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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】2024-08-27
(54)【発明の名称】極紫外線リソグラフィパターニング方法
(51)【国際特許分類】
G03F 7/20 20060101AFI20240820BHJP
H01L 21/027 20060101ALI20240820BHJP
G03F 7/38 20060101ALI20240820BHJP
【ＦＩ】
G03F7/20 521
G03F7/20 503
H01L21/30 502D
G03F7/38 501
G03F7/38 511
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024509381
(86)(22)【出願日】2022-08-18
(85)【翻訳文提出日】2024-02-28
(86)【国際出願番号】 US2022040775
(87)【国際公開番号】W WO2023023258
(87)【国際公開日】2023-02-23
(31)【優先権主張番号】17/406,612
(32)【優先日】2021-08-19
(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】チェ，ス ドゥ
(72)【発明者】
【氏名】ラリー，アンジェリーク
(72)【発明者】
【氏名】リ，チュンマン
(72)【発明者】
【氏名】ルウ，チァオウェイ
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 敏夫
(72)【発明者】
【氏名】加藤 良裕
【テーマコード（参考）】
2H196
2H197
5F146
【Ｆターム（参考）】
2H196AA25
2H196EA06
2H196EA07
2H196GA01
2H196HA23
2H196JA02
2H196JA03
2H197AB05
2H197CA09
2H197CA10
2H197CE10
2H197GA01
2H197HA03
5F146AA28
(57)【要約】
半導体デバイスを製造する方法が記載され、方法は、基板の最上層の上にベース層を形成することであって、ベース層は、５ｎｍ以下且つ０．５ｎｍ以上の厚さを有するシリコン系誘電体を含む、ことと、ベース層の上にフォトレジスト層を形成することであって、フォトレジストは、第１の側部及び反対側の第２の側部を備える、ことと、フォｓトレジスト層の第１の部分を、第１の側部から極紫外線（ＥＵＶ）放射線のパターンで露光することと、フォトレジスト層の第２の部分を、第２の側部から電子流束のパターンで露光することであって、電子流束はＥＵＶ放射線に応答してベース層からフォトレジスト層の中に向けられる、ことと、露光されたフォトレジスト層を現像してパターニングされたフォトレジスト層を形成することと、パターニングされたフォトレジスト層のパターンをベース層及び最上層に転写することと、を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体デバイスを製造する方法であって、基板の最上層の上にベース層を形成することであって、前記ベース層は、５ｎｍ以下且つ０．５ｎｍ以上の厚さを有するシリコン系誘電体を含む、ことと、
前記ベース層の上にフォトレジスト層を形成することであって、フォトレジストは、第１の側部及び反対側の第２の側部を備える、ことと、
前記フォトレジスト層の第１の部分を、前記第１の側部から極紫外線（ＥＵＶ）放射線のパターンで露光することと、
前記フォトレジスト層の第２の部分を、前記第２の側部から電子流束のパターンで露光することであって、前記電子流束は前記ＥＵＶ放射線に応答して前記ベース層から前記フォトレジスト層の中に向けられる、ことと、
露光された前記フォトレジスト層を現像してパターニングされたフォトレジスト層を形成することと、
前記パターニングされたフォトレジスト層の前記パターンを前記ベース層及び前記最上層に転写することと、を含む、方法。
【請求項2】
前記第２の部分の体積が、前記第１の部分の体積よりも小さく、前記フォトレジストの総体積の１０％よりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記シリコン系誘電体は炭化シリコンであり、前記炭化シリコンは、４０原子％以上且つ５０原子％以下の炭素含有量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記シリコン系誘電体は炭窒化シリコンであり、前記炭窒化シリコンは、１０原子％以上且つ３０原子％以下の炭素含有量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記シリコン系誘電体は酸炭窒化シリコンであり、前記酸炭窒化シリコンは、１０原子％以上且つ３０原子％以下の炭素含有量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記ベース層を形成することは、前記フォトレジスト層を形成する前に、前記ベース層の主表面を改質し、その結果、前記主表面は疎水性になっていることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記ベース層の前記主表面を改質することは、前記主表面を水素ラジカル（Ｈ＊）に曝すこと、前記主表面の上に炭化水素（ＣＨｘ）コーティングを堆積すること、又は水素ガスを含む雰囲気中で前記基板をアニールすることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記ベース層の前記主表面を改質することは、前記主表面の上に自己組織化単分子層（ＳＡＭ）のコーティングを形成することを含み、前記ＳＡＭは、ｎ－オクタデシルトリメトキシシラン（ＯＤＳ：Ｈ３Ｃ（ＣＨ２）１７Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）、ヘプタデカフルオロ－１，１，２，２－テトラヒドロ－デシル－１－トリメトキシシラン（ＦＡＳ：Ｆ３Ｃ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）、ｎ－（６－アミノヘキシル）アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＨＡＰＳ：Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）６ＮＨ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、及び、４－（クロロメチル）フェニルトリメトキシシラン（ＣＭＰｈＳ：Ｈ２ＣｌＣ（Ｃ６Ｈ４）Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項9】
前記ベース層を形成することは、前記基板の前記最上層を水蒸気を含むガス混合物に曝すことを含む原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを実施することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記ベース層を形成することは、前記基板をＳｉＯＣ（Ｎ）のための低温酸化物前駆体に曝すことを含む周期的化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを実施することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記最上層は、スピンオン炭素（ＳＯＣ）層、有機誘電体層（ＯＤＬ）、非晶質炭素（ａ－Ｃ）層、又は有機平坦化層（ＯＰＬ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
基板の上にエッチマスクを形成する方法であって、前記方法は、前記基板の主表面に付着する電子ブースタ層を形成することと、
前記電子ブースタ層の主表面を水素含有ガスに曝して前記主表面を疎水性に転換することと、
前記電子ブースタ層の疎水性の前記主表面に付着するフォトレジスト層を形成することと、
前記フォトレジスト層の第１の部分を、極紫外線（ＥＵＶ）放射線のパターンで露光することと、
前記フォトレジスト層の第２の部分を前記電子ブースタ層からの電子流束で露光することであって、前記ＥＵＶ放射線の一部が前記フォトレジスト層の下方で吸収されて、前記電子流束が生成される、ことと、
露光された前記フォトレジスト層を現像してパターニングされたフォトレジスト層を形成することと、
前記電子ブースタ層を前記パターニングされたフォトレジスト層でパターニングして、パターニングされた電子ブースタ層を形成することであって、前記エッチマスクは、パターニングされた前記電子ブースタ層と、前記電子ブースタ層をパターニングした後に残っている前記パターニングされたフォトレジスト層とを組み合わせたものである、ことと、を含む、方法。
【請求項13】
前記電子ブースタ層を形成することは、金属層を形成することを含み、前記金属層は、チタン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化アルミニウム、タングステン、モリブデン、又はルテニウムを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記電子ブースタ層を形成することは、金属酸化物を含む層を形成することを含み、前記金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化マンガン、酸化スズ、又は酸化インジウムを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項15】
前記電子ブースタ層を形成することは、炭化シリコン、炭窒化シリコン、炭素ドープ酸化シリコン、酸炭窒化シリコン、又は窒化シリコンを含むシリコン系誘電体層を形成することを含み、前記シリコン系誘電体層の厚さは、０．５ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下である、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
基板をパターニングする方法であって、前記方法は、複数の試験基板を準備することであって、各試験基板は実質的に同じ最上層を有する、ことと、
前記複数の試験基板の各々の前記最上層の上にリソグラフィスタックを形成することであって、前記リソグラフィスタックは、ベース層と、前記ベース層の上に配置されたフォトレジスト層とを含み、前記複数の試験基板の各々の前記ベース層は、厚さ及び組成の異なる組合せを有する、ことと、
前記フォトレジスト層を焦点－露光量マトリックスにて極紫外線（ＥＵＶ）放射線のパターンで露光することにより、各フォトレジスト層をＥＵＶリソグラフィプロセスでパターニングすることと、
前記複数の試験基板の各々のパターニングされた前記フォトレジスト層を測定することにより、パターニング測定基準を得ることと、
前記パターニング測定基準に基づいて、第１のタイプのベース層を選択することであって、前記第１のタイプのベース層は、ＥＵＶリソグラフィプロセス用のリソグラフィスタックの第１のベース層の作成に関する第１の厚さと第１の組成との特定の組合せを有する、ことと、を含む、方法。
【請求項17】
前記パターニング測定基準は、焦点深度、限界寸法、エッジ配置誤差、ラインエッジラフネス、線幅ラフネス、フォトレジスト側壁角度、若しくはフォトレジストパターンにおける欠陥密度、又はそれらの組合せを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記第１のタイプのベース層を選択することは、前記パターニング測定基準ごとに、前記測定基準が許容可能となる範囲を定めることと、
前記パターニング測定基準ごとに、各ベース層に関して露光量と前記パターニング測定基準との間の関係を取得することと、
前記関係に基づいて、前記パターニング測定基準の各々が、それぞれの前記範囲内となる露光量が存在する、前記ベース層を特定することと、
特定された前記ベース層から前記第１のタイプのベース層を選択することと、を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項19】
前記ベース層の各々の組成が、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、及び窒素（Ｎ）原子の組成を含み、Ｓｉのモル分率、及びＯ、Ｃ及びＮのうちの少なくとも１つのモル分率が、１０原子％以上である、請求項１６に記載の方法。
【請求項20】
炭素のモル分率は、１０原子％以上且つ５０原子％以下である、請求項１９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、２０２１年８月１９日に出願された米国特許出願第１７／４０６，６１２号明細書の優先権を主張するものであり、これ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１９日に出願された米国特許出願第１７／４０６，６１２号明細書の優先権を主張するものであり、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、一般に半導体デバイスを製造する方法に関し、特定の実施形態では、極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィを使用して層をパターニングする方法に関する。
【背景技術】
【0003】
一般に、半導体集積回路（ＩＣ）は、半導体基板の上に誘電層、導電層又は半導体層を順次堆積させ、フォトリソグラフィ及びエッチングを使用して層をパターニングして、トランジスタ、レジスタ、コンデンサ、金属ライン、コンタクト及びビアのような電子要素及び相互接続要素を１つのモノリシック構造で形成することにより製造される。コストを低減させるために、新技術ノードごとにフィーチャサイズは縮小され、充填密度は２倍になる。より高い解像度のパターンを印刷する直接的な方法が、より短い波長の光源を使用することである。２５０ｎｍ及び１３０ｎｍのノードにおいて限界パターンを印刷するために使用される２４８ｎｍの深紫外線（ＤＵＶ）ＫｒＦレーザーは、９０ｎｍのノードから始めて１９３ｎｍのＡｒＦレーザーで置き換えられている。３５ｎｍまでのフィーチャは、液浸リソグラフィなどの解像度向上技術を用いて１９３ｎｍのリソグラフィを使用して印刷される場合がある。１９３ｎｍの光学系は、多重パターニング技術を使用して、１４ｎｍノード、更には１０ｎｍノードまで更に拡張されるが、追加マスクに関連する高いコスト及び処理の複雑さを伴う。サブ１０ｎｍの領域では、ＤＵＶは、更に短い１３．５ｎｍの波長の極紫外線（ＥＵＶ）技術で置き換えることが可能である。ＥＵＶが、より少ないマスクを用いる高解像度パターニングを約束する一方で、フォトリソグラフィの全ての構成要素（放射線源、スキャナ、マスク及びレジスト）を、製造システムの信頼性及びスループットを有するシステムにまとめるという、工学的ハードルを克服しなければならない。ＥＵＶパターニングのスループットを制限する１つの要因は、必要な露光量がＤＵＶパターニングと比較して概して高いことである。半導体ＩＣの大量製造においてＥＵＶリソグラフィの展開を成功させるために、この領域における更なる革新が必要である。
【発明の概要】
【0004】
半導体デバイスを製造する方法であって、基板の最上層の上にベース層を形成することであって、ベース層は、５ｎｍ以下且つ０．５ｎｍ以上の厚さを有するシリコン系誘電体を含む、ことと、ベース層の上にフォトレジスト層を形成することであって、フォトレジストは、第１の側部及び反対側の第２の側部を備える、ことと、フォトレジスト層の第１の部分を、第１の側部から極紫外線（ＥＵＶ）放射線のパターンで露光することと、フォトレジスト層の第２の部分を、第２の側部から電子流束のパターンで露光することであって、電子流束はＥＵＶ放射線に応答してベース層からフォトレジスト層の中に向けられる、ことと、露光されたフォトレジスト層を現像してパターニングされたフォトレジスト層を形成することと、パターニングされたフォトレジスト層のパターンをベース層及び最上層に転写することと、を含む方法。
【0005】
基板の上にエッチマスクを形成する方法であって、基板の主表面に付着する電子ブースタ層を形成することと、電子ブースタ層の主表面を水素含有ガスに曝して主表面を疎水性に転換することと、電子ブースタ層の疎水性の主表面に付着するフォトレジスト層を形成することと、フォトレジスト層の第１の部分を、極紫外線（ＥＵＶ）放射線のパターンで露光することと、フォトレジスト層の第２の部分を電子ブースタ層からの電子流束で露光することであって、ＥＵＶ放射線の一部がフォトレジスト層の下方で吸収されて、電子流束が生成される、ことと、露光されたフォトレジスト層を現像してパターニングされたフォトレジスト層を形成することと、電子ブースタ層をパターニングされたフォトレジスト層でパターニングして、パターニングされた電子ブースタ層を形成することであって、エッチマスクは、パターニングされた電子ブースタ層と、電子ブースタ層をパターニングした後に残っているパターニングされたフォトレジスト層とを組み合わせたものである、ことと、を含む方法。
【0006】
基板をパターニングする方法であって、複数の試験基板を準備することであって、各試験基板は実質的に同じ最上層を有する、ことと、複数の試験基板の各々の最上層の上にリソグラフィスタックを形成することであって、リソグラフィスタックは、ベース層と、ベース層の上に配置されたフォトレジスト層とを含み、複数の試験基板の各々のベース層は、厚さ及び組成の異なる組合せを有する、ことと、フォトレジスト層を焦点－露光量マトリックスにて極紫外線（ＥＵＶ）放射線のパターンで露光することにより、各フォトレジスト層をＥＵＶリソグラフィプロセスでパターニングすることと、複数の試験基板の各々のパターニングされたフォトレジスト層を測定することにより、パターニング測定基準を得ることと、パターニング測定基準に基づいて、第１のタイプのベース層を選択することであって、第１のタイプのベース層は、ＥＵＶリソグラフィプロセス用のリソグラフィスタックの第１のベース層に関する第１の厚さと第１の組成との特定の組合せを有する、ことと、を含む方法。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本発明及びその利点のより完全な理解のために、ここで、以下の記載を添付図面と併せて参照する。
【0008】
【図1】一実施形態による、基板の上のリソグラフィスタックの斜視図である。
【図2】一実施形態による、半導体デバイスを製造する方法を示すフロー図である。
【図3A】一実施形態による、半導体デバイスを製造するためのプロセスフローの様々な中間段階における基板の断面図を示す。
【図3B】一実施形態による、半導体デバイスを製造するためのプロセスフローの様々な中間段階における基板の断面図を示す。
【図3C】一実施形態による、半導体デバイスを製造するためのプロセスフローの様々な中間段階における基板の断面図を示す。
【図3D】一実施形態による、半導体デバイスを製造するためのプロセスフローの様々な中間段階における基板の断面図を示す。
【図4】一実施形態による、基板をパターニングする方法を示すフロー図である。
【図5】一実施形態による、基板をパターニングする方法で使用されるパターニングデータのプロットの概略図を示す。
【図6】一実施形態による、基板の上にエッチマスクを形成する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
この開示は、半導体集積回路（ＩＣ）を製造するためのプロセスフローにおいて極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィを使用して基板をパターニングする方法について記載する。例示的な実施形態は、露光量を低減させてスループットを増加させ、それにより製造コストを低下させることに役立つ、リソグラフィスタックを選択する方法を利用する。
【0010】
フォトリソグラフィプロセスは、フォトレジストを化学線のパターンで露光することにより、パターニングされたフォトレジストエッチマスクを形成することを含む。ＥＵＶリソグラフィプロセスでは、化学線は、典型的には約１３．５ｎｍの波長を有する。１３．５ｎｍのＥＵＶの短い波長は、遥かに長い波長を使用する１９３ｎｍ深紫外（ＤＵＶ）リソグラフィ及び液浸ＤＵＶ（ｉＤＵＶ）リソグラフィの解像能力を延長するために使用される多重パターニング技術の追加コストを払うことなく、高解像度パターンを印刷する場合に有望である。ｉＤＵＶ及び多重パターニングについては、マスク及び付随する処理ステップの数は、例えば５ｎｍの技術ノードにおいて、先端ＩＣデザインを製造するためのプロセスフローにとって極端に高価になる場合がある。しかしながら、当業者に知られているように、１つのマスキングレベルで微細パターン（例えば、３０ｎｍピッチのラインアンドスペースのアレイ）を印刷するＥＵＶリソグラフィの単一パターニング能力の見込みは、それ自身のコストを有する。商用のＥＵＶスキャナは、放射線源、光学系、フォトレジスト、及び光学マスク技術などの、ＥＵＶリソグラフィ技術の様々な構成要素の開発における進歩にもかかわらず、先進的な１９３ｎｍのｉＤＵＶスキャナと比較して数倍も高価なままである。
【0011】
単一パターニングによって実現可能なコスト削減を相殺する他の要因が、ＥＵＶリソグラフィの比較的高い露光量のコストである。フォトレジストを露光する放射線量が多くなると露光時間は長くなる場合があり、それによりスループットが減少し製造コストが増加する。１９３ｎｍのＤＵＶ放射線の６．４ｅＶの光子エネルギーと比較して１４．３倍の大きさの光子エネルギー（９２ｅＶ）を有する１３．５ｎｍのＥＵＶ放射線は、フォトレジストを露光するために使用されるＥＵＶ放射線の用量が比較的高いことの責任を部分的に負っている。例えば、１９３ｎｍのｉＤＵＶリソグラフィプロセスにおいてフォトレジストを露光するために使用される２０ｍＪ／ｃｍ２の典型的な用量を考える。光子エネルギーは６．４ｅＶであり、これは、約２００光子／ｎｍ２でフォトレジストに照射することに相当する。しかし、１３．５ｎｍのＥＵＶ放射線の高い光子エネルギーでは、２０ｍＪ／ｃｍ２は、わずか１４光子／ｎｍ２にほぼ等しく、これは適切にフォトレジストを露光するには不十分な場合がある。更には、９２ｅＶの光子がフォトレジスト膜厚さ約２００ｎｍを透過するという確率は、６．４ｅＶの光子のためのそれより高い。
【0012】
フォトレジスト層に化学的に吸収された光子は、未露光のフォトレジスト分子の一部を光化学反応によって露光済みフォトレジストに変える。フォトレジストは、エネルギー電子で露光される場合もある。エネルギー電子の一部は、フォトレジストを透過して下にある層に吸収された光子によって生成される。ＥＵＶ光子吸収プロセスは、下にある層中でエネルギー光電子を生成し、エネルギー光電子は次いで２次電子を生成する。フォトレジストに吸収されたＥＵＶ光子も２次電子を生成するが、下にある層中での光子吸収によって大量の２次電子が生成される場合がある。放出された電子の一部が下層からフォトレジスト層に入り、未反応のフォトレジスト分子と相互作用する場合があり、それにより未反応のフォトレジストが効果的に露光される。ＥＵＶリソグラフィで使用されるフォトレジストは、典型的にはポジ型フォトレジストであり、露光されたフォトレジストは、その後のプロセスステップ中に現像されたときに除去されて、パターニングされたフォトレジストマスク層が形成される。本開示に記載される実施形態は、エネルギー電子によるＥＵＶフォトレジストの露光を促進させることにより、フォトレジスト層をパターニングするために必要なＥＵＶ放射線用量を低減させる方法の実施例を提供する。
【0013】
図１は、基板１００における半導体デバイスの斜視図を示す。この図面は、ＥＵＶリソグラフィプロセス２００の処理の中間段階における基板１００を示し、これは図２及び図３Ａ～図３Ｄを参照して更に詳細に後述される。最上層１３０を有する入来する基板１００が、ＥＵＶリソグラフィプロセス２００を使用してパターニングされる。最上層１３０は、例えば、以降のエッチステップにおいてマスク層として使用されるハードマスク層であってもよい。いくつかの実施形態では、最上層１３０のためのハードマスク材料は、有機層、例えば、スピンオン炭素（ＳＯＣ）、非晶質炭素層（ＡＣＬ）、有機誘電体層（ＯＤＬ）、及び有機平坦化層（ＯＰＬ）を含んでもよい。他の実施形態では、他のハードマスク層材料が使用されてもよい。例えば、ハードマスク層材料は、誘電体、例えば窒化シリコン、酸化シリコン、及び金属酸化物（例えば、酸化アルミニウム及び酸化ハフニウム）、又は金属、例えばチタン及び窒化チタン等を含んでもよい。
【0014】
ベース層１２０及びフォトレジスト層１１０を含む２層ＥＵＶリソグラフィスタック１０２が、最上層１３０の上に形成されていることが示される。リソグラフィスタックは、入来する基板の表面の上に形成された犠牲的な積層された層を指し、この積層された層は、リソグラフィスタックの下方に隣接する層、例えば図１における最上層１３０に、化学線のパターンを転写する際に使用される処理に関与する。最上層１３０は、更に下方にあるターゲット層をエッチングするために使用されるハードマスク層であってもよいが、例示的な実施形態では、フォトレジスト層１１０とベース層１２０との組合せが、ＥＵＶ放射線パターンをＥＵＶリソグラフィプロセス２００の入来する基板１００に転写する際のエッチマスクとして使用されるので、最上層１３０をリソグラフィスタック１０２の層と呼ばないと選択したことに留意されたい。
【0015】
図１に図示す斜視図では、フォトレジスト層１１０が露光及び現像されて平行なラインの高密度パターンが形成されている。フォトレジスト層１１０は１３．５ｎｍのＥＵＶ放射線に対して感光性であって、ＥＵＶ放射線（例えば、密集した線のパターン）パターンはフォトレジスト層１１０に転写され得る。ベース層１２０は、複数の目的を担う。通常、ＥＵＶ放射線パターンをフォトレジスト層１１０から基板１００の最上層１３０に転写するパターン転写エッチングにおいて使用されるエッチャントに対して、ベース層１２０はフォトレジスト層１１０よりも高い耐性を有する。したがって、ベース層１２０は、最上層１３０をパターニングする際のハードマスクとして利用できる。加えて、本開示に記載される方法を使用して、フォトレジスト層１１０をエネルギー電子で露光することを促進することを手助けするようにベース層１２０の組成及び厚さを選択できる。
【0016】
最上層１３０の下方の層は、半導体基板層１５０により集合的に図示されている。半導体基板層１５０は、単結晶半導体を含んでもよい出発基板の上に形成された様々な誘電体層、金属層、及び半導体層を備える。出発基板は、バルクシリコン、バルクシリコンの上のエピタキシャルシリコン、ガリウムヒ素、炭化シリコン、ゲルマニウム、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、又はヘテロ構造、例えばシリコン上の窒化ガリウム、サファイヤ上のシリコン等、を含んでもよく、エピタキシャル成長埋込み半導体領域、例えば埋込みシリコンゲルマニウムを更に含んでもよい。
【0017】
最上層１３０をパターニングするために使用されるＥＵＶリソグラフィプロセス２００は、図２のフロー図と、図３Ａ～図３Ｄに示される、処理の様々な中間段階における基板１００のいくつかの断面図とを参照して後述される。
【0018】
基板１００の最上層１３０をパターニングする方法は、第１のタイプのベース層を選択するように設計された実験計画法（ＤＯＥ）を実行することを含む。本明細書では、ベース層のタイプは、ベース層の材料組成と層厚さとの特定の組合せを指す。したがって、第１のタイプのベース層は、第１の組成と第１の厚さとの組合せである。選択された第１のタイプのベース層は、ＥＵＶリソグラフィプロセス２００において、図１のリソグラフィスタック１０２のベース層１２０として使用されてもよい。複数のタイプのベース層に対してＤＯＥを実施することにより第１のタイプのベース層を選択する方法４００が、図４に示すフロー図、及び図５に概略的に示す例示的なデータプロット５００を参照して更に後述される。方法４００は、第１のタイプのベース層を、下方からの電子流束のパターンでフォトレジストを照射することを促進するその能力に応じて選択する。ベース層１２０は、方法４００を使用して選択され、リソグラフィプロセス２００においてリソグラフィスタック１０２中に使用される場合、フォトレジスト層１１０の下方の層からのエネルギー電子の流入に曝露されるフォトレジストの一部を強化できる。下方からのエネルギー電子で露光されるフォトレジストの一部を増加させることは、上方からのＥＵＶ光子の流束によって露光されなければならないフォトレジストの量を減らすことを意味し、それによりＥＵＶリソグラフィプロセス２００用の放射線量を、例えば約１０％～約５０％減らすことが可能になる。
【0019】
図６は、最上層１３０及び半導体基板層１５０を備える入来する基板にＥＵＶ放射線パターンを転写する際に使用されるエッチマスクを形成する方法６００を説明する。エッチマスクは、図３Ｃのリソグラフィスタック１０２として示される、パターニングされたベース層１２０と残っているフォトレジスト層１１０との組合せであり得る。最上層１３０にパターンが転写された後のパターニングされた構造の断面図が図３Ｄに示される。ベース層１２０は、例えば選択方法４００を使用して、フォトレジスト層１１０の下方からの電子によるフォトレジストの露光を促進するように選択できる。したがって、ベース層１２０は、図６に示される方法６００に関するフロー図において電子ブースタ層と説明されている。
【0020】
ここで図２及び図３Ａ～図３Ｄを参照すると、図２のフロー図における箱２１０、及び図３Ａの断面図で示すように、リソグラフィスタック１０２のベース層１２０は入来する基板１００の最上層１３０の上に形成される。ベース層１２０は、好適な堆積技術、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ強化ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）等を使用して形成されてもよい。いくつかの実施形態では、ベース層１２０を形成することは、基板の最上層を水蒸気を含むガス混合物に曝すことを含むＡＬＤプロセスを実施することを含む。いくつかの他の実施形態では、ベース層１２０を形成することは、基板をＳｉＯＣ（Ｎ）のための低温酸化物前駆体に曝すことを含む周期的化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを実施することを含む。
【0021】
様々な実施形態では、ベース層１２０は、以下の２つのカテゴリに広範に属する様々な材料を含んでもよい：（ｉ）金属原子を含む材料、及び（ｉｉ）実質的に金属を含まないシリコン系誘電体。金属含有材料は、金属導電体又は金属酸化物絶縁体であってもよい。金属導電体の例は、チタン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化アルミニウム、タングステン、モリブデン及びルテニウムを含む。金属酸化物絶縁体の例は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化マンガン、酸化スズ、及び酸化インジウムを含む。シリコン系誘電体は、Ｓｉのモル分率、及びＯ、Ｃ及びＮのうちの少なくとも１つのモル分率が、１０原子％よりも大きいことを意味する。実施例は、炭化シリコン、炭窒化シリコン、炭素ドープ酸化シリコン、酸炭窒化シリコン、及び窒化シリコンを含む。
【0022】
ベース層１２０用の材料の多くは、親水性表面を有して形成される。フォトレジストは疎水性であり、親水性表面に対して弱い付着力を有するので、上述したように、ベース層１２０の主表面へのフォトレジストの付着力を高めるために、表面改質ステップが一般に実施される。ベース層１２０を形成した後に、ベース層１２０の主表面へのフォトレジストの付着力を強化するために、表面改質プロセスステップが実施されてもよい。一般にフォトレジストは親水性表面への付着力が劣るので、表面改質ステップは、ベース層１２０の主表面を疎水性にすることができる。いくつかの実施形態では、ベース層１２０の主表面を改質することは、主表面を水素ラジカル（Ｈ＊）に曝すこと、主表面の上に炭化水素（ＣＨｘ）コーティングを堆積すること、又は水素ガスを含む雰囲気中で基板をアニールすることを含む。いくつかの他の実施形態では、ベース層１２０の主表面を改質することは、表面を自己組織化単分子層（ＳＡＭ）でコーティングすることを含む。ＳＡＭの実施例は、ｎ－オクタデシルトリメトキシシラン（ＯＤＳ：Ｈ３Ｃ（ＣＨ２）１７Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）、ヘプタデカフルオロ－１，１，２，２－テトラヒドロ－デシル－１－トリメトキシシラン（ＦＡＳ：Ｆ３Ｃ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）、ｎ－（６－アミノヘキシル）アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＨＡＰＳ：Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）６ＮＨ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、及び、４－（クロロメチル）フェニルトリメトキシシラン（ＣＭＰｈＳ：Ｈ２ＣｌＣ（Ｃ６Ｈ４）Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）を含む。
【0023】
ＥＵＶリソグラフィプロセス２００用のフロー図の箱２２０、及び図３Ｂに示すように、（上記の）表面改質プロセスステップが完了した後、基板１００は、ベース層１２０の主表面の上がフォトレジスト層１１０でコーティングされている。ベース層１２０とフォトレジスト層１１０との組合せが、２層リソグラフィスタック１０２を形成する。図３Ｂ（及び図２の箱２３０）では、フォトレジスト層１１０は、明部と暗部とが交互になったラインを含むパターンで投影されたＥＵＶ放射線３００で露光されている。図３Ｂの破線は、明領域と暗領域の境界を描いている。ＥＵＶ放射線３００が存在する領域は、下向きの３本の平行な矢印により示され、暗い領域は矢印の欠如により示される。図３Ｂに示す実施例では、ポジ型フォトレジストが使用される。したがって、フォトレジストは、ＥＵＶ放射線３００で照射された領域から除去される一方で、暗い領域にはフォトレジストが残ったままであり、その結果、ＥＵＶ放射線３００の明パターン及び暗パターンが、フォトレジスト層１１０中のライン及びスペースのフォトレジストパターンに転写され、フォトレジストラインは、ＥＵＶ放射線３００のパターンにおける暗領域に位置している。
【0024】
後述するように、ＥＵＶ放射線３００は一般に、フォトレジスト中での光子吸収により、フォトレジスト層１１０の一部、すなわち第１の部分だけを露光する。ＥＵＶ放射線３００は、第１の側部３０２と称される一方の側部（上部側）からフォトレジスト層１１０に入る。残りの部分、すなわち第２の部分は、光子吸収に関与しなかった、又はフォトレジスト中での光子吸収から生成された電子との相互作用に関与しなかった、フォトレジスト分子を含む。フォトレジスト層１１０の第２の部分におけるフォトレジストは、ベース層１２０及び最上層１３０の存在ゆえに露光される。ベース層１２０及び最上層１３０において生成されたエネルギー電子３１０が、第２の側部３０４と称される反対側（底面）からフォトレジスト層１１０に入る。１つ以上の実施形態では、第２の部分は第１の部分よりも小さいが、フォトレジスト層１１０の総体積の１０％を超える。
【0025】
前述したように、高い光子エネルギーゆえに、図３Ｂに示すように、ＥＵＶ放射線３００の一部からエネルギー電子３１０が生成される場合があり、それがフォトレジスト層１１０を透過し、ベース層１２０及び最上層１３０などの下方の層で吸収される。図３Ｂにおいてエネルギー電子３１０に付けられた矢印で概略的に示すように、エネルギー電子３１０の一部がフォトレジスト層に入ることができる。エネルギー電子３１０の放出は光子吸収の結果であるので、電子流束はＥＵＶ放射線３００のパターンを模倣する。（図２のフロー図の箱２４０に示すように）エネルギー電子３１０を含む電子流束のパターンでフォトレジスト層１１０に照射することにより、ＥＵＶ光子により誘起された光化学反応により露光されなかった、フォトレジスト分子の一部を露光させることができる。フォトレジストをエネルギー電子で露光することの結果は、フォトレジストを光子で露光することに非常に類似している。実際、ＥＵＶ光子がフォトレジストに吸収される場合、光子から放出されるエネルギーが一連の２次電子を生成し、それが次いで、電気化学反応を介してフォトレジストと相互作用する。ポジ型フォトレジストを光子又はエネルギー電子のいずれかで露光することにより共有結合が破壊されて、比較的不溶性の未露光のポジ型フォトレジストポリマーが、化学現像液により溶解され得る形態に転換される。
【0026】
上でも説明したように、電子流束を強化して、フォトレジスト層１１０のより多くの部分を第２の側部からのエネルギー電子３１０で露光することが、ＥＵＶリソグラフィプロセス２００のフォトレジスト露光ステップ（図２の箱２３０）で使用されるＥＵＶ放射線量を減らすことを手助けする。図４～図６を参照して更に後述する方法は、ベース層１２０の組成及び厚さを調整して、エネルギー電子３１０の生成率と、最上層１３０からフォトレジスト層１１０へのエネルギー電子３１０の輸送とに影響を及ぼすことにより、電子流束を強化することを含む。
【0027】
ＥＵＶリソグラフィプロセス２００のフロー図の箱２５０に示すように、フォトレジスト層１１０は、例えば露光されたフォトレジストを除去する化学溶媒を使用して現像される。図２の箱２６０に示すように、パターニングされたフォトレジスト層１１０は、ＥＵＶ放射線パターンをベース層１２０に転写するためのマスク層であってもよい。図３Ｃは、結果として生じるパターニングされたフォトレジスト層１１０及びパターニングされたベース層１２０を示す基板１００の断面図を表す。図３Ｃでは、図３Ｂにおける領域に形成されたスペース３２０が示され、スペース３２０は、ＥＵＶ放射線３００、並びにエネルギー電子３１０の光産生及び２次電子放出によって形成される電子流束により照射されている。パターニングされたフォトレジスト層１１０におけるスペース３２０はベース層１２０の表面を露出させ、その後のエッチステップが、ベース層１２０を介してスペース３２０を延長させて、基板１００の最上層１３０の一部を露出させる。図３Ｃに図示するように、暗領域は、パターニングされたベース層１２０が形成された後に残っている、パターニングされたフォトレジスト層１１０のフォトレジストのラインにより保護されている。パターニングされたベース層１２０と、残っているパターニングされたフォトレジスト層１１０との組合せが、図３Ｃにおけるリソグラフィスタック１０２を形成する。ＥＵＶリソグラフィプロセス２００のフロー図の箱２７０と、図３Ｄの断面図とに示すように、図３Ｃにおけるリソグラフィスタック１０２は、ＥＵＶ放射線パターンを基板１００の最上層１３０に転写するために、その後の異方性エッチステップにて使用するエッチマスクであってもよい。
【0028】
いくつかの実施形態では、図２のフロー図の箱２６０及び箱２７０に示され、図３Ｄの断面図で表されるパターン転写エッチプロセスは、例えば、２ステップ反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスなどの２ステップ異方性プラズマエッチングを使用して実施されてもよい。第１のステップは、ベース層１２０の露出部分を除去してパターニングされたベース層１２０を形成することができ、第２のステップは、パターンを最上層１３０に転写することができる。
【0029】
最上層１３０（図２の箱２７０）をエッチングするために使用される異方性エッチステップの間、パターニングされたベース層１２０を、残っているパターニングされたフォトレジスト層１１０（図３Ｃに示す）と組み合わせてハードマスク層として使用して、図３Ｄに表すように、図３Ｃにおけるスペース３２０の深さを延長して、垂直に近い側壁を有する、より高いアスペクト比を有するスペース３３０を形成することができる。図３Ｄは、箱２７０により示されるパターン転写エッチングが完了し、半導体基板層１５０の表面が露出された後の、基板１００の状態の断面図を示す。いくつかの実施形態では、最上層１３０の露出された領域を除去するために使用されるエッチング化学物質は、特に最上層１３０が有機材料を含む場合、図３Ｄのフォトレジスト層１１０の著しく減少した厚さにより示されるように、フォトレジストに対する選択性があまり高くない場合がある。基板１００の一部領域では全てのフォトレジストが侵食される場合があり、パターンの完全性は、パターン転写エッチングがベース層１２０のベース層材料に対して高い選択性を有することに依存する。
【0030】
図４は、上述したリソグラフィスタック１０２においてベース層１２０として使用するベース層のタイプを選択する方法４００のフロー図を示す。選択方法４００を使用して、図１及び図３Ａ～図３Ｄに示すベース層１２０を形成するように第１のタイプのベース層を選択してもよい。方法４００は、フォトレジスト層１１０の下方の層からのエネルギー電子３１０の流入によるフォトレジスト層１１０の２次露光を促進する（図３Ｂを参照）第１の組成と第１の厚さとの特定の組合せを有するように、第１のタイプのベース層を選択する。２次露光は、フォトレジスト層１１０中での光子吸収によって直接露光を補足する。
【0031】
複数のタイプのベース層から第１のタイプのベース層を選択するＤＯＥにおいて変化される要因は、材料組成（例えば、構成原子の原子濃度）及び膜厚であり得る。いくつかの実施形態では、要因は様々な表面処理を含み得る。図４のフロー図の箱４１０に示すように、方法４００は、複数の試験基板を準備することから始まり、各基板は、上述したＥＵＶリソグラフィプロセス２００用の入来する基板の最上層１３０に類似する最上層を有する。
【0032】
方法４００のフロー図の箱４２０に示すように、２層リソグラフィスタックは、リソグラフィスタック１０２（図３Ｂ～図３Ｄを参照）と同様に、複数の試験基板の各々の最上層の上に形成されてもよい。２層リソグラフィスタックは、ベース層と、ベース層の上にコーティングされたフォトレジスト層とを備える。各試験基板において同じフォトレジスト層が使用されるが、実験を実施するために、各試験基板におけるベース層は、ＤＯＥに従って、厚さ及び組成の異なる組合せを有するように形成されてもよい。
【0033】
次に、図４のフロー図の箱４３０に示すように、フォトレジスト層の各々が、ＥＵＶ投影ステッパを使用して、ＥＵＶ放射線のパターンで試験基板を露光し、次いで、露光されたフォトレジスト層を現像することによりパターニングされる。フォトリソグラフィプロセスは、各フォトレジスト層が焦点－露光量マトリックスにて露光されることを除いて、パターニングされたフォトレジスト層１１０を形成するために使用される、図１及び図３Ｃに示すプロセスに類似している。試験基板のフォトレジスト層を焦点－露光量マトリックスにて露光する場合、ダイのマトリックスの各ダイ上に同じＥＵＶ放射線パターンが投影されるが、ステッパが、あるダイ位置から次の位置にステップ移動するにつれて、露光量と焦点面の高さとの異なる組合せを使用する。例えば、行に沿った全てのダイが一定の露光量で照射されてもよいが、焦点面の高さは行内の隣接するダイ間で増加されてもよく、列に沿った全てのダイが同じ焦点面上に投影されてもよいが、露光量は列内の隣接するダイ間で増加されてもよい。試験基板を焦点－露光量マトリックスにて露光する技術を使用して、所与の露光量に対する焦点深度（ＤＯＦ）を推定することができる。
【0034】
複数の試験基板をＥＵＶ放射線で露光した後に、フォトレジストの露光された領域を除去するための好適なプロセスを使用して、フォトレジスト層がパターニングされる。方法４００のフロー図の箱４４０に示すように、様々なパターニング測定基準を得るために、パターニングされたフォトレジスト層に測定を実施した。パターニング測定基準の例として、ＤＯＦ、極めて重要なパターンのフォトレジスト線幅などの限界寸法（ＣＤ）、エッジ配置誤差（ＥＰＥ）、線幅ラフネス及びラインエッジラフネス（ＬＷＲ及びＬＥＲ）、側壁傾斜及びフォトレジストフットなどのフォトレジストプロファイル測定基準、ブリッジ、空所、フォトレジスト崩壊、フォトレジスト剥離及びスカミングなどの様々なパターニング欠陥の欠陥密度、が挙げられる。パターニング測定基準の一部は、破壊的技術を使用して測定できる。
【0035】
方法４００のためのフロー図の箱４５０において、上述したように、第１のタイプのベース層は、実験的な試験基板から得られたパターニング測定基準に基づいて選択される。第１のタイプのベース層は第１のベース層を指定し、それは半導体デバイスを製造するために使用されるＥＵＶリソグラフィプロセスにおけるベース層１２０である。選択プロセスの目的は、フォトレジストパターンの品質への悪影響を無視できるほどにしながら、フォトレジストの約１０％～約５０％をフォトレジスト層１１０の下方の層からの流入電子により電気化学的に露光することにより、比較的低いＥＵＶ露光量を使用することができるように、ベース層１２０に関する組成及び厚さの特定の組合せを選択することである。上述したように、露光量を減らすことにより、製造においてより高いスループットを実現するという利点を提供できる。
【0036】
１つの例示的な選択プロセスが、図４のフロー図の箱４５０で概説される。選択プロセスは、関心の対象であるパターニング測定基準ごとに、許容可能範囲を定めることと、露光量と、ＤＯＥのベース層の複数のタイプの各ベース層に対して測定されたパターニング測定基準との間の関係を得ることとを含む。ベース層の上に形成されたフォトレジストパターンに関する全てのパターニング測定基準が、それらの対応する許容可能範囲内にあることが判明した場合、ベース層及び対応するＥＵＶリソグラフィプロセスは、半導体デバイスを製造するに許容可能となるであろう。
【0037】
ここで、例示的なパターニング測定基準、例えばＣＤを考える。図５は、３つのタイプのベース層の各々に関する、露光量に対する測定されたＣＤの３つのプロット５１０、５２０及び５３０を概略的に示す。プロット５１０は、基準組成（例えば、１０原子％の炭素を有する炭素ドープ酸化シリコン）及び基準厚さ（例えば、２．５ｎｍ）を有する基準ベース層の上に形成されたフォトレジストパターンから測定されたＣＤ測定値を示すことができる。プロット５２０は、例えば、同じ２．５ｎｍの厚さを有するが、３０原子％の炭素を有する、炭素ドープ酸化シリコンベース層を使用した試験基板から得た測定値であってもよく、プロット５３０は、基準組成（１０原子％の炭素を有する炭素ドープ酸化シリコン）を有するが、厚さが１．５ｎｍである試験基板からのＣＤデータであってもよい。ＣＤの許容可能範囲は、水平矢印により示されるターゲットＣＤを中心とするＣＤＭＩＮ及びＣＤＭＡＸとマークされた水平破線により示される。測定されたＣＤが許容可能である露光量の範囲が、垂直矢印により示される中央露光量を中心とする一対の垂直破線により示される。プロット５１０、５２０及び５３０に基づいて、３つのベース層のいずれも拒否され得る。しかしながら、例えば、ＬＷＲ対露光量のプロットが、図５のプロット５１０から確認される露光量範囲Ｅ１において、基準ベース層からのＬＷＲデータが容認できないほど高いことを示す場合、基準ベース層は拒否されなければならない。
【0038】
例えば、３０原子％の炭素を有する厚さ２．５ｎｍの炭素ドープ酸化シリコンベース層、並びに１０原子％の炭素を有する厚さ１．５ｎｍの炭素ドープ酸化シリコンベース層が、共通露光量範囲（例えば、プロット５２０のベース層についてはＥ２、及びプロット５３０のベース層についてはＥ３）に対して、それらの対応する許容可能範囲内に関心の対象である全てのパターニング測定基準を有すると更に仮定すると、両方のタイプのベース層が、第１のタイプのベース層としての選択が考慮される候補である。Ｅ２と比較してＥ３は低い露光量を有するので、図５のプロット５３０のベース層が第１のベース層として選択することができ、１．５ｎｍの厚さを１０原子％の炭素、４５原子％のシリコン及び４５原子％の酸素を有する炭素ドープ酸化シリコンの組成と組み合わせたものを、対応する第１のタイプのベース層とすることができる。この例は、図４の方法４００を示す例示のみを目的としていることを理解されたい。
【0039】
ベース層材料としてシリコン系誘電体を用いるいくつかのＤＯＥが、上述した方法を使用して実行された。ベース層の各々の組成は、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、及び窒素（Ｎ）原子の組成を含み、Ｓｉのモル分率、及びＯ、Ｃ及びＮのうちの少なくとも１つのモル分率が、１０原子％を超える。実験は、５つの幅広いグループに分けられると説明できる。１つのグループ内の複数のタイプのベース層は、組成が類似している。第１のグループは、炭化シリコン（ＳｉｘＣ１－ｘ）に類似したタイプのベース層材料を含む。第２のグループは、窒化シリコン（ＳｉｘＮ１－ｘ）に類似したタイプのベース層材料を含む。第３のグループは、炭窒化シリコン（ＳｉｘＣｙＮ１－ｙ）に類似したタイプのベース層材料を含む。第４のグループは、炭素ドープ酸化シリコン（ＳｉｘＯｙＣ１－ｘ－ｙ）に類似したタイプのベース層材料を含む。第５のグループは、酸炭窒化シリコン（ＳｉｘＯｙＣｚＮ１－ｘ－ｙ－ｚ）に類似したタイプのベース層材料を含む。
【0040】
これらの実験の試験ウェハーと、上述したＥＵＶリソグラフィプロセス２００の２層リソグラフィスタック１０２とを使用して形成されたパターニングされたフォトレジスト層から測定されたパターニングデータを使用して、発明者らは、第１のベース層を形成するための第１のタイプのベース層として選択できるいくつかのタイプのベース層（組成と厚さとの特定の組合せ）を特定した。これら第１のベース層は、エネルギー電子３１０（図３Ｂを参照）の電子流束によってフォトレジストの露光を強化して、ＥＵＶ放射線３００（図３Ｂを参照）の露光量の約１０％～約５０％の減少を実現できる。例えば、炭素含有量は、炭化シリコンに類似した実施形態については、約４０原子％～５０原子％であり、炭窒化シリコン又は酸炭窒化シリコンに類似した実施形態については、約１０原子％～３０原子％であると確認された。
【0041】
第１のベース層の厚さが低減されると、第１のベース層の下方で最上層１３０において生成されたエネルギー電子３１０は、第１のベース層の上方のフォトレジストに到達する可能性が高くなる。いくつかの実施形態では、例えば、シリコン系誘電体を使用する実施形態では、最上層１３０における光子吸収及び２次電子生成は、シリコン系誘電体を含む第１のベース層における光子吸収及び２次電子生成を遥かに超える場合がある。したがって、下方からの電子流束がフォトレジスト層１１０中に入ることを促進するために、薄い第１のベース層を選択することが有利な場合がある。厚さを減らすことは誘電材料を介するエネルギー電子３１０の輸送を促進して、（多くの場合、量子トンネリング機構により）第１のベース層のインピーダンスを低下させる。層が厚すぎる場合、最上層１３０において生成されたエネルギー電子３１０のごく一部がフォトレジスト層１１０に到達し得る。様々な実施形態では、低インピーダンス第１のベース層の厚さは５ｎｍ以下であってもよく、一実施形態では、低インピーダンス第１のベース層の厚さは２ｎｍ未満である。
【0042】
この例では、ＤＯＥ用に使用される材料は、ＥＵＶ光子を効率的に吸収できないシリコン系誘電体に制限されることに留意されたい。したがって、最上層１３０は、フォトレジスト層１１０中への下方からの電子流束のためのエネルギー電子３１０の主な供給源であり得る。したがって、フォトレジスト層１１０の第２の側部を介する電子流入の促進は、低インピーダンス第１のベース層について小さい厚さを選択することにより提供される。更に後述されるように、金属含有材料に対して選択される厚さは、シリコン系誘電材料に対して選択される厚さほど薄くなくてもよい。
【0043】
ベース層１２０は、電子ブースタ層として機能することに加えて、図３Ｂの深さスペース３２０を図３Ｄのより高いアスペクト比のスペース３３０に拡張するために使用されるエッチングプロセス中に、ハードマスク層として機能できる。図３Ｃ及び図３Ｄを参照して上述したように、いくつかの実施形態では、最上層１３０をエッチングするために使用されるエッチング化学物質は、例えば、最上層１３０がＳＯＣなどの有機材料を含む実施形態では、フォトレジストに対して比較的低い選択性を有する場合がある。したがって、低インピーダンス第１のベース層の第１の厚さを選択する際に使用される最小厚さが存在し得る。さもなければ、ベース層１２０は、リソグラフィスタック１０２の一部として使用される場合、エッチマスクとして適切に機能することに失敗する場合がある。様々な実施形態では、低インピーダンス第１のベース層の厚さは約０．５ｎｍ～約５ｎｍであってもよい。いくつかの実施形態では、厚さは、０．５ｎｍ以上且つ２ｎｍ以下であってもよい。
【0044】
図６のフロー図は、基板の上にエッチマスクを形成する方法６００を示す。方法６００は、ベース層１２０（箱６１０及び図３Ａ）を形成することを含む。ベース層１２０は、上述したように電子ブースタ層と称されてもよい。電子ブースタ層は、基板１００の主表面に付着して形成されてもよく、フォトレジスト層１１０は、電子ブースタ層の主表面に付着して形成されてもよい（箱６２０及び図３Ｂ）。箱６１４に示すように、電子ブースタ層の主表面へのフォトレジストの付着は、表面にフォトレジストをコーティングする前に、電子ブースタ層の主表面を水素含有気体に曝して、電子ブースタの主表面を疎水性に転換する表面処理により改善できる。上述したように、例示的な表面処理プロセスが、水素ラジカルによるプラズマ処理、水素ガスアニール、及び炭化水素によるコーティングを含む。別の表面改質方法が、ベース層１２０の主表面の上に疎水性材料の薄いコーティング、例えば自己組織化単分子層（ＳＡＭ）を形成することであり、ＳＡＭは、上述したように、ＯＤＳ、ＦＡＳ、ＡＨＡＰＳ又はＣＭＰｈＳを含む。
【0045】
電子ブースタ層に付着しているフォトレジスト層１１０は、ＥＵＶ放射線３００（図３Ｂを参照）のパターンに曝され得る。ＥＵＶ光子流束の一部は、フォトレジスト層１１０を透過し、下方の層（例えば、ベース層１２０及び最上層１３０）で吸収され得る。光子吸収プロセスは、ＥＵＶ放射線３００と同じパターンを有する電子流束を生成する。フォトレジストの下方で放出されるエネルギー電子３１０（図３Ｂを参照）の一部がフォトレジスト層１１０に入り、電気化学反応を誘起し、それが未反応のフォトレジスト分子の一部を露光し得る。したがって、フォトレジスト層１１０におけるフォトレジストの第１の部分が、（箱６３０に示す）フォトレジスト内でのＥＵＶ放射線の吸収によって直接露光される一方で、フォトレジスト層１１０におけるフォトレジストの第２の部分が、エッチマスクを形成する方法６００のフロー図の箱６３４に示すように、下方からフォトレジストに入る電子流束によって露光される。
【0046】
フォトレジストを、ＥＵＶ放射線３００と、フォトレジスト層１１０の下方からの電子流束とのパターンで露光した後、フォトレジストは、図６に示す方法６００のフロー図の箱６４０に示すように、適切な現像液を使用して現像されて、パターニングされたフォトレジストエッチマスク１１０が形成され得る。
【0047】
次いで、図３Ｃに図示し図６の箱６５０に示すように、パターニングされたフォトレジスト層１１０をマスク層として使用して、ＥＵＶ放射線３００のパターンを電子ブースタ層に転写することができる。更に箱６５０に示すように、図３Ｃのリソグラフィスタック１０２の組み合わされた層（パターニングされた電子ブースタ層と、電子ブースタ層をパターニングした後に残っているパターニングされたフォトレジスト層１１０との組合せ）は、基板の上にエッチマスクを形成する方法６００を使用して形成された例示的なエッチマスクである。ＥＵＶパターンを基板１００の最上層１３０に転写するために使用される、その後のエッチステップのエッチマスクとして使用されるリソグラフィスタック１０２の実施例が、図３Ｄに示す断面図を参照して上述される。
【0048】
フォトレジスト層１１０（図３Ｂを参照）の第２の側部３０４を介する電子流束は、電子ブースタ層（ベース層１２０）によって２つの方法で促進され得る：電子ブースタ層におけるエネルギー電子３１０の生成率を促進させること、及び、電子ブースタ層の下方の基板において、例えば図３Ｂにおける矢印によって概略的に示されるような、基板１００の最上層１３０において生成されたエネルギー電子３１０に関する、ブースタ層を介する電子の輸送を促進させること。電子流束を強化する２つの方法のうちのどちらが強調されるかに応じて、ベース層１２０用に異なる材料及び厚さが使用されてもよい。図４及び図５を参照して上述したように、方法４００を使用してベース層１２０用の適切な材料及び厚さを選択することができる。
【0049】
電子ブースタ層（ベース層１２０）中の電子生成率は、低いイオン化エネルギーを有する原子、例えば多くの金属の原子を導入することにより増加できる。一般に、大きい原子番号（大きいＺ）を有する金属原子及び／又は原子がＥＵＶ光子を効率的に吸収する。したがって、いくつかの実施形態では、電子ブースタ層は、大きいＺ／金属含有の層であってもよい。大きいＺ／金属含有の電子ブースタ層は、例えば、チタン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化アルミニウム、タングステン、モリブデン又はルテニウム金属層を含む金属層であってもよい。いくつかの他の実施形態では、大きいＺ／金属含有の電子ブースタ層は、金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化マンガン、酸化スズ又は酸化インジウムを含んでもよい。大きいＺ／金属含有の電子ブースタ層は、ベース層１２０内からのエネルギー電子３１０の供給を促進するために使用されるので、ＥＵＶ光子が効率的に吸収され得る約３ｎｍ以上の厚さが使用されてもよい。しかしながら、ベース層１２０は犠牲層であり、その層を剥離するために使用される後続のプロセス工程にとって過剰な厚さが望ましくないことに留意されたい。様々な実施形態では、金属層又は金属酸化物ベース層１２０の厚さは、約３ｎｍ～約１０ｎｍであってもよい。ベース層１２０用の材料の選択は、ＥＵＶリソグラフィが実施されているパターニングレベルによって限定され得ることに更に留意されたい。例えば、いくつかの用途では、金属汚染に関する懸念により、ベース層１２０としての金属含有材料の使用が排除される場合があり、大きいＺ／金属含有の電子ブースタ層が第１のベース層用の選択肢ではない場合がある。しかしながら、シリコン系誘電体が使用されてもよい。その時、上述したように、第２の側部３０４からフォトレジスト層１１０に入る電子流束を促進するために、低インピーダンス第１のベース層が選択されてもよい。前述したように、この場合、最上層１３０から来て、ベース層１２０を通過してフォトレジスト層１１０に到達するエネルギー電子３１０の輸送を容易にすることにより、電子流束が促進される。厚さを減らして、電子流に対する層のインピーダンスを低下させることにより、ベース層１２０を通る電子の輸送を促進できる。いくつかの実施形態では、低インピーダンスベース層１２０は、電子に対する量子トンネリング確率が高くなるように、十分に薄くてもよい。直接トンネリングの領域では、誘電体膜を通る電子流束は、膜厚の減少に伴い指数的に増加する場合がある。一般に、誘電体膜の厚さが約２ｎｍ以下に低減されると、直接トンネリングが誘電体膜を通る主要な輸送機構になる。
【0050】
ベース層１２０の厚さが低減されると、ベース層１２０の下方で最上層１３０において生成されたエネルギー電子３１０は、第２の側部３０４を通ってフォトレジスト層１１０に到達する可能性が高くなる。しかしながら、図３Ｃ及び図３Ｄを参照して前述したように、いくつかの実施形態では、パターニングされたベース層１２０が、基板１００の最上層１３０をエッチングするハードマスクとして使用されてもよい。電子ブースタ層の不十分な厚さが、有効なエッチマスクであるその能力を損なう場合がある。更には、層が薄すぎる場合、製造において層を形成し、堆積プロセスを確実に制御することが困難な場合がある。いくつかの実施形態では、低インピーダンス第１のベース層がベース層１２０として使用されてもよい。いくつかの実施形態では、低インピーダンスベース層１２０は、炭化シリコン、炭窒化シリコン、炭素ドープ酸化シリコン、酸炭窒化シリコン、又は窒化シリコンを含むシリコン系誘電体層であってもよく、低インピーダンスベース層１２０の厚さは０．５ｎｍ以上、且つ５ｎｍ以下、及び一実施形態では２ｎｍ以下であってもよい。
【0051】
上述したように、本開示で説明される実施形態は、ＥＵＶリソグラフィを使用して基板をパターニングするコストを低下させる利点を提供する。入来する基板の最上層をＥＵＶ放射線のパターンでパターニングするためのリソグラフィスタックを形成する方法により、コスト低減が実現される。本開示で説明される方法を使用して、リソグラフィスタックは、入来する基板の表面の上に形成されたベース層と、ベース層の上に形成されたフォトレジスト層とを含む、２層リソグラフィスタックであってもよい。本明細書で説明されるように、ベース層の厚さ及び組成の組合せを選択する方法は、パターン品質への悪影響を無視できるほどにしながら、ＥＵＶ放射線量を減らすことを手助けし、それによりスループットが増加し、製造コストが低減される。
【0052】
本発明の例示的な実施形態をここで要約する。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。
【実施例】
【0053】
実施例１．半導体デバイスを製造する方法であって、本方法は、基板の最上層の上にベース層を形成することであって、ベース層は、５ｎｍ以下且つ０．５ｎｍ以上の厚さを有するシリコン系誘電体を含む、ことと、ベース層の上にフォトレジスト層を形成することであって、フォトレジストは、第１の側部及び反対側の第２の側部を備える、ことと、フォトレジスト層の第１の部分を、第１の側部から極紫外線（ＥＵＶ）放射線のパターンで露光することと、フォトレジスト層の第２の部分を、第２の側部から電子流束のパターンで露光することであって、電子流束はＥＵＶ放射線に応答してベース層からフォトレジスト層の中に向けられる、ことと、露光されたフォトレジスト層を現像してパターニングされたフォトレジスト層を形成することと、パターニングされたフォトレジスト層のパターンをベース層及び最上層に転写することと、を含む。
【0054】
実施例２．第２の部分の体積が、第１の部分の体積よりも小さく、フォトレジストの総体積の１０％よりも大きい、実施例１に記載の方法。
【0055】
実施例３．シリコン系誘電体は炭化シリコンであり、炭化シリコンは、４０原子％以上且つ５０原子％以下の炭素含有量を有する、実施例１又は２のいずれか１つに記載の方法。
【0056】
実施例４．シリコン系誘電体は炭窒化シリコンであり、炭窒化シリコンは、１０原子％以上且つ３０原子％以下の炭素含有量を有する、実施例１～３のいずれか１つに記載の方法。
【0057】
実施例５．シリコン系誘電体は酸炭窒化シリコンであり、酸炭窒化シリコンは、１０原子％以上且つ３０原子％以下の炭素含有量を有する、実施例１～４のいずれか１つに記載の方法。
【0058】
実施例６．ベース層を形成することは、フォトレジスト層を形成する前に、ベース層の主表面を改質し、その結果、主表面は疎水性になっていることを更に含む、実施例１～５のいずれか１つに記載の方法。
【0059】
実施例７．ベース層の主表面を改質することは、主表面を水素ラジカル（Ｈ＊）に曝すこと、主表面の上に炭化水素（ＣＨｘ）コーティングを堆積すること、又は水素ガスを含む雰囲気中で基板をアニールすることを含む、実施例１～６のいずれか１つに記載の方法。
【0060】
実施例８．ベース層の主表面を改質することは、主表面の上に自己組織化単分子層（ＳＡＭ）のコーティングを形成することを含み、ＳＡＭは、ｎ－オクタデシルトリメトキシシラン（ＯＤＳ：Ｈ３Ｃ（ＣＨ２）１７Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）、ヘプタデカフルオロ－１，１，２，２－テトラヒドロ－デシル－１－トリメトキシシラン（ＦＡＳ：Ｆ３Ｃ（ＣＦ２）７（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）、ｎ－（６－アミノヘキシル）アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＨＡＰＳ：Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）６ＮＨ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、及び、４－（クロロメチル）フェニルトリメトキシシラン（ＣＭＰｈＳ：Ｈ２ＣｌＣ（Ｃ６Ｈ４）Ｓｉ（ＯＣＨ３）３）、を含む、実施例１～７のいずれか１つに記載の方法。
【0061】
実施例９．ベース層を形成することは、基板の最上層を水蒸気を含むガス混合物に曝すことを含む原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを実施することを含む、実施例１～８のいずれか１つに記載の方法。
【0062】
実施例１０．ベース層を形成することは、基板をＳｉＯＣ（Ｎ）のための低温酸化物前駆体に曝すことを含む周期的化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを実施することを含む、実施例１～９のいずれか１つに記載の方法。
【0063】
実施例１１．最上層は、スピンオン炭素（ＳＯＣ）層、有機誘電体層（ＯＤＬ）、非晶質炭素（ａ－Ｃ）層、又は有機平坦化層（ＯＰＬ）を含む、実施例１～１０のいずれか１つに記載の方法。
【0064】
実施例１２．基板の上にエッチマスクを形成する方法であって、方法は、基板の主表面に付着する電子ブースタ層を形成することと、電子ブースタ層の主表面を水素含有ガスに曝して主表面を疎水性に転換することと、電子ブースタ層の疎水性の主表面に付着するフォトレジスト層を形成することと、フォトレジスト層の第１の部分を、極紫外線（ＥＵＶ）放射線のパターンで露光することと、フォトレジスト層の第２の部分を電子ブースタ層からの電子流束で露光することであって、ＥＵＶ放射線の一部がフォトレジスト層の下方で吸収されて、電子流束が生成される、ことと、露光されたフォトレジスト層を現像してパターニングされたフォトレジスト層を形成することと、電子ブースタ層をパターニングされたフォトレジスト層でパターニングして、パターニングされた電子ブースタ層を形成することであって、エッチマスクは、パターニングされた電子ブースタ層と、電子ブースタ層をパターニングした後に残っているパターニングされたフォトレジスト層とを組み合わせたものである、ことと、を含む方法。
【0065】
実施例１３．電子ブースタ層を形成することは、金属層を形成することを含み、金属層は、チタン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化アルミニウム、タングステン、モリブデン、又はルテニウムを含む、実施例１２に記載の方法。
【0066】
実施例１４．電子ブースタ層を形成することは、金属酸化物を含む層を形成することを含み、金属酸化物は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化マンガン、酸化スズ、又は酸化インジウムを含む、実施例１２又は１３に記載の方法。
【0067】
実施例１５．電子ブースタ層を形成することは、炭化シリコン、炭窒化シリコン、炭素ドープ酸化シリコン、酸炭窒化シリコン、又は窒化シリコンを含むシリコン系誘電体層を形成することを含み、シリコン系誘電体層の厚さは、０．５ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下である、実施例１２～１４のいずれか１つに記載の方法。
【0068】
実施例１６．基板をパターニングする方法であって、方法は、複数の試験基板を準備することであって、各試験基板は実質的に同じ最上層を有する、ことと、複数の試験基板の各々の最上層の上にリソグラフィスタックを形成することであって、リソグラフィスタックは、ベース層と、ベース層の上に配置されたフォトレジスト層とを含み、複数の試験基板の各々のベース層は、厚さ及び組成の異なる組合せを有する、ことと、フォトレジスト層を焦点－露光量マトリックスにて極紫外線（ＥＵＶ）放射線のパターンで露光することにより、各フォトレジスト層をＥＵＶリソグラフィプロセスでパターニングすることと、複数の試験基板の各々のパターニングされたフォトレジスト層を測定することにより、パターニング測定基準を得ることと、パターニング測定基準に基づいて、第１のタイプのベース層を選択することであって、第１のタイプのベース層は、ＥＵＶリソグラフィプロセス用のリソグラフィスタックの第１のベース層に関する第１の厚さと第１の組成との特定の組合せを有する、ことと、を含む方法。
【0069】
実施例１７．パターニング測定基準は、焦点深度、限界寸法、エッジ配置誤差、ラインエッジラフネス、線幅ラフネス、フォトレジスト側壁角度、若しくはフォトレジストパターンにおける欠陥密度、又はそれらの組合せを含む、実施例１６に記載の方法。
【0070】
実施例１８．第１のタイプのベース層を選択することは、パターニング測定基準ごとに、測定基準が許容可能となる範囲を定めることと、パターニング測定基準ごとに、各ベース層に関して露光量とパターニング測定基準との間の関係を取得することと、関係に基づいて、パターニング測定基準の各々が、それぞれの範囲内となる露光量が存在する、ベース層を特定することと、特定されたベース層から第１のタイプのベース層を選択することと、を含む、実施例１６又は１７に記載の方法。
【0071】
実施例１９．ベース層の各々の組成が、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、及び窒素（Ｎ）原子の組成を含み、Ｓｉのモル分率、及びＯ、Ｃ及びＮのうちの少なくとも１つのモル分率が、１０原子％以上である、実施例１６～１８のいずれか１つに記載の方法。
【0072】
実施例２０．炭素のモル分率は、１０原子％以上且つ５０原子％以下である、実施例１６～１９のいずれか１つに記載の方法。
【0073】
例示的な実施形態を参照して本発明について説明してきたが、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。当業者であれば、本明細書を参照することにより、それらの例示的実施形態の様々な修正形態及び組合せ、並びに本発明の他の実施形態が明らかになるであろう。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が意図される。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】