(57)【要約】本発明は半導体デバイス、超小型電子デバイス、超小型電子機械デバイス、及び超小型流体デバイスに関し、特に修復された欠陥を含む改良型リソグラフィックテンプレート、改良型リソグラフィックテンプレートの形成方法、テンプレートに含まれる欠陥を修復する方法、及び改良型リソグラフィックテンプレートを使用して半導体デバイスを形成する方法に関するものである。リソグラフィックテンプレート（１０）はレリーフ構造（２６）、及びレリーフ構造（２６）内に修復されたギャップ欠陥（３６）を有する形に形成される。テンプレート（１０）を半導体デバイス（４０）の形成に使用し、テンプレート（１０）を放射線感受性材料がその上に形成された半導体デバイス（４０）に近接配置し、そして圧力を加えて放射線感受性材料をテンプレート上のレリーフ構造に流れ込ませることによりパターンをデバイス（４０）に画定させる。次にテンプレートを透過するように光を照射して、放射線感受性材料の各部分を更に硬化させ、放射線感受性材料にパターンを更に画定させる。次にテンプレート（１０）を取り外すと半導体デバイス（４０）の形成が完了する。
2005534960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィックテンプレートの形成方法であって、
最上面を有し、該最上面にレリーフ構造が形成され、該レリーフ構造に少なくとも一つのギャップ欠陥を有するリソグラフィックテンプレートを設ける工程と、
直描可能な酸化物材料をリソグラフィックテンプレートのレリーフ構造の上およびギャップ欠陥内に設ける工程と、
直描可能な酸化物材料に描画を行なうことにより、ギャップ欠陥内に描画された酸化物の層を形成する工程と、
全ての過剰な直描可能な酸化物材料をリソグラフィックテンプレートのレリーフ構造から取り除く工程とを含むリソグラフィックテンプレートの形成方法。
【請求項２】
リソグラフィックテンプレートの形成方法であって、
最上面を有する基板を設ける工程と、
基板によって支持されるパターニング層を設ける工程と、
パターニング層をパターニングすることにより、レリーフ構造を有するパターニングされたレリーフ層とそのパターニングされたレリーフ層に存在する少なくとも一つのギャップ欠陥とを形成する工程、
直描可能な酸化物材料をパターニングされたレリーフ層上およびギャップ欠陥内に設ける工程と、
直描可能な酸化物材料に描画を行なうことにより、描画された酸化物から成る層をギャップ欠陥内に形成する工程と、
全ての過剰な直描可能な酸化物材料をパターニングされたレリーフ層から取り除く工程とを含むリソグラフィックテンプレートの形成方法。
【請求項３】
表面を有するリソグラフィックテンプレートと、
リソグラフィックテンプレートの表面に形成されるレリーフ構造と、
レリーフ構造に形成される修復されたギャップ欠陥とを備えるリソグラフィックテンプレート。
【請求項４】
デバイスを製造するための方法であって、
基板を設ける工程と、
基板を放射線感受性材料層により被覆する工程と、
リソグラフィックテンプレートを形成する工程であって、該リソグラフィックテンプレートが、
表面を有するリソグラフィックテンプレートと、
リソグラフィックテンプレートの表面に形成されたレリーフ構造と、
レリーフ構造に形成された修復されたギャップ欠陥とを備える、工程と、
リソグラフィックテンプレートが、テンプレートと基板との間に位置する放射線感受性材料層に接触するように、リソグラフィックテンプレートを配置する工程と、
テンプレートに圧力を加える工程であって、それにより、放射線感受性材料層がテンプレート上のレリーフパターンに流れ込むようになる、工程と、
リソグラフィックテンプレートに光照射して、基板上の放射線感受性材料層の少なくとも一部を感光させることにより、放射線感受性材料層におけるパターンにさらに影響を与える工程と、
テンプレートを基板から取り外す工程とを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイス、超小型電子デバイス、超小型電子機械デバイス、光通信デバイス、光電子デバイス、及び超小型流体デバイスに関し、特にリソグラフィックテンプレートを形成し、そしてリソグラフィックテンプレートに含まれる欠陥を修復する方法、及びリソグラフィックテンプレートを使用してデバイスを形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の製造には、いくつかの方式で、相互に作用する幾つかの材料層の形成することが含まれる。これらの層の内の一つ以上がパターニングされて、層の種々の領域が異なる電気特性を有することとなり、さらに層内で相互接続されるか、或いは、他の層に接続されて電気部品及び電気回路を形成する。これらの領域は種々の材料を選択的に導入または除去することにより形成される。このような領域を画定するパターンは多くの場合、リソグラフィプロセスにより形成される。例えば、フォトレジスト材料層がウェハ基板を覆う層の上に塗布される。フォトマスク（透明及び不透明領域を含む）を使用してこのフォトレジスト材料を紫外光、電子ビームまたはｘ線などの放射線により選択的に露光する。この放射線に晒されたフォトレジスト材料、或いはこの放射線に晒されないフォトレジスト材料のいずれかが現像液の適用により除去される。次に、残留するレジストにより保護されない層に対してエッチングが行なわれ、次にレジストを除去すると、基板を覆う層がパターニングされている。
【０００３】
上記のようなリソグラフィプロセスは通常、パターンをフォトマスクからデバイスに転写するために使用される。半導体デバイス上のパターンサイズがサブミクロンレベルに縮小されると、高密度半導体デバイスをパターニングするための新しいリソグラフィプロセス、またはリソグラフィ技術が必要となる。この要求を満たし、インプリンティングおよびスタンピィングの原理を含むいくつかの新しいリソグラフィ技術が提案されてきている。特にそのうちの一つとして、ステップ・アンド・フラッシュ・インプリント・リソグラフィ（Ｓｔｅｐ  ａｎｄ  Ｆｌａｓｈ  Ｉｍｐｒｉｎｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：ＳＦＩＬ）を用いれば、ラインを最小２０ｎｍの幅にまでパターニングできることが示されている。
【０００４】
全体としてＳＦＩＬ技術は、ＳＦＩＬプロセスを実行するために必要な光化学常温処理と低接触圧を独特の方法で上手く利用している。通常のＳＦＩＬプロセスの間、基板を有機平坦化層で覆い、その後、該基板を透明なＳＦＩＬテンプレートに非常に近接して配置する。このテンプレートは、通常石英からなり、レリーフ構造を含み、低い表面エネルギー材料で被覆されている。光硬化性有機溶液をテンプレートとコーティングが施された基板との間に配置される。最小圧力を使用してテンプレートを基板、より詳細には光硬化性有機層と接触させる。次に、有機層をテンプレートを通しての反応光の照射により室温にて硬化または感光させる。光源は通常、紫外線照射光、遠紫外線照射光または広帯域光を使用する。或る範囲の波長（１５０ｎｍ〜５００ｎｍ）の光を用いることができるが、この範囲はテンプレートの光透過特性と光硬化有機物の光感受性によって変わる。次に、テンプレートを基板および有機層から分離して、テンプレートレリーフの有機レプリカを平坦化層の上に残す。次に、このパターンをハロゲンに短時間晒して（ｓｈｏｒｔ  ｈａｌｏｇｅｎ  ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ）エッチングし、続いて平坦化層を通して酸素リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を行なうことにより、有機層及び平坦化層に高解像度、高アスペクト比のフィーチャを形成する。
【０００５】
リソグラフィマスクとリソグラフィックテンプレートとの差異に注目されたい。リソグラフィマスクは、光の空中像をフォトレジスト材料に転写するステンシルとして使用される。リソグラフィックテンプレートはその表面に形成されたレリーフ構造を有し、該レリーフ構造は型または鋳型を形成する。ＳＦＩＬの間、光硬化性の液体がレリーフ構造に流れ込むとパターンが画定され、続いて硬化される。標準的なインプリントリソグラフィの間、パターニングされたテンプレートによって基板材料表面上にある材料に掛けられる圧力に応答して、材料が弾性的に変形してパターンが画定される。従って、マスクとテンプレートに必要な特性は全く異なる。
【０００６】
ＳＦＩＬテンプレートを形成する一のプロセスにおいては、１５〜１００ｎｍ厚さのクロム層を透明石英板に塗布する。レジスト層をクロムに塗布し、電子ビームまたは露光システムのいずれかを使用してパターニングする。次にレジストを現像液中に入れてパターンをクロム層の上に形成する。レジストはクロム層をエッチングするためのマスクとして使用する。次にクロムは石英板をエッチングするためのハードマスクとして機能する。最後に、クロムを除去すると石英の中にレリーフ構造を含む石英テンプレートが形成される。
【０００７】
ＳＦＩＬ技術はパターンを最小２０ｎｍにまで解像する技術であることが立証されてきた。従って、多種多様なパターンサイズを単一ウェハ上に描画することができる。しかしながら、ＳＦＩＬテンプレート形成方法には或る問題が存在する。特に、従来のレジスト、マスク方法、及びエッチングプロセス、さらにはテンプレートのレリーフ面に形成される欠陥に関して問題が生じる。更に詳細には、テンプレートを形成するために必要な工程、すなわちクロムエッチング、石英材料エッチング、および他に必要なエッチング及びレジスト剥離を行なうための工程の数の問題、さらにはエッチングプロセスに続いてテンプレートレリーフ面に生じる欠陥に関する問題がある。ここで、各エッチング工程を経ることにより欠陥及びパターン寸法の変化が生じる確率が大きくなることを理解されたい。これらの欠陥は本質的に陰画（ネガ）となり得、テンプレートレリーフ面上でレリーフ材料が欠損していることを意味し、これらの欠陥がレリーフ材料の「ギャップ」を画定することから、本明細書ではこれらの欠陥をギャップ欠陥と呼ぶ。別の構成においては、これらの欠陥は本質的に陽画（ポジ）となり得、レリーフ構造の所望部分を画定するのではない余分なレリーフ材料がテンプレート面上に存在することを意味する。陰画または陽画に関係なく、欠陥の修復はＳＦＩＬにおいて実行しなければならない重要な必要事項である。
【０００８】
さらに、テンプレートの電子ビーム描画及び形成後のテンプレートの検査に関する問題が生じる。特に、電荷放電層を設けて電子ビーム露光中の帯電を防止する必要がある。検査可能性は、テンプレートが単一の均質材料から成るので容易には実現することができない。通常の検査システムは光（紫外光または遠紫外光）または電子を使用してパターンサイズを求め、そしてテンプレート上の不所望の欠陥を検出する。光をベースとするシステムでは、テンプレートのパターニングされた領域とパターニングされていない領域とにおける反射率または屈折率の差によって良好な画像コントラストを実現する必要がある。同様に、電子をベースとするシステムでは、テンプレートのパターニングされた領域とパターニングされていない領域との原子番号に差を生じさせる必要がある。この問題を解決するために、異なる光特性、電子散乱特性、または異なる原子番号のいずれかを有する複数の材料から成るテンプレートを設けることができれば１００ｎｍ以下のパターンに必要な検査が可能となる。
【０００９】
従って、ＳＦＩＬテンプレートを形成する形成プロセスを簡単にする必要がある。特に、ＳＦＩＬ技術に使用するテンプレートを形成するために必要な処理工程の数が少ないテンプレート、ＳＦＩＬテンプレートのレリーフ構造内に形成される欠陥を修復する手段、及びサブミクロン構造に対する検査が可能なテンプレートを実現することができれば大き
な利点が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、修復されたの欠陥を含む改良型リソグラフィックテンプレート、改良型リソグラフィックテンプレートを形成する方法、テンプレートに含まれる欠陥を修復する方法、及びこの改良型リソグラフィックテンプレートを使用し、ＳＦＩＬテンプレートのレリーフ構造内に形成される欠陥を修復する手段を含む最小数の製造工程を利用する半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、修復されたの欠陥を含む改良型リソグラフィックテンプレート、改良型リソグラフィックテンプレートを形成する方法、テンプレートに含まれる欠陥を修復する方法、及びテンプレートレリーフ面上に形成される欠陥の修復が可能な改良型リソグラフィックテンプレートを使用する半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、改良型リソグラフィックテンプレート、改良型リソグラフィックテンプレートを形成する方法、及びテンプレート及び形成プロセスを改良することによってスループット及びコスト効率を高めることができる改良型リソグラフィックテンプレートを使用する半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に関する上述の特定の目的及び利点、及び更に多くの特定の目的及び利点は、この技術分野の当業者にとっては、発明の好適な実施形態に関する次の詳細な説明を図面を参照しながら一読すれば容易に理解できるであろう。
【００１４】
図を簡単、明瞭にするために、図の中に示す素子は必ずしも実寸通りに描いていない。例えば、素子の内の幾つかの寸法は明確化のために他の素子に比べて誇張されている。また、適切と考えられる箇所では、対応する、または類似の素子を示すために参照番号が複数の図の中で繰り返される。
【００１５】
本発明は、半導体デバイス、超小型電子デバイス、超小型電子機械デバイス、光通信デバイス、光電子デバイス、超小型流体デバイスに関し、特にテンプレート表面に含まれるギャップ欠陥を修復する手段を含むリソグラフィックテンプレートの形成方法、及び改良型リソグラフィックテンプレートを使用して半導体デバイスを製造する方法に関するものである。リソグラフィックテンプレート、及び材料を直接パターニングすることによりレリーフ構造を形成する機能を備える平板材料を含むテンプレートの形成方法が開示される。テンプレートは、最上面を有する基板を設け、基板が支持するパターニングされたレリーフ層を形成し、パターニングされたレリーフ層に含まれる全てのギャップ欠陥を修復することにより形成される。更に、提供したリソグラフィックテンプレートを使用してデバイスを製造する方法が開示される。この方法は、基板を設ける工程と、基板を変形可能な材料により覆う工程と、リソグラフィックテンプレートを既に開示したように設ける工程と、リソグラフィックテンプレートが変形可能な材料と接触するようにリソグラフィックテンプレートを配置する工程と、テンプレートに圧力を加えることにより変形可能な材料にパターンを形成する工程と、リソグラフィックテンプレートを介して放射線を光学的に透過させて基板上の変形可能な材料の少なくとも一部を感光させることにより、変形可能な材料におけるパターンに更に影響を与える工程と、テンプレートを基板から取り外す工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明はテンプレートの改良に関するものである。この改良においては、クリーニング
及び検査装置のような公知のフォトマスクハンドリング装置を利用することができ、更にはこの改良によって、半導体デバイスにパターンを形成するＳＦＩＬだけでなく標準的なインプリントリソグラフィにおける使用に適するテンプレートを実現することができる。テンプレートの形成過程では、パターニングされたレリーフ層を形成する必要があるので、この層を形成する種々の方法を明確に区別する必要がある。一般的に、従来のテンプレートのパターニングでは、パターニングされる予定の全ての層はまず、基板の上にスピンコーティングまたは気相成長のような幾つかの手段を利用して均一に成膜される。次に、描画可能な材料（レジスト）、代表的には、光子ビームまたは電子ビームに反応するポリマーから成る層を、この表面に塗布し、そしてリソグラフィの分野では公知の光ビーム法または電子ビーム法を使用してパターニングする。材料をレジスト層から選択的に除去する現像プロセス後、パターンが形成される。レジスト層はマスクとして使用され、ウェットエッチングまたはドライエッチングを使用して、そのパターンをその下の層に転写する。最後にレジスト層を、もはや必要が無くなった時点で除去すると、パターンがテンプレートの最上部のレリーフ層に残る。このプロセスの間、最上部のレリーフ層内にはかなりの数のギャップ欠陥が形成される。本明細書が提供するのはテンプレート、及びテンプレートの形成方法であり、この方法においては、欠陥を充填するようにパターニングすることができる材料を使用して、これらのギャップ欠陥が修復される。
【００１７】
本明細書は、直描型スピンコーティング酸化物を使用してＳＦＩＬテンプレート上のギャップ欠陥を修復する方法を開示する。これは、有機フォトレジストのパターニング可能な特性を、無機酸化物の堅牢な機械特性と組み合わせた独特な材料を有効に利用することによって実現可能になる。これらの２つの特性が組み合わされてギャップ修復材料の必要な特性が実現する。これらの特性は、レリーフ層との高接着力、高弾性率、高せん断強度、及び良好な熱安定性を含む。水素シルセスキオキサン（ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ：ＨＳＱ）のような材料は非常に高い解像度でパターニングすることができ、かつ一旦硬化すると、インプリント用のテンプレートレリーフ構造に適する非常に安定なシリコン酸化物を形成する。同様の特性を有する材料であれば、ＨＳＱを用いるこの用途に代用することができる。感光性であり、かつパターニング可能で、しかも修復された欠陥の一部として機能するのに十分な物理特性を保持するこのような材料は全て独特であり、本発明の核心を構成することに注目されたい。
【００１８】
図１〜図１０を参照すると、本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成する複数のプロセス工程が断面図で示されている。次に図１を参照すると、本発明によるリソグラフィックテンプレート１０を形成するプロセスにおける第１工程が示される。表面１４を有する基板１２が示される。基板１２は石英材料、ポリカーボネート材料、パイレックス材料、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）材料、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）材料のような透明または半透明の均質な材料、または光を透過または半透過する他の同様なあらゆるタイプの材料からなるものとして開示される。
【００１９】
次に図２を参照すると基板１２が示されており、基板の表面１４の上にはエッチストップ層１６が堆積している。エッチストップ層１６を設けることにより、コントラストが高くなり、また、エッチストップ層１６とパターニングされたレリーフ層との間に異なる反射特性、屈折率、及び／又は原子番号が観察される（直ぐに議論する）ため、検査対象物の検査可能性が高まる。エッチストップ層１６は不透明または透明材料のいずれかから形成されるものとして開示しているが、いずれを用いるかは全体としての設計目的及び後の工程でどのような層を堆積させるかによって変わる。更に詳細には、利用する特定タイプの材料は、テンプレート１０の形成を完了するために実行する必要がある、結果として生じるプロセス工程に係わってくることが開示される。エッチストップ層１６の形成に適するものとして開示される透明材料は、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）、酸化シリコン（ＳｉｘＯｙ）、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒｘＯｙ）、窒化クロム（ＣｒｘＮｙ）、酸
化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）、窒化アルミニウム（ＡｌｘＮｙ）、インジウム錫酸化物（ＩｘＳｎｙＯｚ）、酸化インジウム（ＩｎｘＯｙ）、酸化錫（ＳｎｘＯｙ）、酸化亜鉛（ＺｎｘＯｙ）、酸化カドミウム（ＣｄｘＯｙ）、銅アルミニウム酸化物（ＣｕｘＡｌｙＯｚ）、銅ガリウム酸化物（ＣｕｘＧａｙＯｚ）、カドミウム錫酸化物（ＣｄｘＳｎｙＯｚ）、または他の全ての透明材料、或いは半透明材料、及びこれらの組合せなどである。前記式中、ｘ及びｙは前述した化合物の元素の相対濃度を示す値を有する正の数字である。好適な実施形態では、ｘは０．１〜１．０の範囲の値、ｙは０．１〜１．０の範囲の値、ｚは、ｘ、ｙ及びｚの合計が１．０になるように選ばれる値である。一例として、化学量論組成の酸化アルミニウムはＡｌ２Ｏ３となる。しかしながら、この技術分野の当業者であれば、非化学量論組成の酸化アルミニウム膜を成膜することができ、化学量論組成膜と同じ目的に利用できることが理解できるであろう。エッチストップ層１６の形成に適するものとして開示する不透明材料はクロム（Ｃｒ）などである。エッチストップ層１６は、続いて行なう残りの層のパターニングを支援するために形成される。エッチストップ層１６は、パターニング層に対するエッチング選択性、並びに使用する材料の導電性に依存する厚さを有するものとして開示される。特に、エッチストップ層１６は、あらゆるマイクロローディング効果を抑えるために、パターニング層に対して十分に低いエッチング速度を有する必要がある。またエッチストップ層１６は、完成したリソグラフィックテンプレートを備える半導体デバイスの製造中におけるテンプレートの形成や後続のテンプレートに対するハンドリングに関連して生じる応力に耐えるために十分な強度を有する必要がある。従って、エッチストップ層１６は通常、１〜１０００ｎｍの範囲の厚さ、好適には少なくとも５ｎｍの厚さを有するものとして開示される。エッチストップ層１６は、スピンコーティング、スパッタリング、または気相成長などによって、基板１２の表面１４の上に形成され、表面１８を有する。エッチストップ層の形成に関する更なる情報は、シリアル番号１０／０２２，４８９及び代理人管理番号ＣＲ  ０１−２４が付された、２００１年１２月１８日出願の「リソグラフィックテンプレート及びその形成及び使用方法（ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＴＥＭＰＬＡＴＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＵＳＥ）」と題された、同一譲受人に譲渡される係属中の米国特許出願第１０／０２２，４８９号に示されており、この出願はここで参照することにより本願に援用される。
【００２０】
次に図３を参照すると、基板１２の上にエッチストップ層１６が形成されている様子が示されている。ここでは更に、エッチストップ層１６の表面１８の上にパターニング層２０が形成される。パターニング層２０は描画が可能なものまたは直接描画が可能（直描可能）なものとして開示され、かつ不透明または透明な材料のいずれかにより形成され、いずれの材料を用いるかは全体的な設計目的だけでなく、エッチストップ層１６を構成する材料に依存する。描画可能な材料及び直描可能な材料の違いについて説明する必要がある。描画可能な材料には、従来のフォトリソグラフィ技術を使用してパターニングすることができる全ての材料が含まれ、マスク層及びエッチング層または堆積層、またはこれらの組合せが含まれる。通常、描画可能な材料に関しては、描画及び第２材料へのパターン転写が一旦完了すると、マスク層は除去される。直描可能な材料としては、フォトリソグラフィ法を通して直接描画を行なうことができるという特殊な機能を備え、一旦、直接描画されると、それ自体が所望の目的に対して有用となる材料がある。描画可能な材料の有用性によって、パターニングに続くその材料の除去が不要になる。
【００２１】
層２０をパターニングするために利用される特定のタイプの材料は、結果的に行なわれることになるプロセス工程に関係し、これらのプロセス工程はテンプレート１０を完成させるために実行しなければならない工程であることが開示される。パターニング層２０は通常、エッチストップ層１６に使用する材料とは異なる反射率（または屈折率）または異なる原子番号を有する材料によって形成されるものとして開示される。原子番号の違いによって、検査可能性が向上し、これについては、ほどなく説明する。パターニング層２０
の形成に適するものとして開示する透明材料は、二酸化シリコン（ＳｉｘＯｙ）、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）、酸窒化シリコン（ＳｉｘＯｙＮｚ）、またはインジウム錫酸化物（ＩｘＳｎｙＯｚ）などである。パターニング層２０の形成に適するものとして開示される不透明材料は、タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷｘＳｉｙ）、タングステンシリコン窒化物（ＷｘＳｉｙＮｚ）、タングステン合金、タンタル（Ｔａ）、タンタルシリサイド（ＴａｘＳｉｙ）、タンタルシリコン窒化物（ＴａｘＳｉｙＮｚ）、タンタル合金、チタン（Ｔｉ）、チタン合金、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデンシリサイド（ＭｏｘＳｉｙ）、モリブデン合金、金（Ａｕ）、またはクロム（Ｃｒ）などである。またこの開示より、パターニング層２０は直描可能なパターニング層としても形成することができ、ダウ・コーニング（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ）社からＦＯＸ−１５（登録商標）として提供される水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）のような酸化物材料からも作製することができることが予想される（ほどなく議論する）。好適な実施形態では、ｘは０．１〜１．０の範囲の値、ｙは０．１〜１．０の範囲の値、ｚは、ｘ、ｙ及びｚの合計が１．０になるように選ばれる値である。またパターニング層２０は、直描可能な窒化物、または直描可能な酸窒化物のような、別の直描可能な誘電体材料によって形成することもできる。これらのタイプの材料から形成される直描可能なパターニング層の形成に関する更なる情報は、シリアル番号１０／０２２，４８９及び弁護士側管理番号ＣＲ  ０１−２４が付された、２００１年１２月１８日出願の「リソグラフィックテンプレート及びその形成及び使用方法（ＬＩＴＨＯＧＲＡＰＨＩＣ  ＴＥＭＰＬＡＴＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＦＯＲＭＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＵＳＥ）」と題された、同一譲受人に譲渡される係属中の米国特許出願第１０／０２２，４８９号に示されており、この出願は参照により本願に援用される。
【００２２】
ここで、幾つかのパターニング層は、基板自体が十分にエッチストップ材料として機能することができるので、エッチストップ層を必要としないことを理解されたい。パターニング層２０を使用して電子ビーム描画中の電荷放電を容易にすることができる。またパターニング層２０は、複数の層に種々の材料を用いるので、ＳＥＭベースのテンプレート検査を援助が容易になる。パターニング層２０は、通常、光硬化レジストの所望のアスペクト比に依存する厚さを有するものとして開示される。特にパターニング層２０は、テンプレート形成に関連して生じる応力、及び半導体デバイスを完成したリソグラフィックテンプレートで形成する間における後続のハンドリングに耐えるために十分な強度及び耐久性を有する必要がある。従ってパターニング層２０は、通常、１０〜５０００ｎｍの範囲の厚さ、好適には少なくとも５０ｎｍの厚さを有するものとして開示される。表面２２を有するパターニング層２０は、スピンコーティング、スパッタリング、または気相成長などによってエッチストップ層１６の表面１８の上に形成さる。
【００２３】
次に図４及び５を参照すると、基板１２が示され、基板の表面１４の上にエッチストップ層１６が形成され、さらにエッチストップ層１６の表面１８の上にパターニング層２０が形成されている。パターニング層２０の表面２２の上にはレジスト層２４が形成され、このレジスト層は図５に示すように、標準的な光パターニング技術または電子ビームパターニング技術によってパターニングされる。レジスト層２４は、通常、有機ポリマーのようなこの技術分野で公知の標準フォトレジスト材料または電子ビームレジスト材料により形成され、この材料はパターニングされて、続いて行なうパターニング層２０のエッチングのマスクとして機能する。更に、この開示から、パターニング層２０とレジスト層２４との間に挟まれるハードマスク層（図示せず）を任意で設けることが考えられることが開示される。ハードマスク層を導入する例では、ハードマスク層がクロム（Ｃｒ）、二酸化シリコン（ＳｉｘＯｙ）、酸窒化シリコン（ＳｉｘＯｙＮｚ）、または窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）などから形成されるだろうことが予想される。好適な実施形態では、ｘは０．１〜１．０の範囲の値、ｙは０．１〜１．０の範囲の値、ｚは、ｘ、ｙ及びｚの合計が１．０になるように選ばれる値である。
【００２４】
形成プロセス中では、フォトレジスト層２４はマスクとして機能し、このマスクを通してパターニング層２０のエッチングを行なう。図６に示すように、パターニング層２０をエッチストップ層１６の表面１８の位置までエッチングすることにより、エッチストップ層１６の各部分２５を露出させる。パターニング層２０のエッチングは標準的なウェットエッチング技術またはドライエッチング技術を使用して行なわれる。次にパターニング層２０を必要に応じてオーバーエッチングして、エッチストップ層１６に対してエッチングが均一に停止するように改善する。最後に、テンプレート１０を完成させるために、レジスト層２４を除去する。エッチストップ層１６が不透明材料により形成される例では、エッチストップ層１６の露出部２５を除去して、後続の工程でその部分を介して放射線が通過できるようにする必要がある。このような方法で不透明なエッチストップ層１６及びパターニング層２０を設けてテンプレート１０を形成することにより、望ましくない残留感光性ポリマーを最小限にし、検査可能性を高め、現状のテンプレート修復技術との適合性を高め、強力な洗浄剤に対する耐久性を高めるとともに、望ましいパターン転写特性の非晶質／低粗面度の材料を実現し、さらに材料層の変化によってテンプレートのコントラストが改善される。
【００２５】
図７は完成したリソグラフィックテンプレート１０を断面図で示している。このリソグラフィックテンプレートは、表面１４を有する基板１２、基板１２の表面１４を覆い、表面１８を有するエッチストップ層１６、エッチストップ層１６の表面１８を覆うパターニング層２０、及びギャップ欠陥３０を含む。完成すると、テンプレート１０はその中にレリーフ構造２６を画定するが、レリーフ構造２６内に形成された欠陥３０は、テンプレート１０をＳＦＩＬ処理において利用する前に、必ず修復しておく必要がある。欠陥３０は、図７に示すようにレリーフ材料の欠損がある場合に生じる。修復前に、欠陥３０を光検査システムまたは電子ビーム検査システムを使用してマッピングして欠陥の位置を正確に特定する。
【００２６】
次に図８を参照すると、リソグラフィックテンプレート１０に含まれるギャップ欠陥３０の修復方法の一工程が断面図で示されている。図示のように、ギャップ欠陥３０を修復するために、直描可能な酸化物材料３２から成る層を、レリーフ構造２６を画定するパターニング層２０の残った部分の表面２２の上に堆積させると、露出部２５、ギャップ欠陥３０が埋まって、テンプレート１０がほぼ平坦になる。好適な実施形態における直描可能な酸化物材料３２は、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社からＦＯＸ−１５（登録商標）として提供される水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）のような酸化物材料から形成される。また直描可能な酸化物３２は、直描可能な窒化物、または直描可能な酸窒化物のような、別の直描可能な誘電体材料から形成することもできる。テンプレートの形成中において、直描可能な酸化物材料３２をパターニング層２０の残った部分の表面２２の上に形成して、露出部２５及びギャップ欠陥３０を充填し、次に約２００℃のような低温で焼成して残った全ての溶剤を除去する。
【００２７】
直描可能な酸化物材料３２を焼成した後、予めマッピングしておいた欠陥３０をパターン化するために、テンプレート１０を標準的な光パターニング技術または電子ビームパターニング技術を使用して露光することにより、図９に示すように、ギャップ欠陥３０に描画された酸化物３４が残る。本開示から次のことが考えられる。すなわち、直描可能な酸化物材料３２に対する露光は、電子ビーム照射、ｘ線照射、紫外線照射、遠赤外線照射、イオンビーム照射、またはギャップ欠陥３０を充填するために直描可能な酸化物材料３２の露光を行なうことができる他の適切な任意の放射線を利用して行なうことができる。次に、修復されるべき領域以外の領域に位置する直描可能な酸化物材料３２の残りの全てを現像溶液中で除去する。この現像溶液は材料の露光領域または非露光領域のいずれかを溶解して除去するように調合される。欠陥３０を修復するために利用する直描可能な酸化物
材料３２は、構造変化を生じることにより放射線に反応するように調合され、この構造変化によってギャップ欠陥３０内では現像液への溶解が生じないようになる。
【００２８】
最後に、修復された欠陥に余分に付いて残っている、描画された直描可能な酸化物３４の全てを、レーザまたは集光イオンビーム（ｆｏｃｕｓｅｄ  ｉｏｎ  ｂｅａｍ：ＦＩＢ）を使用して取り除くか、または除去すると、図１０に示すように修復されたギャップ欠陥３６がレリーフ構造２６内に完成する。従って、図１０は完成したリソグラフィックテンプレート１０を断面図で示している。このリソグラフィックテンプレートは、表面１４を有する基板１２及びエッチストップ１６の表面１８を覆い、修復された欠陥３６が形成されている、パターンニングされたレリーフ層２４を含む。完成すると、テンプレート１０はその内部にレリーフ構造２６を画定する。
【００２９】
また、本明細書ではテンプレート１０が単一階層構造として開示されているが、この開示からは、テンプレート１０がギャップ欠陥が内部に設けられた多階層構造として形成できることが考えられる。多階層リソグラフィックテンプレートの形成に関する更なる情報は、シリアル番号１０／０８１，１９９及び弁護士側管理番号ＣＲ  ０１−０３１が付された、２００２年２月２２日出願の「多層レジスト積層構造を使用して階層構造を形成する方法及び階層構造の使用方法」と題する、同じ譲受人に譲渡される係属中の米国特許出願第１０／０８１，１９９号に示されており、この出願は参照により本願に援用される。
【００３０】
図１１〜図１５を参照すると、本発明によるリソグラフィックテンプレートの第２の実施形態を形成するための複数のプロセス工程が断面図で示されている。ここで、図１〜図１０に示す構成要素と類似する図１１〜図１５の構成要素の全ては同様な番号によって示され、プライム「’」を付して異なる実施形態であることを示していることに留意されたい。次に図１１を参照すると、本発明によるリソグラフィックテンプレート１０’を形成するためのプロセスにおける第１工程が示されている。表面１４’を有する基板１２’が示される。基板１２’は石英材料、ポリカーボネート材料、パイレックス材料、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）材料、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）材料のような透明または半透明な材料、または光を透過する、または半透過する他の同様なあらゆるタイプの材料からなるものとして開示される。
【００３１】
次に、基板１２’は、表面１４’に直接形成されたレリーフ構造２６’を有する。レリーフ構造２６’は表面１４’に標準的なリソグラフィ技術を使用して形成される。標準的なリソグラフィ技術については、図１〜図１０で説明した第１の実施形態に関して既に説明しており、フォトレジスト及びエッチングプロセス、またはハードマスクを含むフォトレジスト及びエッチングプロセスを含む。従って、図１２に断面図で示すのは完成したリソグラフィックテンプレート１０’であり、このテンプレートは表面１４’を有する基板１２’を含み、この表面にはレリーフ構造２６’が形成され、さらにギャップ欠陥３０’を含む。この欠陥はテンプレート１０’をＳＦＩＬ処理に利用する前には必ず修復しておく必要がある。欠陥３０’は図１２に示すように、レリーフ材料が欠損している場合に生じる。修復前に、欠陥３０’を光検査システムまたは電子ビーム検査システムを使用してマッピングして欠陥の位置を正確に特定する。
【００３２】
次に図１３を参照すると、リソグラフィックテンプレート１０’に含まれるギャップ欠陥３０’の修復方法の一工程が断面図で示されている。ギャップ欠陥３０’は、既に記載した図１〜図１０の欠陥３０を修復した方法と同じ方法で修復される。更に詳細には、ギャップ欠陥３０’を修復するために、直描可能な酸化物材料３２’から成る層を、レリーフ構造２６’の上に、かつギャップ欠陥３０’の内部に堆積させると、テンプレート１０’がほぼ平坦になる。好適な実施形態における直描可能な酸化物材料３２’は、ダウ・コーニング（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ）社からＦＯＸ−１５（登録商標）として提供される
水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）のような材料から形成される。また直描可能な酸化物３２’は、直描可能な窒化物、または直描可能な酸窒化物のような別の直描可能な誘電体材料から形成することができる。次に、レリーフ構造２６’の上に、かつギャップ欠陥３０’の内部に形成された直描可能な酸化物材料３２’を約２００℃のような低温で焼成して残った全ての溶剤を除去する。
【００３３】
直描可能な酸化物材料３２’を焼成した後、テンプレート１０’を標準的な光パターニング技術または電子ビームパターニング技術を使用して露光し、予めマッピングしておいた欠陥３０’をパターン化すると、図１４に示すように、ギャップ欠陥３０’を充填する描画された酸化物３４’が残る。この開示から次のようなことが考えられる。すなわち、直描可能な酸化物材料３２’に対する露光は、電子ビーム照射、ｘ線照射、紫外線照射、遠赤外線照射、イオンビーム照射、または直描可能な酸化物材料３２’の露光を行なって、ギャップ欠陥３０’を充填するような他の適切な任意の放射線を利用して行なうことができる。次に、修復対象の領域以外の領域に位置する直描可能な酸化物材料３２’の残りの全てを現像溶液中で除去する。この現像溶液は材料の露光領域または非露光領域のいずれかを溶解して除去するように調合される。欠陥３０’を修復するために利用する直描可能な酸化物材料３２’は、構造変化を生じることにより放射線に反応するように調合され、この構造変化によってギャップ欠陥３０’内では現像液への溶解が生じないようになる。
【００３４】
最後に、修復された欠陥に余分に付いて残っている描画されたの直描可能な酸化物３４’の全てを、レーザまたは集光イオンビーム（ｆｏｃｕｓｅｄ  ｉｏｎ  ｂｅａｍ：ＦＩＢ）などを使用して取り除くか、または除去すると、図１５に示すように修復されたギャップ欠陥３６’がレリーフ構造２６’内に完成する。従って、図１５は完成したリソグラフィックテンプレート１０’を断面図で示しており、このリソグラフィックテンプレートは、表面１４’を有する基板１２’及び修復された欠陥３６’が形成されているレリーフ構造２６’を含む。
【００３５】
図１６に示すのはプロセスフロー図であり、このプロセスフロー図には、本発明に従って形成される図１〜図１０のテンプレート１０、または図１１〜図１５のテンプレート１０’とほぼ同様なリソグラフィックテンプレートを使用して半導体デバイス４０を形成する様子が示される。最初に半導体基板を設ける（４２）。次に半導体基板を、光硬化性有機層またはフォトレジスト層のような放射線感受性材料で覆う（４４）。半導体基板はポリシリコン、酸化膜、金属などの被覆素子または素子層だけでなく、トレンチ及び拡散領域などを有することができる。リソグラフィックテンプレートは図１〜図１０または図１１〜図１５に関して行なった記述に従って形成される（４６）。次に、放射線感受性材料層に覆われた半導体基板をリソグラフィックテンプレートに隣接するように配置する（４８）。小さな圧力をテンプレートに加えて、放射線感受性材料層がテンプレート上のレリーフ構造に流れ込むようにする（５０）。次に、紫外線光、遠紫外線光または広帯域光を、基板、エッチストップ層、及びパターニング層（パターニング層が透明な場合）を含むリソグラフィックテンプレートを透過させ、これらの光で放射線感受性材料層に覆われた半導体基板上に描画して、放射線感受性材料層にパターンを更に画定し、感光させる（５２）。その後、テンプレートを半導体デバイスから取り外すと、パターニングされた有機層が残り、この有機層が後続の処理における画像層として使用される。次に、フォトレジスト層をマスク機能に関連する幾つかの目的に使用することができる。すなわち、これらの目的には、（ｉ）イオン注入マスクとして、（ｉｉ）基板または基板に隣接する層に対して行なうウェットエッチングまたはドライエッチングのマスクとして、（ｉｉｉ）金属リフトオフ処理において使用されるような材料堆積のマスクとしての使用、または（ｉｖ）パターニングされたマスクを必要とする他の全てのプロセスにおける使用が含まれる。ここで、本発明に従って形成されるテンプレートが、好適な実施形態において、半導体デ
バイスを形成するために使用するものとして記載されているが、本明細書より、図１〜図１０のテンプレート１０とほぼ同様なテンプレートを使用して超小型電子デバイス、超小型電子機械デバイス、及び光通信デバイス、光電子デバイス、及び超小型流体デバイスを形成することが考えられることを理解されたい。
【００３６】
本明細書に含まれる前述の記載及び図により、本発明に関連する利点の多くが示される。特に本発明は、リソグラフィックテンプレートのパターニングされたレリーフ構造内に形成される欠陥の修復を可能にする。
【００３７】
このように本発明に従って、修復された欠陥を有するリソグラフィックテンプレート、欠陥の修復方法、及び前に示した要求及び利点に完全に合致する、ＳＦＩＬ処理におけるリソグラフィックテンプレートの使用方法が提供されてきたことが分かるであろう。本発明はその特定の実施形態を参照しながら記載され、図示されてきたが、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されるものではない。この技術分野における当業者であれば、修正及び変更を本発明の技術思想を逸脱しない範囲において為し得ることが理解できるであろう。従って、本発明はそのような変更及び修正の全てを添付の請求項に示す技術範囲に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図２】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図３】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図４】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図５】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図６】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図７】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図８】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図９】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図１０】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第１の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図１１】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第２の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図１２】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第２の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図１３】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第２の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図１４】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第２の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図１５】本発明によるリソグラフィックテンプレートの第２の実施形態を形成するためのプロセス工程を示す断面図。
【図１６】本発明によるリソグラフィックテンプレートを使用して半導体デバイスを形成する様子を示す簡易プロセスフロー図。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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