(57)【要約】【課題】ダブルパターニングを用いた新たなエッチング方法を提供する。【解決手段】部材をエッチングする方法は、ライン及びスペースを有する第１パターンを部材の上に形成する第１形成工程と、第１パターンのライン幅を低減する第１トリミング工程と、第１トリミング工程の後に、第１パターンをフリージングするフリージング工程と、フリージング工程の後に、ライン及びスペースを有する第２パターンを、第２パターンのラインの少なくとも一部が第１パターンのスペースに配されるように形成する第２形成工程と、第２形成工程の後に、第１パターンと第２パターンとの両方のライン幅を低減する第２トリミング工程と、第２トリミング工程の後に、第１パターン及び第２パターンを用いて部材をエッチングするエッチング工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材をエッチングする方法であって、
ライン及びスペースを有する第１パターンを前記部材の上に形成する第１形成工程と、
前記第１パターンのライン幅を低減する第１トリミング工程と、
前記第１トリミング工程の後に、前記第１パターンをフリージングするフリージング工程と、
前記フリージング工程の後に、ライン及びスペースを有する第２パターンを、前記第２パターンのラインの少なくとも一部が前記第１パターンのスペースに配されるように形成する第２形成工程と、
前記第２形成工程の後に、前記第１パターンと前記第２パターンとの両方のライン幅を低減する第２トリミング工程と、
前記第２トリミング工程の後に、前記第１パターン及び前記第２パターンを用いて前記部材をエッチングするエッチング工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１形成工程で形成される前記第１パターンのラインのうち、所定の値以上のライン幅を有する部分の割合は、前記第２形成工程で形成される前記第２パターンのラインのうち、前記所定の値以上のライン幅である部分の割合よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定の値は、前記第１形成工程で形成される前記第１パターンのライン幅の最小値の３倍であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２トリミング工程の後であって前記エッチング工程の前に、前記第１パターンのライン幅の最小値が前記第２パターンのライン幅の最小値よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２トリミング工程において、前記第１パターンのライン幅が低減されるレートは、前記第２パターンのライン幅が低減されるレートよりも低いことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記部材は、前記第１パターンのラインによって短辺が構成され、前記第２パターンのラインによって長辺が構成された長方形状の領域を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記フリージング工程は、
前記第１パターンにフリージング剤を塗布する工程と、
前記フリージング剤を加熱する工程と、
前記フリージング剤を剥離する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１形成工程と前記第２形成工程とのそれぞれは、ピボタルポイントでレジストを露光する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか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、エッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な構造を形成するための技術として、レジストパターンを２回に分けて形成した後にエッチングを行うダブルパターニングが知られている。特許文献１に記載されたダブルパターニングでは、１回目に形成したレジストパターンをフリージングした後に、別のレジストパターンを形成する。その後、これらのレジストパターンのライン幅を低減するトリミングを行う。特許文献１では、両方のレジストパターンがどちらも目標ライン幅にするために、それぞれのレジストパターンを同じライン幅で形成した後に、これらのレジストパターンを同じレートでトリミングする。また、特許文献２に記載されたダブルパターニングでは、１回目に形成されたレジストパターンを目標ライン幅になるまでトリミングした後に、このレジストパターンを保護膜で覆う。その後、保護膜で覆われたレジストパターンのライン幅を維持したまま、２回目にレジストパターンを形成し、このレジストパターンを目標ライン幅になるまでトリミングする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５６３８９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６１１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法では、フリージングされたレジストパターンとフリージングされていないレジストパターンとを同じレートでトリミング可能な制約のもとで、フリージングやトリミングを行う必要がある。特許文献２の方法では、保護膜の形成という追加のプロセスが必要となる。本発明の一部の側面は、ダブルパターニングを用いた新たなエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑みて、本発明の一部の実施形態によれば、部材をエッチングする方法は、ライン及びスペースを有する第１パターンを前記部材の上に形成する第１形成工程と、前記第１パターンのライン幅を低減する第１トリミング工程と、前記第１トリミング工程の後に、前記第１パターンをフリージングするフリージング工程と、前記フリージング工程の後に、ライン及びスペースを有する第２パターンを、前記第２パターンのラインの少なくとも一部が前記第１パターンのスペースに配されるように形成する第２形成工程と、前記第２形成工程の後に、前記第１パターンと前記第２パターンとの両方のライン幅を低減する第２トリミング工程と、前記第２トリミング工程の後に、前記第１パターン及び前記第２パターンを用いて前記部材をエッチングするエッチング工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
上記手段により、ダブルパターニングを用いた新たなエッチング方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一部の実施形態のエッチング方法を説明する図。
【図２】図１の２つのパターンのトリミングレートを説明する図。
【図３】図１の２つのパターンの配置を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。
【０００９】
図１を参照して、一部の実施形態に係るエッチング方法について説明する。図１の各図は、エッチング方法の各工程を示す断面図である。このエッチング方法は、例えば半導体デバイスのウエハの製造方法の１つの工程として行われる。図１（ａ）に示すように、下地層１０１の上に、エッチング対象の部材１０２を形成し、部材１０２の上にレジスト１０３を塗布する。部材１０２の材料は、絶縁体、半導体、金属のいずれであってもよい。また、部材１０２は図１（ａ）に示すように均一な厚みの膜であってもよいし、他の形状を有してもよい。
【００１０】
その後、図１（ｂ）に示すように、レジスト１０３を露光、現像することによって部材１０２の上に、ライン及びスペースを有するパターン１０４を形成する。一例では、９０ｎｍのラインアンドスペースを有するパターン１０４が形成される。すなわち、パターン１０４のライン幅の最小値及びスペース幅の最小値は何れも９０ｎｍである。パターン１０４のライン幅の最小値をＣＤａｄｉで表すと、ＣＤａｄｉ＝９０ｎｍである。この露光はピボタルポイントで行われてもよい。ピボタルポイントとは、フォーカスを変えてもライン幅が変わらないような露光量のことであり、ピボタル条件と呼ばれることもある。ピボタルポイントで露光を行うことによって、焦点深度が深い露光が可能となる。
【００１１】
その後、図１（ｃ）に示すように、パターン１０４をトリミングする。トリミングとは、パターンのライン幅を低減する処理のことである。トリミングは、スリミングやシュリンクと呼ばれることもある。トリミングによって低減されるライン幅を以下ではトリミング量と呼ぶ。パターン１０４のトリミング量をＣＤｔ１で表す。一例では、ＣＤｔ１＝３５ｎｍとなるようにトリミングが行われる。その結果、パターン１０４のライン幅の最小値は５５ｎｍとなり、スペース幅の最小値は１２５ｎｍとなる。この工程のトリミングは、どのような手法で行われてもよく、例えば既存の方法で行われてもよい。
【００１２】
その後、パターン１０４をフリージングする。フリージングとは、パターンを加熱することによってパターンの表面の酸を外部に出し、それによりパターンがその後のフォトリソグラフィにより除去されないようにする処理のことである。以下にフリージングの一例を示す。まず、図１（ｄ）に示すように、パターン１０４にフリージング剤を塗布する。その後、フリージング剤を加熱することによって、パターン１０４を硬化する。最後に、ＴＭＨＡ（水酸化テトラメチルアンモニウム）現像を行うことによって、フリージング剤を剥離する。この工程のフリージングは、どのような手法で行われてもよく、例えば既存の方法で行われてもよい。
【００１３】
その後、図１（ｅ）に示すように、部材１０２及びパターン１０４の上に、レジスト１０６を塗布する。レジスト１０６はレジスト１０３と同じ材料であってもよい。その後、図１（ｆ）に示すように、レジスト１０６を露光、現像することによって部材１０２の上にパターン１０７を形成する。一例では、パターン１０４と同じ寸法のラインアンドスペースを有するパターン１０７が形成される。すなわち、パターン１０７のライン幅の最小値もＣＤａｄｉである。この露光はピボタルポイントで行われてもよい。パターン１０７のラインの少なくとも一部は、パターン１０４のスペースに配される。
【００１４】
その後、図１（ｇ）に示すように、パターン１０４及びパターン１０７の両方をトリミングする。パターン１０４のトリミング量をＣＤｔ２で表し、パターン１０７のトリミング量をＣＤｔ３で表す。一例では、ＣＤｔ２＝９ｎｍとなり、ＣＤｔ３＝４３ｎｍとなるようにトリミングが行われる。その結果、パターン１０４のライン幅の最小値は４６ｎｍとなり、スペース幅の最小値は１３４ｎｍとなる。一方、パターン１０７のライン幅の最小値は４７ｎｍとなり、スペース幅の最小値は１３３ｎｍとなる。この工程のトリミングは、どのような手法で行われてもよく、例えば既存の方法で行われてもよい。この時点で、パターン１０４のライン幅の最小値は、パターン１０７のライン幅の最小値よりも小さい。
【００１５】
最後に、図１（ｈ）に示すように、パターン１０４及びパターン１０７をマスクとして用いて部材１０２をエッチングする。このエッチングによって、部材１０２の一部が除去されるだけでなく、パターン１０４及びパターン１０７のライン幅が低減する。トリミングによって低減されるライン幅を以下ではバイアス量と呼ぶ。一般的に、フリージングされたパターン１０４とフリージングされていないパターン１０７とで、バイアス量は互いに異なる。パターン１０４のバイアス量をＣＤｔ４で表し、パターン１０７のバイアス量をＣＤｔ５で表す。一例では、ＣＤｔ４＝１ｎｍとなり、ＣＤｔ５＝２ｎｍとなる。その結果、パターン１０４とパターン１０７とはいずれも、ライン幅の最小値が４５ｎｍとなり、スペース幅の最小値が１３５ｎｍとなる。エッチング後の部材１０２にも、ライン幅の最小値が４５ｎｍとなるラインが形成される。その後、パターン１０４、１０７を除去する。
【００１６】
続いて、上述のＣＤａｄｉ、ＣＤｔ１〜ＣＤｔ５を決定する方法について説明する。エッチング後のパターン１０４、１０７のライン幅の目標最小値をＣＤａｅｉで表し、エッチング後のパターン１０４、１０７のライン幅の誤差の許容値をＣＤｔｏｒで表す。この場合に、以下の式を満たすようにＣＤａｄｉ、ＣＤｔ１〜ＣＤｔ５を決定する。
【００１７】
｜CDaei - (CDadi - CDt1 - CDt2 - CDt4)｜ ≦ CDtor    …（式１）
｜CDaei - (CDadi - CDt3 - CDt5)｜        ≦ CDtor    …（式２）
式１の左辺は、フォトリソグラフィによって形成された後、２回のトリミング及び１回のエッチングを経たパターン１０４のライン幅の最小値と、目標最小値との差の絶対値を表す。式２の左辺は、フォトリソグラフィによって形成された後、１回のトリミング及び１回のエッチングを経てパターン１０７のライン幅の最小値と、目標最小値との差の絶対値を表す。
【００１８】
エッチング後のパターン１０４、１０７のライン幅の目標最小値ＣＤａｅｉ及びその誤差の許容値ＣＤｔｏｒは、エッチングによって形成すべき部材１０２のパターン応じて適宜決定される。ライン幅の最小値ＣＤａｄｉは、露光装置の性能によって定まる。パターン１０４、１０７のバイアス量ＣＤｔ４、ＣＤｔ５は、部材１０２のエッチング条件に応じて、実験を通じて決定できる。以上で定まった各値を式２に適用することによって、パターン１０７のトリミング量ＣＤｔ３が定まる。
【００１９】
図２のグラフ２０１は、パターン１０４にトリミングを行った時間とパターン１０４のトリミング量との関係を示すグラフであり、グラフ２０２は、パターン１０７にトリミングを行った時間とパターン１０７のトリミング量との関係を示すグラフである。これらグラフは実験を通じて決定できる。図２に示すように、フリージングされたパターン１０４のライン幅が低減されるレートは、フリージングされていないパターン１０７のライン幅が低減されるレートよりも低い。
【００２０】
グラフ２０２を参照して、パターン１０７のライン幅をＣＤｔ３だけ低減するために必要な時間ｔ０を決定する。その後、グラフ２０１を参照して、パターン１０４を時間ｔ０だけトリミングした場合のトリミング量ＣＤｔ２を決定する。以上で定まった各値を式１に適用することによって、１回目のトリミングによるパターン１０４のトリミング量ＣＤｔ１が定まる。
【００２１】
このように、上述のエッチング方法では、部材１０２に４５ｎｍのライン幅を有するパターンが形成される。さらに、トリミングを１回のみ行う方法と比較して、部材１０２のスペースを密にできる。また、図２（ｇ）で説明したトリミングにおけるパターン１０４、１０７のトリミング量の相違は、図２（ｃ）で説明したトリミングにおけるパターン１０４のトリミング量によって調整できる。そのため、パターン１０４のフリージング方法に制限がない。
【００２２】
上述のエッチング方法では、２回目のエッチング終了時点で、パターン１０４のライン幅の最小値が、パターン１０７のライン幅の最小値よりも小さくなるようにした。これに代えて、パターン１０４、１０７のバイアス量が互いに等しい場合や、バイアス量が無視できる場合などに、２回目のエッチング終了時点で、パターン１０４のライン幅の最小値と、パターン１０７のライン幅の最小値とが互いに等しくなるようにしてもよい。
【００２３】
本発明者らは、パターンのうちライン幅が広い部分ではフリージングの効果が十分に得られない場合があることを見出した。そのため、ライン幅が広い部分を、フリージングされるパターン１０４ではなく、フリージングされないパターン１０７に含めるようにしてもよい。例えば、パターン１０４のラインのうち、所定の値以上のライン幅を有する部分の割合を、パターン１０７のラインのうち、この所定の値以上のライン幅である部分の割合よりも小さくしてもよい。さらに、パターン１０４は、所定の値以上のライン幅を有する部分を全く含まなくてもよい。一例では、この所定の値は、フォトリソグラフィによって形成されるパターン１０４のライン幅の最小値の３倍である。
【００２４】
図３は、２回目のトリミング終了後であってエッチングを行う前のパターン１０４及びパターン１０７の一部分の平面図を示す。パターン１０４及びパターン１０７の組み合わせによってコンタクトパターンを形成できる。コンタクトパターンは、パターン１０４のラインとパターン１０７のラインとが互いに交差する（例えば、直交する）ようにパターン１０４及びパターン１０７を形成することによって実現される。この場合に、パターン１０７のラインの一部のみがパターン１０４のスペースに入り、パターン１０７のラインの他の一部はパターン１０４のラインに重なる。凸の形状のパターンを形成する代わりに、リバースプロセス等を用いて凹のパターンを形成してもよい。
【００２５】
図３に示すように、部材１０２のうちパターン１０４及びパターン１０７のそれぞれのラインで覆われていない領域３０１は、長方形状であってもよい。長方形状は、長方形や、角丸の長方形、楕円のように、短辺及び長辺が定まる形状のことである。上述のように、パターン１０４に対して２回のトリミングが行われ、パターン１０７に対して１回のトリミングが行われる。そのため、エッチング開始時点で、パターン１０７の方がパターン１０４よりもライン幅の誤差が少ない。領域３０１のような長方形状の領域のライン幅管理は、そのノミナルのライン幅に比例する。そこで、領域３０１の短辺をパターン１０４のラインによって構成し、領域３０１の長辺をパターン１０７のラインによって構成してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０２  部材、１０４  パターン、１０７  パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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