JP2013145874A - Ｅｕｖフォトレジスト封入 - Google Patents
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Abstract
【課題】極端紫外線（ＥＵＶ）フォトレジストのエッチング耐性を改善する。
【解決手段】ハードマスクと、そのハードマスク上方に形成されたＥＵＶフォトレジストとを備えた基板を得る工程と、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、ゲルマニウム酸化物、ゲルマニウム窒化物、ゲルマニウム酸窒化物、シリコンゲルマニウム酸化物、シリコンゲルマニウム窒化物、シリコンゲルマニウム酸窒化物のうちの１つである封入層をフォトレジスト上で形成することにより、ＥＵＶフォトレジストのパターン層を封入する工程と、ハードマスクをパターニングするために基板をドライエッチングする工程とを含む。
【選択図】図３
【解決手段】ハードマスクと、そのハードマスク上方に形成されたＥＵＶフォトレジストとを備えた基板を得る工程と、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、ゲルマニウム酸化物、ゲルマニウム窒化物、ゲルマニウム酸窒化物、シリコンゲルマニウム酸化物、シリコンゲルマニウム窒化物、シリコンゲルマニウム酸窒化物のうちの１つである封入層をフォトレジスト上で形成することにより、ＥＵＶフォトレジストのパターン層を封入する工程と、ハードマスクをパターニングするために基板をドライエッチングする工程とを含む。
【選択図】図３
Description
本発明は、極端紫外線リソグラフィの分野に関する。特に本発明は、フォトレジストの下方の層のマスクパターンの選択的エッチング中にＥＵＶ適合性フォトレジストを保護するための方法及びシステムに関する。
近年、光リソグラフィは、２４８ｎｍ又は１９３ｎｍを使用することが多い。１９３ｎｍの液浸リソグラフィを用いて、集積回路（ＩＣ）の製造は、４５ｎｍノード、更には３２ｎｍノードに低下させることができる。しかし、サブ３２ｎｍハーフピッチノードでの印刷の場合、ダブルパターニングを使用しない限り、理論上の制限に起因して、１９３ｎｍは充分でない可能性が高い。１９３ｎｍの波長を使用する代わりに、極端紫外線リソグラフィ（ＥＵＶリソグラフィ）とも呼ばれ、１０ｎｍから１４ｎｍ、通常１３．５ｎｍの波長を使用する、より進んだ技術が導入されている。この技術は、特に２ｎｍから５０ｎｍの範囲の波長を使用する軟Ｘ線リソグラフィとしても既に知られていた。
６０ｎｍ未満のピッチでラインを印刷するために、過去数年にわたって極端紫外線リソグラフィ（ＥＵＶＬ）に多大な努力がなされてきた。ＥＵＶリソグラフィの最適化は、マスク、光照射技術、加工及び使用するフォトレジストの最適化を含んでいる。ＥＵＶプロセスのために選択されてきた特定のＥＵＶフォトレジスト（ＰＲ）は、１９３（ｉ）フォトレジスト（１９３液浸フォトレジスト）と比較して、異なるエッチング耐性及び厚さを有し、ドライエッチングについて新たな課題をもたらす。
ＥＵＶリソグラフィの一つの欠点は、露光後に通常約５０ｎｍに減少するフォトレジスト高さである。図１は、スピンコート後（Ａ）及び露光（Ｂ）後のリソグラフィスタックの厚さ（公称厚さ）の進展を示しており、大きいピッチで、１９３ｎｍの液浸リソグラフィについての結果を示し、小さいピッチで、現在使用されている典型的なＥＵＶリソグラフィプロセスについての結果を示す。１９３ｎｍの液浸リソグラフィでのスタックの場合、その厚さはＢＡＲＣ（底面反射防止コーティング）の厚さとフォトレジストの厚さによって決定される。一方、ＥＵＶリソグラフィの場合、スタックの厚さは、基層(under layer)（ＵＬ）の厚さとフォトレジストの厚さをベースとして決定される。図２に、ＥＵＶリソグラフィプロセスで使用する典型的なスタックの例を模式的に示す。通常、スタックは、埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ）を有するシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハ１０２と、結晶シリコン層（Ｃ−Ｓｉ）１０４と、一組の２つのハードマスク層１０６，１０８と、基層（ＵＬ）１１０と、ＥＵＶフォトレジスト層１１２とを備える。
図１では、デバイスピッチを低下させるにつれ、プロセス中又はプロセス後に下位層(underlying layer)を保護するために残されたフォトレジスト厚さの量であるフォトレジスト量(budget)が、大幅に低下するのを観察できる。
フォトレジスト高さの減少は、特に、フォトレジストを費やす水素プラズマ前処理（ＰＰＴ）の利用によっても生じうる。それにもかかわらず、かかるプラズマ前処理は、リソグラフィ加工したデバイスについてのライン幅粗さ（ＬＷＲ）を大きく向上させるために興味深く、それゆえ利用することが好ましい。
フォトレジストの減少の別の原因は、例えばドライエッチングを通じて得られるハードマスク開口部に対する必要性である。使用するイオン衝撃及びＶＵＶフォトンは、フォトレジストを劣化させ、その結果として最終的に得られるライン幅粗さも悪化させる。
フォトレジスト高さの大幅な低下に起因して、通常、更なるエッチング工程についての狭すぎるプロセスウインドウが作成される。より小さいデバイスピッチへのニーズに従って、フォトレジストエッチング耐性を改善するためのニーズが存在するが、興味ある最小ピッチに関しては、フォトレジストエッチング耐性は好適なリソグラッフィプロセスを提供するには低すぎる。それゆえ、小ピッチを加工する必要がある場合には、ＥＵＶフォトレジスト高さ及びエッチング耐性がとても低いことを考慮すると、ＥＵＶリソグラフィプロセスを改善する余地がある。
本発明の実施形態の目的は、極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィを使用して印刷した高密度パターン上でドライエッチング加工を適用するのを可能にするための、良好な方法及びシステムを提供することである。
本発明に係る実施形態の利点は、ハードマスクをパターニングするためのエッチング加工中にフォトレジスト（ＰＲ）の劣化を制限、低減、更には回避できることである。
本発明に係る実施形態の利点は、ＥＵＶリソグラフィプロセス中のハードマスクのドライエッチング中に、ＥＵＶフォトレジストを保護でき、それゆえ低いライン幅粗さ（ＬＷＲ）を維持できることである。
本発明に係る実施形態の利点は、ＥＵＶフォトレジストに対して高いエッチング耐性を提供し、かつ、高層の(taller)パターンを提供することになる、つまり封入層が機構(feature)間より機構上で厚くなるような強度の高い、即ちドライエッチングに対する耐性が高い材料を用いた封入を提供できることである。
本発明に係る実施形態の利点は、低温、即ちフォトレジストの機械的安定性が危うくなり始める温度であるガラス転移温度Ｔｇより充分に低い温度で、ＥＵＶフォトレジストの封入を可能にする方法及びシステムが得られることである。
本発明に係る実施形態の利点は、封入に続くドライエッチング加工と同じセットアップでそれを実施できるように、インサイチュ(in situ)の方法を使用したＥＵＶフォトレジストの封入を可能にするための方法及びシステムが得られることである。これは、汚染を低下させ、簡易なプロセスを可能にする。ハードマスクエッチングだけでなく、同じセットアップで、即ち同じエッチングチャンバで任意のプラズマ前処理を実施することもできる。
上記目的は、本発明に係る方法及びデバイスによって達成される。
本発明は、極端紫外線フォトリソグラフィプロセスを実施するための方法であって、ハードマスクと、そのハードマスク上方に形成されたフォトレジスト突起部を有する極端紫外線（ＥＵＶ）フォトレジスト層とを備えた基板を得る工程と、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、ゲルマニウム酸化物、ゲルマニウム窒化物、ゲルマニウム酸窒化物、シリコンゲルマニウム酸化物、シリコンゲルマニウム窒化物又はシリコンゲルマニウム酸窒化物のうちの１つである封入層をフォトレジスト上で形成することにより、ＥＵＶフォトレジストのパターン層を封入する工程であって、封入層は、四ハロゲン化ケイ素(tetrahalogenide)、四水素化ケイ素、四ハロゲン化ゲルマニウム、四水素化ゲルマニウム、四ハロゲン化シリコンゲルマニウム又は四水素化シリコンゲルマニウムの前駆体からなる群の１つである第１前駆体及び酸素前駆体を使用したＥＵＶフォトレジストの弱化(weakening)温度Ｔｇ未満の温度で形成する工程と、その後、ハードマスクをパターニングするために基板をドライエッチングする工程とを含む方法に関することがある。
本発明に係る実施形態の利点は、低温、即ちＥＵＶフォトレジストの弱化温度より低い温度で封入層を形成することができ、これにより堆積時にそれの機械的安定性を維持できることである。
本発明に係る実施形態の利点は、低温、即ちＥＵＶフォトレジストの弱化温度より低い温度で封入層を形成することができ、これにより堆積時にそれの機械的安定性を維持できることである。
封入する工程は、ドライエッチングと同じセットアップで実施できる。本発明に係る実施形態の利点は、ドライエッチングと同じセットアップでプロセスを実施でき、これにより加工の複雑性が軽減することである。
前記封入する工程を実施することにより、フォトレジスト突起部上でフォトレジスト層の他の位置での封入層の厚さより充分大きい厚さを有する封入層を形成できる。
基板を得る工程は、基板の水素プラズマ前処理を実施する工程を含んでもよい、
水素プラズマ前処理を実施する工程は、前記ドライエッチングのために使用したのと同じチャンバ内で水素プラズマ前処理を実施することを含んでもよい。
このとき、ＥＵＶフォトレジストのパターン層を封入する工程は、シリコン酸化物層である封入層を形成する工程を含んでもよい。
このとき、四ハロゲン化ケイ素、四水素化ケイ素、四ハロゲン化ゲルマニウム、四水素化ゲルマニウム、四ハロゲン化シリコンゲルマニウム又は四水素化シリコンゲルマニウムの前駆体からなる群の１つである第１前駆体及び酸素前駆体を使用して封入層を形成する工程は、プラズマ加工を実施することを含んでもよい。
ドライエッチングする工程は、フォトレジスト突起部が生じる位置ではハードマスク材料を実質的に維持しつつ、フォトレジスト突起部が生じない位置でハードマスク材料をエッチングする工程を含んでもよい。
本発明はまた、ハードマスクを準備するための中間的構造であって、少なくとも１つのハードマスク層と、フォトレジスト機構を有するＥＵＶフォトレジストのレジスト層と、ＥＵＶフォトレジスト層及びその突起部を封入するための封入層とを備え、フォトレジスト突起部上での封入層の厚さは、フォトレジスト層上の他の位置での封入層の厚さより大きい、例えば充分に大きいような中間的構造にも関する。
本発明はまた、上記の方法を用いたＥＵＶリソグラフィを使用して得られるパターン層を備えた半導体デバイスにも関する。
本発明はまた、パターン層を備えた半導体デバイスの製造についての上記方法の使用にも関する。
本発明の特定の且つ好ましい態様は、添付する独立請求項及び従属請求項において詳説している。従属請求項からの特徴は、独立請求項の特徴及び他の従属請求項の特徴と、適切に且つ単に請求項に明記されただけでないものとして組み合わせてもよい。
本発明の実施形態により、パターニングされたコンポーネント、構造、回路及びデバイスの良好な製造を可能にする、改良されたパターニングシステム及び方法が得られる。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下で説明する実施形態から明らかとなり、それを参照して明瞭となるであろう。
図面は、概略的かつ非限定的である。説明目的のために、図面ではいくつかのエレメントの大きさは誇張され、また、スケール通り描かれていないことがある。
請求項における任意の参照符号は、技術的範囲を限定するものとして解釈すべきではない。
特定の実施形態について特定の図面を参照しつつ本発明について説明することになるが、本発明はこれに限定されず、請求項によってのみ限定される。図面は概略的かつ非限定的である。説明目的のために、図面ではいくつかのエレメントの大きさが誇張され、また、スケール通り描かれていないことがある。寸法及び相対寸法は、本発明の実施化のための実際の縮小と必ずしも対応していない。
また、説明及び請求項での用語「第１」「第２」などは、類似のエレメントを区別するために使用しており、必ずしもシーケンスを時間的、空間的に、序列で、又は他のどの様式で表したものでもない。こうして用いた用語は、好適な状況下で交換可能であり、本明細書で説明した本発明の実施形態は、本明細書で説明、図示したものとは別のシーケンスで動作可能であると理解すべきである。
さらに、説明及び請求項での用語「上(top)」「下(under)」などは、説明目的で使用しており、必ずしも相対的な位置を記述するためのものでない。こうして用いた用語は、好適な状況下で交換可能であって、本明細書で説明した本発明の実施形態が、本明細書で説明又は図示した以外の向きで動作可能であると理解すべきである。
請求項で使用する用語「備える、有する、含む(comprising)」は、それ以降に列挙された手段に限定されると解釈すべきでなく、他のエレメント又は工程を除外しない。記述した特徴、整数、工程又はコンポーネントの存在を、参照したように特定するよう解釈する必要があるが、１つ以上の他の特徴、整数、工程又はコンポーネント、或いはこれらのグループの存在又は追加を除外しない。したがって、「手段ＡとＢとを備えるデバイス」という表現の範囲は、コンポーネントＡとＢだけからなるデバイスに限定すべきでない。本発明に関して、ＡとＢが関連するデバイスのコンポーネントであることを意味するに過ぎない。
この明細書を通じて「一実施形態(one embodiment又はan embodiment)」が意味するのは、当該実施形態と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一つの実施形態に含まれるということである。したがって、この明細書を通じてさまざまな場所で現れるフレーズ「一実施形態で」は、必ずしもすべてが同じ実施形態を参照するわけではないが、参照してもよい。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、この開示から当業者にとって明らかなように、１つ以上の実施形態において、好適な方法で組み合わせることができる。
同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の種々の特徴は、開示を簡素化し、１つ以上の種々の発明の態様の理解を支援する目的で、時には単一の実施形態、図面、又はその説明の中に一緒にグループ化されることを認識するべきである。しかし、この開示の方法は、請求項に記載の発明が、各請求項に明確に記載されたものより多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈すべきではない。むしろ、以下の請求項が示すように、発明の態様は、先に開示された単一の実施形態のすべての特徴より少なくなる。したがって、詳細な説明に続く請求項は、詳細な説明中に明確に包含され、各請求項は、この発明の別々の実施形態としてそれ自身で成立する。
さらに、本明細書で説明したいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴は含むが、他の特徴は含まない。一方、当業者が理解することになるように、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の技術的範囲内であり、異なる実施形態を形成することを意味する。例えば、以下の請求の範囲において、請求項記載の実施形態のいずれもが、任意の組み合わせで使用可能である。
本明細書でされる説明において、多くの具体的詳細が明記される。しかしながら、本発明の実施形態はこれらの具体的詳細なしに実践してもよいことが理解される。他の例において、周知の方法、構造及び技術は、この説明の理解を不明瞭にしないために、詳細には示されていない。
本発明に係る実施形態において、シリコン酸化物ライクの材料又は封入層について述べる場合、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化窒化物のようなシリコンベースの層、又は／及びゲルマニウム酸化物、ゲルマニウム窒化物、ゲルマニウム酸化窒化物のようなゲルマニウムベースの層、又は／及びシリコンゲルマニウム酸化物、シリコンゲルマニウム窒化物、シリコンゲルマニウム酸化窒化物のようなシリコンゲルマニウムベースの層、を指す。特別の可能性として、シリコン、酸素又は窒素の間の任意の化学量論比でのシリコン酸化物、シリコン窒化物又はシリコン酸化窒化物（ＳｉｘＯｙ ／ ＳｉｘＮｙ）がある。Ｓｉ前駆体（例えばＳｉＣｌ４）とＯ２又はＮ２との間の比を変化させ、これにより変化したシリコン酸化物／窒化物の化学量論を得ることができる。
本発明に係る実施形態において、ハードマスクについて述べる場合、エッチングマスクとして使用する材料を指す。ＳＯＩウエハを使用する場合のハードマスクの一例では、ＳＯＩウエハ上にある２つの化学気相成長（ＣＶＤ）層を、下から上まで以下のように使用する。４０ｎｍのアモルファスカーボン層（ＡＣＬ）をボトムハードマスクとして使用した。１５ｎｍのシリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）をトップハードマスクとして使用した。トップハードマスクは、強度の高い材料であり、ボトムハードマスクのようなカーボンベースの材料のパターニングについて、広いプロセスウインドウを提供する。通常、これら２つのハードマスク層の組み合わせは、約３００ｎｍの高さを有するシリコン機構をパターニングするための充分なトポグラフィを提供できる。それゆえ、一旦ＰＲパターンがトップハードマスクに転写されると、ＰＲ厚さは無関係である。
本発明に係る実施形態では、フォトレジスト層のフォトレジスト突起部について述べる場合、フォトレジスト層下方の層を覆うことを意図したフォトレジスト機構又はパターンであって、層のこの部分（即ち、フォトレジスト機構又はパターンの下方の部分）が後の工程でエッチングされないようにしたフォトレジスト機構又はパターンを指すことがある。
本発明に係る実施形態では、封入材料、封入層及び／又は封入について述べる場合、連続するプロセスの少なくとも一部の途中で下位層を保護するように、即ち連続するプロセスの少なくとも一部の途中で下位層への直接の影響を妨げるように下位層を覆う材料及び／又は動作を指す。
第１の態様において、本発明は、極端紫外線フォトリソグラフィプロセスを実施する、或いは支援するための方法に関する。この方法はまた、ハードマスクを作成する、或いは支援するための方法と呼ぶこともできる。極端紫外線フォトリソグラフィプロセスは、２ｎｍから５０ｎｍの範囲内の波長を有する放射線、より好都合には１０ｎｍから１４ｎｍの範囲内の波長を有する放射線を使用する場合を指す。この方法は、リソグラフィ加工全体、又はパターニングされたハードマスクの形成のみ、したがってリソグラフィ加工全体の一部をカバーできる。本発明の実施形態によれば、方法は、ハードマスク材料と、そのハードマスク材料上方に形成された極端紫外線（ＥＵＶ）フォトレジストとを備えた基板を得る工程と、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、ゲルマニウム酸化物、ゲルマニウム窒化物、ゲルマニウム酸窒化物、シリコンゲルマニウム酸化物、シリコンゲルマニウム窒化物又はシリコンゲルマニウム酸窒化物のうちの１つである封入層をフォトレジスト上で形成することにより、ＥＵＶフォトレジストのパターン層を封入する工程と、ハードマスクをパターニングするために基板をドライエッチングする工程とを含む。封入層は、四ハロゲン化ケイ素、四水素化ケイ素、四ハロゲン化ゲルマニウム、四水素化ゲルマニウム、四ハロゲン化シリコンゲルマニウム又は四水素化シリコンゲルマニウムの前駆体からなる群の１つである第１前駆体及び酸素前駆体を使用することによりＥＵＶフォトレジストの弱化温度Ｔｇ未満の温度で形成する。
例として、本発明はこれに限定されることはないが、図３に示す、リソグラフィプロセスにおける支援のための例示的な方法３００を参照して、本発明の実施形態に係る標準工程及び任意工程についてさらに説明する。
例示的な方法３００は、ハードマスク材料と、そのハードマスク材料上方で形成された極端紫外線（ＥＵＶ）フォトレジストのパターン層と含む基板を得る工程３１０を含む。通常、基板上にはさまざまな材料を設けることができる。用語「基板」は、任意の下位の材料、又は、使用できる或いは上にデバイスを形成できる材料を含んでもよい。他の代替の実施形態において、この「基板」は、例えばシリコン、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウム砒素リン（ＧａＡｓＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）基板のような基板を含んでもよい。「基板」は、例えば半導体基板部分に加えて、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４のような絶縁層を含んでもよい。したがって、基板という用語はまた、シリコンオングラス基板、シリコンオンサファイア基板も含む。したがって、用語「基板」は、興味ある層又は部分の下位に存在する層のためのエレメントを一般に規定するために使用する。特定の一実施形態では、基板は、埋め込み酸化膜層とその上の結晶シリコン層とを有するシリコンオンインシュレータウエハである。
ハードマスク材料は、パターニング後にハードマスクを形成することになる材料の１つ以上の層を含んでもよい。使用できるハードマスク材料は、多層構造でもよく、例えばカーボンベースの材料、シリコン酸化物、シリコン窒化物、タングステン、チタン、酸化チタン、窒化チタンなどで作成してもよい。
使用できるＥＵＶフォトレジストのいくつかの例は、分子性ガラスフォトレジスト、化学増幅型レジストなどである。使用できるＥＵＶフォトレジストのいくつかの例は、ＳＥＶＲ−５９とＳＥＶＲ−１４０であるが本発明の実施形態はこれに限定されない。レジストは、ポジ型又はネガ型レジストが可能である。フォトレジスト層をパターニングするための通常の工程は、例えばスピンコート、ソフトベーク、露光、露光後のベーク、現像、及びハードベークによって、レジスト材料のコーティングを設けることを含んでもよい。フォトレジスト材料をパターニングするための他の工程が含まれてもよい。本工程で示したような層のスタックを得ることは、既製品のようなスタックを得ることを含んでもよく、或いは上記の堆積プロセス及びパターニングプロセスの一部又は全部を含んでもよい。
ＥＵＶフォトレジストの下方には、通常は基層（ＵＬ）を設けることができる。ＵＬは、例えばＥＵＶリソグラフィに対する感光性がないカーボンベースの材料でもよい。この層の堆積の一方法は、スピンコートによる。基層、即ちフォトレジストの下方の層は、例えばフォトレジスト層の付着を目的として設けることができる。
基板を得る工程３１０はまた、プラズマ前処理、例えば水素Ｈ２プラズマ前処理を実施することを含んでもよい。通常、このような水素プラズマ前処理は、後のプロセスにも使用されるドライエッチングチャンバ内で実施することができる。プラズマ前処理は、システムのライン幅粗さを改善することを意図している。
例として、本発明の実施形態はこれに限られないが、中間的構造の例は、例えば異なるサブ層４０４，４０６を含む基板４０２と、例えば異なる層４１２，４１４を含むハードマスク４１０と、基層４２０と、ＥＵＶフォトレジスト層４３０とを含んでもよい。本発明の実施形態によれば、本発明の一実施形態に係る構造はまた、レジスト機構上でより厚く、レジスト機構の間でより低いような封入層を含む。この封入層４４０は図４にも示している。封入層４４０を得る工程について以下で説明する。
方法は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、ゲルマニウム酸化物、ゲルマニウム窒化物、ゲルマニウム酸窒化物、シリコンゲルマニウム酸化物、シリコンゲルマニウム窒化物又はシリコンゲルマニウム酸窒化物層の１つである封入層をフォトレジスト上で形成することによりＥＵＶフォトレジストのパターン層を封入する工程３２０をさらに含む。通常、この層は、硬度、又は、下位のフォトレジストのエッチングに対する耐性より充分に大きいエッチング耐性を有する。覆われていないフォトレジストの相対硬度は、０．４ＧＰａから０．６ＧＰａであり、例えば約０．４５ＧＰａである。フォトレジストの相対硬度について述べるとき、この例ではシリコン上のフォトレジストを参照する。これは、フォトレジストが薄く基板硬度の影響を除外できないため、基板硬度もまた重要であるという事実に起因する。封入層で覆われたフォトレジストは、覆われていないフォトレジストより約７５％硬度が高い。
通常、封入層は、異方的な厚さを誘導する方法を使用して堆積できる。好都合なことに、堆積した封入層の厚さは、フォトレジスト機構の間でよりもこれらの機構上で大きい。本発明の実施形態によれば、フォトレジスト機構上で、少なくとも１０％、好都合には少なくとも２５％、より好都合には少なくとも５０％、さらに好都合には少なくとも７５％、さらに好都合には少なくとも１００％大きい。本発明に係る実施形態の利点は、上記方法を使用した封入工程がナノローディング効果、即ち堆積した封入層はフォトレジスト層間よりもフォトレジスト層上で大きいという事実、をもたらすことである。これは、後のパターニング工程でのドライエッチングプロセスウインドウを広げることを可能にする。堆積厚さは、例として、３ｎｍと２０ｎｍの間、例えば４ｎｍと１０ｎｍの間、例えば５ｎｍと７ｎｍの間とすることができる。
上記封入層は、四ハロゲン化ケイ素、四水素化ケイ素、四ハロゲン化ゲルマニウム、四水素化ゲルマニウム、四ハロゲン化シリコンゲルマニウム又は四水素化シリコンゲルマニウムの前駆体からなる群の１つである第１前駆体及び第２酸素前駆体を使用した堆積技術を使用して得られる。さらに、堆積技術は、ＥＵＶフォトレジストの弱化温度Ｔｇ未満の温度で封入層の形成を可能にするという利点を有する。いくつかの実施形態では、温度を９０度未満、例えば７５度未満に維持できる。
本発明に係る実施形態の利点は、例えば基層のエッチング中にライン幅粗さを維持できること、また、ハードマスクのエッチング中にフォトレジストプロファイルを維持できる、或いは少しの影響しか受けないことである。
方法はまた、ハードマスクをパターニングするために基板のドライエッチングを実施する工程３３０を含む。いくつかの実施形態では、好都合なことに、かかるドライエッチングを封入層の堆積と同じプロセスルームで実施できる。これにより、汚染を低減するのを支援することができ、及び／又は、効率的なリソグラフィプロセスをもたらすことができる。通常、ドライエッチングする工程３３０は、基層を開口、即ち基層にフォトレジストパターンを転写してハードマスク層を開口し、即ちハードマスク層にフォトレジスト層を転写する工程を含むことができる。
方法はまた、ハードマスクの下方の興味ある層をパターニングする工程３４０を含んでもよい。使用可能な特定のエッチングは、パターニングされる材料の種類に依存する。本発明の少なくともいくつかの実施形態の利点は、このパターニングを上記工程で使用するのと同じエッチングチャンバで使用することも可能なことである。例えばハードマスクの除去のような、リソグラフィプロセスに典型的な更なる工程も実施することができる。
本発明の実施形態の利点は、封入が、基層及びハードマスクのパターニング中の早期の劣化に対するフォトレジストの保護を提供することである。
一態様において、本発明はまた、少なくとも１つのハードマスク層と、フォトレジスト機構を有するＥＵＶフォトレジストのレジスト層と、フォトレジスト突起部を封入するための封入層とを備え、フォトレジスト突起部上での封入層の厚さは、フォトレジスト層上の他の位置での封入層の厚さより大きい、例えば充分に大きいような、ハードマスクをパターニングするための中間的構造に関する。かかる層は、上記方法を用いて得られ、又は上記方法の１つ以上の方法の工程によって誘導される中間層について説明した、１つ、複数又はすべての特徴をさらに有してもよい。
別の態様において、本発明はまた、第１の態様に係る方法を使用して得られるパターン層を備えた半導体デバイス、及び／又は、パターン層を備えた半導体デバイスを製造するための第１の態様に係る方法の使用に関する。
例として、本発明の実施形態はこれに限定されないが、本発明の少なくともいくつかの実施形態の特徴と利点を説明すべく、実験結果についてさらに説明することになる。
以下で説明する結果は、例えば、３２ｎｍのライン／間隔を有し、ＥＵＶリソグラフィを使用して露光したセミコンダクタオンインシュレータ材料上のパターニングフィンに関する。基板は、３００ｎｍのシリコンオンインシュレータウエハであった。ＥＵＶリソグラフィについては、１３．４ｎｍのＥＵＶ放射線源を有し、開口数０．２５ｎｍであるリソグラフィシステムを使用した。ドライエッチングは、トランス結合プラズマＴＣＰ（商標）リアクタである、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社のＫｉｙｏ ３Ｘ ｒｅａｃｔｏｒで実施した。
次の実験の説明において、我々は全パターニングフローからのプロセス工程、即ち本発明の実施形態に係る方法及びシステムの特徴と利点が重要な役割を果たす工程の数に注目することになる。通常、リソグラフィプロセス中の一点で、パターニングされたＥＵＶフォトレジスト層が得られ、対応するパターンは、本実施例ではシリコンオンインシュレータ材料であるハードマスク内で転写する必要がある。かかる転写はドライエッチングプロセスを使用して行うことができる。パターンの転写プロセスにおいては、本発明の実施形態の特徴と利点が特に役割を果たす。したがって、リソグラフィプロセス中に適用される他の多くのプロセス工程は、本明細書では説明しないが、当業者に知られている。
特定の実験では、基層ＵＬのスタック上のパターニングされたＥＵＶフォトレジスト層、シリコンオキシカーバイド層である２つのハードマスク層、及びアモルファスカーボン層ＡＣＬ層、並びに下位の基板であって更なる基板上にシリコンを有する基板が、ＥＵＶフォトレジスト層に存在するパターンをＣ−Ｓｉ層に転写することを意図して得られる。基板は、１４５ｎｍの埋め込みＳｉＯ２膜（ＢＯＸ）と６０ｎｍ、４０ｎｍ又は３０ｎｍの厚さ（１００）の結晶シリコンを有する３００ｎｍのシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハであった。構造は、以下で説明するスタックを使用して（１１０）方向にパターニングした。ＡＣＬ層は、ＳＯＩウエハ上での化学気相蒸着によって得られた。得られた層は厚さ４０ｎｍであった。シリコンオキシカーバイド層もまた、（ＡＣＬ層上での）化学気相蒸着を用いて得られ、１５ｎｍの厚さが堆積した。リソグラフィスタック（半導体層上に堆積した）は、２０ｎｍの基層（ＵＬ）と公称厚さ６０ｎｍのフォトレジストからなっていた。ＥＵＶフォトレジストのリソグラフィプロセスは、ＡＣＴ１２（ＴＥＬ）に接続されたＡＳＭＬ社のＡｌｆａ Ｄｅｍｏ Ｔｏｏｌ（ＡＤＴ）で実施した。封入層のようなシリコン酸化物の堆積は、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社のＫｉｙｏ Ｃ２３００ ｒｅａｃｔｏｒで実施した。これは、プラズマ電力と基板バイアスとを別個に制御することを可能にするトランス結合プラズマ（ＴＣＰ（商標））リアクタである。プラズマ条件は、ベース圧力が８ｍＴｏｒｒ、電力が３００Ｗ、電圧が０Ｖ、トランス結合した容量のチューニングパラメータが０．５であった。さらに、使用した中央の位置、及び５単位のＳｉＣｌ４、２０単位Ｏ２のシリコン酸化物ライクの層を形成するために使用した。静電チャックの温度は５０℃であった。
さまざまな基板上でＸＰＳ分析を実施して、ＥＵＶ ＰＲ上に堆積した封入層の組成を決定した。これらの分析によれば、封入層の組成はＳｉＯ１．７であった。換言すると、シリコン酸化物ライクの層を形成した。
透過型電子顕微鏡を用いた堆積層の分析も行った。ＴＥＭ断面像を図５に示す。これは、ＥＵＶフォトレジスト層材料で作成された機構のコアと、コアを包囲する、エッチングチャンバ内に堆積したＳｉＯ２ライクの層とを示している。堆積層は、フォトレジスト機構上で、当該機構間でよりも厚く、好都合なことに上記のドライエッチングプロセスウインドウの開きをもたらすことがわかる。
図６は、ＥＵＶフォトレジスト層上の封入層の高精細の透過型電子顕微鏡写真を示す。この例では、封入層はパターンの高さを増加させる（即ち、機構間で機構上よりも厚い封入を提供する）。最大で、封入層は厚さ７ｎｍであり、これは機構間では充分に小さい。この実施例では、機構間の封入部は約２ｎｍから３ｎｍの厚さである。この機構の高さの上昇は、更なるエッチング工程に対する更なるプロセスウインドウを提供する。
封入層の使用の好都合な効果をさらに説明するために、エッチングプロセスにおけるさまざまな段階で、パターンの劣化、フォトレジストの劣化及びライン幅粗さの悪化に対する影響を監視した。
第１の実験では、上記で得られる構造を使用し、プラズマ前処理、即ち水素Ｈ２プラズマ前処理を、フォトレジストを有する構造上で２５秒間実施した。その後、上述の堆積条件を１５秒間使用してフォトレジスト封入層を付加した。その後、六フッ化硫黄ＳＦ６のドライエッチングを７秒間使用して、基層を開口した。封入層を使用しない条件との比較を行った。水素Ｈ２プラズマ前処理に起因して得られる改善したライン幅粗さが、封入層を設けた後、及び基層のエッチングの後に維持されることがわかった。
これは、例えば、それぞれライン幅粗さとラインエッジ粗さを（ｎｍで）異なる時点でのライン幅粗さのパワースペクトル密度で表す図７及び図８に示している。図７は、フォトレジスト露光後、プラズマ前処理後、基層のアンダーエッチング後のライン幅粗さ（ＬＷＲ）とラインエッジ粗さ（ＬＥＲ）を示す。基層のエッチング後、ライン幅粗さとラインエッジ粗さの両方が、依然としてプラズマ前処理前よりも充分に大きいことが判る。同様に、図８のパワースペクトル密度のシフトに見られる、水素プラズマ前処理によって誘導された改善は、封入プロセス及び基層のアンダーエッチング後に維持される。
第２の実験では、上記で得られた構造を使用して、先に示したエッチング工程を実施し、さらにジフルオロメタンＣＨ２Ｆ２／六フッ化硫黄ＳＦ６のエッチングを使用したエッチングによってシリコンオキシカーバイド層を開口した。図９は、このエッチング工程の後、封入層を有する構造と有しない構造の比較を示す。左側では、封入層が存在しない場合について、走査型電子顕微鏡の断面像及び上方からの(elevated)ＳＥＭ像を示している。一方、右側では、封入層が存在する場合について、走査型電子顕微鏡の断面像及び上方からのＳＥＭ像を示している。封止層を使用した場合に、より良好なエッチングの選択制と、より良好なプロファイルコントロールが存在することがわかる。これはそれぞれ、ライン幅粗さとラインエッジ粗さについても（ｎｍで）シリコンオキシカーバイド層のエッチング後のライン幅粗さのパワースペクトル密度で表す図７及び図８からも得られる。シリコンオキシカーバイド層のエッチング後であっても、改善したライン幅粗さとラインエッジ粗さが維持されることが判る。
上記実験は、封入層の使用が、ハードマスクのエッチング中のフォトレジストプロファイル、及びライン幅粗さを保存するのを可能にすることを示しており、したがって本発明に係る実施形態の利点を示している。
Claims (11)
- 極端紫外線フォトリソグラフィプロセスを実施するための方法（３００）であって、
ハードマスクと、該ハードマスク上方に形成されたフォトレジスト突起部を有する極端紫外線（ＥＵＶ）フォトレジスト層とを備えた基板を得る工程（３１０）と、
シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、ゲルマニウム酸化物、ゲルマニウム窒化物、ゲルマニウム酸窒化物、シリコンゲルマニウム酸化物、シリコンゲルマニウム窒化物、シリコンゲルマニウム酸窒化物層のうちの１つである封入層をフォトレジスト上で形成することにより、ＥＵＶフォトレジストのパターン層を封入する工程（３２０）であって、封入層は、四ハロゲン化ケイ素、四水素化ケイ素、四ハロゲン化ゲルマニウム、四水素化ゲルマニウム、四ハロゲン化シリコンゲルマニウム又は四水素化シリコンゲルマニウムの前駆体からなる群の１つである第１前駆体及び酸素前駆体を使用したＥＵＶフォトレジストの弱化温度Ｔｇ未満の温度で形成する工程と、
その後、ハードマスクをパターニングするために基板をドライエッチングする工程（３３０）とを含む方法（３００）。 - 封入する工程（３２０）は、ドライエッチングと同じセットアップで実施する、請求項１に記載の方法（３００）。
- 前記封入する工程を実施することにより、フォトレジスト突起部上で、フォトレジスト層（４３０）の他の位置での封入層（４４０）の厚さより充分大きい厚さを有する封入層（４４０）を形成する、請求項１又は２に記載の方法（３００）。
- 基板を得る工程は、基板の水素プラズマ前処理を実施する工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法（３００）。
- 水素プラズマ前処理を実施する工程は、前記ドライエッチングのために使用したチャンバと同じチャンバ内で水素プラズマ前処理を実施することを含む、請求項４に記載の方法（３００）。
- ＥＵＶフォトレジストのパターン層を封入する工程（３２０）は、シリコン酸化物層である封入層を形成する工程を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法（３００）。
- 四ハロゲン化ケイ素、四水素化ケイ素、四ハロゲン化ゲルマニウム、四水素化ゲルマニウム、四ハロゲン化シリコンゲルマニウム又は四水素化シリコンゲルマニウムの前駆体からなる群の１つである第１前駆体及び酸素前駆体を使用して封入層を形成する工程は、プラズマ加工を実施することを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法（３００）。
- 前記ドライエッチングする工程は、フォトレジスト突起部が生じる位置ではハードマスク材料を実質的に維持しつつ、フォトレジスト突起部が生じない位置でハードマスク材料をエッチングすることを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法（３００）。
- ハードマスクを準備するための中間的構造（４００）であって、
少なくとも１つのハードマスク層（４１０）と、
フォトレジスト機構を有するＥＵＶフォトレジストのレジスト層（４３０）と、
該ＥＵＶフォトレジスト層（４３０）及びその突起部を封入するための封入層（４４０）とを備え、
フォトレジスト突起部上での封入層（４４０）の厚さは、フォトレジスト層（４３０）上の他の位置での封入層（４４０）の厚さより大きい、例えば充分に大きい中間的構造（４００）。 - 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法を用いたＥＵＶリソグラフィを使用して得られるパターン層を備えた半導体デバイス。
- パターン層を備えた半導体デバイスの製造についての、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法（３００）の使用。
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