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(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】2024-08-16
(54)【発明の名称】パターン形成方法
(51)【国際特許分類】
G03F 7/20 20060101AFI20240808BHJP
G03F 7/38 20060101ALI20240808BHJP
G03F 7/40 20060101ALI20240808BHJP
【ＦＩ】
G03F7/20 521
G03F7/20 501
G03F7/38 501
G03F7/38 511
G03F7/40 511
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024509088
(86)(22)【出願日】2022-08-15
(85)【翻訳文提出日】2024-02-15
(86)【国際出願番号】 US2022040368
(87)【国際公開番号】W WO2023022996
(87)【国際公開日】2023-02-23
(31)【優先権主張番号】63/233,559
(32)【優先日】2021-08-16
(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】フルフォード，ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】グルゼスコヴィアク，ジョディ
(72)【発明者】
【氏名】フルフォード，エイチ．ジム
(72)【発明者】
【氏名】スミス，ショーン
(72)【発明者】
【氏名】ムコーパデャイ，パーサ
(72)【発明者】
【氏名】マーフィー，マイケル
(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
【Ｆターム（参考）】
2H196AA25
2H196DA01
2H196EA02
2H196FA01
2H196GA08
2H196HA36
2H196JA02
2H196JA03
2H197AA12
2H197AB07
2H197CA05
2H197CA06
2H197CA08
2H197HA03
(57)【要約】
サブ解像度フィーチャを形成する方法であって、基板上に形成されたフォトレジスト層を、第１の限界寸法でフィーチャを形成するように構成されたマスクを通して、３６５ｎｍ以上の第１の波長を有する第１の紫外光（ＵＶ）放射で露光することであって、フォトレジスト層は、第１のＵＶ放射で露光した後に、第１のＵＶ放射で露光された第１の部分と、第１のＵＶ放射で露光されていない第２の部分とを含むことと、第１の部分及び第２の部分を第２のＵＶ放射で露光することと、フォトレジスト層を第２のＵＶ放射で露光した後に、フォトレジスト層を現像して、第１の限界寸法よりも小さい第２の限界寸法を有するサブ解像度フィーチャを形成することと、を含む方法。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サブ解像度フィーチャを形成する方法であって、基板上に形成されたフォトレジスト層を、第１の限界寸法でフィーチャを形成するように構成されたマスクを通して、３６５ｎｍ以上の第１の波長を有する第１の紫外光（ＵＶ）放射で露光することであって、前記フォトレジスト層は、前記第１のＵＶ放射で露光した後に、前記第１のＵＶ放射で露光された第１の部分と、前記第１のＵＶ放射で露光されていない第２の部分とを含むことと、
前記第１の部分及び前記第２の部分を第２のＵＶ放射で露光することと、
前記フォトレジスト層を前記第２のＵＶ放射で露光した後に、前記フォトレジスト層を現像して、前記第１の限界寸法よりも小さい第２の限界寸法を有する前記サブ解像度フィーチャを形成することと、
を含む、方法。
【請求項2】
スペーサパターニングを更に含み、前記スペーサパターニングは、前記サブ解像度フィーチャ上にスペーサ材料の層を堆積させることと、
スペーサエッチバックを行って、前記スペーサ材料の側方部分を除去することと、
プルエッチングを行って、前記サブ解像度フィーチャを除去し、スペーサパターンを形成することと、
前記スペーサパターンをエッチングマスクとして使用してパターン転写エッチングを行うことと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
現像する前に、前記基板を熱処理することにより露光後ベイクを行うことを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記フィーチャの第１の高さよりも低い高さを有する前記サブ解像度フィーチャを形成するために、前記第１の部分及び前記第２の部分を前記第２のＵＶ放射で露光するための条件を選択することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
２００ｎｍ～３６０ｎｍの間の幅、２０ｎｍ～９００ｎｍの間の高さ、又は３～１００の間の高さ対幅の比率を有する前記サブ解像度フィーチャを形成するために、前記第１の部分及び前記第２の部分を前記第２のＵＶ放射で露光するための条件を選択することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記第１の部分及び前記第２の部分を前記第２のＵＶ放射で露光することは、独立してアドレス指定可能な投影点のアレイを有するピクセルベースの投影システムを使用して行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の波長が３６５ｎｍであり、第２の波長が２６６ｎｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
サブ解像度フィーチャを形成する方法であって、基板上に形成されたフォトレジスト層を、第１の限界寸法でフィーチャを形成するように構成された第１のマスクを通して、３６５ｎｍ以上の第１の波長を有する第１の紫外光（ＵＶ）放射で露光することであって、前記フォトレジスト層は、前記第１のＵＶ放射で露光した後に、前記第１のＵＶ放射で露光された第１の部分と、前記第１のＵＶ放射で露光されていない第２の部分とを含むことと、
前記フォトレジスト層を前記第１のＵＶ放射で露光した後に、前記フォトレジスト層を現像して、前記第１の部分を除去することと、
前記フォトレジスト層上に樹脂を堆積させることと、
前記第２の部分を第２の波長を有する第２のＵＶ放射で露光することと、
前記フォトレジスト層を前記第２のＵＶ放射で露光した後に、前記フォトレジスト層を現像して、前記第１の限界寸法よりも小さい第２の限界寸法を有する前記サブ解像度フィーチャを形成することであって、前記サブ解像度フィーチャは、前記フォトレジスト層と前記樹脂との間のトレンチを含むことと、
を含む、方法。
【請求項9】
前記第２の部分を前記第２のＵＶ放射で露光する前に前記樹脂を堆積させ、前記第２のＵＶ放射は、前記第２の部分内で酸を生成する光化学反応を誘起し、前記酸は、前記樹脂内に横方向に拡散して、前記樹脂の側壁に酸反応層を形成する、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記フォトレジスト層を前記第２のＵＶ放射で露光した後に前記フォトレジスト層を現像することにより、前記酸反応層を除去し、前記酸反応層の幅が前記第２の限界寸法を決定する、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記第２の部分を前記第２のＵＶ放射で露光する前に、前記第２のＵＶ放射の光路に第２のマスクを挿入することを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
前記樹脂は、前記第２の部分を前記第２のＵＶ放射で露光した後に前記フォトレジスト層上に堆積され、前記第２の部分を露光することは、前記第２の部分の一部を変換することにより前記第２のＵＶ放射で露光された第３の部分を形成することを含み、残りの第２の部分は、前記第２のＵＶ放射で露光されていない第４の部分を形成する、請求項８に記載の方法。
【請求項13】
前記第３の部分が前記第４の部分の側壁を覆う、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記フォトレジスト層を現像することは、前記樹脂の上部を除去して前記第３の部分を露出させることと、前記第３の部分を除去することとを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項15】
前記サブ解像度フィーチャをアンチスペーサとして使用してパターン転写エッチングを行うことを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項16】
処理用のウェーハを受け入れるようにサイズ設定及び構成されたチャンバと、２００ｍｍウェーハを保持するウェーハホルダと、
３６５ｎｍの第１の波長を有する第１のＵＶ放射を発するように構成された第１の紫外光（ＵＶ）放射源であって、前記第１のＵＶ放射源は、前記第１のＵＶ放射に基づく第１の光学解像度限界よりも大きい第１の限界寸法を有する第１のフィーチャを形成するように構成される、第１の紫外光（ＵＶ）放射源と、
第２の波長を有する第２のＵＶ放射を発するように構成された第２のＵＶ放射源であって、前記第２のＵＶ放射源は、前記第２のＵＶ放射に基づく第２の光学解像度限界よりも大きい第２の限界寸法を有する第２のフィーチャを形成するように構成される、第２のＵＶ放射源と、
を含むリソグラフィツールであって、
前記リソグラフィツールは、
前記第１の限界寸法で前記第１のフィーチャを形成するように構成された第１のマスクを通して、前記ウェーハ上に形成されたフォトレジスト層を前記第１のＵＶ放射で露光し、前記フォトレジスト層は、前記第１のＵＶ放射で露光された第１の部分と、前記第１のＵＶ放射で露光されていない第２の部分とを含み、
前記第２の部分を前記第２のＵＶ放射で露光して、前記第１の光学解像度限界よりも小さい限界寸法を有するサブ解像度フィーチャを画定する
命令を含む、リソグラフィツール。
【請求項17】
前記第２の部分を前記第２のＵＶ放射で露光するように構成された画像投影システムを更に含む、請求項１６に記載のリソグラフィツール。
【請求項18】
前記画像投影システムは、デジタル光処理（ＤＬＰ）デバイス又は回折格子ライトバルブ（ＧＬＶ）デバイスを含む、請求項１７に記載のリソグラフィツール。
【請求項19】
前記画像投影システムは、前記第２のＵＶ放射の光強度又は光周波数を変更することにより、前記第２のＵＶ放射を空間的に制御するように構成される、請求項１７に記載のリソグラフィツール。
【請求項20】
前記サブ解像度フィーチャの前記限界寸法は、前記第２の光学解像度限界よりも小さい、請求項１６に記載のリソグラフィツール。
【請求項21】
前記第２の部分を前記第２のＵＶ放射で露光する前に、第２のマスクを挿入する命令を更に含む、請求項１６に記載のリソグラフィツール。
【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、２０２１年８月１６日に出願された米国仮特許出願第６３／２３３，５５９号、及び２０２１年１１月４日に出願された米国非仮特許出願第１７／５１９，２９２号の利益を主張するものであり、これらの出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年８月１６日に出願された米国仮特許出願第６３／２３３，５５９号、及び２０２１年１１月４日に出願された米国非仮特許出願第１７／５１９，２９２号の利益を主張するものであり、これらの出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、概して、基板を処理する方法に関し、具体的な実施形態において、パターンを形成する方法に関する。
【背景技術】
【0003】
一般に、集積回路（ＩＣ）などの半導体デバイスは、半導体基板上に誘電体、導電体、及び半導体材料の層を連続的に堆積させ、パターニングして、電子部品及び相互接続素子（例えば、トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、金属線、接点、ビア）をモノリシック構造に集積させたネットワークを形成することにより製造される。連続的な各技術ノードにおいて、最小フィーチャサイズを縮小させて、部品実装密度をほぼ２倍にすることにより、コストを削減している。
【0004】
フォトリソグラフィは、半導体製造における一般的なパターニング方法である。フォトリソグラフィプロセスは、放射線感受性材料を含むフォトレジストのコーティングを化学線のパターンに露光して、レリーフパターンを画定することにより開始することができる。例えば、ポジ型フォトレジストの場合、フォトレジストの照射部分は、現像溶媒を使用する現像ステップにより溶解及び除去され、フォトレジストのレリーフパターンを形成することができる。レリーフパターンは、次に、フォトレジストの下のターゲット層、又はターゲット層の上に形成された下層のハードマスク層に転写することができる。ナノスケールフィーチャでパターニングするためのコスト及び品質要件を満たすために、フォトリソグラフィ技術に関する革新が必要とされ得る。
【発明の概要】
【0005】
本発明の一実施形態によれば、サブ解像度フィーチャを形成する方法であって、基板上に形成されたフォトレジスト層を、第１の限界寸法でフィーチャを形成するように構成されたマスクを通して、３６５ｎｍ以上の第１の波長を有する第１の紫外光（ＵＶ）放射で露光することであって、フォトレジスト層は、第１のＵＶ放射で露光した後に、第１のＵＶ放射で露光された第１の部分と、第１のＵＶ放射で露光されていない第２の部分とを含むことと、第１の部分及び第２の部分を第２のＵＶ放射で露光することと、フォトレジスト層を第２のＵＶ放射で露光した後に、フォトレジスト層を現像して、第１の限界寸法よりも小さい第２の限界寸法を有するサブ解像度フィーチャを形成することと、を含む方法。
【0006】
本発明の一実施形態によれば、サブ解像度フィーチャを形成する方法であって、基板上に形成されたフォトレジスト層を、第１の限界寸法でフィーチャを形成するように構成された第１のマスクを通して、３６５ｎｍ以上の第１の波長を有する第１の紫外光（ＵＶ）放射で露光することであって、フォトレジスト層は、第１のＵＶ放射で露光した後に、第１のＵＶ放射で露光された第１の部分と、第１のＵＶ放射で露光されていない第２の部分とを含むことと、フォトレジスト層を第１のＵＶ放射で露光した後に、フォトレジスト層を現像して、第１の部分を除去することと、フォトレジスト層上に樹脂を堆積させることと、第２の部分を第２の波長を有する第２のＵＶ放射で露光することと、フォトレジスト層を第２のＵＶ放射で露光した後に、フォトレジスト層を現像して、第１の限界寸法よりも小さい第２の限界寸法を有するサブ解像度フィーチャを形成することであって、サブ解像度フィーチャは、フォトレジスト層と樹脂との間のトレンチを含むことと、を含む方法。
【0007】
本発明の一実施形態によれば、処理用のウェーハを受け入れるようにサイズ設定及び構成されたチャンバと、２００ｍｍウェーハを保持するウェーハホルダと、３６５ｎｍの第１の波長を有する第１のＵＶ放射を発するように構成された第１の紫外光（ＵＶ）放射源であって、第１のＵＶ放射に基づく第１の光学解像度限界よりも大きい第１の限界寸法を有する第１のフィーチャを形成するように構成される、第１の紫外光（ＵＶ）放射源と、第２の波長を有する第２のＵＶ放射を発するように構成された第２のＵＶ放射源であって、第２のＵＶ放射に基づく第２の光学解像度限界よりも大きい第２の限界寸法を有する第２のフィーチャを形成するように構成される、第２のＵＶ放射源と、を含むリソグラフィツールであって、リソグラフィツールは、第１の限界寸法で第１のフィーチャを形成するように構成された第１のマスクを通して、ウェーハ上に形成されたフォトレジスト層を第１のＵＶ放射で露光し、フォトレジスト層は、第１のＵＶ放射で露光された第１の部分と、第１のＵＶ放射で露光されていない第２の部分とを含み、第２の部分を第２のＵＶ放射で露光して、第１の光学解像度限界よりも小さい限界寸法を有するサブ解像度フィーチャを画定する命令を含む、リソグラフィツール。
【0008】
本発明及びその利点をより完全に理解するために、ここで、添付図面と併用される以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】一実施形態による、リソグラフィツール及び二次露光用画像投影システムを含む例示的な処理ツールを例示する。
【図2C】第１の紫外線（ＵＶ）放射での第１の露光後の基板の断面図を例示する。
【図2E】第２の紫外線（ＵＶ）放射での第２の露光を開始した後の基板の断面図を例示する。
【図2G】第２のＵＶ露光を完了した後の基板の断面図を例示する。
【図2I】現像した後の基板の断面図を例示する。
【図2K】スペーサ材料を堆積させた後の基板の断面図を例示する。
【図2M】スペーサエッチバックを行った後の基板の断面図を例示する。
【図2O】プルエッチングを行った後の基板の断面図を例示する。
【図2Q】パターン転写エッチングを行った後の基板の断面図を例示する。
【図3A】代替実施形態によるアンチスペーサパターニングを含むサブ解像度フィーチャを形成する方法の異なる段階における基板を例示しており、図３Ａは、第１のＵＶ放射での第１の露光に続いて、フォトレジストの照射部分を除去するために現像した後の基板の断面図を例示する。
【図3C】樹脂を堆積させた後の基板の断面図を例示する。
【図3E】酸を生成し酸反応層を形成するための第２のＵＶ放射での第２の露光後の基板の断面図を例示する。
【図3G】酸反応層を除去するために現像した後の基板の断面図を例示する。
【図3I】パターン転写エッチングを行った後の基板の断面図を例示する。
【図4A】更に別の実施形態によるアンチスペーサパターニングを含むサブ解像度フィーチャを形成する方法の異なる段階における基板を例示しており、図４Ａは、第１のＵＶ放射での第１の露光、フォトレジストの照射部分を除去するための現像、及び第２のＵＶ放射での第２の露光後の基板の断面図を例示する。
【図4C】樹脂を堆積させた後の基板の断面図を例示する。
【図4E】樹脂の上部及び第２のＵＶ放射を吸収したフォトレジストの部分を除去するために現像した後の基板の断面図を例示する。
【図4G】パターン転写エッチングを行った後の基板の断面図を例示する。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本出願は、サブ解像度フィーチャをパターニングするシステム及び方法に関し、より詳細には、フィーチャサイズを縮小するために紫外線（ＵＶ）放射の二次露光を使用するフォトリソグラフィ技術に関する。二次露光を使用することで、本実施形態の方法は、３６５ｎｍ以上の一次紫外線照射を用いるリソグラフィツールを使用して、光学解像度よりも小さいフィーチャのパターニングを有利に可能にすることができる。
【0011】
一般に、製造可能なプロセスの最小フィーチャサイズは、光学解像度によって制限される場合があり、光学解像度はフォトリソグラフィシステムに依存する。高度なフォトリソグラフィ装置の開発により、光学解像度は絶えず向上している。例えば、深紫外線（ＤＵＶ）１９３ｎｍ液浸フォトリソグラフィシステムは、約４０ｎｍまでのフィーチャサイズを印刷することができる。しかしながら、このような液浸リソグラフィシステムは、２００ｍｍウェーハツールでは利用可能でないか、そうでなければ２００ｍｍウェーハフローをこのような装置で改造するには費用が掛かる。他方、２００ｍｍウェーハアプリケーションを含む様々なアプリケーションで、より長い波長を用いる旧式の装置が未だに多く使用されており、このような旧式の装置を使用して、ハイエンド装置によってのみアクセス可能な小さいフィーチャ、例えば２００ｎｍ未満のフィーチャを生産する必要性が長い間感じられている。以下に論じるように、本明細書で論じる様々な実施形態は、ＤＵＶ及び水中浸漬などの高価なリソグラフィ技術に頼ることなく、このようなフィーチャを形成することを可能にする。
【0012】
様々な実施形態は、第１の紫外線（ＵＶ）放射でのレチクルベースの一次露光及び第２のＵＶ放射での二次露光に基づく方法を説明する。ある特定の実施形態では、第１のＵＶ放射は、１９３ｎｍよりも長い、例えば３６５ｎｍ（ｉ線）以上の波長を有し得、有利なことに、ｉ線リソグラフィツールなど（例えば、ｇ線及びｈ線）の使用を可能にする。画像投影システムを第２の露光に使用して、第１のレチクルベースのＵＶ露光により定義されるフィーチャサイズを縮小することによりサブ解像度フィーチャを形成することができる。サブ解像度フィーチャ、例えば、２００ｎｍ未満の限界寸法（ＣＤ）は、２００ｍｍウェーハから製造される多くのチップで有用であり得る。さらに、この二次露光方法をスペーサパターニング及びアンチスペーサパターニングなどの他のパターニング技術と組み合わせることにより、更に小さいフィーチャを可能にすることができる。このような実施形態では、実施形態の方法は、フィーチャの高さを縮小することにより、フィーチャのアスペクト比を有利に制御することもできる。
【0013】
以下では、最初に処理例を図１に例示する。次に、スペーサパターニングと相まってサブ解像度フィーチャを形成する二次露光方法のプロセスについて、図２Ａ～図２Ｒを参照して説明する。次いで、酸拡散を使用するアンチスペーサパターニングと相まった代替実施形態の方法について、図３Ａ～図３Ｊを参照して説明する。次に、アンチスペーサパターニングと相まった別の実施形態について、図４Ａ～図４Ｈを参照して説明する。全ての図面が、例示目的でのみ描かれており、原寸に比例していない。
【0014】
図１は、一実施形態による、リソグラフィツール１１及び第２のＵＶ露光用の画像投影システム１２を含む例示的な処理ツール１０を例示する。
【0015】
図１に例示する例示的な実施形態では、第１のＵＶ露光用のリソグラフィツール１１と第２のＵＶ露光用の画像投影システム１２の両方が処理チャンバ１００に収容されており、ある処理チャンバから別の処理チャンバに基板１１０を移送することなく連続的に実施形態の方法を行うことを可能にする。他の実施形態では、本開示の方法で使用される２つのＵＶ露光は、処理ツールの異なるチャンバで、又は異なる処理ツールで、別々に行われてもよい。
【0016】
図１で、処理チャンバ１００は、基板１１０を受け入れるようにサイズ設定することができる。基板１１０は、様々な実施形態で半導体基板を含み得る。ある特定の実施形態では、基板１１０は、２００ｍｍシリコンウェーハであってもよく、処理チャンバ１００は、それに応じて画像投影システム１２を格納するようにサイズ設定されてもよい。基板１１０は、シリコンウェーハ又はシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハであってもよい。ある特定の実施形態では、基板１１０は、ゲルマニウムウェーハ、シリコンゲルマニウムウェーハ、炭化ケイ素ウェーハ、ヒ化ガリウムウェーハ、窒化ガリウムウェーハ、及び他の化合物半導体を含み得る。他の実施形態では、基板１１０は、シリコンゲルマニウムオンシリコン、窒化ガリウムオンシリコン、シリコンカーボンオンシリコンなどの異種層、並びにシリコンオンシリコン層又はＳＯＩ基板を含む。基板１１０は、任意のタイプのコーティングが施された反射又は非反射シリコンウェーハであってもよい。
【0017】
半導体構造は、例えば従来のプロセスに従って、多数の処理ステップを経ている場合がある。例えば、半導体構造は、様々なデバイス領域が形成された基板１１０を含み得る。この段階において、基板１１０は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）領域などの分離領域及びその中に形成される他の領域を含み得る。
【0018】
基板１１０は、基板ホルダ１２２によって保持され得る。基板ホルダ１２２は、基板１１０上の加工可能エリア上に画像を位置合わせするように構成された基板位置合わせシステム１２４に更に結合され得る。
【0019】
リソグラフィツール１１は、深紫外線（ＤＵＶ）１９３ｎｍ液浸フォトリソグラフィなどの機構を持たない従来のリソグラフィツールであってもよい。様々な実施形態で、リソグラフィツール１１は、２００ｍｍシリコンウェーハを製造するように構成された従来のｉ線リソグラフィツールであってもよい。リソグラフィツール１１は、３６５ｎｍの第１の波長を有する第１のＵＶ放射１０４を照射するように構成された第１の紫外線（ＵＶ）光源１０２を含み得る。様々な実施形態で、ＵＶ光源１０２は、高圧水銀ランプ又などのガスベースのレーザ光源、又はＧａＮレーザなどの固体レーザ光源を含み得る。１つ又は複数の実施形態で、第１の波長は、３６５ｎｍよりも大きくてもよく、例えば４０５ｎｍ（ｈ線）又は４３６ｎｍ（ｇ線）であってもよい。任意選択の反射器１０６を使用して、光源１０２及び基板１１０の位置に応じて第１のＵＶ放射１０４の方向を調整することができる。第１のＵＶ放射１０４は、第１のレンズ系１０８及びフォトマスク１１２を通して照射され得る（第１のＵＶ露光）。フォトマスク１１２としてレチクルを使用してもよい。第１のレンズ系１０８は、第１のＵＶ露光中にフォトマスク１１２のパターンを縮小するように構成された集光レンズ系であってもよい。したがって、フォトマスク１１２と基板１１０は、必ずしも同じスケールでない可能性がある。ある特定の実施形態では、フォトマスク１１２は、６インチ四方の形状を有する溶融石英板を含み得る。リソグラフィツール１１の上記の構成は、例としてのみ説明されており、他のシステムを画像投影システムと組み合わせて使用して、本開示の様々な実施形態の方法を行うことができる。
【0020】
図１をなお参照すると、画像投影システム１２は、処理チャンバ１００内に、処理チャンバ１００に隣接して、又は処理チャンバ１００から遠く離れて設置することができる光源１１４を含む。光源１１４は、第２の波長を有する第２のＵＶ放射１１６を生成するように構成され得る。第２の波長は、第２のＵＶ放射１１６が本方法で使用されるフォトレジスト材料に対してリソグラフィの効果を有し得るように選択され得る。したがって、第２の波長は、第１の波長より短くても長くてもよい。あるいは、第１の波長と第２の波長は同じであってもよい。このような実施形態では、第２のＵＶ放射１１６がサブ解像度フィーチャを形成できるように、強度及び／又は露光時間を異ならせることができる。
【0021】
ある特定の実施形態では、光源１１４は、１９３ｎｍのフッ化アルゴン（ＡｒＦ）レーザ、２４８ｎｍのフッ化クリプトン（ＫｒＦ）レーザ、３０８及び４５９ｎｍの塩化キセノン（ＸｅＣｌ）レーザ、３５３及び４５９ｎｍのフッ化キセノン（ＸｅＦ）レーザ、若しくは３２５～４４２ｎｍのヘリウムカドミウム（ＨｅＣｄ）レーザなどのエキシマレーザ、又はＮｄ－ＹＡＧ２６６ｎｍレーザなどの固体レーザを含み得る。幾つかの実施形態では、第２の波長は、２４８、２６６、又は４０５ｎｍであってもよく、これらの波長の光源は、極端紫外線（ＥＵＶ）レーザ光源と比較して経済的に有利であり得る。
【0022】
レーザビームは、より効率的に加熱及び処理するために平行高強度ビームとすることができる。光源特性は、処理する特定の基板に合わせて調整することができる。１つ又は複数の実施形態で、第２のＵＶ放射１１６は、ウェーハ全体を露光する全面放射パターンであってもよい。代替的に、第２のＵＶ放射１１６は、基板１１０全体にわたって走査されてもよい。第２のＵＶ放射１１６は、画像投影システム１２により空間的に制御されて、例えば、ウェーハ全体にわたる変動を維持するために、フィーチャサイズの微細な変化を可能にすることができる。ある特定の実施形態では、第２のＵＶ露光はピクセルベースであってもよく、その場合、処理すべき基板１１０のエリアはグリッドにより複数のセルに分割され、第２のＵＶ露光の条件はセルごとに個別に選択される。ピクセルベースの第２のＵＶ露光は、デジタル光処理（ＤＬＰ）チップ、回折格子ライトバルブ（ＧＬＶ）、又は他のライトバルブ技術を含む光投影デバイス１１８を使用して行っていてもよい。第２のレンズ系１２０を使用して、収差を最小限に抑えて基板１１０上に基板１１０のサイズの画像を作り出すことができる。様々な実施形態で、例えば、画像投影システム１２は、約１～２ｍｍの空間解像度が可能であり得る。
【0023】
【0024】
図２Ａ及び図２Ｂで、基板１１０は、基板１１０上に形成された中間層２１０を含み得る。中間層２１０は、フォトリソグラフィ後の後続処理においてパターン転写のターゲットとなり得る。様々な実施形態で、中間層２１０は、シリコン、酸窒化ケイ素、有機材料、非有機材料、又は非晶質炭素を含み得る。ある特定の実施形態では、中間層２１０は、シリコン下層反射防止膜（Ｓｉ－ＢＡＲＣ）を使用することなどにより、反射防止特性を有するように選択することもできる。１つ又は複数の実施形態で、中間層２１０は、ハードマスクを含むマスク層であってもよい。ハードマスクは、窒化ケイ素、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、又は窒化チタンを含み得る。さらに、中間層２１０は、例えば、２つの異なる材料を使用する２つ以上の層を含む積層ハードマスクであってもよい。ハードマスクの第１の層は、窒化チタン、チタン、窒化タンタル、タンタル、タングステンベースの化合物、ルテニウムベースの化合物、又はアルミニウムベースの化合物などの金属ベースの層を含んでもよく、ハードマスクの第２の層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、非晶質シリコン、又は多結晶シリコンなどの誘電体層を含んでもよい。中間層２１０は、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、及び原子層堆積（ＡＬＤ）を含む蒸着、並びにプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、及び他のプロセスなどの他のプラズマプロセス、などの堆積技術を使用して堆積されてもよい。
【0025】
フォトレジスト２２０の層が、例えばコーティングプロセス又はスピンオンプロセスを使用して、中間層２１０上に堆積されてもよい。様々な実施形態で、フォトレジスト２２０は、感光性有機材料を含んでもよく、例えば、従来のスピンコーティング技術により、溶液から塗布されてもよい。幾つかの実施形態では、フォトレジスト２２０は、ポジ型レジスト又は代替的にネガ型レジストを含み得る。ある特定の実施形態では、フォトレジスト２２０の溶液は、処理ツールに装備されたディスペンサから分配されてもよい。フォトレジスト２２０は、基板１１０の上面全体を均一に覆うことができる（図２Ｂ）。
【0026】
【0027】
図２Ｃ及び図２Ｄで、第１のＵＶ露光に応答して、第１のＵＶ放射１０４で露光された部分（第１の反応部分２３０）が光化学反応する。様々な実施形態で、第１のＵＶ露光の結果として、第１の反応部分２３０は、現像溶媒に溶解可能となり得、後のステップで除去され得る。図２Ｃ及び図２Ｄに例示されるように、フォトレジスト２２０の第１のＵＶ放射１０４で露光されない部分は、損傷を受けず反応しないままである。ある特定の実施形態では、基板１１０を熱処理することにより露光後ベイクを行ってもよく、例えば、いくつかの実施形態ではソフトベイクを行ってもよい。１つ又は複数の実施形態で、露光後ベイクは、８０～１４０℃で行うことができる。
【0028】
【0029】
図２Ｅ及び図２Ｆで、画像投影システム（例えば、図１の画像投影システム１２）を使用して、第２のＵＶ放射１１６が照射される（第２のＵＶ露光）。第２のＵＶ露光は、第１のＵＶ露光中に露光されなかったフォトレジスト２２０の部分を光化学的に修飾し、第２の反応部分２４０を形成することができる。化学的には、第２の反応部分２４０は、特に露光後ベイクが行われないとき、第１の反応部分２３０と同様であるが、説明のためにそれらは異なる領域として例示されている。
【0030】
様々な実施形態で、照射される材料（例えば、フォトレジスト２２０）の吸収係数は、第１のＵＶ露光よりも第２のＵＶ露光で大きくなり得る。換言すれば、第２のＵＶ放射１１６のフォトレジスト２２０への侵入深さは、第１のＵＶ放射１０４よりも小さい。波長及び露光条件を適切に選択することにより、第２のＵＶ露光は、フォトレジスト２２０の未反応部分の上部及び側壁に第２の反応部分２４０の層を形成する。換言すれば、第２のＵＶ露光は、フォトレジスト２２０の一部を未反応のまま残すように微調整される。第２の反応部分２４０の層は、図２Ｇ及び図２Ｈを参照して以下に説明するように、第２のＵＶ露光の線量を増加させることにより更に拡張することができる。線量は、光強度、露光時間、又はその両方を増加させることにより増加させることができる。
【0031】
【0032】
図２Ｇ及び図２Ｈで、基板１１０は、図２Ｅよりも大きな線量の第２のＵＶ露光で露光されている。結果として、図２Ｅと比較して、第２の反応部分２４０は大きくなり、フォトレジスト２２０の未反応部分は小さくなる。したがって、上記のように第２のＵＶ露光を適用することは、フォトレジスト２２０の未反応部分により画定されるフィーチャサイズを縮小するために使用され得る（例えば、図２Ｃと図２Ｇを比較されたい）。
【0033】
第１の反応部分２３０と同様に、第２の反応部分２４０は、現像溶媒に溶解可能となり得、後のステップで除去され得る。異なる実施形態で以下に更に詳細に説明するように、第１の反応部分２３０及び第２の反応部分２４０は、単一の現像ステップで一緒に除去され得る（例えば、図２Ｉ及び図２Ｊ）。あるいは、ある特定の実施形態では、２つ以上の現像ステップを行って、それらを別々に除去してもよく（例えば、図３Ａ～図３Ｈ及び図４Ａ～図４Ｆ）、スペーサ／アンチスペーサパターニングなどの様々なパターニング技術が可能になる。
【0034】
様々な実施形態で、第２のＵＶ露光は、フラッド露光（すなわち、パターンのない全面放射）として行われてもよい。これを使用して、基板１１０全体にわたって均一にフィーチャの縮小を達成することができる。他の実施形態では、第２のＵＶ露光は、上述したような画像投影システムを使用する空間的に制御された投影により行われてもよい。図は単一セットのフィーチャ（例えば、フォトレジスト２２０）のみを例示しているが、基板１１０上の異なる場所にある異なるフィーチャが、空間的に制御された投影による第２のＵＶ露光の異なる条件（例えば、異なる線量）下で処理されてもよい。これは、第１のＵＶ露光中にスキャナ、ステッパ、又は他のレチクルベースの露光システム（例えば、ｉ線リソグラフィツール）により作成された限界寸法（ＣＤ）を微調整する際に有用であり得る。例えば、第２のＵＶ放射１１６は基板１１０全体にわたって走査され得るので、線量は、ウェーハ全体にわたる変動などの変動を考慮するために変更され得る。このような空間光投影をリソグラフィ露光と組み合わせることにより、基板の表面全体にわたるＣＤ均一性（ＣＤＵ）の大幅な改善を達成することもできる。換言すれば、第１のＵＶ露光（例えば、リソグラフィレチクルベースの露光）と組み合わせた第２のＵＶ露光（例えば、ピクセルベースの露光）は、そうでなければ許容できないか、又は欠陥をもたらすことになるフィーチャ寸法を補正することができる。
【0035】
したがって、本開示の実施形態は、リソグラフィツール（例えば、図１のリソグラフィツール１１）の要件を緩和する際に、様々な利益を有利に提供することができる。例えば、第２のＵＶ露光によるＣＤ補正の能力は、フォトレジスト層（例えば、図２Ａのフォトレジスト２２０）の初期膜厚／表面粗さのより広い変動を可能にし得、フォトレジストは単一ステップで塗布され得る。従来の方法では、膜厚／表面粗さの許容可能な変動の範囲内でフォトレジスト膜を形成するために、基板に複数の化学物質を塗布する必要がある場合があり、それにより、リソグラフィツールに化学物質のより大きな貯蔵及び分配容量が必要となる場合がある。本実施形態の方法は、化学物質の貯蔵及び分配容量が低いリソグラフィツールを使用することを可能にすることができる。さらに、本実施形態の方法により膜厚均一性の要件が緩和され得るので、単一の化学物質のみが必要とされる可能性がある。
【0036】
第２のＵＶ放射１１６の後に露光後ベイクが行われる。露光後ベイクは、いくつかの実施形態では、第１のＵＶ放射１０４と第２のＵＶ放射１１６の両方に共通であってもよい。
【0037】
【0038】
図２Ｉ及び図２Ｊで、基板１１０は、現像液を使用する従来の現像方法により処理されて、第１の反応部分２３０及び第２の反応部分２４０が除去される。結果として、フォトレジスト２２０及び中間層２１０の未反応部分は露出する（図２Ｊ）。フォトレジストの現像は、現像液を使用して行うことができる。様々な実施形態で、現像液は、金属鉄非含有（ＭＩＦ）現像剤、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の水溶液を含み得る。他の実施形態では、現像液は、金属イオン含有現像剤、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液を含み得る。様々な実施形態で、二次ＵＶ露光に起因して、この段階におけるフォトレジスト２２０の未反応部分のフィーチャサイズは、従来のｉ線リソグラフィツールの光学解像度よりも小さくなり得る（例えば、サブミクロン）。例えば、ある特定の実施形態では、フォトレジスト２２０の未反応部分の限界寸法（ＣＤ）及び高さは、２００ｎｍ以下であり得る。一実施形態では、二次露光は、フィーチャサイズ（例えば、図２Ｃ～図２Ｉのフォトレジスト２２０）をＣＤで４０％、高さで８０％縮小し得る。フォトレジスト２２０のこれらの縮小されたフィーチャサイズは、半導体製造の後続のエッチングプロセスステップ用のレリーフパターンとして使用することができる。本実施形態の方法は、通常３００ｍｍファブのみで利用可能な深紫外線（ＤＵＶ）及び／又は液浸リソグラフィなどのより高価なリソグラフィツールに頼ることなく、従来のリソグラフィツールがサブ解像度フィーチャを形成することを可能にする。
【0039】
さらにまた、後続のスペーサ又はアンチスペーサパターニングのためのマンドレルとしてサブ解像度フィーチャを利用する本実施形態の方法により、例えば１００ｎｍ未満の更に小さいフィーチャを達成することができる。例えば、スペーサパターニングを使用して狭いラインフィーチャを形成することができ、アンチスペーサパターニングを使用して狭いトレンチフィーチャを形成することができる。以下では、スペーサ／アンチスペーサパターニングを含む実施形態について、図２Ｋ～図２Ｒ、図３Ａ～図３Ｊ、及び図４Ａ～図４Ｈを参照して説明する。
【0040】
【0041】
図２Ｋ及び図２Ｌでは、スペーサ２５０が基板１１０上に堆積され得る。様々な実施形態で、スペーサ２５０は、原子層堆積（ＡＬＤ）又は半導体デバイス製造内で使用されるその他のコンフォーマル堆積技術などのコンフォーマル堆積プロセスを使用して堆積され得る。スペーサ２５０は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタン、酸化チタン、又は当技術分野で既知のその他のタイプの酸化物若しくは絶縁材料を含み得る。１つ又は複数の実施形態で、スペーサ２５０の厚さは、５ｎｍ～１０ｎｍの間である。
【0042】
【0043】
図２Ｍ及び図２Ｎで、スペーサ２５０は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性エッチングプロセスによりエッチングされる。スペーサエッチバックでは、スペーサ２５０は、床の表面及びマンドレル（例えば、残存フォトレジスト２２０）の上面を含む実質的に水平な表面から選択的に除去され得、それにより、マンドレルの垂直に近い縁部に付着する側壁スペーサを形成し得る。様々な実施形態で、スペーサエッチバックは、フォトレジスト２２０、中間層２１０、又はその両方の上面を露出させるように時間が調整されてもよい。代替的に、スペーサエッチバックは、中間層２１０の上に堆積され得る任意選択の下層のエッチング停止層で停止されてもよい。
【0044】
【0045】
図２Ｏ及び図２Ｐで、残存フォトレジスト２２０は、次に、プルエッチングにより除去される。様々な実施形態で、プルエッチングは、従来のウェットエッチングプロセスにより行われてもよい。あるいは、プルエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性プラズマエッチングプロセスにより行われてもよい。ある特定の実施形態では、スペーサエッチバック（例えば、図２Ｍ及び図２Ｎ）及びプルエッチング（例えば、図２Ｏ及び図２Ｐ）は、単一のプラズマエッチングチャンバで行うことができる。マンドレルが除去されると、自立型スペーサが後に残され、下層（例えば、中間層２１０）をエッチングする次のステップでエッチング／ハードマスクとして機能し得る。
【0046】
本実施形態の方法により可能になるサブ解像度フィーチャ（例えば、フォトレジスト２２０）にスペーサパターニング技術を適用することにより、より小さいピッチ及び線幅を有するフィーチャ（例えば、２００ｎｍ未満の限界寸法（ＣＤ）を有する狭いラインフィーチャ）を取得することが可能である。さらに、フィーチャを縮小するための第２のＵＶ露光に基づく本実施形態の方法は、高さ制御の別の利益を提供することができる。図２Ｍ及び図２Ｏに例示されるように、スペーサ２５０の高さは、主にフォトレジスト２２０の高さに依存し得る。従来のｉ線リソグラフィ法では、フォトレジスト２２０は、２００ｎｍ～９００ｎｍの高さを有し得る。このような厚いフォトレジスト上にスペーサが形成される場合、結果として得られるスペーサのアスペクト比は非常に高く、それによりラインよれやパターン崩れが生やすくなるため、中間層２１０のパターニングに使用することができない。これに対して、本明細書に記載の実施形態を使用してフォトレジスト２２０の高さを下げることにより、アスペクト比が低くなるため、このようなパターン崩れを回避することができる。換言すれば、本実施形態の方法に従って第２のＵＶ露光を適用してフィーチャ（例えば、フォトレジスト２２０）の高さを縮小することは、結果として得られるスペーサ（例えば、スペーサ２５０）のアスペクト比を低減することにより、この問題を克服することができる。ある特定の実施形態では、２０ｎｍ～１５０ｎｍの間のスペーサ２５０の高さが取得され得る。さらに、５以下のアスペクト比（線幅に対する高さの比）が、本実施形態の方法で取得され得る。
【0047】
【0048】
図２Ｑ及び図２Ｒで、中間層２１０は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性エッチングプロセスにより、スペーサをエッチングマスクとしてエッチングされる。異方性エッチングプロセスは、スペーサパターンを中間層２１０に転写する。様々な実施形態で、中間層２１０内の転写パターンは、自己整合ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）、自己整合クアッドパターニング（ＳＡＱＰ）、又は最新技術内で既知のその他の多重パターニング技術などの多重パターニングプロセスの一部として形成され得る。様々な実施形態で、転写パターンは、コンタクトホール、金属線、ゲート線、分離領域、及び半導体製造に有用な他のフィーチャを形成するために使用することができる。
【0049】
図３Ａ～図３Ｊは、代替実施形態によるアンチスペーサパターニングを含むサブ解像度フィーチャを形成する方法の異なる段階における基板を例示する。この実施形態の方法では、オーバーコート材料及び溶解度改変剤を使用して、第２のＵＶ放射での第２の露光で狭いトレンチフィーチャを形成することができる。
【0050】
【0051】
図３Ａ及び図３Ｂで、基板１１０上の中間層２１０の上に形成されたフォトレジスト２２０（例えば、図２Ａ）は、第１のＵＶ露光によりパターニングされる（例えば、図２Ｃ）。前の実施形態と異なり、第２のＵＶ露光の代わりに、第１のＵＶ露光及び露光後ベイクの後に現像ステップを行って、第１の反応部分（例えば、図２Ｃの第１の反応部分２３０）を除去することができる。露光後ベイクは、様々な実施形態で、基板１１０を８０Ｃ～１４０Ｃの間の温度に加熱することにより行われてもよい。現像ステップは、図２Ｉを参照して前述したような従来の現像方法により行うことができる。結果として、フォトレジスト２２０のパターン（例えば、ライン）が中間層２１０上に形成される。
【0052】
図３Ａ及び図３Ｂに更に例示される通り、フォトレジスト２２０は、アンチスペーサパターニングのための溶解度改変剤３０５を含み得る。溶解度改変剤３０５は、温度活性化発生剤又は温度酸発生剤（ＴＡＧ）などの光酸発生剤を含み得る。光酸発生剤は、溶解度改変剤３０５を閾値温度より高く加熱することによりフォトレジスト２２０内に光酸が生成されるという点で温度活性化され得る。
【0053】
【0054】
図３Ｃ及び図３Ｄで、樹脂３１０は、基板１１０上にオーバーコート材料として堆積される。様々な実施形態で、樹脂３１０は、コーティングプロセス又はスピンオンプロセスを使用して堆積され得る。具体的に例示しないが、樹脂３１０の層は、側壁に加えてフォトレジスト２２０の上面を覆ってもよい。様々な実施形態で、樹脂３１０は第２のフォトレジストを含み得る。樹脂３１０はフォトレジスト２２０と同じ組成であってもよく、又はフォトレジスト２２０と異なる組成であってもよい。幾つかの実施形態では、樹脂３１０は化学増幅型フォトレジストを含み得る。化学増幅型フォトレジストは、酸触媒又は塩基触媒材料であってもよい。ある特定の実施形態では、樹脂３１０は、酸又は塩基拡散による溶解度改変に適するように修飾された下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）材料を含み得る。
【0055】
【0056】
図３Ｅ及び図３Ｆで、第２のＵＶ露光は、上述したような画像投影システムを使用する第２のＵＶ放射１１６を使用して行うことができる。ある特定の実施形態では、図３Ｅに例示されるように、第２のフォトマスク３１５を任意選択で使用してもよい。第２のフォトマスク３１５は、コンタクトホールを形成することができるサブ解像度フィーチャを形成するための孔又は正方形の開口部を有し得る。しかしながら、金属線又はゲート線などのサブ解像度フィーチャは、様々な実施形態に従って、第２のフォトマスク３１５を使用せずに形成することができる。第２のＵＶ露光に応答して、溶解度改変剤３０５は、フォトレジスト２２０内に光酸を生成することができ、光酸は、フォトレジスト２２０と樹脂３１０との間の界面を通って樹脂３１０内に横方向に拡散する。結果として、酸反応層３２０は、フォトレジスト２２０の側壁上に樹脂３１０から形成され得る。光酸は、樹脂３１０内に拡散する際に、溶解度の改変を誘起する可能性があり、その場合、酸反応層３２０の溶解度は、１つ又は複数の現像溶媒中で、樹脂３１０及びフォトレジスト２２０よりも高い。１つ又は複数の実施形態で、樹脂３１０の層がフォトレジスト２２０の上面を覆う場合、酸反応層３２０は、フォトレジスト２２０の上面上に形成された側方部分を更に含み得る。
【0057】
酸反応層３２０の厚さは、生成された光酸の拡散率に依存し得る。したがって、光酸発生剤の分子量は、特定の温度における光酸の所望の拡散率に基づいて選択され得る。酸反応層３２０の所望の厚さを達成するために、プロセス温度を制御することもできる。ある特定の実施形態では、光酸がフォトレジスト２２０の溶解度を改変するのを防ぐために架橋剤を使用することもできる。
【0058】
【0059】
図３Ｇ及び図３Ｈで、基板１１０は、図２Ｉを参照して前述したような従来の現像方法により、第２の現像溶媒により処理される。第２の現像溶媒は、第１の現像溶媒と同様の組成を有し得るが、幾つかの実施形態では、異なる組成を有し得る。現像後、酸反応層３２０は、選択的に除去されて、アンチスペーサパターンとしてフォトレジスト２２０の側壁と樹脂３１０との間に狭いトレンチ３３０を形成する。第２の現像溶媒は、フォトレジスト２２０及び樹脂３１０に対する選択性を有するように選択され得る。
【0060】
【0061】
図３Ｉ及び図３Ｊで、中間層２１０は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性エッチングプロセスによりエッチングされる。異方性エッチングプロセスは、アンチスペーサパターン（トレンチ３３０）を中間層２１０に転写する。様々な実施形態で、転写パターンは、コンタクトホール、ビア、金属線、ゲート線、分離領域、及び半導体製造に有用な他のフィーチャを形成するために使用することができる。
【0062】
【0063】
【0064】
図４Ａ及び図４Ｂで、基板１１０は、幾つかのプロセスステップにより処理される。基板１１０上の中間層２１０の上に形成されたフォトレジスト２２０（例えば、図２Ａ）は、第１のＵＶ露光（例えば、図２Ｃ）によりパターニングされる。次いで、アンチスペーサパターニングの前の実施形態（例えば、図３Ａ）と同様に、第１のＵＶ露光の後に現像ステップを行って、第１の反応部分を除去する。さらに、第２のＵＶ露光を行って、第２の反応部分２４０を形成する。第２の反応部分２４０の形成は、スペーサパターニングの前の実施形態（例えば、図２Ｅ）に類似している。しかしながら、この実施形態の方法では、現像ステップは、第２のＵＶ露光の前に行われ、したがって、第１の反応部分はすでに除去されている（例えば、図２Ｅの第１の反応部分２３０）。その結果、第２の反応部分２４０のパターンが中間層２１０上に形成され、そこでフォトレジスト２２０の未反応部分が第２の反応部分２４０の内部に埋め込まれる。
【0065】
【0066】
図４Ｃ及び図４Ｄで、樹脂３１０は、基板１１０上にオーバーコート材料として堆積される。樹脂３１０は、コーティングプロセス又はスピンオンプロセスを使用して堆積され得る。様々な実施形態で、図４Ｃ及び図４Ｄに例示されるように、樹脂３１０は、第２の反応部分２４０の上面を覆うように堆積され得る。堆積プロセス中、第２の反応部分２４０に対する樹脂３１０の高さは、樹脂３１０の上部が後続の現像ステップにより除去されるのに十分なほど薄くなり得、埋め込まれた第２の反応部分２４０が露出し得るように、微調整することができる。
【0067】
図４Ｅ及び４Ｆは、樹脂３１０の上部及び第２の反応部分２４０を除去するために現像した後の基板１１０を例示する。
【0068】
図４Ｅ及び図４Ｆで、基板１１０は、図２Ｉを参照して前述したような従来の現像方法により、第３の現像溶媒により処理される。第３の現像溶媒は、第１の現像溶媒と同様の組成を有し得るが、幾つかの実施形態では、異なる組成を有し得る。現像後、第２の反応部分２４０は、選択的に除去されて、アンチスペーサパターンとしてフォトレジスト２２０の側壁と樹脂３１０との間に狭いトレンチ３３０を形成する。第３の現像溶媒は、フォトレジスト２２０及び樹脂３１０に対する選択性を有するように選択され得る。
【0069】
【0070】
図４Ｉ及び図４Ｊで、中間層２１０は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性エッチングプロセスによりエッチングされる。異方性エッチングプロセスは、アンチスペーサパターン（トレンチ３３０）を中間層２１０に転写する。様々な実施形態で、転写パターンは、コンタクトホール、ビア、金属線、ゲート線、分離領域、及び半導体製造に有用な他のフィーチャを形成するために使用することができる。
【0071】
図５Ａ及び図５Ｂは、様々な実施形態によるサブ解像度フィーチャの方法のプロセスフローチャートを例示する。例示的なプロセスフローは、図２Ａ～図２Ｊ、図３Ａ～図３Ｈ、及び図４Ａ～図４Ｆを参照してすでに上述した実施形態に従って続くため、詳細は繰り返さない。
【0072】
図５Ａには、一実施形態のプロセスフロー５０が例示されている。最初に、基板上に形成されたフォトレジスト層（例えば、図２Ａのフォトレジスト２２０）を、マスクを通して３６５ｎｍ以上の第１の波長を有する第１の紫外光（ＵＶ）放射で露光して（ブロック５１０）（例えば、図２Ｃ）、第１の限界寸法でフィーチャを形成する。次に、フォトレジストを、第１の波長よりも小さい第２の波長を有する第２のＵＶ放射で露光し（ブロック５２０）（例えば、図２Ｅ及び図２Ｇ）、第１の限界寸法を縮小する。次いで、フォトレジストを現像して、第１の限界寸法よりも小さい第２の限界寸法を有するサブ解像度フィーチャを形成する（ブロック５３０）（例えば、図２Ｉ）。形成されたサブフィーチャは、図２Ｋ～図２Ｒを参照してすでに説明したように、スペーサパターニングのためのマンドレルとして更に使用することができる。
【0073】
図５Ｂには、アンチスペーサパターニング（例えば、図３Ａ～図３Ｈ及び図４Ａ～図４Ｆ）を含む、代替実施形態のプロセスフロー５１が例示されている。最初に、基板上に形成されたフォトレジスト層（例えば、図２Ａのフォトレジスト２２０）を、マスクを通して３６５ｎｍ以上の第１の波長を有する第１の紫外光（ＵＶ）放射で露光して（ブロック５１０）（例えば、図２Ｃ）、第１の限界寸法でフィーチャを形成する。図５Ａの前の実施形態と異なり、次に、フォトレジストを現像して、第１のＵＶ放射で露光したフォトレジストの部分を除去する（ブロック５４０）（例えば、図３Ａ）。一実施形態では、樹脂（例えば、図３Ｃの樹脂３１０）をフォトレジスト上に堆積させ（ブロック５５０）（例えば、図３Ｃ）、続いて、第２の波長を有する第２のＵＶ放射でフォトレジストを露光する（ブロック５２０）（例えば、図３Ｅ）。次いで、フォトレジストを再び現像して、サブ解像度フィーチャを形成する（ブロック５３０）（例えば、図３Ｇ）。サブ解像度フィーチャはトレンチである（例えば、図３Ｇのトレンチ３３０）。あるいは、樹脂堆積と第２のＵＶ露光の順序を入れ替えてもよい（例えば、図４Ａ～図４Ｆ）。現像（ブロック５４０）の後、フォトレジストを第２のＵＶ放射で露光して（ブロック５２０）、第１の限界寸法を縮小することができる（例えば、図４Ａ）。次に、フォトレジスト上に樹脂（例えば、図４Ｃの樹脂３１０）を堆積させる（ブロック５５０）（例えば、図４Ｃ）。次いで、フォトレジストを再び現像して、サブ解像度フィーチャを形成する（ブロック５３０）（例えば、図４Ｅ）。
【0074】
本願の実施形態は、従来のリソグラフィツール、特に２００ｍｍウェーハ装置を使用してサブ解像度フィーチャを形成するために適用することができ、ｉ線、ｇ線、又はｈ線ツールを低コストで修正して、より高価な技術なしでは達成できないフィーチャを形成することができる。例えば、本出願の実施形態を使用して、例えば４０ｎｍ未満の絶縁された短ゲート長トランジスタを有するアプリケーションを製造することができる。上述の実施形態の例示的な用途としては、ハードディスクドライブ市場向けのリード／ライトヘッドが挙げられ、この場合フィーチャは印刷され、次にターゲットＣＤに化学的にトリミングされる。
【0075】
ここで、本発明の例示的な実施形態を要約する。他の実施形態も、本明細書の全体及び本明細書で出願される特許請求の範囲から理解することができる。
【0076】
例１．サブ解像度フィーチャを形成する方法であって、基板上に形成されたフォトレジスト層を、第１の限界寸法でフィーチャを形成するように構成されたマスクを通して、３６５ｎｍ以上の第１の波長を有する第１の紫外光（ＵＶ）放射で露光することであって、フォトレジスト層は、第１のＵＶ放射で露光した後に、第１のＵＶ放射で露光された第１の部分と、第１のＵＶ放射で露光されていない第２の部分とを含むことと、第１の部分及び第２の部分を第２のＵＶ放射で露光することと、フォトレジスト層を第２のＵＶ放射で露光した後に、フォトレジスト層を現像して、第１の限界寸法よりも小さい第２の限界寸法を有するサブ解像度フィーチャを形成することと、を含む方法。
【0077】
例２．サブ解像度フィーチャ上にスペーサ材料の層を堆積させることと、スペーサエッチバックを行って、スペーサ材料の側方部分を除去することと、プルエッチングを行って、サブ解像度フィーチャを除去し、スペーサパターンを形成することと、スペーサパターンをエッチングマスクとして使用してパターン転写エッチングを行うことと、を含むスペーサパターニングを更に含む、例１に記載の方法。
【0078】
例３．現像する前に、基板を熱処理することにより露光後ベイクを行うことを更に含む、例１又は例２の１つに記載の方法。
【0079】
例４．フィーチャの第１の高さよりも低い高さを有するサブ解像度フィーチャを形成するために、第１の部分及び第２の部分を第２のＵＶ放射で露光するための条件を選択することを更に含む、例１～例３の１つに記載の方法。
【0080】
例５．２００ｎｍ～３６０ｎｍの間の幅、２０ｎｍ～９００ｎｍの間の高さ、又は３～１００の間の高さ対幅の比率を有するサブ解像度フィーチャを形成するために、第１の部分及び第２の部分を第２のＵＶ放射で露光するための条件を選択することを更に含む、例１～例４の１つに記載の方法。
【0081】
例６．第１の部分及び第２の部分を第２のＵＶ放射で露光することは、独立してアドレス指定可能な投影点のアレイを有するピクセルベースの投影システムを使用して行われる、例１～例５の１つに記載の方法。
【0082】
例７．第１の波長が３６５ｎｍであり、第２の波長が２６６ｎｍである、例１～例６の１つに記載の方法。
【0083】
例８．サブ解像度フィーチャを形成する方法であって、基板上に形成されたフォトレジスト層を、第１の限界寸法でフィーチャを形成するように構成された第１のマスクを通して、３６５ｎｍ以上の第１の波長を有する第１の紫外光（ＵＶ）放射で露光することであって、フォトレジスト層は、第１のＵＶ放射で露光した後に、第１のＵＶ放射で露光された第１の部分と、第１のＵＶ放射で露光されていない第２の部分とを含むことと、フォトレジスト層を第１のＵＶ放射で露光した後に、フォトレジスト層を現像して、第１の部分を除去することと、フォトレジスト層上に樹脂を堆積させることと、第２の部分を第２の波長を有する第２のＵＶ放射で露光することと、フォトレジスト層を第２のＵＶ放射で露光した後に、フォトレジスト層を現像して、第１の限界寸法よりも小さい第２の限界寸法を有するサブ解像度フィーチャを形成することであって、サブ解像度フィーチャは、フォトレジスト層と樹脂との間のトレンチを含むことと、を含む方法。
【0084】
例９．第２の部分を第２のＵＶ放射で露光する前に樹脂を堆積させ、第２のＵＶ放射は、第２の部分内で酸を生成する光化学反応を誘起し、酸は、樹脂内に横方向に拡散して、樹脂の側壁に酸反応層を形成する、例８に記載の方法。
【0085】
例１０．フォトレジスト層を第２のＵＶ放射で露光した後にフォトレジスト層を現像することにより、酸反応層を除去し、酸反応層の幅が第２の限界寸法を決定する、例９に記載の方法。
【0086】
例１１．第２の部分を第２のＵＶ放射で露光する前に、第２のＵＶ放射の光路に第２のマスクを挿入することを更に含む、例８～例１０の１つに記載の方法。
【0087】
例１２．樹脂は、第２の部分を第２のＵＶ放射で露光した後にフォトレジスト層上に堆積され、第２の部分を露光することは、第２の部分の一部を変換することにより第２のＵＶ放射で露光された第３の部分を形成することを含み、残りの第２の部分は、第２のＵＶ放射で露光されていない第４の部分を形成する、例８に記載の方法。
【0088】
例１３．第３の部分が第４の部分の側壁を覆う、例１２に記載の方法。
【0089】
例１４．フォトレジスト層を現像することは、樹脂の上部を除去して第３の部分を露出させることと、第３の部分を除去することとを含む、例１２～例１３の１つに記載の方法。
【0090】
例１５．サブ解像度フィーチャをアンチスペーサとして使用してパターン転写エッチングを行うことを更に含む、例８～例１４の１つに記載の方法。
【0091】
例１６．処理用のウェーハを受け入れるようにサイズ設定及び構成されたチャンバと、２００ｍｍウェーハを保持するウェーハホルダと、３６５ｎｍの第１の波長を有する第１のＵＶ放射を発するように構成された第１の紫外光（ＵＶ）放射源であって、第１のＵＶ放射に基づく第１の光学解像度限界よりも大きい第１の限界寸法を有する第１のフィーチャを形成するように構成される、第１の紫外光（ＵＶ）放射源と、第２の波長を有する第２のＵＶ放射を発するように構成された第２のＵＶ放射源であって、第２のＵＶ放射に基づく第２の光学解像度限界よりも大きい第２の限界寸法を有する第２のフィーチャを形成するように構成される、第２のＵＶ放射源と、を含むリソグラフィツールであって、リソグラフィツールは、第１の限界寸法で第１のフィーチャを形成するように構成された第１のマスクを通して、ウェーハ上に形成されたフォトレジスト層を第１のＵＶ放射で露光し、フォトレジスト層は、第１のＵＶ放射で露光された第１の部分と、第１のＵＶ放射で露光されていない第２の部分とを含み、第２の部分を第２のＵＶ放射で露光して、第１の光学解像度限界よりも小さい限界寸法を有するサブ解像度フィーチャを画定する命令を含む、リソグラフィツール。
【0092】
例１７．第２の部分を第２のＵＶ放射で露光するように構成された画像投影システムを更に含む、例１６に記載のリソグラフィツール。
【0093】
例１８．画像投影システムは、デジタル光処理（ＤＬＰ）デバイス又は回折格子ライトバルブ（ＧＬＶ）デバイスを含む、例１６又は例１７の１つに記載のリソグラフィツール。
【0094】
例１９．画像投影システムは、第２のＵＶ放射の光強度又は光周波数を変更することにより、第２のＵＶ放射を空間的に制御するように構成される、例１６～例１８の１つに記載のリソグラフィツール。
【0095】
例２０．サブ解像度フィーチャの限界寸法は、第２の光学解像度限界よりも小さい、例１６～例１９の１つに記載のリソグラフィツール。
【0096】
例２１．第２の部分を第２のＵＶ放射で露光する前に、第２のマスクを挿入する命令を更に含む、例１６～例２０の１つに記載のリソグラフィツール。
【0097】
本発明について、例示的実施形態を参照して説明してきたが、本明細書は、限定的な意味で解釈されることを意図するものではない。例示的実施形態の様々な修正形態及び組み合わせ、並びに本発明の他の実施形態は、本明細書を参照すれば当業者には明らかになろう。したがって、添付の特許請求の範囲はそのようなあらゆる修正形態又は実施形態を包含することを意図している。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図2H】
【図2I】
【図2J】
【図2K】
【図2L】
【図2M】
【図2N】
【図2O】
【図2P】
【図2Q】
【図2R】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図3I】
【図3J】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図5A】
【図5B】
【国際調査報告】