JP2016081065A - Ｅｕｖレジストエッチング耐久性を向上しパターン崩壊の軽減するパターン化の方法。 - Google Patents
Ｅｕｖレジストエッチング耐久性を向上しパターン崩壊の軽減するパターン化の方法。 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】EUVレジストのエッチング耐性を改善して、パターン崩壊を軽減する方法を提供する。【解決手段】第１のパターン化層は、（ｉ）極端紫外線（EUV）リソグラフィーに露光されるとき、４０ナノメートルよりも短い、リソグラフィー解像度を有する物性、及び（ｉｉ）第１のパターン化層の下にある材料層をエッチングするために選択されるエッチングプロセス条件のための、公称エッチング耐性を与える物性を有しているレジスト材で構成されている（Ｓ３１２）。さらに、像反転材が第１のパターン化層を埋めて覆うように像反転材を第１のパターン化層の上にオーバーコートする工程（Ｓ３１４）と、第１のパターン化層の上面を露出するように像反転材の上部を取り除く工程（Ｓ３１６）と、残った像反転材が第２のパターン化層となるように第１のパターン化層を取り除く工程（Ｓ３１８）と、を有する。【選択図】図３
Description
本発明は、薄膜を基板上でパターン化する方法に関する。
（優先権）
本出願は、2014年10月16日に、US,CFR37§1.78(a)(4)に従って出願された係属中の米国出願第62/064636号の優先権を主張し、本出願の明細書において、その基礎出願全体を参照により援用する。
（優先権）
本出願は、2014年10月16日に、US,CFR37§1.78(a)(4)に従って出願された係属中の米国出願第62/064636号の優先権を主張し、本出願の明細書において、その基礎出願全体を参照により援用する。
材料処理方法論において、パターンエッチングは、基板の上表面に感放射線材料（例えばフォトレジスト）を塗布すること、フォトリソグラフィーを用いて感放射線材料の層においてパターンを形成すること、エッチングプロセスを用いて、感放射線材料の層に形成されたパターンを基板上の下地薄膜へ転写すること、を含む。現像液を使用して、感放射線材料の照射領域（ポジティブトーンレジストの場合）又は非照射領域（ネガティブトーンレジストの場合）を取り除く前に、感放射線材料のパターニングは、一般的に、例えばフォトリソグラフィーシステムを使用する、電磁（EM）放射のパターンへの感放射線材料の露光を必要とする。
最近では、EUV（極端紫外）フォトリソグラフィーは、安価なプロセスを使用している次世代装置を使用可能にするための候補となっている。サブ２２nmのハーフピッチ・パターンを制御することを難しくする２つの重大な問題は、パターン崩壊と、エッチプロセスを用いて、レジスト特徴パターンを下地層へ転写するための十分なエッチエッチング耐性及び厚みのEUVレジスト層を提供する能力である。更なるスケーリングから生まれるアスペクト比の増加は、パターン崩壊の徴候を促進する。アスペクト比は、臨界寸法（CD）又は特徴パターンの幅に対する、特徴パターンの高さに関連する。
パターン崩壊を克服する解決策の１つは、低いアスペクト比を達成するためにレジストの厚さを薄くすることである。低いアスペクト比を達成するレジストの厚さの縮小は、EUVレジストの比較的低いエッチング耐性に起因して、エッチングプロセスによる、レジスト特徴パターンを下地層へすべて転写する能力を制限してしまう。したがって、他の解決策は、EUVフォトリソグラフィーの制限を克服すること、および、次のエッチング・ステップのために十分なエッチング耐性を備えるサブ２２nmの半分ピッチパターンを崩壊させないことを達成することが要求される。
本発明は、基板上の薄膜にパターン化する方法に関するものである。本発明は、EUVレジストのエッチング耐性を改善して、EUVレジストパターンのパターン崩壊を軽減することにさらに関する。
本発明の一態様では、基板をパターニングする方法が説明されている。パターニング方法は、エッチングされる材料層を覆う第１のパターン化層を、基板上で受け取る工程を有しており、第１のパターン化層は、（ｉ）極端紫外（EUV）線リソグラフィーに露光されるとき、４０ナノメートルよりも短い、リソグラフィー解像度を有する物性、（ｉｉ）前記第１のパターン化層の下にある材料をエッチングするために、エッチングプロセス条件のための、公称エッチング耐性を与える物性を有しているレジスト材で構成されている。前記公称エッチング耐性を超えるエッチングプロセス条件の、エッチング耐性を与える物性を有している像反転材が前記第１のパターン化層を埋めて覆うように、前記像反転材を前記第１のパターン化層は、前記像反転材でオーバーコートされる。
パターニング方法はさらに、前記第１のパターン化層の上面を露出するように、前記像反転材の上部を取り除く工程、及び残った前記像反転材が第２のパターン化層となるように、前記第１のパターン化層を取り除く工程、を有する。
パターニング方法はさらに、前記第１のパターン化層の上面を露出するように、前記像反転材の上部を取り除く工程、及び残った前記像反転材が第２のパターン化層となるように、前記第１のパターン化層を取り除く工程、を有する。
一態様のパターニング方法によれば、UVレジストのエッチング耐性を改善して、EUVレジストパターンのパターン崩壊を軽減する。
基板をパターン化する方法（パターニング方法）は、下記いろいろな実施形態において説明される。しかし、本技術に関連した技術の当業者にとって、特定の詳細が記載されていなくても、他の代替例及び／又は追加の方法、材料又は構成要素が、様々な実施形態がとり得ると、理解することができる。他の例として、公知の構造、材料又は動作は、発明のいろいろな実施形態の特徴が不明瞭になることを避けるために、詳細には記述されていない又は示されていない。
同様に、説明のために、特定の、数、材料、及び構成は、発明を完全な理解を提供するために定められている。しかしながら、発明は、特定の詳細に記載していないものでも、実施されうる。さらにまた、いろいろな実施形態において示される図は、必ずしも正しいスケールで表現されているわけではないものと理解されうる。
「一実施形態」または「ある実施形態」又はこれらの変形例は、実施形態に関連して記述される特定の性質、構造、材料または特徴は、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しているが、それらが、すべての実施形態に存在することを意味しているわけではない。したがって、本明細書を通して、様々な場所での、例えば「１つの実施形態においた」または「一実施形態において」のフレーズの状況が、発明の同じ実施形態に、必ずしも言及しているというわけではない。さらにまた、特定の性質、構造、材料又は特徴は、一つ以上の実施形態において、いずれかの適切な方法で、組み合わせてもよい。
それでもなお、説明に含まれる性質は、説明された一般的な概念の発明の性質だけではなく、追加の発明の性質が、説明の範囲内で含みうることが当業者にとって明らかである。
ここで用いられる「基板」は、本発明の実施形態に従って、処理されている対象物に、一般的に言及している。基板は、装置、特に半導体または他のエレクトロニクス装置の、いかなる材料又はいかなる構造物であってもよい。例えば、基板は半導体ウエハなどのベース基板構造であってもよく、又は薄膜などの、ベース基板構造の上にある又は覆っている層であってもよい。したがって、基板は、いかなる特定のベース構造、下地層、又は上を覆う層、及びパターン化されている又はパターン化されていないこと、に限定しておらず、むしろ、それらの層又はベース層を含むこと、及びそれらの層及び又はベース構造を含むいかなる組み合わせ等も考えられる。下記の説明は特定の種類の基板に参照番号（図の素材等）をつけることもある、しかし、これは例示的な目的であって、種類を制限するものではない。
一実施形態において、次のエッチング転写プロセスために十分なエッチング耐性で低いアスペクト比の特徴パターンを可能にするために経路（配線経路:pathway）を提供する、パターニング方法を説明する。本方法では、エッチングプロセスの前に、元の耐性機能を新たな高いエッチング耐性フィルムへ入れ替える中間材料を用いる。図３と共に、図１及び図２は、１回以上パターンを反転することで、エッチング耐性を向上し、パターン崩壊の可能性を減少させる、例示的なプロセスシーケンスを示す。パターンを反転させるために用いられる材料は、下地層を選択的に除去するエッチングプロセスに対する、より一層のエッチング耐性がある。したがって、臨界寸法（ＣＤ）の寸法を、下地層へ変換することができる。ここで記述される、薄膜をパターニングするための様々な実施形態は、高アスペクト比における崩壊効果を克服するために必要とされる耐性の厚さを薄くすることによって、装置の更なる小型化を可能にする。本技術は、拡散律速エッチバック及びスリミングと同様に、反転材（材料）や反転技術を使用することを含む。
ここで図面を参照すると、参照番号は、複数の図を通じて、同一であるか対応する部分（パーツ）を示している。図１Ａ〜図１Ｇは、一実施形態に係る基板をパターン化する方法を例示している。方法はフローチャート３００に図示されており、基板１１０上に、エッチングされる材料層１３０を覆う第１のパターニングされた層（パターン化層）１４０を受け取る、Ｓ３１０で開始する。基板１１０は、例えば第２の材料層１２０などの追加の層を含んでもよい。
第１のパターン化層２４０は、（ｉ）極端紫外線（EUV：extreme ultraviolet radiation）リソグラフィーで露光されるとき、およそ４０ナノメートル未満のリソグラフィー解像度―を与える物性、及び（ｉｉ）第１のパターン化層２４０の下にある材料にエッチングするのに選ばれるエッチングプロセス条件に対する公称エッチング耐性を与える物性を有しているレジスト材料から構成されている。
上述と同様に、説明を簡潔化するために、上述で参照した、同一であるか対応するパーツを示している数字は、例えば、図２Ａ〜図２Ｇで示す複数の図で共通な材料層について、説明を繰り返さない。
第１のパターン化層２４０は、（ｉ）極端紫外線（EUV：extreme ultraviolet radiation）リソグラフィーで露光されるとき、およそ４０ナノメートル未満のリソグラフィー解像度―を与える物性、及び（ｉｉ）第１のパターン化層２４０の下にある材料にエッチングするのに選ばれるエッチングプロセス条件に対する公称エッチング耐性を与える物性を有しているレジスト材料から構成されている。
上述と同様に、説明を簡潔化するために、上述で参照した、同一であるか対応するパーツを示している数字は、例えば、図２Ａ〜図２Ｇで示す複数の図で共通な材料層について、説明を繰り返さない。
第１のパターン化層１４０は、フォトレジスト（例えばEUVレジスト（resist））を含むことができる。例えば、第１のパターン化層１４０が極端紫外線（放射）のおよそ１０（mJ）ミリジュール未満への露光の後、完全に現像されることができるという点で、第１のパターン化層１４０は高速レジストでありえる。しかし、１０ミリジュールを上回るエネルギー準位も、許容することができる。高速レジストは、従来のフォトレジストより５〜１０倍速い現像速度を与えることができる。例示的な高速レジストは、ハフニウム酸化物を含むフォトレジスト（埋め込みであるか吊るされたナノ粒子を含んでいるレジスト）である。
代替の実施形態において、第１のパターン化層１４０は、２４８nm（ナノメートル）レジスト、１９３nmのレジスト、１５７nmのレジスト、EUV（極端紫外）レジスト又は電子ビーム感光レジストを含んでいてもよい。さらに、例えば、第１のパターン化層１４０は、熱凍結フォトレジスト、電磁（EM）放射線凍フォトレジスト、または化学凍結フォトレジストを含んでいてもよい。
代替の実施形態において、第１のパターン化層１４０は、２４８nm（ナノメートル）レジスト、１９３nmのレジスト、１５７nmのレジスト、EUV（極端紫外）レジスト又は電子ビーム感光レジストを含んでいてもよい。さらに、例えば、第１のパターン化層１４０は、熱凍結フォトレジスト、電磁（EM）放射線凍フォトレジスト、または化学凍結フォトレジストを含んでいてもよい。
第１のパターン化層１４０は、材料を基板１１０の上へスピンコーティングすることによって形成されてもよい。第１のパターン化層１４０は、トラックシステム（追跡システム）を使って形成されてもよい。例えば、トラックシステムは、東京エレクトロン株式会社（TEL）から商業的に入手可能な、クリーントラックACTTM 8、ACTTM 12、LITHIUSTM、LITHIUSTM ProTMまたはLITHIUSTM ProVTMのレジスト塗布・現像システムを含みうる。
フォトレジスト膜を基板上へ形成する方法は、スピンコーティング技術として当業者にはよく知られている。コーティングプロセスの次には、基板１１０を加熱するための１つ以上のポスト・アプリケーション・ベーク（PAB:post-application bakes）及び、１つ以上の第１のポスト・アプリケーション・ベーク（PAB）の後の、基板を冷却するための一つ以上の冷却サイクルを行ってもよい。
フォトレジスト膜を基板上へ形成する方法は、スピンコーティング技術として当業者にはよく知られている。コーティングプロセスの次には、基板１１０を加熱するための１つ以上のポスト・アプリケーション・ベーク（PAB:post-application bakes）及び、１つ以上の第１のポスト・アプリケーション・ベーク（PAB）の後の、基板を冷却するための一つ以上の冷却サイクルを行ってもよい。
第１のパターン化層１４０は、１.５：１未満の高さ（１５４）と幅(１５２)との比率を持つ性質である第１のパターン１５０を含むことを特徴としている。あるいは、高さ（１５４）：幅（１５２）の比率は、１：１以下である。アスペクト比（縦横比）が約１.５：２を超えると、パターン崩壊の可能性が増加する。
第１のパターン１５０は、ドライ式又はウエット式のフォトリソグラフィーシステムを含む放射露光システムを使用して形成されてもよい。第１のパターン１５０は、従来の何らかの適切なステッピング・リソグラフィーシステムを使用するか、リソグラフィーシステムをスキャンすることによって形成されうる。例えば、フォトリソグラフィーシステムは、ASMLオランダB.V. (De Run 6501, 5504 DR Veldhoven, オランダ)又はキャノンUSA半導体装置部門(3300 North First Street, San Jose, CA 95134)から商業的に入手可能であってもよい。
あるいは、第１のパターン１５０は、電子ビームリソグラフィーシステムを使用して形成されてもよい。
あるいは、第１のパターン１５０は、電子ビームリソグラフィーシステムを使用して形成されてもよい。
第１のパターン１５０を完成するように、（ポジティブトーンレジストを使用するか又はネガティブトーンレジストを使用するかに応じて）レジスト層の露光された部分又は露光されていない部分を取り除くために、第１のパターン化層１４０は現像プロセスを受け、そして、第１のパターン１５０が第１のパターン化層１４０に形成される。上述のように、第１のパターン１５０は、第１の臨界寸法（CD）又は幅１５２、及び高さ１５４によって特徴づけられ得る。第１のパターン１５０は、第１の線状パターンを含んでもよい。
現像プロセスは、現像システム、例えばトラックシステムにおいて、基板を現像液へ（で）露光することを含む。例えば、トラックシステムは、東京エレクトロン株式会社（TEL）から商業的に入手可能な、クリーントラックACTTM 8、ACTTM 12、LITHIUSTM、LITHIUSTM ProTMまたはLITHIUSTM ProVTMのレジスト塗布・現像システムを含みうる。
現像プロセスの前には、基板１１０を加熱するための１つ以上のポスト・露光（exposure）・ベーク（PEB）、及び、１つ以上の第１のポスト・アプリケーション・ベーク（PEB）の後に基板１１０を冷却するための一つ以上の冷却サイクルを行ってもよい。
現像プロセスは、現像システム、例えばトラックシステムにおいて、基板を現像液へ（で）露光することを含む。例えば、トラックシステムは、東京エレクトロン株式会社（TEL）から商業的に入手可能な、クリーントラックACTTM 8、ACTTM 12、LITHIUSTM、LITHIUSTM ProTMまたはLITHIUSTM ProVTMのレジスト塗布・現像システムを含みうる。
現像プロセスの前には、基板１１０を加熱するための１つ以上のポスト・露光（exposure）・ベーク（PEB）、及び、１つ以上の第１のポスト・アプリケーション・ベーク（PEB）の後に基板１１０を冷却するための一つ以上の冷却サイクルを行ってもよい。
図３のＳ３１４において、図１Ｂで示すように、像反転材１６０は、第１のパターン化層１４０を埋めて覆うように、第１のパターン化層１４０を設けられた基板１１０が像反転材１６０でオーバーコートされる。ここで、像反転材１６０は、公称エッチング耐性を超えるエッチングプロセス条件のためのエッチング耐性を提供する物性を有している。例えば、下地材料層１３０をエッチングするためのエッチングプロセス条件は、Cx-Fyベースの化学組成物を含みうる。像反転材１６０のCx-Fyベースの化学組成物へのエッチング耐性は、公称エッチング耐性（あるいは、エッチングプロセス条件に対する第１のパターン化層１４０のエッチング耐性）よりも大きい。
像反転材１６０は、材料層１３０に転写するために、高いエッチング耐性／選択性を有している必要がある。像反転材１６０は、有機物であってもよいし、無機物であってもよい。さらに、像反転材１６０は、金属を含有する材料（例えば、金属粒子）、シリコン（Si）含有材料（例えば、Siを含むARC（反射防止コーティング、SiOx、SiNy、SiOxNyなど）、あるいは、レジスト温度Tg（ガラスの転移温度）を上回らないベーク温度で（硬い）架橋結合（即ち、「フリージング」）を示す材料、で有り得る。像反転材１６０を金属種、Si種、又は架橋剤とすることにより、エッチング耐性特性が増加した材料を提供することができる。
像反転材１６０は、熱的に硬化性凍結レジスト、EM硬化性凍結レジスト、または化学的硬化性凍結レジストを含みうる。そのような材料は、熱的に処理されるとき、放射線的に処理されるとき、又は化学的に処理されるとき、架橋結合を示す材料を含む。さらに、化学凍結資材は、感放射線材料の層のおける架橋結合を引き起こしうる、取り除き可能な材料を含んでいてもよい。化学凍結資材は、ポリマー材料を含んでいてもよい。
これらの材料は、例えばFZX F112凍結材料を含んでおり、JSRマイクロ社 (1280 North Mathilda Avenue, Sunnyvale, CA 94089)から商業的に入手可能である。あるいは、これらの材料は、SCTM 1000 Surface Curing Agents (SCA)を備える、Rohm&Hass社、Dow Chemical Company (100 Independence Mall West, Philadelphia, PA 19106)の完全子会社、からも商業的に入手可能である。
これらの材料は、例えばFZX F112凍結材料を含んでおり、JSRマイクロ社 (1280 North Mathilda Avenue, Sunnyvale, CA 94089)から商業的に入手可能である。あるいは、これらの材料は、SCTM 1000 Surface Curing Agents (SCA)を備える、Rohm&Hass社、Dow Chemical Company (100 Independence Mall West, Philadelphia, PA 19106)の完全子会社、からも商業的に入手可能である。
さらには、像反転材１６０の上部が腐食（Attack）可能なように、像反転材１６０は、ある程度の可溶性を有することができる。このオーバーコート・プロセスはエッチバックステップを含むことができるか、あるいは停止して充填した後にエッチバックステップを含むことができる。いくつかの適用例には、利点と欠点があるため、次に使用されるのがウエットエッチングプロセスか、ドライエッチングプロセスかに応じた、いくつかの残りの溶解度を含む現像バックを、選択することができる。
例えば、残留現像バック（residual develop back）の性能を備えるポリマーなど、任意の数の反転剤（反転作用物質）を像反転材１６０として使用することができる。他の実施形態において、化学的機械的な平坦化（CMP）の前に、または、ドライエッチングを使用するエッチバックの前に、酸化物膜が使用されることができる。
例えば、残留現像バック（residual develop back）の性能を備えるポリマーなど、任意の数の反転剤（反転作用物質）を像反転材１６０として使用することができる。他の実施形態において、化学的機械的な平坦化（CMP）の前に、または、ドライエッチングを使用するエッチバックの前に、酸化物膜が使用されることができる。
さらにまた、それがウエットスリミングに応答できるように、像反転材１６０は、固有の可溶性を持っていて、フォトレジストと同等の振る舞いをするように選択され得る。他の実施形態において、レジストのように振る舞わない材料（非レジスト材）を使用することができる、それらの実施形態では、スリミングやエッチバックをするために、等方性エッチングが実行されることができる。このように、写真酸（photo acid）拡散を介してシフトする可溶性を有している反転材を選択することに応じて、その後、ウエットスリミングが使用されることができる。写真酸に反応しない反転材（Si・ARC反転又は現像可能なSi・ARC材料）を使用することに応じて、その後、ドライエッチングの形態が、使用されることができる。
図３のＳ３１６において、図１Ｃで示すように、第１のパターン化層１４０の上面１４２が露出するように、像反転材１６０の上部は取り除かれる。他の実施形態では、（像反転材１６０の）オーバーコートを行った後も、上面１４２（の部分）が露出した状態を維持するように、像反転材１６０が塗膜されてもよい。上述のように、除去プロセスは、垂直なスリミングプロセスを含む、CMP、ドライエッチング、ウエットエッチングを有しうる。
ある実施態様において、ここでの技術では、除去／エッチバックプロセスのために、基板１１０はコーティング／現像システムの中に残ることができる。ある実施態様において、拡散が制限された酸による、像反転材１６０の下方へのトリミングが実行されることができる。
化学的トリム（trim）・オーバーコートは、酸が塗布された上側からフィルムの内側へ拡散していき、溶解性を変更する一例である。
像反転材１６０の上部の溶解性の変化の後、基板１１０は、コーティング装置/現像装置によって再び処理されることができ、ウエットエッチングとともに完成される。
化学的トリム（trim）・オーバーコートは、酸が塗布された上側からフィルムの内側へ拡散していき、溶解性を変更する一例である。
像反転材１６０の上部の溶解性の変化の後、基板１１０は、コーティング装置/現像装置によって再び処理されることができ、ウエットエッチングとともに完成される。
ここで説明する１つの技術は、トップダウン（下向き、上から下の）酸トリムバックのためにスタックを酸でコーティングする（又はオーバーコート）ことである。
トップダウン酸トリムバックは、トップで基板・スタックの上面を酸剤でコーティングすることを含む。
そして、酸がフィルムの下方へ拡散して、つまり、像反転材１６０の上部から内部に広まるように、スタックがベークされる。その結果、トップダウン可溶性プロファイルを受ける像反転材１６０となる。像反転材１６０の上部が可溶性であることによって、像反転材１６０の上部が除去されるように、膜が洗浄され、現像されることができる。
複数のパラメータは、酸拡散の量または深さを制御するように調整されることができる。例えば、ベーク時間、オーバーコートの濃度、写真酸の分子量、ベーク温度、添加酸を駆動させる更なるオーバーコート露出、酸性グループの種類などである。
トップダウン酸トリムバックは、トップで基板・スタックの上面を酸剤でコーティングすることを含む。
そして、酸がフィルムの下方へ拡散して、つまり、像反転材１６０の上部から内部に広まるように、スタックがベークされる。その結果、トップダウン可溶性プロファイルを受ける像反転材１６０となる。像反転材１６０の上部が可溶性であることによって、像反転材１６０の上部が除去されるように、膜が洗浄され、現像されることができる。
複数のパラメータは、酸拡散の量または深さを制御するように調整されることができる。例えば、ベーク時間、オーバーコートの濃度、写真酸の分子量、ベーク温度、添加酸を駆動させる更なるオーバーコート露出、酸性グループの種類などである。
トップダウントリムバックの後、像反転材１６０は、ベークとともに、セットされる又は凍らせられることできる。そして、図３のＳ３１８において及び図１Ｄで示すように、残った像反転材１６０が第２のパターン化層となるように、第１のパターン化層１４０は除去されうる。第１のパターン化層１４０の除去は、溶剤蒸気プロセス、化学スピンコーティング・プロセス、レジスト現像プロセス、溶剤スピンコーティング・プロセス、ドライエッチングプロセス、又はウエットエッチングプロセスによって実施されうる。第１のパターン化層１４０が除去されることにより、その結果が反転した第２のパターンを有する、第２のパターン化層１７０となる。
図１Ｅで示すように、材料層パターン１３５を形成するために、エッチングプロセス条件による、エッチングプロセス条件に応じたエッチングプロセスを使用することによって、第２のパターン化層１７０のパターンを、材料層１３０へ転写する。エッチングプロセスは、ドライエッチングプロセスであってもよいし、ウエットエッチングプロセスであってもよい。エッチングプロセスは、プラズマエッチングプロセスであってもよいし、非プラズマエッチプロセスであってもよい。エッチングプロセス条件は、第２のパターン化層１７０を含む他の材料をエッチングする割合よりも大きい割合で、下地材料層１３０を選択的にエッチングするために選択される。
第２のパターンを第１のパターンへ反転するために、第２の像反転材１８０が、パターニングされた（パターン化された）材料層１３０を、埋めて覆うように、パターン化された材料層１３０が、第２の像反転材１８０でオーバーコートされる。上述のように、第２の像反転材１８０は、エッチング耐性が公称エッチング耐性を上回っているエッチングプロセス条件を提供する物性を有することができる。そして、図１Ｆで示すように、パターン化された材料層１３０の上面が露光されるように、第２の像反転材１８０の上部は除去される。
図１Ｇで示すように、残った第２の像反転材１８０が第３のパターン化層１８５となるように、パターン化された材料層１３０が除去される。
もう一つの実施形態として、図２Ａ〜図２Ｅは、基板のパターニング方法を例示する。方法は、基板上でエッチングされる材料層２３０を覆う第１のパターン化層２４０を受けとることを含む。基板２１０は、追加の層（例えば、下地材料層２３０と第２の材料層２２０）を含んでもよい。
第１のパターン化層２４０は、（ｉ）極端紫外線（EUV）リソグラフィーで露光されるとき、およそ４０ナノメートル未満のリソグラフィー解像度を与える物性、及び（ｉｉ）第１のパターン化層２４０の下にある材料にエッチングするのに選ばれるエッチングプロセス条件に対する公称エッチング耐性を与える物性を有しているレジスト材料から構成されている。
上述と同様に、説明を簡潔化するために、上述で参照した、同一であるか対応するパーツを示している数字は、例えば、図２Ａ〜図２Ｇで示す複数の図で共通な材料層について、説明を繰り返さない。
第１のパターン化層２４０は、（ｉ）極端紫外線（EUV）リソグラフィーで露光されるとき、およそ４０ナノメートル未満のリソグラフィー解像度を与える物性、及び（ｉｉ）第１のパターン化層２４０の下にある材料にエッチングするのに選ばれるエッチングプロセス条件に対する公称エッチング耐性を与える物性を有しているレジスト材料から構成されている。
上述と同様に、説明を簡潔化するために、上述で参照した、同一であるか対応するパーツを示している数字は、例えば、図２Ａ〜図２Ｇで示す複数の図で共通な材料層について、説明を繰り返さない。
第１のパターン化層２４０は、１.５：１の未満の高さ（２５４）と幅（２５２）との比率である性質である第１のパターン２５０を含むことを特徴としている。あるいは、高さ（２５４）対幅（２５２）の比率は、１：１以下でもよい。アスペクト比がおよそ１．５：２を超えるとき、パターン崩壊の可能性が増加する。
図２Ｂで示すように、像反転材２６０が、第１のパターン化層２４０を、埋めて覆うように、第１のパターン化層２４０が、像反転材２６０でオーバーコートされる。ここで、像反転材２６０は、公称エッチング耐性を超えるエッチングプロセス条件のためのエッチング耐性を与える物性を有している。
図２Ｃで示すように、第１のパターン化層２４０の上面２４２が露出するように、像反転材２６０の上部は取り除かれる。他の実施形態において、（像反転材２６０を）オーバーコートした後も、上面２４２が露出した状態を維持するように、像反転材２６０が塗布（塗膜）される。上述のように、除去プロセスは、垂直なスリミングプロセスを含む、CMP、ドライエッチング、ウエットエッチングを有しうる。
残っている像反転材２６が第２のパターン化層２７０となるように、第１のパターン化層２４０が除去される。第１のパターン化層２４０が除去されることにより、その結果が反転した第２のパターンを有する、第２のパターン化層２７０となる。
残っている像反転材２６が第２のパターン化層２７０となるように、第１のパターン化層２４０が除去される。第１のパターン化層２４０が除去されることにより、その結果が反転した第２のパターンを有する、第２のパターン化層２７０となる。
図２Ｄで示すように、第２の像反転材２８０が、第２のパターン化層２７０を、埋めて覆うように、第２のパターン化層２７０が、第２の像反転材２８０でオーバーコートされる。上述のように、第２の像反転材２８０は、エッチング耐性が公称エッチング耐性を上回っているエッチングプロセス条件を提供する物性を有することができる。
図２Ｅで示すように、第２のパターン化層２７０の上面が露光されるように、第２の像反転材２８０の上部が除去される。
その後、図２Ｆで示すように、残った第２の像反転材２８０が第３のパターン化層２８５となるように、第２のパターン化層２７０が除去される。そして、エッチングプロセス条件を使用して、第３のパターン化層２８５のパターンが下地材料層２３０へ、転写されることができる。
その後、図２Ｆで示すように、残った第２の像反転材２８０が第３のパターン化層２８５となるように、第２のパターン化層２７０が除去される。そして、エッチングプロセス条件を使用して、第３のパターン化層２８５のパターンが下地材料層２３０へ、転写されることができる。
図４は、一実施形態に係る基板のパターニングを制御するための、製造システムの例示的なシステムチャート４００を示している。パターニングシステム４０４は、コントローラ４５５及び製造システム４０８へ結合している。コントローラ４５５は、マイクロプロセッサ、メモリ、デジタルＩ／Ｏポートを備えており、通信して、製造システム４０８からの出力をモニタすること同時に、製造システム４０８の入力及び製造システム４０８への入力を駆動させるのに十分な、制御電圧を生成することができる。さらに、コントローラ４５５は製造システム４０８のパターニングシステム４０４及びサブシステムと結合され、情報が交換されることができる。例えば、基板上でパターニング・プロセスを実行するために、プロセスレシピに従って、メモリに記憶されるプログラムは、製造システム４０８の上述のサブシステム及びパターニングシステムのサブシステムへの入力を達成するように使用されることができる。
アプリケーションに従って、センサ又は計測学装置のような追加の装置をパターニングシステム４０４、及び製造システム４０８へ結合することができる。コントローラ４５５は、リアルタイム・データを収集することができる。
コントローラ４５５は、パターニングの目的を達成するために、溶解性の程度、酸拡散の深さ、アスペクト比、エッチング化学流量、エッチング化学熱、エッチング化学製品の分圧、などを含んでいる、２つ以上のステップにおいて並行して一つ以上の選ばれた操作の変数をコントロールするために、そのリアルタイム・データを使用することができる。具体的には、パターニングシステム４０４に結合するコントローラ４５５は、記憶装置、メモリに保存される指示に基づいて、あるいは、センサ又は外部コンピュータ・ネットワークで伝えられるデータに基づいて、動作のシーケンスを実行するように構成されることができる。
コントローラ４５５は、パターニングの目的を達成するために、溶解性の程度、酸拡散の深さ、アスペクト比、エッチング化学流量、エッチング化学熱、エッチング化学製品の分圧、などを含んでいる、２つ以上のステップにおいて並行して一つ以上の選ばれた操作の変数をコントロールするために、そのリアルタイム・データを使用することができる。具体的には、パターニングシステム４０４に結合するコントローラ４５５は、記憶装置、メモリに保存される指示に基づいて、あるいは、センサ又は外部コンピュータ・ネットワークで伝えられるデータに基づいて、動作のシーケンスを実行するように構成されることができる。
一つ以上のセンサは、プロセスの終点、汚染物質の存在、又は、エッチングの程度（上か下か）、あるいは可溶性の程度又は酸拡散の深さが許容できる範囲の外にあるかどうかを検知するようにプログラムされることができ、これにより、コントローラとともに、問題を解決する。製造システム４０８は、堆積、ウエットエッチング、ドライエッチング、クリーニング、リンス、追跡、又は流体処置のために半導体の製造システムを含むことができる。
さらに、コントローラ４５５はパターニングの目的を達成するために並行して制御される選択された操作の変数を利用するように構成されることができる。そして、パターニングの目的は、普及コストの削減、時間あたりの基板のスループットの向上、小片の汚染の減少、処理化学製品及びガスの使用量の減少、などを含む。
さらに、コントローラ４５５はパターニングの目的を達成するために並行して制御される選択された操作の変数を利用するように構成されることができる。そして、パターニングの目的は、普及コストの削減、時間あたりの基板のスループットの向上、小片の汚染の減少、処理化学製品及びガスの使用量の減少、などを含む。
この発明の特定の実施形態のみを上記詳述したが、当業者は、多くの修正が、本発明の新しい教示及び長所から、物質的に離れることなく複数の実施形態において可能であることは明らかである。したがって、すべてのそのような修正は、この発明の範囲内に含まれることを意図している。
１１０，２１０ 基板
１２０，２２０ 第２の材料層
１３０，２３０ 材料層（下地材料層）
１３５ 材料層パターン
１４０，２４０ 第１のパターン化層
１５０，２５０ 第１のパターン
１６０，２６０ 像反転材
１７０，２７０ 第２のパターン化層
１８０，２８０ 第２の像反転材
１８５ 第３のパターン化層
４０４ パターニングシステム
４０８ 製造システム
４５５ コントローラ
１２０，２２０ 第２の材料層
１３０，２３０ 材料層（下地材料層）
１３５ 材料層パターン
１４０，２４０ 第１のパターン化層
１５０，２５０ 第１のパターン
１６０，２６０ 像反転材
１７０，２７０ 第２のパターン化層
１８０，２８０ 第２の像反転材
１８５ 第３のパターン化層
４０４ パターニングシステム
４０８ 製造システム
４５５ コントローラ
Claims (21)
- エッチングされる材料層を覆う第１のパターン化層を、基板上で受け取る工程であって、
前記第１のパターン化層は、（ｉ）極端紫外線（EUV）リソグラフィーに露光されるとき、４０ナノメートルよりも短い、リソグラフィー解像度を有する物性、及び（ｉｉ）前記第１のパターン化層の下にある前記材料層をエッチングするために選択されるエッチングプロセス条件のための、公称エッチング耐性を与える物性を有しているレジスト材で構成されている、工程と、
前記公称エッチング耐性を超えるエッチングプロセス条件の、エッチング耐性を与える物性を有している像反転材が前記第１のパターン化層を埋めて覆うように、前記像反転材を前記第１のパターン化層の上にオーバーコートする工程と、
前記第１のパターン化層の上面を露出するように、前記像反転材の上部を取り除く工程と、
残った前記像反転材が第２のパターン化層となるように、前記第１のパターン化層を取り除く工程と、を有しており、
前記第１のパターン化層は、１．５：１よりも小さい高さ対幅の比率を持つことを特徴とする、
方法。 - 前記第２のパターン化層のパターンを前記材料層へ転写する工程をさらに有する、
請求項１に記載の方法。 - 第２の像反転材がパターン化された材料層を埋めて覆うように、前記第２の像反転材を、前記パターン化された材料層の上にオーバーコートする工程と、
前記パターン化された材料層の上面を露出するように、前記第２の像反転材の上部を取り除く工程と、
残った前記第２の像反転材が第３のパターン化層となるように、前記パターン化された材料層を取り除く工程と、をさらに有する、
請求項２に記載の方法。 - 公称エッチング耐性を超えるエッチングプロセス条件の、エッチング耐性を与える物性を有している第２の像反転材が、前記第２のパターン化層を埋めて覆うように、前記第２の像反転材を前記第２のパターン化層の上にオーバーコートする工程と、
前記第２のパターン化層の上面を露出するように、前記第２の像反転材の上部を取り除く工程と、
残った前記第２の像反転材が第３のパターン化層となるように、前記第２のパターン化層を取り除く工程と、をさらに有する、
請求項１に記載の方法。 - 前記第３のパターン化層のパターンを材料層へ転写する工程をさらに有する、
請求項４に記載の方法。 - 前記第１のパターン化層は、高速レジスト、極端紫外線（ＥＵＶ）レジストまたは電子ビームレジストを備える、
請求項１に記載の方法。 - 前記ＥＵＶレジストは、高速レジストである、
請求項６に記載の方法。 - 前記高速レジストは、ハフニウム酸化物を含有するレジストである、
請求項７に記載の方法。 - 前記第１のパターン化層は、熱の凍結レジスト、電磁凍結レジストまたは化学凍結レジストを備える、
請求項１に記載の方法。 - 前記像反転材は有機材料又は無機材料である、
請求項１に記載の方法。 - 前記像反転材は、金属含有材料、シリコン含有材料又は、シリコン・反射防止コーティング（ARC）材料である、
請求項１に記載の方法。 - 前記像反転材は、硬い架橋材料である、
請求項１に記載の方法。 - 前記第１のパターン化層をオーバーコートする工程は、
エッチバックステップ、または、エッチバックステップの前の停止及び充填を含む、
請求項１に記載の方法。 - 前記像反転材のための反転剤は、残留現像バックの性能を備えるポリマーを含む、
請求項１に記載の方法。 - 前記像反転材のための反転剤は、化学的機械的な平坦化ステップで処理され、又は、そのステップの後のエッチバックプロセス及びドライエッチングプロセスで処理された、酸化フィルムを含む、
請求項１に記載の方法。 - 前記像反転材は、前記像反転材をスリミングし、エッチバックするように、等方性エッチングが実行される、非レジスト材を使用する、
請求項１に記載の方法。 - 前記第１のパターン化層をオーバーコートする工程は、塗膜された酸が上から下まで拡散して、前記第１のパターン化層の溶解性を変化させる、化学的なトリム・オーバーコートを含む、
請求項１に記載の方法。 - 下方に広まった酸がトップダウン可溶性プロファイルを有する像反転材となるように、前記第１のパターン化層がベークされる、
請求項１７に記載の方法。 - 前記第１のパターン化層の上にオーバーコートした後でも、前記第１のパターン化層の上面が露出している、
請求項１に記載の方法。 - 前記第１のパターン化層を取り除く工程は、溶剤蒸気プロセス、化学スピンコーティング・プロセス、レジスト現像プロセス、溶剤スピンコーティング・プロセス、ドライエッチングプロセス、又はウエットエッチングプロセスを使用して、実行される、
請求項１に記載の方法。 - エッチングされる材料層を覆う第１のパターン化層を、基板上で受け取る工程であって、
前記第１のパターン化層は、（ｉ）極端紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィーに露光されるとき、４０ナノメートルよりも短い、リソグラフィー解像度を有する物性、（ｉｉ）前記第１のパターン化層の下にある前記材料層をエッチングするために選択されるエッチングプロセス条件のための、公称エッチング耐性を与える物性を有している、レジスト材料で構成されている、工程と、
公称エッチング耐性を超えるエッチングプロセス条件の、エッチング耐性を与える物性を有している像反転材が前記第１のパターン化層を埋めて覆うように、前記像反転材を前記第１のパターン化層の上にオーバーコートする工程と、
前記第１のパターン化層の上面を露出するように、前記像反転材の上部を取り除く工程と、
残った前記像反転材が第２のパターン化層となるように、前記第１のパターン化層を取り除く工程と、
前記第１のパターン化層を前記像反転材でオーバーコートする工程を含む一つ以上の選択された動作の間、並行してコントロールされる一つ以上の選択された動作の変数を制御する工程と、前記像反転材の上部を取り出す工程と、および／または残った前記像反転材が第２のパターン化層となるように、前記第１のパターン化層を取り除く工程と、を有するパターニングの目的を達成するために、制御を実行する工程と、を有し、
前記第１のパターン化層は、高さ対幅の比率が、１.５対１よりも小さい高さ対幅の比率の比率を持つことを特徴とする、
方法。
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