JP2014143318A

JP2014143318A - 物品の製造方法

Info

Publication number: JP2014143318A
Application number: JP2013011341A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kenmochi; 敦志釼持
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】ダブルパターニング（マルチパターニング）における重ね合わせ精度の点で有利な物品の製造方法を提供する。
【解決手段】ハードマスク１７のパターンを基板１１に形成する工程を含む物品の製造方法であって、マルチパターニングにより第１パターン１４を基板１１に形成する第１工程と、第１パターン１４を形成された基板１１の凹部にハードマスク１７を埋め込む第２工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハードマスクのパターンを基板に形成する工程を含む物品の製造方法に関する。

マイクロメートルもしくはナノメートルオーダーの物品としての構造体、またはその構造体を含む物品を製造するための一工程として、微細なパターンを基板に形成するリソグラフィー工程がある。そのようなパターンの形成には、露光装置に代表されるリソグラフィー装置が用いられる。露光装置は、例えば、原版（レチクルまたはマスクともいう）に形成されたパターンおよび投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレートなど）を露光する。ここで、露光装置により転写（解像）可能なパターンの最小線幅は、レイリーの式（Ｒ＝ｋ_１×λ／ＮＡ）で表される。ただし、Ｒは解像力（または最小線幅）であり、ｋ_１はプロセスファクターであり、λは光の波長であり、ＮＡは投影光学系の開口数である。このうち、プロセスファクターｋ_１は、露光を含むプロセスの条件により変化する値であり、その理論最小値は０．２５である。露光装置の仕様により決まる波長λおよび開口数ＮＡならびにプロセスファクターｋ_１＝０．２５をレイリーの式に代入すれば、その露光装置での理論最小線幅（解像限界）が得られる。すなわち、プロセスファクターｋ_１が０．２５を下回るようなパターンは、露光装置の解像限界を超えるため、一度の露光で転写することができない。非特許文献１は、そのようなパターンの形成を実現するためのダブルパターニングについて記載している。

リソグラフィー工程により基板上にレジストパターンが形成された後、このレジストパターンをマスクとして基板のエッチングが行われる。このエッチング工程において、例えば、レジストの性能を上回る選択比が必要とされるときは、被エッチング材に比較してエッチングレートの小さい、いわゆるハードマスクを用いる場合がある。このハードマスクを用いることの利点は、レジストマスクでは実現することが困難な高アスペクト比のパターンや、より垂直性の高いパターンの形成が可能となることにある。そこで、ダブルパターニングでの形成を要するような線幅の高アスペクト比のパターンを形成する場合には、基板上に成膜したハードマスクに対してダブルパターニングを行うのが一般的である。

図２は、参考として、従来のハードマスクに対するダブルパターニングプロセスの流れを時系列で示す概略図である。ここでは、一例として、平坦な基板２１上に成膜したハードマスク２２に対してダブルパターニングを適用し、最終的にピッチ９０ｎｍのパターンを形成するものとする。まず、ハードマスク２２上にはレジスト層２３が成膜され、その後、１回目の露光により、ピッチ１８０ｎｍのレジストパターンが形成される（図２（ａ））。次に、レジストパターン（レジスト層２３）をマスクとした１回目のエッチングにより、ハードマスク２２にはパターンが形成され、レジスト層２３が剥離される（図２（ｂ））。次に、ハードマスク２２上には新たにレジスト層２４が成膜され、その後、２回目の露光により、前回の露光によるものとは１／２ピッチ（９０ｎｍ）ずらしたピッチ１８０ｎｍのレジストパターンが形成される（図２（ｃ））。そして、レジストパターン（レジスト層２４）をマスクとした２回目のエッチングにより、ハードマスク２２のパターンがさらに加工され、レジスト層２３が剥離される（図２（ｄ））。これにより、ピッチ９０ｎｍのパターンを有するハードマスク２２が形成される。なお、ハードマスク２２上にマスクとなり得る層をさらに成膜し、ダブルパターニングを行う方法もある。

岡崎、「ハーフピッチ３２ｎｍ技術対応のリソグラフィー技術」、ＯｐｌｕｓＥ、新技術コミュニケーションズ、平成１９年９月、第２９巻、第９号、ｐ.８９０−８９４

しかしながら、ハードマスクに対してダブルパターニングを適用する図２のプロセスでは、１回目のエッチングによりハードマスク２２に残留している応力が変化することに起因して、基板２１の歪み状態も変化する。そして、２度の露光の間の重ね合わせは、基板２１に形成されているアライメントマークを用いて行うため、基板２１の歪み状態の変化に伴ってアライメントマークの変位または変形も生じ、そのため、２回目の露光での重ね合わせ精度が低下しうる。このような重ね合わせ精度への影響は、アライメントマーク間の距離が大きくなるほど顕著に現れうる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、ダブルパターニング（マルチパターニング）における重ね合わせ精度の点で有利な物品の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ハードマスクのパターンを基板に形成する工程を含む物品の製造方法であって、マルチパターニングにより第１パターンを基板に形成する第１工程と、第１パターンを形成された基板の凹部にハードマスクを埋め込む第２工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、ダブルパターニングにおける重ね合わせ精度の点で有利な物品の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るパターン形成プロセスを時系列で示す図である。従来のダブルパターニングプロセスを時系列で示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る物品の製造方法について図面を参照して説明する。なお、本実施形態でいう「物品」は、例えば、波長板・偏光板等の光学素子や、半導体集積回路デバイス、液晶表示デバイス、ＭＥＭＳ等のデバイス等の最終製造物、最終製造物となる前の微細パターンを有する構造体としての中間製造物を含みうる。また、最終製造物または中間製造物の製造には多種の工程が含まれうるが、以下では、ダブルパターニングの工程を含む一部の工程について重点的に説明する。他の工程は、公知の工程としうる。さらに、本実施形態でいう「ダブルパターニング」における露光回数は、以下で例示する２回に限定されず、３回以上であってもよく、それらを総称して「マルチパターニング」と称することとする。

図１は、本実施形態に係る物品の製造方法に含まれる一連の工程としてのパターン形成プロセスを時系列で示す概略図である。まず、形成すべきパターンのピッチは、一例として９０ｎｍ（ハーフピッチは４５ｎｍ）とする。そして、パターン形成プロセス中、露光工程が存在するが、当該露光には、リソグラフィー装置としての露光装置が用いられる。露光装置としては、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式にて、レチクル（原版）に形成されたパターンおよび投影光学系を介して基板を露光する走査（型）投影露光装置を採用し得る。本実施形態では、露光装置の光源として、フッ化クリプトンエキシマレーザー（波長λ＝２４８ｎｍ）を用いるものとする。ただし、光源の種類は、これに限定されるものではなく、例えばフッ化アルゴンエキシマレーザー（波長λ＝１９３ｎｍ）を採用することもできる。ここで、露光装置の開口数ＮＡを０．８６とすると、プロセスファクターｋ_１は約０．１６となる。よって、プロセスファクターｋ_１が０．２５を下回るため、この露光装置によりピッチ９０ｎｍのパターンを１回の露光でパターニングすることは不可能である。そこで、本実施形態では、ピッチ１８０ｎｍのパターニングを２回行うことで、最終的にピッチ９０ｎｍのパターンを形成するダブルパターニングを採用する。この場合、ピッチ１８０ｎｍのパターンならばプロセスファクターｋ_１が約０．３１となるため、１回の露光でパターニング可能である。なお、ここで例示しているピッチなどの数値は、適宜変更可能である。

まず、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すダブルパターニングに係る各工程（第１工程）により、基板１１上にピッチ９０ｎｍのハードマスク埋め込み部としてのパターン（第１パターン）１４を形成する。まず、基板１１上には、レジスト層１２が成膜され、その後、１回目の露光によりピッチ１８０ｎｍのレジストパターンが形成される（図１（ａ））。基板１１の材質は、本実施形態では石英とする。ただし、石英には限定されず、最終製造物または中間製造物の種類によって変更可能であり、例えばシリコン（Ｓｉ）でもよい。次に、レジストパターン（レジスト層１２）をマスクとした１回目のエッチング（ドライエッチング）により基板１１にパターンが形成され、レジスト層１２が剥離される（図１（ｂ））。ドライエッチングの方法としては、例えば、平行平板型（容量結合型）リアクティブイオンエッチング（CCP-RIE: Capacitive Coupled Plasma-RIE）を用いうる。一方、誘導結合型リアクティブイオンエッチング（ICP-RIE: Inductive Coupled Plasma-RIE）等を用いてもよい。このとき、エッチング深さは、必要とするハードマスクの厚さによるが、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下としうる。次に、基板１１上に新たにレジスト層１３が成膜され、その後、２回目の露光により、前回の露光によるものとは１／２ピッチ（９０ｎｍ）ずらしたピッチ１８０ｎｍのレジストパターンが形成される（図１（ｃ））。そして、レジストパターン（レジスト層１３）をマスクとした２回目のエッチングにより、基板１１がさらに加工され、レジスト層１３が剥離される。これにより、ピッチ９０ｎｍのパターン１４を有する基板１１が形成される（図１（ｄ））。

次に、図１（ｅ）〜図１（ｇ）に示す各工程（第２工程）により、ハードマスク埋め込み部としてのパターン１４にハードマスク１７を埋め込む。まず、パターン１４が形成された基板１１上に、ハードマスク層１５が成膜される（第２−１工程：図１（ｅ））。ハードマスク１７の材質としては、例えば、Ｃｒ、ＣｒＯ_２、ＣｒＯ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、ＴｉＯ_２のいずれかが採用可能である。また、成膜方法としては、例えば、カバレージの良いスパッタリング法または化学気相成長法（ＣＶＤ法）が望ましいが、それには限定されず、例えば蒸着法であってもよい。このとき、成膜厚さは、パターン１４の深さの２倍程度としうる。この成膜により形成されたハードマスク層１５の表面形状は、パターン１４の形状を反映した凹凸を有する。次に、ハードマスク層１５上にレジスト層１６を成膜し（第２−２工程）、表面を平坦化する（図１（ｆ））。次に、エッチングにより、エッチバック（平坦化）を行い、パターン１４の凹部のみにハードマスク１７を残すようにする（第２−３工程：図１（ｇ））。ここでは、レジスト層１６とハードマスク層１５とのエッチング選択比が１に近い条件でドライエッチングを行う。その後、例えば、図１（ｇ）のように形成されたハードマスクパターンをマスクとして基板１１をエッチングし（第３工程）、さらに不要となったハードマスク１７を除去することを介して、最終製造物としての波長板や偏光板などの光学素子を製造することができる。また、基板１１の材質をシリコンとして同様にパターンを形成することで、種々のデバイスの製造にも適用可能である。

このように、上記の一連の工程では、ダブルパターニングを用いてハードマスクのパターンを形成するにあたり、基板１１の表面上に形成されたハードマスク層をエッチングすることにより形成するのではない。すなわち、本実施形態では、基板１１にハードマスク埋め込み部（凹部）を含むパターン１４を形成する。そして、パターン１４上にハードマスク層１５形成することを介して、パターン１４の凹部にハードマスク１７が埋め込まれた構造を形成する。すなわち、ダブルパターニングによりパターン１４を形成する段階では、ハードマスク層に対するものではない。したがって、本実施形態のダブルパターニングでは、２回の露光の間における基板の歪み状態の変化を低減することができる。これにより、２回目の露光における重ね合わせ精度の点で有利となる。よって、物品の製造歩留まり、性能または品質の点で有利な物品製造方法を提供することができる。

以上のように、本実施形態によれば、ダブルパターニングにおける重ね合わせ精度の点で有利な物品の製造方法を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１１基板
１４パターン
１７ハードマスク

Claims

ハードマスクのパターンを基板に形成する工程を含む物品の製造方法であって、
マルチパターニングにより第１パターンを基板に形成する第１工程と、
前記第１パターンを形成された前記基板の凹部に前記ハードマスクを埋め込む第２工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。
前記第２工程は、
前記第１パターンを形成された前記基板の上に前記ハードマスクの層を形成する第２−１工程と、
前記ハードマスクの層の上にレジスト層を形成する第２−２工程と、
前記レジスト層および前記ハードマスクの層をエッチバックする第２−３工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の物品の製造方法。
前記第２−２工程と前記第２−３工程との間に、前記レジスト層を平坦化する工程を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の物品の製造方法。
前記基板の材質は、石英およびシリコンのうち少なくとも一方を含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の物品の製造方法。
前記ハードマスクの材質は、Ｃｒ、ＣｒＯ_２、ＣｒＯ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、およびＴｉＯ_２のうち少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載の物品の製造方法。
前記ハードマスクを埋め込まれた前記基板を、該ハードマスクをマスクとしてエッチングする第３工程を含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載の物品の製造方法。
前記物品は、光学素子およびデバイスのうち少なくとも一方を含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項に記載の物品の製造方法。