特表 2023-517747 スピンオン膜の平坦化

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-26

(54)【発明の名称】スピンオン膜の平坦化

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/40 20060101AFI20230419BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20230419BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20230419BHJP

【ＦＩ】

G03F7/40

H01L21/30 578

G03F7/20 501

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022555939

(86)(22)【出願日】2021-02-09

(85)【翻訳文提出日】2022-09-16

(86)【国際出願番号】 US2021017165

(87)【国際公開番号】W WO2021188226

(87)【国際公開日】2021-09-23

(31)【優先権主張番号】62/990,823

(32)【優先日】2020-03-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/122,898

(32)【優先日】2020-12-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】514028776

【氏名又は名称】トーキョー エレクトロン ユーエス ホールディングス，インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】シェピス，アンソニー アール．

(72)【発明者】

【氏名】デヴィリアーズ，アントン

【テーマコード（参考）】

2H196

2H197

5F146

【Ｆターム（参考）】

2H196AA25

2H196BA01

2H196BA09

2H196EA06

2H196EA08

2H196GA03

2H196JA04

2H197AA24

2H197CA03

2H197CA06

2H197CA09

2H197CE01

2H197CE10

2H197JA12

5F146HA07

(57)【要約】

基板を平坦化する方法は、非平坦トポグラフィを画定するように、基板の作動面にわたって高さが異なる微細加工された構造を有する基板を受け取ることと、スピンオン堆積によって基板の作動面上に、溶解度シフト剤を含む第１の層を非平坦な様式で堆積することと、トポグラフィに基づいて化学線の第１のパターンに第１の層を露光させることと、所定の溶媒を使用して第１の層を現像することと、基板の作動面上に、第１の層を現像する前の第１の層と比較してより大きい平坦性を有する第２の層を堆積することと、を含む。放射線の第１のパターンは、第１の層の非平坦トポグラフィの上部領域が所定の溶媒に可溶であるように、第１の層の溶解度を変化させる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を平坦化する方法であって、
微細加工された構造を有する基板を受容するステップであって、前記構造は、前記基板の作動面に垂直な方向において相互に対して高さが異なっており、前記基板の前記作動面にわたって非平坦トポグラフィが画定される、ステップと、
スピンオン堆積により、前記基板の前記作動面上に第１の層を堆積するステップであって、前記第１の層は、溶解度シフト剤を含み、その結果、非平坦膜が得られる、ステップと、
化学線の第１のパターンで前記第１の層を露光するステップであって、前記化学線の第１のパターンは、前記基板のトポグラフィに基づき、前記化学線の第１のパターンは、前記第１の層の非平坦トポグラフィの上部領域が所定の溶媒に対して可溶性となり、前記第１の層の非平坦トポグラフィの下部領域が前記所定の溶媒に対して不溶性となるように、前記第１の層の溶解度を変化させる、ステップと、
前記所定の溶媒を使用して前記第１の層を現像するステップであって、前記第１の層の可溶性の部分が除去される、ステップと、
スピンオン堆積により、前記基板の前記作動面上に第２の層を堆積するステップであって、前記第２の層の上面は、前記第１の層を現像するステップの前の前記第１の層の上面に比べて、より大きな平坦性を有する、ステップと、
を有する、方法。

【請求項2】

前記化学線の第１のパターンは、直接描画システムを使用して投影される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記微細加工された構造は、５マイクロメートル超の相対的な高さの差を有する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記微細加工された構造は、５０ナノメートル超の相対的な高さの差を有する、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記第２の層は、前記溶解度シフト剤を含み、
当該方法は、さらに、
前記化学線の第１のパターンで前記第２の層を露光するステップであって、前記化学線の第１のパターンは、前記第２の層の上部領域が所定の溶媒に対して可溶性となり、前記第２の層の下部領域が前記所定の溶媒に対して不溶性となるように、前記第２の層の溶解度を変化させる、ステップと、
前記所定の溶媒を使用して前記第２の層を現像するステップであって、前記第１の層の可溶性の部分が除去される、ステップと、
を有する、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

基板を平坦化する方法であって、
非平坦面を有する基板を受容するステップであって、前記基板は、第１の面および第２の面を有し、前記第１の面は、前記第２の面に比べてより大きなｚ高さを有する、ステップと、
スピンオン堆積により、前記基板の作動面に第１の層を堆積するステップであって、前記第１の層は、溶解度シフト剤を含み、その結果、非平坦膜が得られ、前記第１の層は、前記第１の面および前記第２の面の両方を被覆する、ステップと、
化学線の第１のパターンで前記第１の層を露光するステップであって、前記化学線の第１のパターンは、前記第１の面および前記第２の面の座標位置に基づき、前記化学線の第１のパターンは、前記第１の面上にある前記第１の層の部分が所定の溶媒に対して可溶性となり、前記第２の面上にある前記第１の層の部分が前記所定の溶媒に対して不溶性となるように、前記第１の層の溶解度を変化させる、ステップと、
前記所定の溶媒を使用して前記第１の層を現像するステップであって、前記第１の層の可溶性の部分が除去される、ステップと、
スピンオン堆積により、前記基板の前記作動面上に第２の層を堆積するステップであって、前記第２の層の上面は、前記第１の層を現像するステップの前の前記第１の層の上面に比べて、より大きな均一性を有する、ステップと、
を有する、方法。

【請求項7】

前記化学線の第１のパターンは、直接描画システムを使用して投影される、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

さらに、
前記化学線の第１のパターンで前記第２の層を露光するステップであって、前記化学線の第１のパターンは、前記第１の面および前記第２の面の座標位置に基づき、前記化学線の第１のパターンは、前記第１の面上にある前記第２の層の部分が前記所定の溶媒に対して可溶性となり、前記第２の面上にある前記第２の層の部分が前記所定の溶媒に対して不溶性となるように、前記第２の層の溶解度を変化させる、ステップと、
前記所定の溶媒を使用して前記第２の層を現像するステップであって、前記第２の層の可溶性の部分が除去される、ステップと、
を有する、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の面は、前記第２の面と比較して、少なくとも５マイクロメートル以上高いｚ高さを有する、請求項６に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の面は、前記第２の面と比較して、少なくとも５０ｎｍ以上高いｚ高さを有する、請求項６に記載の方法。

【請求項11】

前記化学線の第１のパターンは、１９３ｎｍ～４０５ｎｍの間の波長を有する、請求項６に記載の方法。

【請求項12】

デバイスを形成する方法であって、
当該方法は、
主面にわたって形成されたデバイス特徴部の第１のセットおよびデバイス特徴部の第２のセットを含む基板を受容するステップであって、前記デバイス特徴部の第１のセットは、前記デバイス特徴部の第２のセットよりも大きな高さを有し、前記デバイス特徴部の第１のセットと前記デバイス特徴部の第２のセットとの間の高さの差は、前記基板の前記主面にわたって非平坦トポグラフィを形成する、ステップと、
前記基板の上部に第１の介在層をスピンコーティングするステップと、
放射線の第１の局在パターンで前記基板を露光するステップであって、前記放射線の第１の局在パターンは、直接描画リソグラフィを使用して投影される、ステップと、
前記第１の介在層を現像して、前記デバイス特徴部の第１のセットと前記デバイス特徴部の第２のセットとの間の前記高さの差を低減するステップと、
前記基板の前記主面にわたってトポグラフィメトリックを測定するステップと、
を有する、方法。

【請求項13】

さらに、
前記トポグラフィメトリックをターゲットトポグラフィメトリックと比較するステップと、
前記トポグラフィメトリックが前記ターゲットトポグラフィメトリックに合致するとの判定に応じて、従来のリソグラフィプロセスを使用して、デバイス特徴部の後続のパターンを形成するステップと、
を有する、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

さらに、
前記トポグラフィメトリックをターゲットトポグラフィメトリックと比較するステップと、
前記トポグラフィメトリックがターゲットトポグラフィメトリックと異なるとの判定に応じて、前記基板の上部に第２の介在層をスピンコーティングし、前記放射線の第１の局在パターンで前記基板を露光し、前記第２の介在層を現像して、前記デバイス特徴部の第１のセットと前記デバイス特徴部の第２のセットとの間の高さの差をさらに低減するステップと、
を有する、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記第１の介在層は、ポジ型フォトレジストを含み、前記放射線の第１の局在パターンは、前記デバイス特徴部の第１のセット上に形成される、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の介在層は、ネガ型フォトレジストを含み、前記放射線の第１の局在パターンは、前記デバイス特徴部の第２のセット上に形成される、請求項１２に記載の方法。

【請求項17】

前記放射線の第１の局在パターンは、化学線を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項18】

前記放射線の第１の局在パターンは、１９３ｎｍ～４０５ｎｍの間の波長を有する、請求項１２に記載の方法。

【請求項19】

前記デバイス特徴部の第１のセットと前記デバイス特徴部の第２のセットとの間の前記高さの差は、５マイクロメートル超である、請求項１２に記載の方法。

【請求項20】

前記デバイス特徴部の第１のセットと前記デバイス特徴部の第２のセットとの間の前記高さの差は、５０ｎｍ超である、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年３月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／９９０，８２３号、および２０２０年１２月１５日に出願された米国非仮特許出願第１７／１２２，８９８号の利益を主張するものであり、これらは参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、スピンオン膜の平坦化を含む、半導体製造および関連プロセスに関する。

【背景技術】

【0003】

半導体処理には、半導体基板上に多くの材料の層を形成することが含まれる。いくつかの統合スキームでは、設計に７０以上のレベルが含まれ得る。各レベルには、異なる形状およびアスペクト比を有する様々な膜のパターニングを含む複数のプロセスステップが含まれる。これらのパターニングプロセスは、標準的な半導体デバイスプロセスで使用されるスピンオン膜の完全性に影響を与え得る非平坦トポグラフィをもたらす場合がある。

【0004】

フォトレジストは、リソグラフィを用いて半導体層の大部分をパターン化するために使用される基本的なスピンオン材料である。材料の厚さの変化はリソグラフィプロセスの限界寸法解像度を大幅に妨げるため、フォトレジスト膜をウエハーに対して均一に塗布することは重要である。しかしながら、フォトレジスト膜をトポグラフィで均一に塗布することは困難であり得る。これは、レジストが様々な高さ／深さの特徴部と相互作用する際に、スピンオンプロセスのメカニズムにより様々な厚さまたはコーティングの欠陥が生じるためである。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施形態によれば、デバイスを形成する方法は、微細加工された構造が基板の作動面にわたって非平坦トポグラフィを画定するように、基板の作動面に垂直な方向で互いに対して高さが異なる微細加工された構造を有する基板を受け取ることと、スピンオン堆積によって基板の作動面上に第１の層を堆積することであって、第１の層が溶解度シフト剤を含み、その結果、非平坦膜をもたらす、ことと、化学線の第１のパターンに第１の層を露光させることであって、化学線の第１のパターンが基板のトポグラフィに基づき、化学線の第１のパターンが、第１の層の非平坦トポグラフィの上部領域が所定の溶媒に可溶であり、且つ第１の層の非平坦トポグラフィの下部領域が所定の溶媒に不溶であるように、第１の層の溶解度を変化させる、ことと、第１の層の可溶部分が除去されるように、所定の溶媒を使用して第１の層を現像することと、スピンオン堆積によって基板の作動面上に第２の層を堆積することであって、第２の層の上面が、第１の層を現像する前の第１の層の上面と比較してより大きい平坦性を有する、ことと、を含む。

【0006】

本発明の一実施形態によれば、デバイスを形成する方法は、第１の面および第２の面を有する、非平坦面を有する基板を受け取ることであって、第１の面が、第２の面と比較してより大きいｚ高さを有する、ことと、スピンオン堆積によって基板の作動面上に第１の層を堆積することであって、第１の層が溶解度シフト剤を含み、その結果、第１の層が第１の面および第２の面の両方を覆う非平坦膜をもたらす、ことと、化学線の第１のパターンに第１の層を露光させることであって、化学線の第１のパターンが第１の面および第２の面の座標位置に基づき、化学線の第１のパターンが、第１の面上にある第１の層の部分が所定の溶媒に可溶であり、且つ第２の面上にある第１の層の部分が所定の溶媒に不溶であるように、第１の層の溶解度を変化させる、ことと、第１の層の可溶部分が除去されるように、所定の溶媒を使用して第１の層を現像することと、スピンオン堆積によって基板の作動面上に第２の層を堆積することであって、第２の層の上面が、第１の層を現像する前の第１の層の上面と比較してより大きい均一性を有する、ことと、を含む。

【0007】

本発明の一実施形態によれば、デバイスを形成する方法は、基板の主面にわたって形成されたデバイス特徴部の第１のセットおよびデバイス特徴部の第２のセットを含む基板を受け取ることであって、デバイス特徴部の第１のセットがデバイス特徴部の第２のセットよりも大きい高さを有し、デバイス特徴部の第１のセットとデバイス特徴部の第２のセットとの間の高さの差が、基板の主面にわたって非平坦トポグラフィを形成する、ことと、基板上に第１の介在層をスピンコーティングすることと、放射線の第１の局在パターンに基板を露光させることであって、放射線の第１の局在パターンが直接描画リソグラフィを使用して投影される、ことと、第１の介在層を現像して、デバイス特徴部の第１のセットとデバイス特徴部の第２のセットとの間の高さの差を減少させることと、基板の主面にわたってトポグラフィメトリックを測定することと、を含む。

【0008】

本発明およびその利点をより完全に理解するために、ここで、添付図面と併せて読まれるべき以下の説明を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】本出願の一実施形態による、製造の様々な段階中の半導体デバイスの断面図を示す。ここで、図１Ａは、非平坦トポグラフィを有する半導体デバイスを示す。

【図1B】本出願の一実施形態による、製造の様々な段階中の半導体デバイスの断面図を示す。ここで、図１Ｂは、第１の介在層を堆積し、放射線のパターンに第１の介在層を露光させた後のデバイスを示す。

【図1C】本出願の一実施形態による、製造の様々な段階中の半導体デバイスの断面図を示す。ここで、図１Ｃは、第１の介在層を現像した後のデバイスを示す。

【図1D】本出願の一実施形態による、製造の様々な段階中の半導体デバイスの断面図を示す。ここで、図１Ｄは、第２の材料で材料をコーティングした後のデバイスを示す。

【図2】本発明の一実施形態による、基板の作動面を平坦化する方法のフローチャートである。

【図3A】本出願の一実施形態による、製造の様々な段階中の半導体デバイスの断面図を示す。ここで、図３Ａは、放射線のパターンに第２の介在層を露光させた後の半導体デバイスを示す。

【図3B】本出願の一実施形態による、製造の様々な段階中の半導体デバイスの断面図を示す。ここで、図３Ｂは、第２の介在層を現像した後のデバイスを示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

モノのインターネット（ＩｏＴ）の出現により、スマートセンサからバイオテクノロジ、ＭＥＭＳまで、独自の設計およびデバイス統合の処理に躍進をもたらした。これらのデバイスの多くは、マイクロメートルスケールでの設計に固有の大きなトポグラフィジオメトリを有する。

【0011】

所与のトポグラフィは、半導体デバイス、特にスピンオン膜の処理に直接的に影響を与える。そのような膜の１つがフォトレジストであり、リソグラフィを用いて半導体層の大部分をパターン化するために使用される基本的なスピンオン材料である。フォトレジストコーティングプロセス中、トポグラフィとの相互作用により、ウエハーにわたって厚さの変動を生みだす可能性がある。これらの厚さの変動は、半導体製造プロセスにおける後続のステップに対して問題を引き起こし得る。例えば、リソグラフィ画像化は、一般に、製造中に半導体デバイスの表面をパターン化するためのプロセスの一部として使用される。リソグラフィプロセスの一例には、基板上にフォトレジストを堆積することと、パターン化されたエッチングマスクを介してフォトレジストを部分的に露光させることと、露光されたフォトレジストを現像してフォトレジスト内にマスクパターンを画定することと、次いでフォトレジストをエッチングして基板内にパターンを形成することと、を含む。

【0012】

材料の厚さの変化はリソグラフィプロセスの限界寸法解像度を大幅に妨げるため、フォトレジスト膜を基板に対して均一に塗布することは重要である。特徴部のパターンの限界寸法解像度は、フォトレジストの膜厚の高さの変動に依存する。リソグラフィ露光システムは、焦点の変化に敏感である。フォトレジストの厚さが基板の表面にわたって変化するにつれて、解像される特徴部の後続のパターンの完全性も変化する。したがって、フォトレジストの非平坦層は、画像化される特徴部のパターンの臨界寸法、厚さ、プロファイル、および／または粗さの変動を誘発する可能性がある。通常、デバイス特徴部のパターンを均一に画定することが重要であり、これは、それらの寸法がデバイスのパフォーマンス／歩留まりに影響を与えるためである。

【0013】

本開示の実施形態は、後続のリソグラフィパターニングのために、基板にわたって非平坦面を平坦化する方法を説明する。

【0014】

本開示の実施形態は、変動したトポグラフィを有する基板上に堆積された膜を平坦化するための改善された技術を含む。本開示の実施形態は、基板にわたって介在層を塗布することと、基板の平坦性を改善するために介在層を選択的に露光させることと、を含む。

【0015】

図１Ａ～図１Ｄは、本出願の一実施形態による、製造の様々な段階中の半導体デバイスの断面図を示し、ここで、図１Ａは、非平坦トポグラフィを有する半導体デバイスを示し、図１Ｂは、第１の介在層を堆積し、放射線のパターンに第１の介在層を露光させた後のデバイスを示し、図１Ｃは、第１の介在層を現像した後のデバイスを示し、図１Ｄは、第２の材料で材料をコーティングした後のデバイスを示す。

【0016】

図１Ａを参照すると、半導体デバイス１００は、微細加工された構造を含む非平坦トポグラフィを有する。１つ以上の実施形態では、微細加工された構造は、基板１０２の作動面にわたって凹部１０６および上面１０８を画定する構造１０４を含み得る。本開示は、「凹部」について説明するが、ライン、ホール、開口領域、トレンチ、ビア、および／または他の適切な構造を含む、他の適切な特徴部が半導体層に形成され得ることを理解されたい。構造１０４および凹部１０６は、従来のリソグラフィプロセスを使用して形成され得る。

【0017】

基板１０２は、一般に、本発明の実施形態に従って処理されるワークピースを指す。基板１０２は、デバイス、特に半導体または他の電子デバイスの任意の材料部分または構造を含んでもよく、例えば半導体ウエハー、レチクルなどのベース基板構造、または薄膜などのベース基板構造上の層若しくはベース基板構造に重なる層であってもよい。したがって、基板１０２は、パターニングされているか否かに依らず、いかなる特定のベース構造、下敷きとなる層または上を覆う層に限定されず、むしろ、任意のそのような層またはベース構造、並びに層および／またはベース構造の任意の組み合わせを含むことが企図されている。

【0018】

基板１０２は、バルクシリコン基板、シリコンオンインシュレータ基板、またはゲルマニウム基板、シリコンカーバイド基板、シリコン上のＧａＮを含む窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、ガリウム砒素基板を含む様々な他の半導体基板などのバルク基板であってもよい。

【0019】

１つ以上の実施形態では、微細加工された構造は、互いに対して高さが異なる。例えば、１つ以上の実施形態では、凹部は、第１の高さ１０３を有し、構造１０４および上面１０８は、ｚ方向に第２の高さ１０５を有する。１つ以上の実施形態では、互いに対する微細加工された構造の高さの差は、１０ｎｍ～１００ｎｍ、例えば５０ｎｍ超であり得る。他の実施形態では、高さの差は、特に深い開口部／トレンチの場合、５マイクロメートル超であり得る。微細加工された構造の各々の高さ（または深さ）は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）、またはウエハー光学スキャトロメトリを使用して測定することができる。

【0020】

図１Ｂは、スピンオン堆積を使用して基板１０２の作動面にわたって第１の介在層１１０が堆積された後の、半導体デバイスの断面図を示している。第１の介在層１１０は、ポジ型、ネガ型、またはハイブリッド調のフォトレジストなどの感光性材料を含み得る。一例では、第１の介在層１１０は、フェノールホルムアルデヒド樹脂またはジアゾナフトキノンベースの樹脂を含む。１つ以上の実施形態では、第１の介在層１１０は、化学増幅型レジストを含み得る。別の実施形態では、第１の介在層１１０は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）または水素シルセスキオキサンス（ＨＳＱ）などの非化学増幅型レジスト材料を含む。

【0021】

スピンオン堆積またはスピンコーティングにより、特定の材料（例えば、第１の介在層１１０）が基板１０２上に堆積される。次いで、基板は、例えば２０００～８０００ｒｐｍなどの比較的高速で回転され、その結果、遠心力により堆積された材料が基板１０２のエッジに向かって移動し、それによって基板１０２がコーティングされる。余分な材料は、基板１０２から振り落とされる。フォトレジストの厚さは、他の要因の中でも特に、回転中のレジストの粘度および基板の回転速度によって判定される。

【0022】

スピンオン堆積の後、フォトレジストが焼き付けられて、第１の介在層１１０を形成する。例えば、ソフトベークプロセスを使用して、フォトレジストの残留溶媒を蒸発させ、フォトレジストを高密度化することができる。ソフトベークプロセスには、フォトレジストを狭い温度範囲内で、例えば７５°Ｃ～１００°Ｃで加熱することが含まれる。

【0023】

基板１０２が高密度に詰め込まれた微細加工された構造の非平坦トポグラフィを含む場合、この密度により、堆積された材料を上向きに押し上げ、凹部１０６内に充填される材料の量の質量分率を操作することができる。換言すれば、堆積された材料は、基板１０２の非平坦面（例えば、微細加工された構造間の異なる高さ）と相互作用する。これにより、堆積された材料は、様々な膜厚（例えば、基板にわたる様々なｚ高さ）で堆積させられる。

【0024】

図１Ｂを参照すると、第１の介在層１１０は、スピンオン堆積プロセスを使用して堆積され、その結果、基板１０２の非平坦面にわたって膜厚が変化している。１つ以上の実施形態では、第１の介在層１１０は、凹部１０６内ではより厚い膜厚で堆積され、構造１０４および上面１０８上ではより薄い膜厚で堆積され得る（またはその逆）。第１の介在層１１０のトポグラフィは単なる一例であり、トポグラフィの実際の変化は、たとえ基板１０２と同様のトポグラフィを有する基板であっても、堆積ごとに異なり得る。

【0025】

有利には、１つ以上の実施形態では、微細加工された構造を形成する前に、第１の介在層１１０を局在放射線パターンに露光させて、基板１０２の作動面の平坦化を改善する。

【0026】

再び図１Ｂを参照すると、第１の介在層１１０は、放射線１１２の局在パターンへの露光を受ける。放射線１１２への露光の前に、基板１０２は、基板１０２を放射線に露光させるツールと位置合わせされる。様々な実施形態では、位置合わせは、パターン化されているスタックに依存し得る。例えば、一実施形態では、ラインの後端部の金属材料を使用して、ツールを位置合わせすることができる。別の実施形態では、位置合わせマークによる光学位置合わせが使用され得る。別の実施形態では、第１の介在層１１０のトポグラフィを使用して、基板１０２を位置合わせすることができる。

【0027】

基板１０２をツールで位置合わせした後、第１の介在層１１０のトポグラフィが測定される。第１の介在層のトポグラフィは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、プロフィロメータ、または光学的厚さ計測ツールなどの測定ツールを使用して測定することができる。

【0028】

次いで、第１の介在層１１０のトポグラフィおよび色調に基づいて、放射線１１２のパターンの露光パターンが判定される。予期されるトポグラフィはレイアウトによって判定されるため、いくつかの実施形態では、露光パターンを事前判定することができる。１つ以上の実施形態では、放射線１１２のパターンは局在化され、その結果、より高い／長身の微細加工された構造（例えば、構造１０４および上面１０８）を覆う第１の介在層１１０の一部分が除去され、凹部１０６を充填する第１の介在層１１０の一部分が後続の現像ステップ後に残る。

【0029】

１つ以上の実施形態では、放射線１１２のパターンは、直接描画リソグラフィツールなどのマスクレスリソグラフィツールを使用して投影される紫外線などの化学線を含み得る。１つ以上の実施形態では、デジタル光投影（ＤＬＰ）、グレーティングライトバルブリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、プラズモニックリソグラフィ、集束イオンビーム（ＦＩＢ）リソグラフィ、またはナノインプリンティングなどの直接描画リソグラフィ法を使用して、放射線１１２のパターンの露光パターンを形成することができる。例えば、放射線１１２のパターンは、３６５ｎｍ～４０５ｎｍの波長を有する化学線を含むことができ、専用の直接描画機での直接描画リソグラフィプロセスを使用して形成および投影することができる。直接描画リソグラフィプロセスは、従来のマスクを使用する代わりに、コンピュータ制御の光学系を使用して放射線の露光パターンを投影する。従来、放射線のパターンに基板を露光させるためには、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアを使用してマスクを設計すること、マスクを構築すること、マスクを介して基板を露光させること、が必要である。しかしながら、直接描画リソグラフィはコンピュータ制御の光学系を利用して放射線を投影するため、コンピュータ制御の光学系は、ＣＡＤファイルから直接、放射線のパターンを形成することができる。

【0030】

１つ以上の実施形態では、大量生産中に、同一の基板上に堆積された第１の介在層１１０が異なるトポグラフィを有する場合がある。したがって、同一の基板を平坦化するために、個々の放射線のパターンを形成する必要がある。有利には、上述のように、直接描画リソグラフィは、放射線１１２のパターンをデジタル的にプログラムすることを可能にするマスクレス放射線である。この１つの利点は、第１の介在層１１０を露光させるたびに個々のマスクを作成する必要がなく、プロセス時間および製造コストを節約できることである。

【0031】

図１Ｂを再び参照すると、第１の介在層１１０がポジ型フォトレジストである１つ以上の実施形態では、放射線１１２のパターンは、構造１０４および上面１０８上で局在化されている。このようにして、構造１０４および上面１０８を覆う第１の介在層１１０の一部分は、現像液などの溶媒に可溶であるが、凹部１０６を充填する第１の介在層１１０の一部分は溶媒に不溶のままである。

【0032】

第１の介在層１１０がネガ型フォトレジストである１つ以上の実施形態では、放射線１１２のパターンは、凹部１０６上に局在化される。このようにして、凹部を覆う第１の介在層１１０の一部分は溶媒に不溶であるが、構造１０４および上面１０８を覆う第１の介在層１１０の一部分は溶媒に可溶である。

【0033】

化学線への露光後、ハードベークプロセスを実行して、フォトレジストを安定化および硬化させることができる。ハードベークプロセスは、ソフトベークプロセスよりも高い温度で行うことができ、例えば、１００℃～１５０℃で行うことができる。

【0034】

図１Ｃは、第１の介在層１１０の一部分が除去された後の半導体デバイスを示している。

【0035】

図１Ｃを参照すると、構造１０４および上面１０８の上に堆積された第１の介在層１１０の可溶部分を除去するために、次いで、現像ステップが実行される。１つ以上の実施形態では、第１の介在層１１０がポジ型レジストである場合、第１の介在層１１０は、フェノールベースのストリッパ、アセトン、トリクロロエチレンなどを含み得る現像液に曝露させることによって除去され得る。１つ以上の実施形態では、第１の介在層１１０がネガ型レジストである場合、第１の介在層１１０は、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを含み得る現像液に曝露させることによって除去され得る。

【0036】

有利には、１つ以上の実施形態では、第１の介在層１１０の一部分は、凹部１０６内に残る。この１つの利点は、第１の介在層１１０の残りの一部分が、凹部１０６と構造１０４および上面１０８との間の相対的な高さの差を減少させることである（すなわち、第１の介在層により第１の高さ１０３が増大する）。したがって、第１の高さ１０３と第２の高さ１０５との間の差が減少し、その結果、トポグラフィが改善される。

【0037】

様々な実施形態では、現像ステップ後、基板のトポグラフィのメトリックを測定することができる。トポグラフィメトリックには、例えば、第１の介在層１１０の平坦性または均一性が含まれ得る。トポグラフィメトリックは、光学計測技術を使用して測定することができる。例えば、介在層１１０の厚さを、異なる位置で測定することができ、または介在層１１０の上面の高さを、異なる位置で水平面に対して測定することができる。次いで、統計的分布を使用して、介在層１１０の平坦性または均一性の尺度を得ることができる。トポグラフィを測定するためのあまり使用されない他のメトリックにはまた、例えば、基板１０２の表面粗さの測定などの表面技術が含まれ得る。

【0038】

１つ以上の実施形態では、トポグラフィメトリックをターゲットトポグラフィメトリックと比較することができる。一実施形態では、測定されたトポグラフィメトリックがそのトポグラフィメトリックを満たす場合、従来のリソグラフィプロセスを使用して、基板上に微細構造の後続のパターンを形成することができる。他の実施形態では、トポグラフィメトリックがターゲットトポグラフィメトリックを満たさない場合、上述のプロセスは、ターゲットトポグラフィメトリックが満たされるまで繰り返され得る。

【0039】

図１Ｄを参照すると、第２の材料１１４が、スピンオン堆積を使用して基板上に堆積される。図１Ｄに示されるように、第２の材料１１４は、第１の介在層１１０の堆積よりも平坦な様式で堆積されている。第２の材料１１４の組成は、ターゲットトポグラフィメトリックが以前のステップで満たされていたかどうかに依存する。ターゲットトポグラフィメトリックが満たされた１つ以上の実施形態では、第２の材料１１４は、微細加工された構造の後続のパターンを形成するためにリソグラフィプロセスで使用されるフォトレジストを含み得る。１つ以上の実施形態では、ターゲットトポグラフィメトリックが満たされない場合、第２の材料１１４は、基板１０２の作動面を更に平坦化することを意図した第１の介在層１１０と同じ材料を含む、第２の介在層であってもよい。

【0040】

図２は、本発明の一実施形態による、基板の作動面を平坦化するために使用されるプロセスフローの一例を示すフローチャートである。

【0041】

ブロック２００に示され、図１Ａを参照して説明されるように、互いに対して高さが異なる微細加工された構造を有する基板１０２が、基板１０２の作動面にわたって形成される。微細加工された構造間の高さの差は、基板１０２の作動面にわたって非平坦トポグラフィを画定する。

【0042】

次いでブロック２０２に示され、図１Ｂを参照して説明されるように、第１の介在層１１０が、スピンオン堆積を使用して基板にわたって堆積される。次にブロック２０４に示され、図１Ｂを参照して説明されるように、第１の介在層１１０が、放射線１１２のパターンに露光される。

【0043】

更にブロック２０６に示され、図１Ｃを参照して説明されるように、第１の介在層が現像されて、構造１０４および上面１０８の上に堆積された第１の介在層１１０の一部分を除去する。

【0044】

有利にも、上述のように、第１の介在層１１０の一部分を凹部内に残しながら、より高い表面上に堆積された第１の介在層１１０の一部分を除去することにより、微細加工された構造間の相対的な高さを減少させる。この１つの利点は、基板１０２の作動面の平坦性を改善することである。

【0045】

次いでブロック２０８に示され、図１Ｃを参照して説明されるように、基板１０２の作動面にわたってトポグラフィメトリックが測定される。次にブロック２１０に示されるように、測定されたトポグラフィメトリックがターゲットトポグラフィメトリックと比較される。様々な実施形態では、ターゲットトポグラフィメトリックは、光学技術または電子顕微鏡技術を用いて測定された水平面に対する表面高さであってもよい。１つ以上の実施形態では、表面の高さは、使用されているプロセス機器の公差レベル、例えばリソグラフィ画像化ツールの焦点深度に基づいて、画定することができる。１つ以上の実施形態では、上面の表面高さの標準偏差をターゲット標準偏差と比較することができ、ターゲット標準偏差外のトポロジは、トポグラフィメトリックを満たさないものとしてマークすることができる。他の実施形態では、ターゲットトポグラフィ測定値は、第１の介在層１１０の均一性として画定され得る。第１の介在層１１０の平坦性または均一性は、光学計測技術を使用して測定することができる。測定されたトポグラフィメトリックがターゲットトポグラフィメトリックを満たす場合、方法は、ブロック２１２に進み、従来のリソグラフィプロセスを使用して基板１０２上に微細構造の後続のパターンを形成することができる。

【0046】

測定されたトポグラフィメトリックがターゲットトポグラフィメトリックを満たさない場合、方法は、ブロック２１４に進む。

【0047】

次にブロック２１３に示されるように、微細加工デバイスの後続のパターンを形成した後、微細加工デバイスの後続のパターンのトポグラフィメトリックが閾値トポグラフィメトリックと比較される。微細加工されたデバイスの後続のパターンのトポグラフィメトリックが閾値トポグラフィメトリックよりも大きいと判定したことに応じて、プロセスは、ブロック２１４に進む。

【0048】

対照的に、トポグラフィメトリックが閾値トポグラフィメトリック以下であると判定すると、プロセスは、ブロック２１６に進み、標準的な半導体デバイス処理が続行される。

【0049】

次にブロック２１４に示され、図１Ｄを参照して説明されるように、ターゲットトポグラフィメトリックが測定されたトポグラフィメトリックを満たさない場合、スピンオン堆積を使用して基板上に追加の介在層が堆積される。１つ以上の実施形態では、追加の介在層は、第１の介在層１１０と同じ材料を含み得る。追加の介在層を堆積させた後、方法は、ターゲットトポグラフィメトリックが満たされるまで、ブロック２０４～２１２を繰り返す。

【0050】

図３Ａ～図３Ｂは、測定されたトポグラフィメトリックがターゲットトポグラフィメトリックを満たさない場合に基板を更に平坦化する一例を示している。したがって、図３Ａ～図３Ｃは、図１Ａ～図１Ｄから続いている。

【0051】

図３Ａ～図３Ｂは、本出願の一実施形態による、製造の様々な段階中の半導体デバイスの断面図であり、ここで、図３Ａは、放射線のパターンに第２の介在層を露光させた後の半導体デバイスを示し、図３Ｂは、第２の介在層を現像した後のデバイスを示す。

【0052】

図３Ａを参照すると、第２の介在層３１４が、スピンオン堆積を使用して基板上に堆積され、放射線１１２のパターンに露光される。図３Ａに示されるように、第２の介在層３１４は、微細構造間の相対的な高さの差の減少により、第１の介在層１１０が堆積されたときと比較して改善された平坦性で堆積されている。１つ以上の実施形態では、第２の介在層３１４は、第１の介在層１１０と同じ材料を含み得る。放射線のパターンは、同じ材料を含むことができ、図１Ｂで説明したのと同じ方法で形成することができる。

【0053】

図３Ｂを参照すると、第２の介在層３１４は、現像ステップを受けて、構造１０４および上面１０８を覆う第２の介在層３１４の一部分を除去する。現像ステップは、同じ材料を含むことができ、図１Ｃで説明したのと同じ方法で実行することができる。

【0054】

図３Ｂに示されるように、上述の理由により、凹部１０６と構造１０４および上面１０８との間の相対的な高さの差は、第２の介在層３１４によって更に減少する。この結果、基板１０２の平坦化が更に改善される。

【0055】

本発明の例としての実施形態を、ここに要約する。他の実施形態も、本明細書の全体および本明細書で出願される特許請求の範囲から理解され得る。

【0056】

実施形態１．基板を平坦化する方法であって、微細加工された構造が基板の作動面にわたって非平坦トポグラフィを画定するように、基板の作動面に垂直な方向で互いに対して高さが異なる微細加工された構造を有する基板を受け取ることと、スピンオン堆積によって基板の作動面上に第１の層を堆積することであって、第１の層が溶解度シフト剤を含み、その結果、非平坦膜をもたらす、ことと、化学線の第１のパターンに第１の層を露光させることであって、化学線の第１のパターンが基板のトポグラフィに基づき、化学線の第１のパターンが、第１の層の非平坦トポグラフィの上部領域が所定の溶媒に可溶であり、且つ第１の層の非平坦トポグラフィの下部領域が所定の溶媒に不溶であるように、第１の層の溶解度を変化させる、ことと、第１の層の可溶部分が除去されるように、所定の溶媒を使用して第１の層を現像することと、スピンオン堆積によって基板の作動面上に第２の層を堆積することであって、第２の層の上面が、第１の層を現像する前の第１の層の上面と比較してより大きい平坦性を有する、ことと、を含む、方法。

【0057】

実施形態２．化学線の第１のパターンが、直接描画システムを使用して投影される、実施形態１に記載の方法。

【0058】

実施形態３．微細加工された構造が、５マイクロメートル超の相対的な高さの差を有する、実施形態１または２のいずれか１つに記載の方法。

【0059】

実施形態４．微細加工された構造が、５０ナノメートル超の相対的な高さの差を有する、実施形態１～３のいずれか１つに記載の方法。

【0060】

実施形態５．第２の層が、溶解度シフト剤を含み、化学線の第１のパターンに第２の層を露光させることであって、化学線の第１のパターンが、第２の層の上部領域が所定の溶媒に可溶であり、且つ第２の層の下部領域が所定の溶媒に不溶であるように、第２の層の溶解度を変化させる、ことと、第１の層の可溶部分が除去されるように、所定の溶媒を使用して第２の層を現像することと、を更に含む、実施形態１～４のいずれか１つに記載の方法。

【0061】

実施形態６．基板を平坦化する方法であって、第１の面および第２の面を有する、非平坦面を有する基板を受け取ることであって、第１の面が、第２の面と比較してより大きいｚ高さを有する、ことと、スピンオン堆積によって基板の作動面上に第１の層を堆積することであって、第１の層が溶解度シフト剤を含み、その結果、第１の面および第２の面の両方を覆う非平坦膜をもたらす、ことと、化学線の第１のパターンに第１の層を露光させることであって、化学線の第１のパターンが第１の面および第２の面の座標位置に基づき、化学線の第１のパターンが、第１の面上にある第１の層の部分が所定の溶媒に可溶であり、且つ第２の面上にある第１の層の部分が所定の溶媒に不溶であるように、第１の層の溶解度を変化させる、ことと、第１の層の可溶部分が除去されるように、所定の溶媒を使用して第１の層を現像することと、スピンオン堆積によって基板の作動面上に第２の層を堆積することであって、第２の層の上面が、第１の層を現像する前の第１の層の上面と比較してより大きい均一性を有する、ことと、を含む、方法。

【0062】

実施形態７．化学線の第１のパターンが、直接描画システムを使用して投影される、実施形態６に記載の方法。

【0063】

実施形態８．化学線の第１のパターンに第２の層を露光させることであって、化学線の第１のパターンが第１の面および第２の面の座標位置に基づき、化学線の第１のパターンが、第１の面上にある第２の層の部分が所定の溶媒に可溶であり、且つ第２の面上にある第２の層の部分が所定の溶媒に不溶であるように、第２の層の溶解度を変化させる、ことと、第２の層の可溶部分が除去されるように、所定の溶媒を使用して第２の層を現像することと、を更に含む、実施形態６または７のいずれか１つに記載の方法。

【0064】

実施形態９．第１の面が、第２の面と比較して、少なくとも５マイクロメートルより大きいｚ高さを有する、実施形態６～８のいずれか１つに記載の方法。

【0065】

実施形態１０．第１の面が、第２の面と比較して、少なくとも５０ｎｍより大きいｚ高さを有する、実施形態６～９のいずれか１つに記載の方法。

【0066】

実施形態１１．化学線の第１のパターンが、１９３ｎｍ～４０５ｎｍの波長を有する、実施形態６～１０のいずれか１つに記載の方法。

【0067】

実施形態１２．デバイスを形成する方法であって、基板の主面にわたって形成されたデバイス特徴部の第１のセットおよびデバイス特徴部の第２のセットを含む基板を受け取ることであって、デバイス特徴部の第１のセットがデバイス特徴部の第２のセットよりも大きい高さを有し、デバイス特徴部の第１のセットとデバイス特徴部の第２のセットとの間の高さの差が、基板の主面にわたって非平坦トポグラフィを形成する、ことと、基板上に第１の介在層をスピンコーティングすることと、放射線の第１の局在パターンに基板を露光させることであって、放射線の第１の局在パターンが直接描画リソグラフィを使用して投影される、ことと、第１の介在層を現像して、デバイス特徴部の第１のセットとデバイス特徴部の第２のセットとの間の高さの差を減少させることと、基板の主面にわたってトポグラフィメトリックを測定することと、を含む、方法。

【0068】

実施形態１３．トポグラフィメトリックをターゲットトポグラフィメトリックと比較することと、トポグラフィメトリックがターゲットトポグラフィメトリックを満たすと判定したことに応じて、従来のリソグラフィプロセスを使用してデバイス特徴部の後続のパターンを形成することと、を更に含む、実施形態１２に記載の方法。

【0069】

実施形態１４．トポグラフィメトリックをターゲットトポグラフィメトリックと比較することと、トポグラフィメトリックがターゲットトポグラフィメトリックと異なると判定したことに応じて、基板上に第２の介在層をスピンコーティングし、放射線の第１の局在パターンに基板を露光させ、第２の介在層を現像してデバイス特徴部の第１のセットとデバイス特徴部の第２のセットとの間の高さの差を更に減少させることと、を更に含む、実施形態１２または１３のいずれか１つに記載の方法。

【0070】

実施形態１５．第１の介在層がポジ型フォトレジストを含み、放射線の局在パターンが、デバイス特徴部の第１のセット上に形成される、実施形態１２～１４のいずれか１つに記載の方法。

【0071】

実施形態１６．第１の介在層がネガ型フォトレジストを含み、放射線の局在パターンが、デバイス特徴部の第２のセット上に形成される、実施形態１２～１５のいずれか１つに記載の方法。

【0072】

実施形態１７．第１の放射線が、化学線を含む、実施形態１２～１６のいずれか１つに記載の方法。

【0073】

実施形態１８．第１の放射線が、１９３ｎｍ～４０５ｎｍの波長を有する、実施形態１２～１７のいずれか１つに記載の方法。

【0074】

実施形態１９．デバイス特徴部の第１のセットとデバイス特徴部の第２のセットとの間の高さの差が、５マイクロメートル超である、実施形態１２～１８のいずれか１つに記載の方法。

【0075】

実施形態２０．デバイス特徴部の第１のセットとデバイス特徴部の第２のセットとの間の高さの差が、５０ｎｍ超である、実施形態１２～１９のいずれか１つに記載の方法。

【0076】

前述の説明では、処理システムの特定のジオメトリ並びにそこで使用される様々な構成要素およびプロセスの説明など、特定の詳細について記載してきた。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で実施されてもよく、そのような詳細は、説明のためのものであり、限定のためのものではないことを理解されたい。本明細書に開示の実施形態を、添付図面を参照して説明してきた。同様に、説明の目的のため、完全な理解をもたらすために特定の数、材料、および構成を明らかにしてきた。それにもかかわらず、そのような具体的詳細なしで、実施形態を実施することができる。実質的に同一の機能的構成を有する構成要素は、同様の参照符号によって示され、したがっていかなる冗長な説明も省略される場合がある。

【0077】

様々な実施形態の理解を支援するために、様々な技術を複数の個別の動作として説明してきた。記述の順序は、これらの動作が必然的に順序依存であることを示唆するものと解釈されるべきではない。実際、これらの動作は提示した順序で実行される必要はない。説明された動作は、説明された実施形態と異なる順序で実行されてもよい。様々な追加動作が実行されてもよく、且つ／または説明された動作が追加の実施形態では省略されてもよい。

【0078】

当業者であれば、本発明の同じ目的を達成しながら、上で説明した技術の動作に対してなされる多くの変形形態が存在し得ることも理解するであろう。そのような変形形態は、本開示の範囲に包含されることが意図される。したがって、本発明の実施形態の上述の説明は、限定することを意図したものではない。むしろ、本発明の実施形態に対する全ての限定は以下の請求項に示されている。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【国際調査報告】