JP2018516385A - 基板を平坦化するためのシステム及び方法 - Google Patents

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Abstract

本技術は、基板の異なる領域が異なる量の材料だけ取り除かれるような、選択的又は差異的平坦化を提供することを含む。概して、本方法は、可溶性変化剤を発生させるために光反応性発生材化合物を使用する。基板にわたる特定の位置において、可溶性変化材料の異なる濃度を形成するために、そのような光反応性発生材化合物を含有する基板上に光の特定のパターンが投影される。発生した可溶性変化剤が下地層に拡散すると、これらの濃度差は、基板上の特定の空間位置で所与の膜又は層から除去された材料の量（高さ又は深さ）を制御する。

Description

関連出願についてのクロス・リファレンス
本出願は、基板を平坦化するシステム及び方法と題する２０１５年４月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／１４６，４８０号の利益を主張すし、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
この開示は、集積回路の微細加工を含む微細加工に関する。
半導体製造は、フォトリソグラフィ及びパターニング方法を含む。いくつかのフォトリソグラフィプロセスには、マイクロチップを作製するための多くのプロセスステップの１つとして、ウェハを下部反射防止膜（ＢＡＲＣ）材料の薄膜でコーティングし、続いてレジストでコーティングし、その後光パターンにウェハを露光することが含まれる。ウェハをパターン化して露光するために使用される様々な膜及びレジストを堆積させるために、フォトリソグラフィ及びパターニングプロセスは、典型的には、平坦な表面から利益を得る。膜は、特定の高さを有し、所定の加工プロセスに応じて特定の寸法内に平坦化されるように特定できる。平坦化は、一般に化学機械研磨（ＣＭＰ）として知られているプロセスを用いて行われる。ＣＭＰは、腐食性化学薬品と研磨パッドを使用してウェハの表面を平坦化するプロセスであり、湿式研磨が作用するのと同様である。ＣＭＰは、多層構造の絶縁体及び導体を平坦化できる。この平坦化は、より多くのエレクトロニクスをウェハの別の層上に積層するため、又はフォトリソグラフィパターニングのためにウェハを平坦化するために使用される。ＣＭＰはまた、曝露面を最適化するためにレジストを既知の高さに設定することによって、リソグラフィ露光プロセスを微調整するためにも使用される。
化学的機械的研磨はウェハ上に平坦な表面を提供できるが、ＣＭＰを用いることには制限と欠点がある。ＣＭＰは、典型的には、ウェハ上にスピンオングラス（ＳＯＧ）を塗布し、その後腐食性化学薬品及び物理的摩耗を使用することにより実行される。したがって、ＣＭＰは、他の微細加工技術と比較して、非常に苛酷で物理的研磨プロセスである。したがって、ＣＭＰは、集積回路を微細加工する多くのプロセス工程に使用することができない。例えば、トランジスタの微細加工や、ゲート酸化膜が露出している場合に、他のフロントエンド・ライン構造に、ＣＭＰを使用することはできない。さらに、ＣＭＰプロセスは、実行に非常に高価であり、実行するのが困難であり、典型的には機能集積回路の歩留まりを低下させる。
本明細書で開示される技術は、機械的研磨を伴わない化学ベースの平坦化プロセスを提供する。本技術は、基板の異なる領域が異なる量の材料だけ取り除かれるような、選択的又は差異的平坦化を提供することを含む。一般に、本方法は、可溶性変化剤を発生させるために光反応性発生材化合物を使用する。そのような光反応性発生材化合物を含有する基板上に特定のパターンの光を投射して、基板にわたって異なる濃度の可溶性変化剤を発生させる。これらの濃度差は、所与の膜又は層から取り除かれる材料の量を制御する。
一実施例は、基板を平坦化する方法を含む。この方法は、微細加工構造物を有する基板を受け取るステップを含む。微細加工構造物は前記基板の上部上に配置されている。微細加工構造物の少なくとも一部は、互いの間でオープンスペースを画定する。充填材料の充填材層は基板上に堆積される。充填材層は、微細加工構造物の間のスペースを充填し、微細加工構造物の少なくとも一部を覆う。充填材層は、充填材層の上部表面位置がｚ高さにおいて、互いに比較して約１乃至１００ナノメートルだけ異なる非平面の上部表面になる。発生材化合物が充填材層上に堆積される。発生材化合物は、化学線の曝露を受けて可溶性変化剤を発生する化合物である。化学線のパターンは基板上に投影される。化学線のパターンは、独立してアドレッシング可能な投影ポイントのアレイを有するデジタル画素ベースの投影システム、又は、代替的にマスクベースのフォトリソグラフィ曝露システムを使用して投影される。可溶性変化剤が充填材層の上部部分の可溶性を変化させるように、可溶性変化剤は充填材層の少なくとも一部に拡散される。この今や可溶性の上部部分は、取り除かれることができ、その後、任意の数の後続のフォトリソグラフィ、らターニング、又は微細加工プロセスが実行されることができる。
本開示による、光酸を導入すること、及び光酸を放出するために投射光パターンを使用することは、基板上のｚ高さを調整する高度に制御可能で正確な方法を提供し、これには、基板にわたる露光量変化（light dose variation）をもたらすレーザーガルバノメータ又はデジタル光投影（ＤＬＰ）チップを使用することが含まれる。その結果、空間的に（ウェハにわたって）かつ垂直に（除去される材料の量）細かく制御できる非研磨性の平坦化プロセスが得られる。これらの方法は、型毎の選択的平坦化と、各型内の選択的平坦化を提供できる。そのような技術は、微細加工に一般的に使用されるコータ／デベロッパツール（トラックツールとしても知られる）のような、複数のツールを使用して又は単一のツール内で実施される。本平坦化技術は、型又は型‐ウェハのコンフィギュレーションを含む積層された型部品のために使用されることもでき、高トポロジあっても平坦化できる。
当然のことながら、本明細書に記載される異なるステップの説明の順序は、明瞭にするために提示されている。一般に、これらのステップは、任意の適切な順序で実行できる。さらに、本明細書における異なる特徴、技術、構成などの各々は、本開示の異なる場所で論じることができるが、それぞれの概念を互いに独立して、又は互いに組み合わせて実行することが意図される。従って、本発明は多くの異なる方法で具体化され及び考察されることができる。
この概略セクションは、本開示又は請求項に記載された発明の全ての実施態様及び／又は逐次の新規な態様を特定するものではないことに留意されたい。その代わりに、この概要は、異なる実施形態の予備的説明、及び従来技術に対する新規性の対応する箇所を提供するのみである。本発明及び実施形態の付加的詳細及び／又は可能な展望のために、読者は、以下でさらに述べられるように、本開示の詳細な説明のセクション及び対応する図面に導かれる。
本発明の様々な実施形態のより完全な理解及びそれらによる効果の多数は、添付の図面と併せて考慮される以下の詳細な説明を参照することによって、容易に明らかになるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに特徴、原理及び概念を説明することに重点が置かれている。
本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的の断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本明細書において、開示される実施形態によるプロセスフローを示す基板セグメントの例示的断面を模式的に示す図である。 本願明細書において、開示される実施態様によるｚ高さシグネチャ・マップを表す図である。
本明細書で開示される技術は、機械的研磨を伴わない化学ベースの平坦化プロセスを提供する。本技術は、基板の異なる領域が異なる量の材料だけ取り除かれるような、選択的又は差異的平坦化を提供することを含む。一般に、本方法は、可溶性変化剤を発生させるために光反応性発生材化合物を使用する。基板にわたる複数の特定位置において、可溶性変化材料の異なる濃度を形成するために、そのような光反応性発生材化合物を含有する基板上に光の特定のパターンが投影される。その後、これらの濃度差は、各特定位置で所与の膜又は層から除去される材料の量（高さ又は深さ）を制御する。
本明細書の技術により包含されるいくつかの実施形態がある。図１乃至８は、基板を平坦化するための１つの例示的実施形態を図示する。ここで図１を参照すると、基板１０５は受け取られ、その上には微細加工された構造１１０が形成されている。基板を「受け取る」ことが、そのような基板を準備すること、入手すること、作製すること、又は生成することを含みうることに留意されたい。例えば、基板１０５は、別個のツールから、又は同じツール内から受け取られることができ、又は単に基板１０５をプロセスチャンバの基板ホールダに配置すること、若しくは継続的な処理のための基板を受け入れることに関することができる。微細加工された構造１１０は、基板１０５の上部に配置され、下地層１１２上に配置されることができる。微細加工構造物の少なくとも一部は、互いの間でオープンスペースを画定する。所与の配置、パターン、形状、及び構造のタイプは、作製中のデバイスのタイプ（メモリ、ロジック、ダミー構造など）によって、決定できる。換言すれば、微細加工構造物１１０は、本質的に、基板１０５の上部又は作用面から突出することができ、したがって、後の処理のために覆われていないか又は開放されている。そのような構造は、基板にわたって異なる空間密度を有することができ、加工の特定の設計に依存して、相互に異なることができる。
充填材料の充填材層１１５は基板１０５上に堆積される。充填材層は、微細加工構造物の間のスペースを充填し、微細加工構造物の少なくとも一部を覆う。例示的結果は、図２に示される。充填材層１１５は、充填材層の上部表面位置がｚ高さにおいて、互いに比較して約１乃至１００ナノメートルだけ異なる非平面の上部表面になる。寸法１１７は、最も高いｚ高さから充填材層の最も短いｚ高さまでの、充填材層１１５のｚ高さの相対的な差異を示す。
そのような結果として生じる非平面充填材層は、基板の作用表面上の構造の特定のパターンに基づいて、ｚ高さの変化を有しうることに留意されたい。例えば、各種の膜及び基板コーティングは、従来は、スピンオン堆積により堆積される。所与のトポロジ又はレリーフパターンが密集して配置された構造の領域を有する場合、この密度は堆積材料を上方に押すことができ、どれくらいの材料が空間に入ることができるかという質量分率を操作できる。まばらに配置された又は集合したフィーチャ（例えば、近くに他のフィーチャがない単一のラインがある）の領域内において、それらの位置において、堆積されたｚ高さがおよそ絶縁フィーチャの高さになることができるように、充填材料はそれらのより大きいポケット内に沈殿できる。加工中のほとんどの基板は、ある種の可変形状を有する。したがって、典型的な基板では、構造が比較的密集した領域と、線又は構造がほとんどない領域とが存在する。膜が、このようなトポロジを覆う及び／又は充填するために堆積されると、その結果、典型的には、不均一又は非平面の表面を有する膜となる。基板１０５には、図２の領域１７１内にフィーチャのより高密度又はより高いデューティサイクルが存在し、領域１７３内にフィーチャの中程度の密度、及び領域１７２内にフィーチャのより低い密度が存在することに留意されたい。高密度のフィーチャが、基板の他の領域と比較して充填材層材料をどのように押し上げるかについても留意されたい。
表面のこの非平坦性は、典型的には好ましくない。平坦な又は水平な上部表面をもたらす充填材料を有することが可能であることがしばしば要求され、従って、構造の上部は、カバーされていないか、又は充填材層からいくらか（おおよそ１０％）突出している。そのような凹部層は、目的の堆積／ドーピング等の反転プロセス（reversal process）を可能にすることができるからである。
充填材料の充填材層を堆積させることは、現像可能な材料を堆積させることを含むことができる。現像可能な材料は、所定の濃度閾値以上の可溶性変化剤の存在に応答して可溶性シフトを生じる材料特性を有する。各種の材料は、使用のために選択されることができる。そのような材料は、ハードマスク材料及び反射防止コーティング材料を含むことができる。非限定的な例として、シリコン含有の現像可能な裏面反射防止膜を充填材層として堆積させることができる。
発生材化合物が充填材層上に堆積される。発生材化合物は、化学線の曝露を受けることに応答して可溶性変化剤を発生する化合物である。例示的な発生材化合物は、光酸発生材（ＰＡＧ）又は光塩基発生材（photo base generator）であり得る。発生材化合物は、光の活性化波長への暴露に応答して可溶性変化剤を発生又は放出する化合物である。いくつかの実施形態では、発生材化合物は２つ以上の異なるタイプのＰＡＧを含むことができる。例示的結果は、図３に示される。高さ調整層１２０は、一つ以上の発生材化合物を含むことができ、又は、ＰＡＧで全体が構成されていてもよい。図面に示された厚さは一定の縮尺ではなく、その代わりに概略図であることに留意されたい。
基板１０５上の発生材化合物で、化学線のパターンが基板上に投影される。化学線のパターンは、独立してアドレッシング可能な投影ポイントのアレイを有するデジタル画素ベースの投影システムを使用して投影されることができる。例えば、レーザーガルバノメータ、デジタル光投影（ＤＬＰ）チップ、グレィティング・ライトバルブ（ＧＬＶ）、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）鏡及び他のライトバルブ及び／又はマイクロ投射装置、又は任意のピクセル化光源が用いられることが可能である。図４は、マイクロ投影装置１４０を使用して、このような放射パターン又は光パターンを投影する概略的な例を示す。投影１２３は、他の領域と比較して、基板のいくつかの領域でより多くの投影される放射又は投影される光を有することに留意されたい。投影が、ＤＬＰチップのようないくつかの投影装置を使用して実行されるとき、その投影は、基板１０５上の各所与の平面座標位置に基づいて強度（例えば、可視光のグレースケール）を変化させることができる。基板上の所与の平面座標位置での曝露強度は、光強度及び周波数（例えば、点滅光（flashing light）によって、）を制御することによって、達成できる。また、図４の実施例では、相対的に大きなｚ高さの領域は、より多くの放射線を受け取り、相対的により小さいｚ高さの領域は、より少ない投影放射線を受けるか、投影放射線を受けない。使用されている特定の光投影装置に応じて、パターン又は放射線（イメージ）は、（ＤＬＰシステムの場合のように）同時に、又は（レーザーガルバノメータの場合のように）ライン・バイ・ライン走査として、又はアドレッシング可能なポイント投影の他の方法で投射されることができる。
化学線のパターンは、発生材化合物に可溶性変化剤を発生させる。基板上の所与のポイント位置において、発生した可溶性変化剤の濃度が、所与のポイント位置における化学線の曝露強度によって、選択的に制御されるように、可溶性変化剤が発生する。いくつかの実施形態では、投射された光又は放射線は、グレースケールの変化又は投射が許される光の量などによって、強度が変化し得る。換言すれば、より多くの光を受ける基板の領域は、比較的多くの光酸を発生するが、相対的に少ない光を受ける領域は、相対的に少ない光酸を発生する。図５は、基板の横断面にわたって１つ以上の可溶性変化剤の可変濃度を生成する１つの例示的な結果を示す。高さ調整層１２０内のドットは、発生する可溶性変化剤の例を表す。領域１７１には、下地構造の高いフィーチャ密度の領域の上に発生する比較的高い濃度の可溶性変化剤が存在することに留意されたい。対照的に、領域１７２は、下地構造の低いフィーチャ密度の領域の上に発生する比較的低い濃度の可溶性変化剤が存在する。領域１７２には、下地構造の中程度のフィーチャ密度の領域の上に発生する比較的中程度の濃度の可溶性変化剤が存在する。したがって、空間的に異なる酸濃度は、投影又は曝露パターン及び角度に基づいて作製されることができる。フィーチャ密度は基板にわたるｚ高さ差異の１つの原因にすぎないことに留意されたい。追加オーバーレイ及び加工の効果は同様に不均一性を引き起こし得る
基板に投影される化学線のパターンは、基板にわたる充填材層の上部表面のｚ高さ値を空間的に特徴づけるｚ高さシグネチャに基づくことができる。このｚ高さシグネチャは、所与の基板上の各種の微細加工された構造のトポロジに基づいて生成されることができる。ｚ高さシグネチャは、基板を本質的にマッピングし、基板にわたる平面座標（例えば、ｘ、ｙ）位置、及びそれらの平面座標位置に対する対応するｚ高さ値又は期待ｚ高さ値を特定できる。それゆえ、化学線のパターンは、ｚ高さシグネチャに基づいて、基板上の所与の空間位置で、光酸の濃度を作製できる。基板上の各投影画素位置で発生する可溶性変化剤の量は、各画素位置に投影される化学線の強度に基づいており、その強度は、ｚ高さシグネチャ及び投影パターンにより制御される。
図１５は、投射中の所与のｚ高さシグネチャ及び／又は化学線のパターンを示す図である。所与のｚ高さシグネチャは、基板全体に対してトモグラフィ情報を提供できる。図１５に示される例示的投影において、この投影又はｚ高さシグネチャは、所与の型又はチップに関して基板のセグメントに対して示される。この図では、充填パターンの差異は、所与の基板上への投影強度の差異として表すことができる。例えば、より暗い充填領域は、与えられた充填材料のより大きなｚ高さを引き起こす下地構造のより大きな密度に対応できる投影放射線のより大きな強度の領域を表すことができる。
その後、可溶性変化剤が充填材層１１５の上部部分の可溶性を変化させるように、可溶性変化剤は充填材層１１５の少なくとも一部に拡散される。この拡散は、基板の焼成などによる加熱によって、引き起こされ得る。例えば、発生した光酸を有する基板を焼成することは、光酸を現像可能な材料の下地層へ拡散させ得る。平均拡散長又は垂直拡散距離は、特定の光酸の分子量、焼成温度、焼成時間、現像可能な材料の種類などを含むいくつかのファクターの関数である。この拡散は、数ナノメートル以内、さらには１ナノメートル未満など、非常に正確に制御できる。図６は、充填材層１１５の上部内に拡散した可溶性変化剤の例を示す。ライン１５５は、現在上部内にある可溶性変化剤の濃度のために、今や可溶性である充填材層１１５の上部部分を表すために示されている。
図７を参照すると、高さ調整層１２０は、１つのオプションとして除去されることができる。充填材層１１５の可溶性の上部部分は、取り除かれることもできる。可溶性の上部部分を取り除くことの結果は、図８に示される。高さ調整層１２０及び充填材層１１５の可溶性の上部部分は、同じステップで及び／又は同じ現像剤を用いて除去できることに留意されたい。現像剤及び光発生剤は公知であり、そこで、各種の組合せは本実施形態で使用するために選択されることができる。従って、これらの技術は、基板を非破壊的に平坦化するために使用することができ、下地構造の頂部を平坦化すること、及び下地構造の頂部（上部表面）の下に充填材層を埋め込むことを含む。
他の実施態様は、充填材層内に発生材化合物を組み込むことを含むことができる。したがって、基板を平坦化する方法は、その上に形成される微細加工された構造を有する基板を受け取ることを含むことができる。微細加工構造物は基板の上部上に配置されている。微細加工構造物の少なくとも一部は、互いの間にオープンスペースを画定する。図９は、そのような基板の一例を示す。
図１０に示されるように、充填材料の充填材層１１５は基板１０５上に堆積される。充填材層１１５は、微細加工構造物１１０の間のスペースを充填し、微細加工構造物１１０の少なくとも一部を覆う。充填材層１１５は、充填材層１１５の上部表面位置がｚ高さにおいて、互いに比較して約１乃至１００ナノメートルだけ異なる非平面の上部表面になる。寸法１１７は、充填材層の最も高いｚ高さから最も短いｚ高さまでの、充填材層１１５のｚ高さの相対的な差異を示す。充填材層は発生材化合物を含む。発生材化合物は、化学線の曝露を受けることに応答して可溶性変化剤を発生させる化合物である。発生材化合物は光酸発生材である。いくつかの実施形態において、発生器化合物は、充填材層１１５の全体にわたって、ランダムに／均一に分配されることができる。代替的実施形態において、発生材化合物は、充填材層がスピンオン堆積により堆積された後、充填材層の上部へ移動する移動性ポリマに結合する。例えば、所与のＰＡＧは、堆積中に表面に上昇する分子量を有するフッ素化ポリマ又は他のポリマに結合できる。したがって、いくつかの実施形態によれば、ＰＡＧは、現像可能な材料の全体にわたって均一に分配されることができ、又は均一でない垂直濃度プロファイルを有することができる。図１０は、充填材層１１５堆積の例示的結果である。
次いで、化学線のパターンが基板上に投影される。化学線のパターンは、独立してアドレッシング可能な投影ポイントのアレイを有するデジタル画素ベースの投影システムを使用して投影される。基板上の所与のポイント位置において発生する可溶性変化剤の濃度が所与のポイント位置における化学線の曝露強度によって、選択的に制御されるように、化学線のパターンが発生材化合物に可溶性変化剤を発生させる。特定の投影されるパターンは、上述のように、基板にわたる充填材層の上部表面のｚ高さ値を空間的に特徴づけるｚ高さシグネチャに基づくことができる。
図１１は、空間的位置によって、選択的に変化する光強度を有する放射線の投影パターンの例示的な図である。図１２は、ライン１５５より上の充填材層１１５内に可溶性変化剤が発生したことを示す図である。可溶性変化剤はライン１５５の下で発生できることに留意されたい。しかし、典型的に、充填材層の部分の可溶性を変えるために必要とする閾値濃度がある。
充填材層の可溶性の部分は、現像剤を用いて除去されることができる。そのような除去の結果は、図１３に示される。明らかなように、所与の基板を平坦化した後に、任意の数の追加加工技術及びパターニングプロセスが実行されることができる。例えば、追加リソグラフィ（フォトマスクベースの）パターニングが実行されることができる。下地構造の上部部分だけを露出させることで、仕事関数の調整を実行することができ、フィーチャの上部部分上だけに選択的に堆積することは他の任意のプロセスである。他の実施例において、反転プロセスが実行されることができる。図１４は、微細加工構造物１１０が（エッチングなどによって、）除去されたことを示しており、その結果、充填材層１１５は、定義されたパターンを下地層に転写するためのマスクとして使用できる。
別の実施形態は、基板を平坦化する方法を含む。基板は、受け取られ又は供給されその上に形成される微細加工構造物を有する。微細加工構造物は前記基板の上部上に配置されている。微細加工構造物の少なくとも一部は、互いの間でオープンスペースを画定する。換言すれば、構造は、レリーフパターン又はトポロジを画定できる。基板は、基板上に堆積した充填材料の充填材層も有する。充填材層は、微細加工構造物の間のスペースを充填し、微細加工構造物の少なくとも一部を覆う。充填材層は、充填材層の上部表面位置がｚ高さにおいて、互いに比較して約１乃至１００ナノメートルだけ異なる非平面の上部表面になる。基板は、その上に堆積した発生材化合物も有する。発生材化合物は、化学線の曝露を受けることに応答して可溶性変化剤を発生させる化合物である。発生剤化合物が充填材層に含まれることができて、又は、代替的に、単独で又は高さ調整層の内部で、充填材層上に堆積されることができることに留意されたい。
化学線のパターンが、そこで、基板上に投影され、又は曝露される。化学線のパターンは、パターンを形成するためのレクチル（マスク）を使用するフォトリソグラフィ投影システムを使用して投影される。換言すれば、例えばスキャナ又はステッパのように、マスクベースの露光システムが、画素ベースの投影システムの代わりに使用されることができる。光を投影又は曝露するシステムのいずれのタイプでも本明細書の技術で使用できる。各タイプのシステムは、利点を提供できる。フォトマスクベースの投影システム（フォトリソグラフィ・スキャナ又はステッパ）を使用すれば、非常に高い分解能の光のパターンを曝露することが、できる。画素ベースの投影システムを使用すれば、ソフトウェアを使用して光投影のパターンを急速に（動的に）変化させることが可能である。化学線のパターンは、基板にわたる充填材層の上部表面のｚ高さ値を空間的に特徴づけるｚ高さシグネチャに基づく。発生剤化合物が充填材層上に堆積する実施態様において、焼成ステップは、発生した可溶性変化剤を充填材層内へ拡散させ、充填材層の上部部分の可溶性をへんかさせるために実行されることができる。
理解されるように、多くの実施形態、特徴及び利点は、本明細書の技術により提供される。例えば、平坦化材料は、Ｉ線フォトレジスト中の光酸発生材を使用することを含みうる。Ｉ線光に曝露される領域は、トップコートレスフォトレジストの脱保護と強く相関する厚さの損失を受ける。この厚さ損失は、信頼できる脱保護として役立ち、線量プロファイルを変化させることによりレジストの上部を平坦化するために使用されることができ、それによりＣＭＰツール又はスラリーを使用することなく、トラック型ツールの選択的平坦化を提供できる。本願明細書における技術を有するトラック型ツールを使用することは、歩留まりを向上させるとともに、コストを低減させる。
あるいは、本明細書の実施形態は、様々なタイプのレジスト又は現像可能な材料のいずれかと共に使用できる。一部の用途では、Ｉ線レジストを使用することは、有益でありえる。例えば、一部の画素化された光源は、均一な結果及びより長い寿命を提供できるＩ線応答性フォトレジストを処理する場合に、より高い強度プロファイルを提供できる。他のレジスト及び光の組み合わせは、効果的な結果も提供できる。例えば、一部の実施形態においては、２６６ナノメートル（ｎｍ）の光源が、２６６ｎｍの曝露に敏感な１９３ｎｍレジスト又は２４８ｎｍのレジストと共に使用されることができる。あるいは、１９３ ｎｍ光源が使用されることができる。１９３ｎｍの光源は、ＥＵＶ設計のＰＡＧを有するＥＵＶ（極端紫外線）応答性レジストと共に使用することもできる。量子力学的相互作用のために、選択された波長にいくらかのフレキシビリティがあることに留意されたい。所与の選択されたＰＡＧ種は、材料の吸収プロファイルから決定性である。例えば、ＥＵＶ波長光に応答するように設計されたフォトレジストは、それにもかかわらず、１７２ｎｍの光及び１９３ｎｍの光を包含する吸収プロファイルを有することができる。したがって、１９３ｎｍ光源が、ＥＵＶレジストと共に使用されることができる。１つのスペクトルの他端では、３６５ｎｍの場所に感度を生成するために、２６６ｎｍの吸収プロファイルが使用されることができる。より低い吸収プロファイルを有する他のＰＡＧｓが含まれることもできる。吸収プロファイルは、１又は複数のどの波長がＰＡＧと相互作用するかについて指し示す。線幅が、脱保護反応をトリガして光酸を発生させるのに十分に効率的な量子力学的プロセス機能を有する吸収プロファイルと交差する場合、そのようなレジスト及び画素化された光源の組み合わせは、本明細書で説明する平坦化を引き起こすのに十分である。従って、多くの異なる光源及び膜の組合せが可能である。
所与の画素ベースの光源（デジタル光処理（ＤＬＰ）投影器システム又はチップ又はレーザーガルバノメータなど）は、所与の光源を反射し、光を基板上に集束させることができる。各種の異なる光源が、本願明細書の実施形態により使用されることができる。例えば、Ｉ線ランプ、ＬＥＤ、その他が使用されることができる。線量変動をアシストするために、デジタル画素ベースの光システムは、その光投影角（強度）を変化させることができ、それによって、基板表面にわたる線量プロファイルを変化させることができる。曝露後、基板は焼成され（曝露後ベーク）、現像されることができ、（所与の座標位置における）初期充填材層厚さマイナス（対応する座標位置における）結果として得られる充填材層厚さにより画定されるｚ高さ損失を生じる。発生される光酸の濃度は、ｚ−高さの損失を制御することができ、発生される光酸の濃度は線量に依存することに留意されたい。所与のポイントにおけるより高い光線量はより多くの光酸を発生させ、そのポイントにおいて、より深い脱保護反応を引き起こす。同様に、より少ない光量は生成されるより少ない光酸を発生させ、かつ、浅い脱保護反応を生じさせるか又は脱保護反応を生じさせない。所与の線量は、投影されたパターンが、ディッシング又は不十分な平坦化なく、ちょうど曝露されるように操作されることができる。不十分な平坦化は、所与の厚さを除去することを含み得るが、下地基板の覆われていない上部を有しない。基板にわたる所望の厚さ損失は、デジタル画素ベースの光源の角度／強度を変えることによって、変化させることができる。ｚ高さの操作は、レジスト中のＰＡＧの充填量及び適用される線量によって、制御できる。選択されたＰＡＧプラス平坦化材料は、化学的に増幅されたＩ線ＰＡＧレジストのような高い又は低い分解能であり得る。
実施形態は、現像可能な材料の１つ以上の層と、現像可能な材料の初期層内の発生剤化合物とを使用して、実行されるか、又は、現像可能な材料の層の上部に堆積させることができる。トップコートのないレジストを使用して、関心のある膜上にその場で作用させるために、可溶性シフト成分がこの平坦化材料に含まれる。単一のコートを使用する場合、残留Ｒｍｉｎ（光なしの最小現像速度）を有する材料を有することが有益であり得る。この種の材料で、Ｒｍｉｎは、調節可能（tunable）になる。Ｒｍｉｎは、所与の材料の自然可溶性及びその材料中の脱保護種の関数である。脱保護種は、ＰＡＧによって、局所的にトリガされることができる。光酸発生材は脱保護グループを生成し、脱保護グループはＲｍｉｎを変化させる。その結果、関心領域で何らかの脱保護が起こることにより、自然／初期Ｒｍｉｎ（例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）２．３８％を有する現像液プロセス当たり５％であってもよい）が変化する。その結果、所与の材料は、例えば５％の代わりに、例えば材料の２０−３０％である最小現像率を変えることができる。
２つの層を使用して、第２層／材料は、酸発生剤でありえる（又は、含む）。この酸発生剤は、独自に調整されることができる。ダブルコートでは、トップコート又はオーバーコートは、画素ベースの曝露と相互作用するために調整されることができる。このトップコート中に光酸を発生させた後、トップコート上で溶媒駆動を行うことができ、光酸を直接下方に、可溶性シフトを起こすことができる材料内に駆動させる。光の選択的な投射では、平坦化を改善して／提供する基板上の関心領域で、材料の可溶性シフトが起こるだけである。換言すれば、光酸濃度は、基板上の所望の位置で、正確につくられることが可能である。
ダブルコートを使用することは、平坦化材料が従来のフォトレジスト以外のものとして任意に選択され得るので有益であり得る。平坦化材料は現像可能なことを必要とするが、例えば、シリコン含有又は金属含有でありえる。シリコン、金属（チタン、スズなど）又は他のナノ粒子を現像可能な層に加えることは、その後反転構造として使用できるハードマスク材料を作製し、凹状形成するのに有益である。さらに、二重コーティングの実施形態では、平坦化技術は曝露線量及び波長の範囲に曝露することができ、ｚ−高さの変化を引き起こすために一連の酸の発生を引き起こすことができる。この平坦化材料は、より厚い又は薄いエリアを生成する異なるトポグラフィカルゾーン及びデューティサイクルゾーンの上に設けることができる。いくつかの製造プロセスには、上部表面に対向する若しくは上部表面の上方に設けられている、又は同様に上部表面の外に突出しているフィーチャ／構造の全てを有する１つのレベル内で、平坦化するための非破壊平坦化オプションを有することが望ましい。この平坦化を実行するために、高さ調整膜又はオーバーコートは、現像可能な材料の充填材層をカバーする。高さ調整膜は、例えば光酸の、オーバーコート材料の調製ｚ高さ拡散係数を提供する。それから、選択された光酸の分子量は、ｚ−高さを調整できる。拡散係数及び曝露線量は算出されることができ、ｚ高さは所与の基板にわたって正確に調整されることができる。
平坦化を選択的に制御することは、各所与の領域又は座標ポイント位置で発生する可溶性変化剤の濃度の関数であり得る。基板上の各画素ポイントの光強度は、この濃度を制御できる。いくつかの実施形態では、角度の拡散率及び拡散角度は、投影イメージを生成するための較正ファイル又は他のメモリ位置にあることができる。平坦化プロセスのために最初にキャリブレーションを行うとき、所与の膜及び光の組み合わせに対してどれだけのｚ高さ補正が可能であるかを識別するために、ｚ高さ差異を引き起こす、下地構造を持たない基板全体にわたるフラッド線量が実行され得る。この校正は、その後、後続のシグネチャベースの投影の作製をアシストすることができる。より多くの酸が発生されると、典型的には、現像可能な材料内へのより長い拡散長、すなわち、可溶性シフトが生じる上部表面からのより長い距離に相関する。所与の選択された光酸は、平均拡散距離を有することができる。大部分の現像可能な材料において、可溶性シフトをトリガするのを制御するものは、現像可能な材料内の光酸の全体の濃度である。したがって、基材上の所与の空間的位置の内の／上方の光酸のより高い濃度は、より深い可溶性変化をもたらす。より多くの又はより少ない酸を発生するために所与の領域内の酸濃度を操作することによって、酸拡散フロントが制御される。従って、酸の十分な濃度で、酸は現像可能な材料を脱防護し、その後現像剤は可溶性のシフトした材料のこの部分を溶解できる。従って、所与のエリアの上の濃度が高いほど、酸性フロントがより深く膜内に押し込まれる。光酸のある濃度は、目標の平坦化線の下に拡散できるが、この酸は、可溶性シフトをトリガするのに十分な濃度を有していない。
所与の選択された酸の平均拡散長さは、分子量によって、調整できる。実施形態は、ツインＰＡＧシステム又は複数ＰＡＧシステムを使用することを含むことができる。１つ以上の異なるタイプのＰＡＧを使用できる。例えば、いくつかの酸は、短距離で急速に拡散して止まるように選択することができ、その後、他の酸は、よりゆっくりと、しかしより長い（平均）距離を拡散するように選択されることができる。これは、１つのエッジにおいて、高い濃度勾配を提供するために使用できる。ＰＡＧブレンドは、設計されたように可溶性をシフトさせるために関心領域内で最高濃度プロファイルを作成するために、酸の拡散フロントを操作するために使用され得る。
従って、ｚ高さの拡散は、酸の濃度及び分子量により制御される。ｚ高さ調整のｘ−ｙ又は空間分解能は、使用される特定の光投影技術に依存する可能性がある。例えば、空間分解能は、選択されたＤＬＰチップ又はレーザーガルバノメータが提供できるほど高くすることができる。従来のピクセルベースの投影システムは、約１００ミクロン程度の空間分解能を提供できる。空間的分解能は、高解像度デジタル投影システムを使用することによって、又はフォトマスク・リソグラフィ曝露システム（スキャナ又はステッパなど）を用いて本明細書の技術を実施することによって、向上させることができる。換言すれば、空間光投射のためにデジタルピクセルベースの投影システムを使用してｚ高さ調節を行う代わりに、フォトリソグラフィスキャナツールを使用できる。デジタル画素ベースの投影システムを使用する利点は、基板のデジタル化されたシグネチャがデジタル画素ベースの投影システムに供給されることであり、ハードウェアの変更を一切伴わずに、所与の光投影パターンをそのシグネチャに基づいてデジタル的に作製又は変更できることである。光パターンの作成速度は、コンピュータの処理速度により制限される。ｚ高さ調整曝露のためにスキャナを使用する利点は、デジタル画素ベースの投影システム投影解像度と比較して、より良好な空間解像度が典型的に達成されることである。例えば、スキャナを使用すると、ｚ高さ調整は数十ナノメートルのオーダの空間分解能を有することができる。スキャナ／ステッパを使用すると、通常、レチクルの作成が必要となるため、この高い空間分解能オプションを実現する速度は、フォトマスク／レチクルを作成する時間により制御される。デジタルピクセルベースの投影システムを使用することのもう１つの利点は、そのようなシステムは非常に費用効果が高いことである。従って、本明細書に記載されるように、多くの光投影オプション、材料オプション、及びフローオプションが存在する。これらの選択肢の様々な組合せが、様々な製造設計を満たすための効果的な非破壊平坦化技術を提供できることが理解されよう。
前述の説明では、プロセスシステムの特定の幾何学的図形、及びそこで使用される様々なコンポーネント及びプロセスの説明などの特定の詳細が示されている。しかしながら、本明細書における技術は、これらの特定の詳細から逸脱する他の実施形態において、実施されてもよく、そのような詳細は、説明の目的であって限定ではないことを理解されたい。本明細書に開示された実施形態は、添付の図面を参照して説明されている。同様に、説明のために、本発明の完全な理解を提供するために、特定の数、材料、及び構成が示されている。にもかかわらず、そのような具体的な詳細なしに実施形態を実施できる。なお、実質的に同一の機能構成を有するコンポーネントについては、同様の符号により示され、従って説明を省略されることができる。
様々な技術を、様々な実施形態の理解を助けるための複数の離散的な動作として説明した。説明の順序は、これらの操作が必然的に順序に依存することを意味すると解釈されるべきではない。実際に、これらの操作は、提示順に実行される必要はない。説明された動作は、記載された実施形態とは異なる順序で実行されてもよい。様々な追加の動作が実行されてもよく、及び／又は記載された動作が付加的実施形態で省略されてもよい。
本明細書で使用する「基板」又は「ターゲット基板」は、一般に、本発明に従ってプロセスされる物体を指す。基板は、デバイス、特に半導体又は他のエレクトロニクスデバイスの、いかなる材料部分又は構造をも含むことができ、例えば、半導体ウェハ、レチクルのようなベース基板構造であるか、又は、ベース基板構造上の若しくはベース基板構造を覆う薄膜のような層でありうる。したがって、基板は、パターニングされた又はパターニングされていない、任意の特定のベース構造、下地層又はオーバーレイ層に限定されず、むしろ任意のそのような層又はベース構造、及び、層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むことが意図される。説明では、特定のタイプの基板を参照できるが、説明の目的のみである。
当業者であれば、本発明の同じ目的を依然として達成しつつ、上述した技術の動作に多くの変形を加えることができることを理解するであろう。そのような変形は、本開示の範囲により網羅されることが意図される。このように、本発明の実施形態の前述の説明は、限定を意図するものではないむしろ、本発明の実施形態に対する制限は、添付の特許請求の範囲に示されている。

Claims (20)

  1. 基板を平坦化する方法であって、
    微細加工構造物を有する基板を受け取るステップであって、前記微細加工構造物は前記基板の上部上に配置されており、前記微細加工構造物の少なくとも一部は互いの間でオープンスペースを画定する、ステップと、
    前記基板上に充填材料の充填材層を堆積するステップであって、前記充填材層は、前記微細加工構造物間の空間を充填し、少なくとも前記微細加工構造物の一部を覆っており、前記充填材層は、前記充填材層の上部表面位置がｚ高さにおいて、互いに比較して約１乃至１００ナノメートルだけ異なる非平面の上部表面になる、ステップと、
    前記充填材層上に発生材化合物を堆積させるステップであって、前記発生材化合物は、化学線曝露を受けることに応答して可溶性変化剤を発生させる化合物である、ステップと、
    前記基板上に化学線のパターンを投影するステップであって、化学線の前記パターンは独立してアドレッシング可能な投影ポイントのアレイを有するデジタル画素ベースの投影システムを使用して投影され、前記基板上の所与のポイント位置において発生する前記可溶性変化剤の濃度が前記所与のポイント位置における化学線の曝露強度によって選択的に制御されるように、化学線の前記パターンが発生材化合物に前記可溶性変化剤を発生させる、ステップと、
    前記可溶性変化剤が前記充填材層の上部部分の可溶性を変化させるように、前記可溶性変化剤を前記充填材層の少なくとも一部に拡散させるステップと、
    を含む方法。
  2. 現像剤を使用して前記充填材層の可溶性の上部部分を取り除くステップ、
    をさらに含む、請求項１記載の方法。
  3. 前記基板上に化学線の前記パターンを投影するステップは、前記基板にわたる前記充填材層の前記上部表面のｚ高さ値を空間的に特徴づけるｚ高さシグネチャに基づいて化学線の前記パターンを投影するステップを含む、
    請求項１記載の方法。
  4. 前記基板上の前記微細加工構造物のトポロジに基づいて前記ｚ高さシグネチャを生成するステップ、
    をさらに含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記発生材化合物を堆積するステップは、光酸発生材を堆積するステップを含み、
    化学線の前記パターンを投影するステップは、前記基板上の所与の空間位置における光酸の濃度が前記ｚ高さシグネチャに基づくように、前記光酸発生材に光酸を発生させる、
    請求項３記載の方法。
  6. 前記基板上に化学線の前記パターンを投影するステップは、前記基板上の各投影画素位置における可溶性変化剤の量が各画素位置に投影される化学線の強度に基づくように、前記基板にわたる前記充填材層の上部表面ｚの高さ値を空間的に特徴づけるｚ高さシグネチャに基づいて化学線の前記パターンを投影するステップを含む、
    請求項１記載の方法。
  7. 充填材料の前記充填材層を堆積するステップが、現像可能な材料を堆積するステップであって、前記現像可能な材料が所定の濃度閾値を上回る可溶性変化剤の存在に応答する可溶性シフトを有する、ステップを含む、
    請求項１記載の方法。
  8. 充填材料の前記充填材層を堆積するステップは前記充填材料がハードマスク材料を含有することを含む、
    請求項７記載の方法。
  9. 下地層に充填材層パターンを転写するマスクとして前記充填材料を使用するステップをさらに含む、
    請求項８記載の方法。
  10. 前記可溶性変化剤を前記充填材層の少なくとも一部に拡散させるステップは、所定の酸の前記充填材層への拡散を生じる所定の時間及び温度において、前記基板を焼成するステップを含む、
    請求項１記載の方法。
  11. 基板を平坦化する方法であって、
    微細加工構造物を有する基板を受け取るステップであって、前記微細加工構造物は前記基板の上部上に配置されており、前記微細加工構造物の少なくとも一部は、互いの間でオープンスペースを画定する、ステップと、
    前記基板上に充填材料の充填材層を堆積するステップであって、前記充填材層は、前記微細加工構造物間の空間を充填し、少なくとも前記微細加工構造物の一部を覆っており、前記充填材層は、前記充填材層の上部表面位置がｚ高さにおいて互いに比較して約１乃至１００ナノメートルだけ異なる非平面の上部表面になり、前記充填材層は発生材化合物を含み、前記発生材化合物は化学線の曝露を受けることに応答して可溶性変化剤を発生させる化合物である、ステップと、
    前記基板上に化学線のパターンを投影するステップであって、化学線の前記パターンは、独立してアドレッシング可能な投影ポイントのアレイを有するデジタル画素ベースの投影システムを使用して投影され、基板上の所与のポイント位置において発生する前記可溶性変化剤の濃度が前記所与のポイント位置における化学線の曝露強度によって選択的に制御されるように、化学線の前記パターンが発生材化合物に前記可溶性変化剤を発生させる、ステップと、
    現像剤を使用して前記充填材層の可溶性の上部部分を取り除くステップと、
    を含む方法。
  12. 前記基板上に化学線の前記パターンを投影するステップは、前記基板にわたる前記充填材層の前記上部表面のｚ高さ値を空間的に特徴づけるｚ高さシグネチャに基づいて化学線の前記パターンを投影するステップを含む、
    請求項１１記載の方法。
  13. 前記発生材化合物は、前記充填材層がスピンオン堆積により堆積された後、前記充填材層の上部へ移動する移動性ポリマに結合する、
    請求項１１記載の方法。
  14. 前記発生材化合物は光酸発生材であり、
    化学線の前記パターンを投影するステップは、前記基板上の所与の空間位置における光酸の濃度が前記ｚ高さシグネチャに基づくように、前記光酸発生材に光酸を発生させる、
    請求項１１記載の方法。
  15. 前記基板上に化学線の前記パターンを投影するステップは、前記基板上の各投影画素位置における可溶性変化剤の量が各画素位置における化学線の強度に基づくように、前記基板にわたる前記充填材層の上部表面ｚの高さ値を空間的に特徴づけるｚ高さシグネチャに基づいて化学線の前記パターンを投影するステップを含む、
    請求項１１記載の方法。
  16. 充填材料の前記充填材層を堆積するステップは、現像可能材料を堆積するステップであって、可溶性変化剤が前記充填材層の一部の可溶性をシフトできる、ステップを含み、
    充填材料の前記充填材層を堆積するステップは、前記充填材料がハードマスク材料を含有することを含む、
    請求項１記載の方法。
  17. 基板を平坦化する方法であって、
    微細加工構造物を有する基板を受け取るステップであって、
    前記微細加工構造物は前記基板の上部上に配置されており、前記微細加工構造物の少なくとも一部は、互いの間でオープンスペースを画定し、
    前記基板は、前記基板上に堆積した充填材料の充填材層をさらに有し、
    前記充填材層は、前記微細加工構造物間の空間を充填し、少なくとも前記微細加工構造物の一部を覆っており、前記充填材層は、前記充填材層の上部表面位置がｚ高さにおいて、互いに比較して約１乃至１００ナノメートルだけ異なる非平面の上部表面になり、
    前記基板は、前記基板上に堆積した発生材化合物をさらに有し、
    前記発生材化合物は、化学線曝露を受けることに応答して可溶性変化剤を発生させる化合物である、ステップと、
    前記基板上に化学線のパターンを投影するステップであって、
    化学線の前記パターンは、化学線のパターンを形成するためのレクチルを使用するフォトリソグラフィ投影システムを使用して投影され、化学線の前記パターンは、前記基板にわたる前記充填材層の前記上部表面のｚ高さ値を空間的に特徴づけるｚ高さシグネチャに基づき、基板上の所与のポイント位置において発生する前記可溶性変化剤の濃度が前記所与のポイント位置における化学線の曝露強度により制御されるように、化学線の前記パターンが発生材化合物に前記可溶性変化剤を発生させる、ステップと、
    を含む方法。
  18. 前記基板を受け取るステップは、前記充填材層が前記基板上に堆積されたときに前記発生材化合物が前記充填材料の成分として堆積されたものであることを含む、
    請求項１７記載の方法。
  19. 前記基板を受け取るステップは、前記発生材化合物が前記充填材層の上部上に堆積されたものであることを含む、
    請求項１７記載の方法。
  20. 前記可溶性変化剤が前記充填材層の上部の可溶性を変化させるように、前記可溶性変化剤を前記充填材層の少なくとも一部に拡散させるステップ、
    をさらに含む、請求項１９記載の方法。
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