(57)【要約】  ２倍の周波数のリソグラフィ・パターニングを達成する方法が記載されている。第１周期（p1）を有する光学パターン(１６)は、高い露光の区域（２４）、低い露光の区域（２６）及び中間の区域（２２）を残すよう基板(２０)上の従来の酸触媒型フォトレジスト(１８)を露光させるために用いられる。処理は、高い露光の区域（２４）を非常に極性のある状態すなわち親水性に、低い露光の区域（２６）を非常に無極の状態すなわち疎水性に、及び中間の区域を中間の極性を有する状態にして進行する。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートのような中間の極性の現像液が、中間の区域（22）だけを溶解するために用いられ、その光学期間（p1）の半分のピッチ（p2）を有するようにパターニングされたフォトレジストを残す。あるいは、光学期間（p1）の半分である同じピッチ（p2）を有する中間の区域（22）のみを残すようフォトレジストを無極及び極地の区域から取り除く。
2008522206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターニングすべき表面にフォトレジスト(18)を設け、
マスクパターン(12)を通じた光照射を用いて前記フォトレジストを露光し、露光後ベークを行い、露光を増大するに従って、前記フォトレジスト(18)が、無極性から中間の極性の段階を経て極性に又はその逆に変化し、前記露光のステップの結果、極性の領域(24)、無極性の領域(26)及び中間の極性の領域(22)を有するフォトレジスト(18)となり、
前記中間の極性の領域(22)から前記フォトレジスト(18)を除去して前記極性の領域(24)及び無極性の領域(26)の前記フォトレジストを残し又は前記極性の領域(24)及び前記無極性の領域(26)からから前記フォトレジスト(18)を除去して前記中間の極性の領域(22)を残すことを特徴とするリソグラフィ・パターニングの方法。
【請求項２】
現像ステップが、前記パターニングすべき表面の前記中間の極性の領域(22)の前記フォトレジストを選択的に分解して前記極性の領域(24)及び前記無極性の領域(26)の前記フォトレジストを残すために、前記極性の領域(24)の極性と前記無極性の領域(26)の極性との間の中間極性の現像液を用いて前記フォトレジストを現像することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記中間の極性の現像液をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記中間の極性の状態(22)の前記フォトレジスト及び前記中間の極性の現像液が、前記中間の極性の状態(22)の前記フォトレジストが前記中間の極性の現像液に溶解するように互いに十分に近接するヒルデブラント凝集エネルギー密度を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記フォトレジストを現像するステップが、
前記極性の領域(24)のフォトレジストを分解するために高い極性の現像液を用いて前記フォトレジストを現像し、
前記高い極性の現像液を用いる前又は前記高い極性の現像液を用いた後に、前記無極性の領域(26)のフォトレジストを分解するために低い極性の現像液を用いて前記フォトレジストを現像し、
前記パターニングすべき表面上の前記中間の極性の領域(22)のフォトレジストを残すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記フォトレジストを露光するステップにおいて、前記フォトレジストが、前記パターニングすべき表面の全体に亘って第１の予め決定されたピッチ(p1)の光変調を規定するマスクパターン(10)を通じて露光され、
前記前記フォトレジストを露光するステップの結果、前記第１の予め決定されたピッチ(p1)のほぼ半分である第２の予め決定されたピッチ(p2)を有するフォトレジストとなることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記フォトレジスト(18)を酸接触型としたことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ方法に関し、特に、大きい実装密度で非常に小さい特徴を規定するのに適したリソグラフィ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光リソグラフィは、現代の光リソグラフィ・システムを用いて達成可能な微細な細部が半導体製造に非常に適しているため、半導体をパターニングするために最も一般的に用いられる。しかしながら、このやり方は、ナノテクノロジー、回折格子の製造又は実際微細なパターンが必要であるあらゆる分野も含む他の技術分野でも用いることができる。
【０００３】
より小さい特徴をパターニングすることが要求され続けている。リソグラフィにおいて、光学結像系によって印刷することができる最小ピッチは、結像系の光学的な解像度によって制限される。一般に、特徴を印刷することができる最小ピッチpは、式：
ｐ／２＝ｋ１λ／ＮＡ
によって規定される。ここで、NAは、結像系の開口数であり、λは、結像系において用いられる光の波長であり、ｋ１は、波長及び開口数とは別のリソグラフィ方法に関する全てを反映するプロセスに依存する定数である。ｋ１の回折の制限下での極小値は、可干渉光で0.5である。
【０００４】
線と空間の比率が1:1である緻密な特徴に対して、解像度Ｒはｐ／２によって与えられる、すなわち、
Ｒ＝ｐ／２＝ｋ１λ／ＮＡ
である。
【０００５】
pを最小にする複数のやり方が可能である。一つのやり方は、使用する光の波長λを最小にすることであり、これによって、短い波長の紫外光やＸ線も用いた結像系の現像が行われるようになった。他のやり方は、例えば、非干渉性光、変型照明又は位相シフトマスクを用いてｋ１を減少することである。この種の技術を用いることによって、ｋ１の値は、その理論上の極小値0.25まで減少する。
【０００６】
低いｋ１の値を有するシステムの問題点は、光学変調器からの照明が鋭い角を持たないということである。一般に、最低次数の回折パターンしか光学結像系のレンズによって捉えられず、これは、印刷される基板の表面全体に亘る光の変調が基本的に正弦であることを意味する。
【０００７】
実際のパターニングは、光に反応して入射照射線量に比例した酸を放出するフォトレジスト・システムを用いて成される。従来のフォトレジスト・システムにおいて、フォトレジストポリマーは、露光され、その後、例えば９０秒間１２０℃で露光後ベークが施される。この温度において、ポリマーの鎖上の無極性基が取り除かれてポリマーの極性を更に強める酸触媒反応が起こる。この反応が起こる範囲は、光学露光ステップ中にレジストの内側に作られるとともに入射照射線量に比例する酸の量によって変化する。その結果、レジストの極性は露光の関数となる。
【０００８】
フォトレジストを現像するために、塩基水溶液の現像液は、無極性基から極性基への十分な化学変化のなされた領域の露光されたフォトレジストだけを溶解する。所定の閾値より上の露光において、ポリマーは、現像ステップの時間に亘って現像液に溶解するのに十分な極性になる。このようにして、光学的な周期ごとにフォトレジストの１パターンを達成することができる。
【０００９】
光学的な周期ごとに一つを超える特徴を達成するためにこれより小さいピッチで特徴をパターニングする複数の方法が提案されている。
【００１０】
米国特許出願第２００３／００３１９５６号明細書は、各パターニングステップ間に非常に小さい量だけマスクをシフトして特徴を２回パターニングすることによって光学的な周期ごとに二つの特徴を生成する。しかしながら、光学的な周期未満のそのような非常に小さいシフトは、信頼性を達成するのが非常に難しい。
【００１１】
他のやり方が米国特許第６，５３４，２４３号明細書に記載されている。このやり方では、レジスト領域及びレジスト領域間のギャップを残すようにレジストが形成され及びパターニングされる。コーティングは、表面全体に亘って形成される。その後、「脱保護領域」が残りのレジストに形成され及び除去されて、二つの特徴が残る。しかしながら、「脱保護」領域を形成するプロセスは、レジスト領域を形成した後に更なるマスクされていない露光を必要とし、中心の脱保護領域ではなくレジストの端に拡散して発生した酸を吸い取る水酸化物イオンをコーティングに用いることによってレジストの端のフォトレジスト及びレジストの中心部の特性差を利用する。したがって、この過程のプロセス制御は、困難となりうる。
【００１２】
更なる選択肢は、米国特許第６，３３８，９３４号明細書に記載されているハイブリッドレジストである。これは、光酸発生剤（PAG）及び光ベース発生剤(photo-base generator)（PBG）を有するフォトレジストの使用を記載している。例えば、PAGは、所定の閾値放射量（D1）を上回る酸を放出することができ、そして、PBGはD2>D1である第2の閾値放射量（D2）を上回るクェンチャー分子を放出する。このようにして、レジストの高められた溶解度が、中間の露光において達成される。したがって、光の強度の正弦波パターンによって露光されるときに、ピーク及び谷は可溶性であり、中間の領域が不溶性であり、これによって周波数が２倍になる。米国特許第６，３３８，９３４号明細書は更に細かい点を記載し、それは、フォトレジストをネガ型もしくはポジ型フォトレジストとして使用できることである。
【００１３】
しかしながら、このやり方は、光化学的に活性な抑制剤を含んでいる複雑なフォトレジストの使用を必要とする。
【００１４】
したがって、向上したリソグラフィ方法が必要とされたままである。
【発明の開示】
【００１５】
本発明によれば、
パターニングすべき表面にフォトレジストを設け、
マスクパターンを通じた光照射を用いて前記フォトレジストを露光し、露光後ベークを行い、露光を増大するに従って、前記フォトレジストが、無極性から中間の極性の段階を経て極性に又はその逆に変化し、前記露光のステップの結果、極性の領域、無極性の領域及び中間の極性の領域を有するフォトレジストとなり、
前記中間の極性の領域から前記フォトレジストを除去して前記極性の領域及び無極性の領域の前記フォトレジストを残し又は前記極性の領域及び前記無極性の領域からから前記フォトレジストを除去して前記中間の極性の領域を残すことを特徴とするリソグラフィ・パターニングの方法を提供する。
【００１６】
本発明による方法は、米国特許第６，３３８，９３４号明細書のやり方を用いて達成されると考えられるのと同様な閣下を有する。しかしながら、米国特許第６，３３８，９３４号明細書において、特別なハイブリッド・フォトレジストの使用を必要とする。それに対して、本発明は、標準的なフォトレジストを使用することができ、中間の極性の現像液を用いることによって同一結果を更に簡単に達成することができる。
【００１７】
一例において、現像ステップが、前記パターニングすべき表面の前記中間の極性の領域の前記フォトレジストを選択的に分解して前記極性の領域及び前記無極性の領域の前記フォトレジストを残すために、前記極性の領域の極性と前記無極性の領域の極性との間の中間極性の現像液を用いて前記フォトレジストを現像する。
【００１８】
他の例において、
前記フォトレジストを現像するステップが、
前記極性の領域のフォトレジストを分解するために高い極性の現像液を用いて前記フォトレジストを現像し、
前記高い極性の現像液を用いる前又は前記高い極性の現像液を用いた後に、前記無極性の領域のフォトレジストを分解するために低い極性の現像液を用いて前記フォトレジストを現像し、
前記パターニングすべき表面上の前記中間の極性の領域のフォトレジストを残すことを特徴とする。
【００１９】
前記フォトレジストを、前記パターニングすべき表面の全体に亘って第１の予め決定されたピッチの光変調を規定するマスクパターンを通じて露光することができ、前記前記フォトレジストを露光するステップの結果、前記第１の予め決定されたピッチのほぼ半分である第２の予め決定されたピッチを有するフォトレジストとなることができる。
【００２０】
一例において、前記中間の極性の現像液をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとする。必要であれば他の現像液を使用することができる。
【００２１】
フォトレジストを酸接触型とする。ノボラック型のフォトレジストを含む他の型のフォトレジストも可能である。
【００２２】
本発明のより良好な理解のために、例示にすぎない添付図面を参照しながら実施の形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
非常に概略的に図1に示したように、光学系8は、拡散光源10と、マスク12と、ここではレンズによって表される光学結像系14を有する。当業者なら理解するように、結像系は、実際にはここで表されるより複雑であるが、これらの付加的な詳細は周知であるため、更に示さない。
【００２４】
光学系は、基板20、ここでは半導体基板20上の酸触媒型フォトレジスト18の表面全体に光のパターン16を形成する。露光は、ここでは規則的に間隔を置かれた線から成るマスク12の１次のイメージによって生じ、基板全体で基本的に正弦的に変化する。強度は、p1のピッチで表面全体に亘って正弦的に変化する。
【００２５】
したがって、露光は、第1の閾値32より上の高い露光の区域24、第2の閾値34より下の低い露光の区域26、及び高い露光の区域24と低い露光の区域26の間の中間の露光の区域22をつくる。
【００２６】
p1/2 = k1λ/NAで与えられる光学的な制限を有するのは、正弦波強度変化のピッチp1であり、この場合、k1は、0.25の理論上の極小値を有する。
【００２７】
露光の後、半導体基板20及びフォトレジスト18は、例えば約９０秒間１２０℃で露光後ベークの処理がなされる。この温度で、無極の親油基がポリマー主鎖から取り除かれる酸触媒化学反応が起こる。ポリマー主鎖上に残るのは、より極性の強い親水基である。
【００２８】
この反応が起こる範囲は、露光の程度に依存する。それゆえ、高い露光の区域24では、反応は、フォトレジストを実質的に極性（親水性）に保ちながら大きい範囲で起こる。低い露光の区域26においては、反応は、フォトレジストを実質的に無極（疎水性）に保ちながら小さい範囲で起こる。中間の区域22において、フォトレジストは中間の極性にされる。
【００２９】
これは、図1に示すようにして到達するステップである。
【００３０】
その後、サンプルは、中間の区域の極性に調和した中間の極性の現像液を使用して現像される。現像液は、図2に示すように、中間領域を溶解し、高い露光の区域24及び低い露光の区域26が形成されたフォトレジストが残る区域30間にギャップ28が残る。
【００３１】
その後、基板20のパターニングを通常の方法で行うことができる。
【００３２】
達成されるピッチp2は、光学パターンのピッチｐ１の半分である。このようにして、フォトレジストのパターンは、光学パターンの倍の周波数となる。これによって、単一の現像ステップだけを用いて周波数の理論上の最低値より小さい光学パターンのピッチp2を達成することもできる。
【００３３】
上記の実施例において、フォトレジストは、中間の露光の区域22から取り除かれる。第二の実施態様においては、フォトレジストは、中間の露光の区域22では保たれ、低い露光の区域26及び高い露光の区域24では取り除かれ、結果として図3のフォトレジスト構造になる。
【００３４】
これは、以下のようにして達成される。
露光後ベーク後、サンプルは、先ず、高い極性の現像液で現像される。これは、非常に高い露光の区域24の極性に調和し、それにより中間の露光の区域22及び低い露光の区域24をそのまま残しながらこれらのフォトレジストの区域を溶解する。
【００３５】
次に、サンプルは、低い露光の区域24の極性に調和して、これらの区域からフォトレジストを溶解する極性の低い現像液で現像され、図3に示したように、フォトレジストを中間の露光の区域22だけに残す。サンプルの処理は、前と同様に継続することができる。図3のフォトレジストパターンが基本的に図2と反対である点に注意する。
【００３６】
上記の方法では低い極性の現像液の前に高い極性の現像液が使用することを説明したが、現像液の順番を必要に応じて逆にしてもよい。
【００３７】
場合によっては、図2の方法より図3の方法のやり方を用いるのが有利である。例えば、このやり方を用いるときには、使用する高い極性の現像液と低い極性の現像液のうちの一方を標準的な現像液とすることができる。
【００３８】
本発明の方法を、半導体基板だけでなく、例えばナノテクノロジー又は回折格子の形成のために小さい特徴が要求されるあらゆる場所に適用することができる。
【００３９】
実施例において、JSRMicro社のAR237Jフォトレジスト18を、シリコン上のオキシ窒化ケイ素（SiON）の基板に280ナノメートルの厚さで堆積した。
【００４０】
基板全体において360ナノメートル周期の反復パターンでフォトレジストを露光するために、光信号を用いた。
【００４１】
次に90秒間120℃の露光後ベークが行われた。
この際、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（PGMEA）が現像液として用いられ、露光済みのサンプルは60秒間22℃（室温）で現像液に入れられた。
【００４２】
この現像ステップは、0.9任意単位（a.u.）から2.2a.uまでの放射線量で露光したフォトレジストの区域を溶解した。更に高い又は更に低い放射線量を有する区域は、著しく低い割合で溶解された。
【００４３】
基板全体に亘って180ナノメートル周期のレジストのパターンを示す電子顕微鏡写真が撮影された。したがって、パターンは光学パターンの半分の周期を有する。
【００４４】
比較例は、サンプル全体に亘って360ナノメートル周期の反復パターンとなる従来の方法を使用して実施された。
【００４５】
本発明を特定のタイプのフォトレジストについて説明したが、本発明は、ノボラック型のレジストを含む種々の型に適しており、ポジ型とネガ型の両方のフォトレジストにも適している。
【００４６】
他の現像液も可能であり、現像液及びフォトレジストの適切な組合せが要求される。良好な結果のために、現像中の溶解プロセスは、動力学的に速いだけでなく熱力学的に好ましい必要がある。反応速度は、実験によって最適に決定される。しかしながら熱力学は、適切な溶媒の一部の決定を許容する。
【００４７】
理論に束縛されることを所望することなく、反応が熱力学的に有利であるために、ギブス自由エネルギーの変化ΔGは小さくなければならない。エンタルピーH、エントロピーS、及び温度TにおいてΔG =ΔH−TΔSであり、ΔSが十分に小さいので、適切な溶媒は、ギブスの自由エネルギーの変化を小さくするために溶解過程においてΔHを小さくする。
【００４８】
ここでは、ΔH = fs fp (ds-dp)2は、ヒルデブラントによって展開された式に従い、この場合、fs及びfpはそれぞれ溶媒及びポリマーの体積率であり、そして、ds及びdpが溶媒及びポリマーの凝集エネルギー密度である。したがって、有利な低いΔHに対して、ds及びdpは近接した値を有しなければならない。ポリマーの適切な様相が中間状態であるので、望ましいフォトレジストと現像液の組合せは、中間状態すなわち中間の極性の様相でフォトレジストのdp値に近い現像液のds値を有する。
【００４９】
ポリマー及び溶媒に対するそのようなds及びdpの値は、出版物で見つけることができ、ヒルデブラント・パラメータと称され、時々ギリシア文字δで与えられる。
【００５０】
この理論にも関わらず、実際には、速度の影響は非常に重要であるので、熱力学的なやり方は、必ずしも現像液及びフォトレジストの最高の組合せを提案せず、適切な候補を提案することしかできない。
【００５１】
したがって、実際には、実験が、現像液及びフォトレジストの適切な組合せを決定する良好な方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明による方法の第1の処理ステップを示す。
【図２】本発明の第１の実施の形態による方法の第2の処理ステップを示す。
【図３】本発明の第2の実施の形態による方法の第2の処理ステップを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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