(57)【要約】露光後ベークステップを大幅に拡張し且つ露光量を低下させることによって、プロセス許容度（ＤＯＦ）を低下させることなく、リソグラフィプロセスによって基板層に構成される装置特徴のパターンの最小特徴幅（ＣＤ）を著しく縮小することができる。同一の対策によって同焦点ＣＤを設計ＣＤに合わせることができるので、任意のＣＤプロセスに対して許容度が拡大する。
2005537507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブミクロン幅を有する特徴のパターンを装置基板層に形成する方法であって、
ポジ型レジストおよびネガ型レジストのレジストタイプのいずれかのレジスト層を基板に形成するステップと、
前記基板層に形成すべき特徴のパターンに対応するマスクパターンを有するマスクを供給するステップと、
露光量を供給する投影ビームによって前記マスクパターンを介して前記レジスト層を照明し、それにより前記レジスト層で各結像された特徴の周囲に酸濃度プロファイルを発生させるステップと、
露光後ベーク（ＰＥＢ）ステップ中に前記照明されたレジスト層を加熱し、それにより最高照度領域から始めて現像液内でそれぞれ、ポジ型レジスト層の材料が可溶性となり、ネガ型レジスト層の材料が不溶性となるステップと、
前記現像液で前記レジスト層を現像し、それにより閾値を超える溶解度のレジスト層領域からレジスト材料を除去してレジストプロファイルパターンを獲得するステップと、
前記レジストプロファイルパターンにより描画された前記基板層の領域から材料を除去しまたは前記レジストプロファイルパターンにより描画された前記基板層の領域に材料を添加し、それにより要求された特徴のパターンを前記基板層に形成するステップと、を含み、
前記ＰＥＢステップの時間および露光量は、形成すべき前記特徴の設計幅に適合されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記ＰＥＢステップ中において、不溶性のレジスト材料と可溶性のレジスト材料との間の遷移は、初めは負の傾斜を有し、拡大されたＰＥＢ時間を用いて前記傾斜を少なくともゼロ傾斜に、好ましくは正の傾斜に押し上げることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
３００から３５０ｎｍの範囲の厚さを有するレジスト層を使用することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
適合された放射線吸収勾配を有するレジスト用いて、拡張されたＰＥＢ時間を原因とする不溶性レジスト材料と可溶性レジスト材料との間の遷移の傾斜における変化を減少させることを特徴とする、請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
連続的に露光される基板のためのＰＥＢステップを実行するためにいくつかのＰＥＢ装置を使用し、その数が１つの基板のＰＥＢ時間と露光時間との比率に実質的に対応することを特徴とする、同一のリソグラフィ露光装置によって一群の基板の基板層に同一のパターンを連続的に形成する同一のマスクパターンを使用する、請求項１、２、３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記マスクパターンを供給するステップは、光学近接効果補正特徴を有するパターンを設計することを含み、設計段階において、予測されたＰＥＢ時間を設計パラメータとして用いて特徴の設計パターンの設計幅を決定することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ＰＥＢステップの時間を拡大して、非常に小さな寸法であってマスクパターンの空間像の対応する寸法よりも小さい寸法を有する装置特徴を形成し、前記空間像はレジスト層内の投影ビームによって形成されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ＰＥＢステップは少なくとも１４０秒の間に行われ、対応するより小さな露光量を用いて８０ｎｍよりも狭い特徴幅を得ることをさらに特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＰＥＢ時間および前記露光量を適合させることによって同焦点(isofocal)ＣＤを設計ＣＤに合わせることを特徴とする、同焦点ＣＤを有するリソグラフィプロセスに用いる、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
２値マスクパターンを用いることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
位相シフトマスクパターンを用いることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
異なるレベルに分布する装置特徴を含む装置をレベルごとに製造する方法であって、装置特徴を構成するそれぞれ１つの装置レベルのためのいくつかのプロセスを用い、前記構成プロセスの少なくとも１つが請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法を備えることを特徴とする、方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法によって製造される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブミクロン幅を有する特徴のパターンを装置基板層に形成する方法であって、
ポジ型レジストおよびネガ型レジストのレジストタイプのいずれかのレジスト層を基板に形成するステップと、
前記基板層に形成すべき特徴のパターンに対応するマスクパターンを有するマスクを供給するステップと、
露光量を供給する投影ビームによって前記マスクパターンを介して前記レジスト層を照明し、それにより前記レジスト層で各結像された特徴の周囲に酸濃度プロファイルを発生させるステップと、
露光後ベーク（ＰＥＢ）ステップ中に前記照明されたレジスト層を加熱し、それにより最高照度領域から始めて現像液内でそれぞれ、ポジ型レジスト層の材料が可溶性となり、ネガ型レジスト層の材料が不溶性となるステップと、
前記現像液で前記レジスト層を現像し、それにより閾値を超える溶解度のレジスト層領域からレジスト材料を除去してレジストプロファイルパターンを獲得するステップと、
前記レジストプロファイルパターンにより描画された前記基板層の領域から材料を除去しまたは前記レジストプロファイルパターンにより描画された前記基板層の領域に材料を添加し、それにより要求された特徴のパターンを前記基板層に形成するステップと、を含む方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、このパターニング方法を用いて装置を製造する方法、および前記方法によって製造された装置に関する。
【０００３】
この方法を、特にマスキング、材料除去および打ち込み技術によって集積回路（ＩＣ）のような装置の製造に使用してもよい。
【背景技術】
【０００４】
ポジ型レジスト層は、現像剤ステップ中にその照明領域が除去されるレジスト層を意味するものと理解される。ネガ型レジスト層は、現像剤ステップ中にその非照明領域が除去されるレジスト層を意味するものと理解される。
【０００５】
基板は、材料、例えばシリコンのプレートを意味するものと理解され、その中にＩＣのような完成された多層の装置がいくつかの連続的なセットの処理ステップによってレベルごとに形成される。これらの各セットは主要処理ステップとして、放射線感受性層、即ちレジスト層を基板にコーティングするステップと、マスクに前記基板を位置合わせするステップと、このマスクのマスクパターンをレジスト層内で結像するステップと、前記レジスト層を現像するステップと、前記レジスト層を介して前記基板のエッチングまたはインプランテーションを行うステップと、さらなる洗浄および他の処理ステップとを含む。基板という語は、製造過程における異なる段階での基板、即ち既に構成された装置特徴のレベルを全くまたは１つしか有していない基板および既に構成された装置特徴のレベルの１つを除いてすべてを有している基板の両方、およびすべての中間基板を対象とするものである。
【０００６】
この方法はリソグラフィ投影装置を使用し、この装置はＩＣの製造において不可欠な道具である。投影装置を使用して異なるマスクパターンを半導体基板の同一の領域に連続的に結像し、各マスクパターンは基板の異なるレベルまたは異なる層にある。この装置は、投影ビームを供給する照明ユニットと、マスクを収容するマスクホルダと、基板を収容する基板ホルダと、前記マスクホルダと前記基板ホルダとの間に配置された投影システムとを、この順序で含む。前記マスクには、特定のマスクパターンによって構成されるその基板層に形成されるべき装置特徴のパターンに対応するマスクパターンが設けられている。レンズシステムもしくはミラーシステムまたはそのようなシステムの組合せであり得る投影システムは、基板上にコーティングされたレジスト層の上にマスクパターンの空間像として知られる画像を形成する。この空間像は、マスクパターンに対応する強度分布を示す。
【０００７】
レジスト層の照明または露光領域において、酸が発生し、この酸は消光剤によって部分的に中和される。通常、露光ステップの後にレジスト層を焼成するステップが続き、このステップは露光後ベーク（ＰＥＢ）ステップと呼ばれる。ポジ型レジスト層において、ＰＥＢステップによる熱活性化によって残りの酸が、レジストのポリマ鎖に存在する溶解度遮断群の除去を開始する。レジストの脱保護として知られるこの作用の効果は、脱保護作用が所定の程度まで起こるか、または閾値レベルに達すると、レジストが湿式現像剤内で可溶性となることである。即ち、ＰＥＢステップの所定の持続時間の間に、空間像強度が所定の閾値強度を超える領域においてレジストポリマが可溶性になる。ネガ型レジスト層では、熱活性化によってレジストが保護され、即ち現像液で可溶性の可溶性レジストが不溶性になる。
【０００８】
ＩＣ装置内の電子部品の数およびそのような装置の動作速度を安定して増すことが望ましいので、限界寸法（ＣＤ）とも呼ばれる装置特徴または線の最小幅、およびこれらの特徴間の距離を安定して減少させる必要がある。その結果、パターン特徴が一層小さく、これらの特徴間の距離が一層小さなマスクパターンを結像する必要がある。必要とされる品質でリソグラフィ投影装置によって結像することができる最小の大きさのパターン特徴は、この装置の投影システムの解像力または解像度、およびマスクパターンの構造に依存する。この解像度はλ／ＮＡに比例し、λは投影ビームの波長であり、ＮＡは投影システムの開口数である。開口数の増大および／または波長の短縮によって解像度が増すことが考えられる。事実上、現在のリソグラフィ投影装置で開口数を相当に増大させることは、λ／ＮＡ２に比例する投影システムの焦点深度を低下させるためあまり可能なことではない。また、開口数がさらに増大した場合、要求された画像フィールド全体に渡って投影システムの収差を補正することはあまりにも困難である。現在のリソグラフィ投影装置で使用される１９３ｎｍから１５７ｎｍの深いＵＶ（ＤＵＶ）領域への波長を短くすると、例えば投影システムの光学素子の材料およびこの波長の放射線に十分に感度のあるレジスト材料に関する新たな問題が生じる。次世代のリソグラフィ投影装置に対して、およそ１３ｎｍの波長を有する極度のＵＶ（ＥＵＶ）放射線を利用することが提案されている。このような放射線を用いることにより極めて良好なパターン構造の結像が可能になるが、ＥＵＶ投影装置の設計および開発は、非常に困難で時間のかかる作業である。ＥＵＶ放射線は空気により容易に吸収されるので、投影ビームの経路は真空でなければならず、それにより特殊な且つ新たな問題が生じる。適切で効果的なＥＵＶ放射線源はまだ入手できず、またＥＵＶ放射線に感受性のある新たなレジスト材料も開発しなければならない。ＩＣまたは他の装置の製造に適したＥＵＶリソグラフィ投影装置は今度も入手できないであろう。
【０００９】
従って、現在製造されている装置よりも相当に微細な装置特徴または線を有する装置を製造する方法であって、従来の投影装置を使用し、従来の特徴の大きさを有するパターンをマスキングする方法に対する必要性は大きい。装置基板層において１００ｎｍよりも狭い幅を有するこのような細い線を構成することは、極細線（ＶＳＬ）印刷と呼ばれる場合もある。
【００１０】
従来のマスクパターンからこのような極細線を印刷するには、露光量、即ち線を結像するために使用される電磁エネルギーの大きさを過剰露光レベルまで増大させることができる。過剰露光の効果は、ポジ型レジストポリマ鎖から溶解度遮断群を除去する酸分子の量が増加し、印刷すべき線の中央に近いレジスト領域にこれらの分子が達することができるということである。この中央はレジスト層に投影される空間像における最小の強度に相当し、この最小限度は２値マスクパターン、即ち白黒パターンの黒い線に対応する。このようにして、空間像線の下のレジスト領域は可溶性になるため、レジスト層の現像およびエッチングの後で、基板層で得られた装置特徴は空間像の対応する線よりも細い。
【００１１】
しかし、過剰露光プロセスによって得られた装置特徴の幅は、投影システムの焦点変動に著しく依存する。投影ビームがレジスト層に焦点を合わせられた場合、この層に投影された空間像の特徴は最小の寸法になる。投影システムの焦点面がレジスト層に対して移動した場合、マスクパターンはレジスト層に鮮明に結像されず、レジスト層に結像された特徴の寸法が大きくなる。即ち、レジスト層に受けられた空間像における最小強度が高くなり、その結果、ポジ型レジストが使用された場合の線幅が大きくなる。過剰露光によって発生し得る第２の問題は、線がつぶれること、即ち過剰な現像およびそれに続いて過剰なエッチングが原因で、要求されたパターン特徴または線が消えてしまうことである。過剰露光による第３の問題は、要求されたレジストプロファイル頂面のレジストが消失し、その結果、要求されたパターン特徴の望ましくないエッチングが行われることがある。
【００１２】
レジスト層の極度の軸外照明または斜照明、例えばよく知られた二極または四極照明を使用することにより、または２値マスクパターンの代わりに位相シフトマスクパターンを使用することにより上述の問題を軽減してもよい。しかし、軸外照明によって得られる画質はパターン特徴の方向、およびパターン内の特徴の周期性またはピッチに著しく依存する。位相シフトマスクは２値マスクと比較すると非常に高価であり、特に特定のマスクによって製造すべきＩＣ装置の数があまり多くない場合には非常に高価なものとなる。
【００１３】
一般的にリソグラフィ方法で生じる他の問題は、基板層に構成された特徴の大きさは目標とする大きさのＭ倍に等しくなければならないということであり、Ｍは投影システムの倍率である。目標の大きさはＩＣ設計においては固定されているため、マスクパターンにおいては、以下、設計幅と呼ぶ。リソグラフィプロセスにおける不揃い、その中でも最も重大な焦点変動および露光量変動により、実際の大きさと目標の大きさとの間に差が生じる場合がある。焦点変動は投影システムの不完全によって引き起こされるだけでなく、先行するリソグラフィプロセスによって下部基板層に構成された特徴パターンが原因で微細構成を示すレジスト層に空間像を投影することによっても引き起こされる場合がある。しかし、各リソグラフィプロセス対して同焦点ＣＤと呼ばれる特定の特徴の大きさがあり、それに対しては、比較的大きな焦点および照射量は、構成される特徴の大きさに与える影響が比較的小さなため許容することができる。この同焦点ＣＤは、使用されるレジスト、および設計パターンにおける、従って空間像における特徴の隣接構造に大きく依存する。残念ながら、同焦点ＣＤは通常、設計パターンにおける特徴の大きさに等しくない。即ち、リソグラフィプロセス許容度、即ちプロセス許容範囲は非常に小さく、投影システムの焦点深度および露光量に非常に高い要求を設定しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、冒頭の段落で説明した種類の方法であって、１００ｎｍよりも狭い幅を有する特徴のパターンを構成すること可能にし、および／または大きなプロセス許容範囲を有する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この方法は、形成すべき特徴の設計幅に前記ＰＥＢステップの時間および露光量が適合されることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、ＰＥＢ時間を調整プロセスパラメータとして用いることができるという見識に基づいている。このため、露光量に加えてこの時間によって、最小照明のレジスト領域からどの距離まで、最小照明の領域で発生した酸分子がレジストに拡散するかが決定される。従って、ＰＥＢ時間を用いて、可溶性にされ現像ステップで除去されるレジスト領域の大きさが制御される。これは、ポジ型レジスト層にも当てはまる。ネガ型レジスト層の場合、ＰＥＢ時間によって、可溶性のレジストが不溶性になる程度が制御される。前記の見識を利用して上述の問題を解決することができる。
【００１７】
前記方法の実施の一態様であって、前記ＰＥＢステップ中において不溶性のレジスト材料と可溶性のレジスト材料との間の遷移が初めは負の傾斜を有する態様は、拡大されたＰＥＢ時間を用いて前記傾斜を少なくともゼロ傾斜に、好ましくは正の傾斜に押し上げることを特徴とする。
【００１８】
ＰＥＢ時間が例えば９０秒である現在使用されているリソグラフィプロセスにおいては、レジスト層の酸濃度プロファイルは負の傾斜を有し、即ち不溶性のレジスト材料と可溶性のレジスト材料との間の遷移が負の傾斜を有する。ポジ型レジストにとって、負の傾斜は、要求されている不溶性のレジストの特徴の上面領域がその基部領域よりも大きいことを意味している。このようなレジスト特徴は、正の傾斜を有する、即ちその基部領域よりも小さな上面領域を有するレジスト特徴よりも現像ステップの間の安定性が低い。ネガ型レジスト特徴にとって、負の傾斜は、要求されている可溶性のレジストの特徴の上面領域がその基部領域よりも小さいことを意味しており、そのため可溶性のレジスト部分を除去する際に困難が生じる場合がある。ＰＥＢステップは、レジスト層の酸濃度プロファイルを、それ故に不溶性レジスト材料と可溶性レジスト材料との間の遷移の位置および傾斜を変化させるため、ＰＥＢ時間をプロセスパラメータとして用いて傾斜を負の傾斜から少なくともゼロ傾斜、好ましくは正の傾斜に変化させることができる。
【００１９】
前記方法は、３００から３５０ｎｍの範囲の厚さを有するレジスト層を使用することをさらに特徴としてもよい。
【００２０】
前記方法をおよそ３００ｎｍ、例えば３２０から３３０ｎｍの範囲の厚さのレジスト層と組み合わせて使用することにより、優れた結果が得られることが判明している。
【００２１】
前記方法は、適合された放射線吸収勾配を有するレジスト用いることにより、延長されたＰＥＢ時間を原因とする不溶性レジスト材料と可溶性レジスト材料との間の遷移の傾斜における変化を減少させることをさらに特徴としてもよい。
【００２２】
例えば９０°の特定の傾斜が不溶性レジスト材料と可溶性レジスト材料との間の遷移に要求される場合、この方法を用いることができる。９０°の傾斜は、不溶性レジスト材料と可溶性レジスト材料とを分離する仮想の壁が、レジスト層の表面に直角であることを意味している。従来の９０秒のＰＥＢ時間を用いてこのような傾斜を得るように設計されたリソグラフィプロセスの場合、より長いＰＥＢ時間を用いると傾斜が変化する。例えば、１８０秒のＰＥＢ時間を用いた場合、８０°の正の傾斜が（ポジ型レジストの場合に）得られる。これはレジスト層による露光放射線の吸収によるものであり、そのために層の上部での露光強度が層の基部よりも高くなる。本発明によれば、ポジ型レジストに対しては、いわゆる表面抑制を用いることにより、レジストの上部での放射線の吸収が小さくなるようにしてもよい。ネガ型レジストに対しては、通常よりも高い濃度の現像剤を用いてレジストを現像することと共に、レジスト表面強化を利用してもよい。
【００２３】
より長いＰＥＢ時間を用いると、リソグラフィプロセスの処理量に影響を与える場合がある。処理量とは、ある単位の時間において処理することができる基板の数を意味するものと理解される。リソグラフィ投影（露光）装置の露光時間は、例えば９０秒である。同様にＰＥＢ時間が従来のプロセスでは通常である９０秒である場合、ホットプレートとも呼ばれる露光装置からＰＥＢ装置への露光基板の安定した流れを維持することができる。ＰＥＢ時間が例えば２６０秒である場合、露光された基板をＰＥＢ装置に設置することができるまで１７０秒待機させなければならず、即ちプロセスの処理量が大幅に低下する。
【００２４】
本発明によれば、前記方法が、連続的に照明される基板のためのＰＥＢステップを実行するためにいくつかのＰＥＢ装置を使用し、その数が１つの基板のＰＥＢ時間と露光時間との比率に対応することをさらに特徴とする場合、高い処理量を維持することができる。
【００２５】
マスクパターンに対する基板の位置合わせを含む露光時間が９０秒で、ＰＥＢ時間が２６０秒である所定の例の場合、３つのＰＥＢ装置を使用してもよい。例えば、第１の露光基板が第１のＰＥＢ装置に搬送され、第２の露光基板が第２のＰＥＢ装置に搬送され、第３の露光基板が第３のＰＥＢ装置に搬送され、第４の露光基板が第１のＰＥＢ装置に搬送され、以下同様に続けた場合、本来の高い処理量を維持することができ、Ｆａｂとも呼ばれるＩＣ（装置）製造現場で、いくつかのホットプレートが存在し、これらが同時に使用されることはないということが効率良く利用される。新たな方法においては、部分的に重なる時間間隔の間にこれらのホットプレートが使用される。
【００２６】
リソグラフィプロセスで生じる一般的な問題は、所定の設計ＣＤ、従ってマスクパターンにおけるＣＤを有する密な線から印刷された特徴が、同一の設計ＣＤを有する孤立した線から印刷された特徴よりも幅が広いことである。孤立した線または特徴とは、ほぼその特徴幅の大きさの周囲領域で隣接する特徴がない特徴を意味するものと理解される。密な線または特徴とは、ほぼその特徴の幅の相互距離で一連の特徴の一部を形成する特徴を意味するものと理解される。例えば、１００ｎｍの設計ＣＤを有する孤立特徴は９０ｎｍの幅を有する特徴として印刷され、密な特徴の印刷は１１０ｎｍの幅を有する。この問題を解決するために、即ち印刷された幅の差を低減するまたはなくすために、等密度バイアス原理を用いることができる。この原理は光学近接効果補正（ＯＰＣ）に基づいている。ＯＰＣは、設計装置特徴に隣接して、１つ以上の付加的な特徴が配置されることを意味する。これらの付加的な特徴は非常に小さなため、それ自体は結像されないが、設計特徴、それ故に設計特徴の画像を結像する露光ビーム部の波面に影響を与える。マスクパターンにおける特定のＯＰＣ特徴によって、印刷された特徴の、密な特徴からの幅および孤立した特徴からの幅を互いに等しくすることができる。
【００２７】
しかしながら、ＰＥＢ時間の増大によって、印刷された密な特徴の幅と印刷された孤立特徴の幅との間の差が大きくなることが分かっている。例えば、ＰＥＢ時間が９０秒から２６０秒に延長された場合、印刷された孤立特徴の幅は１００ｎｍとなり、印刷された密な特徴の幅は１３０ｎｍとなる。元のＯＰＣ特徴は幅の差を補正することができない。
【００２８】
この問題を取り除く場合、前記方法は、設計段階において、予測されたＰＥＢ時間を設計パラメータとして用いて特徴の設計パターンの設計幅を決定することをさらに特徴とする。
【００２９】
そして、使用すべきＰＥＢ時間に印刷特徴幅補正用のＯＰＣ特徴を適合させて、再度幅の差をなくすことができる。このようにして、前記方法のさらなる改良が行われる。印刷線幅制御以外の目的で使用される他のＯＰＣ特徴を、選択されたＰＥＢ時間に適合させることもできる。
【００３０】
本発明の第１の側面によれば、前記方法は、前記ＰＥＢステップの時間を拡大して、非常に小さな寸法を有する装置特徴であって、マスクパターンの空間像の対応する最小寸法よりも小さな装置特徴を形成することを特徴とし、前記空間像は投影ビームによってレジスト層内に形成される。
【００３１】
前記方法のこの実施の形態において、形成すべき装置特徴の幅を制御する、特にＰＥＢ時間を拡大することによりこの幅を縮小する手段としてＰＥＢ時間を用いる。
【００３２】
この実施の形態は、前記ＰＥＢステップが少なくとも１４０秒間行われ、かつ、対応する、より少ない露光量を用いて８０ｎｍよりも狭い特徴幅を得ることをさらに特徴とすることが好ましい。
【００３３】
より少ない露光量を用いることによって、特に最小強度領域の付近で酸分子の量が減少し、ポジ型レジストの脱保護に効果のあるこの量の閾値が、最小強度領域からの距離がより大きな箇所で小さくなる。このような大きな距離では、空間像強度の焦点変動に対する感度ははるかに低い。標準的な９０秒から１４０秒よりも長く例えば２６０秒にＰＥＢ時間を大幅に増大させることにより、最小強度領域に近い領域に存在する酸分子の量が少なくなってレジストの脱保護も可能になる。従って、最小強度領域の中央に近いレジストも可溶性になるので、使用される露光量が少ない場合でもパターン特徴の幅が減少する。この方法の大きな利点は、少ない露光量範囲の場合に焦点変動による強度変動が非常に小さくなることである。（より長い）ＰＥＢステップおよび酸の（より効率的な）使用は、投影装置によって引き起こされる焦点誤差に敏感でないので、比較的大きなプロセス許容度で非常に細い、例えば４０ｎｍ幅の線を印刷することが可能になる。
【００３４】
上記は、ポジ型レジストにも当てはまることである。レジストを脱保護するのではなく保護するという条件のもとで、ネガ型レジストでも同様の効果が現れる。
【００３５】
このようにして、従来のリソグラフィツールによって絶えず縮小している線幅を制御可能に且つ信頼性をもって印刷する可能性が極めて拡大する。
【００３６】
上述の４０ｎｍの線幅は可能な一例として挙げられたものである。本発明を利用して、４０ｎｍよりも広い線幅、および従来の手段によって得られる幅よりも狭い線幅を印刷することができる。ＰＥＢ時間の延長は印刷される最小の線幅に依存し、この幅が広いほど必要な延長が短くなる。前記２６０秒のＰＥＢ時間は、４０ｎｍ幅の線を印刷するのに極めて適している。依然非常に狭い４０ｎｍから８０ｎｍの線幅を印刷する場合、従来のＰＥＢ時間よりも依然としてかなり大きな２６０秒から１４０秒までのＰＥＢ時間を用いてもよい。
【００３７】
本発明の第２の側面によれば、前記方法は、前記ＰＥＢ時間および前記露光量を適合させることによって同焦点ＣＤを設計ＣＤに合わせることを特徴とする。
【００３８】
このようにして、非常に小さなおよびより大きな設計ＣＤの両方を印刷するための大きなプロセス許容度が得られる。同焦点ＣＤを設計ＣＤに合わせることは、同焦点を設計ＣＤに等しくすることだけでなく、同焦点ＣＤを設計ＣＤにより近づけることを意味するものと理解される。
【００３９】
前記方法の第１の実施の形態は、２値マスクパターンを用いることを特徴とする。
【００４０】
透明基板、および例えばその一方の側にクロム特徴のパターンを備えてもよい２値マスクは最も安価な種類のリソグラフィマスクである。このようなマスクを前記新たな方法と組み合わせて使用することにより、このようなマスクを用いて印刷することができる最小線幅を大幅に減少させること、および／または印刷プロセス許容度を大幅に拡大することが可能になる。
【００４１】
前記方法の第２の実施の形態は、位相シフトマスクパターンを用いることを特徴とする。
【００４２】
位相シフトマスクは、クロムレスマスクとも呼ばれる純粋な位相シフトマスクであってもよい。このようなマスクでは、装置特徴の境界が、投影ビームに位相シフトを導入する小さな領域によってマークされる。この位相シフトマスクは、装置特徴が非透明な例えばクロムの特徴で、その境界が位相シフト領域によってマークされるマスクであってもよい。マスク特徴の位相シフトビーム部分は互いに干渉し合って画像特徴を形成し、この画像特徴は、２値マスク上で同一のマスク特徴から得られる画像特徴よりも相当小さなものであってもよい。位相シフトマスクを前記新たな方法と組み合わせて使用することにより、印刷可能な線幅のさらなる縮小および／または印刷プロセス許容度の大幅な拡大が可能になる。
【００４３】
本発明はまた、装置をレベルごとに製造する方法に関し、前記装置は異なるレベルに分布する装置特徴を含み、前記方法は装置特徴を構成するいくつかのプロセスを用い、各プロセスは１つの装置レベルのためのものである。この方法は、前記構成プロセスの少なくとも１つが上述の方法を含むことを特徴とする。
【００４４】
前記新たなパターン形成方法の結果、装置はより小さな最小装置特徴および／またはより良く定義された特徴の大きさを有するので、本発明はこのような装置においても実施される。
【００４５】
本発明のこれらおよび他の態様は、限定することのない一例として以下に説明される実施の形態により明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
図１の概略図において、リソグラフィ投影または露光装置の実施の一形態の最も重要なモジュールのみが示されている。この装置は、投影システム、例えばレンズ投影システムＰＬが収容される投影カラムを備えている。このシステムの上には、マスクＭＡを搬送するマスクホルダＭＨが配置され、このマスクは結像されるべきマスクパターンＣを含んでいる。このマスクパターンは、基板またはウェーハＷの層に構成されるべき特徴に対応する特徴のパターンである。マスクホルダはマスクテーブルＭＴの一部を形成する。投影レンズシステムの下の投影カラムには基板テーブルＷＴが配置されている。基板テーブルには基板、例えば半導体ウェーハＷを保持する基板ホルダＷＨが設けられている。放射線感受層ＰＲ、例えばレジスト層が基板上にコーティングされている。マスクパターンＣは、毎回別のＩＣ領域またはダイＷｄにおいてレジスト層内で数回結像されなければならない。基板テーブルはＸおよびＹ方向に移動可能であるため、マスクパターンがＩＣ領域に結像された後に、次のＩＣ領域をマスクパターンおよび投影システムの下に位置させることができる。
【００４７】
この装置は、放射線源ＬＡ、例えば水銀ランプまたはフッ化クリプトンエキシマレーザのようなエキシマレーザ、レンズシステムＬＳ、反射器ＲＥおよび集光レンズＣＯが設けられた照明システムをさらに備えている。照明システムによって供給される投影または露光ビームＰＢがマスクパターンＣを照明する。投影システムＰＬは、基板Ｗの上のＩＣ領域でこのパターンを結像する。
【００４８】
この装置には、いくつかの測定システムがさらに設けられている。第１の測定システムは、マスクパターンＣに対する基板のＸＹ平面における位置合わせを決定する位置合わせ測定システムである。第２の測定システムは、基板のＸおよびＹ位置と方向を測定する干渉計システムＩＦである。また、投影システムの焦点または画像フィールドと基板上の放射線感受層ＰＲとの間の偏差を決定する焦点誤差検出システム（図示せず）が存在する。これらの測定システムはサーボシステムの一部であり、電子信号処理および制御回路ならびにアクチュエータを備えており、それにより基板の位置および方向並びに焦点を、測定システムによって供給された信号を用いて補正することができる。
【００４９】
この位置合わせ検出システムはマスクＭＡ内の２つの位置合わせマークＭ１およびＭ２を使用し、これらのマークは図１の右上の部分に示されている。これらのマークは例えば回折格子であるが、光学的にそれらの周囲とは異なる正方形またはストロークのような他のマークによって構成されてもよい。位置合わせマークは二次元であること、即ち図１の２つの互いに直角な方向、ＸおよびＹ方向に延びていることが好ましい。基板Ｗは少なくとも２つの位置合わせマークを備え、それらのうちの２つＰ１およびＰ２が図１に示されている。これらのマークは、マスクパターンの画像が形成されなければならない基板Ｗの領域外に配置される。格子マークＰ１およびＰ２は位相格子であり、格子マークＭ１およびＭ２は振幅格子であることが好ましい。位置合わせ検出システムは二重システムであってもよく、その場合には２つの位置合わせビームｂおよびｂ’を用いて、それぞれマスクマークＭ２に対する基板マークＰ２の位置合わせの検出およびマスクマークＭ１に対する基板マークＰ１の位置合わせの検出を行う。位置合わせ検出システムを横断した後に、各位置合わせビームはそれぞれ放射線感受検出器３および３’に入射する。各検出器は、マスクマークに対して基板マークが位置合わせされる程度、およびその結果基板がマスクに対し位置合わせされる程度を示す電気信号に関連するビームを変換する。ＵＳ−Ａ４，７７８，２７５には二重位置合わせ検出システムが記載されており、このシステムについてのさらなる詳細のためにはそれが参照される。
【００５０】
基板のＸおよびＹ位置を正確に決定するために、リソグラフィ装置は、図１のブロックＩＦで概略的に示されている複数軸干渉計システムを備えている。ＵＳ−Ａ４，２５１，１６０には二軸干渉計システムが記載され、ＵＳ−Ａ４，７３７，８２３には三軸干渉計システムが記載されている。ＥＰ−Ａ０，４９８，４９９においては五軸干渉計システムが記載されており、それによりＸおよびＹ軸に沿った両方のずれおよびＺ軸を中心とする回転およびＸおよびＹ軸を中心とする傾斜を非常に正確に測定することができる。
【００５１】
図１に示されているように、干渉計システムの出力信号Ｓｉおよび位置合わせ検出システムの信号Ｓ３およびＳ３’は、これらの信号を処理してアクチュエータＡＣのための制御信号Ｓａｃを処理する信号処理回路ＳＰＵ、例えばマイクロコンピュータへ供給される。このアクチュエータは、ＸＹ平面において基板テーブルＷＴを介して基板ホルダＷＨを移動させる。
【００５２】
例えば、投影レンズシステムおよび基板を互いに対してＺ方向に移動させることによって、または投影システムの１つ以上のレンズ素子をＺ方向に移動させることによって、焦点誤差を補正するために上述の焦点誤差検出システムの出力信号を用いる。投影レンズシステムに固定されてもよい焦点誤差検出システムがＵＳ−Ａ４，３５６，３９２に記載されている。焦点誤差および基板の局所傾斜の両方を検出することができる検出システムがＵＳ−Ａ５，１９１，２００に記載されている。  
装置の動作速度を上げるため、および／またはこのような装置内の構成要素の数を増やすために、細部、装置特徴の幅または線および隣接する装置幅間の距離を減少させる要求が着実に高まっている。図１に例が示されているリソグラフィ投影装置によって良好に結像することができる細部の小ささは、投影システムの結像品質および解像力によって決定される。従来、開口数ＮＡを大きくすることおよび／または投影放射線の波長を短くすることによって解像力または解像度を向上させていた。開口数のさらなる増大を期待することは事実上ほとんど不可能であり、投影ビームの波長をさらに短くすることは多くの新たな問題を生じる。
【００５３】
今もなお製造することができる投影システムのより小さなパターン細部を結像する途中にあるさらに最近の開発としては、ステップ式リソグラフィ装置の代わりにステップアンドスキャンリソグラフィ装置を用いることである。ステップ式装置においては、全視野照明が用いられ、即ち、全マスクパターンが１つの操作で照明され、基板のＩＣ領域上で全体として結像される。第１のＩＣ領域が露光された後に、次のＩＣ領域に進み、即ち次のＩＣ領域がマスクパターンの下に位置するように基板ホルダが移動される。その後、このＩＣ領域が露光され、以下同様に基板のすべてのＩＣ領域にマスクパターンの画像が設けられるまで行われる。ステップアンドスキャン装置においては、マスクパターンの矩形または弓形領域のみが照明され、従って基板ＩＣ領域の対応するサブ領域も毎回露光される。マスクパターンおよび基板は、投影システムの倍率を考慮に入れて投影ビームによって同期して移動される。次に、連続的なプロセスにおいて、マスクパターンの続くサブ領域が関連するＩＣ領域の対応するサブ領域に毎回結像される。このようにしてＩＣ基板領域にマスクパターン全体を結像した後に、基板ホルダはステップ移動を行い、即ち次のＩＣ領域の初めが投影ビーム内に移動される。次に、マスクが例えばその初期位置にセットされ、その後前記次のＩＣ領域がスキャン露光される。ステップアンドスキャン方法においては、画像フィールドの中央部分のみが用いられ、従ってこの部分のみ光学収差を補正する必要があるため、比較的大きな開口数を用いることができる。このようにして、要求された品質で結像することができる装置特徴の幅およびそれらの間の空間をある程度減少させることができる。しかし、光学的な手段によって装置パターンの密度を高くすることでは、次世代のＩＣおよび他の装置にとって十分ではない。さらに、開口数、波長およびスキャン原理によって設定される理論上の限界は、光学収差のような装置の不完全およびリソグラフィプロセスの不完全のために事実上到達されない。
【００５４】
レジスト層に極細線（ＶＳＬ）を有する空間像とも呼ばれる画像を形成することができる投影システムの使用は、対応して小さな装置特徴を装置基板層に構成することができることを保証するものではない。基板層に非常に小さな特徴を構成する場合、２つの主要な問題、即ち線がつぶれることおよび焦点変動に対するプロセスの非常に高い感度が問題となる。ポジ型レジストの場合、線がつぶれることは、レジストがあるべき位置から離れて要求された特徴または線が消えてしまう現象である。細い線を構成するリソグラフィプロセスの能力に対する焦点変動の影響が図２に示されている。
【００５５】
図２は、標準的なプロセスおよび１００ｎｍの設計線幅に対して要求された最小特徴幅（ＣＤ：限界寸法）の関数としての（μｍ単位の）焦点深度ＤＯＦを示している。曲線Ｃ−１は密な線、即ち１４０ｎｍ離隔されたいくつかのこのような線を有するパターンからの線の場合を示しており、曲線Ｃ−２は孤立した線の場合を示している。パターンおよび線は２値マスクパターンである。２値マスクは透明基板を備えるマスクを意味するものと理解され、その一方の側には共に設計パターンを示す非透明な領域の構成が設けられている。これらの非透明領域は通常クロムで構成されている。焦点深度は、結果として生じる線幅変動が設計線幅のプラス／マイナス１０％以内にとどまる焦点ずれ値の範囲を意味するものと理解される。上述および後述のように、図２に示された１００ｎｍよりも小さな特徴幅を１００ｎｍ線幅パターンの過剰露光によって印刷することができる。図２は、特に密な線（曲線Ｃ−１）の場合に減少するＣＤと共に焦点深度が激しく減少し、８５ｎｍのＣＤに対してＤＯＦが既に１００ｎｍの低さになっていることが明確に示されている。曲線Ｃ−１と孤立線Ｃ−２の曲線との間の差は、孤立線の空間像強度分布と一連の線の（密な）線形成部との間の差によって引き起こされる。
【００５６】
図３は、本発明に関連するリソグラフィプロセスステップのブロック図を示している。この図および続く図では、ポジ型レジストが用いられていると仮定する。
【００５７】
ブロックＢ−１は、装置特徴のパターンで構成されるべき基板層にレジスト層を設け、図１のような投影装置に基板を配置するステップを示している。
【００５８】
ブロックＢ−２は、構成されるべき装置特徴のパターンに対応するマスクパターンを備えるマスクを設計して供給し、このマスクを投影装置に設置するステップを示している。
【００５９】
ブロックＢ−３は、要求された露光量を供給する露光ビームによってマスクパターンを介してレジスト層を照明するステップを示している。レジストの露光された部分において、消光剤によって酸分子が制御されて遊離し、この消光剤は酸分子を部分的に中和する。
【００６０】
ブロックＢ−４は、投影装置から露光されたレジスト層を有する基板を除去し、それをオーブンに設置して所定の時間の間に露光後ベークを行うステップを示している。ポジ型レジストにおいて、ＰＥＢが残りの酸分子を熱活性化させ、それによりレジストポリマ鎖に存在する溶解度遮断群の除去を開始する。この活動はレジストの脱保護として知られている。その結果、脱保護が所定のレベルまたは閾値レベルに達すると、レジストが可溶性となる。固定されたＰＥＢ時間を仮定すると、レジストを可溶性にするためには少なくとも閾値強度に等しい空間像強度が必要とされる。
【００６１】
ブロックＢ−５は、ＰＥＢ装置から基板を除去し、それを現像液内に設置してレジストの可溶性部分を除去することによりレジストパターンを得るステップを示している。
【００６２】
ブロックＢ−６は、現像液から基板を除去し、それをエッチング装置および／または打ち込み装置に設置するステップを示している。それにより、ブロックＢ−５で得たレジストパターンＤによって描かれた層領域から材料を除去および／またはそれに材料を添加し、要求された特性を有するＩＣ領域を得る。完成した（ＩＣ）装置を製造するためには、図３に示された一連のリソグラフィステップ、並びに準備および中間ステップを、構成される装置基板層の数に等しい回数繰り返す。
【００６３】
サブ１００ｎｍ幅を有する装置特徴または線を構成するためには、過剰露光、即ち拡大された露光量を用いる露光を利用することができる。過剰露光の効果は、形成されるべき線の中央に対応する空間像最小限度の中央に近いレジスト領域においても閾値空間像強度に達することである。このことは、これらの領域のレジストも可溶性になるため、現像ステップの後で、空間像線よりも細いレジスト線が残ることを意味し、この極細線をＶＳＬと示す。
【００６４】
事実上非常に重大である過剰露光によるＶＳＬ印刷の欠点は、図２に曲線Ｃ−１およびＣ−２によって線がつぶれる場合に対して示されているように、印刷された線幅は焦点変動に非常に敏感であることである。焦点変動に対する強い感度は、焦点誤差が発生した場合の空間像挙動を見ることによって理解できる。図４は、２値マスクパターンにおける１００ｎｍ孤立線の場合に、０．１μｍごとに０から０．６μｍまで異なる焦点ずれ（ＤＦ）値に対するレジスト層における位置ｘの関数として（任意の単位の）空間像強度ＩＡＩを示している。各焦点ずれ値に対して、別個の曲線ＤＦ１乃至ＤＦ６が示されている。位置ｘ＝０は、空間像における強度最小限度の中央に、従って極細線が印刷されなければならない位置に対応している。位置ｘ＝０の前後の領域Ｉにおいて、空間像強度は増大する焦点ずれと共に急激に増大している。基板層に構成された特徴の場合、これはその幅が焦点誤差に非常に敏感であることを意味している。これは、線のつぶれと共に、非常に小さな焦点深度を引き起こす。換言すると、過剰露光が用いられる場合、極細線を印刷するためのプロセスウィンドウが小さいかまたは全く存在しない。過剰露光技術の他の欠点は、レジストプロファイルの上の多くのレジスト材料が消失することである。
【００６５】
本発明によれば、ＶＳＬ印刷の場合には、長いＰＥＢ時間と共に少ない露光量が用いられる。少ない露光量の場合、空間像強度最小限度の近傍、従って図４の領域Ｉにそのようなものとして発生した少量の酸分子は、この領域でポリマレジストを可溶性にするのには不十分である。領域Ｉから離れた領域IIでのみ、レジストを現像する閾値に達する。領域IIでは、空間像強度は領域Ｉよりも感度がかなり低い。少ない露光量のみが使用された場合は、むしろ幅の広い線が印刷されたであろう。しかし、露光後ベークまたは脱保護ステップの持続時間を延長することによって発生した少量の酸分子をより効率良く使用することができる。これにより、同一の酸分子量でより多くのポリマ部位を脱保護することができる。従って、レジストを可溶性にするのに空気強度最小限度に近いより低い酸濃度で十分となるため、現像後に非常に細いレジスト線が残る。延長されたＰＥＢステップおよび酸分子のより効率的な使用は光学システムによって引き起こされる焦点変動に影響されないので、焦点深度の大幅な向上が達成される。
【００６６】
この新たな処理技術は、線のつぶれの問題にも解決をもたらす。より少ない露光量および延長されたＰＥＢ時間を用いることの効果は、レジストプロファイルの傾斜がより正になることである。このような傾斜は、レジスト特徴または線の上部からその基部、即ちそのような線の壁への遷移を意味するものと理解される。正の傾斜を有するレジスト線の場合、基部よりも上部のほうが細い。このようなレジスト線は続く処理ステップ中により安定し、線のつぶれに対して感度が低い。より長いＰＥＢステップによって装置基板へのレジストポリマの粘着性を向上させてもよく、それによっても線のつぶれが防止される。
【００６７】
新たな処理技術の焦点変動に対する極めて小さな感度、即ちより大きなＤＯＦと大幅に低下した線のつぶれの可能性を組み合わせる結果、極細線を印刷する能力が相当高められる。これは図２に曲線Ｃ−３およびＣ−４によって示されている。これらの曲線は、それぞれ曲線Ｃ−１およびＣ−２に用いられる同一の密な線および同一の孤立線に対して、焦点深度を要求されたＣＤの関数として示している。新たな処理技術により、極めて小さなＣＤの印刷が可能となり、且つ５０ｎｍ以下もの小さなＣＤにかなり高いＤＯＦが提供されることが極めて明白である。
【００６８】
図２のデータは、図５ａおよび図５ｂに示されたＢｏｓｓｕｎｇプロットから算出される。通常リソグラフィ印刷プロセスは、基板全体に別々のステップで露光量および焦点設定を変化させながら同一の特徴または線の一連の印刷を行うことを特徴とする。印刷された線は例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察され、それにより焦点露光マトリクス（ＦＥＭ）を得る。測定されたＣＤ値が線量および焦点の関数としてプロットされる時、いわゆるＢｏｓｓｕｎｇプロットが得られる。図５ａは、９０秒のＰＥＢ時間を用いて、現在標準的なプロセスによって１４０ｎｍ離隔された１００ｎｍクロム線のパターンを有する２値マスクから得られたＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。およそ３００ｎｍの幅を有し、且つリソグラフィ用のレジストとしてよく知られるＡＲ２３７型のレジストを含むレジスト層を使用した。１３，８０から１９，４０ｍＪ／ｃｍ２（グラフＥＤ１乃至ＥＤ８）の範囲で、８つの異なる露光量に対して、（ｎｍ単位の）ＣＤ値が（μｍ単位の）焦点ずれ値ＤＦの関数としてプロットされている。図５ａは、示されたプロセスパラメータに対して、印刷することができる最も細い線幅（ＣＤ）は８０ｎｍであることを示している。このＣＤの場合、２００ｎｍのみの焦点の変化を許容することができ、即ちＤＯＦは２００ｎｍのみである。より大きな焦点誤差が発生した場合、８０ｎｍ線幅を印刷することはできない。
【００６９】
図５ｂは、露光量がより少なく且つＰＥＢ時間が２６０秒まで大幅に延長されたことを除いて、同一の２値マスクから同一のプロセスによって得られたＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。９．４０から１６．００ｍＪ／ｃｍ２の範囲で１２の異なる露光量を使用した（グラフＥＤ１０乃至ＥＤ２１）。図５ｂは、このような状況下で、４０ｎｍまでの線幅を印刷することができ、はるかに大きな焦点変動を許容することができることを示している。８０ｎｍ線幅の場合には１２００ｎｍの焦点変動が許容可能であり、４５ｎｍ線幅の場合には許容可能な焦点変動は９００ｎｍである。
【００７０】
二極または四極照明のような代替的な従来向上技術の場合と同様に、マスクパターンにおける特徴のピッチおよび方向に対する依存性を導入することなく新たなプロセスの最小ＣＤおよび焦点非感受性に関する改善が達成される。
【００７１】
必要に応じて、２値マスクパターンを位相シフトマスク（ＰＳＭ）パターンと交換することによって、新たなプロセスを従来の方法と組み合わせて解像度を向上させることもできる。位相シフトパターンにおいて、特徴の境界線は領域によってマークされ、それぞれ投影ビームに位相シフトを導入する。これらの領域からのビーム部分の干渉によって、２値マスクの同一の特徴から結像された線幅よりも細い線幅を印刷することができる。これは図６ａに例証されており、図６ａは、２８．００から３７．００ｍＪ／ｃｍ２の範囲で１０の異なる露光量（グラフＥＤ３０乃至ＥＤ３９）によって得られた純粋な位相シフトマスク線のＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。ＣＤ値は、９０秒のＰＥＢ時間を用いて従来の標準的なプロセスによって得られる。図６ａは、原則として印刷することができる最小線幅（ＣＤ）は４２ｎｍであることを示している。しかし、ＤＯＦは非常に小さく、ほんの１００ｎｍである。
【００７２】
同一の位相シフトマスク線を印刷する場合により少ない露光量および２６０秒のＰＥＢ時間を用いると、図６ｂのＢｏｓｓｕｎｇプロットが得られる。図６ｂは、１５，１０から１８，６０の範囲で、６つの異なる露光量（グラフＥＤ４０乃至ＥＤ４５）によって得られたＣＤ値を示している。従って、新たなプロセスでは３６ｎｍまでの印刷線幅を可能にし、且つ３７ｎｍ幅の線に対して５８０ｎｍまでのかなり大きな焦点変動を許容することが可能となる。
【００７３】
図６ａおよび図６ｂのＢｏｓｓｕｎｇプロットが得られるマスクパターンは、位相シフト領域のみを備えている。このようなマスクパターンは非透明領域を備えていないため、クロムレスパターンとも呼ばれる。その位相領域が配置される境界に非透明領域の形態で特徴を含むマスクパターンと共に、新たな方法を用いることもできる。
【００７４】
本発明の第２の側面は、プロセス決定同焦点ＣＤを装置特徴設計のＣＤに適合させることに関する。同焦点ＣＤはプロセスパラメータの変化の影響を減少させるリソグラフィプロセスの能力に関する。最も深刻な影響は露光量および焦点変動の変化によって引き起こされ、これは図５ａ、５ｂ、６ａおよび６ｂに示されたＢｏｓｓｕｎｇプロットから明らかである。しかし、同焦点ＣＤとも呼ばれる特定の特徴幅の場合、非常に大きな焦点および線量変動を許容することができる。この同焦点ＣＤは、設計パターンにおける特徴の周囲および使用されるレジストに大きく依存する。残念ながら、プロセス決定同焦点ＣＤは通常、以下に設計ＣＤと呼ばれる設計における所望の特徴幅と一致しない。即ち、プロセス許容度または許容範囲は通常は非常に小さいため、リソグラフィプロセスを十分に行うことは非常に困難となる。
【００７５】
同焦点線は大体、レジスト層に与えられた空間像およびその中に焦点変動によって引き起こされた変動により決定されるため、この画像の変化または向上を試みて設計ＣＤと同焦点ＣＤとの間の一致に至らせることができる。しかし、空間像は一般的にＩＣ設計の不可欠な要素である。位相シフトマスク、または二極または四極照明のような極度の軸外照明を用いる等、高価な且つ柔軟性のない手段を用いることによって、この空間像を所望の方向にのみ向上させることができる。後者の種類の照明の結果は、マスクパターン内の特徴の方向および周期性（ピッチ）に大きく依存する。同焦点ＣＤを設計ＣＤに等しくするための他の選択肢としては、他のレジスト材料を用いることが考えられる。しかし、これは同焦点線を制御不可能にシフトさせる。レジスト材料の変化はリソグラフィプロセスの他の局面にも影響を与えるので、これは現実的な解決策ではない。
【００７６】
設計ＣＤと同焦点ＣＤとの間の一致に達するために、本発明は、ポジ型レジストのＰＥＢステップ中に、最大空間像強度を受けた領域から最小強度を受けた領域へレジストポリマを通って酸分子が拡散するということを利用する。その結果、ＰＥＢステップが行われた後に得られた酸濃度プロファイルが、空間像強度分布によって定義された元の酸濃度プロファイルと異なる。ＰＥＢステップは空間像特徴に関連した異なる酸濃度プロファイルにも影響を及ぼし、それらの異なるプロファイルは空間像の様々な焦点位置に起因するので、これらのプロファイルの交差点をシフトする。例えば酸分子の拡散のほとんどは最も大きな傾斜を示す酸濃度プロファイルで発生するので、異なる焦点線が互いに交差する位置は変化する。交差位置のシフトは同焦点線のシフトを意味する。本発明はＰＥＢ時間を用いて酸拡散範囲を調整し、従って最終的な酸濃度プロファイルを制御すると共に前記交差点に関連する同焦点ＣＤを調整する。そのため、より長いＰＥＢ時間によって、拡散がより長い範囲に渡って起こり、最終的な酸プロファイルはより短いＰＥＢ時間によって得られたものと異なる。
【００７７】
ＰＥＢ時間はレジストの空間像露光によって発生した酸分子をいかに効率的に用いてレジストポリマを脱保護するかを決定するので、現像ステップ中に過度に多くのレジスト材料が脱保護され除去されることを回避するように露光量を適合させる必要がある。ＰＥＢ時間および露光量はどれくらいレジスト線または特徴の中央の近くでレジストが脱保護され、その結果可溶性になるかを決定するため、これらのパラメータは同焦点ＣＤを制御する。
【００７８】
ＰＥＢ時間および露光量を同時に調整する効果は、図７乃至９によって明らかにされている。図７は、２値マスクにおいて、１４０ｎｍで離隔された１００ｎｍクロム線のパターンの密な線から９０秒のＰＥＢ時間を用いて現在標準的なプロセスによって得られたＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。露光量は図５ａのプロットを得るために用いたものと同一であるため、図７のプロットは図５ａのものと同様である。図７は、所定の露光量に属するＣＤ値がどの程度同焦点であるかを示すために、図５ａの測定されたＣＤ値を接続する線の代わりに各露光量（ＥＤ１乃至ＥＤ８）に最も適合するＢｏｓｓｕｎｇ曲線を示している。これらの曲線の曲率が小さな程、同焦点位置が関連する露光量のすべてのＣＤについてよりよく近づく。図７のプロセス条件の場合、同焦点ＣＤは１００ｎｍの設計ＣＤの前後にある。太い直線ＢＬ１、ＢＬ２は、依然として許容されるＣＤ値の境界線を示している。通常、これらの線は設計ＣＤ値の＋１０％および−１０％に置かれる。
【００７９】
図８は、ＰＥＢ時間が３０秒まで低下され露光量が増大されたことを除いて、同一の２値マスクから同一のプロセスによって得られたＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。３２，００から４４，００ｍＪ／ｃｍ２の範囲で７つの異なる露光量を用いた（曲線ＥＤ５０乃至ＥＤ５６）。図８のプロセス条件の場合、同焦点ＣＤは１３０ｎｍの前後にあり、３２，００ｍＪ／ｃｍ２の露光量の曲線ＥＤ５０は最も小さな曲率を示している。従って、この条件は、それぞれ９０および１１０ｎｍの境界線の間のおよそ１００ｎｍの設計ＣＤを印刷するのに適していないが、およそ１３０ｎｍの設計ＣＤを印刷するのには非常に適しており、境界線はそれぞれ１２０および１４０ｎｍにシフトされる。図８のより大きな露光量の場合、酸分子の実質的な拡散が開始する前に消光剤が完全に消滅する。
【００８０】
図９は、図７、８および図５ｂに用いたものと同一の２値マスクのＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。ここでは、図５ｂのＢｏｓｓｕｎｇプロットを得るために使用したものと同一の２６０秒の大幅に延長されたＰＥＢ時間を用いている。図９の露光量は図５ｂのものと同一であるため、２つの図は同様のＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。図９において、１３．６０ｍＪ／ｃｍ２の露光量に対する曲線ＥＤ１７は最も小さな曲率を示しているので、この図に示されたプロセス条件の場合、同焦点ＣＤは６０ｎｍの前後にある。図９は、大幅に増大されたＰＥＢ時間の場合、５０から９０ｎｍの間の広いＣＤ値の範囲は疑似同焦点であり、即ち同焦点ＣＤとは異なるＣＤ値に対するＢｏｓｓｕｎｇ曲線の曲率はより小さいことを実証している。このことは、ＰＥＢステップの非常に簡単な延長によって、基板（ウェーハ）上の特徴の広範囲の異なるパターンの焦点変動に対するリソグラフィプロセスの感度が一般的にはるかに低くなることを意味している。さらに、新たなプロセスはパターン内の特徴の方向および周期性と無関係であるため、広範囲の用途に使用することができる。図９のより小さな露光量の場合、全ＰＥＢステップ中に消光剤が存在する。
【００８１】
従って、本発明は、独立して且つ空間像を変化させることなく同焦点ＣＤの調整を可能にする方法を提供する。この方法は、現在のリソグラフィプロセスで簡単に実施することができ、大きな利点を提供する。これは同焦点ＣＤを設計ＣＤに一致するように調整することを可能にする。即ち、所定のレジストを使用することができる応用の範囲が大幅に拡大される。同焦点ＣＤを調整する能力は、どのような状況下でも、また、印刷すべきどのようなパターン構造に対しても可能な限り最も大きなプロセスウィンドウ（プロセス許容度）を使用する可能性が提供される。この方法を用いて、最も高い全体の性能で同時に異なる大きさを有する装置特徴を印刷するようにプロセスを調整することもできる。
【００８２】
本発明についてポジ型レジストによって説明したが、ネガ型レジストが使用されるリソグラフィプロセスで用いることもできる。本発明による対策は、レジスト脱保護機構の代わりにレジスト保護機構、即ち可溶性レジストを不溶性にする場合に対してもネガ型レジストにおいて同様の効果を発揮する。
【００８３】
本発明を用いて、不溶性レジスト材料と可溶性レジスト材料間の遷移の傾斜を負の傾斜から少なくともゼロ傾斜、好ましくは正の傾斜に変化させることもできる。
【００８４】
ＰＥＢ時間が例えば９０秒の現在使用されているリソグラフィプロセスにおいては、レジスト層の酸濃度プロファイルは負の傾斜を有してもよく、即ち不溶性および可溶性のレジスト材料間の遷移は負の傾斜を有する。ポジ型レジストの場合、負の傾斜は、要求されている不溶性レジスト特徴の上面領域がその基部領域よりも大きなことを意味している。このようなレジスト特徴は、正の傾斜を有する、即ち上面領域がその基部領域よりも小さなレジスト特徴よりも現像ステップ中に安定性が低い。ネガ型レジスト特徴の場合、負の傾斜は、要求されている可溶性レジスト特徴の上面領域がその基部領域よりも小さなことを意味しており、それにより可溶性レジスト部分を除去する際に困難が生じる。ＰＥＢステップはレジスト層の酸濃度プロファイル、従って不溶性および可溶性のレジスト材料間の遷移の位置および傾斜を変化させるので、ＰＥＢ時間をプロセスパラメータとして使用してこれらの傾斜を変化させることができる。
【００８５】
図２、５ｂ、６ｂ、７、８および９に示された結果は、およそ３００ｎｍの厚さを有するレジスト層によって得られた。これは、本発明が従来のものであるこのようなレジスト厚さで非常によく効果を発揮することを意味している。従って、本発明を従来のリソグラフィプロセス環境において使用することができる。
【００８６】
本発明によってより長いＰＥＢ時間を使用した場合、不溶性および可溶性のレジスト材料間の遷移の傾斜の大きさは変化してもよい。ＰＥＢ時間が１８０秒に延長された場合、例えば、９０秒のＰＥＢ時間を用いて従来のプロセスで得た９０°の傾斜は、例えば８０°の傾斜に変化してもよい。９０°の傾斜は、不溶性および可溶性のレジスト材料を分離する仮想の壁が、レジスト層の表面に直角であることを意味している。傾斜の大きさの変化はレジスト層による露光放射線の吸収によるものであり、そのために層の上部での露光強度が層の基部よりも高くなる。延長されたＰＥＢ時間によって、ポジ型レジストにおいては傾斜の大きさを過度に小さくし、ネガ型レジストにおいては負の傾斜の大きさを過度に大きくしてもよい。傾斜の問題の根底にあるレジストの厚さに対して変動する吸収に対処するため、ポジ型レジストおよびネガ型レジストに対して異なる対策を講じることができる。ポジ型レジストに対しては、いわゆる表面抑制を用いてもよく、これはレジスト層の上部での放射線の吸収が小さくなることを意味する。ネガ型レジスト表面に対しては、従来のプロセスの場合では、強力な表面強化によって得られた正の傾斜を示すレジストを用いることにより、また現像ステップ中に溶出速度を上げるためにより高い現像剤濃度の現像液を用いることにより、傾斜の問題を解決することができる。現像ステップに関して、ポジ型レジストおよびネガ型レジストに対するプロセスは対称的ではなく、ネガ型レジストに対してはより濃度の高い現像材を用いて負の傾斜を回避する。上記の付加的な対策を用いることによって、本発明の方法が向上する。
【００８７】
より長いＰＥＢ時間を用いると、リソグラフィプロセスのスループットに影響を与える場合がある。スループットとは、ある単位の時間において処理することができる基板の数を意味するものと理解される。リソグラフィ投影（露光）装置の露光時間は、例えば９０秒である。同様にＰＥＢ時間が従来のプロセスでは通常である９０秒である場合、ホットプレートとも呼ばれる露光装置からＰＥＢ装置への露光基板の安定した流れを維持することができる。ＰＥＢ時間が例えば２６０秒である場合、露光された基板をＰＥＢ装置に設置することができるまで１７０秒待機させなければならず、即ちプロセスのスループットが大幅に低下する。
【００８８】
１つの基板のＰＥＢ時間および露光時間の比率に対応するいくつかのＰＥＢ装置を使用することによって、プロセスの高いスループットを維持することができる。マスクパターンに対する基板の位置合わせを含む露光時間が９０秒で、ＰＥＢ時間が２６０秒である所定の例の場合、３つのＰＥＢ装置を使用する。第１の露光基板が第１のＰＥＢ装置に搬送され、第２の露光基板が第２のＰＥＢ装置に搬送され、第３の露光基板が第３のＰＥＢ装置に搬送され、第４の露光基板が第１のＰＥＢ装置に搬送され、以下同様に続けた場合、本来の高いスループットを維持することができ、Ｆａｂとも呼ばれるＩＣ（装置）製造現場で、いくつかのホットプレートが存在し、これらは同時に使用されることはないことが効率良く利用される。
【００８９】
リソグラフィプロセスで生じる一般的な問題は、所定の設計ＣＤ、従ってマスクパターンにおけるＣＤを有する密な線から印刷された特徴が、同一の設計ＣＤを有する孤立した線から印刷された特徴よりも幅が広いことである。孤立した線または特徴とは、ほぼその特徴幅の大きさの周囲領域で隣接する特徴がない特徴を意味するものと理解される。密な線または特徴とは、ほぼその特徴の幅の相互距離で一連の特徴の一部を形成する特徴を意味するものと理解される。例えば、１００ｎｍの設計ＣＤを有する孤立特徴は９０ｎｍの幅を有する特徴として印刷され、密な特徴は１１０ｎｍの幅を有する。この問題を解決するために、即ち印刷された幅の差を低減するまたはなくすために、等密度バイアス原理を用いることができる。この原理は光学近接効果補正（ＯＰＣ）に基づいている。ＯＰＣは、設計装置特徴に隣接して、１つ以上の付加的な特徴が配置されることを意味する。これらの付加的な特徴は非常に小さいため、それ自体は結像されないが、設計特徴、それ故に設計特徴の画像を結像する露光ビーム部の波面に影響を与える。マスクパターンにおける特定のＯＰＣ特徴によって、密な特徴および孤立特徴から印刷された特徴を互いに等しくすることができる。
【００９０】
しかし、ＰＥＢ時間の増大によって、印刷された密な特徴の幅と印刷された孤立特徴の幅との間の差が大きくなることが分かっている。例えば、ＰＥＢ時間が９０秒から２６０秒に延長された場合、印刷された孤立特徴の幅は１００ｎｍとなり、印刷された密な特徴の幅は１３０ｎｍとなる。元のＯＰＣ特徴は幅の差を補正することができない。
【００９１】
本発明によれば、この問題を取り除く場合、設計段階において、予測されたＰＥＢ時間を設計パラメータとして用いて特徴の設計パターンの設計幅を決定する。
【００９２】
そして、使用すべきＰＥＢ時間に印刷特徴幅補正用のＯＰＣ特徴を適合させて、再度幅の差をなくすことができる。このようにして、前記方法のさらなる改良が行われる。印刷線幅制御以外の目的で使用される他のＯＰＣ特徴を選択されたＰＥＢ時間に適合させることもできる。
【００９３】
前記説明において、印刷された特徴はマスクパターンの対応する特徴と同一の幅を有することが提案された。これは、投影システムが１：１結像システムであることを意味している。通常、リソグラフィ投影装置は、例えば１／４または１／５の倍率を有し、即ちマスク特徴は印刷された特徴の幅の４または５倍の幅を有する。説明を可能な限り簡単にするため投影システムの倍率は考慮に入れなかった。
【００９４】
本発明の目的は、装置をレベルごとに製造する方法を向上させることであり、前記装置は異なるレベルに分布する装置特徴を含み、前記方法は装置特徴を構成するいくつかのプロセスを用い、各プロセスは１つの装置レベルのためのものである。構成プロセスの少なくとも１つにおいて本発明を実施することによって、この方法においても本発明が実施される。
【００９５】
前記新たなパターン形成方法の結果、装置はより小さな最小装置特徴および／またはより良く定義された特徴の大きさを有するので、本発明はこのような装置においても実施される。
【００９６】
特定のリソグラフィ投影装置を用い且つＩＣの製造によって本発明を説明したが、本発明はそれらに限定されることはない。クリスタルパネル、薄膜磁気ヘッド、集積および平面光学システム等の小さな特徴サイズを有する他の装置の製造に本発明を用いることもできる。さらに、要求された空間像を形成することができるどのような投影装置と組み合わせても本発明を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】方法の実行を可能にするリソグラフィ投影装置の実施の一形態を概略的に示している。
【図２】現在の標準的なリソグラフィプロセスおよび本発明を使用したプロセスに対するＣＤの関数としての焦点深度を示している。
【図３】標準的なリソグラフィプロセスのブロック図を示している。
【図４】異なる焦点ずれ値に対する空間像の強度分布を示している。
【図５ａ】標準的なプロセスおよび本発明を使用したプロセスによって得られた２値マスク特徴の印刷のＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。
【図５ｂ】標準的なプロセスおよび本発明を使用したプロセスによって得られた２値マスク特徴の印刷のＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。
【図６ａ】標準的なプロセスおよび本発明を使用したプロセスによって得られた位相シフトマスク特徴の印刷のＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。
【図６ｂ】標準的なプロセスおよび本発明を使用したプロセスによって得られた位相シフトマスク特徴の印刷のＢｏｓｓｕｎｇプロットを示している。
【図７】露光後時間および露光量を変化させることにより同焦点ＣＤの調整を可能にする方法を示している。
【図８】露光後時間および露光量を変化させることにより同焦点ＣＤの調整を可能にする方法を示している。
【図９】露光後時間および露光量を変化させることにより同焦点ＣＤの調整を可能にする方法を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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