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特表2024-542920フォトリソグラフィパターニング方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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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】2024-11-19

(54)【発明の名称】フォトリソグラフィパターニング方法

(51)【国際特許分類】

G03F 7/20 20060101AFI20241112BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

G03F7/20 521

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024513106

(86)(22)【出願日】2023-06-13

(85)【翻訳文提出日】2024-02-26

(86)【国際出願番号】 KR2023008108

(87)【国際公開番号】W WO2024096229

(87)【国際公開日】2024-05-10

(31)【優先権主張番号】10-2022-0144222

(32)【優先日】2022-11-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515162224

【氏名又は名称】コリアアドバンスドインスティテュートオブサイエンスアンドテクノロジー

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡＡＤＶＡＮＣＥＤＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋香元

(72)【発明者】

【氏名】ソン，ジュンチョル

(72)【発明者】

【氏名】バク，ミンジュン

(72)【発明者】

【氏名】リ，ワン－ギュ

(72)【発明者】

【氏名】パク，ジョン－ワン

【テーマコード（参考）】

2H197

【Ｆターム（参考）】

2H197AA06

2H197AB12

2H197BA11

2H197CA08

2H197CD43

2H197CE01

2H197CE10

2H197DB40

2H197HA03

2H197JA22

(57)【要約】

本発明の一実施例によるパターニング方法は、基板上に第１フォトレジスト層を形成する段階と、マスクパターンのラインとスペースを有するレチクルと露光装備を用いてしきいエネルギ以上の第１露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第１分割露光を行う段階と、前記レチクルを前記マスクパターンのラインの線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第２露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第２分割露光を行ってフォトレジストパターンを形成する段階と、を含む。第１露光エネルギの空間分布は、前記第２露光エネルギの空間分布と重畳される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に第１フォトレジスト層を形成する段階と、
マスクパターンのラインとスペースを有するレチクルと露光装備を用いてしきいエネルギ以上の第１露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第１分割露光を行う段階と、
前記レチクルを前記マスクパターンのラインの線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第２露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第２分割露光を行ってフォトレジストパターンを形成する段階と、を含み、
第１露光エネルギの空間分布は、前記第２露光エネルギの空間分布と重畳されることを特徴とするパターニング方法。

【請求項2】

前記第１露光エネルギはしきいエネルギの１２５％ないし１５５％であることを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。

【請求項3】

前記レチクルの移動量は前記マスクパターンのライン線幅の１０％ないし２０％であることを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。

【請求項4】

前記露光装備はＡｒＦ液浸装備であり、
前記マスクパターンの前記ライン線幅は４０ｎｍであり、
前記マスクパターンの前記スペース線幅は４０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。

【請求項5】

前記第１フォトレジスト層を現像（ｄｅｖｅｌｏｐ）してパターン化された第１フォトレジストパターンを形成する段階をさらに含み、
前記第１フォトレジストパターンのライン線幅は３３ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。

【請求項6】

前記第１フォトレジストパターンのライン線幅は２０ｎｍ水準であり、
前記第１フォトレジストパターンのスペース線幅は６０ｎｍ水準であることを特徴とする請求項５に記載のパターニング方法。

【請求項7】

前記第１フォトレジスト層を現像（ｄｅｖｅｌｏｐ）してパターン化された第１フォトレジストパターンを形成する段階をさらに含み、
前記第１フォトレジストパターンのライン線幅に対する前記第１フォトレジストパターンの高さの比である縦横比は４以下であることを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。

【請求項8】

前記第１露光エネルギは前記第２露光エネルギと同一であり、前記第１露光エネルギはしきいエネルギの１４３％であることを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。

【請求項9】

前記第１フォトレジスト層を現像（ｄｅｖｅｌｏｐ）してパターン化された第１フォトレジストパターンを形成する段階をさらに含み、
前記第１露光エネルギと前記第２露光エネルギは、しきいエネルギ以上であり、
前記第１露光エネルギと前記第２露光エネルギの和は、前記しきいエネルギの２６０％ないし３００％であることを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。

【請求項10】

基板上にハードマスク層を形成する段階と、
前記ハードマスク層上に第１フォトレジスト層を形成する段階と、
マスクパターンのラインとスペースを有するレチクルと露光装備を用いてしきいエネルギ以上の第１露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第１露光を行う段階と、
前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第２露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第２露光を行う段階と、
前記第１フォトレジスト層を現像して第１フォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第１フォトレジストパターンをエッチングマスクで前記ハードマスク層をエッチングして予備ハードマスクパターンを形成する段階と、
前記第１フォトレジストパターンを除去した後、前記予備ハードマスクパターン上に第２フォトレジスト層を形成する段階と、
前記予備ハードマスクパターンを基準として前記レチクルを前記マスクパターンのピッチの１／２に移動し、前記レチクルと前記露光装備を用いてしきいエネルギ以上の第３露光エネルギで前記第２フォトレジスト層に第３分割露光を行う段階と、
前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第４露光エネルギで前記第２フォトレジスト層に第４分割露光を行う段階と、を含むことを特徴とするパターニング方法。

【請求項11】

前記第２フォトレジスト層を現像して第２フォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第２フォトレジストパターン及び前記予備ハードマスクパターンをエッチングマスクで前記基板をエッチングする段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のパターニング方法。

【請求項12】

前記第２フォトレジスト層を現像して第２フォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第２フォトレジストパターンをエッチングマスクで前記予備ハードマスクパターンをエッチングしてメインハードマスクパターンを形成する段階と、
前記第２フォトレジストパターンを除去し、前記メインハードマスクパターンをエッチングマスクで前記基板をエッチングする段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のパターニング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フォトリソグラフィパターニング方法に関するものとして、より具体的には、フォトレジストパターンの線幅を減少させる微細線幅パターニング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

フォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）は、レチクルのマスクパターンをフォトレジストに転写する技術である。フォトレジストパターンの限界解像度は、レチクルの解像度と露光装置の波長に依存する。

【0003】

一般的にダブルパターニング（Ｄｏｕｂｌｅｐａｔｔｅｒｉｎｇ）技術は、フォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程後、基板を露光装備で除去（Ｕｎｌｏａｄ）してから後続工程を進めた後、再び露光装備に装着（Ｌｏａｄ）してフォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を進行する。これによって、フォトレジストパターンの限界解像度が増加する。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の解決しようとする技術的課題は、露光装置の分解能以上にパターン密度を増加させるものである。
本発明の解決しようとする技術的課題は、ＡｒＦ液浸装備を使用して２０ｎｍ水準のライン及びスペースを形成する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

【0006】

本発明の一実施例において、前記第１露光エネルギはしきいエネルギの１２５％ないし１５５％である。

【0007】

本発明の一実施例において、前記レチクルの移動量は前記マスクパターンのライン線幅の１０％ないし２０％である。

【0008】

本発明の一実施例において、前記露光装備はＡｒＦ液浸装備であり、前記マスクパターンの前記ライン線幅は４０ｎｍであり、前記マスクパターンの前記スペース線幅は４０ｎｍである。

【0009】

本発明の一実施例において、前記第１フォトレジスト層を現像（ｄｅｖｅｌｏｐ）してパターン化された第１フォトレジストパターンを形成する段階をさらに含み、前記第１フォトレジストパターンのライン線幅は３３ｎｍ未満である。

【0010】

本発明の一実施例において、前記第１フォトレジストパターンのライン線幅は２０ｎｍ水準であり、前記第１フォトレジストパターンのスペース線幅は６０ｎｍ水準である。

【0011】

本発明の一実施例において、前記第１フォトレジスト層を現像（ｄｅｖｅｌｏｐ）してパターン化された第１フォトレジストパターンを形成する段階をさらに含み、前記第１フォトレジストパターンのライン線幅に対する前記第１フォトレジストパターンの高さの比である縦横比は４以下である。

【0012】

本発明の一実施例において、前記第１露光エネルギは前記第２露光エネルギと同一であり、前記第１露光エネルギはしきいエネルギの１４３％である。

【0013】

本発明の一実施例において、前記第１フォトレジスト層を現像（ｄｅｖｅｌｏｐ）してパターン化された第１フォトレジストパターンを形成する段階をさらに含み、前記第１露光エネルギと前記第２露光エネルギは、しきいエネルギ以上であり、前記第１露光エネルギと前記第２露光エネルギの和は、前記しきいエネルギの２６０％ないし３００％である。

【0014】

本発明の一実施例によるパターニング方法は、基板上にハードマスク層を形成する段階と、前記ハードマスク層上に第１フォトレジスト層を形成する段階と、マスクパターンのラインとスペースを有するレチクルと露光装備を用いてしきいエネルギ以上の第１露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第１露光を行う段階と、前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第２露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第２露光を行う段階と、前記第１フォトレジスト層を現像して第１フォトレジストパターンを形成する段階と、前記第１フォトレジストパターンをエッチングマスクで前記ハードマスク層をエッチングして予備ハードマスクパターンを形成する段階と、前記第１フォトレジストパターンを除去した後、前記予備ハードマスクパターン上に第２フォトレジスト層を形成する段階と、前記予備ハードマスクパターンを基準として前記レチクルを前記マスクパターンのピッチの１／２に移動し、前記レチクルと前記露光装備を用いてしきいエネルギ以上の第３露光エネルギで前記第２フォトレジスト層に第３分割露光を行う段階と、前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第４露光エネルギで前記第２フォトレジスト層に第４分割露光を行う段階と、を含む。

【0015】

本発明の一実施例において、前記第２フォトレジスト層を現像して第２フォトレジストパターンを形成する段階と、前記第２フォトレジストパターン及び前記予備ハードマスクパターンをエッチングマスクで前記基板をエッチングする段階と、をさらに含む。

【0016】

本発明の一実施例において、前記第２フォトレジスト層を現像して第２フォトレジストパターンを形成する段階と、前記第２フォトレジストパターンをエッチングマスクで前記予備ハードマスクパターンをエッチングしてメインハードマスクパターンを形成する段階と、前記第２フォトレジストパターンを除去し、前記メインハードマスクパターンをエッチングマスクで前記基板をエッチングする段階と、をさらに含む。

【発明の効果】

【0017】

本発明の一実施例によるパターニング方法は、ＡｒＦ液浸装備の解像度限界である３８ｎｍ以下のパターンを形成することができる。
本発明の一実施例によるパターニング方法は、ＡｒＦ液浸装備で２０ｎｍ水準のラインパターンを形成することができる。

【0018】

本発明の一実施例によるパターニング方法は、ＡｒＦ液浸装備で２０ｎｍ水準のライン及び２０ｎｍ水準のスペースパターンを形成することができる。

【発明を実施するための最良の形態】

【0019】

シングルパターニングの工程限界によってパターンの密度を増加させるための方法が要求される。シングルパターニングは、フォトレジストパターンの解像度限界に起因してパターンのピッチに限界がある。マルチパターニングは、パターンの密度を増加させるための方法でとして、２回露光を行うＬＬＥ（Ｌｉｔｈｏ－Ｌｉｔｈｉ－Ｅｔｃｈ）技法、ハードマスクを用いて露光とエッチングを２回行うＬＥＬＥ（Ｌｉｔｈｏ－Ｅｔｃｈ－Ｌｉｔｈｏ－Ｅｔｃｈ）技法、及び側壁スペーサ（ｓｉｄｅｗａｌｌｓｐａｃｅｒ）を用いるＳＡＳＰ（Ｓｅｌｆ－ＡｌｉｇｎｅｄＤｏｕｂｌｅＰａｔｔｅｒｎｉｎｇ）技法がある。

【0020】

ＬＬＥ（Ｌｉｔｈｏ－Ｌｉｔｈｏ－Ｅｔｃｈ）技法は、ラインとスペースの互いに異なる線幅を有し、所定のピッチを有するマスクパターンを用いて第１パターニング露光した後、マスクパターンをピッチ／２を有する距離を移動してから第２パターニング露光を行う。これによって、微細パターンが可能である。第１パターニング露光は、第２パターニング露光と空間的に重畳されない。

【0021】

本発明の一実施例によれば、ライン線幅とスペース線幅が同じマスクパターンを用いて第１微細移動前と後にそれぞれ分割露光すると、アンダカット（ｕｎｄｅｒ－ｃｕｔ）の抑制されたフォトレジストパターンが形成される。微細移動前の第１分割露光は、フォトレジストにフォトレジスト予備パターンを形成する。微細移動はマスクパターンのライン線幅の１／１０水準である。微細移動後、第２分割露光はフォトレジスト予備パターンと空間的に重畳されて第１フォトレジストパターンを形成する。第１分割露光と第２分割露光は、しきいエネルギ以上の過露光エネルギ（ｏｖｅｒ－ｄｏｚｅｅｘｐｏｓｅｅｎｅｒｇｙ）を分割する。第１分割露光のエネルギ空間分布は、前記第２分割露光のエネルギ空間分布と微細移動量によって空間的に重畳される。これによって、第１分割露光のエネルギ空間分布の最大値と第２分割露光のエネルギ空間分布の最大値は、微細移動量で離隔される。第１分割露光のエネルギ空間分布と第２分割露光のエネルギ空間分布は、合成エネルギ空間分布を形成する。フォトレジスト層は、前記合成エネルギ空間分布に反応して活性化される。これによって、前記合成エネルギ空間分布は、多様な形態のエネルギ空間分布を形成し、フォトレジスト層の下部で光反射によるアンダカットを抑制し、フォトレジスト層の活性化に寄与する。

【0022】

本発明の一実施例による微細移動分割露光は、フォトレジストパターンの崩れを抑制して微細パターンを形成する。

【0023】

本発明の微細移動分割露光は、ＬＬＥ（Ｌｉｔｈｏ－Ｌｉｔｈｉ－Ｅｔｃｈ）技法、ハードマスクを用いて露光とエッチングを２回行うＬＥＬＥ（Ｌｉｔｈｏ－Ｅｔｃｈ－Ｌｉｔｈｏ－Ｅｔｃｈ）技法、側壁スペーサ（ｓｉｄｅｗａｌｌｓｐａｃｅｒ）を用いるＳＡＳＰ（Ｓｅｌｆ－ＡｌｉｇｎｅｄＤｏｕｂｌｅＰａｔｔｅｒｎｉｎｇ）技法に適用される。これによって、多重パターニングが可能である。

【0024】

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる形で具体化することもある。かえって、ここで紹介される実施例は、開示された内容が徹底かつ完全になるよう、また当業者に本発明の思想が十分に伝えるように提供されるものである。図面において、構成要素は明確性を期するために誇張されたものである。明細書全体に亘って、同一の構成要素は、同一の参照番号で表される。

【0025】

図１Ａは、フォトレジストパターンの崩壊を誘発しないオーバ－ドーズ（ｏｖｅｒ－ｄｏｚｅ）を有するフォトリソグラフィ工程を説明する概念図である。

【0026】

図１Ｂは、図１Ａの露光工程及び現像後のフォトレジストパターンを示す概念図である。

【0027】

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、基板１１０上に下部反射防止コーティング１１２（ＢｏｔｔｏｍＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔＣｏａｔｉｎｇ、ＢＡＲＣ）がコーティングされ、前記下部反射防止コーティング１１２上にフォトレジスト層１１４が形成される。ポジティブフォトレジスト（ＰｏｓｉｔｉｖｅＰｈｏｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔ）において、一度の露光で開放しきいエネルギ（Ｏｐｅｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄｅｎｅｒｇｙ）を超えるエネルギに照射された領域は、現像（ｄｅｖｅｌｏｐ）後のスペース領域となり、開放しきいエネルギ（Ｏｐｅｎｔｈｒｅｓｈｏｌｄｅｎｅｒｇｙ）未満に照射された領域は、現像後のライン領域となる。

【0028】

レチクル１１６のマスクパターンのライン線幅ＬＷとスペース線幅ＳＷは、それぞれ４０ｎｍである。これによって、マスクパターンのピッチは８０ｎｍである。露光装置１２０のしきい露光エネルギは１４ｍＪである。例示には、露光装置１２０の露光エネルギが２０ｍＪの場合、フォトレジストパターン１１４ａのライン線幅とスペース線幅はそれぞれ４０ｎｍである。マスクパターンのライン線幅とフォトレジストパターンのライン線幅が同じ場合、露光エネルギ（２０ｍＪ）は最適エネルギである。

【0029】

図１Ａに示すように、露光装置１２０の露光エネルギ１０が２８.５ｍＪの場合、フォトレジストパターン１１４ａのライン線幅は約３５ｎｍであり、スペースの線幅は約４５ｎｍである。エネルギ空間分布において、しきいエネルギを超過するエネルギは下部反射防止コーティング１１２で一部相殺されるが、フォトレジストパターンの側面に影響を与える。

【0030】

図２Ａは、フォトレジストパターンの崩壊を誘発するオーバ－ドーズ（ｏｖｅｒ－ｄｏｚｅ）エネルギを有するフォトリソグラフィ工程を説明する概念図である。

【0031】

図２Ｂは、図２Ａの３７ｍＪの露光エネルギで露光したフォトレジストパターンを説明する概念図である。

【0032】

図２Ｃは、図２Ａの３７ｍＪの露光エネルギで露光したフォトレジストパターンを示すＳＥＭ写真である。

【0033】

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、基板１１０上に下部反射防止コーティング１１２（ＢｏｔｔｏｍＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔＣｏａｔｉｎｇ、ＢＡＲＣ）がコーティングされ、前記下部反射防止コーティング上にフォトレジスト層１１４が形成される。

【0034】

レチクル１２０のマスクパターンのライン線幅とスペース線幅は、それぞれ４０ｎｍである。これによって、マスクパターンのピッチは８０ｎｍである。露光装置２００のしきい露光エネルギは１４ｍＪである。露光装置の露光エネルギ１１が３７ｍＪの場合、フォトレジストパターン１１４ａのライン線幅とスペース線幅はそれぞれ３３ｎｍ及び４７ｎｍである。露光エネルギが３７ｍＪ以上の場合、下部反射防止コーティング１１２から反射されたエネルギは、フォトレジストパターン１１４ａの下端部にエネルギを増加させ、フォトレジストパターンの底が削られて、フォトレジストパターンの下側部位が傾斜し又は剥がれ落ちる現状が発生する。これによって、フォトレジストパターン１１４ａはアンダカットを有し、崩れて又は剥がれ落ちて無くなる。

【0035】

すなわち、露光エネルギを最適エネルギである２０ｍＪを超過して３７ｍＪ水準に過度に提供する。この場合、４０ｎｍのマスクパターンのライン線幅を基準として、３７ｍＪの露光エネルギはフォトレジストパターン１１４ａのライン線幅を３３ｎｍまで減少させる。しかし、３７ｍＪ超過の露光エネルギで露光する場合、現像後フォトレジストパターン１１４ａは下側面のアンタカット（ｕｎｄｅｒ－ｃｕｔ）によって崩れる。

【0036】

露光エネルギが最適エネルギを超過したオーバ－ドーズエネルギ（ｏｖｅｒ－ｄｏｚｅｅｎｅｒｇｙｏｖｅｒ－ｄｏｚｅ）工程は、４０ｎｍのマスクパターンのライン及びスペース線幅を基準として、フォトレジストパターンのライン線幅が３３ｎｍまでのみ具現できる。このようなオーバ－ドーズ工程は、下部反射防止コーティング１１２から反射されるエネルギ量が大きいためである。反射されたエネルギは下部反射防止コーティング１１２の下の部分を削り、フォトレジストパターン１１４ａは垂直に立っていることができない。

【0037】

図３Ａは、本発明の一実施例による微細移動分割露光の第１分割露光を説明する概念図である。

【0038】

図３Ｂは、本発明の一実施例による微細移動分割露光の第２分割露光を説明する概念図である。

【0039】

図３Ｃは、本発明の一実施例による微細移動分割露光の第１分割露光及び第２分割露光を説明する概念図である。

【0040】

図３Ｄは、図３Ｃの微細移動分割露光によって形成されたフォトレジストパターンを説明する概念図である。

【0041】

図３Ａないし図３Ｄに示すように、本発明の一実施例によるパターニング方法は、基板１１０上に第１フォトレジスト層１１４を形成する段階と、マスクパターンのラインとスペースを有するレチクル１１６と露光装備１２０を用いてしきいエネルギ以上の第１露光エネルギ２１で前記第１フォトレジスト層１１４に第１分割露光を行う段階と、前記レチクル１１６を前記マスクパターンのライン線幅ＬＷ以下に移動し、前記レチクル１１６を用いてしきいエネルギ以上の第２露光エネルギ２２で前記第１フォトレジスト層１１４に第２分割露光を行う段階を含む。

【0042】

露光装備１２０は、ＡｒＦ液浸装備、ＫｒＦ装備、又はＥＵＶ装備である。前記ＡｒＦ液浸装備の波長は１９３ｎｍである。

【0043】

レチクル１１６において、フォトレジストパターン１１４ａの大きさとレチクルのマスクパターンの大きさの比率は１:１ないし１:１０である。前記レチクル１１２はマスクパターンのラインとスペースを有し、ラインとスペースの線幅比は１:１である。すなわち、マスクパターンのライン線幅ＬＷは４０ｎｍであり、マスクパターンのスペース線幅ＳＷは４０ｎｍである。

【0044】

基板１１０は、半導体基板である。前記基板は、エッチングのためのエッチング層を含む。

【0045】

下部反射防止コーティング１１２は、前記基板１１０上に配置される。下部反射防止コーティング１１２（ＢｏｔｔｏｍＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔＣｏａｔｉｎｇ、ＢＡＲＣ）は、第１フォトレジスト層１１４の下部に配置され、露光ビームの反射を減少させる。

【0046】

第１フォトレジスト層１１４は、ポジティブフォトレジスト又はネガティブフォトレジストである。前記第１フォトレジスト層１１４の厚さは５０ｎｍないし９０ｎｍである。

【0047】

第１フォトレジスト層１１４がコーティングされた基板１１０は、露光装置にローディングされ、前記レチクル１１６と整列される。

【0048】

マスクパターンのラインとスペースを有するレチクル１１６と露光装備１２０を用いてしきいエネルギ以上の第１露光エネルギ２１で前記第１フォトレジスト層１１４に第１分割露光を行う。しきいエネルギは、ＡｒＦ液浸装備と前記第１フォトレジスト層１１４で１４ｍＪである。前記第１露光エネルギ２１は２０ｍＪである。２０ｍＪの露光エネルギで、フォトレジストパターンのライン線幅はレチクルのマスクパターンのライン線幅の比率は１:１である。

【0049】

前記第１露光エネルギ２１は、しきいエネルギ（１４ｍＪ）の１２５％ないし１５５％である。１４ｍＪのしきいエネルギ以上の第１露光エネルギ２１に露出されたフォトレジスト層は、化学的に変更されて活性化する。

【0050】

前記第１分割露光を行った後、前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に微細移動する。前記レチクルの移動量Δは、前記マスクパターンの前記ライン線幅（ＬＷ＝４０ｎｍ）の１０％ないし２０％である。具体的には、前記マスクパターンのライン線幅が４０ｎｍの場合、前記レチクルの移動量Δは４ｎｍである。

【0051】

前記レチクルの微細移動後に、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第２露光エネルギ２２で前記第１フォトレジスト層１１４に第２分割露光を行う。前記第２分割露光の第２露光エネルギ２２は、しきいエネルギの１２５％ないし１５５％である。具体的に、第２露光エネルギ２２は２０ｍＪである。

【0052】

図３Ｃに示すように、第１分割露光の第１露光エネルギ２１の空間分布と第２分割露光の第２露光エネルギ２２の空間分布が表される。また、第１露光エネルギの空間分布と第２露光エネルギの空間分布の和２０（ＳＵＭ）が表示される。和（ＳＵＭ）の最大値は３７ｍＪ水準である。第１分割露光と第２分割露光は時間差を置いても、フォトレジストの化学反応は累積される。

【0053】

本発明の微細移動分割露光で、露光エネルギの和（ＳＵＭ）はしきいエネルギ（１４ｍＪ）以下でフォトレジスト層は活性化されない。実験結果によると、微細移動分割露光は露光された光の反射量を調節して下部反射防止コーティング１１２下端の損傷の少ないフォトレジストパターンを形成する。これによって、フォトレジストパターンの下端傾斜形状を抑制する。レチクルの微細移動量Δはマスクパターンのライン線幅ＬＷの１０～２０％が最適である。前記第１露光エネルギ２１と前記第２露光エネルギはしきいエネルギ以上であり、前記第１露光エネルギと前記第２露光エネルギ２２の和（ＳＵＭ）は前記しきいエネルギの２６０％ないし３００％である。

【0054】

第１分割露光で足りないエネルギは、第２分割露光のエネルギに加えてフォトレジスト層を活性化させる。しかし、第１分割露光で反射されたエネルギは、第２分割露光で反射されたエネルギと合算されない。微細移動分割露光方法は、１回の過露光より精巧に露光エネルギ及びエネルギ空間分布を制御する。微細移動分割露光で減少した反射エネルギは、フォトレジストパターンの崩れを抑制する。これによって、１回の過露光が達成できる最小線幅である３３ｎｍに比べて、本発明は最小線幅を２０ｎｍ水準まで減少させる。マスクパターンのライン線幅が４０ｎｍであり、スペース線幅が４０ｎｍの場合、フォトレジストパターン１１４ａのライン線幅は２０ｎｍであり、スペース線幅は６０ｎｍである。フォトレジストパターン１１４ａのラインとスペースの線幅比は１:３である。

【0055】

本発明の変形された実施例によれば、微細移動３分割露光が適用される。具体的に、微細移動３分割露光は第１分割露光、レチクルの第１微細移動、第２分割露光、レチクルの第２微細移動、第３分割露光を含む。第１分割露光、第２分割露光、及び第３分割露光のエネルギは同一である。

【0056】

図４は、本発明の一実施例による微細移動分割露光によるＳＥＭ写真である。

【0057】

図５は、本発明の一実施例による微細移動分割露光の分割露光エネルギと微細移動量を示す。

【0058】

図６Ａは、図４のＣＤ－ＳＥＭ写真である。

【0059】

図６Ｂは、図４の拡大されたＳＥＭ写真である。

【0060】

図４及び図５に示すように、第１分割露光又は第２分割露光の露光エネルギ２１、２２は、フォトレジスト開放しきいエネルギ（１４ｍＪ）の１２５％～１５５％（１８ｍＪ～２２ｍＪ）水準である。マスクパターン又はレチクルの移動量（ｓｈｉｆｔｖａｌｕｅ）は、マスクパターンのライン線幅（４０ｎｍ）の１０％～２０％（４ｎｍ～８ｎｍ）である。

【0061】

本実験は、ＡｒＦ液浸装備を使用した。フォトレジスト層の厚さは６０ｎｍであり、照明系はＤｉｐｏｌｅ３５Ｙであり、開口数（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅ；ＮＡ）は１.３５である。マスクの微細移動量Δは４ｎｍである。レチクルマスクパターンのライン線幅は４０ｎｍであり、スペース線幅は４０ｎｍである。第１分割露光の露光エネルギ２１は２０ｍＪであり、第２分割露光の露光エネルギ２２は２０ｍＪである。フォトレジストパターンのライン線幅は２３ｎｍであり、フォトレジストパターンの高さは６１.５ｎｍであり、フォトレジストパターンのピッチは８０.５ｎｍである。

【0062】

ＡｒＦ露光装置で、３３ｎｍ以下の微細パターンを形成するために、本発明は微細移動分割露光技術を提案する。ウェハを固定した状態でレチクルのマスクパターンの位置をラインの延長方向に垂直に微細移動して微細移動前後に露光エネルギを分割して分割露光して微細パターンを形成する。すなわち、総露光エネルギは時間的に第１露光エネルギ２１と第２露光エネルギ２２に分割される。また、第１露光エネルギ２１の空間分布と第２露光エネルギ２２の空間分布は、微細移動量Δによって互いに重畳される。このために、基板１１０とレチクル１１６を露光装置のステージ（ｓｔａｇｅ）に定着する。レチクル１１６座標を微細変更する前と後にそれぞれ１回露光する。これによって、オーバーレイ（ｏｖｅｒｌａｙ）誤差なく露光が可能である。微細移動分割露光はフォトレジストパターンの崩れを抑制することができる。

【0063】

本発明の一実施例による微細移動分割露光（又は微細移動多重露光）は、フォトレジストパターンが崩れる過露光条件の露光エネルギを選択する。過露光条件の露光エネルギを使用して単一露光を行う場合、フォトレジストパターンは崩れる。例えば、過露光条件の露光エネルギは３７ｍＪ以上である。前記過露光条件の露光エネルギを２つに時間的に分割し、分割された露光エネルギは空間的に微細移動して重畳される。合算された露光エネルギの空間分布の最大値は３７ｍＪ以上である。合算された露光エネルギの空間分布は、過露光条件の空間分布と互いに異なる。また、微細移動分割露光は反射された光のエネルギ分布を変更する。

【0064】

実験結果によると、３７ｍＪ以上の単一露光時にフォトレジストパターンが崩れるが、微細移動分割露光時には、フォトレジストパターンは崩れない。

【0065】

フォトレジスト層に第１分割露光を行い、ウェハを露光装置で除去（Ｕｎｌｏａｄ）せず、マスク座標を微細移動した後、２次露光を行う。

【0066】

本発明のフォトレジストの特性によって２０ｎｍ水準のライン線幅を有するパターンをＡｒＦｉｍｍｅｒｓｉｏｎ（液浸）工程で具現する。ＡｒＦｉｍｍｅｒｓｉｏｎ工程の解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）限界は３８ｎｍである。本発明のパターニング方法は、ＡｒＦｉｍｍｅｒｓｉｏｎ工程の解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）限界以下の２０ｎｍパターンを具現する。

【0067】

図７は、本発明の一実施例によるフォトレジスト層の厚さによるパターニング結果を示すＳＥＭ写真である。

【0068】

図７に示すように、（ａ）はフォトレジスト層１１４の高さが９０ｎｍの場合である。（ｂ）は、フォトレジスト層１１４の高さが６０ｎｍである。工程条件は、フォトレジスト層の厚さを除いて図４の条件と同一である。

【0069】

フォトレジスト層１１４の高さが９０ｎｍの場合、縦横比は４.５であり、スピン現像（ｓｐｉｎｄｅｖｅｌｏｐ）方式で現像後にパターン倒れが局部的に発見される。しかし、フォトレジスト層１１４の高さが６０ｎｍの場合、縦横比は３であり、スピン現像（ｓｐｉｎｄｅｖｅｌｏｐ）方式で現像後パターン倒れが見出されない。縦横比は、フォトレジスト層１１４の高さをライン線幅（２０ｎｍ）で割った値である。

【0070】

したがって、縦横比（Ａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏ）を減らすためにフォトレジストの高さを９０ｎｍ以下に下げる必要がある。すなわち、縦横比は４以下である。

【0071】

９０ｎｍのフォトレジスト厚さで、２３ｎｍのライン線幅が可能である。６０ｎｍのフォトレジスト厚さで、２１ｎｍのライン線幅が可能である。フォトレジストの厚さを減らせば、２０ｎｍ以下の線幅も可能である。

【0072】

また、現像方式をスピン現像（ｓｐｉｎｄｅｖｅｌｏｐ）方式からストップ（Ｓｔｏｐ）方式に変更すれば、９０ｎｍの厚さでもパターニングが可能である。

【0073】

本発明の微細移動分割露光は、ＬＥＬＥ工程を使用したダブルパターニング工程に適用される。

【0074】

図８Ａないし図８Ｇは、本発明の一実施例によるダブルパターニング方法を説明する図面である。

【0075】

図８Ａないし図８Ｇに示すように、本発明の一実施例によるダブルパターニング方法は、基板１１０上にハードマスク層１１１を形成する段階と、前記ハードマスク層１１１上に第１フォトレジスト層１１４を形成する段階と、マスクパターンのラインとスペースを有するレチクル１１６と露光装備１２０を用いてしきいエネルギ以上の第１露光エネルギ２１で前記第１フォトレジスト層１１４に第１分割露光を行う段階と、前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第２露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第２分割露光を行う段階と、前記第１フォトレジスト層を現像して第１フォトレジストパターン１１４ａを形成する段階と、前記第１フォトレジストパターン１１４ａをエッチングマスクで前記ハードマスク層１１１をエッチングして予備ハードマスクパターン１１１ａを形成する段階と、前記第１フォトレジストパターン１１４ａを除去した後、前記予備ハードマスクパターン１１１ａ上に第２フォトレジスト層２１４を形成する段階と、前記予備ハードマスクパターン１１１ａを基準として前記レチクルを前記マスクパターンのピッチの１／２に移動し、前記レチクル１１６と前記露光装備１２０を用いてしきいエネルギ以上の第３露光エネルギで前記第２フォトレジスト層に第３分割露光を行う段階と、前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第４露光エネルギで前記第２フォトレジスト層に第４分割露光を行う段階と、を含む。

【0076】

図８Ａに示すように、基板１１０は半導体基板である。前記基板は、エッチングのためのエッチング層を含む。基板上にハードマスク層１１１が形成される。前記ハードマスク層１１１は非晶質カーボン層である。

【0077】

前記ハードマスク層上に下部反射防止コーティング１１２が形成される。下部反射防止コーティング１１２（ＢｏｔｔｏｍＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔＣｏａｔｉｎｇ、ＢＡＲＣ）は、第１フォトレジスト層１１４の下部に配置され、露光ビームの反射を減少させる。

【0078】

前記下部反射防止コーティング１１２上に第１フォトレジスト層１１４が形成される。第１フォトレジスト層１１４は、ポジティブフォトレジストである。前記第１フォトレジスト層１１４の厚さは５０ｎｍないし９０ｎｍである。

【0079】

マスクパターンのラインとスペースを有するレチクル１１６と露光装備１２０を用いてしきいエネルギ以上の第１露光エネルギ２１で前記第１フォトレジスト層１１４に第１分割露光を行う。

【0080】

前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第２露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第２分割露光を行う。前記レチクルの移動量Δはマスクパターンのライン線幅（４０ｎｍ）の１０％～２０％（４ｎｍ～８ｎｍ）である。

【0081】

図８Ｂに示すように、前記第１フォトレジスト層を現像して第１フォトレジストパターン１１４ａを形成する。現像工程はスピン現像装備を使用する。

【0082】

図８Ｃに示すように、前記第１フォトレジストパターン１１４ａをエッチングマスクで前記ハードマスク層１１１をエッチングして予備ハードマスクパターン１１１ａを形成する。前記エッチングは、異方性プラズマエッチング装備で行う。

【0083】

図８Ｄに示すように、前記第１フォトレジストパターン１１４ａを除去した後、前記予備ハードマスクパターン１１１ａ上に第２フォトレジスト層２１４を形成する。前記第２フォトレス層２１４の下部に下部反射コーティング層が配置される。第２フォトレジスト層２１４は、前記第１フォトレジスト層１１４と同じ材質と構造である。

【0084】

図８Ｅに示すように、前記予備ハードマスクパターン１１１ａを基準として前記レチクル１１６を前記マスクパターンのピッチの１／２に移動し、前記レチクル１１６と前記露光装備１２０を用いてしきいエネルギ以上の第３露光エネルギ２１’で前記第２フォトレジスト層２１４に第３分割露光を行う。
前記レチクル２１６を前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第４露光エネルギ２２’で前記第２フォトレジスト層２１４に第４分割露光を行う。

【0085】

図８Ｆに示すように、前記第２フォトレジスト層を現像して第２フォトレジストパターン２１４ａを形成する。

【0086】

図８Ｇに示すように、前記第２フォトレジストパターン２１４ａ及び前記予備ハードマスクパターン１１１ａをエッチングマスクで前記基板１１０をエッチングする。これによって、基板は２０ｎｍの線幅でダブルパターニングされる。その後、前記第２フォトレジストパターン２１４ａ及び前記予備ハードマスクパターン１１１ａは除去される。

【0087】

図９Ａないし図９Ｈは、本発明の一実施例によるダブルパターニング方法を説明する図面である。

【0088】

図９Ａないし図９Ｈに示すように、本発明の一実施例によるダブルパターニング方法は、基板１１０上にハードマスク層１１１を形成する段階と、前記ハードマスク層１１１上に第１フォトレジスト層１１４を形成する段階と、マスクパターンのラインとスペースを有するレチクル１１６と露光装備１２０を用いてしきいエネルギ以上の第１露光エネルギ２１で前記第１フォトレジスト層１１４に第１分割露光を行う段階と、前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第２露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第２分割露光を行う段階と、前記第１フォトレジスト層を現像して第１フォトレジストパターン１１４ａを形成する段階と、前記第１フォトレジストパターン１１４ａをエッチングマスクで前記ハードマスク層１１１をエッチングして予備ハードマスクパターン１１１ａを形成する段階と、前記第１フォトレジストパターン１１４ａを除去した後、前記予備ハードマスクパターン１１１ａ上に第２フォトレジスト層２１４を形成する段階と、前記予備ハードマスクパターン１１１ａを基準として前記レチクルを前記マスクパターンのピッチの１／２に移動し、前記レチクル１１６と前記露光装備１２０を用いてしきいエネルギ以上の第３露光エネルギで前記第２フォトレジスト層に第３分割露光を行う段階と、前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第４露光エネルギで前記第２フォトレジスト層に第４分割露光を行う段階と、を含む。

【0089】

図９Ａに示すように、基板１１０は半導体基板である。前記基板は、エッチングのためのエッチング層を含む。基板上にハードマスク層１１１が形成される。前記ハードマスク層１１１は非晶質カーボン層である。

【0090】

【0091】

前記下部反射防止コーティング１１２上に第１フォトレジスト層１１４が形成される。第１フォトレジスト層１１４はネガティブフォトレジストである。前記第１フォトレジスト層１１４の厚さは５０ｎｍないし９０ｎｍである。

【0092】

【0093】

前記レチクルを前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第２露光エネルギで前記第１フォトレジスト層に第２分割露光を行う。前記レチクルの移動量Δは、マスクパターンのライン線幅（４０ｎｍ）の１０％～２０％（４ｎｍ～８ｎｍ）である。

【0094】

図９Ｂに示すように、前記第１フォトレジスト層を現像して第１フォトレジストパターン１１４ａを形成する。現像工程はスピン現像装備を使用する。

【0095】

図９Ｃに示すように、前記第１フォトレジストパターン１１４ａをエッチングマスクで前記ハードマスク層１１１をエッチングして予備ハードマスクパターン１１１ａを形成する。前記エッチングは、異方性プラズマエッチング装備で行う。

【0096】

図９Ｄに示すように、前記第１フォトレジストパターン１１４ａを除去した後、前記予備ハードマスクパターン１１１ａ上に第２フォトレジスト層２１４を形成する。前記第２フォトレジスト層２１４の下部に下部反射コーティング層２１２が配置される。第２フォトレジスト層２１４は、前記第１フォトレジスト層１１４と同じ材質と構造である。

【0097】

前記予備ハードマスクパターン１１１ａを基準として前記レチクル１１６を前記マスクパターンのピッチの１／２に移動し、前記レチクル１１６と前記露光装備１２０を用いてしきいエネルギ以上の第３露光エネルギ２１’で前記第２フォトレジスト層２１４に第３分割露光を行う。

【0098】

前記レチクル２１６を前記マスクパターンのライン線幅以下に移動し、前記レチクルを用いてしきいエネルギ以上の第４露光エネルギ２２’で前記第２フォトレジスト層２１４に第４分割露光を行う。

【0099】

図９Ｅに示すように、前記第２フォトレジスト層２１４を現像して第２フォトレジストパターン２１４ａを形成する。

【0100】

図９Ｆに示すように、前記第２フォトレジストパターン２１４ａをエッチングマスクで前記予備ハードマスクパターン１１１ａをエッチングしてメインハードマスクパターン１１１ｂを形成する。

【0101】

図９Ｇに示すように、前記第２フォトレジストパターン２１４ａを除去し、前記メインハードマスクパターン１１１ｂをエッチングマスクで前記基板１１０をエッチングする。基板は２０ｎｍの線幅でダブルパターニングされる。

【0102】

図９Ｈに示すように、メインハードマスクパターン１１１ｂは除去される。