(57)【要約】  基板(110,310,410,606)をパターニングする方法が記載されている。当該方法は、基板(110,310,410,606)上に放射線感受性材料(120,320,420,616)の層を形成する工程、及び、リソグラフィプロセスを用いることによって前記放射線感受性材料(120,320,420,616)の層内にパターン(122,321,422,612)を準備する工程を有する。前記パターン(122,321,422,612)は、限界寸法(CD)(124,325,618)と粗さ(125,424,649)によって評価される。前記放射線感受性材料(120,320,420,616)の層内でのパターン(122,321,422,612)の準備に続いて、当該方法は、CDスリミングプロセスを実行することで、前記CD(124,325,618)を減少したCD(134,326,335,648)にする工程、及び、気相平滑化プロセスを実行することで、前記粗さ(125,424,649)を減少した粗さ(135,425,669)にする工程をさらに有する。
2015528644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をパターニングする方法であって：
目標限界寸法(CD)によって評価される極紫外(EUV)レジスト層を有する基板を供する工程；
前記EUVレジスト層内にパターンを生成するための目標CDを選択する工程；
前記EUVレジスト内で前記目標CDを実現するために前記EUVレジストをEUV放射線へ曝露する目標照射量を選択する工程；
前記EUVレジスト層を前記目標照射量未満の第1照射量だけEUV放射線へ曝露し、かつ、前記EUVレジスト層を、前記目標CDよりも大きい第1CDを有するように現像する工程であって、前記パターンは第1粗さを有する、工程；
CDスリミングプロセスを実行することで前記第1CDを第2CDにする工程であって、前記第2CDは前記目標CDに実質的に等しい、工程；
任意で、平滑化プロセスを実行することで前記第1粗さを第2粗さにする工程；
を有する方法。
【請求項２】
前記平滑化プロセスが気相平滑化プロセスを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記気相平滑化プロセスが、前記CDスリミングプロセス前、前記CDスリミングプロセス後、又は、前記CDスリミングプロセス中に実行される、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記CDスリミングプロセスが：
30℃を超える熱い現像温度に加熱された現像溶液を前記基板上に供給する工程；
酸を含む処理化合物によって前記基板を処理する工程；
前記酸が前記パターンへ拡散するように前記基板をベーキングする工程；及び、
他の現像溶液を前記基板上に供給する工程；
を有する、請求項2に記載の方法。
【請求項５】
前記平滑化プロセスが、前記現像溶液を供給する工程後で、かつ、前記基板を処理する工程前に実行される、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記平滑化プロセスが、前記基板をベーキングする工程後で、かつ、前記他の現像溶液を供給する工程前に実行される、請求項4に記載の方法。
【請求項７】
前記現像溶液が、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液を含む、請求項4に記載の方法。
【請求項８】
前記酸を含む前記処理化合物の濃度と温度、及び、前記基板への前記処理化合物の処理時間が、パターンCD制御を実現するために調節される、請求項4に記載の方法。
【請求項９】
前記酸が拡散するための前記ベーキングへの前記基板の曝露温度と時間が、パターンCD制御を実現するように調節される、請求項4に記載の方法。
【請求項１０】
1回以上のさらなる気相平滑化プロセスを実行することで、前記第2粗さを他の減少した粗さへさらに減少させる工程をさらに有する、請求項2に記載の方法。
【請求項１１】
前記気相平滑化プロセスを実行する工程が、N-メチルピロリダン又はN-メチル-2-ピロリダンを有する処理気体に前記パターンを曝露する工程を有する、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記気相平滑化プロセスを実行する工程が、前記処理気体に前記パターンを曝露する工程中に前記基板を加熱する工程をさらに有する、請求項10に記載の方法。
【請求項１３】
前記気相平滑化プロセスを実行する工程が、前記処理気体に前記パターンを曝露する工程中に前記基板に第2電磁(EM)放射線を照射する工程をさらに有する、請求項10に記載の方法。
【請求項１４】
前記パターンをリフローして、前記基板に乾燥プロセスを施す工程をさらに有する、請求項10に記載の方法。
【請求項１５】
前記第1照射量が、前記目標照射量の10%未満となるように選ばれる、請求項1に記載の方法。
【請求項１６】
前記第1照射量が、前記目標照射量の20%未満となるように選ばれる、請求項1に記載の方法。
【請求項１７】
前記第1照射量が、前記目標照射量の30%未満となるように選ばれる、請求項1に記載の方法。
【請求項１８】
前記第1照射量が、前記目標照射量の40%未満となるように選ばれる、請求項1に記載の方法。
【請求項１９】
前記平滑化プロセスを実行することで前記第1粗さを前記第2粗さに減少させる工程が、10%、30%、又は50%を超える粗さの減少を実現する、請求項1に記載の方法。
【請求項２０】
前記目標照射量未満である第1照射量のEUV放射線にEUVレジストを曝露する工程が、前記基板の曝露を減少させ、
前記基板の曝露が減少することで、50枚以上の基板/時間と実質的に等しい基板のスループットの増大が可能となる、
請求項1に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の薄膜のパターニング方法に関し、より詳細には、レジストの感度を減少させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の処理方法において、パターンエッチングは、放射線感受性材料−たとえばフォトレジスト−の層を基板の上側表面に塗布する工程、フォトリソグラフィを用いて放射線感受性材料の層中にパターンを生成する工程、及び、エッチングプロセスを用いることによって、放射線感受性材料の層中に生成されるパターンを基板上の下地薄膜へ転写する工程を有する。放射線感受性材料のパターニングは一般的に、たとえばフォトリソグラフィシステムを用いることによって、放射線感受性材料を電磁(EM)放射線のパターンに曝露し、その後、放射線感受性材料の被照射領域（ポジ型レジストの場合）又は未照射領域（ネガ型レジストの場合）を除去する工程を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願第13/865138号明細書
【特許文献２】米国特許仮出願第61/693663号明細書
【特許文献３】米国特許出願第13/206441号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第2010/0291490A1号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第2010/0244402号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第2011/0244403号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
限界寸法(CD)が減少することで、得られたパターンの線幅粗さ(LWR)を許容可能限界の範囲内に維持しながら、EM放射線のパターンの分解能（以下、「分解能」）とレジストの感度（以下、「感度」）を増大させることが必要になっている。当技術分野では、分解能、LWR、及び感度との間に、通常LRSトレードオフの三角形と呼ばれるトレードオフ関係が存在する。3つのパラメータのうちの一を改善しようとする従来方法は通常、他のパラメータの一方又は両方の許容不可能な程度に犠牲にすることで改善する。極紫外(EUV)リソグラフィは、40nm未満の部位のサイズについて有望な結果を示している。しかしEUVレジストの感度は、EUVリソグラフィにとっての課題の一つである。上のLRSトレードオフで述べたように、分解能、LWR、及び感度を同時に改善することは非常に難しい。EUVリソグラフィの可能なスループットを実現するため、LWRと分解能に顕著な影響を及ぼすことなくレジストの感度を減少させることを可能にする方法及びシステムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
基板をパターニングする方法が記載されている。当該方法は、基板上に放射線感受性材料の層を形成する工程、及び、リソグラフィプロセスを用いることによって前記放射線感受性材料の層内にパターンを準備する工程を有する。前記パターンは、限界寸法(CD)と粗さによって評価される。前記放射線感受性材料の層内でのパターンの準備に続いて、当該方法は、CDスリミングプロセスを実行することで、前記CDを減少したCDにする工程、及び、任意の気相平滑化プロセスを実行することで、前記粗さを減少した粗さにする工程をさらに有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】A-Cは、本発明の実施例による基板のパターニング方法の単純化された概略図を与えている。
【図２】他の実施例による基板のパターニング方法を表すフローチャートを与えている。
【図３】他の実施例によるCDスリミングプロセスを実行する方法の単純化された概略図を与えている。
【図４】A-Eは、他の実施例による気相平滑化プロセスを実行する方法の単純化された概略図を与えている。
【図５Ａ】CDスリミングプロセスを実行する典型的データを与えている。
【図５Ｂ】CDスリミングプロセスを実行する典型的データを与えている。
【図５Ｃ】CD気相平滑化プロセスを実行する典型的データを与えている。
【図５Ｄ】CD気相平滑化プロセスを実行する典型的データを与えている。
【図６】本発明の実施例によるEUVリソグラフィにおけるEUVレジスト感度を減少させる方法の単純化された概略図を与えている。
【図７】複数の実施例においてEUV電磁放射線で様々なエネルギーの減少を利用することによる基板内でのパターンの目標CDとLWRの典型的なグラフである。
【図８Ａ】本発明の実施例において、様々なエネルギー減少割合でCD現像プロセス、スリミングプロセス、及び平滑化を行った後の基板内でのパターンの典型的な画像を与えている。
【図８Ｂ】本発明の実施例において、様々なエネルギー減少割合でCD現像プロセス、スリミングプロセス、及び平滑化を行った後の基板内でのパターンの典型的な画像を与えている。
【図８Ｃ】本発明の他の実施例において、様々なエネルギー減少割合でCD現像プロセス、スリミングプロセス、及び平滑化を行った後の基板内でのパターンのさらなる典型的な画像を与えている。
【図８Ｄ】本発明の他の実施例において、様々なエネルギー減少割合でCD現像プロセス、スリミングプロセス、及び平滑化を行った後の基板内でのパターンのさらなる典型的な画像を与えている。
【図９】本発明の実施例によるEUVリソグラフィの可能なスループットを生成するようにレジストの感度を減少させる方法を表すフローチャートを与えている。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
基板をパターニングする方法が様々な実施例において開示されている。しかし当業者は、様々な実施例が、1つ以上の具体的詳細が与えられなくても、又は、他の置換型及び/又は追加の方法、材料、若しくは構成要素によっても実施可能であることを理解する。他の例では、周知構造、材料、又は動作は、本発明の様々な実施例の態様が曖昧になることを裂けるために詳細に図示も説明もしていない。
【０００８】
同様に、説明目的で、本発明を完全に理解してもらうために、具体的数値、材料、又は構成が与えられる。しかし本発明は、これらの具体的詳細が与えられなくても実施可能である。さらに図示された様々な実施例は、例示であり、必ずしも正しい縮尺で描かれていないことに留意して欲しい。
【０００９】
本願全体を通して、「一の実施例」と「実施例」について言及することは、その実施例に関連して説明される特定の部位、構造、材料、又は特徴が、本発明の少なくとも1つの実施例に含まれることを意味するが、どの実施例にも存在することを意味しない。よって本願全体を通した様々な場面で現れる「一の実施例」と「実施例」という語句は、必ずしも本発明の同一の実施例を指称しているわけではない。さらに前記特定の部位、構造、材料、又は特徴は、1つ以上の実施例において任意の適切な方法で組み合わせられて良い。
【００１０】
それでも、発明の性質の一般概念が説明されているが、発明の性質に属する特徴も、発明の詳細な説明に含まれていることに留意して欲しい。
【００１１】
本願において用いられている「基板」とは概して、本発明によって処理される対象物を指称する。基板は、素子−特に半導体又は他のエレクトロニクス素子−の材料部分又は構造を含んでよく、かつ、たとえば底部基板構造−たとえば半導体ウエハ又は底部基板構造上に存在する若しくはその構造を覆うように存在する層（たとえば薄膜）−であってよい。よって基板とは、任意の特定の底部構造、下地層若しくは上を覆う層、パターニングの有無に限定されず、むしろ係る層若しくは底部構造、並びに、係る層及び/若しくは底部構造の任意の組み合わせを含むと解される。以降の説明は、特定の種類の基板を参照するが、これは単なる例示であって限定ではない。本願においては、照射量とエネルギーという用語は、EUVフォトレジストへの照射に用いられるEUV放射線を意味するものとして同義的に用いられる。さらにレジストとフォトレジストは、フォトレジストを意味するものとして同義的に用いられる。
【００１２】
ここで図面−図中の同様の参照番号は同一又は対応する部位を表す−を参照すると、図1A〜図1Cと図2は、本発明の実施例による基板のパターニング方法を表す。当該方法は、フローチャート200で表され、かつ、基板110上に放射線感受性材料層120を形成する工程210で開始される。放射線感受性材料層120はフォトレジストを含んで良い。たとえば放射線感受性材料層120は、248nm（ナノメートル）レジスト、193nmレジスト、157nmレジスト、EUV（極紫外）レジスト、又は電子ビーム感受性レジストを含んで良い。さらにたとえば、放射線感受性材料層120は、熱凍結フォトレジスト(thermal  freeze  photo-resist)又は化学凍結フォトレジスト(chemical  freeze  photo-resist)を含んで良い。一の実施例では、EUVレジストは、EUV波長−たとえば約11nm〜約14nmの範囲のEM波長−のEM放射線に曝露されるときに塩基溶液中での溶解度が変化する感光性材料として特定されて良い。
【００１３】
放射線感受性材料層120は、基板110上に材料をスピンコーティングすることによって形成されて良い。放射線感受性材料の第1層120は、トラックシステムを用いて生成されて良い。たとえばトラックシステムは、東京エレクトロン株式会社(TEL)から市販されているクリーントラックアクト8、クリーントラックアクト12、及びリシウスレジストコーティング及び現像システムを有して良い。基板上にフォトレジスト層を形成する他のシステム及び方法は、スピンオンレジスト法の当業者にとって周知である。コーティングプロセスに続いて、1回以上の堆積後ベーキング(PAB)によって基板110が加熱され、前記1回以上のPABに続いて、1回以上の冷却サイクルによって基板110が冷却されて良い。
【００１４】
220と図1Bでは、パターン122が、放射線感受性材料層120内に準備される。放射線感受性材料層120を有する基板110は、放射線曝露システム内の位置合わせ位置で位置合わせされ、かつ、画像パターンを有する放射線によって結像される。放射線曝露システムは、乾式又は湿式フォトリソグラフィシステムを有して良い。画像パターンは、任意の適切な従来のステッピングリソグラフィシステム又は走査リソグラフィシステムを用いて生成されて良い。たとえばフォトリソグラフィシステムは、ASML又はキャノンUSA半導体装置部から市販されているものであって良い。あるいはその代わりに画像パターンは、電子ビームリソグラフィシステムを用いて生成されて良い。
【００１５】
画像パターンに曝露された放射線感受性材料層120には、画像パターン領域を除去し、かつ、放射線感受性材料層120内にパターン122を生成するため、現像プロセスが施される。パターン122は、限界寸法(CD)124及び粗さ125によって評価されて良い。粗さ125は、線端部粗さ(LER)及び/又は線幅粗さ(LWR)を含んで良い。パターンは線パターンを含んで良い。現像プロセスは、現像システム−たとえばトラックシステム−内で基板を現像溶液に曝露する工程を有して良い。たとえばトラックシステムは、東京エレクトロン株式会社(TEL)から市販されているクリーントラックアクト8、クリーントラックアクト12、及びリシウスレジストコーティング及び現像システムを有して良い。現像プロセスに先だって、1回以上の曝露後ベーキング(PEB)によって基板110が加熱され、前記1回以上のPEBに続いて、1回以上の冷却サイクルによって基板110が冷却されて良い。
【００１６】
230と図1Cでは、放射線感受性材料層120内でのパターン122の準備に続いて、限界寸法(CD)スリミングプロセスが実行されることで、CD124は減少したCD134となる。図3はCDスリミングプロセスを表す。図9A及び図9Bは、CDスリミングプロセスの典型的データを供する。
【００１７】
240と図1Cでは、放射線感受性材料層120内でのパターン122の準備に続いて、平滑化プロセスが実行されることで、粗さ125は減少した粗さ135となる。図4A〜図4Eは平滑化プロセスを表す。図10A及び図10Bは、気相平滑化プロセスの典型的データを供する。
【００１８】
上述したように、平滑化プロセスは、気相平滑化プロセスを含んで良い。しかし平滑化プロセスは、液相平滑化プロセス又は気相平滑化プロセスと液相平滑化プロセスの結合をも含んで良い。液相平滑化プロセスはたとえば、1回以上の界面活性剤含有洗浄プロセスを有して良い。粗さを減少させるための界面活性剤含有洗浄プロセスに関するさらなる詳細は特許文献3を参照のこと。
【００１９】
平滑化プロセスはさらに、熱処理−たとえば基板温度の昇温−を有して良い。平滑化プロセスはさらに、電磁(EM)放射線−たとえば紫外(UV)放射線、マイクロ波放射線、又は電子ビーム放射線−への曝露を有して良い。
【００２０】
図3に図示されているように、CDスリミングプロセスは、一連のプロセス300を有する。一連のプロセス300は、内部にパターン321が準備されるように生成された放射線感受性材料層320を上に有する基板310を受け取る工程310で開始される。上述したように、フォトリソグラフィシステム内において放射線感受性材料層320を電磁(EM)放射線へ曝露した後に、放射線感受性材料層320を第1現像溶液に曝露することで、CD325を有するパターン321の背後が残されることによって、放射線感受性材料層320は現像される。放射線感受性材料層320をEM放射線に曝露する間、パターン321の（網掛けの）一部分が中程度の強度のEM放射線に曝露されるが、第1現像溶液への曝露後にも残る。
【００２１】
301では、放射線感受性材料層320は、昇温した温度で放射線感受性材料層320を第2現像溶液へ曝露することによってさらに現像される。その際、昇温した温度での第2現像溶液は、中程度の強度のEM放射線に曝露されたパターン321の（網掛けの）一部分を除去することで、CD325を有するパターン321の背後を残す。例として、第2現像溶液は、約23℃以上の熱い現像温度にまで昇温されるTMAH含有溶液を含んで良い。あるいはその代わりに、例として、第2現像溶液は、約25℃以上の熱い現像温度にまで昇温されるTMAH含有溶液を含んで良い。あるいはその代わりに、例として、第2現像溶液は、約30℃以上の熱い現像温度にまで昇温されるTMAH含有溶液を含んで良い。あるいはその代わりに、例として、第2現像溶液は、約23℃以上かつ約50℃以下の熱い現像温度にまで昇温されるTMAH含有溶液を含んで良い。あるいはその代わりに、例として、第2現像溶液は、約30℃以上かつ約50℃以下の熱い現像温度にまで昇温されるTMAH含有溶液を含んで良い。この処理工程では、現像溶液の濃度、温度、及び曝露時間が、パターンCD制御を実現するように調節され得るプロセスパラメータである。
【００２２】
302では、中程度の減少したCD326を有する中間パターン322が、酸性（”+”符号及び/又はH+によって表される）溶液によって処理される。例として、酸含有溶液は、上述したように、スピンコーティングによって、中程度の減少したCD326を有する放射線感受性材料層320に塗布されて良い。この処理工程では、酸含有溶液の濃度、温度、及び曝露時間が、パターンCD制御を実現するように調節され得るプロセスパラメータである。
【００２３】
303では、酸が放射線感受性材料層320内のパターンへ拡散するような温度に、放射線感受性材料層320が昇温される。例として、放射線感受性材料層320は、約50℃以上のベーキング温度にまで昇温される。あるいはその代わりに、例として、放射線感受性材料層320は、約50℃〜約180℃の範囲のベーキング温度にまで昇温される。この処理工程では、温度及び曝露時間が、パターンCD制御を実現するように調節され得るプロセスパラメータである。
【００２４】
304では、放射線感受性材料層320は、第3現像溶液に曝露されることによってさらに現像される。その際、第3現像溶液は、放射線感受性材料層320内に減少したCD335を有する最終パターンを生成する。例として、第3現像溶液は室温のTMAH含有溶液を含んで良い。この処理工程では、温度及び曝露時間が、パターンCD制御を実現するように調節され得るプロセスパラメータである。
【００２５】
CDスリミングプロセスに関するさらなる詳細は、特許文献4乃至6で見つけることができる。
【００２６】
図5Aと図5Bに図示されているように、CDスリミングプロセスが、約50nm（ナノメートル）の第1線CD504を、約29.2nmの第2線CD544へ減少させるように実行される。
【００２７】
図4A〜図4Eに図示されているように、平滑化プロセスは、一連のプロセスを有する。前記一連のプロセスは、内部にパターン422が準備されるように生成された放射線感受性材料層420を上に有する基板410を受け取る工程（図4A参照）で開始される。上述したように、フォトリソグラフィシステム内で電磁(EM)放射線に放射線感受性材料層420を曝露した後に、放射線感受性材料層420を現像溶液に曝露することで、粗さ424を有するパターン422の背後に残すことによって、放射線感受性材料層420は現像される。
【００２８】
上述したように、平滑化プロセスは、気相平滑化プロセスを含んで良い。図4Bに図示されているように、放射線感受性材料層420内のパターン422は気相環境430に曝露される。一の実施例では、気相環境430は、N-メチルピロリダン又はN-メチル-2-ピロリダンを有する処理気体を含んで良い。たとえば基板410は、処理溶液の噴霧体に曝露されて良い。それに加えて基板は、基板410上のパターン422を処理気体に曝露する間に、基板の温度を昇温するように加熱されて良い。基板温度は、約20℃〜約100℃の範囲であって良く、かつ、好適には約30℃〜約50℃の範囲であって良い。さらに基板410上のパターン422を処理気体に曝露する間、基板には電磁(EM)放射線が照射されて良い。この処理工程では、基板温度、気相環境430の圧力、及び曝露時間が、粗さ減少すなわち制御を実現するために調節可能なプロセスパラメータである。
【００２９】
図4Cに図示されているように、内部に準備されたパターン422を有する放射線感受性材料層420を気相環境430に曝露する結果、化学処理された表面層435が生成される。気相環境430は、放射線感受性材料層420の曝露部分と反応することで、化学処理された表面層435内部の放射線感受性材料の「溶融」すなわちリフローを生じさせることで、リフローされた層440を生成し、ひいては放射線感受性材料層420の曝露された表面を平滑化する（図4D参照）。
【００３０】
その後、図4Eに図示されているように、気相環境430から任意の残留物を除去するように、パターン422には乾燥プロセスが施される。乾燥プロセスは、大気圧又は真空環境でのスピン乾燥プロセスを含んで良い。乾燥プロセスはさらに、パターン422上に乾燥流体を供給する工程を含んで良い。乾燥流体は気相又は液相であって良い。たとえば乾燥流体はイソプロピルアルコール(IPA)を含んで良い。図4Eに図示されているように、平滑化プロセスの結果、粗さ424は減少した粗さ425へ減少する。
【００３１】
図5Cと図5Dに図示されているように、気相平滑化プロセスが実行されることで、線CDが63.8nm（ナノメートル）である約5.7nmの第1線幅粗さ(LWR)564は、線CD584が64.7nmである約3.8nmの第2LWRへ減少する。
【００３２】
平滑化プロセスが、CDスリミングプロセスに先立って（図3の一連の処理位置401参照）、CDスリミングプロセスに続いて（図3の一連の処理位置404参照）、又は、CDスリミングプロセス中に（図3の一連の処理位置402,403参照）実行されて良い。CDスリミングプロセス中、平滑化プロセスは、熱い現像温度へ昇温された第2現像溶液の供給後であって、かつ、酸を含む処理化合物による基板の処理前に実行されて良い（図3の一連の処理位置402参照）。あるいはその代わりに、CDスリミングプロセス中、平滑化プロセスは、酸を含む処理化合物による基板の処理後であって、かつ、第3現像溶液の供給前に実行されて良い（図3の一連の処理位置403参照）。あるいはその代わりに、1回以上のさらなる平滑化プロセスが、減少した粗さを他の減少した粗さへさらに減少させるように実行されて良い。
【００３３】
基板をパターニングする方法はさらに、平滑化プロセス直前に評価された平滑化前の粗さ（つまり図1Aの粗さ125）を決定し、かつ、平滑化プロセス直後に評価された平滑化後の粗さ（つまり図1Cの減少した厚さ135）を決定することによって粗さを評価する工程、及び、10%を超える粗さの減少を実現する工程を有して良い。粗さの減少は、平滑化前の粗さに対する、平滑化前の粗さと平滑化後の粗さとの差異のパーセント比として測定される。さらに平滑化プロセスは、30%を超える粗さの減少を実現し得る。またさらに平滑化プロセスは、50%を超える粗さの減少を実現し得る。
【００３４】
図6は、本発明の実施例による基板606上でのEUVリソグラフィにおけるEUVレジストの感度を減少させる方法の概略的表現600を与えている。一連の処理位置604で開始され、レジストが目標パターンによって特徴付けられる放射線感受性材料層616を有する基板606が供される。本発明の実施例では、基板606はシリコン層を有して良く、あるいはその代わりに、シリコン層、酸化物層、金属層、及び/又は窒化物層を有しても良い。他の実施例では、基板は、上述の第1実施例の層、1層以上のメタライズ層、並びに/又は、1層以上のシリコン及び/若しくはゲルマニウム含有層を有して良い。上述したように、放射線感受性材料層616はフォトリソグラフィシステム内においてEUV放射線に曝露され、放射線感受性材料層616を現像溶液に曝露することでCD618を有するパターン612の背後で残ることで、放射線感受性材料層616は現像される。本発明の実施例では、EUV波長は実質的に13.5nmである。第1曝露において用いられるEUV光の照射量は、パターン612の目標CDを実現するのに必要な照射量よりも少ない。その結果、第1CD618は目標CDよりも大きくなる。つまり事実上、EUV放射線への放射線感受性材料層616の感度が減少すると、完全な曝露にとって不適切な照射量で動作することになってしまう。パターン612は、一連の処理の位置624で表されているように第1粗さ649を有する。
【００３５】
さらに図6を参照すると、一連の処理の位置624では、以前の温度以上の温度である後続の現像溶液に放射線感受性材料層616を曝露することによって、放射線感受性材料層616はさらに現像されて良い。その際、以前の温度以上の温度である後続の現像溶液は、パターン612内のさらなる材料層を除去する。前記さらなる材料層は、中程度の照射量のEUV放射線に曝露されることで、一連の処理の位置604に示された初期CDよりも小さな中間の減少したCDを有する後続のパターン640の背後に残されたものである。一連の処理の位置624では、上述の方法のうちの1つ以上を用いてCDスリミングプロセスが実行されることで、初期CD又はパターン640内の後続のCDは、目標CDと実質的に等価な第2CDへ減少する。
【００３６】
一連の処理の位置644では、任意の平滑化プロセスが基板606上で実行される。上述したように、平滑化プロセスは、気相平滑化プロセスを含んで良い。放射線感受性材料層616内のパターン660は、気相環境に曝露される。それに加えて基板606は、基板606上のパターン660を処理気体へ曝露する間に基板606の温度を昇温させるように加熱されて良い。基板606の温度は、約20℃〜約100℃の範囲であって良く、かつ、好適には約30℃〜約50℃の範囲であって良い。さらに基板606上のパターン660を処理気体に曝露する間、基板606には電磁(EM)放射線が照射されて良い。この処理工程では、処理溶液の濃度、基板温度、気相環境の圧力、及び曝露時間が、第2粗さ669への粗さの減少すなわち制御を実現するために調節可能なプロセスパラメータである。
【００３７】
気相平滑化に含まれる他のプロセスは、図4Cに図示されているように、内部に準備されたパターン422を有する放射線感受性材料層420を気相環境430に曝露する結果、化学処理された表面層435を生成する工程を含む。気相環境430は、放射線感受性材料層420の曝露部分と反応することで、化学処理された表面層435内部の放射線感受性材料の「溶融」すなわちリフローを生じさせることで、リフローされた層440を生成し、ひいては放射線感受性材料層420の曝露された表面を平滑化する（図4D参照）。その後、図4Eに図示されているように、気相環境430から任意の残留物を除去するように、パターン422には乾燥プロセスが施される。乾燥プロセスは、大気圧又は真空環境でのスピン乾燥プロセスを含んで良い。乾燥プロセスはさらに、パターン422上に乾燥流体を供給する工程を含んで良い。乾燥流体は気相又は液相であって良い。たとえば乾燥流体はイソプロピルアルコール(IPA)を含んで良い。
【００３８】
図7は、複数の実施例においてEUV電磁放射線で様々なエネルギーの減少を利用することによる基板内でのパターンの目標CDとLWRの典型的なグラフ700である。上で可能なスループットとも指称される大容量製造の目標を実現するため、フォトリソグラフィ装置は、約50W/時以上を実現しなければならない。フォトリソグラフィ装置のスループットは、EUVエネルギーの関数である。つまりEUV照射量が大きくなればなるほど、1時間あたりに処理される基板数は少なくなる。EUV照射量を増大させて動作させる代わりに、適切なスループットを実現するようにEUVの照射量を減少させた状態で曝露が実行され、かつ、本発明は、補正工程−たとえばCDスリミング工程及び任意のパターン平滑化による粗さ減少工程−により阻害される上述のRLSトレードオフの回避のため、EUVエネルギーを減少させる。
【００３９】
減少したEUV照射量/エネルギーを用いて基板を現像した後、CDスリミングプロセス及び任意のCD平滑化プロセスは、基板上のパターンの目標CDとLWRを実現するのに用いられる。本願発明者等は、32nm目標CDを用いた複数のEUVレジスト感度を減少させるための基板への応用を試験した。本発明の実施例では、EUVレジストの感度の減少は、EUV源の曝露時間を減少させることによって行われ、かつ、試験は、比較用の基本ラインとして用いられる記録プロセス(POR)、25%のエネルギーの減少、30%のエネルギーの減少、及び40%のエネルギーの減少を含んだ。パターンへの照射におけるEUVエネルギーの減少（レジストの曝露時間の減少）による感度の減少は、実質的には大容量製造に必要とされる50枚以上のウエハ/時間の範囲内である全体的なスループットをEUVにおいて顕著に増大させた。本発明の実施例では、感度はEUVエネルギーを減少させることによって減少した。他の実施例は、EUV源の強度及び/又は曝露時間を調節することによって感度を減少させて良い。前述したように、エネルギーを減少させる一の方法は、EUVエネルギーへの曝露時間を減少させることである。EUV照射量とEUV光の強度は曝露時間に相関する。曝露時間は、次式を用いて決定することができる。
（計算された曝露時間(s)）=（照射量）(mJ/cm2)/強度(mW/cm2)
EUV源の強度が一定であるとすると、計算された曝露時間は、EUV照射量の減少に伴って短くなり、1時間あたりの被処理基板数は増大する。
【００４０】
図7では、Y軸の左側は製造プロセスを用いて得られた平均CDで、Y軸の右側は線幅粗さLWRで、かつ、X軸は、各異なるEUVエネルギー減少についてのPOR、現像後、スリミング後、又は平滑化後を示している。グラフ700から、データは、PORが約32nmの平均CDを与えることを示している。25%のエネルギー減少では、平均CDは、現像後で約43nm、スリミング後で33nm、及び平滑化後で33nmである一方、LWRは、現像後で約4.6nm、スリミング後で4.5nm、及び平滑化後で4.2nmである。30%のエネルギー減少では、平均CDは、現像後で約47nm、スリミング後で30nm、及び平滑化後で30nmである一方、LWRは、現像後で約5.3nm、スリミング後で4.9nm、及び平滑化後で4.8nmである。40%のエネルギー減少では、平均CDは、現像後で約52nm、スリミング後で30nm、及び平滑化後で32nmである。データから、25%のエネルギー減少のスリミング後の平均CDは、PORと同一のCDを与える。さらにスリミングプロセスは、各異なるエネルギー減少レベルのために調節される必要がある。データは、最大40%のエネルギー減少で、現像後、スリミング後、及び平滑化後において有用な結果が得られることを示している。さらにLWR平滑化プロセスは、30%及び40%のエネルギー減少レベルではより積極的に行う必要がある。本発明の方法及びシステムは、25%のエネルギー減少とPORとの間で同様の結果を生じさせた。上述したように、パターンへの照射におけるエネルギーの減少による感度の減少−これはレジストの曝露時間の減少によって実現された−の結果、大容量製造に必要な実質的に50枚以上のウエハ/時間の範囲でEUVの全体的なスループットが顕著に増大した。
【００４１】
図8Aと図8Bはそれぞれ、本発明の実施例において、様々なエネルギー減少の割合でPOR、CD現像プロセス、スリミングプロセス、及び平滑化プロセスを実行した後での基板内でのパターンの典型的な画像800と810を与えている。図8Aでは、現像後PORの画像802が示されている。図中、パターンCDは平均約32.nmである。図8Bでは、エネルギー減少は、PORで用いられたエネルギーと比較して25%である。現像後画像812は約43.0nmのパターンCD814を示す。スリミング後画像816は約32.0nmのパターンCD818を示す。平滑化後画像820は約32.5nmのパターンCD822を示す。
【００４２】
図8Cと図8Dはそれぞれ、本発明の実施例において、様々なエネルギー減少の割合でPOR、CD現像プロセス、スリミングプロセス、及び平滑化プロセスを実行した後での基板内でのパターンのさらなる典型的な画像840と860を与えている。図8Cでは、エネルギー減少は、PORで用いられたエネルギーと比較して30%である。現像後画像842は約47.5nmのパターンCD844を示す。スリミング後画像846は約31.1nmのパターンCD848を示す。平滑化後画像850は約32.3nmのパターンCD852を示す。図8Dでは、エネルギー減少は、PORで用いられたエネルギーと比較して40%である。現像後画像862は約52.0nmのパターンCD864を示す。スリミング後画像866は約30.5nmのパターンCD868を示す。平滑化後画像870は約31.4nmのパターンCD872を示す。
【００４３】
図9は、本発明の実施例によるEUVリソグラフィの可能なスループットを生成するようにレジストの感度を減少させる方法を表すフローチャート900を与えている。動作910では、目標CDによって評価されるEUVレジスト層を備えた基板が供される。基板を供するプロセスは、図2の動作210に関して上述した基板上の放射線感受性材料層を生成するプロセスと似ている。動作920では、EUV層中に生成されるパターンの目標CDが選択される。目標CDは40nm以下の範囲であって良い。動作930では、目標CDを実現するためにEUVレジストをEUV放射線へ曝露する目標照射量が選択される。動作935では、EUVレジスト層が目標照射量未満の第1照射量だけEUV放射線へ曝露され、かつ、EUV層を、目標CDよりも大きい第1CDと第1粗さを有するように現像される。
【００４４】
さらに図9を参照すると、動作940では、第1CDを第2CDにするようにCDスリミングプロセスが実行される。上述したように、スリミングプロセスは、図3に関連して説明した1回以上のスリミング法であって良い。それに加えて、平滑化プロセスは気相平滑化プロセスを含んで良く、気相平滑化プロセスは、CDスリミングプロセス前、CDスリミングプロセス後、又は、CDスリミングプロセス中に実行されて良い。スリミングプロセスはさらに、(a)30℃を超える熱い現像温度に加熱された現像溶液を基板上に供給する工程、(b)酸を含む処理化合物によって基板を処理する工程、(c)酸がパターンへ拡散するように基板をベーキングする工程、及び、(d)他の現像溶液を基板上に供給する工程を有して良い。さらに平滑化プロセスは、現像溶液の供給後で、かつ、基板の処理前に実行されて良い。それに加えて、平滑化プロセスは、基板のベーキング後で、かつ、他の現像溶液の供給前に実行されて良い。ここで現像溶液は、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液を含む。酸を含む処理化合物の濃度と温度、基板への処理化合物の処理時間、及び、酸が拡散するための基板の曝露温度と時間が、パターンCD制御を実現するために調節される。
【００４５】
動作950では、第1粗さを第2粗さにする任意の平滑化プロセスが実行される。同様に上述したように、任意の平滑化プロセスは、図4A〜図4Dに関連して説明した1回以上の平滑化法を含んで良い。平滑化プロセスはさらに、(a)1回以上のさらなる気相平滑化プロセスを実行することで、第2粗さを他の粗さへさらに減少させる工程、(b)N-メチルピロリダン又はN-メチル-2-ピロリダンを含む処理気体へパターンを曝露する工程、(c)基板上のパターンを処理気体へ曝露する間に基板を加熱する工程、(d)基板上のパターンを処理気体へ曝露する間に第2電磁(EM)放射線を基板へ照射する工程、及び、(e)パターンをリフローして、前記基板に乾燥プロセスを施す工程を有して良い。
【００４６】
第1照射量の減少は、目標照射量の約10%、20%、30%、又は40%未満であって良い。平滑化プロセスを実行して第1粗さを第2粗さへ減少させる工程は、10%、30%、又は50%を超える粗さの減少を実現し得る。目標照射量未満である第1照射量のEUV放射線にEUVレジストを曝露する動作は基板の曝露を減少させる。基板の曝露が減少することで、50枚以上の基板/時間と実質的に等しい基板のスループットの増大が可能となる。
【００４７】
たとえ本発明のある典型的実施例のみが詳細に説明されたとしても、当業者は、本発明の新規な教示及び利点からほとんど逸脱することなく、多くの修正型が可能であることをすぐに理解する。従って多くの係る修正型は、本発明の技術的範囲内に含まれるものと解される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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