JP6525178B2 - デバイス製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の第1の態様によれば、デバイス製造方法であって、基板の所定層上に中間層を形成することと、その所定層のマーク形成領域を覆う、その中間層の一部を除去することと、その中間層上にブロック共重合体を含むポリマ層を形成することと、その所定層にパターンが形成されるように、そのポリマ層が形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
第2の態様によれば、デバイス製造方法であって、基板の所定層にマークを形成することと、その所定層上にブロック共重合体を含むポリマ層を形成することと、そのポリマ層に自己組織化領域を形成することと、その自己組織化領域の一部を除去することと、その一部が除去された自己組織化領域を用いてその所定層を加工することと、そのマークを用いて、その所定層上に形成される、その所定層と異なる層にパターンを形成することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
第3の態様によれば、デバイスパターン形成領域及びマーク形成領域を含む被加工層を有する基板のその被加工層上に、ブロック共重合体を含むポリマ層が付着可能な中間層を形成することと、そのマーク形成領域上に形成されたその中間層の一部を除去することと、そのマーク形成領域に第1マーク像を露光し、そのマーク像に基づいて凹部を含む第2マークを形成することと、その基板のその被加工層上にそのブロック共重合体を含むポリマ層を塗布することと、を含むマーク形成方法が提供される。
本発明の好ましい第1の実施形態につき図1〜図5を参照して説明する。まず、本実施形態において半導体素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)の回路パターンを形成するために使用されるパターン形成システムの一例につき説明する。
図1(A)は、本実施形態のパターン形成システムの要部を示し、図1(B)は、図1(A)中のスキャニングステッパー(スキャナー)よりなる走査型の露光装置(投影露光装置)100の概略構成を示す。図1(A)において、パターン形成システムは、露光装置100、ウエハ(基板)に対する感光材料としてのフォトレジスト(レジスト)の塗布及び現像を行うコータ・デベロッパ200、薄膜形成装置300、ウエハに対するドライ及びウエットのエッチングを行うエッチング装置400、後述のブロック共重合体(Block Co-Polymer:BCP)を含むポリマ(Polymer)(重合体)の処理を行うポリマ処理装置500、アニール装置600、これらの装置間でウエハの搬送を行う搬送系700、及びホストコンピュータ(不図示)等を含んでいる。
。異なるドメインの間隔及び形態はブロック共重合体内の異なるブロックの相互作用、体積分率、及び数に依存する。ブロック共重合体のドメインは、例えばアニーリング(焼き鈍し)の結果として形成させることができる。アニーリングの一部である加熱又はベーキングは、基板及びその上のコーティング層(薄膜層)の温度を周囲温度より高く上昇させる一般的なプロセスである。アニーリングには、熱アニーリング、熱勾配アニーリング、溶媒蒸気アニーリング、又は他のアニーリング法を含むことができる。熱アニーリングは、場合により熱硬化と呼ばれ、相分離を誘起するのに用いられ、さらに、横方向のミクロ相分離ドメインの層内の欠陥を削減又は除去するためのプロセスとしても用いることができる。アニーリングは、一般には、ある時間(例えば、数分から数日)の間、ブロック共重合体のガラス転移温度より高温で加熱することを含む。
4倍、1/5倍などの縮小倍率)を有する。レチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PLを介してレチクルRの照明領域IAR内の回路パターンの像が、ウエハWの一つのショット領域内の露光領域IA(照明領域IARと共役な領域)に形成される。本実施形態の基板としてのウエハ(半導体ウエハ)Wは、例えばシリコン(又はSOI(silicon on insulator)等でもよい)からなる直径が200〜450mm程度の円板状の基材の表面にパターン形成用の薄膜(酸化膜、金属膜、ポリシリコン膜等)を形成したものを含む。さらに、露光対象のウエハWの表面には、フォトレジストが所定の厚さ(例えば数10nm〜200nm程度)で塗布される。
れたウエハマークWM(44X,44YA,44YB)の位置を検出し、この検出結果を用いてウエハWのアライメントを行う。さらに、ウエハWの各ショット領域SAにそのデバイス層用のレチクルのパターンの像を露光することで、後処理を行うことで第2のデバイス層のパターンが形成される。
なお、ウエハマーク44X,44YA,44YBの形状は任意であり、例えばX軸のウエハマーク44XとY軸のウエハマーク44YA,44YBとをウエハWの異なるデバイス層に形成してもよい。
第2の実施形態につき図6〜図10を参照して説明する。本実施形態においても図1(A)のパターン形成システムを使用して、ブロック共重合体(BCP)の指向性自己組織化(DSA)を用いてウエハのデバイス層にデバイス用パターン及びウエハマークを形成する。本実施形態のウエハ(ウエハW1とする)のショット配列は図2(A)のウエハWと同様であるが、本実施形態では、X軸のウエハマーク44Xの凹部領域44Xaに微細な線幅の複数のラインパターンを配列した微細な構造が形成される。以下ではウエハマーク44Xに関して説明するが、Y軸のウエハマーク44YA,44YBも同様に形成できる。また、本実施形態のマーク形成方法は、図3のマーク形成方法からステップ116〜120の動作(ウエハマークが形成される領域から中性層55を除去する動作)を省略したものである。さらに、本実施形態では、ステップ108でレチクルRのパターンを露光する代わりに、図6(A)のマークパターン46Xが形成されたレチクルR2のパターンの像を露光する。レチクルR2のデバイス用パターン(不図示)はレチクルRと同じである。
aと、凸部領域44Xbに対応する遮光領域46XbとをX方向に周期p1/β(βは投影倍率)で配列したものである。部分透過領域46Xaの幅と遮光領域46Xbの幅とはほぼ同じである。なお、以下では説明の便宜上、レチクルのパターンの投影光学系PLによる像は正立像であるとする。
らに、残されているドメイン56Bをマスクとして、中性層55をエッチングして(ステップ128)、エッチングされた中性層55をマスクとしてウエハW1のデバイス層(第1のデバイス層DL1とする)のエッチングを行う(ステップ130の前半部)。図8(C)に示すように、デバイス層DL1のスクライブライン領域SLの複数のドメイン56Aに対応する領域にそれぞれ複数の微細な凹部DL1Xaが形成され、凹部DL1Xaに金属(例えば銅)を埋め込んでラインパターン58Xを形成することで、図8(D)の複数のラインパターン58Xを含む凹部領域44Xaと平坦な凸部領域44Xbとが形成される。ラインパターン58Xの周期p3aは、図7(B)の周期p3の例えば数分の1〜数10分の1程度である。
本実施形態において、露光装置100が備えているウエハアライメント系ALSの周期に換算した解像限界(可視域から近赤外の検出光を用いて光学的に検出できる限界)をRe(det)、193nmの液浸リソグラフィでの解像限界の周期換算値をRe(exp)とすると、ウエハマーク44Xの凹部領域44Xa及び凸部領域44Xbの周期p1と、解像限界Re(det)と、解像限界Re(exp)と、凹部領域44Xaを構成するラインパターン58Xの周期p3aとの間には以下の関係がある。
従って、ラインパターン58Xの周期p3aはウエハアライメント系ALSの解像限界Re(det)よりも小さいために、ウエハアライメント系ALSで図9のウエハマーク44Xの像を撮像すると、複数のラインパターン58Xの個別の像は形成されない。しかしながら、領域44Xa,44Xb間では平均的な反射率が異なるため、周期p1のX軸のウエハマーク44Xの像を検出できる。このため、ウエハマーク44Xに光学的に検出できない構造が含まれていても、ウエハアライメント系ALSでウエハマーク44Xの位置を高精度に検出できる。
なお、本実施形態では、以下のような変形が可能である。
ーン54Bのもとになるレチクルのパターンの像はX方向の2極照明で高精度に露光される。この後は上記の実施形態と同様にブロック共重合体を含むポリマ層の指向性自己組織化を用いて、ライン群領域RPXaに対応する部分に例えばX方向に配列された複数のラインパターンが形成されて、ウエハマーク44Xが形成される。
このデバイスの製造方法によれば、露光装置の解像限界よりも微細な回路パターンを含む半導体デバイスを、露光装置を用いて高い重ね合わせ精度で高精度に製造できる。
また、上記の実施形態において、露光装置としては、液浸型でないドライ型の露光装置を使用してもよい。また、紫外光を露光光とする露光装置以外に、露光光として波長が数nm〜数10nm程度のEUV光(Extreme Ultraviolet Light)を用いるEUV露光装
置、又は電子ビームを露光光とする電子ビーム露光装置等を用いてもよい。
ン−b−t−ブチル(メタ)アクリレート)、ポリ(メチルメタクリレート−b−t−ブチルメタクリレート)、ポリ(エチレンオキシド−b−プロピレンオキシド)、ポリ(スチレン−b−テトラヒドロフラン)、ポリ(スチレン−b−イソプレン−b−エチレンオキシド)、ポリ(スチレン−b−ジメチルシロキサン)、若しくはポリ(メチルメタクリレート−b−ジメチルシロキサン)、又はこれらのブロック共重合体の少なくとも1つを含む組合せなどのジブロック又はトリブロックの共重合体等がある。さらに、ブロック共重合体として、ランダム共重合体も使用可能である。
また、ブロック共重合体を含むポリマ層の塗布は、このポリマ層を溶媒に溶かした液体を塗布した後で例えば溶媒を揮発させる溶媒キャスティング法で行うことも可能である。この場合に使用できる溶媒は、ブロック共重合体の成分、及び仮に使用する場合には種々の添加物の溶解度条件により変化する。これらの成分及び添加物に対する例示的なキャスティング溶媒には、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エトキシエチルプロピオナート、アニソール、乳酸エチル、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、酢酸アミル、γ−ブチロラクトン(GBL)、トルエンなどが含まれる。
Claims (20)
- 基板の第1層上の第2層に開口部分を形成することと、
前記第2層における前記開口部分とは異なる部分の上に中間層を形成し、前記中間層の上にブロック共重合体を含むポリマ層を形成することと、
前記ポリマ層に自己組織化領域を形成させることと、
前記自己組織化領域の一部を選択的に除去することと、
前記除去後の前記自己組織化領域を用いて前記基板の前記第1層を加工することと、
を含むデバイス製造方法。 - 前記ポリマ層を形成することは、前記第2層における前記開口部分にポリマ層を形成しないことを含む請求項1に記載のデバイス製造方法。
- 前記第2層の前記開口部分を介して前記第1層を加工することをさらに含む請求項2に記載のデバイス製造方法。
- 前記除去後の前記自己組織化領域を用いて前記基板の前記第1層を加工することと、前記第2層の前記開口部分を介して前記第1層を加工することとは同時に実行される請求項3に記載のデバイス製造方法。
- 前記第2層の前記開口部分を介して前記第1層を加工することをさらに含む請求項1乃至4のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
- 前記除去後の前記自己組織化領域を用いて前記基板の前記第1層を加工することと、前記第2層の前記開口部分を介して前記第1層を加工することとは同時に実行される請求項5に記載のデバイス製造方法。
- 前記第2層の前記開口部分を介して前記第1層を加工することによってアライメントマークが形成される請求項5又は6に記載のデバイス製造方法。
- 前記除去後の前記自己組織化領域を用いて前記基板の前記第1層を加工することによって、回路パターンの少なくとも一部が形成される請求項7に記載のデバイス製造方法。
- 前記第2層に複数のガイドパターンを形成することをさらに含む請求項1乃至8のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
- 前記ポリマ層を形成することは、前記第2層の前記複数のガイドパターンが形成される領域に前記ポリマ層を形成することを含む請求項9に記載のデバイス製造方法。
- 前記自己組織化領域は、前記複数のガイドパターンが配列される方向に沿って配置される第1領域及び前記第1領域と特性が異なる第2領域を有する請求項10に記載のデバイス製造方法。
- 前記複数のガイドパターンは凸状である請求項9乃至11のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
- 前記複数のガイドパターンの間に前記中間層を形成することをさらに含む請求項12に記載のデバイス製造方法。
- 前記第2層における前記開口部分に前記中間層を形成することをさらに含む請求項13に記載のデバイス製造方法。
- 前記第2層における前記開口部分に形成された前記中間層を除去することをさらに含む請求項14に記載のデバイス製造方法。
- 前記第2層に複数のプレパターンを形成することをさらに含む請求項1乃至11のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
- 前記ポリマ層を形成することは、前記第2層の前記複数のプレパターンが形成される領域に前記ポリマ層を形成することを含む請求項16に記載のデバイス製造方法。
- 前記自己組織化領域は、前記複数のプレパターンが配列される方向に沿って配置される第1領域及び前記第1領域と特性が異なる第2領域を有する請求項17に記載のデバイス製造方法。
- 前記除去後の前記自己組織化領域を用いて前記基板の前記第1層を加工することは、前記第1層をエッチングすることを含む請求項1乃至18のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
- 前記除去後の前記自己組織化領域を用いて前記基板の前記第1層を加工することは、前記エッチングされた前記第1層の部分に、前記第1層の材料と特性が異なる材料を埋め込むことを含む請求項19に記載のデバイス製造方法。
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