JP2012506642A - 傾斜型の光学的特性を有するｂａｒｃを用いるフォトリソグラフィを実行するための方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】
傾斜型の光学的特性を有するＢＡＲＣを用いるフォトリソグラフィ方法が提供される。例示的な実施形態においては、フォトリソグラフィ方法は、パターニングされるべき材質を覆うＢＡＲＣを堆積させるステップを備えており、ＢＡＲＣは屈折率及び吸光度を有する。ＢＡＲＣは、その修正のステップの後に屈折率及び吸光度の値がＢＡＲＣの第１の表面での第１の値からＢＡＲＣの第２の表面での第２の値まで傾斜型になるように修正される。修正のステップは堆積させるステップの後に実行される。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般的に集積回路デバイスを製造するための方法に関し、更に特定的には傾斜型の光学的特性を有する下層反射防止膜(bottom antireflective coatings)を用いるフォトリソグラフィを実行するための方法に関する。

半導体産業あるいはＩＣ産業は、より小さいチップ面積上にますます高密度なデバイスを有するＩＣを製造し、より高い機能性を達成しまた製造コストを低減することを目指している。この大規模集積化に対する要求は、回路寸法及びデバイス特徴の継続的な縮小化をもたらしてきている。構造のサイズ、例えば電界効果トランジスタにおけるゲート長や伝導線の幅を小さくする能力は、リソグラフィ性能によって後押しされる。

従来のフォトリソグラフィシステムでは、光はマスク又はレチクル(reticle)を通過して又はマスク又はレチクルで反射して半導体ウエハ上にイメージを形成する。一般的には、イメージがウエハ上に結像されて、処理されるべきターゲット層上に配置されるフォトレジスト材質のような材質の層を露光し、そしてパターニングする。次いで、パターニングされたフォトレジスト材質は、半導体ウエハの１つ以上のターゲット層内のドープ領域、堆積領域、エッチング領域、又はＩＣに関連する他の構造を画定するために利用される。フォトレジスト材質はまた、ＩＣの金属層に付随する伝導線又は伝導パッドを画定することができる。更に、フォトレジスト材質は、分離領域、トランジスタゲート、又は他のトランジスタの構造及び要素を画定することができる。

半導体集積回路の設計に組み込まれる個々のデバイスの数が増えるのに従って、最小特徴サイズ、即ち、最小幅、デバイスの個々の要素間の最小間隔、ホール又はビアの最小幅、等を減少させる要求が高まっている。最小特徴サイズが減少するのにつれて、フォトレジスト材質／ターゲット層の界面からの光の反射に起因して、フォトリソグラフィに際して特徴を十分に解像することがますます困難になる。光学的な歪は、マスク上のイメージとパターニングされたフォトレジスト材質内に生成されるイメージとの間で期待される一対一対応の喪失の原因となる。

下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）が知られており、ＢＡＲＣは、フォト露光動作の間にターゲット層表面で反射する光波を減衰させ又は吸収してイメージコントラストを向上させることによって、ターゲット層のパターニングに際しての欠陥を軽減するために用いられる。ＢＡＲＣは、反射波がフォトレジスト内を行き来して結像プロセスに不利に影響することを抑制するバリアとして機能するように、典型的にはターゲット層とフォトレジストの間に介在させられ、これによりイメージの画定を支援する。特徴サイズが４５ｎｍ以下に近づくにつれて、入射光線が大きな伝搬角度で投影され得るように、約１．３０乃至約１．３５の範囲にある大きな又は過剰な開口数（ＮＡ）を有するＡｒＦ露光システムを用いるリソグラフィが典型的には必要とされ、これにより解像度が向上する。しかし、そのように大きな伝搬角度では、フォトレジスト／ＢＡＲＣ界面からの反射率が実質的に増大する。

反射率の増大に関連する問題に対処するために、多くの解決法が示唆されてきている。例えば、単一のＢＡＲＣシステムの欠点を克服するために、異なる屈折率（ｎ）及び吸光度（ｋ）を有する２つ以上のＢＡＲＣ膜の使用が推奨されてきた。しかし、２つ以上のＢＡＲＣ膜の使用は、２つの異なる膜の堆積を必要とし、その両方ともが最適に堆積させられるべきである。このことは、同時に、コストを増大させ、歩留まり及び処理能力を低下させ、そして結果として不良率を高め得る。ＢＡＲＣの厚みの関数として変化する光学的特性を有する傾斜型(graded)ＢＡＲＣもまた、注目されてきている。傾斜型ＢＡＲＣは、ＢＡＲＣが堆積させられるのにつれてＢＡＲＣの組成が変化することを可能にする専用の気相堆積プロセスを用いて製造される。しかし、そのようなプロセスは高価であり得るし、そして商業生産に適していない材質、設備及びプロセスを必要とし得る。代替的には、傾斜型ＢＡＲＣはスピンオン(spin-on)プロセスを用いて用意することができ、この場合、スピンオン形成(spin-on formulation)における成分の界面偏析(interfacial segregation)によって傾斜型材質が製造される。これらの例においては、材質挙動の極めて厳格な制御が必要であり、これにより最終的には一般的な実用性及び達成可能な反射率制御が制限される。

従って、フォトリソグラフィに際しての傾斜型光学特性を有し容易に一体化されるＢＡＲＣを利用するフォトリソグラフィ方法を提供することが要望されている。また、大きなＮＡの結像条件を可能にする一方で効果的で且つ費用効率の高い様態で反射率を制御するための手段を提供する、フォトリソグラフィを実行するための方法を提供することが要望されている。更に、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付の図面及び発明のこの背景と共に本発明の以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明らかになろう。

本発明の例示的な実施形態に従いフォトリソグラフィを実行するための方法が提供される。方法は、パターニングされるべき材質を覆う下層反射防止膜を堆積させるステップを備えており、下層反射防止膜は屈折率及び吸光度を有する。下層反射防止膜は、その修正のステップの後に屈折率及び吸光度の値が下層反射防止膜の第１の表面での第１の値から下層反射防止膜の第２の表面での第２の値まで傾斜型になるように修正される。修正のステップは堆積させるステップの後に実行される。

本発明の例示的な実施形態に従い半導体デバイスを製造するための方法が提供される。方法は、パターニングされるべき材質を覆う下層反射防止膜を堆積させるステップと、下層反射防止膜に約２２２ｎｍ以下の波長を有する光を照射するステップとを備えている。光を照射するステップの後に、下層反射防止膜を覆うフォトレジストが形成される。

本発明の例示的な実施形態に従いフォトリソグラフィを実行するための方法が提供される。方法は、パターニングされるべき材質を覆う下層反射防止膜を堆積させるステップを備えており、下層反射防止膜は、互いに加算されたときに第１の和をもたらす第１の屈折率及び第１の吸光度を有している。下層反射防止膜は、互いに加算されたときに第２の合計をもたらす第２の屈折率及び第２の吸光度を下層反射防止膜の表面が有するように修正される。修正するステップは堆積させるステップの後に実行される。修正するステップの後に、下層反射防止膜の表面を覆うフォトレジスト層が形成され、フォトレジスト層は、互いに合算されたときに第３の合計をもたらす第３の屈折率及び第３の吸光度を有している。第２の和と第３の和の差の絶対値は、第１の和と第３の和の差の絶対値よりも小さい。

以下、後続の図面と共に本発明を説明し、図面において同様の番号は同様の要素を示す。

図１は標準的なフォトリソグラフィシステムの模式図である。

図２はフォトレジストを覆う下層反射防止膜の厚み、光照射のコヒーレンス（シグマ）、及び反射率の関係のシミュレートされたグラフである。

図３は本発明の例示的な実施形態に従いフォトリソグラフィを実行するための方法のフローチャートである。

図４は本発明の例示的な実施形態に従い図３の方法の下層反射防止膜の屈折率及び吸光度を修正するための方法のフローチャートである。

図５は反射率と図３及び４の方法に従って形成される傾斜型下層反射防止膜の厚み並びに非傾斜型反射防止膜の厚みとの関係のシミュレートされたグラフである。

図６は図５の傾斜型反射防止膜内への特定の深さでの屈折率のシミュレートされたグラフである。

図７は図５の傾斜型反射防止膜内への特定の深さでの吸光度のシミュレートされたグラフである。

本発明の以下の詳細な説明は、本質的に単なる例示的なものであり、また本発明又は本発明の応用及び使用を限定することは意図されていない。更に、前述の発明の背景又は以下の発明の詳細な説明において提示されるいかなる理論によっても制約されることは意図されていない。

大きなＮＡの結像条件を利用して最小の反射率で高い解像度を達成するフォトリソグラフィを実行するための方法がここに提供される。フォトリソグラフィプロセスは、傾斜型の屈折率及び傾斜型の吸光度を有するＢＡＲＣを採用している。大きなＮＡの結像条件及び大きな伝搬角度の使用は、一般的には、フォトレジスト／ターゲット材質の界面での高い反射率をもたらす。従来のＢＡＲＣは反射率を最小化することを試みていると同時に、典型的には多重層及び／又は大きな厚みを必要とする。多重層及び、大きな厚みを有するＢＡＲＣは高価であり、製造に時間を要し、そしてパターン転写プロセスに一体化することに課題がある。ここでの種々の実施形態のフォトリソグラフィ方法は、解像度を最大化することができる一方で、単一の、一体化が容易な傾斜型ＢＡＲＣ層を用いることによって反射率を有意義に最小化することができる。

図１は、ターゲット材質１２を覆うフォトレジスト１４をパターニングするために用いられる従来のフォトリソグラフィシステム１０の簡略化された模式図である。リソグラフィシステム１０は、ＡｒＦエキシマレーザのような光源１６、及び投影レンズ１８を備えている。フォトレジスト上に投影されるべきパターニングされたマスクを有するレチクル２０が、光源１６と投影レンズ１８の間に介在している。光源から垂直にフォトレジスト上に光２２が投影される場合、即ち照明のコヒーレンス（シグマ；σ）がゼロである場合、フォトレジスト／ターゲット材質の界面で反射する光は最小であるが、解像度は乏しいであろう。光２４が光源１６の中央から遠ざかって投影されるに従って、つまりシグマが増大するのに従って、解像度は高くなるが、矢印２６で示される反射もまた増加する。加えて、反射はピッチ依存であるので、レチクルパターンの特徴の寸法が小さくなり且つ／又はその密度が高くなるのに従って、反射率が高くなり、そしてフォトレジストの最終的なパターンは深刻に歪まされ得る。

フォトレジストの底面（即ちターゲット層に最も近い表面）での反射を最小化するためにＢＡＲＣが用いられているが、反射はＢＡＲＣ厚みに依存する。図２は、開口数（ＮＡ）１．３５のダイポール(dipole)光源に対してシグマ５６を変化させた場合における、ナノメートル（ｎｍ）単位の標準的なＢＡＲＣ厚み５４の関数としての、フォトレジスト／ＢＡＲＣ界面での反射率５２（ＢＡＲＣ上面での入射強度に対して正規化されている）のシミュレートされたグラフ５０である。図２によって示されているように、ある与えられたＢＡＲＣ厚みに対しては、シグマが大きくなるのに従って、反射率が高くなる。また、与えられたシグマから投影される光に対しては、反射率は、ＢＡＲＣ厚みが大きくなるのに従って最小反射率になるまで減少し、その点を境に再び増大する。フォトレジスト／ＢＡＲＣ界面での反射がフォトレジストの上面、即ちフォトレジスト／ＢＡＲＣ界面と並行であるが離れている表面での反射の大部分を相殺するような厚みをＢＡＲＣが有している場合に、最小反射率が生じる。このように、図２のシミュレーションに対しては、より小さいシグマで投影される光に対して、ＢＡＲＣ層が約１１０ｎｍの厚みを有しているときに最小の反射率が生じる。しかし、より大きなシグマで投影される光に対しては、解像度が良好であり得る一方で、ＢＡＲＣが約１３０ｎｍの厚みを有しているときに最小の反射率が生じる。コストを最小にし且つ処理能力を高めるためには、ＢＡＲＣ厚みが最小化されることが求められる。望ましくは、ＢＡＲＣは約１２０ｎｍ以下の厚みを有している。

本発明の例示的な実施形態に従いＢＡＲＣ層の光学的特性を修正することによって、反射率を最小化することができると同時にＢＡＲＣ層の厚みを最小化することができる。本発明の望ましい実施形態においては、フォトレジスト／ＢＡＲＣ界面でのＢＡＲＣの光学的特性が、ＢＡＲＣが修正されなかったとした場合における値よりもフォトレジストの光学特性に近い値になるように、ＢＡＲＣの光学的特性が傾斜型にされるべく修正される。更に望ましい実施形態においては、フォトレジスト／ＢＡＲＣ界面でのＢＡＲＣの光学的特性が、ＢＡＲＣが修正されなかったとした場合における値よりもフォトレジストの光学特性に近い値になるように、且つ、ＢＡＲＣと下層の界面でのＢＡＲＣの光学特性が、下層の光学的特性に近いままであるか、あるいはＢＡＲＣが修正されなかったとした場合における値よりも下層の光学的特性に近い値になるように、ＢＡＲＣの光学的特性が傾斜型にされるべく修正される。

具体的には、例示的な実施形態によると、ＢＡＲＣの屈折率（ｎ）及び吸光度（ｋ）は、それらがフォトレジスト／ＢＡＲＣ界面でのそれぞれの第１の値からＢＡＲＣ／下層の界面での異なる第２の値まで傾斜型になるように修正される。屈折率及び吸光度は、両方ともが一方の界面から他方の界面まで増加してよく、両方ともが一方の界面から他方の界面まで減少してよく、あるいは一方の界面から他方の界面まで一方が増加し他方が減少してよい。本発明の１つの例示的な実施形態においては、フォトレジスト／ＢＡＲＣ界面での修正されたＢＡＲＣの屈折率と吸光度の和の絶対値は、ＢＡＲＣが修正されなかったとした場合における値よりもフォトレジストの屈折率と吸光度の和の絶対値に近い値である。換言すれば、
｜（ｎ_{ＭＢＡＲＣ}＋ｋ_{ＭＢＡＲＣ}）−（ｎ_{ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ}＋ｋ_{ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ}）｜
＜｜（ｎ_ＢＡＲＣ＋ｋ_ＢＡＲＣ）−（ｎ_{ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ}＋ｋ_{ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ}）｜
…（１）
であり、ここで、ｎ_{ＭＢＡＲＣ}は修正されたＢＡＲＣの屈折率、ｋ_{ＭＢＡＲＣ}は修正されたＢＡＲＣの吸光度、ｎ_{ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ}はフォトレジストの屈折率、ｋ_{ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ}はフォトレジストの吸光度、ｎ_ＢＡＲＣは非修正のＢＡＲＣの屈折率、そしてｋ_ＢＡＲＣは非修正のＢＡＲＣの吸光度である。

本発明の随意的な実施形態においては、（１）式の条件に加えて、フォトレジスト／下層の界面でのＢＡＲＣの屈折率と吸光度の和の絶対値は、ＢＡＲＣが修正されなかったとした場合における値よりも下層の屈折率と吸光度の和の絶対値に近い値である。換言すれば、
｜（ｎ_{ＭＢＡＲＣ}＋ｋ_{ＭＢＡＲＣ}）−（ｎ_{ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ}＋ｋ_{ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ}）｜
＜｜（ｎ_ＢＡＲＣ＋ｋ_ＢＡＲＣ）−（ｎ_{ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ}＋ｋ_{ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ}）｜
…（２）
であり、ここで、ｎ_{ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ}は下層の屈折率、そしてｋ_{ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ}は下層の吸光度である。しかし、ＢＡＲＣの吸光度ｋが高くなるのに従ってＢＡＲＣ／下層の界面はより「隠された(hidden)」ものになるので、この実施形態は、ＢＡＲＣ／下層の界面で高い吸光度を有するＢＡＲＣには役に立たないかもしれない。

図３は本発明の例示的な実施形態に従いフォトリソグラフィを実行するための方法１００のフローチャートである。方法は、下層材質上にＢＡＲＣを堆積させることによって開始する（ステップ１０２）。１つの実施形態においては、下層材質は最終的にパターニングされるターゲット材質である。ここで検討されているターゲット材質は、任意の望ましい実質的に固体の材質から構成されていてよい。特に望ましいターゲット材質は、膜、ガラス、セラミック、プラスチック、金属若しくは被覆金属、又は複合材質から構成される。ターゲット材質は、集積回路（ＩＣ）産業において一般的な材質、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、炭素ドープのシリコン酸化物（ＳｉＯＣＨ）、フッ素ドープのシリコン酸化物（ＳｉＯＦ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコン炭素窒化物（ＳｉＣＮ）、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、及びシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、並びに／又はパッケージング及び回路基板の産業で一般的な材質、例えばシリコン、銅、アルミニウム、ガラス、又はポリマから構成されていてよい。他の例示的な実施形態においては、下層の材質層は、ターゲット材質を覆い且つターゲット材質のトポロジ上に実質的に平坦化された表面を形成する有機平坦化層を備えており、露光波長で適切な吸光度を提供し、そしてターゲット材質プラズマエッチングプロセスに対して回復力がある。有機平坦化層の例は、カリフォルニア、サニーベイルのジェー・エス・アール・マイクロ(JSR Micro of Sunnyvale, California)から入手可能な市販のＨＭシリーズ又はアリゾナ、フェニックスのシンエツ・マイクロ・シリコン(Shin-Etsu MicroSi of Phoenix, Arizona)から入手可能なＯＤＬシリーズを含む。

ＢＡＲＣは、以下に更に詳細に説明されるように、２２２ｎｍ以下の波長を有する光で「反応する(reacts)」材質から形成される。１つの例示的な実施形態においては、ＢＡＲＣ材質は、光で反応して化学的に活性な種、例えば酸又は塩基を生成する。他の例示的な実施形態においては、ＢＡＲＣ材質は、揮発性種又は照明下で変化させられる光学的特性を有する種を生成する光を照射されたときに、結合開裂(bond cleavage)又は結合再配列(bond rearrangement)を受ける。

１つの例示的な実施形態においては、ＢＡＲＣ材質は、２２２ｎｍ以下の波長を有する光を照射されたときに結合開裂又は結合再配列を受ける官能基(functional groups)を備えた有機高分子材料から構成される。そのような有機高分子材料は、限定はされないが、回転する下層材質に液剤として塗布されるスピンオン有機材質を含む。そのような材質の例は、ミズーリ、ローラのブルーワ・サイエンス・インク(Brewer Science, Inc. of Rolla, Missouri)から入手可能なスピンオンＡＲＣ製品、又はマサチューセッツ、マールボロのローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ(Rohm & Haas Electronic Materials of Marlboro, Massachussetts)から入手可能なＡＲＣ製品を含む。

他の例示的な実施形態においては、ＢＡＲＣは、無機ベースの材質、例えばシリコンベース、ガリウムベース、ゲルマニウムベース、ヒ素ベース、若しくはホウ素ベースの化合物、又はそれらの組み合わせから形成される。シリコンベースの化合物の例は、アルキルシロキサン、アルキルシルセスキオキサン、アリルシロキサン、アリルシルセスキオキサン、アルケニルシロキサン、アルケニルシルセスキオキサン(alkylsiloxanes, alkylsilsesquioxanes, arylsiloxanes, arylsilsesquioxanes, alkenyl siloxanes, alkenylsilsesquioxanes)、及びこれらの混合物を含む。幾つかの具体的な例は、限定はされないが、メチルシロキサン、メチルシルセスキオキサン、フェニルシロキサン、フェニルシルセスキオキサン、メチルフェニルシロキサン、メチルフェニルシルセスキオキサン、シラザン重合体類、ジメチルシロキサン、ジフェニルシロキサン、メチルフェニルシロキサン、シリケート重合体類、シルシリック酸誘導体(methylsiloxane, methylsilsesquioxane, phenylsiloxane, phenylsilsesquioxane, methylphenylsiloxane, methylphenylsilsesquioxane, silazane polymers, dimethylsiloxane, diphenylsiloxane, methylphenylsiloxane, silicate polymers, silsilic acid derivatives)、及びこれらの混合物を含む。ここで用いられる無機ベースの材質はまた、シロキサンの重合体類及びブロック重合体類(siloxane polymers and block polymers)、一般化学式（Ｈ_{０−１．０}ＳｉＯ_{１．５−２．０}）_ｘのハイドロジェンシロキサン重合体類(hydrogensiloxane polymers)及び化学式（ＨＳｉＯ_１．５）_ｘのハイドロジェンシルセスキオキサン重合体類(hydrogensilsesquioxane polymers)、並びにシルシリック酸誘導体を含み、ここでｘは約４より大きい。更に、ハイドロジェンシルセスキオキサンとアルコキシハイドリドシロキサン又はハイドロキシハイドリドシロキサンとの共重合体類(copolymers of hydrogensilsesquioxane and an alkoxyhydridosiloxane or hydroxyhydridosiloxane)が含まれる。ここで検討されている材質は、追加的に、オルガノシロキサン重合体類、アクリリックシロキサン重合体類、シルセスキオキサンベースの重合体類(organosiloxane polymers, acrylic siloxane polymers, silsesquioxane-based polymers)、等を含む。そのような材質の例は、アリゾナ、フェニックスのシンエツ・マイクロ・シリコン(Shin-Etsu MicroSi of Phoenix, Arizona)からのＳＨＢシリーズのコーティング、又はアリゾナ、テンペのハネウエル・エレクトロニック・マテリアルズ(Honeywell Electronic Materials of Tempe, Arizona)からのＵＶＡＳシリーズのコーティングを含む。１つの実施形態においては、ＢＡＲＣは少なくとも１５％のシリコンを含む。

ＢＡＲＣは、任意の適切な方法、例えば標準的なスピンオン堆積技術、スプレイコーティング、押し出しコーティング、蒸着、又は化学的気相堆積を用いて下層に塗布される。１つの例示的な実施形態においては、ＢＡＲＣは、約３０ｎｍ乃至約１２０ｎｍの範囲内の厚みを有するように塗布される。望ましい実施形態においては、ＢＡＲＣは約３０ｎｍ乃至約１００ｎｍの範囲内の厚みを有している。

ＢＡＲＣが堆積させられた後、その屈折率及び吸光度の値が、ＢＡＲＣの底面、即ちＢＡＲＣ／下層材質の界面での表面から上面、即ち底面と平行であるが底面から離れている表面まで増加又は減少するように、ＢＡＲＣが修正される（ステップ１０４）。本発明の１つの例示的な実施形態においては、ＢＡＲＣの屈折率及び吸光度は、約２２２ｎｍ以下の波長を有する光をＢＡＲＣに照射することによって傾斜型にされる。望ましい実施形態においては、ＢＡＲＣは、約１７２ｎｍ以下の波長を有する光を照射される。酸素はおおよそ１７２ｎｍ以下の波長で極めて光吸収性であり得るので、望ましくは、ＢＡＲＣは実質的に無酸素の環境内で光を照射される。ここで用いられる「実質的に無酸素の環境」の用語は、約１０ｐｐｍ以下の酸素を有する環境を意味する。１つの実施形態においては、ＢＡＲＣは真空中で光を照射される。他の実施形態では、ＢＡＲＣは不活性ガス環境において光を照射される。光照射に際しての使用に適する不活性ガスは、限定はされないが、窒素、ヘリウム、アルゴン、又はこれらの混合物を含む。望ましくは、ＢＡＲＣは室温（約１５℃乃至約２５℃）で光を照射される。ＢＡＲＣは、屈折率及び吸光度が前述したように傾斜型になるようにこれらを修正するのに十分な時間、光を照射される。１つの例示的な実施形態では、ＢＡＲＣは、約１００ミリジュール／平方センチメートル（ｍＪ／ｃｍ^２）乃至約２Ｊ／ｃｍ^２の範囲の光の線量を用いて照射される。

図４を参照すると、本発明の他の例示的な実施形態において、ＢＡＲＣを修正すること（図３のステップ１０４）によって屈折率及び吸光度を傾斜型にするための方法１２０は、上述したように２２２ｎｍ以下の波長を有する光でＢＡＲＣを照射することによって開始する（ステップ１２２）。照射の後、屈折率及び吸光度は、ＢＡＲＣをベーキング(baking)すること（ステップ１２４）によって修正される。この点において、光照射ステップに際して化学的に活性な種が生成される場合には、ベーキングするステップは、ＢＡＲＣの光学的特性を傾斜型にし又は傾斜型にすることを容易にし得る更なる化学反応をもたらすことができる。代替的には、あるいは追加的には、光照射ステップに際して揮発性種が生成される場合には、ベーキングするステップは、当該種の蒸発を引き起こすことができる。また、光照射ステップに際してＢＡＲＣ内にボイドが生じる場合には、ベーキングのステップでボイドを除去することができる。１つの実施形態においては、照射の後、ＢＡＲＣは、約１２０℃以上の温度で約１０秒乃至約２分の間ベーキングされる。他の実施形態においては、ＢＡＲＣは光を照射されると同時にベーキングされてよい。この点において、ＢＡＲＣは、望ましくは無酸素環境内で２２２ｎｍ以下の波長を有する光を照射される。照射に際して、ＢＡＲＣは、１２０℃以上の温度まで加熱され、そして約１００ｍＪ／ｃｍ^２乃至約２Ｊ／ｃｍ^２の範囲の光の線量を用いて同時に照射されると共に加熱される。

図３を再び参照すると、ＢＡＲＣが修正された後、ＢＡＲＣを覆うフォトレジストが堆積させられる（ステップ１０６）。ここで用いられる「〜を覆う(overlying)」の用語は、「〜に接して、〜上に(on)」及び「〜の上方に(over)」の用語を包含する。従って、フォトレジストは、ＢＡＲＣ上に直接的に配置されてよく、あるいは１つ以上の他の材質がフォトレジストとＢＡＲＣの間に介在するようにＢＡＲＣの上方に配置されてよい。フォトレジストとＢＡＲＣの間に介在し得る材質の例は、現像可能なＢＡＲＣ、予めパターニングされたフォトレジスト特徴、等の補助的なスピンオンコーティングを含む。フォトレジストは、日本の東京応化工業株式会社(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd of Japan)から入手可能なフォトレジストＴＡｒＦ＿Ｐ６２３９及びマサチューセッツ、マールボロのローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ(Rohm & Haas Electronic Materials of Marlboro, Massachussetts)から入手可能なＥＰＩＣ（商標）２３７０のような標準的なフォトレジストであってよい。半導体製造は次いで、フォトレジスト及びＢＡＲＣのパターニング、エッチング、又は下層の他の処理、並びに例えば標準的な方法及び技術を用いるフォトレジスト及びＢＡＲＣの除去を続けてよい。

図５はＢＡＲＣ厚み１５２（単位はｎｍ）の関数としての半導体基板の反射率１５４（ＢＡＲＣ上面での入射強度に対して正規化されている）のシミュレートされたグラフ１５０、図６はＢＡＲＣ厚み１６２の関数としての吸光度（ｋ）１６４のシミュレートされたグラフ１６０、そして図７はＢＡＲＣ厚み１７２の関数としての屈折率（ｎ）１７４のシミュレートされたグラフ１７０である。これらのシミュレートされたグラフは、例示のみを目的として提示されており、本発明の種々の実施形態を限定することは何ら意図されていない。グラフは、カリフォルニア、ミリピタスのケー・エル・エー・テンコール社(KLA-Tencor Corp. of Milipitas, California)から入手可能なＰＲＯＬＩＴＨ（登録商標）ソフトウエアを用いて生成された計算に基いている。モデルは、１）約４０乃至約１２０ｎｍの範囲の厚み、屈折率１．４、及び吸光度０．６を有する有機平坦化層と、２）約３０ｎｍ乃至約１２０ｎｍの範囲の初期厚み、初期屈折率１．７５、及び初期吸光度０．３を有する上層のＢＡＲＣ層と、３）厚み１２０ｎｍ、屈折率１．６８、及び吸光度０．０４４を有する日本の東京応化工業株式会社(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd of Japan)から入手可能なＰｉ６−００１ＭＥフォトレジストと、４）厚み７０ｎｍ、屈折率１．５３、及び吸光度０を有する日本のジェイ・エス・アール社(JSR Corp. of Japan)から入手可能なＴＣＸ−０４１トップコートとを備えた半導体基板を仮定した。消光係数(extinction coefficient)は３．３であると仮定した。露光条件は、ＮＡが１．３５、ダイポールブレード(dipole blade)が３５、インナーシグマ(inner sigma)が０．７３、そしてアウターシグマ(outer sigma)が０．９３であることを含んでいた。ＰＲＯＬＩＴＨは連続的な傾斜型膜の解析を許容しないので、連続的な傾斜型ＢＡＲＣの挙動は、１０層の別々のサブ層からなる多重膜の挙動をシミュレートすることによって近似した。各サブ層はＢＡＲＣ全層厚みの１／１０としてモデル化された。１０層のサブ層の各々の光学的特性は、それらに類似する図６及び７に示される連続的なモデルに基いて規定された。

図５を参照すると、曲線１５６は非傾斜型、即ち非照射のＢＡＲＣに対するＢＡＲＣ厚みと反射率との関係を表しており、曲線１５８は上述した方法で波長２２２ｎｍの光で照射された傾斜型ＢＡＲＣに対する反射率とＢＡＲＣ厚みとの関係を表している。１００ｎｍよりも厚い非傾斜型のＢＡＲＣ厚みで最小反射率が生じているのに対して、傾斜型ＢＡＲＣでは実質的にそれより薄い約５０ｎｍでほぼ同じ最小反射率が生じた。

図６は傾斜型ＢＡＲＣの屈折率とＢＡＲＣ厚みの関係を示しており、そして図７は傾斜型ＢＡＲＣの吸光度とＢＡＲＣ厚みの関係を示している。両グラフ１６０及び１７０における厚みゼロはフォトレジスト／ＢＡＲＣ界面を表している。曲線１６６及び１７６の終点はＢＡＲＣ／下層の界面を示している。前述したように、フォトレジストの屈折率及び吸光度の和とフォトレジスト／ＢＡＲＣ界面での傾斜型ＢＡＲＣの屈折率及び吸光度の和との間の差を最小にすることが望ましい。フォトレジストの屈折率と吸光度の和は１．７２４（１．６８＋．０４４）と計算された。フォトレジスト／ＢＡＲＣ界面での非傾斜型ＢＡＲＣの屈折率と吸光度の和は２．０５（１．７５＋０．０３）と計算された。対照的に、フォトレジスト／ＢＡＲＣ界面での傾斜型ＢＡＲＣの屈折率と吸光度の和は約１．６８（約１．６２＋約０．０４）と計算された。従って、｜（１．７２４−１．６８）｜＜｜（１．７２４−２．０５）｜、即ち０．０４４＜０．３２６である。このように、ここに開示される方法の種々の実施形態を用いてＢＡＲＣを傾斜型にすることによって、フォトレジスト／ＢＡＲＣ界面での反射率の制御における顕著な改良が達成された。

同様に、上述したように、ＢＡＲＣの屈折率及び吸光度の和とＢＡＲＣ／下層の界面での下層の屈折率及び吸光度の和との間の差を最小にすることが望ましい。下層の屈折率と吸光度の和は２．００（１．４＋０．６）と計算された。ＢＡＲＣ／下層の界面での傾斜型ＢＡＲＣの屈折率と吸光度の和は約２．０５（約１．７５＋約０．３）と計算された。屈折率と吸光度は傾斜型にされているので、この和は、フォトレジスト／ＢＡＲＣ界面での非傾斜型ＢＡＲＣの屈折率と吸光度の和と同じであり、これは２．００に近い。従って、ＢＡＲＣの光学的特性が傾斜型になるように、堆積させられたＢＡＲＣに光を照射することによって、フォトレジスト及び下層の両方に関する反射率の制御が達成される。

以上のように、フォトリソグラフィの間に傾斜型にされた光学的特性を有する容易に一体化されたＢＡＲＣを利用するフォトリソグラフィ方法が提供される。フォトリソグラフィプロセスは、堆積させられたＢＡＲＣへの光の照射を採用し、光を照射されたＢＡＲＣは傾斜型の屈折率及び吸光度を有するようになる。この点において、ここでの種々の実施形態の傾斜型ＢＡＲＣは、実質的に小さな厚みで反射率を有意義に最小化することができる。本発明の上述した詳細な説明においては少なくとも１つの例示的な実施形態が提示されたが、多くの変形が存在することが理解されるべきである。また、単一又は複数の例示的な実施形態は、単に例示であって、そして本発明の範囲、適用可能性、又は構成を限定することを決して意図されていないことも理解されるべきである。むしろ、上述した詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を実施又は実装するための有用な指針を当業者に提供するであろうし、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲及びそれらの法的に均等なものから逸脱することなしに、要素の機能及び配置において種々の変更がなされ得ることが理解されるべきである。

Claims (14)

1. フォトリソグラフィを実行するための方法であって、
   パターニングされるべき材質を覆う、屈折率及び吸光度を有する下層反射防止膜を堆積させるステップと、
   前記下層反射防止膜を修正してその修正のステップの後に前記屈折率及び前記吸光度の値が前記下層反射防止膜の第１の表面での第１の値から前記下層反射防止膜の第２の表面での第２の値まで傾斜型になるようにするステップとを備え、
   前記修正のステップは前記堆積させるステップの後に実行される方法。
2. 前記堆積させるステップは、前記下層反射防止膜を約３０ｎｍ〜約１２０ｎｍの範囲の厚みまで堆積させることを備えている請求項１の方法。
3. 前記堆積させるステップは、前記下層反射防止膜を約３０ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲の厚みまで堆積させることを備えている請求項２の方法。
4. 前記修正のステップは、前記下層反射防止膜に約２２２ｎｍ以下の波長を有する光を照射することを備えている請求項１の方法。
5. 前記修正のステップは、前記下層反射防止膜に約１７２ｎｍ以下の波長を有する光を照射することを備えている請求４の方法。
6. 前記光を照射するステップは、約１００ｍＪ／ｃｍ^２〜約２Ｊ／ｃｍ^２の範囲の光の線量を用いて光を照射することを備えている請求項４の方法。
7. 前記修正のステップは、前記光を照射するステップの後に前記下層反射防止膜を加熱することを更に備えている請求項４の方法。
8. 前記加熱するステップは、前記下層反射防止膜を約１２０℃以上の温度まで加熱することを備えている請求項７の方法。
9. 前記加熱するステップは、前記下層反射防止膜を約１０秒〜約２分にわたり約１２０℃以上の温度まで加熱することを備えている請求項８の方法。
10. 前記光を照射するステップは、実質的に無酸素の環境内で前記下層反射防止膜に光を照射することを備えている請求項４の方法。
11. 前記修正のステップは、前記光を照射するステップの間に前記下層反射防止膜を加熱することを更に備えている請求項４の方法。
12. 前記下層反射防止膜を覆うフォトレジストを形成するステップを更に備え、前記形成するステップは前記修正のステップの後に実行される請求項１の方法。
13. 前記堆積させるステップは、互いに加算されたときに第１の和をもたらす第１の屈折率及び第１の吸光度を有する下層反射防止膜を堆積させることを備えており、
    前記形成するステップは、互いに加算されたときに第２の和をもたらす第２の屈折率及び第２の吸光度を有するフォトレジストを形成することを備えており、
    前記修正のステップは、互いに加算されたときに第３の和をもたらす第３の屈折率及び第３の吸光度を前記下層反射防止膜の表面が有するように前記下層反射防止膜を修正することを備えており、
    前記第２の和と前記第３の和の差の絶対値は、前記第１の和と前記第２の和の差の絶対値よりも小さい請求項１２の方法。
14. フォトリソグラフィを実行するための方法であって、
    パターニングされるべき材質を覆う、互いに加算されたときに第１の和をもたらす第１の屈折率及び第１の吸光度を有する下層反射防止膜を堆積させるステップと、
    互いに加算されたときに第２の合計をもたらす第２の屈折率及び第２の吸光度を前記下層反射防止膜の表面が有するように前記下層反射防止膜を修正するステップであって、前記堆積させるステップの後に実行されるステップと、
    前記修正するステップの後に前記下層反射防止膜の前記表面を覆うフォトレジスト層を形成するステップとを備え、
    互いに合算されたときに第３の合計をもたらす第３の屈折率及び第３の吸光度を前記フォトレジスト層は有しており、
    前記第２の和と前記第３の和の差の絶対値は、前記第１の和と前記第３の和の差の絶対値よりも小さい方法。

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