JP5520103B2

JP5520103B2 - 二重露光プロセスにおけるレジスト・パターンの限界寸法変動を緩和する方法

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Publication number: JP5520103B2
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Inventors: ワイキン・リー; ウソン・ファン; クアンジュン・チェン
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Description

本発明は、一般に半導体の製造方法に関し、より詳細には二重露光プロセスにおけるレジスト・パターンの限界寸法（ＣＤ）変動を緩和するための方法に関する。

半導体集積回路は、典型的には、フォトリソグラフィ技術を用いて製造される。フォトリソグラフィ・プロセスにおいて、フォトレジスト層はシリコンウエハのような基板上に堆積される。この基板は、フォトレジスト層内に残った溶媒を除去するためにベークされる。フォトレジストは、所望のパターンを有するフォトマスクを通して放射源に露光される。放射に対する露光により、フォトレジストの露光領域内で化学反応が引き起こされ、フォトレジスト層内にマスクパターンに対応する潜像が生じる。フォトレジストは次いで、現像溶液で現像され、ポジ型フォトレジストではフォトレジストの露光部分、又はネガ型フォトレジストではフォトレジストの非露光部分のいずれかが除去される。パターン形成されたフォトレジストは、その後、堆積、エッチング、又はイオン注入プロセスといった、基板上での後続製造プロセスのためのマスクとして用いることができる。

液浸リソグラフィは、半導体産業が４５ｎｍ及び３２ｎｍノードのために、そして可能であればそれを超えるノードのために採用しているフォトリソグラフィの解像度向上技術である。液浸リソグラフィ・プロセスにおいては、リソグラフィ・ツールの最終レンズとウエハとの間に、通常の乾式リソグラフィ・プロセスにおける空気媒体を置き換える液体媒体が配置される。乾式リソグラフィ・プロセスと比べて、液浸リソグラフィは、液体の屈折率に等しい係数だけ解像度を高めることができる。現在の１９３ｎｍ液浸リソグラフィ・ツールは、１９３ｎｍにおいて１．４４の屈折率を有する水を液体媒体として使用する。

１９３ｎｍの液浸リソグラフィを採用する際の主要な課題の１つは、欠陥制御である。水は、フォトレジストから、光酸発生剤（ＰＡＧ）、及び光で発生された酸を抽出することがわかっている。ＰＡＧ及び酸が水中へ浸出することにより、フォトレジスト内に欠陥が生じる場合がある。さらに、抽出されたＰＡＧ及び酸が、リソグラフィ・ツールのレンズを汚染又は腐食する場合もある。これらの懸念に対処するために、フォトレジストの上に直接配置するためのトップコート層が用いられてきた。トップコートは、水とフォトレジストとの間の障壁として作用し、フォトレジストからのＰＡＧ及び酸の水中への浸出を有効に低減させることができる。トップコートは、一般に、フォトレジストの現像工程中に水性塩基性現像剤によって除去することができる酸性物質である。

集積回路における構造部の密度を増大させるために、半導体産業は、二重露光及び二重露光−二重エッチングのような、種々の二重パターン形成技術を開発してきた。二重露光プロセスにおいて、フォトレジスト層は、２つのフォトマスクを用いて、一連の２回の個別の露光によって露光される。この技術は、同一層内に、異なるパターン、又は両立できない密度若しくはピッチを有するパターンを作成するために通常、使用される。二重露光−二重エッチングプロセスにおいて、フォトレジストの第１の層が露光される。第１のフォトレジスト内に形成されたパターンは、第１のエッチングプロセスによって下層のハードマスク層に転写され、ハードマスク内に第１のパターンを形成する。フォトレジストの第２の層がハードマスク上にコーティングされる。第２のフォトレジストは第２の露光を受けて、第２のフォトレジスト内に第２のパターンを形成する。ハードマスク内の第１のパターンと第２のフォトレジスト内の第２のパターンとが組合せマスクを形成し、これが、第２のエッチングプロセスにおいてその下の最終層に転写される。二重露光−二重エッチング技術は、構造部の密度を高めることを可能にする。

二重パターン形成技術は、パターン密度を高めることに関しては比較的上手く機能するが、第１の露光後に形成されたパターンのＣＤが、後続プロセスの間に変動することがあり、その結果としてＣＤ変動の付加的な要因になるという一般的な懸念事項がある。

１つの態様において、本発明は、基板の上を覆ってフォトレジスト層を形成するステップと、フォトレジスト層を第１の放射に露光するステップと、フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に第１のパターンを形成するステップと、フォトレジスト層の上を覆ってトップコート層を形成するステップと、トップコート層及びフォトレジスト層を第２の放射に露光するステップと、トップコート層を除去するステップと、フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に第２のパターンを形成するステップとを含む、フォトリソグラフィ方法に関する。

トップコート層及びフォトレジスト層を第２の放射に露光するステップは、液浸リソグラフィ・プロセスを用いて行なわれることが好ましい。

別の実施形態において、本発明は、基板の上を覆ってフォトレジスト層を形成するステップと、フォトレジスト層の上を覆って第１のトップコート層を形成するステップと、第１のトップコート層及びフォトレジスト層を第１の放射に露光するステップと、フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に第１のパターンを形成するステップと、フォトレジスト層の上に第２のトップコート層を形成するステップと、第２のトップコート層及びフォトレジスト層を第２の放射に露光するステップと、第２のトップコート層を除去するステップと、フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に第２のパターンを形成するステップとを含む、フォトリソグラフィ方法に関する。

第１のトップコート層及びフォトレジスト層を第１の放射に露光するステップ、及び第２のトップコート層及びフォトレジスト層を第２の放射に露光するステップは、液浸リソグラフィ・プロセスを用いて行なわれることが好ましい。

トップコート層は、トップコートと有機溶媒とを接触させることによって除去することができる。有機溶媒は、１−ブタノール、メタノール、エタノール、１−プロパノール、エチレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、４−ヘプタノール、２−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２，４−ジメチル−３−ペンタノール、３−エチル−２−ペンタノール、１−メチルシクロペンタノール、２−メチル−１−ヘキサノール、２−メチル−２−ヘキサノール、２−メチル−３−ヘキサノール、３−メチル−３−ヘキサノール、４−メチル−３−ヘキサノール、５−メチル−１−ヘキサノール、５−メチル−２−ヘキサノール、５−メチル−３−ヘキサノール、４−メチルシクロヘキサノール、１，３−プロパンジオール、オクタノール、デカン、又は２つ若しくはそれ以上の上記溶媒を含む組合せを含むことができる。

トップコート層は、酸性基を含有するポリマーを含むことが好ましい。酸性基は、カルボン酸、フルオロアルコール、フルオロスルホンアミド、又は２つ若しくはそれ以上の上記の基を含む組合せを含むことができる。トップコート層は、好ましくは、水性アルカリ現像剤に可溶性である。

また、第１の放射及び第２の放射の両方が、約１９３ｎｍの像形成波長を有することが好ましい。

フォトリソグラフィ方法はさらに、フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に第１のパターンを形成する前に、基板を第１の温度でベークするステップ、フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に第２のパターンを形成する前に、基板を第２の温度でベークするステップ、及び、フォトレジスト層を現像してフォトレジスト層内に第２のパターンを形成した後で、第２のパターンを基板内に転写するステップのうちの少なくとも１つのステップを含むものとすることができる。基板内に第２のパターンを転写するステップは、基板の、フォトレジスト層によって被覆されていない部分をエッチングするか、又はその部分にイオン注入を行うことを含むものとすることができる。

上述した特徴及び他の特徴は、以下の図面及び詳細な説明により例示される。

添付の図面は、本発明をさらに理解するために含まれるものであり、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の実施形態を示すものであり、詳細な説明と併せて、本発明の原理を説明するのに役立つ。

本発明の実施形態によるフォトリソグラフィ方法を示すフローチャートである。本発明の実施形態によるフォトリソグラフィ方法の例示的な処理ステップを示す断面図である。本発明の実施形態によるフォトリソグラフィ方法の例示的な処理ステップを示す断面図である。本発明の実施形態によるフォトリソグラフィ方法の例示的な処理ステップを示す断面図である。本発明の実施形態によるフォトリソグラフィ方法の例示的な処理ステップを示す断面図である。本発明の実施形態によるフォトリソグラフィ方法の例示的な処理ステップを示す断面図である。本発明の実施形態によるフォトリソグラフィ方法の例示的な処理ステップを示す断面図である。本発明の実施形態によるフォトリソグラフィ方法の例示的な処理ステップを示す断面図である。本発明の実施形態によるフォトリソグラフィ方法の例示的な処理ステップを示す断面図である。図１のプロセスフローに従って作製された、第１の露光後のパターン形成されたフォトレジストを上から見た走査電子顕微鏡写真を示す。図１のプロセスフローに従って作製された、第２の露光後のパターン形成されたフォトレジストを上から見た走査電子顕微鏡写真を示す。標準的な二重露光プロセスを用いて作製された、第２の露光後のパターン形成されたフォトレジストを上から見た走査電子顕微鏡写真を示す。

本発明の好ましい実施形態を説明するにあたって、本明細書において図１から図１２を参照し、これらの図面において、類似の番号は本発明の類似する構造部を指す。本発明の構造部は、図面中で必ずしも一定の縮尺で示されていない。

層のような要素が、別の層の「上に（on）」ある又は「上を覆う（over）」ものとして言及される場合、その要素は、他の要素上に直接存在してもよく、又は介在する要素が存在してもよいものであることが理解される。対照的に、ある要素が、別の要素の「上に直接」ある又は「上を直接覆う」あるものとして言及される場合には、介在要素は存在しない。

本発明は、二重露光プロセスにおけるレジスト・パターンのＣＤ変動を緩和するフォトリソグラフィ方法を提供する。この方法において、フォトレジスト層を最初に露光及び現像して、フォトレジスト内に第１のパターンを形成する。パターン形成されたフォトレジストの上にトップコート層が形成される。トップコート層は、液浸リソグラフィに通常使用されるトップコート材料を含む。フォトレジストは第２の露光を受ける。第２の露光後、トップコート層は、フォトレジストが現像される前に有機溶媒を用いて除去される。次いでフォトレジストを現像して第２のパターンを形成する。フォトレジストが水性アルカリ現像剤中で現像されるときにトップコート層が除去される従来の二重露光方法と比べて、フォトレジストの現像前に有機溶媒を用いてトップコート層を除去することで、第１のパターンにおけるＣＤ変動を顕著に緩和することができる。

図１は、本発明の１つの実施形態に従うフォトリソグラフィ方法を示すフローチャートである。ステップ１００は、基板の上を覆ってフォトレジスト層を形成することを含む。本発明における基板は、好適には、フォトレジストが関与するプロセスにおいて従来用いられているいずれかの基板である。例えば、基板は、シリコン、シリコン酸化物、アルミニウム−アルミニウム酸化物、ガリウムヒ素、セラミック、石英、銅、又は多層を含めて、これらのいずれかの組み合わせとすることができる。基板は、１つ又は複数の半導体層又は構造体を含むものとすることができ、半導体デバイスの能動部又は動作可能な部分を含むものとすることができる。

フォトレジストは、１９３ｎｍ及び２４８ｎｍフォトレジストを含めて、半導体産業において従来用いられているいずれかのフォトレジストとすることができる。好ましくは、本発明において使用されるフォトレジストは、化学増幅型フォトレジストである。ポジ型フォトレジスト及びネガ型フォトレジストの両方が、本発明において使用するのに適している。一般に、フォトレジストは、酸不安定基を含有するポリマーと、光酸発生剤（ＰＡＧ）のような放射感応性成分と、溶媒と、例えば消光剤及び界面活性剤などのような他の性能向上添加剤とを含むものとすることができる。ポリマー上の酸不安定基は、三級炭酸アルキル、三級アルキルエステル、三級アルキルエーテル、アセタール、又はケタールを含むものとすることができる。

フォトレジスト層は、スピンコーティングを含むほとんど全ての標準的な手段よって形成することができる。フォトレジスト層をベークして（塗布後ベーク（ＰＡＢ））、フォトレジストから残存溶媒を除去し、フォトレジスト層の密着性を改善することができる。フォトレジスト層に対するＰＡＢ温度の好ましい範囲は約７０℃から約１５０℃であり、より好ましくは約９０℃から約１３０℃である。フォトレジスト層の厚みの好ましい範囲は約２０ｎｍから約４００ｎｍであり、より好ましくは約５０ｎｍから約３００ｎｍである。

ステップ１１０は、フォトレジスト層を第１の放射に露光することを含む。本発明において使用される第１の放射線は、可視光、紫外線（ＵＶ）、極紫外線（ＥＵＶ）又は電子線（Ｅビーム）とすることができる。第１の放射の像形成波長は、約３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、又は１３ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、第１の放射の像形成波長は、約１９３ｎｍである。露光は、乾式リソグラフィ・プロセス又は液浸リソグラフィ・プロセスのいずれかを用いて行なうことができる。

ステップ１２０において、フォトレジスト層を現像して、フォトレジスト層内に第１のパターンを形成する。フォトレジスト層は、アルカリ性水溶液中で現像されるものとすることができる。アルカリ性水溶液は、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液とすることが好ましい。ＴＭＡＨ溶液の濃度は、約０．２６３Ｎとすることがさらに好ましい。この塩基水溶液はさらに、界面活性剤、ポリマー、イソプロパノール、エタノールなどのような添加剤を含むことができる。

基板を、フォトレジスト層が第１の放射に露光された後、それが現像される前に、第１の温度（露光後ベーク（ＰＥＢ））でベークすることができる。第１の温度の好ましい範囲は約６０℃から約１５０℃であり、より好ましくは約８０℃から約１３０℃である。アセタール及びケタール性化学物質のような特定の化学物質の場合、レジストポリマーの脱保護は室温で進行するので、場合によっては、第１のベークを回避することが可能である。

ステップ１３０は、フォトレジスト層の上を覆ってトップコート層を形成するステップを含む。トップコート層は、１９３ｎｍの液浸リソグラフィにおいて通常使用されるトップコート材料とすることができる。１つの実施形態において、トップコート材料は、酸性基を含有するポリマーを含む。好適な酸性基の例としては、カルボン酸、フルオロアルコール、フルオロスルホンアミド、又は２つ若しくはそれ以上の上記の基を含む組合せが挙げられるが、これらに限定されない。トップコート材料はさらに、少なくとも１つの溶媒を含むことができる。この溶媒は、好ましくは下層のフォトレジストに対して不混和性である。好適な溶媒としては、１−ブタノール、メタノール、エタノール、１−プロパノール、エチレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、４−ヘプタノール、２−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２，４−ジメチル−３−ペンタノール、３−エチル−２−ペンタノール、１−メチルシクロペンタノール、２−メチル−１−ヘキサノール、２−メチル−２−ヘキサノール、２−メチル−３−ヘキサノール、３−メチル−３−ヘキサノール、４−メチル−３−ヘキサノール、５−メチル−１−ヘキサノール、５−メチル−２−ヘキサノール、５−メチル−３−ヘキサノール、４−メチルシクロヘキサノール、１，３−プロパンジオール、オクタノール、デカン、又は２つ若しくはそれ以上の上記溶媒を含む組合せが挙げられるが、これらに限定されない。トップコート層は、好ましくは水性アルカリ現像剤に可溶性である。

トップコート層は、スピンコーティングを含むいずれかの標準手段によって形成することができる。トップコート層をベークしてトップコートから残存溶媒を除去し、トップコート層の密着性を改善することができる。トップコート層に対するベーク温度の好ましい範囲は約７０℃から約１３０℃であり、より好ましくは約９０℃から約１１０℃である。トップコート層の厚みの好ましい範囲は約１０ｎｍから約２００ｎｍであり、より好ましくは約３０ｎｍから約１００ｎｍである。

ステップ１４０は、トップコート層及びフォトレジスト層を第２の放射に露光することを含む。第２の放射は、可視光、ＵＶ、ＥＵＶ又はＥビームとすることができる。第２の放射の像形成波長は、約３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、又は１３ｎｍであることが好ましい。第２の放射の像形成波長は、約１９３ｎｍであることがより好ましい。露光は、乾式リソグラフィ・プロセス又は液浸リソグラフィ・プロセスのいずれかを用いて行なうことができる。好ましくは、トップコート層及びフォトレジスト層の露光は、液浸リソグラフィ・プロセスを用いて行なわれる。

ステップ１５０は、トップコート層を除去するステップを含む。トップコート層は、トップコート層と有機溶媒とを接触させることによって除去することができる。有機溶媒は、好ましくは下層のフォトレジスト層を溶解させないものである。好適な有機溶媒の例としては、１−ブタノール、メタノール、エタノール、１−プロパノール、エチレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、４−ヘプタノール、２−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２，４−ジメチル−３−ペンタノール、３−エチル−２−ペンタノール、１−メチルシクロペンタノール、２−メチル−１−ヘキサノール、２−メチル−２−ヘキサノール、２−メチル−３−ヘキサノール、３−メチル−３−ヘキサノール、４−メチル−３−ヘキサノール、５−メチル−１−ヘキサノール、５−メチル−２−ヘキサノール、５−メチル−３−ヘキサノール、４−メチルシクロヘキサノール、１，３−プロパンジオール、オクタノール、デカン、又は２つ若しくはそれ以上の上記溶媒を含む組合せが挙げられるが、これらに限定されない。

ステップ１６０において、フォトレジスト層を現像して、フォトレジスト内に第２のパターンを形成する。フォトレジスト層は、アルカリ性水溶液中で現像されるものとすることができる。この塩基性水溶液はＴＭＡＨ溶液とすることが好ましい。ＴＭＡＨ溶液の濃度は、約０．２６３Ｎとすることが好ましい。この塩基性水溶液はさらに、界面活性剤、ポリマー、イソプロパノール、エタノールなどのような添加剤を含むことができる。

基板を、トップコート層が除去された後、フォトレジストが現像される前に、第２の温度でベークすることができる。第２の温度の好ましい範囲は、約６０℃から約１５０℃であり、より好ましくは約８０℃から約１３０℃である。アセタール及びケタール系化学物質のような特定の化学物質の場合、レジストポリマーの脱保護は室温で進行するので、場合によっては、第２のベークを回避することが可能である。

フォトレジスト内の第２のパターンは、基板の、パターン形成されたフォトレジスト層によって被覆されていない部分を除去することによって基板内に転写することができる。典型的には、基板の部分は、反応性イオンエッチング又は当業者に公知の他の特定の技術によって除去される。第２のパターンは、基板の、フォトレジストによって被覆されていない部分にイオン注入を行うことによって基板に転写することもできる。本発明の方法は、集積回路デバイスの設計において使用することができる、金属配線ライン、コンタクト又はビアのためのホール、絶縁セクション（例えば、ダマシントレンチ又は浅いトレンチ分離）、キャパシタ構造のためのトレンチなどのような、パターン形成された構造を作製するために用いることができる。

図２から図９は、本発明の実施形態に従う例示的な処理ステップを示す断面図である。図２において、上記のステップ１００で説明されるように、基板２００の上を覆ってフォトレジスト層２０２が形成される。図示されてはいないが、基板２００は、基板層、誘電体層及び底部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）層といった１つ又は複数の半導体層又は構造体を含むものとすることができ、半導体デバイスの能動部又は動作可能な部分を含むものとすることができる。フォトレジスト層２０２は、好ましくはスピンコーティングによって形成される。フォトレジスト層２０２内に残存する溶媒を除去するために、ＰＡＢステップを行うことができる。

任意であり、必須ではないが、図３に示されるように、フォトレジスト層２０２の上を覆って第１のトップコート層２０４を形成することができる。第１のトップコート層２０４は、液浸リソグラフィ・プロセスにおいて、フォトレジスト層２０２の成分が水の中に浸出するのを防ぐことができる。第１のトップコート層２０４は、好ましくは、酸性基を含有するポリマーを含む。酸性基は、カルボン酸、フルオロアルコール、フルオロスルホンアミド、又は２つ若しくはそれ以上の上記の基を含む組合せを含むものとすることができる。第１のトップコート層２０４は、好ましくは水性アルカリ現像剤に可溶性である。

第１のトップコート層２０４を形成するために使用されるトップコート材料はさらに、少なくとも１つの溶媒を含むことができる。溶媒は、好ましくは下層のフォトレジスト層２０２に対して不混和性である。好適な溶媒としては、１−ブタノール、メタノール、エタノール、１−プロパノール、エチレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、４−ヘプタノール、２−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２，４−ジメチル−３−ペンタノール、３−エチル−２−ペンタノール、１−メチルシクロペンタノール、２−メチル−１−ヘキサノール、２−メチル−２−ヘキサノール、２−メチル−３−ヘキサノール、３−メチル−３−ヘキサノール、４−メチル−３−ヘキサノール、５−メチル−１−ヘキサノール、５−メチル−２−ヘキサノール、５−メチル−３−ヘキサノール、４−メチルシクロヘキサノール、１，３−プロパンジオール、オクタノール、デカン、又は２つ若しくはそれ以上の上記溶媒を含む組合せが挙げられるが、これらに限定されない。

第１のトップコート層２０４は、スピンコーティングを含むいずれかの標準的な手段によって形成することができる。第１のトップコート層２０４をさらにベークしてトップコートから残存溶媒を除去し、トップコート層の密着性を改善することができる。トップコート層２０４に対するベーク温度の好ましい範囲は約７０℃から約１３０℃であり、より好ましくは約９０℃から約１１０℃である。トップコート層２０４の厚みの好ましい範囲は約１０ｎｍから約２００ｎｍであり、より好ましくは約３０ｎｍから約１００ｎｍである。

図４において、上記ステップ１１０で説明されるように、フォトレジスト層２０２は、第１のパターン形成されたフォトマスク２２０を通して第１の放射２１０に露光される。第１の露光は、乾式リソグラフィ・プロセス又は液浸リソグラフィ・プロセスのいずれかを用いて行うことができる。好ましくは、第１の露光は液浸リソグラフィ・プロセスを用いて行なわれる。

パターン形成されたマスク２２０は、マスクされた区域２２２が本質的に放射に対して不透明であるか、又はエネルギー粒子に対して不透過性であり、マスクされていない区域２２４が本質的に放射に対して透明であるか、又はエネルギー粒子に対して透過性であるような、パターンを備える。マスクされていない区域２２４を通過した放射又は粒子はフォトレジスト層２０２に伝達されることができ、そこで、放射又は粒子は、フォトレジスト層２０２の露光領域内で酸の発生を誘導することができる。フォトレジスト層２０２の非露光領域は酸を発生することができない。放射又はエネルギー粒子への露光により、露光領域を水性アルカリ現像剤に対して可溶性にすることができる。

本発明において使用されるパターン形成されたマスク２２０は、フォトリソグラフィ・プロセスにおいて一般に使用される、減衰型ＰＳＭを含めた、いずれかのフォトマスクとすることができる。パターン形成されたマスク２２０上のパターン構造部は、ライン、トレンチ及びコンタクトホールを含むことができるが、これらに限定されない。

図５は、上記ステップ１２０で説明されるように、水性アルカリ現像剤中でフォトレジスト層２０２を現像した後の基板２００及びフォトレジスト層２０２を示す。第１のパターン２０６が、フォトレジスト層２０２内に形成される。

図６において、パターン形成されたフォトレジスト層２０２の上を覆ってトップコート層２０８が形成される。第１のトップコート層２０４が第１の露光前にフォトレジスト層２０２の上を覆って塗布された場合には、トップコート層２０８は、このプロセスにおいて使用される第２のトップコート層となる。トップコート層２０８は、好ましくは、酸性基を含有するポリマーを含む。酸性基は、カルボン酸、フルオロアルコール、フルオロスルホンアミド、又は２つ若しくはそれ以上の上記の基を含む組合せを含むものとすることができる。トップコート層２０８は、水性アルカリ現像剤に可溶性であることが好ましい。トップコート層２０８は、液浸リソグラフィ・プロセスにおいて、フォトレジスト層２０２の成分が水の中に浸出するのを防ぐことができる。

図７において、上記ステップ１４０で説明されるように、トップコート層２０８及びフォトレジスト層２０２は、第２のパターン形成フォトマスク２４０を通して第２の放射２３０に露光される。パターン形成されたマスク２４０は、マスクされた区域２４２が本質的に放射に対して不透明であるか、又はエネルギー粒子に対して不透過性であり、マスクされていない区域２４４が本質的に放射に対して透明であるか、又はエネルギー粒子に対して透過性であるような、パターンを備える。マスクされていない区域２４４を通過した放射又は粒子は、トップコート層２０８及びフォトレジスト層２０２に伝達されることができ、そこで、放射又は粒子は、フォトレジスト層２０２の露光領域内で酸の発生を誘導することができる。フォトレジスト層２０２の非露光領域は酸を発生することができない。放射又はエネルギー粒子への露光により、露光領域を水性アルカリ現像剤に対して可溶性にすることができる。

同様に、パターン形成されたマスク２４０は、フォトリソグラフィ・プロセスにおいて一般に使用される、減衰型ＰＳＭを含めた、いずれかのフォトマスクとすることができる。パターン形成されたマスク２４０上のパターン構造部は、ライン、トレンチ及びコンタクトホールを含むことができるが、これらに限定されない。

図８は、上記ステップ１５０で説明されるように、トップコート層２０８を除去した後の基板２００及びフォトレジスト層２０２を示す。トップコート層２０８は、トップコート層を有機溶媒と接触させることによって除去することができる。

図９において、上記ステップ１６０で説明されるように、フォトレジスト層２０２は水性アルカリ現像剤中で現像され、第２のパターン２１２を形成する。基板２００を、フォトレジスト層２０２を現像する前にベークすることができる。

シリコン基板を、Ｒｏｈｍ＆ＨａａｓＣｏｍｐａｎｙからＡＲ４０という商標で市販されている底部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）で、４２ナノメートルでコーティングした。１９３ｎｍのフォトレジスト層を、厚さ１５０ナノメートルでＢＡＲＣの上に堆積させた。１９３ｎｍフォトレジストは、Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ社からＥＰＩＣ２３７０という商標で市販されている。第１のトップコート層を、厚さ９０ナノメートルでフォトレジスト層の上に堆積させた。第１のトップコートは、ＪａｐａｎＳｙｎｔｈｅｔｉｃＲｕｂｂｅｒＣｏｍｐａｎｙからＴＣＸ４１という商標で市販されている。フォトレジストを１回目としてＡｒＦ液浸リソグラフィスキャナを用いて露光し、現像して、第１のパターンをフォトレジスト内に形成させた。第２のトップコート層を、パターン形成されたフォトレジスト層の上に厚さ９０ナノメートルで形成させた。第２のトップコートもまた、ＪａｐａｎＳｙｎｔｈｅｔｉｃＲｕｂｂｅｒＣｏｍｐａｎｙのＴＣＸ４１である。フォトレジストを２回目としてＡｒＦ液浸リソグラフィスキャナを用いて露光した。次いで、第２のトップコート層を、スピンコータを用いて４−メチル−２−ペンタノールで除去した。次いで、フォトレジストを０．２６３ＮのＴＭＡＨ溶液中で現像して、第２のパターンをフォトレジスト内に形成させた。

図１０及び図１１は、それぞれ、実施例１において形成された第１のパターン及び第２のパターンを上から見た走査電子顕微鏡写真である。図１０における第１のパターンは、図１１における第２のパターンの一部である。第２の露光及び現像の後でも、第１のパターンのＣＤはほとんど変化していない。

比較として、標準的な二重露光プロセスを用いたフォトレジストパターンも作製した。標準的プロセスにおいて、第１のパターンは実施例１に記載された手順と同じ手順を用いて作製された（図１０）。実施例１に記載されたのと同様に、第２のトップコート層をパターン形成されたフォトレジスト層の上に堆積させ、フォトレジストを２回目としてＡｒＦ液浸リソグラフィスキャナを用いて露光した。次いで、フォトレジストを０．２６３ＮのＴＭＡＨ溶液中で現像して、第２のパターンをフォトレジスト内に形成した。図１０における第１のパターンは、図１２における第２のパターンの一部である。第１のパターンのＣＤは、標準的な二重露光プロセスにおける第２の露光及び現像の後では大きくなる。

本発明を好ましい実施形態に関して詳細に図示し、記載してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細における前述の変更及びその他の変更を行なうことができることが、当業者によって理解される。したがって、本発明は、記載され、図示されたその通りの形態及び詳細に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内にあることが意図される。

２００：基板
２０２：フォトレジスト層
２０４：第１のトップコート層
２０６：第１のパターン
２０８：（第２の）トップコート層
２１０：第１の放射
２１２：第２のパターン
２２０、２４０：フォトマスク
２２２、２４２：マスクされた区域
２２４、２４４：マスクされていない区域
２３０：第２の放射

Claims

基板の上を覆ってフォトレジスト層を形成するステップと、
前記フォトレジスト層を第１の放射に露光するステップと、
前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に第１のパターンを形成するステップと、
前記パターン形成されたフォトレジスト層の上を覆ってトップコート層を形成するステップと、
前記トップコート層及び前記パターン形成されたフォトレジスト層を第２の放射に露光するステップと、
前記トップコート層を除去するステップと、
前記パターン形成されたフォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に第２のパターンを形成するステップと
を含むフォトリソグラフィ方法。
前記トップコート層を除去するステップが、前記トップコート層と有機溶媒とを接触させることを含む、請求項１に記載の方法。
前記有機溶媒が、１−ブタノール、メタノール、エタノール、１−プロパノール、エチレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、４−ヘプタノール、２−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２，４−ジメチル−３−ペンタノール、３−エチル−２−ペンタノール、１−メチルシクロペンタノール、２−メチル−１−ヘキサノール、２−メチル−２−ヘキサノール、２−メチル−３−ヘキサノール、３−メチル−３−ヘキサノール、４−メチル−３−ヘキサノ
ール、５−メチル−１−ヘキサノール、５−メチル−２−ヘキサノール、５−メチル−３−ヘキサノール、４−メチルシクロヘキサノール、１，３−プロパンジオール、オクタノール、デカン、又は２つ若しくはそれ以上の上記溶媒を含む組合せを含む、請求項２に記載の方法。
前記トップコート層及び前記フォトレジスト層を前記第２の放射に露光するステップが、液浸リソグラフィ・プロセスを用いて行なわれる、請求項１に記載の方法。
前記トップコート層が、酸性基を含有するポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
前記酸性基が、カルボン酸、フルオロアルコール、フルオロスルホンアミド、又は２つ若しくはそれ以上の上記の基を含む組合せを含む、請求項５に記載の方法。
前記第１の放射線及び前記第２の放射の両方が、１９３ｎｍの像形成波長を有する、請求項１に記載の方法。
前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に第１のパターンを形成する前に、前記基板を第１の温度でベークするステップ
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に第２のパターンを形成する前に、前記基板を第２の温度でベークするステップ
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に第２のパターンを形成した後で、前記第２のパターンを前記基板内に転写するステップ
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記第２のパターンを前記基板内に転写するステップが、前記基板の、前記フォトレジスト層によって被覆されていない部分をエッチングすること、又は該部分にイオン注入を行うことを含む、請求項１０に記載の方法。
基板の上を覆ってフォトレジスト層を形成するステップと、
前記フォトレジスト層の上を覆って第１のトップコート層を形成するステップと、
前記第１のトップコート層及び前記フォトレジスト層を第１の放射に露光するステップと、
前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に第１のパターンを形成するステップと、
前記パターン形成されたフォトレジスト層の上に第２のトップコート層を形成するステップと、
前記第２のトップコート層及び前記パターン形成されたフォトレジスト層を第２の放射に露光するステップと、
前記第２のトップコート層を除去するステップと、
前記パターン形成されたフォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に第２のパターンを形成するステップと
を含むフォトリソグラフィ方法。
前記第２のトップコート層を除去するステップが、前記第２のトップコート層と有機溶媒とを接触させることを含む、請求項１２に記載の方法。
前記有機溶媒が、１−ブタノール、メタノール、エタノール、１−プロパノール、エチレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、４−ヘプタノール、２−メチル−１−ペンタノール、２−メチル−２−ペンタノール、２−メチル−３−ペンタノール、３−メチル−１−ペンタノール、３−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、４−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２，４−ジメチル−３−ペンタノール、３−エチル−２−ペンタノール、１−メチルシクロペンタノール、２−メチル−１−ヘキサノール、２−メチル−２−ヘキサノール、２−メチル−３−ヘキサノール、３−メチル−３−ヘキサノール、４−メチル−３−ヘキサノール、５−メチル−１−ヘキサノール、５−メチル−２−ヘキサノール、５−メチル−３−ヘキサノール、４−メチルシクロヘキサノール、１，３−プロパンジオール、オクタノール、デカン、又は２つ若しくはそれ以上の上記溶媒を含む組合せを含む、請求項１３に記載の方法。
前記第１のトップコート層及び前記フォトレジスト層を前記第１の放射に露光するステップ、及び前記第２のトップコート層及び前記フォトレジスト層を前記第２の放射に露光するステップが、液浸リソグラフィ・プロセスを用いて行なわれる、請求項１２に記載の方法。
前記第１及び第２のトップコート層が、酸性基を含有するポリマーを含む、請求項１２に記載の方法。
前記酸性基が、カルボン酸、フルオロアルコール、フルオロスルホンアミド、又は２つ若しくはそれ以上の上記の基を含む組合せを含む、請求項１６に記載の方法。
前記第１の放射及び前記第２の放射の両方が、１９３ｎｍの像形成波長を有する、請求項１２に記載の方法。
前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に第１のパターンを形成する前に、前記基板を第１の温度でベークするステップ
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に第２のパターンを形成する前に、前記基板を第２の温度でベークするステップ
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
前記フォトレジスト層を現像して前記フォトレジスト層内に第２のパターンを形成した後で、前記第２のパターンを前記基板内に転写するステップ
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
前記第２のパターンを前記基板内に転写するステップが、前記基板の、前記フォトレジスト層によって被覆されていない部分をエッチングすること、又は該部分にイオン注入を行うことを含む、請求項２１に記載の方法。