JP2006520104A

JP2006520104A - 二酸化炭素を使用した浸漬リソグラフィ方法

Info

Publication number: JP2006520104A
Application number: JP2006508689A
Authority: JP
Inventors: デシモーネ，ジョゼフ・エム; ローランド，ジェイソン・ピー
Original assignee: ユニヴァーシティ・オヴ・ノース・キャロライナ・アト・チャペル・ヒル
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2006-08-31
Also published as: US7029832B2; EP1602012A1; US20040180299A1; TW200504864A; WO2004081666A1

Abstract

二酸化炭素を使用して基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施することによって、基板にパターン形成される。二酸化炭素を使用して、浸漬層の提供および／または除去を行うことができ、および／またはフォトレジスト層の現像、乾燥、および／または除去を行うことができる。浸漬層は、液体および／または固体の浸漬層を含むことができる。これによって、浸漬リソグラフィにおける有機溶媒の必要性を軽減または解消することができる。

Description

本発明は、基板上のフォトレジスト層にパターン形成する方法、およびフォトレジスト層から浸漬層を除去する方法に関する。

パーソナルコンピュータなど、より速くより小さい電子デバイスへの要求が増加し続けているのに応えるため、チップの寸法を大きくすることなくチップ上のトランジスタなどのマイクロエレクトロニクスデバイスの数を増加させることが望ましくなってきている。したがって、マイクロエレクトロニクスデバイスの寸法を減少させるための努力を続けることが望まれている。

このように非常に求められているマイクロエレクトロニクスデバイスの寸法減少を実現するための主要な障害の１つは、フォトリソグラフィの領域である。数十年の間、マイクロエレクトロニクスデバイスの製造においてフォトレジストにパターン形成するためにフォトリソグラフィが利用されてきた。フォトリソグラフィを使用してフォトレジスト層に形成される画像の解像度は、一般に、放射線源（λ）の波長に正比例し、フォトリソグラフィ装置の開口数（ＮＡ）に反比例する。したがって、フォトリソグラフィ装置によってパターン形成することが可能な特徴の寸法を減少させるために、より短い波長を有する放射線源の使用、および／またはより大きい開口数を有するフォトリソグラフィ装置の開発が望ましいと思われる。

波長を水銀ｇ線（４３６ｎｍ）から、エキシマレーザーを使用して１９３ｎｍまで、さらには１５７ｎｍまで減少させる努力が行われてきた。Ｘ線リソグラフィおよび／または極紫外（ＥＵＶ）リソグラフィを使用して放射線源の波長をさらに短縮させるための研究が現在も行われている。放射線源の波長を減少させ続けるコストは莫大なものとなり得る。フォトマスクおよび／レンズのための新しい材料を開発する必要があると思われる。波長が短くなると、フォトリソグラフィ方法を、屈折型フォトリソグラフィから反射型フォトリソグラフィに移行する必要性が生じ得る。一般にミラーはレンズよりも変動の自由度が少ないため、リソグラフィ品質の画像形成を実現する全反射型カメラの設計は、屈折画像形成系の設計よりも困難になり得る。

これらの課題から、マイクロエレクトロニクスデバイス製造と生物学との間で興味深い共通点が得られた。基準倍率を超えて顕微鏡レンズの解像度を増加させる問題に直面したとき、生物学者は、レンズと検査するスライドとの間に油層を設けることを始めた。この技術は、油浸顕微鏡法として知られており、レンズのガラスと空気との間の屈折率差によって生じる画質低下が軽減される。理想的状況においては、油の屈折率をガラスの屈折率と正確に一致させることで、画質低下を解消することができる。

油浸顕微鏡法の原理を使用して、フォトリソグラフィ技術者は、浸漬リソグラフィとして知られるようになっている領域の探求を始めた。浸漬リソグラフィにおいては、最終光学素子とパターン形成すべき基板との間の空間に、高屈折率媒体が少なくとも部分的に充填される。Ｍ．ＳｗｉｔｋｅｓおよびＭ．Ｒｏｔｈｓｃｈｉｌｄ，「ＩｍｍｅｒｓｉｏｎＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙａｔ１５７ｎｍ」，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、１９（６）：２３５３−２３５６（Ｎｏｖ／Ｄｅｃ２００１）では、油および潤滑剤として広く利用されている市販のパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）類の使用が提案されており、例えば浸漬干渉リソグラフィ系中の高屈折率媒体として商品名Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）（ソルベイ・ソレクシス・コーポレーション（ＳｏｌｖａｙＳｏｌｅｘｉｓＣｏｒｐ．））が市販されている。ＳｗｉｔｋｅｓおよびＲｏｔｈｓｃｈｉｌｄは、パターン形成された基板からそれらを除去するためにＦｏｍｂｌｉｎ（登録商標）ＰＦＳ−１などの有機溶媒を使用している。ＳｗｉｔｋｅｓおよびＲｏｔｈｓｃｈｉｌｄの刊行物は、それらが完全に本明細書において説明されているかのように本明細書に組み入れられる。

浸漬リソグラフィは、光学の次の次世代リソグラフィを必要とせずに集積回路デバイスの集積密度を増加させ続けることができるブレイクスルー技術であると見なされている。例えば、ＭａｒｋＬａＰｅｄｕｓによる「’ＬｉｑｕｉｄＩｍｍｅｒｓｉｏｎ’ ｃｏｕｌｄｄｅｌａｙｐｏｓｔ−ｏｐｔｉｃａｌｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ｓａｙｓＭＩＴ」の表題が付けられた刊行物，ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＢｕｓｉｎｅｓｓＮｅｗｓ，Ｍａｒｃｈ１１，２００２、および「Ｗｈａｔ’ｓＮｅｘｔ：ＦｕｌｌＩｍｍｅｒｓｉｏｎＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ？」と表題が付けられた刊行物，ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｙ２００２，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．５，ｐ．２４を参照されたい。

本発明の実施形態は、二酸化炭素を使用して基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施することによる、基板にパターン形成する方法を提供する。本発明のある実施形態によると、浸漬リソグラフィ工程の種々のステップにおいて超臨界および／または液体の二酸化炭素使用することができる。その結果、浸漬流体を付着（deposit）
させるため、浸漬流体を除去するため、および／または浸漬リソグラフィにおける種々の他のステップを実施するために従来使用されてきた一部または全ての溶媒の代わりに使用できることができることが分かった。浸漬フォトリソグラフィにおける有機溶媒の使用は、浸漬リソグラフィ工程に対して環境的および／または経済的に大きな影響を有し得る。対照的に、本発明の実施形態では、このような有機溶媒の必要性を軽減または解消することができる。

本発明のある実施形態においては、フォトレジスト層上に浸漬層を提供するステップと、浸漬層を通してフォトレジスト層に画像形成するステップと、フォトレジスト層から浸漬層を除去するステップと、浸漬層が除去されたフォトレジスト層を現像するステップと、浸漬層が除去されたフォトレジスト層を乾燥させるステップと、現像されたフォトレジスト層を使用して基板にパターン形成するステップと、パターン形成された基板からフォトレジスト層を除去するステップとによって、基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィが行われる。本発明の実施形態によると、浸漬層を提供するステップ、浸漬層を除去するステップ、フォトレジスト層を現像するステップ、フォトレジスト層を乾燥させるステップ、およびフォトレジスト層を除去するステップの１つ以上のステップが二酸化炭素を使用して実施される。

ある実施形態においては、フォトレジスト層上に浸漬層を提供するときに二酸化炭素が使用される。ある実施形態においては、フォトレジスト層上に流体層を付着させるが、この流体層は、二酸化炭素と少なくとも１種類の浸漬化合物とを含む。次に、二酸化炭素の少なくとも一部が流体層から除去されて、フォトレジスト層上に浸漬流体層が形成される。

別の実施形態においては、フォトレジスト層から浸漬層を除去するために二酸化炭素が使用される。これらの実施形態の一部では、フォトレジスト層の上に浸漬層が形成され、浸漬層を通してフォトレジスト層に画像形成される。液体および／または超臨界の二酸化炭素を含む浸漬リンス組成物と浸漬層を接触させることによって、画像形成されたフォトレジストから浸漬層が除去される。

さらに別の実施形態においては、フォトレジスト層を乾燥させるために二酸化炭素が使用される。ある実施形態においては、フォトレジスト層の上に浸漬層が形成され、浸漬層を通してフォトレジスト層に画像形成され、フォトレジスト層から浸漬層が除去される。浸漬層が除去されたフォトレジスト層は、液体および／または超臨界の二酸化炭素を使用して乾燥される。

さらに別の実施形態においては、フォトレジスト層を現像するために二酸化炭素が使用される。特に、ある実施形態においては、フォトレジスト層の上に浸漬層が形成され、浸漬層を通してフォトレジスト層に画像形成され、フォトレジスト層から浸漬層が除去される。浸漬層が除去されたフォトレジスト層は、液体および／または超臨界の二酸化炭素を使用して現像される。別の実施形態においては、液体および／または超臨界の二酸化炭素を使用して、フォトレジスト層から浸漬層が除去され、同時に、フォトレジスト層が現像される。

本発明のさらに別の実施形態においては、フォトレジスト層の除去、および／または基板がパターン形成された後の基板の洗浄に二酸化炭素が使用される。特に、ある実施形態においては、フォトレジスト層の上に浸漬層が形成され、浸漬層を通してフォトレジスト層に画像形成され、フォトレジスト層から浸漬層が除去される。浸漬層が除去されたフォトレジスト層は現像され、現像されたフォトレジスト層を使用して基板にパターン形成される。次に、液体および／または超臨界の二酸化炭素を使用して、パターン形成された基板からフォトレジスト層が除去される。

さらに別の実施形態においては、固体浸漬膜が、フォトレジスト層の上に配置され（フォトレジスト層と接触させられ）、固体浸漬膜を通してフォトレジスト層に画像形成される。ある実施形態においては、固体浸漬膜は、二酸化炭素と、少なくとも１種類の固体浸漬膜化合物とを含む。しかし、別の実施形態においては、固体浸漬膜が二酸化炭素を含む必要がない。さらに、さらに別の実施形態においては、フォトレジスト層の上に最初に浸漬流体層が形成され、続いて、フォトレジスト層とは反対側の浸漬流体層の上に固体浸漬膜が配置される。固体浸漬膜とフォトレジスト層との間の浸漬流体層は、固体浸漬膜とフォトレジスト層との間の接触を改善することができる。ある実施形態においては、浸漬流体層が二酸化炭素を含むことができるが、別の実施形態においては二酸化炭素を含む必要はない。したがって、本発明のある実施形態は、介在する浸漬流体層が存在するまたは存在しない浸漬リソグラフィにおいて、固体浸漬膜（本明細書において接触浸漬膜とも記載する）の使用を提供する。

本発明の実施形態を示す添付の図面を参照しながら、以下に本発明をより詳細に説明する。しかし、本明細書において説明される実施形態に限定されるものとして、本発明が構成されるべきではない。むしろ、本開示が徹底的および完全であり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えられるように、これらの実施形態は提供される。図面において、層および領域の厚さは、明確にする目的で誇張している。全体にわたって類似の番号は類似の要素であることを意味する。層、領域、または基板などの要素が「上」にある、または別の要素の「上に向かって」延在すると記載される場合、他の要素の直接上にある、または直接上に向かって延在することができるし、あるいは介在する要素が存在してもよい。対照的に、ある要素が他の要素の「直接上に」ある、または「直接上に向かって」延在すると記載される場合は、介在する要素が存在しない。

図１は、本発明の実施形態により基板にパターン形成する方法の流れ図であり、本発明の種々の実施形態によりパターン形成される基板の断面図を含んでおり、これらの断面図は流れ図のブロックに対応している。ここで図１を参照すると、二酸化炭素を使用して基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施することによる本発明の実施形態により、基板にパターン形成される。図１に示されるように、基板１００は、半導体基板１００ａを含むことができ、さらに半導体基板１００ａの上に１つ以上の層１００ｂを含むこともできる。当業者には周知であるが、半導体基板１００ａは、単結晶、単一元素および／または化合物の半導体基板を含むことができ、並びに／またはその上にエピタキシャル層などの単結晶、単一元素および／または化合物の半導体層を含むことができる。層１００ｂは、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、および／または他の従来の絶縁層などの１つ以上の絶縁層、金属および／またはドープされたポリシリコン層などの１つ以上の伝導層、および／またはマイクロエレクトロニクスデバイスの製造に使用されるあらゆる他の従来の層を含むことができる。半導体基板１００ａのパターン形成および／または層１００ｂのパターン形成などの基板のパターン形成を行うために、従来技術を使用して基板１００上にフォトレジスト層１１０が設けられる。

ブロック１３０を参照すると、本明細書においては浸漬流体層とも記載される浸漬層１２０が、フォトレジスト層１１０の上に設けられる。本発明のある実施形態においては、二酸化炭素１３２を使用し、流体層をフォトレジスト層１１０の上に付着することによって、浸漬層１２０が設けられ、この流体層は二酸化炭素と少なくとも１種類の浸漬化合物とを含む。次に、二酸化炭素の少なくとも一部が流体層から除去されて、フォトレジスト層１１０の上に浸漬流体層１２０が形成される。ある実施形態においては、この流体層が、液体および／または超臨界の二酸化炭素を含む。別の実施形態においては、少なくとも１種類の浸漬流体化合物が、フッ素および／またはケイ素を含有する化合物、例えばパーフルオロポリエーテル化合物を含む。別の実施形態においては、少なくとも１種類の浸漬流体化合物がポリマーを含む。以下に多くの例が示される。

また図１を参照すると、ブロック１４０において、フォトレジスト層が、浸漬層を通して画像形成されて、画像形成されたフォトレジスト層１１０ａが得られる。画像形成は、前述のＳｗｉｔｋｅｓおよびＲｏｔｈｓｃｈｉｌｄの刊行物などに記載されるような公知の浸漬リソグラフィ法を使用して実施することができる。続いて、ブロック１５０において、画像形成されたフォトレジスト層１１０ａから浸漬層１２０が除去される。ある実施形態においては、ブロック１５０における画像形成されたフォトレジスト層１１０ａから浸漬層１２０を除去する工程中にＣＯ₂１５２が使用される。特に、ある実施形態においては、後に詳述するように、液体および／または超臨界の二酸化炭素を含む浸漬リンス組成物と浸漬層を接触させる。

また図１を参照すると、ブロック１６０において、フォトレジスト層１１０ｂを現像して乾燥させると、パターン形成されたフォトレジスト層１１０ｃが得られる。ある実施形態においては、フォトレジスト層の現像および／または乾燥の工程中にＣＯ₂１６２が使用される。特に、ある実施形態においては、浸漬層が除去されたフォトレジスト層が、液体および／または超臨界の二酸化炭素を使用して乾燥される。さらに別の実施形態においては、浸漬層が除去されたフォトレジスト層が、液体および／または超臨界の二酸化炭素１６２を使用して現像される。さらに別の実施形態においては、フォトレジスト層の現像および乾燥のために二酸化炭素が使用される。さらに別の実施形態においては、フォトレジスト層の現像および乾燥を同時に行うために二酸化炭素が使用される。二酸化炭素を使用してフォトレジストの乾燥および／または現像を行う技術は当業者に公知であるので、本明細書においてさらに説明する必要はない。

また図１を参照すると、ブロック１７０において、ウェットエッチングおよび／またはドライエッチングなどの従来のパターン形成技術を使用して、基板にパターン形成される。これによって、パターン形成された層１００ｃが得られる。次に、ブロック１８０において、パターン形成されフォトレジスト層１１０ｃが除去される。本発明のある実施形態においては、パターン形成されたフォトレジスト層１１０ｃを基板１００から除去するために、液体および／または超臨界の二酸化炭素が使用される。二酸化炭素を使用してフォトレジストを除去する技術は当業者に公知であるので、本明細書においてさらに説明する必要はない。

図２Ａ〜２Ｂは、本発明によりフォトレジスト層の上に浸漬層を提供する（図１のブロック１３０）別の実施形態を説明する断面図である。図２Ａに示されるように、固体浸漬膜２２０をフォトレジスト層１１０の上に配置（接触）させることで、図２Ｂに示される固体浸漬膜が形成される。固体浸漬膜２２０の組成については後述する。固体浸漬膜２２０は、固体薄膜を基板上に配置する標準的技術を使用して取り付けることができる。ある実施形態においては、固体浸漬膜２２０が、二酸化炭素と少なくとも１種類の固体浸漬膜化合物とを含む。続いて、ブロック１３０と関連して前述したように、固体浸漬膜から二酸化炭素が除去される。別の実施形態においては、浸漬リソグラフィ工程における基板のパターン形成のために、ＣＯ₂を使用せずに、固体浸漬膜を使用することができる。したがって、この工程において二酸化炭素を使用しても使用しなくても、固浸リソグラフィを行うことができる。

図３Ａ〜３Ｂは、本発明のさらに別の実施形態による浸漬リソグラフィ方法の断面図である。これらの実施形態においては、固体浸漬膜３２０（図２Ａの固体浸漬膜２２０と類似のものであってもよい）と、フォトレジスト１１０との間に浸漬流体層３３０が配置されることで、接触が促進され、および／または固体浸漬膜３２０とフォトレジスト１１０との間により均一な光学界面が形成される。図３Ｂは、フォトレジスト１１０上の固体浸漬膜３２０を示しており、これらの間に浸漬流体層３３０を有する。ある実施形態においては、固体浸漬膜３２０は、浸漬流体層３２０よりも実質的に厚く、そのため浸漬リソグラフィのパラメータは、主として固体浸漬膜３２０によって決定される。別の実施形態においては、異なる厚さの比を使用することができる。さらに別の実施形態においては、固体浸漬膜３２０および液浸層３３０の使用を、ＣＯ₂を伴わない浸漬リソグラフィ方法において使用することができる。次に、従来の浸漬リソグラフィおよび／または図１の浸漬リソグラフィを図２Ｂおよび／または３Ｂの実施形態に対して実施できることを理解されたい。

これより、本発明の種々の実施形態のさらなる議論について以下に説明する。

本発明のある実施形態によると、基板上のフォトレジスト層にパターン形成する方法は、二酸化炭素と少なくとも１種類の浸漬化合物とを含む流体層をフォトレジスト層の上に付着させるステップと、流体層から二酸化炭素を除去してフォトレジスト層上に浸漬流体層を形成するステップとを含む。

当業者に周知の種々の方法によって、フォトレジスト層の上に流体層を付着させることができる。例えば、ある実施形態においては、基板の上に浸漬流体がスピンコーティングされる。別の実施形態においては、溶媒中に溶解させた浸漬流体が基板上にスピンコーティングされ、この溶媒がＣＯ₂を含む。別の実施形態においては、浸漬コーティングおよび／またはナイフコーティングなどのフリーメニスカスコーティング方法を使用することができる。

二酸化炭素は、液相、気相、または超臨界相であってよい。液体ＣＯ₂が使用される場合、ある実施形態においては、その工程中に使用される温度は３１℃未満となる。気体ＣＯ₂が使用される場合、その相を高圧で使用することができる。本明細書において使用される場合、用語「高圧」は、一般に約５０〜約５００ｂａｒ（約５ＭＰａ〜約５０ＭＰａ）の圧力を有するＣＯ₂を意味する。ある実施形態においては、ＣＯ₂が「超臨界」相で使用される。本明細書において使用される場合、「超臨界」は、流体媒体がその臨界温度および臨界圧力より上にある、すなわちＣＯ₂の場合約３１℃（約３０４．１５Ｋ）および約７１ｂａｒ（約７．１ＭＰａ）より上にあることを意味する。ＣＯ₂の熱力学性質は、Ｈｙａｔｔ，Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．４９：５０９７−５１０１（１９８４）に報告されており、これによるとＣＯ₂の臨界温度が約３１℃であると記載されており、したがって本発明のある実施形態においては３１℃（３０４．１５Ｋ）を超える温度で実施することができる。本発明の目的では、約２０（約２ＭＰａ）または約５０ｂａｒ（約５ＭＰａ）の下限から約２００ｂａｒ（約２０ＭＰａ）または約１０００ｂａｒ（約１００ＭＰａ）の上限までの範囲の圧力のＣＯ₂を使用することができる。

浸漬流体化合物は、限定するものではないがパーフルオロポリエーテルおよび他の好適なフッ素化化合物などの種々の浸漬流体化合物から選択することができる。他の好適なフッ素化化合物としては、フルオロアルキル（メタ）アクリレートのホモポリマーおよびコポリマー、ならびに、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペンタフルオロジメチルジオキソール、ノルボルネン、フッ化ビニリデン、およびノルボルネン誘導体のホモポリマーおよびコポリマーを挙げることができ、例えば国際公開第００／１７７１２号パンフレットおよび第００／６７０７２号パンフレットに記載されている。この材料は、ケイ素またはシロキサン単位、例えばポリジメチルシロキサンまたはポリジアルキルシランを含むこともできる。これらの材料はＣＯ₂可溶性となることができ、ＣＯ₂中に置かれて可溶性にすることができる。一般に、浸漬流体化合物は、最終光学素子と、マイクロエレクトロニクス工作物との間に少なくとも１０μｍの作業距離を得るのに十分透明となるべきである。画像形成を妨害するほど浸漬流体化合物がフォトレジストと相互作用すべきではない。さらに、浸漬流体化合物は、クリーンルーム環境および半導体製造工程に対して適合性であるべきである。ある実施形態においては、浸漬流体化合物が非毒性である、および／または化学的に不活性である。

別の実施形態においては、浸漬流体は、架橋ＰＦＰＥフィルムなどの架橋材料を含む前述の材料から誘導することができる高透明度材料の接触膜の形態を取ってもよい。さらに別の実施形態においては、浸漬流体は、前述の接触膜の形態を取り、前述の種類の液浸層が介在してもよい。

ある実施形態においては、浸漬流体化合物は、フォトリソグラフィに使用される供給源からの放射線（例えば、レーザー）による損傷に対して抵抗性である。放射線源による損傷に対する浸漬流体化合物の抵抗性は、対象の放射線源に曝露した後の化合物の透過率の変化を測定することによって求めることができる。例えば、浸漬流体化合物の層を、２つのＣａＦ₂窓の間に配置し、０．３ｍＪ／ｃｍ²−パルスのフルエンスにおいて１００Ｊ／ｃｍなどの標準線量を使用して１５７ｎｍで放射線照射し、その化合物の透過率の変化を測定することができる。ある実施形態、特に、複数の曝露に浸漬流体化合物が使用される実施形態においては、透過率の変化を５０％未満とすることができ、別の実施形態においては２５％未満とすることができる。浸漬流体化合物が、対象の放射線源による損傷に対して抵抗性であることが好ましいが、本発明の浸漬流体化合物は、対象の放射線源によって容易に損傷される場合でも使用することが可能である。これらの場合において、１、２、３、４、または５回の曝露後に浸漬流体化合物を交換することができる。例えば、対象の放射線源によって容易に損傷される浸漬流体化合物を、ウエハとともに移動させて、各曝露場において新しい浸漬流体化合物を供給することができる。

限定するものではないが、流体層の圧力の低下、および／または流体層の温度の上昇などの当業者に周知の種々の方法によって、流体層から二酸化炭素を除去して浸漬流体層を形成することができる。マイクロエレクトロニクス工作物は典型的には熱量を有するので、ある実施形態においては、流体層の圧力を低下させることによって流体層から二酸化炭素を除去することが望ましい場合がある。

ある実施形態においては、浸漬流体層の屈折率は、画像形成装置の光学素子の屈折率の１０〜２０％以内となるべきである。例えば、ＣａＦ₂光学素子（ｎ＝１．５６、式中のｎは屈折率である）が画像形成装置中に使用される場合、浸漬流体化合物は１．２５または１．４０の下限と１．７２または１．８７の上限との間の屈折率を有することができる。

ある実施形態においては、本発明によりフォトレジスト層にパターン形成する方法は、浸漬流体層を付着させるステップの前に、フォトレジスト層を上に有する基板を二酸化炭素チャンバーに入れるステップを含む。この二酸化炭素チャンバーは、前述の液体または超臨界の二酸化炭素を使用して加工する場合の圧力および温度に耐えることができるチャンバーである。二酸化炭素チャンバーはトラックの上にあってもよい。当業者には周知のように、マイクロエレクトロニクスデバイスは、トラック上の一群の工具を使用して製造することができる。本発明のある実施形態により浸漬リソグラフィを実施するために、トラックにＣＯ₂チャンバーを付け加えることができる。

ある実施形態においては、二酸化炭素チャンバーは、図５に示されるようなマイクロエレクトロニクスデバイス加工装置の一部である。この装置は、１つ以上の半導体ウエハ５３０（半導体基板）が搭載されたカセット５２０を有するロードロックチャンバー５１０を含む。ロードロックチャンバー５１０は、トランスファーチャンバー５６０と連結される。トランスファーチャンバー５６０は装置内の第１のチャンバーから装置内の第２のチャンバーに半導体ウエハ５３０を移動させるために使用することができる。図５に示されるトランスファーチャンバー５６０は、半導体ウエハ５３０の搭載および取り外しのためにロボットアーム５５０を有するが、半導体ウエハ５３０の搭載および取り外しのための種々の手段を利用できることを理解されたい。図５に示されるように、トランスファーチャンバー５６０が二酸化炭素チャンバー５４０に連結されている。

本発明のある実施形態においては、フォトレジスト層にパターン形成する方法は、浸漬流体層を浸漬リンス組成物と接触させるステップを含む（図１のブロック１５０）。浸漬流体層と浸漬リンス組成物との接触は、限定するものではないがＣＦＣ、ＨＣＦＣ、ＨＦＣ、およびＦＣ、あるいは非分子エッチャント、ＰＦＰ溶媒、またはフルオロエーテルなどの溶媒を使用したリンスなどの当業者に周知の種々の方法によって実施することができる。ある実施形態においては、浸漬流体層と浸漬リンス組成物との接触が二酸化炭素チャンバー内で実施される。この二酸化炭素チャンバーは、前述の液体または超臨界の二酸化炭素を使用して加工する場合の圧力および温度に耐えることができるチャンバーである。ある実施形態においては、二酸化炭素チャンバーがトラック上にある。二酸化炭素チャンバーが浸漬流体層の付着に使用され、二酸化炭素チャンバーが浸漬流体層の除去に使用される場合、浸漬流体層の付着に使用される二酸化炭素チャンバーは、浸漬流体層の除去に使用される二酸化炭素チャンバーと同じであってもよいし、または異なる二酸化炭素チャンバーであってもよい。

浸漬リンス組成物は、パターン形成されたフォトレジスト層から全てまたは実質的に全ての浸漬流体層を除去することが可能な組成物である。浸漬リンス組成物は、水性組成物、有機組成物、または二酸化炭素系（例えば、５０％を超える二酸化炭素を含む）組成物であってよい。前述のように、ある実施形態においては、浸漬リンス組成物が液体または超臨界の二酸化炭素を含む。

ある実施形態においては、浸漬リンス組成物は、液体または超臨界の二酸化炭素と共溶媒とを含む。使用可能な共溶媒の例としては、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、およびイソプロパノール）；フッ素化溶媒および他のハロゲン化溶媒（例えば、クロロトリフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、パーフルオロプロパン、クロロジフルオロメタン、および六フッ化硫黄）；アミン（例えば、Ｎ−メチルピロリドン）；アミド（例えば、ジメチルアセトアミド）；芳香族溶媒（例えば、ベンゼン、トルエン、およびキシレン）；エステル（例えば、酢酸エチル、二塩基性エステル、および乳酸エステル）；エーテル（例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、およびグリコールエーテル）；脂肪族炭化水素（例えば、メタン、エタン、プロパン、アンモニウムブタン、ｎ−ペンタン、およびヘキサン）；酸化物（例えば、亜酸化窒素）；オレフィン（例えば、エチレンおよびプロピレン）；天然炭化水素（例えば、イソプレン、テルペン、およびｄ−リモネン）；ケトン（例えば、アセトンおよびメチルエチルケトン）；有機シリコーン；アルキルピロリドン（例えば、Ｎ−メチルピロリドン）；パラフィン（例えば、イソパラフィン）；石油系溶媒および溶媒混合物；ならびに利用可能で好適な他の相溶性溶媒または混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。上記共溶媒の混合物を使用することもできる。

本発明のさらに別の実施形態によると、基板上のフォトレジスト層にパターン形成する方法は、フォトレジスト層上に浸漬流体層を付着させるステップと、フォトレジスト層に画像形成して画像形成されたフォトレジスト層を得るステップと、液体または超臨界の二酸化炭素を含む浸漬リンス組成物と浸漬流体層を接触させて、画像形成されたフォトレジスト層から浸漬流体層を除去するステップとを含む。

浸漬流体層は、ブロック１３０において前述したようにしてフォトレジスト層の上に付着させることができる。浸漬流体層は、種々の浸漬流体化合物を含むことができ、例えばパーフルオロポリエーテルを含むことができるが、これに限定されるものではない。ある実施形態においては、浸漬流体層が、ニュージャージー州ソロフェア（Ｔｈｏｒｏｆａｒｅ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ）のソルベイ・ソレクシス（ＳｏｌｖａｙＳｏｌｅｘｉｓ）より市販されるＦｏｍｂｌｉｎ（登録商標）Ｙ（例えば、Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）Ｙ−１８またはＦｏｍｂｌｉｎ（登録商標）Ｙ−１４０）またはＦｏｍｂｌｉｎ（登録商標）Ｚ（例えば、Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）Ｚ−２５）である。別の実施形態においては、浸漬流体層が、前述のように二酸化炭素を使用して付着されたパーフルオロポリエーテルまたは他の好適なフッ素化化合物の層である。透明性、光学的欠陥がないこと、画像形成を妨害するレジストとの相互作用が最小限または存在しないこと、クリーンルーム環境および半導体製造工程への適合性、非毒性、化学的不活性、対象の放射線による損傷に対する抵抗性、および／または最終光学素子と一致した屈折率などの、浸漬流体化合物および浸漬流体層について前述した種々の特性の１つ以上と類似した特性を、浸漬流体化合物および／または浸漬流体層が有することができる。

浸漬流体層を付着させた後、種々の浸漬リソグラフィ法を使用してフォトレジスト層に画像形成することができる（ブロック１４０）。一般に、例えば、最終光学素子と半導体基板上のフォトレジスト層との間に浸漬流体層を導入することなどによって、「乾式」（すなわち、非浸漬）リソグラフィ装置を、浸漬リソグラフィ法に変換することができる。例えば、図４に示されるような、干渉リソグラフィシステム４００についてこれより説明する。最終光学素子４５０と、フォトレジスト層を上に有する基板を含むマイクロエレクトロニクス工作物４７０との間に、浸漬流体層４６０が付着されており、フォトレジスト層が浸漬流体層と隣接していることを除けば、干渉リソグラフィシステム４００は、当業者に周知の従来の干渉リソグラフィシステムであってよい。一般に、ラムダ−フィジック（Ｌａｍｂｄａ−Ｐｈｙｓｉｋ）ＬＰＸ−２００Ｆ₂レーザーなどの放射線源４１０がレーザービーム４２０を放射する。ＣａＦ₂などを含むことができる反射板４３０からの部分的な反射によって、レーザービーム４２０が２つの偏光したアームに分割される。次にこれらのアームは、Ｓｉなどを含むことができるミラー４４０で反射されて、最終的に最終光学素子４５０に入る。次に、これらのアームは浸漬流体層４６０を透過して、マイクロエレクトロニクス工作物４７０の表面で交差する。干渉リソグラフィシステムを参照しながら本発明の実施形態を説明してきたが、限定するものではないが投影リソグラフィおよび／または接触印刷リソグラフィなどの当業者に周知の種々のリソグラフィシステムを使用して本発明が実施可能であることを理解されたい。

フォトレジスト層の画像形成の後、前述したように浸漬層を浸漬リンス組成物と接触させることによって浸漬層が除去される（ブロック１６０）。

本発明の別の実施形態によると、基板上の画像形成されたフォトレジスト層から浸漬流体層を除去する方法は、液体または超臨界の二酸化炭素を含む浸漬リンス組成物と浸漬流体層を接触させて、画像形成されたフォトレジスト層から浸漬流体層を除去するステップを含む。この接触作業、浸漬流体層、および浸漬リンス組成物は、前述のものと類似していてもよい。

さらに別の実施形態においては、前述したように、浸漬流体が付着され、フォトレジストに画像形成され、浸漬流体がリンスされて除去される。このフォトレジストは、例えばＴＭＡＨおよび／または他の従来の現像剤を使用して現像される。続いて、パターン形成されたフォトレジストは、ＣＯ₂および／または界面活性剤を有するＣＯ₂を使用して乾燥される。ＣＯ₂および／または界面活性剤を有するＣＯ₂を使用することによって、画像の崩壊を軽減または防止することができる。さらに別の実施形態においては、直接ＣＯ₂を使用し、当業者に周知の技術を使用して、ネガ型またはポジ型の画像を現像することができる。

さらに別の実施形態においては、浸漬流体の適用および除去に非ＣＯ₂方法を使用することができるが、続いて、パターンの現像のためにＣＯ₂を直接使用するか、標準的現像方法の後にＣＯ₂系乾燥方法を使用するかのいずれかによって、レジスト中のパターンの現像を補助するためにＣＯ₂を使用することができる。別の実施形態においては、フォトレジスト層の現像および浸漬層の除去を同時に行うためにＣＯ₂を使用することができる。さらに別の実施形態においては、前述したように、二酸化炭素を使用してフォトレジストの洗浄または除去が行われる。

さらに別の実施形態においては、浸漬流体は、ポリマーフィルムであり、二酸化炭素を使用または非使用で、フォトレジスト上に物理的に配置される。さらに別の実施形態においては、ポリマーフィルムとフォトレジストとの間に液体が配置され、配置の際、二酸化炭素は使用される場合と使用されない場合がある。

本明細書において、本発明の実施形態を開示しており、特定の用語が使用されているが、それらは一般的および説明的な意味でのみ使用されており、請求項に記載される本発明の範囲を限定する目的で使用されているのではない。

本発明の種々の実施形態により基板にパターン形成する方法の流れ図であり、さらに本発明の種々の実施形態によりパターン形成された基材の断面図も含んでおり、該断面図は、流れ図のブロックと対応させている。本発明の別の実施形態によりパターン形成された基材の断面図である。本発明の別の実施形態によりパターン形成された基材の断面図である。本発明のさらに別の実施形態によりパターン形成された基材の断面図である。本発明のさらに別の実施形態によりパターン形成された基材の断面図である。本発明の実施形態による方法を実施するために使用することができる浸漬干渉リソグラフィ装置を示している。本発明の実施形態による方法を実施するために使用することができる半導体製造装置を示している。

Claims

基板にパターン形成する方法であって、
二酸化炭素を使用して前記基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施する工程を含む、方法。
二酸化炭素を使用して前記基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施する前記工程が、
前記フォトレジスト層上に浸漬層を提供するステップと、
前記浸漬層を通して前記フォトレジスト層に画像形成するステップと、
前記フォトレジスト層から前記浸漬層を除去するステップと、
前記浸漬層が除去された前記フォトレジスト層を現像するステップと、
前記浸漬層が除去された前記フォトレジスト層を乾燥させるステップと、
現像された前記フォトレジスト層を使用して前記基板にパターン形成するステップと、
パターン形成された前記基板から前記フォトレジスト層を除去するステップとを含み、
前記浸漬層を提供するステップ、前記浸漬層を除去するステップ、前記フォトレジスト層を現像するステップ、前記フォトレジスト層を乾燥させるステップ、および前記フォトレジスト層を除去するステップの１つ以上のステップが二酸化炭素を使用して実施される、請求項１に記載の方法。
二酸化炭素を使用して前記基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施する前記工程が、
前記フォトレジスト層の上に、二酸化炭素と少なくとも１種類の浸漬化合物とを含む流体層を付着させるステップと、
フォトレジスト層の上に浸漬流体層を形成するために、前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記流体層から除去するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
前記流体層が、液体および／または超臨界の二酸化炭素を含む請求項３に記載の方法。
前記少なくとも１種類の浸漬流体化合物が、フッ素および／またはケイ素を含有する化合物を含む、請求項３に記載の方法。
前記フッ素および／またはケイ素を含有する化合物が、パーフルオロポリエーテル化合物を含む、請求項５に記載の方法。
前記少なくとも１種類の浸漬流体化合物が、ポリマーを含む、請求項３に記載の方法。
流体層を付着させる前記ステップが、二酸化炭素チャンバー内で実施される、請求項３に記載の方法。
前記二酸化炭素チャンバーが、マイクロエレクトロニクス加工トラックの一部を含む、請求項８に記載の方法。
前記乾燥ステップが、前記現像ステップの前に実施される請求項２に記載の方法。
二酸化炭素を使用して基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施する前記工程が、
前記フォトレジスト層の上に浸漬層を形成するステップと、
前記浸漬層を通して前記フォトレジスト層に画像形成するステップと、
液体および／または超臨界の二酸化炭素を含む浸漬リンス組成物と前記浸漬層を接触させることによって、前記画像形成されたフォトレジスト層から前記浸漬層を除去するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
浸漬層を形成する前記ステップが、
前記フォトレジスト層の上に、二酸化炭素と少なくとも１種類の浸漬化合物とを含む流体層を付着させる段階と、
前記フォトレジスト層の上に前記浸漬層を形成するために、前記二酸化炭素を前記流体層から除去する段階とを含む、請求項１１に記載の方法。
前記流体層が液体および／または超臨界の二酸化炭素を含む、請求項１２に記載の方法。
前記少なくとも１種類の浸漬流体化合物が、フッ素および／またはケイ素を含有する化合物を含む、請求項１２に記載の方法。
前記フッ素および／またはケイ素を含有する化合物が、パーフルオロポリエーテル化合物を含む、請求項１４に記載の方法。
前記少なくとも１種類の浸漬流体化合物が、ポリマーを含む、請求項１２に記載の方法。
流体層を付着させる前記段階が、二酸化炭素チャンバー内で実施される、請求項１２に記載の方法。
前記二酸化炭素チャンバーが、マイクロエレクトロニクス加工トラックの一部を含む、請求項１７に記載の方法。
二酸化炭素を使用して基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施する前記工程が、
前記フォトレジスト層の上に浸漬層を形成するステップと、
前記浸漬層を通して前記フォトレジスト層に画像形成するステップと、
前記フォトレジスト層から前記浸漬層を除去するステップと、
液体および／または超臨界の二酸化炭素を使用して、前記浸漬層が除去された前記フォトレジスト層を乾燥させるステップとを含む、請求項１に記載の方法。
前記乾燥ステップが、二酸化炭素チャンバー内で実施される、請求項１９に記載の方法。
前記二酸化炭素チャンバーが、マイクロエレクトロニクス加工トラックの一部を含む、請求項２０に記載の方法。
二酸化炭素を使用して基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施する前記工程が、
前記フォトレジスト層の上に浸漬層を形成するステップと、
前記浸漬層を通して前記フォトレジスト層に画像形成するステップと、
前記フォトレジスト層から前記浸漬層を除去するステップと、
液体および／または超臨界の二酸化炭素を使用して、前記浸漬層が除去された前記フォトレジスト層を現像するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
前記現像ステップが、二酸化炭素チャンバー内で実施される、請求項２２に記載の方法。
前記二酸化炭素チャンバーが、マイクロエレクトロニクス加工トラックの一部を含む、請求項２３に記載の方法。
二酸化炭素を使用して基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施する前記工程が、
前記フォトレジスト層の上に浸漬層を形成するステップと、
前記浸漬層を通して前記フォトレジスト層に画像形成するステップと、
液体および／または超臨界の二酸化炭素を使用して、前記フォトレジスト層から前記浸漬層を除去し、同時に前記フォトレジスト層を現像するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
除去し同時に現像する前記ステップが、二酸化炭素チャンバー内で実施される請求項２５に記載の方法。
前記二酸化炭素チャンバーが、マイクロエレクトロニクス加工トラックの一部を含む、請求項８に記載の方法。
二酸化炭素を使用して基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施する前記工程が、
前記フォトレジスト層の上に浸漬層を形成するステップと、
前記浸漬層を通して前記フォトレジスト層に画像形成するステップと、
前記フォトレジスト層から前記浸漬層を除去するステップと、
前記浸漬層が除去された前記フォトレジスト層を現像するステップと、
現像された前記フォトレジスト層を使用して前記基板にパターン形成するステップと、
液体および／または超臨界の二酸化炭素を使用して、パターン形成された前記基板から前記フォトレジスト層を除去するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
前記除去ステップが、二酸化炭素チャンバー内で実施される、請求項２８に記載の方法。
前記二酸化炭素チャンバーが、マイクロエレクトロニクス加工トラックの一部を含む、請求項２６に記載の方法。
二酸化炭素を使用して基板上のフォトレジスト層に対して浸漬リソグラフィを実施する前記工程が、
前記フォトレジスト層の上に固体浸漬膜を配置するステップと
前記固体浸漬膜を通して前記フォトレジスト層に画像形成するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
前記フォトレジスト層の上に固体浸漬膜を配置する前記ステップが、
二酸化炭素と少なくとも１種類の固体浸漬膜化合物とを含む固体浸漬膜を前記フォトレジスト層の上に配置する段階と、
前記固体浸漬膜から前記二酸化炭素を除去する段階とを含む、請求項３１に記載の方法。
前記フォトレジスト層の上に固体浸漬膜を配置する前記ステップの前に、前記フォトレジスト層の上に浸漬流体層を配置するステップが実施され、前記フォトレジスト層の上に固体浸漬膜を配置する前記ステップが、前記フォトレジスト層とは反対側の前記浸漬流体層の上に固体浸漬膜を配置する段階を含む、請求項３１に記載の方法。
浸漬流体層を配置する前記ステップが、
前記フォトレジスト層の上に二酸化炭素と少なくとも１種類の浸漬化合物とを含む流体層を付着させる段階と、
前記フォトレジスト層の上に浸漬流体層を形成するために、前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記流体層から除去する段階とを含む、請求項３３に記載の方法。
前記流体層が、液体および／または超臨界の二酸化炭素を含む請求項３４に記載の方法。
前記少なくとも１種類の浸漬流体化合物が、フッ素および／またはケイ素を含有する化合物を含む請求項３４に記載の方法。
前記フッ素および／またはケイ素を含有する化合物が、パーフルオロポリエーテル化合物を含む請求項３６に記載の方法。
前記少なくとも１種類の浸漬流体化合物が、ポリマーを含む請求項３４に記載の方法。
流体層を付着させる前記段階が、二酸化炭素チャンバー内で実施される、請求項３４に記載の方法。
前記二酸化炭素チャンバーが、マイクロエレクトロニクス加工トラックの一部を含む、請求項３９に記載の方法。
基板上のフォトレジスト層の上に固体浸漬膜を配置するステップと、
前記フォトレジスト層の上に配置された前記固体浸漬膜を通して前記フォトレジスト層に画像形成するステップとを含む、基板にパターン形成する方法。
前記フォトレジスト層の上に固体浸漬膜を配置する前記ステップの前に、前記フォトレジスト層の上に液浸層を配置するステップが実施され、前記フォトレジスト層の上に固体浸漬膜を配置する前記ステップが、前記フォトレジスト層とは反対側の前記液浸層の上に固体浸漬膜を配置する段階を含む、請求項４１に記載の方法。
浸漬流体層を配置する前記ステップが、
前記フォトレジスト層の上に、二酸化炭素と少なくとも１種類の浸漬化合物とを含む流体層を配置する段階と、
前記フォトレジスト層の上に浸漬流体層を形成するために、前記二酸化炭素の少なくとも一部を前記流体層から除去する段階とを含む、請求項４２に記載の方法。
前記流体層が、液体および／または超臨界の二酸化炭素を含む請求項４３に記載の方法。
前記少なくとも１種類の浸漬流体化合物が、フッ素および／またはケイ素を含有する化合物を含む請求項４３に記載の方法。
前記フッ素および／またはケイ素を含有する化合物が、パーフルオロポリエーテル化合物を含む請求項４５に記載の方法。
前記少なくとも１種類の浸漬流体化合物が、ポリマーを含む請求項４３に記載の方法。
流体層を付着させる前記ステップが、二酸化炭素チャンバー内で実施される、請求項４３に記載の方法。
前記二酸化炭素チャンバーが、マイクロエレクトロニクス加工トラックの一部を含む、請求項４８に記載の方法。