するための第２のケミストリはＴＭＡＨを含む。ネガ型フォトレジストの低い被曝量部分を現像する工程は、マイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に既知である。
図４Ｄに示すように、高い被曝量のフォトレジスト部分及び低い被曝量のフォトレジスト部分は、中間の被曝量のフォトレジスト部分４０７のみが基板４０１上に残存するように、選択的に除去される。
各マスク造形部の像は、低い光強度から高い光強度へと移行する遷移領域を２つ有するため、得られるレジストパターンはマスクパターンに対して２倍の数の造形部を有することになる。図４Ｄに示すように、マスク４０３の不透明な造形部４１０とクリア部分４０４との間での１つの光強度変化ごとに、２つのフォトレジスト造形部（部分４０７）が生成される。
部分４０７のピッチ４１２は、図４Ｄに示すように、マスク４０３の造形部４１０のピッチ４０９の１／２以下である。一実施形態において、中間の光強度の部分４０７のピッチ４１２は、およそ５ｎｍから３０ｎｍの範囲内である。図４Ｃ及び４Ｄに関連して上述した、第１のケミストリを用いて高い放射線被曝量の部分４０５を選択的に除去し、且つ第２のケミストリを用いて低い放射線被曝量の部分４０６を選択的に除去する２つの現像処理の順序は、得られるパターンを変化させることなく入れ替え可能である。一実施形態において、低い放射線被曝量の部分４０６を基板４０１から除去する前に、高い放射線被曝量の部分４０５が基板４０１から選択的に除去される。他の一実施形態において、低い放射線被曝量の部分４０６を基板４０１から除去した後に、高い放射線被曝量の部分４０５が基板４０１から選択的に除去される。
図５Ａ−５Ｂは、多様な寸法を有するパターン形状を形成する一実施形態を示している。図５Ａは、本発明の一実施形態に従って、中間の透過特性を有するマスクを用いて、基板上のフォトレジストに中間の強度を有する像を形成する手法を示している。図５Ａに示すように、マスク５０３は、不透明な造形部５０４、クリア部分５０５、及びクリア部分５０５間の中間透過率の造形部５０６を有している。マスク５０３及びリソグラフィシステムの放射線５２０によって基板５０１上のフォトレジスト５０２に作り出される放射線被曝量のプロファイル５１０を図５Ａに示す。高い放射線被曝量に相当するクリア部分５０５に対応するポジ型フォトレジスト５０２の部分５０７は、図５Ａに示すように、第１の閾値５１２より高い酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。低い放射線被曝量を有する不透明な造形部５０４に対応するポジ型フォトレジスト５０２の部分５０８は、図５Ａに示すように、第２の閾値５１１より低い酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。不透明な造形部５０４の端部に対応するフォトレジスト５０２の部分５０９及び中間の透過特性５０６に対応するフォトレジスト５０２の部分５１３は、中間の放射線被曝量を有し、図５Ａに示すように、第１の閾値５１２と第２の閾値５１１との間の酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。第１及び第２の閾値５１２及び５１１については、図３及び４に関連して上述した。
一実施形態において、中間透過率のマスク造形部５０６は、入射放射線５２０の一部のみを透過させる材料を含み、その結果、部分５１３の放射線被曝量は入射放射線５２０の約０．１５から約０．５の間である。このような材料はマイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に既知である。一実施形態において、高い放射線被曝量のフォトレジスト部分５０７は入射放射線５２０の約０．５以上を受け、低い放射線被曝量のフォトレジスト部分５０８は入射放射線５２０の約０．１５未満を受け、中間放射線被曝量のフォトレジスト部分５０９及び５１３は入射放射線５２０の約０．１５から約０．５の間を受ける。次に、露光されたフォトレジスト５０２は、図３−４に関連して上述したように、光誘起化学反応を促進させるためにベークされる。
図５Ｂは、図３及び４に関連して上述したように、露光された高い放射線被曝量のフォトレジスト部分５０７を第１のケミストリを用いて基板５０１から選択的に除去し、且つ露光された低い放射線被曝量のフォトレジスト部分５０８を第２のケミストリを用いて基板５０１から選択的に除去した後の、図５Ａと同様の図である。図５Ｂに示すように、図３及び４に関連して上述したようにマスク造形部５０４の端部での放射線の回折によって中間の放射線被曝量の部分５０９から、基板５０１上にパターン形状が作り出されるとともに、中間透過率のマスク造形部５０６によって生成された中間の放射線被曝量の部分５１３から、基板５０１上に大きい形状が作り出される。斯くして、多様な寸法を有するレジスト造形部を基板５０１上にパターニングすることができる。
図５Ｂに示すように、部分５０９のピッチ５１４は造形部５０４のピッチ５１６の１／２以下である。一実施形態において、ピッチ５１４は約２０ｎｍから約８０ｎｍの間である。一実施形態において、部分５１３の寸法５１７は、マスク５０３の中間透過率の造形部５０６の寸法５１９を変化させることによって調節される。一実施形態において、部分５０９の寸法５１８は３０ｎｍ未満であり、部分５１３の寸法５１７は４０ｎｍ以上である。
マイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に認識されるように、図５Ａ−５Ｂに関連して上述した方法は、図４に関連して上述した第１のケミストリ及び第２のケミストリを用いて、ネガ型フォトレジストでも同様に使用され得る。
図６Ａ−６Ｂは、多様な寸法を有するパターン形状を形成する他の一実施形態を示している。図６Ａは、本発明の他の一実施形態に従って、中間の透過特性を有するマスクを用いて、基板上のフォトレジストに中間の強度を有する像を形成する手法を示している。図６Ａに示すように、マスク６０３は、不透明な造形部６０４、クリア部分６０５、及び不透明な造形部６０４間の中間透過率領域６０６を有している。マスク６０３及びリソグラフィシステムの放射線６２０によって基板６０１上のフォトレジスト６０２に作り出される放射線被曝量及び酸濃度のプロファイル６１０を図６Ａに示す。高い放射線被曝量に相当するクリア部分６０５に対応するポジ型フォトレジスト６０２の部分６０７は、図６Ａに示すように、第１の閾値６１２より高い酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。低い放射線被曝量を有する不透明な造形部６０４に対応するポジ型フォトレジスト６０２の部分６０８は、図６Ａに示すように、第２の酸濃度閾値６１１より低い酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。不透明な造形部６０４の端部に対応するポジ型フォトレジスト６０２の部分６０９及び中間の透過特性６０６に対応するフォトレジスト６０２の部分６１３は、中間の放射線被曝量を有し、図６Ａに示すように、第１の閾値６１２と第２の閾値６１１との間の酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。第１及び第２の閾値６１２及び６１１については、図３及び４に関連して上述した。
図６Ａに示すように、中間の放射線被曝量は、マスク造形部６０４の端部における放射線６２０の回折によって部分６０９に作り出され、また、中間透過率のマスク造形部６０６によって部分６１３に作り出される。一実施形態において、中間透過率のマスク造形部６０６は、入射放射線６２０の一部のみを透過させる材料を含み、その結果、部分６１３の放射線被曝量は入射放射線６２０の約０．１５から約０．５の間である。このような材料はマイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に既知である。一実施形態において、高い放射線被曝量のフォトレジスト部分６０７は入射放射線６２０の約０．５以上を受け、低い放射線被曝量のフォトレジスト部分６０８は入射放射線６２０の約０．１５未満を受け、中間放射線被曝量のフォトレジスト部分６０９及び６１３は入射放射線６２０の約０．１５から約０．５の間を受ける。次に、露光されたフォトレジスト６０２は、図３−４に関連して上述したように、光誘起化学反応を促進させるためにベークされる。
図６Ｂは、図３及び４に関連して上述したように、露光された高い放射線被曝量のフォトレジスト部分６０７を第１のケミストリを用いて基板６０１から選択的に除去し、且つ露光された低い放射線被曝量のフォトレジスト部分６０８を第２のケミストリを用いて基板６０１から選択的に除去した後の、図６Ａと同様の図である。図６Ｂに示すように、図３及び４に関連して上述したようにマスク造形部６０４の端部での放射線の回折によって中間放射線被曝量の部分６０９から、基板６０１上にパターン形状が作り出されるとともに、中間透過率のマスク造形部６０６によって生成された中間放射線被曝量の部分６１３から、基板６０１上に大きい形状が作り出される。斯くして、多様な寸法を有するレジスト造形部を基板５０１上にパターニングすることができる。部分６１３の寸法６１７は、マスク６０３の中間透過率の造形部６０６の寸法６１９を変化させることによって調節され得る。一実施形態において、部分６０９の寸法６１８は３０ｎｍ未満であり、部分６１３の寸法６１７は４０ｎｍ以上である。
マイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に認識されるように、図６Ａ−６Ｂに関連して上述した方法は、図４に関連して上述した第１のケミストリ及び第２のケミストリを用いて、ネガ型フォトレジストでも同様に使用され得る。
図７Ａ−７Ｂは、多様な寸法を有するパターン形状を形成する更なる他の一実施形態を示している。図７Ａは、本発明の更なる他の一実施形態に従って、基板上のフォトレジストに中間の強度を有する像を形成する手法を示している。図７Ａに示すように、マスク７０３は、不透明な造形部７０４、クリア部分７０５、及びクリア部分５０５間に配置された不透明な造形部７０６を有している。不透明な造形部７０６は、造形部７０６の端部からの放射線７２０の回折によってフォトレジスト７０２の部分７１３に中間の放射線被曝量を与えるのに十分な小ささの幅７１７を有する。マスク７０３及びリソグラフィシステムの放射線７２０によって基板７０１上のフォトレジスト７０２に作り出される放射線被曝量、酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度のプロファイル７１０を図７Ａに示す。高い放射線被曝量を受けるクリア部分７０５に対応するフォトレジスト７０２の部分７０７は、図７Ａに示すように、第１の閾値７１２より高い酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。低い放射線被曝量を受ける不透明な造形部７０４に対応するフォトレジスト７０２の部分７０８は、図７Ａに示すように、第２の閾値７１１より低い酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。不透明な造形部７０４の端部に対応するフォトレジスト７０２の部分７０９及び不透明な造形部７０７に対応するフォトレジスト７０２の部分７１３は、中間の放射線被曝量を有し、図７Ａに示すように、第１の閾値７１２と第２の閾値７１１との間の酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。第１及び第２の閾値７１２及び７１１については、図３及び４に関連して上述した。図７Ａに示すように、中間の放射線被曝量は、マスク造形部７０４の端部及びマスク造形部７０６の端部における放射線７２０の回折によって、それぞれ、部分７０９及び７１３に作り出される。一実施形態において、高い放射線被曝量のフォトレジスト部分７０７は入射放射線７２０の約０．５以上を受け、低い放射線被曝量のフォトレジスト部分７０８は入射放射線７２０の約０．１５未満を受け、中間放射線被曝量のフォトレジスト部分７０９及び７１３は入射放射線７２０の約０．１５から約０．５の間を受ける。次に、露光されたフォトレジスト７０２は、図３−４に関連して上述したように、光誘起化学反応を促進させるためにベークされる。
図７Ｂは、図３及び４に関連して上述したように、露光された高い放射線被曝量のフォトレジスト部分７０７を第１のケミストリを用いて基板７０１から選択的に除去し、且つ露光された低い放射線被曝量のフォトレジスト部分７０８を第２のケミストリを用いて基板７０１から選択的に除去した後の、図７Ａと同様の図である。図７Ｂに示すように、マスク造形部７０４及び７０６の端部での放射線の回折によって、それぞれ、中間放射線被曝量の部分７０９及び７１３から、基板７０１上にパターン形状が作り出される。図７Ｂに示すように、部分７０９のピッチ７１４は造形部７０４のピッチ７１６の１／２以下である。一実施形態において、ピッチ７１４は約２０ｎｍから約８０ｎｍの間である。一実施形態において、部分７１３の寸法７１８は、不透明な造形部７０６の寸法７１７を変化させることによって調節される。
マイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に認識されるように、図７Ａ−７Ｂに関連して上述した方法は、図４に関連して上述した第１のケミストリ及び第２のケミストリを用いて、ネガ型フォトレジストでも同様に使用され得る。
図８Ａ−８Ｂは、多様な寸法を有するパターン形状を形成する更なる他の一実施形態を示している。図８Ａは、本発明の更なる他の一実施形態に従って、基板上のフォトレジストに中間の強度を有する像を形成する手法を示している。図８Ａに示すように、マスク８０３は、不透明部分８０４、クリアな造形部８０５、及び不透明部分８０４間に配置されたクリアな造形部８０６を有している。クリアな造形部８０６は、造形部８０６の端部からの放射線８２０の回折によってフォトレジスト８０２の部分８１３に中間の放射線被曝量を与えるのに十分な小ささの幅８１７を有する。マスク８０３及びリソグラフィシステムの放射線８２０によって基板８０１上のフォトレジスト８０２に作り出される放射線被曝量、酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度のプロファイル８１０を図８Ａに示す。高い放射線被曝量を受けるクリアな造形部８０５に対応するフォトレジスト８０２の部分８０７は、図８Ａに示すように、第１の閾値８１２より高い酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。低い放射線被曝量を受ける不透明部分８０４に対応するフォトレジスト８０２の部分８０８は、図８Ａに示すように、第２の閾値８１１より低い酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。不透明部分８０４の端部に対応するフォトレジスト８０２の部分８０９及びクリアな造形部８０６に対応するフォトレジスト８０２の部分８１３は、中間の放射線被曝量を有し、図８Ａに示すように、第１の閾値８１２と第２の閾値８１１との間の酸濃度及び／又は脱保護されたポリマーの化学的濃度を有する。第１及び第２の閾値８１２及び８１１については、図３及び４に関連して上述した。図８Ａに示すように、中間の放射線被曝量は、マスク造形部８０４の端部及びマスク造形部８０６の端部における放射線８２０の回折によって、それぞれ、部分８０９及び８１３に作り出される。一実施形態において、高い放射線被曝量のフォトレジスト部分８０７は入射放射線８２０の約０．５以上を受け、低い放射線被曝量のフォトレジスト部分８０８は入射放射線８２０の約０．１５未満を受け、中間放射線被曝量のフォトレジスト部分８０９及び８１３は入射放射線８２０の約０．１５から約０．５の間を受ける。次に、露光されたフォトレジスト８０２は、図３−４に関連して上述したように、光誘起化学反応を促進させるためにベークされる。
図８Ｂは、図３及び４に関連して上述したように、露光された高い放射線被曝量のフォトレジスト部分８０７を第１のケミストリを用いて基板８０１から選択的に除去し、且つ露光された低い放射線被曝量のフォトレジスト部分８０８を第２のケミストリを用いて基板８０１から選択的に除去した後の、図８Ａと同様の図である。図８Ｂに示すように、マスク造形部８０４及び８０６の端部での放射線の回折によって、それぞれ、中間放射線被曝量の部分８０９及び８１３から、基板８０１上にパターン形状が作り出される。部分８１３の寸法８１８は、クリアな造形部８０６の寸法８１７を変化させることによって調節され得る。
マイクロエレクトロニクスデバイス製造の当業者に認識されるように、図８Ａ−８Ｂに関連して上述した方法は、図４に関連して上述した第１のケミストリ及び第２のケミストリを用いて、ネガ型フォトレジストでも同様に使用され得る。
図９Ａ−９Ｅは、残存するフォトレジスト部分を除去する現像処理に先立って、第２のレジスト露光を用いる方法の一実施形態を示している。図９Ａは、図３−７に関連して上述したように基板（図示せず）上に堆積されたフォトレジスト９０２の一実施形態を示す上面図である。図９Ｂは、図３−７に関連して上述したようにフォトレジスト９０２の上方に配置されたマスク９０１を示す、図９Ａと同様の図である。フォトレジスト９０２は、図３−７に関連して上述したように、不透明な造形部９０４及びクリア部分９０３を含むマスク９０１を用いて、高い放射線被曝量、低い放射線被曝量、及び中間の放射線被曝量の部分を生成するように放射線（図示せず）に曝される。
図９Ｃは、マスク９０１を用いてフォトレジスト９０２を放射線に曝した後の、図９Ｂと同様の図である。図９Ｃに示すように、フォトレジスト９０２は中間放射線被曝量の部分９０５を有する。図９Ｃに示すように、中間放射線被曝量の部分９０５は、長い中間放射線被曝量部分９１４（パターン形状）の端部に位置する、望まれずして残存する中間放射線被曝量のフォトレジスト部分９１３を含んでいる。部分９１３は、マスク９０１の造形部９０４の端部での放射線の回折によって生じたものである。
図９Ｄは、別のマスク９０６を介して残存する中間放射線被曝量部分９１３を更なる放射線に曝す工程を例示する、図９Ｃと同様の図である。マスク９０６は、残存部９１３を更なる放射線に曝すためのクリアな造形部９０７を有する。クリアな造形部９０７を介して残存部分９１３を更なる放射線に曝すことにより、部分９１３は、図３−７に関連して上述したように高い側の酸濃度閾値より高い酸濃度を有する高い放射線被曝量部分へと変換される。マスク９０１及びマスク９０６を用いてフォトレジスト９０２を放射線に曝した後、フォトレジスト９０２は、図３−４に関連して上述したように、光誘起化学反応を促進させるためにベークされる。
図９Ｅは、図３−４に関連して上述したように、中間の放射線被曝量の部分を基板にそのまま残存させながら、高い放射線被曝量のフォトレジスト部分を第１のケミストリを用いて選択的に除去し、且つ低い放射線被曝量のフォトレジスト部分を第２のケミストリを用いて選択的に除去した後の、図９Ｄと同様の図である。図９Ｅに示すように、中間の放射線被曝量の部分９１４から形成されたピッチ９１０を有するパターンが基板９２０上に残存する。パターンピッチ９１０は、図９Ｂ及び９Ｅに示すように、マスク造形部９０４のピッチ９１１の１／２以下である。
以上の明細書にて、本発明をその典型的な実施形態を参照しながら説明した。明らかなように、これらの実施形態には、添付の特許請求の範囲に示される本発明の一層広い精神及び範囲を逸脱することなく、様々な変更が為され得る。従って、この明細書及び図面は、限定的なものではなく例示的なものと見なされるべきである。
ポジ型フォトレジストを用いるリソグラフィパターニング法を示す図である。 ポジ型フォトレジストの露光部を除去した後の、図１Ａと同様の図である。 ネガ型フォトレジストを用いる一般的なリソグラフィパターニング法を示す図である。 ネガ型フォトレジストの非露光部を除去した後の、図２Ａと同様の図である。 本発明の一実施形態に従ってマスクから基板上に転写されたパターンを示す図である。 本発明の一実施形態に従って基板上に堆積されたフォトレジストを示す図である。 マスクを介して放射線に曝された、基板上に堆積されたフォトレジストを示す、図４Ａと同様の図である。 高い放射線被曝量のフォトレジスト部分を第１のケミストリを用いて基板から選択的に除去した後の、図４Ｂと同様の図である。 低い放射線被曝量のフォトレジスト部分を第２のケミストリを用いて基板から選択的に除去した後の、図４Ｃと同様の図である。 多様な寸法を有するパターン形状を形成する一実施形態を示す図である。 フォトレジストの高放射線被曝量部分及び低放射線被曝量部分を基板から選択的に除去した後の、図５Ａと同様の図である。 多様な寸法を有するパターン形状を形成する他の一実施形態を示す図である。 フォトレジストの高放射線被曝量部分及び低放射線被曝量部分を基板から選択的に除去した後の、図６Ａと同様の図である。 本発明の他の一実施形態に従った、基板上のフォトレジスト上に中間強度の像を形成する工程を示す図である。 フォトレジストの高放射線被曝量部分及び低放射線被曝量部分を基板から選択的に除去した後の、図７Ａと同様の図である。 本発明の他の一実施形態に従った、基板上のフォトレジスト上に中間強度の像を形成する工程を示す図である。 フォトレジストの高放射線被曝量部分及び低放射線被曝量部分を基板から選択的に除去した後の、図８Ａと同様の図である。 基板（図示せず）上に堆積されたフォトレジストの一実施形態を示す上面図である。 フォトレジストの上方に配置されたマスクを示す、図９Ａと同様の図である。 マスクを介してフォトレジストを放射線に曝した後の、図９Ｂと同様の図である。 別のマスクを介して残存部分を更なる放射線に曝す工程を例示する、図９Ｃと同様の図である。 中間放射線被曝量の部分を基板にそのまま残存させるように、フォトレジストの高放射線被曝量部分及び低放射線被曝量部分を選択的に除去した後の、図９Ｄと同様の図である。

Claims (20)

  1. １つ以上の第１フォトレジスト部分、１つ以上の第２フォトレジスト部分、及び１つ以上の第３フォトレジスト部分を形成するよう、マスクを用いて、基板上に形成されたフォトレジストを放射線に曝す工程；
    第１のケミストリを用いて、前記基板から前記１つ以上の第１フォトレジスト部分を除去する工程；及び
    第２のケミストリを用いて、前記基板から前記１つ以上の第２フォトレジスト部分を除去する工程；
    を有する方法。
  2. 前記第１フォトレジスト部分を除去する工程及び前記第２フォトレジスト部分を除去する工程の間、前記第３フォトレジスト部分は前記基板上に残存する、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１のケミストリは塩基を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第２のケミストリは超臨界溶液を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記フォトレジストはポジ型フォトレジストである、請求項１に記載の方法。
  6. 前記フォトレジストはネガ型フォトレジストである、請求項１に記載の方法。
  7. 前記第１フォトレジスト部分は前記放射線の５０％以上に曝され、前記第２フォトレジスト部分は前記放射線の１５％未満に曝され、且つ前記第３フォトレジスト部分は前記放射線の１５％と５０％との間に曝される、請求項１に記載の方法。
  8. 前記第１フォトレジスト部分は、高い側の酸濃度閾値より高い酸濃度を有し、前記第２フォトレジスト部分は、低い側の酸濃度閾値より低い酸濃度を有し、且つ前記第３フォトレジスト部分は前記高い側の酸濃度閾値と前記低い側の酸濃度閾値との間の酸濃度を有する、請求項１に記載の方法。
  9. パターン形状を倍増させる方法であって：
    高放射線被曝量を有する第１フォトレジスト部分、低放射線被曝量を有する第２フォトレジスト部分、及び中間放射線被曝量を有する第３フォトレジスト部分を形成するよう、第１の造形部及び中間透過率領域を有する第１のマスクを介して、基板上に形成されたフォトレジストを第１の放射線に曝す工程；
    第１のケミストリを用いて、前記基板から前記第１フォトレジスト部分を除去する工程；及び
    前記第３フォトレジスト部分が前記基板上に残存して、第２の造形部を有する第１のパターンを形成するよう、第２のケミストリを用いて、前記基板から前記第２フォトレジスト部分を除去する工程；
    を有する方法。
  10. 前記第２の造形部の数は前記第１の造形部の数の２倍以上である、請求項９に記載の方法。
  11. 前記第１のケミストリは塩基を含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第２のケミストリは超臨界溶液を含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記第３フォトレジスト部分の少なくとも１つの寸法である第１の寸法を、前記中間透過率領域の寸法である第２の寸法を調節することによって調節する工程、
    を更に有する請求項１０に記載の方法。
  14. 前記フォトレジスト内に第２のパターンを形成するよう、第２のマスクを介して、前記フォトレジストを第２の放射線に曝す工程、
    を更に有する請求項１０に記載の方法。
  15. 前記フォトレジストはポジ型フォトレジストである、請求項１０に記載の方法。
  16. パターンピッチを短縮させる方法であって：
    第１の酸濃度を有する１つ以上の第１フォトレジスト部分、第２の酸濃度を有する１つ以上の第２フォトレジスト部分、及び第３の酸濃度を有する１つ以上の第３フォトレジスト部分を形成するよう、マスクを用いて、基板上のフォトレジストを放射線に曝す工程；
    前記第１フォトレジスト部分を選択的に除去するよう、第１のケミストリを用いて前記フォトレジストを現像する工程；及び
    前記第２フォトレジスト部分を選択的に除去するよう、第２のケミストリを用いて前記フォトレジストを現像する工程；
    を有する方法。
  17. 前記第１の酸濃度は高い側の酸濃度閾値より高く、前記第２の酸濃度は低い側の酸濃度閾値より低く、且つ前記第３の酸濃度は前記高い側の酸濃度閾値と前記低い側の酸濃度閾値との間である、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記第１フォトレジスト部分は前記放射線の５０％以上に曝され、前記第２フォトレジスト部分は前記放射線の１５％未満に曝され、且つ前記第３フォトレジスト部分は前記放射線の１５％と５０％との間に曝される、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記第１のケミストリは塩基を含む、請求項１６に記載の方法。
  20. 前記第２のケミストリは超臨界溶液を含む、請求項１６に記載の方法。
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