JP6750155B2 - 光剤を用いた限界寸法制御 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２０１６年５月１３日に出願された「Critical Dimension Control by Use of a Photo-Active Agent」という名称の米国仮特許出願第６２／３３５，９９１号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。

発明の分野
本発明は、ＣＤ均一性の改良のための位置に特有の限界寸法（ＣＤ）変更／修正フロー及びプロセスに関するものである。

本願明細書において開示される技術は、微細加工に関するものであり、特に、フォトリソグラフィ及びパターニングプロセスに関するものである。材料加工の方法論（例えばフォトリソグラフィ）において、パターン化層の作成は、典型的には、放射線感受性材料、例えばフォトレジストの薄層を基板表面に適用することを含む。この放射線感受性材料は、パターンを基板上の下地層にエッチング又は転写するのに用いることができるパターン化マスクに変換される。放射線感受性材料のパターニングは、一般的に、放射源によってレチクル（及び関連付けられた光学素子）を介して放射線感受性材料上へ、例えばフォトリソグラフィシステムを用いて露光することを含む。この露光は、放射線感受性材料内の潜像又はパターンを作成し、次に、放射線感受性材料は現像されうる。特定波長の光は、放射線感受性材料の露光部分に、特定の溶媒に対して可溶性又は不溶性になることによってその可溶性を変えさせる。現像することは、放射線感受性材料の部分を溶解し、除去し、地理的又は物理的なパターン、すなわち、レリーフパターンを生じることを意味する。例えば、現像することは、現像溶媒を用いて、（ポジ型フォトレジストの場合のように）放射線感受性材料の照射領域又は（ネガ型レジストの場合のように）非照射領域の除去を含むことができる。次に、レリーフパターンは、次の処理のためのマスク層として機能することができる。

産業のシュリンクが、最小フィーチャサイズをますます小さいＣＤに押し続け、ＥＵＶ（１３．５ｎｍ）の潜在的高コスト及び遅延のため、産業は、それらの現在のＡｒＦ（１９３ｎｍ）の液浸（ＡｒＦ_ｉ）スキャナシステム（基盤及び専門を含む）をさらに拡大するプロセスを探してきた。解像度が限定されたレジストフィーチャの近くの従来のポストフォトリソグラフィＡｒＦ_ｉのＣＤ変更、例えばシュリンク／スリミングは、そのような拡大である。ウェーハ全体の限界寸法均一性（ＣＤＵ）を現在のＣＤターゲット周辺に改良する能力、及び／又は、制御プロセスにおけるホール、トレンチ及び／又はラインのＣＤを変える能力は、シングルパターニングにおいて、例えば、ゲート層がわずかにより消極的なピッチ上の非常に小さいフィーチャを有する論理設計において、及び、ダブルパターニング／マルチパターニング方式において、例えば、Litho-Etch-Litho-Etch（ＬＥＬＥ）又はｎ回繰り返されたLitho-Etch（ＬＥ^ｎ）、Litho-Litho-Etch（ＬＬＥ）及びサイドウォールスペーサのための前駆体において、現在及び将来の適用を有する。

ＣＤ変更プロセスは、歴史的に３つの方法によって達成された。第１のＣＤ変更方法は、ラインのためのポストフォトリソグラフィ・エッチングベースのプラズマトリムプロセス（又はホール又はトレンチのテーパー・エッチングプロセス）を用い、プロセスフローは、コーティング→露光→露光後ベーク（ＰＥＢ）→現像（公称温度）→エッチング・トリム／シュリンクを含む。近年、湿式プロセスである第２のＣＤ変更方法が提案され、追加のプロセスステップ、例えば、ポジティブトーン高温現像（ｈｏｔ ｄｅｖｅｌｏｐ）（＞３０℃）プロセス又は酸洗浄／酸洗浄ベークプロセス又は２つの組み合わせがリソセルにおいて実行される。高温現像プロセスは、現像が脱保護の下のレベルに止まる脱保護のレベルをシフトする。ポジティブトーン高温現像のプロセスフローは、コーティング→露光→ＰＥＢ→ポジティブトーン現像（公称温度）→ポジティブトーン高温現像（＞３０℃）を含む。酸洗浄／酸洗浄ベークプロセスは、第１の現像したフィーチャのマトリックス内の脱保護レベルをより高いレベルにシフトし、第２の現像プロセスが標準的又は修正される現像剤を用いてフィーチャのＣＤを変えることを可能にする。酸洗浄／酸洗浄ベークプロセスフローは、コーティング→露光→ＰＥＢ→ポジティブトーン現像（公称温度）→酸洗浄→酸洗浄ベーク→ポジティブトーン現像（公称温度）を含む。組み合わせのプロセスフローは、コーティング→露光→ＰＥＢ→ポジティブトーン現像（公称温度）→ポジティブトーン高温現像（＞３０℃）→酸洗浄→酸洗浄ベーク→ポジティブトーン現像（公称温度）を含む。さらに近年、湿式プロセスである第３のＣＤ変更方法が提案され、追加のプロセスステップ、例えば第２の現像前の位置に特有でないフラッド露光及びベークを用いて、膜を、完全に又はほぼ完全に、点現像が現像時間によって制御される脱保護状態に至らせる。プロセスフローは、コーティング→露光→ＰＥＢ→ポジティブトーン現像（公称温度）→フラッド露光→フラッドベーク→第２の現像を含む。

上述した湿式プロセスの例は、湿式プロセスのＣＤ変更が歴史的に提案されたさまざまな方法のサブセットである。

エッチングベースのプラズマ方法である第１のＣＤ変更方法は、（湿式プロセスでは存在する）いかなる表面張力効果も欠如しているため、パターン崩壊の可能性がより少ないという利益を有し、このことは、毛管力がないことを意味するが、非常に小さいＣＤターゲット及び継続するシュリンクにおいてますます問題になる以下の可能性がある問題を示してきた。すなわち、有機底面反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）に否定的な影響を与える又は損害を与える可能性、いくつかの副次的影響、例えば、非常に小さい寸法で構造的完全性性能に否定的な影響を与え始めるポリマー高密度化、パターン密度効果、すなわち、粗密バイアス、チャンバーエッチング均一性問題（中央対エッジ）、（チャンバ壁上の再堆積による）プロセス安定性／維持、及び／又は、潜在的に高い追加のフロントエンドの資本コストである。

近年提案された第２のＣＤ変更方法は、湿式プロセスであり、エッチングに特有の問題を回避するが、ポジティブトーン高温現像のプロセスフローの場合、領域のイメージログスロープ（ＩＬＳ）に大きく相関するＣＤ変化の高さ及び制御についての問題及び結果として生じる脱保護マトリックス／勾配についての問題を有する。

第２のＣＤ変更方法（例えば、酸洗浄／酸洗浄ベーク又は組み合わせのプロセスフロー）は、酸洗浄ステップ及びベークステップを含み、同様に、いくつかの新しい問題を有する。方法は、最終的には、拡散ベースのプロセスであり、ＣＤ変更の局所的な量が局所的濃度レベル及び反応速度論ならびに時間及び温度に相関することを意味する。シミュレーションを介して、これは、デフォーカスを介した脱保護マトリックスの局所的変化により、潜在的な低下（undercutting）につながりうるし、おそらく、レジスト構成要素の非均一性のため、パターン破壊の故障メカニズムにつながり、ラインの確率的な弱点につながることが観察されてきた。

第３のＣＤ変更方法もまた、湿式プロセスであり、プロセスフローが包括的なフラッド露光及びフラッドベークを含み、同様に、いくつかの新しい問題を有する。方法が（均一性の利点のために）膜を完全な脱保護状態にすることを試みるので、方法は、現像時間を介してプロセス制御を確実にするために、変更された現像剤条件を要求する。

歴史的に、湿式のＣＤ変更ベースの概念は、湿式化学現像の時間及び／又は濃度が、ＣＤ変更の量及び制御に関連する方法を中心に展開した。さらに、プロファイル制限を維持しながら、これらの追加の現像プロセスステップの下で達成可能なＣＤ変更量を最大化するために（ＣＤ変更量は、パターニング露光からレジストマトリックス内に残っている脱保護のレベルによって以前限定される）、例えば、包括的なフラッド、熱酸発生剤（ＴＡＧ）及び酸洗浄によってレジストマトリックスを完全脱保護しない場合、レジストマトリックスは、脱保護レベルを増加するための方法を導入することによってより均質化状態にすることが試みられた。

スリミング／シュリンク現像ステップ（すなわち、第２の現像）の前の完全な脱保護レジストマトリックスの状態は、一般的に、上部損失が側部損失に等しいであろうことを意味した。さらに、それは、例えば、ネガティブトーン現像（ＮＴＤ）プロセスを用いて最小現像速度（Ｒ_ｍｉｎ）で現像すること、ポジティブトーン現像（ＰＴＤ）プロセスにおいて希薄塩基水溶液の現像剤を用いて、変更された最大現像速度（Ｒ_ｍａｘ）で現像すること、ＰＴＤプロセスにおいて抑制された塩基水溶液の現像剤を用いて、抑制されたＲ_ｍａｘで現像すること、及び／又は、ＰＴＤプロセスにおいての低温塩基水溶液の現像剤を用いて、変更されたＲ_ｍａｘで現像することによって、第２の現像の最初の数ミリ秒においてフィーチャを完全に洗い流さずにＣＤ変更速度を適切に（例えば、０．１から数ｎｍ／ｓ）するために、現像化学を変えなければならなかったことを意味した。同様に、酸洗浄拡散及びベークにより残った脱保護マトリックスのスリミング前現像条件（第２の現像）は、一般的に、上部損失が側部損失に等しいことを意味した。

それゆえ、達成可能なＣＤ変更の量を最大化するとともに、より標準的な現像条件を可能にする方法が必要である。

この開示は、ＣＤ変更の量を最大化する代替の方法及び制御／修正のための代替のフローを提供する。一実施形態では、方法は、下地層及び下地層上に形成されるパターン化層を有する基板を受け取るステップを含み、パターン化層は、放射線感受性材料を備え、第１の限界寸法を有するさまざまな高さのパターンをさらに備える。方法は、オーバーコート層をパターン化層上に適用するステップをさらに含み、オーバーコート層は、光増感剤発生剤化合物、光増感剤化合物、光酸発生剤化合物、光活性剤、酸含有化合物又はその２つ以上の組み合わせから選択される光剤を備える。次に、オーバーコート層は、電磁放射に露光され、基板の異なる領域に適用される電磁放射の線量は変化し、オーバーコート層及びパターン化層は加熱される。方法は、オーバーコート層及びパターン化層を現像するステップをさらに含み、パターン化層の第１の限界寸法を第２の限界寸法に変える。

他の実施形態では、方法は、下地層及び下地層上に堆積される放射線感受性材料層を有する基板を受け取るステップを含む。方法は、第１の波長の光を、パターン化マスクを介して放射線感受性材料層上に露光し、露光後ベークを実行するステップと、パターン露光された放射線感受性材料層を第１の現像するステップと、第１の限界寸法を有するさまざまな高さのパターン化層を形成するステップと、第１の現像の後、パターン化層を検査するステップと、オーバーコート層をパターン化層上に適用するステップと、をさらに含み、オーバーコート層は、光増感剤発生剤化合物、光増感剤化合物、光酸発生剤化合物、光活性剤、酸含有化合物又はその２つ以上の組み合わせから選択される光剤を備える。次に、オーバーコート層は、１７５ｎｍから４５０ｎｍの波長での電磁放射に露光され、基板の異なる領域に適用される電磁放射の線量は変化し、第１の現像の後、パターン化層を検査することから得られた計測データに基づく。方法は、オーバーコート層及びパターン化層の露光後ベークを実行するステップをさらに含み、オーバーコート層及びパターン化層を現像し、パターン化層の第１の限界寸法を第２の限界寸法に変える。

当然、本願明細書において記載されている異なるステップの議論の順序は、明確にするために提示されてきた。一般的に、これらのステップは、任意の適切な順序で実行可能である。さらに、本願明細書における異なる特徴、技術、構成等の各々は、この開示の異なる場所において議論されてもよいにもかかわらず、概念の各々は、互いに独立に又は互いに組み合わせて実行可能であることが意図されている。したがって、本発明は、多くの異なる方法で実施及び考慮可能である。

この概要の段落が本開示又は請求項の発明のすべての実施形態及び／又は逐次新規の態様を特定しているというわけではないことに留意されたい。その代わりに、この概要は、異なる実施形態に関する予備的な議論及び従来技術に対して新規の対応する点を提供するのみである。本発明及び実施形態の追加の詳細及び／又は可能な展望のために、読者は、さらに後述するように、本開示の詳細な説明の段落及び対応する図面に方向付けられる。

本発明及びその付随する多数の効果のより完全な認識は、以下の詳細な説明を参照すると、特に添付の図面に関連して考慮すると、容易に明らかになる。

図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の一実施形態に従うスリミング方法の概略断面図である。 ウェーハ内で供給される放射線量特性を変え、最終的な限界寸法を変えるためのさまざまな経路を示す表である。 本発明の一実施形態による限界寸法スリミングのためのプロセスフローを表すフローチャートである。

この開示は、達成可能なＣＤ変更の量を最大化するための代替の方法を提供し、第１の露光条件によって決定されている脱保護マトリックスからのブレーキング（breaking）、及び、より標準的な現像条件を可能にする。さらに、この開示の方法は、ＣＤ変更量の制御を、現像剤の濃度及び／又は現像時間よりもむしろフラッド線量によって主に制御されるようにシフトし、このことは、現像プロセスを単純化する。さらに、方法は、フィーチャのより良好な脱保護制御に最終的につながる酸の生成のための主要なメカニズムとして用いられる新規な光活性化学を導入する。最後に、方法は、ＣＤ均一性の改良のための位置に特有の限界寸法（ＣＤ）変更／修正フロー及びプロセスを用い、いくつかの実施形態では、ＣＤのシフトもまたターゲットであり、いくつかの実施形態では、フラッドプロセスステップの局所的な線量制御によってフィードフォワード（ＦＦ）プロセス制御方式における現像後検査（ＡＤＩ）情報を利用する。

ＣＤ変更へのこの変更されたアプローチを用いて、ウェーハ内の（ＷＩＷ）制御方式もまた議論される。

本発明の第１の実施形態は、従来のフォトリソグラフィフローによって定義される限界寸法フィーチャ層上をコーティングするオーバーコート材料の使用を提案する。図１Ａ〜図１Ｃの概略断面図を特に参照すると、基板１０は、下地層１２及び下地層１２上に形成されるパターン化層１４を備える。パターン化層１４は、さまざまな高さ及び第１の限界寸法（ＣＤ１）のパターンを有する放射線感受性材料、例えばフォトレジスト材料を備える。図１Ａに示すように、オーバーコート層１６は、パターン化層１４上に適用される。オーバーコート材料は、少なくとも１つの光剤を含み、例えば、光増感剤発生剤、光増感剤、光酸発生剤、光活性剤及び／又は酸化合物又はそれらの２つ以上の任意の組み合わせを含む。

光増感剤分子は、光エネルギーを吸収し、光エネルギーを他の分子、例えば光酸発生剤（ＰＡＧ）に伝達することができる。このエネルギー伝達は、次に、受け取る分子を活性化することができる。ＰＡＧがエネルギー伝達を受け取る場合、ＰＡＧは、次に、酸を生成することができる。いくつかの光増感剤化合物は、基底状態においてエネルギーを伝達してもよい一方で、他の光増感剤化合物は、励起状態における伝達を実行してもよい。例示的な光増感剤化合物は、アセトフェノン、トリフェニレン、ベンゾフェノン、フルオレノン、アントラキノン、フェナントレン又はその誘導剤を含むが、これらに限定されるものではない。

光酸発生剤（ＰＡＧ）は、吸収される光エネルギーを化学エネルギー（例えば、酸反応）に変換する陽イオン光重合開始剤とすることができる。光酸発生化合物は、トリフェニルスルホニウムトリフレート（triphenylsulfonium triflate）、トリフェニルスルホニウムノナフレート（triphenylsulfonium nonaflate）、パーフルオロオクチルスルホン酸トリフェニルスルホニウム（triphenylsulfonium perfluorooctylsulfonate）、トリアリールスルホニウムトリフレート（triarylsulfonium triflate）、トリアリールスルホニウムノナフレート（triarylsulfonium nonaflate）、パーフルオロオクチルスルホン酸トリアリールスルホニウム（triarylsulfonium perfluorooctylsulfonate）、トリフェニルスルホニウム塩（a triphenylsulfonium salt）、トリアリールスルホニウム塩（a
triarylsulfonium salt）、ヘキサフルオロアンチモン酸トリアリールスルホニウム塩（a
triarylsulfonium hexafluoroantimonate salt）、Ｎ−ヒドロキシナフタルイミドトリフレート（N-hydroxynaphthalimide triflate）、１，１−ビス［ｐ−クロロフェニル］−２，２，２−トリクロロエタン（ＤＤＴ）（1,1-bis[p-chlorophenyl]-2,2,2-trichloroethane (DDT)）、１，１−ビス［ｐ−メトキシフェニル］−２，２，２−トリクロロエタン（1,1-bis[p-methoxyphenyl]-2,2,2-trichloroethane）、１，２，５，６，９，１０−ヘキサブロモシクロドデカン（1,2,5,6,9,10-hexabromocyclododecane）、１，１０−ジブロモデカン（1,10-dibromodecane）、１，１−ビス［ｐ−クロロフェニル］２，２−ジクロロエタン（1,1-bis[p-chlorophenyl]2,2-dichloroethane）、４，４−ｄｉｃｈｌｏｒｏ−２−（トリクロロメチル）ベンズヒドロール（4,4-dichloro-2- (trichloromethyl)benzhydrol）、１，１−ビス（クロロフェニル）２−２，２−トリクロロエタノール（1,1-bis(chlorophenyl) 2-2,2-trichloroethanol）、ヘキサクロロジメチルスルホン（hexachlorodimethylsulfone）、２−クロロ−６−（トリクロロメチル）ピリジン（2-chloro-6-(trichloromethyl)pyridine）又は誘導剤及び／又はこれらの組み合わせを含んでもよいが、これらに限定されるものではない。

光活性剤は、第２のＰＡＧ、熱酸発生剤（ＴＡＧ）又は光分解できる塩基としても知られている光破壊塩基を含むことができる。光破壊塩基は、露光領域において分解する１つ又は複数の塩基化合物を含むことができ、非露光領域において光活性酸を中和することができるより高いトータルベースローディング（total base loading）を可能にする。それゆえ、光破壊塩基は、この一般的なベースローディング効果を提供することができる化合物を含む。非分解塩基は、１つ又は複数の光酸を、これらの光酸がもはや感光性でない、又は、放射線感受性でないように変性させる。本願明細書において開示されるように、より多くの塩基を所定のレジスト膜に追加することによって、所定の酸濃度を減少することができる。同様に、所定の酸濃度は、酸化合物を選択的に追加することによって増加することができる。

図１Ｂを参照すると、オーバーコート層１６は、電磁放射２０に露光される。オーバーコート材料は、直接的又は間接的に露光されると、オーバーコート材料内で酸を生成する、又は、酸濃度を変える。この露光プロセスは、任意の一般的なＥＭ源、例えば、ランプ、レーザー、電球等から可能である。オーバーコート材料内の酸の生成のためのＥＭ源の露光波長は、任意の波長又は１７０〜４５０ｎｍの波長範囲でもよいが、これに限定されるものではなく、波長は、フォトリソグラフィの産業により用いられる光剤材料の吸光度の典型的な波長であり、例示的な波長は、２６６ｎｍ／２６６ｎｍ付近及び／又は３６５ｎｍ／３６５ｎｍ付近である。材料特性に応じて、オーバーコート材料内の光剤のための波長及び材料の選択は、限界寸法フィーチャ（the critical feature）のフォトレジストマトリックス内の他の構成要素の吸収を避けるために選択可能である（例えば、この状況では、例示的な選択は、材料の吸収及び露光のためのターゲットとして３６５ｎｍの波長）。他の実施形態では、フォトレジストマトリックス内の他の構成要素と比較して、オーバーコート材料内の光剤の吸光度は、１より著しく大きく、より低い波長を選択可能にする（例えば、この状況では、例示的な選択は、材料の吸収及び露光のためのターゲットとして２６６ｎｍの波長）。

一実施形態によれば、ウェーハの異なる領域に適用される電磁放射の線量は変化する。例えば、ウェーハに供給される線量は、位置に特有であり、オーバーコート材料内の酸分子の局所的な濃度を作成しうる。位置に特有の線量は、いくつかの実施形態の方法によって制御可能である。１つの方法の実施形態において、デジタルピクセルベースの投影システムの使用が提案される。システムは、独立してアドレス指定可能な投影点のアレイであり、構造の限界寸法値を空間的に特徴付けるウェーハレベルのパターンを投影することができる。デジタルピクセルベースの投影システムは、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）チップ、グレィティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）、又は、画像又はパターンを（オプションとしてレンズを用いて）ウェーハ上に集束可能であり、限界寸法手段及び不均一を修正又は調整可能な光源を有する他のマイクロ投影技術（「その他」）として実施可能である。位置に特有の線量制御は、このシステムにおいて、光源出力及び源成形、投影ミラー振動率、及び／又は、限界寸法手段及び不均一を修正又は調整するミラー「オン」状態によって達成可能である。

他の位置に特有の線量供給方法において、光源（例示として２６６ｎｍのレーザービーム）は、ガルボ制御されたミラーシステム上に方向付け可能である。ガルボ制御されたミラーシステム（「ガルボミラー」）は、レーザーをウェーハ表面上の任意の位置に再び方向付け、構造の限界寸法値を空間的に特徴付けるウェーハレベルのパターンを可能にすることができる。位置に特有の線量制御は、このシステムにおいて、レーザーパルス周波数、レーザーパルス出力、ガルボミラー制御（２次元のスキャン速度）によって達成可能であり、いくつかの実施形態では、ウェーハ制御（基板並進）により、限界寸法手段及び不均一を修正又は調整する。

他の位置に特有の線量供給の方法において、線量は、固定した光源の下でウェーハを回転及び並進することを介して供給される。光源は、例えば、単一の制御可能な源（例えば、３００＋ｍｍサイズの電球）又は（例えば、光源の長軸に沿う）一連の制御可能な独立ゾーンとすることができる。同様に、ウェーハは固定することができ、光は、ウェーハ上で回転及び並進することができる。この種のハードウェア概念によって、多くの経路は、ウェーハ内（ＷＩＷ）に供給される線量特性を変え、最終的なＷＩＷ ＣＤ変更フィーチャを変えることを可能にする。この実施形態の場合、図２に示すように、放射線量変更は、数例を挙げれば、回転、スキャン速度、出力設定、光源作用距離、開口の使用、焦点位置、光源ゾーン制御及びその任意の変形の可変的な設定を含むことができる。それゆえ、オーバーコート層を電磁放射に露光するための実施形態は、ウェーハをスキャンすること、放射源（例えば、レーザービーム）をスキャンすること、ウェーハ回転すること又はその２つ以上の組み合わせを含むことができる。

他の実施形態では、上述した位置に特有の線量供給の方法のいずれかによる露光が組み合わせられ、限界寸法手段及び不均一のために修正又は調整することができる。位置に特有の線量供給の方法のためのサブプロセスフローの具体例は、以下を含むが、これらに限定されるものではない。
サブフローＡ：ＸＸＸｎｍのＤＬＰ又はＧＬＶ又はその他→フラッドベーク
サブフローＢ：ＸＸＸｎｍのガルボミラー→フラッドベーク
サブフローＣ：ＸＸＸｎｍの回転／並進フラッド→フラッドベーク
サブフローＤ：ＸＸＸｎｍのガルボミラー→ＸＸＸｎｍの回転／並進フラッド→フラッドベーク
ただしＸＸＸ＝１７５〜４５０ｎｍ、例えば２６６ｎｍ。サブフローＡ〜Ｄの任意の他の組み合わせを用いてもよい。

図１Ａ〜１Ｃを再度参照して、オーバーコート層１６を電磁放射２０に露光した後、オーバーコート層１６及びパターン化層１４は、加熱又はベークされ、オーバーコート材料から放射線感受性材料マトリックスへの酸の拡散を引き起こし（局所的な拡散プロセスは、近い領域内の局所的酸濃度に依存する）、最終的に、放射線感受性材料マトリックスに組み込まれた新規な酸によって保護ポリマーの脱保護を引き起こす。次に、オーバーコート層１６及びパターン化層１４は、例えば図１Ｃに示すようにポジティブトーン現像剤を用いて現像され、オーバーコート層を除去し、パターン化層１４の限界寸法をＣＤ１から第２の限界寸法（ＣＤ２）まで減少する。これは例であり、限定されるものではないが、現像剤は、ポジティブトーン現像のための従来の産業０．２６Ｎ ＴＭＡＨ又はネガティブトーン現像のためのｎ−酢酸ブチル又はシクロヘキサン又は類似のネガティブトーン溶媒でもよい。

一実施形態に従って、かつ、図３のフローチャート３００に示すように、オーバーコート材料を用いてＣＤ変更を容易にするプロセスフローをさらに考慮することによって、プロセスは、３１０で、ウェーハ（例えば、図１Ａの基板１０）の最初の処理から開始する。３２０で、薄膜が追加され、薄膜は、パターンが転写される下地層（例えば、図１Ａの下地層１２）と称されてもよい。３３０で、放射線感受性材料、例えばフォトレジストのコーティングが、薄膜上に適用される。３４０で、リソグラフィプロセスが、放射線感受性材料のコーティング上に実行される。より具体的には、放射線感受性材料のコーティングは、マスクを介して典型的にはＵＶスペクトル内の波長（λ）の光に露光され、パターン化露光を作成する。３５０で、第１の露光後ベーク（ＰＥＢ＃１）が実行される。３６０において、パターン露光された放射線感受性材料のコーティングは、第１の現像プロセス（第１の現像）を受け、パターン化層、例えば、図１Ａのパターン化層１４を形成する。

３８０において、１つの光剤材料（又は複数の材料）を含むオーバーコート層、例えば図１Ａのオーバーコート層１６は、パターン化された放射線感受性材料のコーティング上に適用される。３９０において、位置に特有の１つの線量露光プロセス（又は複数のプロセス）が実行され、オーバーコート層及び第１の現像した放射線感受性材料のコーティングを第２の波長（λ）の光に露光し、オーバーコート層内の酸分子の局所的な濃度を作成する。４００において、第２の露光後ベーク（ＰＥＢ＃２）が実行され、オーバーコート層から放射線感受性材料のコーティングへの酸拡散を引き起こし、最終的に、放射線感受性材料のコーティングに組み込まれた新規な酸により、保護ポリマーの脱保護を引き起こす。位置に特有の線量露光プロセス及びＰＥＢ＃２は、例えば、露光後フラッドベークを含む上述したサブフローＡ〜Ｄのいずれかを含んでもよい。（３９０での）位置に特有の線量露光プロセスの前、かつ、（３６０での）第１の現像の後、オプションとして、３７０で、現像後検査（ＡＤＩ）は、フィードフォワード（ＦＦ）制御方式の一部として実行されてもよい。具体的には、３９０において、位置に特有の線量露光のプロセスパラメータ、例えば、基板の異なる領域に適用される電磁放射の線量は、ＦＦ矢印によって示されるように、第１の現像された放射線感受性材料のコーティングを検査することから得られた計測データに基づいて、変更可能である。

位置に特有の線量露光及びＰＥＢ＃２プロセスの後、４１０で、第２の現像プロセス（第２の現像）が実行され、オーバーコート層を除去し、第１の限界寸法（ＣＤ１）から第２の限界寸法（ＣＤ２）までパターン化された放射線感受性材料のコーティングの限界寸法を減少する。一実施形態では、３８０〜４１０で、オーバーコーティング、位置に特有の線量露光及びＰＥＢ＃２は、３３０〜３６０でパターン化層が形成されたのと同じフォトリソグラフィ・トラックツール内で実行される。他の実施形態では、３８０〜４１０で、オーバーコーティング、位置に特有の線量露光及びＰＥＢ＃２は、３３０〜３６０でパターン化層が形成されたフォトリソグラフィ・トラックツールとは別のツール内で実行される。４３０で、薄膜下地層は、ＣＤ２をマスクとして有するパターン化された放射線感受性材料のコーティングを用いてエッチングされる。４５０で、ウェーハの処理は、次のプロセスに続く。次に、新しいウェーハは、フローチャート３００に従って処理されてもよく、次に処理される基板と称されてもよい。

オプションとして、フローチャート３００は、４２０でのＡＤＩ及び／又は４４０でのエッチング後検査（ＡＥＩ）を含んでもよく、ウェーハは、４１０での第２の現像後及び／又は４３０でのエッチング後に、それぞれ、フィードバック（ＦＢ）制御方式の一部として検査される。具体的には、３９０における位置に特有の線量露光のプロセスパラメータ、例えば、基板の異なる領域に適用される電磁放射の線量は、ＦＢ矢印によって示されるように、次に処理される基板のために、第２の現像された放射線感受性材料のコーティング及び／又はエッチングされた薄膜下地層を検査することから得られた計測データに基づいて、変更可能である。さらに、３７０又は４２０におけるＡＤＩからの計測データは、４３０におけるエッチングプロセスにフィードフォワード可能である。

ＣＤ均一性は、基板（すなわち、ウェーハ）の表面にわたり変化しうる。例えば、所定のウェーハは、ウェーハの中心部において１つのＣＤ値を有しうる一方で、ウェーハのエッジに近づくと他のＣＤ値を有する。ウェーハは、例えばステッパー露光システムを用いるとき、露光進行の順序に基づいて異なるＣＤを有することもありうる。所定のウェーハの特定領域に応じて、ＣＤは、大きすぎる又は小さすぎることもあり、ＣＤ変化は、ウェーハにわたりランダムに広がることもあり、放射位置に基づくこともあり、及び／又は、特定の特徴、例えばスクライブレーンの位置に相関することもある。従来技術の湿式の処理方法（高温現像及び／又は酸洗浄）を用いて、これは、フォトリソグラフィ・セル分類学（エラー、問題）及び／又は外部処理分類学（例えば、エッチング）を可能にするＷＩＷ ＣＤ変更量を変えることを困難にした。なぜなら、それは、いくつかのタイプのＷＩＷ濃度又はリフレッシュレート化学制御方式及び／又は高い空間分解能（ゾーン）ベークを必要とし、ダイ内の修正が可能ではなかったからである。位置に特有の線量露光ハードウェア及び制御は、ウェーハ上の露光線量の局所的な差を適用することが可能なため、ＷＩＷ ＣＤ変更量プロセス制御をより容易に操作することができる（それは、オーバーコート材料内の酸の生成における局所的な差（ローディング）につながり、最終的に、第２の現像の後のＣＤ変化の局所的な差を促進する）。位置に特有の線量露光ハードウェア（又はそのハードウェアの組み合わせ）に応じて、ＣＤフィーチャ／系統的露光内ショット／ダイ（ＷＩＳ）は修正可能であり、同様に、ＷＩＷ分類学（例えば、放射位置と大いに相関する系統的ＷＩＷ ＣＤである放射分類学、又は、傾斜方向が知られているとき、単一軸に大いに相関する系統的ＷＩＷ ＣＤである傾斜分類学）も修正可能である。ＷＩＳ制御をフィードフォワードする多くの経路が存在する。この種の２つの修正方式は、ウェーハ（又は一連のウェーハ又はその任意のサブセット）上のすべてのダイの平均されたフィールド特性を適用すること又はダイバイダイの特定の修正方式を用いることを含む（しかし、これらに限定されるものではない）。同様に、ＷＩＷ放射又は傾斜制御をフィードフォワードする多くの経路が存在する。ＷＩＷ放射制御のためのこの種の２つの方法は、１）多次の（multi-degree）（放射角／方位角）ゼルニケ多項式フィッティング内の放射項によるＣＤウェーハマップを表すこと、又は、２）高次多項式を半径による平均ＣＤ応答にフィッティングすることである。ＷＩＷ傾斜制御のためのこの種の２つの方法は、１）ゼルニケ多項式フィッティング内の一次の放射項によりＣＤウェーハマップを表すこと、又は、２）対象軸に垂直な軸に沿う平均化が実験的なデータセットを最良に表す最適角度を見つけることである。

プロセス制御方式に関して、フローチャート３００を参照して上述したように、独立して又は互いに組み合わせて使用可能であるいくつかのＦＦ又はＦＢ制御方式が存在する。平均されたエッチング後検査の結果は、フィードバックされ、ロットレベルの平均出力設定及び／又はＷＩＷ出力特性調整を容易にし、ＡＥＩによって観察される変動を修正することができる。変動の原因は、エッチングプロセス、リソグラフィプロセス及び他のプロセスステップに固有になりうる。同様に、平均された現像後検査（ＡＤＩ）の結果は、フィードバックされ、ロットレベルの平均出力設定及び／又はＷＩＷ出力特性調整を容易にし、ＡＤＩによって観察される変動を修正することができる。少なくとも２つの現像ステップ（例えば、３６０及び４１０）を有するＣＤ変更プロセスの場合、ＡＤＩ結果は、いずれのＡＤＩステップ（例えば、３７０又は４２０）から使用可能であり、次に処理されるウェーハの制御のためにフィードバック可能である。第１の現像（例えば、３６０）の後であるが、ＣＤ変更プロセス（例えば、３９０での位置に特有の線量露光、４００でのベーク、４１０での第２の現像）の前に、ＡＤＩステップを行うことに特有に、ウェーハレベルでのフィードフォワード制御方式が可能になる。周知のＡＤＩ ＣＤマップは、フラッド露光コントローラにフィードフォワード可能であり、より厳しい最終的な変更されたＣＤ分布のためのそのウェーハに特有のフラッドプロセス（線量はウェーハ内で局所的に供給される）を増加する。単独で又は組み合わせて用いられる上述した制御方式のいずれかは、より厳しい変更されたＣＤ又はパターニングＣＤ制御につながる。

要するに、上述したことは、達成可能なＣＤ変更量を最大化し（第１の露光条件によって決定されている脱保護マトリックスからのブレーキング）、より標準的な現像条件を可能にする代替の方法を提供する。方法は、ＣＤ変更量制御を、フラッド線量対現像濃度及び／又は現像時間によって主に制御されるようにシフトし、このことは、ＣＤ変更現像プロセスを単純化する。方法は、フィーチャのより良好な脱保護制御に最終的につながるＣＤ変更のための酸の生成のための主要なメカニズムとして用いられる新規な光活性化学を導入する。最後に、方法は、ＣＤ均一性の改良のための位置に特有の限界寸法（ＣＤ）変更／修正フロー及びプロセスを用い、いくつかの実施形態では、ＣＤのシフトもまたターゲットであり、いくつかの実施形態では、フラッドプロセスステップの局所的な線量制御によってフィードフォワード（ＦＦ）プロセス制御方式における現像後検査（ＡＤＩ）情報を利用する。

ＣＤ変更へのこの変更されたアプローチを用いて、ＷＩＷ制御方式は、またより実現可能であり、より厳しいＣＤ変更又はパターン化ＣＤ制御を可能にする。

一実施形態によれば、基板上に形成されるパターンの限界寸法を減少するためのシステムもまた提供される。システムは、基板上のパターン化層の上にオーバーコート層を堆積させるためのオーバーコート・スピンカップと、上述したように、オーバーコート層を電磁放射に露光するための露光システムと、を備える。システムは、基板を加熱（ベーク）するための加熱モジュールと、オーバーコート層及びパターン化層に現像剤を適用するための現像スピンカップと、をさらに含み、パターン化層の限界寸法を減少する。さらに、システムは、オーバーコート・スピンカップ、露光システム、加熱モジュール及び現像剤スピンカップを制御するためのコントローラを含む。上述したように、コントローラは、システムが基板を受け取る前に実行される第１のＡＤＩから受け取られる第１の計測データに基づいて、又は、システム内で限界寸法の変更の後に実行される第２のＡＤＩから受け取られる第２の計測データに基づいて、又は、パターン化層をパターンとして用いたエッチングプロセスの後に実行されるＡＥＩから受け取られる第３の計測データに基づいて、又は、その２つ以上の組み合わせに基づいて、基板上のオーバーコート層の異なる領域に適用される電磁放射の線量を変化させるように構成される。

さまざまな技術は、各種実施形態を理解するのを支援するための複数の別々の動作として記載されてきた。記載の順序は、これらの動作が必ずしも順序に依存することを暗示するとして解釈されてはならない。実際、これらの動作は、提示された順序で実行される必要はない。記載されている動作は、記載された実施形態と異なる順序で実行されてもよい。さまざまな追加の動作が実行されてもよい、及び／又は、記載された動作が追加の実施形態において省略されてもよい。

本願明細書で用いられる「基板」は、一般的に、本発明に従って処理されている対象を意味する。基板は、デバイス、特に半導体又は他の電子機器の任意の材料部分又は構造を含んでもよく、例えば、半導体ウェーハのようなベース基板構造、又は、薄膜のようなベース基板構造上の層又はベース基板構造を覆う層でもよい。このように、基板は、いかなる特定のベース構造、下地層又は上層にも限定されず、パターン化の有無にも限定されず、むしろ、任意のこの種の層又はベース構造、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考えられる。記載は特定のタイプの基板を参照してもよいが、これは図示の目的のためのみである。

本発明がその１つ又は複数の実施形態の説明により示され、実施形態がかなり詳細に記載されてきたが、実施形態は、いかなる形であれ、添付の請求項の範囲をこの種の詳細に制限することを意図しない。追加の利点及び変更態様は、当業者にとって容易に現れる。それゆえ、本発明のより広い態様は、具体的な詳細、代表的な装置及び方法ならびに図示及び記載された例に限定されるものではない。したがって、一般的な発明の概念を逸脱しない範囲でこの種の詳細から出発してもよい。

Claims (22)

1. 基板をパターン化する方法であって、
   下地層及び前記下地層上に形成されたパターン化層を有する基板を受け取るステップであって、前記パターン化層は、放射線感受性材料を含み、第１領域において第１限界寸法を有し、第２領域において第２限界寸法を有するさまざまな高さのパターンをさらに有し、前記第２領域は前記第１領域と異なり、前記第２限界寸法は前記第１限界寸法と異なるステップと、
   オーバーコート層を前記パターン化層上に適用するステップであって、前記オーバーコート層は、光増感剤発生剤化合物、光増感剤化合物、光酸発生剤化合物、光活性剤、酸含有化合物又はそれらの２つ以上の組み合わせから選択される光剤を含むステップと、
   前記オーバーコート層を電磁放射に露光するステップであって、前記第１領域に入射する電磁放射の第１線量は前記第２領域に入射する電磁放射の第２線量と異なり、前記第１線量と前記第２線量との間の差異は前記第１限界寸法と前記第２限界寸法との間の限界寸法差異（ＣＤ差異）に基づく、ステップと、
   前記オーバーコート層及びパターン化層を加熱するステップと、
   前記オーバーコート層及び前記パターン化層を現像するステップであって、前記ＣＤ差異を減少させるステップと、
   を含む方法。
2. 前記オーバーコート層を露光する前記ステップは、前記オーバーコート層を紫外線（ＵＶ）放射に露光するステップを含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 紫外線（ＵＶ）放射線の波長は、１７５ｎｍから４５０ｎｍまでである、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記オーバーコート層を露光する前記ステップは、前記基板をスキャンするステップ、放射源をスキャンするステップ、前記基板を回転するステップ、又は、その２つ以上の組み合わせを含む、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記オーバーコート層を露光する前記ステップは、前記オーバーコート層をスキャンレーザービームに露光し、前記第１線量及び前記第２線量を、パルス周波数及びパルス出力のうちの少なくとも一方を前記第１線量と前記第２線量との間で変化させることによって生成するステップを含む、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記オーバーコート層を露光する前記ステップは、前記オーバーコート層をデジタルライトプロジェクション（ＤＬＰ）システムからの電磁放射に露光し、前記第１線量及び前記第２線量を、光源出力及び源成形、投影ミラー振動率、及び／又は、ミラー「オン」状態のうちの少なくとも１つを前記第１線量と前記第２線量との間で変化させることによって生成するステップを含む、
   請求項１に記載の方法。
7. 前記方法は、第１計測データを、前記基板を受け取る前記ステップの前に実行される第１現像後検査（ＡＤＩ）から受け取るステップをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
8. 前記ＣＤ差異は、受け取った前記第１計測データに基づく、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記方法は、前記オーバーコート層及び前記パターン化層を現像する前記ステップの後に実行される第２現像後検査（ＡＤＩ）において第２計測データを測定するステップをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
10. 前記方法は、前記オーバーコート層を露光する前記ステップの間、前記第２計測データに基づいて、次に処理される基板の異なる領域に適用される電磁放射の線量を変えるステップをさらに含む、
    請求項９に記載の方法。
11. 前記方法は、
    減少した前記ＣＤ差異を有する前記パターン化層をパターンとして用いて、前記下地層をエッチングするステップと、
    前記下地層をエッチングする前記ステップの後に実行されるエッチング後検査（ＡＥＩ）において第３計測データを測定するステップと、
    をさらに含む、
    請求項１に記載の方法。
12. 前記方法は、前記オーバーコート層を露光する前記ステップの間、前記第３計測データに基づいて、次に処理される基板の異なる領域に適用される電磁放射の線量を変えるステップをさらに含む、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記オーバーコート層を適用し露光する前記ステップと、前記オーバーコート層及び前記パターン化層を加熱し現像する前記ステップと、は前記パターン化層が形成されたのと同じフォトリソグラフィ・トラックツール内で実行される、
    請求項１に記載の方法。
14. 前記オーバーコート層を適用し露光する前記ステップと、前記オーバーコート層及び前記パターン化層を加熱し現像する前記ステップと、は前記パターン化層が形成されたフォトリソグラフィ・トラックツールとは別のツール内で実行される
    請求項１に記載の方法。
15. 前記方法は、
    前記オーバーコート層を適用するステップの前に、
    第１波長の光を、パターン化マスクを介して前記放射線感受性材料層上に露光し、露光後ベークを実行するステップと、
    パターン露光された前記放射線感受性材料層を第１現像するステップであって、前記第１領域において第１限界寸法を有し、前記第２領域において前記第２限界寸法を有するさまざまな高さの前記パターン化層を形成するステップと、
    前記第１現像の後、前記パターン化層を検査するステップと、
    を含む請求項１に記載の方法。
16. 前記オーバーコート層を露光する前記ステップは、前記基板をスキャンするステップ、放射源をスキャンするステップ、前記基板を回転するステップ、又は、その２つ以上の組み合わせを含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記オーバーコート層を露光する前記ステップは、前記オーバーコート層をスキャンレーザービームに露光し、前記第１線量及び前記第２線量を、パルス周波数及びパルス出力のうちの少なくとも一方を前記第１線量と前記第２線量との間で変化させることによって生成するステップを含む、
    請求項１５に記載の方法。
18. 前記オーバーコート層を露光する前記ステップは、前記オーバーコート層をデジタルライトプロジェクション（ＤＬＰ）システムからの電磁放射に露光し、前記第１線量及び前記第２線量を、光源出力及び源成形、投影ミラー振動率、及び／又は、ミラー「オン」状態のうちの少なくとも１つを前記第１線量と前記第２線量との間で変化させることによって生成するステップを含む、
    請求項１５に記載の方法。
19. 前記方法は、減少した前記ＣＤ差異を有する前記パターン化層をパターンとして用いて、前記下地層をエッチングするステップをさらに含む、
    請求項１５に記載の方法。
20. 前記オーバーコート層及び前記パターン化層を現像するステップ及び／又は前記下地層をエッチングする前記ステップの後に実行されるエッチング後検査（ＡＥＩ）において第３計測データを測定するステップの後に実行される第２現像後検査（ＡＤＩ）において第２計測データを測定するステップと、
    前記オーバーコート層を露光する前記ステップの間、前記第２計測データ、前記第３計測データ又は前記第２計測データと前記第２計測データとの組み合わせに基づいて、次に処理される基板の異なる露光領域に入射する電磁放射の線量を変えるステップと、
    をさらに含む、
    請求項１９に記載の方法。
21. 前記オーバーコート層及び前記パターン化層を現像するステップ及び／又は前記下地層をエッチングする前記ステップの後に実行されるエッチング後検査（ＡＥＩ）において第３計測データを測定するステップの後に実行される第２現像後検査（ＡＤＩ）において第２計測データを測定するステップと、
    前記オーバーコート層を露光する前記ステップの間、前記第２計測データ、前記第３計測データ又は前記第２計測データと前記第２計測データとの組み合わせに基づいて、次に処理される基板の異なる露光領域に入射する電磁放射の線量を変えるステップと、
    をさらに含む、
    請求項１５に記載の方法。
22. 基板上に形成されるパターンの第１領域における第１限界寸法と第２領域における第２限界寸法との間の限界寸法差異（ＣＤ差異）を減少するシステムであって、
    オーバーコート層を前記基板上のパターン化層上に堆積するためのオーバーコート・スピンカップと、
    前記オーバーコート層を電磁放射に露光するための露光システムと、
    前記基板を加熱するための加熱モジュールと、
    現像剤を前記オーバーコート層及びパターン化層に適用し、前記パターン化層の前記限界寸法を減少するための現像剤スピンカップと、
    前記オーバーコート・スピンカップ、前記露光システム、前記加熱モジュール及び前記現像剤スピンカップを制御するためのコントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、前記第２領域に入射する前記電磁放射の第２線量とは異なる前記第１領域に入射する前記電磁放射の第１線量を生じさせ、前記第１線量と前記第２線量との間の前記ＣＤ差異は、前記システムが前記基板を受け取る前に実行される第１現像後検査（ＡＤＩ）から受け取られる第１計測データに基づいて、又は、前記システム内で限界寸法の変更の後に実行される第２現像後検査（ＡＤＩ）から受け取られる第２計測データに基づいて、又は、前記パターン化層をパターンとして用いたエッチングプロセスの後に実行されるエッチング後検査（ＡＥＩ）から受け取られる第３計測データに基づいて、又は、その２つ以上の組み合わせに基づく、ように構成される、
    システム。

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