JP5357186B2 - 多重暗視野露光によるハードマスクのパターン形成のためのオントラックプロセス - Google Patents
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Description
本願は2008年1月29日提出の、米国仮特許出願第61/024,474号「多重暗視野露光によるハードマスクのパターン形成のためのオントラックプロセス」の優先権の利益を主張するものであり、当該仮出願を引用として本明細書に含める。
本発明は一般にマイクロフォトリソグラフィーによる半導体構造の製造プロセスに関し、更に詳細にはピッチ多重化のための多重露光による半導体構造の製造プロセスに関する。
(本発明の方法)
本発明は、多重露光プロセスを通じ、半導体基板上にビアまたはトレンチ構造を生成するための方法を提供する。図1は本発明の1つの実施形態を図示したものである。表面10aおよび背面10bを有する基板10が提供される。基板10の背面10bにエッチング停止層12を塗布しても良い。任意の既存のマイクロエレクトロニクス基板を使用しうる。好ましい基板としては、ケイ素、SiGe、SiO2、Si3N4、アルミニウム、タングステン、ケイ化タングステン、ヒ化ガリウム、ゲルマニウム、タンタル、窒化タンタル、サンゴ、ブラックダイヤ、リンまたはホウ酸ドープガラス、およびこれらの混合物から成る群から選択される基板が含まれる。基板10の表面は平面であってもよく、またトポグラフィー(ビア孔、トレンチ、コンタクトホール、***構造的特徴、ラインなど)を含んでもよい。
%剥離=(剥離量/初期平均層厚)×100
多重露光−現像方法に用いるのに適切なハードマスク組成物は、熱硬化可能(すなわち架橋可能)である。好ましい組成物としては、溶剤系中に溶解または分散したポリマーおよび架橋剤を有することとなる。好ましくは、このポリマーは、ケイ素またはチタン含有ポリマーである。ポリマーの平均分子量(MW)は、好ましくは約800ダルトン〜約50,000ダルトン、より好ましくは約5.000ダルトン〜約15,000ダルトンである。
R’−(X−O−CH=CH2)n
式中、R’はアリール(好ましくはC6〜C14)およびアルキル(好ましくはC1〜C18、より好ましくはC1〜C10)から成る群から選択され、各Xはアルキル(好ましくはC1〜C18、より好ましくはC1〜C10)、アルコキシ(好ましくはC1〜C18、より好ましくはC1〜C10)、カルボニル、および上述の2種またはそれ以上の組合せから成る群から独立して選択され、nは2以上、好ましくは2〜6である。最も好ましいビニルエーテルとしては、エチレングリコールビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、1、4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、およびそれらの混合物から成る群から選択されるものが含まれる。他の好ましいビニルエーテルは、下記式から成る群から選択される式を有する。
以下の実施例は、本発明による好ましい方法を示す。なおこれらの実施例は、例を示すために提供されているものであり、これによって本発明の全体の範囲をなんら限定するものではない。
この手順では、表1の成分を用いて現像剤可溶性ハードマスクを配合した。これらの成分を、以下に表示する順番でフラスコに加え、撹拌下で混合した。混合物を0.1ミクロン膜を介してろ過し、微粒子を除去した。次にこの配合物を、2,000rpmで40秒間、シリコンウエハ上にスピンコートし、その後120℃で40秒間と200℃で60秒間の2段焼成を行った。その結果、膜厚は約75nm±5nmであると測定された。膜の屈折率は193nmでは約1.6±0.05、248nmでは約1.8±0.05、そして365nmでは約1.7±0.05であると測定された。膜の吸収係数は193nmでは約0.38±0.05、248nmでは約0.39±0.05、そして365nmでは約0.42±0.05であると測定された。
この実施例では、実施例1のハードマスク配合物Iを用いて膜の積層を作製した。現像剤可溶性ハードマスクを、2,000rpmで40秒間シリコン基板(100−mmウエハ)上にスピンコートし、その後、2工程熱硬化プロセスを行った。具体的には加熱板上でウエハを120℃で40秒間加熱し、次に200℃で60秒間加熱した。熱硬化した現像剤可溶性ハードマスクは厚み75nmの膜を形成した。
この手順では、2グラムのスチレン(Aldrich社、Milwaukee、WI州)、5.6グラムのメタクリル酸(Aldrich社、Milwaukee、WI州)、および12.4グラムのメタクリルオキシメチルトリメチルシラン(Gelest社、Morrisville、PA州)を三つ口丸底フラスコ中の180グラムのPGMEに溶解した。フラスコは乾燥窒素で10〜20分間脱気した。次に1グラムのアゾビスイソブチロニトリル(AIBK、AIdrich社 Milwaukee、Wl州)を触媒として添加し、室温で触媒が完全に溶解するまで混合物を撹拌した。次に中身の入ったフラスコを、予め加熱された80℃の油槽に液浸した。約5mL/minの速度でフラスコ中に窒素を導入した。水冷式の凝縮器をフラスコの中心の口に嵌め込み、還流した。一定撹拌条件下で16時間反応させた後、フラスコを油槽から取出し、空気中で室温まで冷却させた。
この実施例では、実施例3において合成されたポリマーを用いてハードマスク配合物を作成した。下の表2に記載されている順番で各成分をフラスコに添加し、均質になるまで撹拌下で混合した。次に溶液を0.1−μmのエンドポイントフィルタに通してろ過した。次に配合物を1,500rpmで40秒間、シリコンウエハの上にスピンコートし、その後160℃で60秒間焼成した。その結果生成されたハードマスク膜の厚みは約60nmであると測定された。可変角光度偏光解析器(VASE;J.A.Woollam Co.,Inc.社製)を用いて膜の光学指数を測定した。膜の屈折率は193nmのときに約1.6であると測定された。膜の吸収係数は193nmのときに約0.10であると測定された。
この手順では、上の実施例4に記載したハードマスク配合物IIを用いて膜の積層を作製した。第1の、中間層をシリコンウエハ上にスピンコートした。この中間層は、反射防止被覆(Optistack(TM) SoC110D、Brewer Science Inc.社製)であった。中間層を205℃で60秒間焼成した。中間層の厚みは320nm、屈折率は1.42、そして吸収係数は193nmのときに0.52であった。次にハードマスク配合物IIを、1500rpmで中間層の上部にスピンコートし、160℃で60秒間焼成した。次に画像形成層をハードマスクの上部に塗布した。画像形成層は市販のフォトレジスト(TArF Pi−6001、TOK)であった。次にウエハをASML 1700iスキャナ上で露光し、その後110℃で60秒間PEBを行った。次に積層を0.26N TMAH現像剤中に液浸することによって現像した。ハードマスクと共に画像形成層が、80−nmのトレンチおよびラインを有してパターン形成された。これらのパターンを図4に、SEM画像として示す。
この実施例では、2.8グラムのメタクリル酸(Aldrich社、Milwaukee、Wl州)、7.2グラムのメタクリルオキシメチルトリメチルシラン(Gelest社、Morrisville、PA州)、および90グラムのPGMEを三つ口丸底フラスコ中で混合することによってハードマスク配合物IIIのポリマー母液を作製した。次に乾燥窒素を用いてフラスコを10〜20分間脱気した。次に0.5グラムのアゾビスイソブチロニトリルを触媒として添加し、混合物を室温で触媒が完全に溶解するまで撹拌した。次に予め加熱された75℃の油槽にフラスコを液浸し、約5mL/minの速度でフラスコに窒素を導入した。水冷式の凝縮器をフラスコの中心の口に嵌め込み、還流した。一定撹拌条件下で16時間反応させた後、フラスコを油槽から取出し、空気中で室温まで冷却させた。その結果生成されたコポリマーの分子量はGPCの測定では12.600ダルトンであった。精製は行わなかった。フラスコの中身をハードマスク配合物のポリマー母液として用いた。
この実施例では、実施例6で合成したポリマー母液を用いてハードマスク配合物を作製した。下の表4に表示した順番に各成分をフラスコに添加し、均質になるまで撹拌下で混合した。溶液を0.1−μmのエンドポイントフィルタを介してろ過した。配合物をシリコンウエハ上にスピンコートし、160℃で60秒間焼成した。その結果生成された膜の厚みは約65nmであると測定された。可変角光度偏光解析器(J.A.Woollam Co.,Inc.社製)を用いて、ハードマスク膜の光学指数を測定した。屈折率は193nmのときに1.60であると測定された。膜の吸収係数は193nmのときに約0.05であると測定された。
この手順では、三つ口丸底フラスコ中で、0.944グラムのスチレン(Aldrich社、Milwaukee、WI州)、3.47グラムのメタクリル酸(Aldrich社、Milwaukee、WI州)、5.586グラムのPOSS−メタクリレート(Hybride Plastics社、Fountain Valley、CA州)および90グラムのPGMEを混合してポリマー母液を作製した。次に窒素を用いて、フラスコを約10〜20分間脱気した。次に0.6グラムのアゾビスイソブチロニトリルを触媒としてフラスコに添加した。触媒が完全に溶解するまで室温において一定撹拌下で混合を継続した。次に予め加熱された70℃の油槽にフラスコを液浸し、約5mL/minの速度で窒素をフラスコに導入した。水冷式の凝縮器をフラスコの中心の口に嵌め込み、還流した。一定撹拌条件下で15時間反応させた後、フラスコを油槽から取出し、空気中で室温まで冷却させた。GPCの測定では、ポリマーの分子量は1.7の多分散性を持つ9.260ダルトンであった。精製は行わなかった。フラスコの中身をハードマスク配合物IVのポリマー母液として用いた。
この実施例では、上の実施例8のポリマー母液を用いてハードマスク配合物IVを作製した。下の表5に表示される順番で、フラスコ中に各成分を添加し、均質になるまで撹拌下で混合した。次に0.1−μmのエンドポイントフィルタを介して、溶液をろ過した。配合物を1,500rpmでシリコンウエハ上にスピンコートし、160℃で60秒間焼成した。その結果生成された膜の厚みは約65nmであると測定された。可変角光度偏光解析器を用いてハードマスク膜の光学指数を測定した。屈折率は193nmのときに1.60であると測定された。膜の吸収係数は193nmのときに約0.15であると測定された。
この手順では、上述の実施例9に記載されたハードマスク配合物IVを用いて膜の積層を作製した。先ず、シリコンウエハの上に中間層をスピン塗布した。この中間層は、反射防止被覆(OptiStack(TM) SoC110D)であった。中間層を205℃で60秒間焼成した。この層の厚みは320nm、屈折率は193nmのときに1.42、吸収係数は193nmのときに0.52であった。次に1,500rpmでハードマスク配合物IVを中間層の上部にスピンコートし、160℃で60秒間焼成した。次にハードマスクの上部に画像形成層を塗布した。画像形成層は市販のフォトレジスト(AM2073J、TOK)であった。次にAmphibian(TM) Systems社(Rochester、NY州)製の液浸リソグラフィーマイクロステッパを用いて、ウエハを露光し、その後120℃で60秒間PEBを行った。次にこのウエハの積層を0.26N TMAH現像剤中に液浸することによって現像した。フォトレジストをハードマスクと共に、150−nmのトレンチおよびラインを有してパターン形成した。これらのパターンを図5にSEM画像として示す。
この実施例では、500−mlの二口フラスコに、25.15グラムのテトラメチレングリコールモノビニルエーテル(Aldrich社、St Louis、MO州)、22.91グラムのトリエチルアミン(Aldrich社、St Louis、MO州)、および250mlのテトラヒドロフラン(「THF」;Aldrich社、St Louis、MO州)を添加することによって実施例4、7、および9で用いられた自家製ビニルエーテル架橋薬を作製した。フラスコには撹拌棒、追加の漏斗、凝縮器、および窒素の入口と出口を備えた。フラスコを氷水の槽に液浸し、溶液を窒素流下で撹拌した。
Claims (26)
- 以下の工程を含むマイクロエレクトロニクス構造の形成方法であって、
(a) 表面を有する基板を提供する工程;
(b) 前記基板表面の近隣に、溶剤系中に分散または溶解したポリマーおよびビニルエーテル架橋剤を含むハードマスク組成物を塗布する工程;
(c) 前記ハードマスク組成物を焼成し、ハードマスク層を生成する工程;
(d) 感光性組成物を塗布し、前記ハードマスク層の上部に第1の画像形成層を形成する工程;
(e) 前記第1の画像形成層を活性放射線に露光し、前記第1の画像形成層に露光部分を生成する工程;
(f) 前記第1の画像形成層を現像剤に接触させ、前記第1の画像形成層の前記露光部分を除去する工程であって、前記接触により、前記第1の画像形成層中の前記露光部分の下の前記ハードマスク層の部分を除去し、パターン形成されたハードマスク層を生成する、工程;
(g) 前記第1の画像形成層を有機溶剤に接触させ、前記第1の画像形成層を除去する工程;および
(h) 前記基板に追加のハードマスク組成物を塗布することなく、第2の感光性組成物を塗布し、前記パターン形成されたハードマスク層の上部に第2の画像形成層を形成する工程;
前記ポリマーは下記式の反復単量体を含有し、
各R 2 は−Hおよび下記式から成る群から選択されるケイ素含有部分から成る群から独立して選択される。)
前記ポリマーは更に反復スチレン単量体を含有する、マイクロエレクトロニクス構造の形成方法。 - 前記ハードマスク層を塗布する前に前記基板に中間層を塗布する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
- (a)〜(h)の間にドライエッチングが発生しない請求項1に記載の方法。
- (g)の間に前記パターン形成されたハードマスク層のパターンは無傷のままである請求項1に記載の方法。
- 前記第1の画像形成層はフォトレジストである請求項1に記載の方法。
- 前記第1の画像形成層の厚みは約20nm〜約200nmである請求項1に記載の方法。
- 前記ハードマスク組成物は(c)の間に熱架橋され硬化したハードマスク層を生成する請求項1に記載の方法。
- 前記ハードマスク層は塩基性現像剤中で初期溶解度を有し、前記露光工程(e)は前記ハードマスク層の1部分以上を活性放射線に露光して前記ハードマスク層の露光部分を生成する工程を更に含み、前記ハードマスク層の前記露光部分は塩基性現像剤中で最終溶解度を有し、前記最終溶解度は前記初期溶解度より大きい、請求項1に記載の方法。
- 以下の工程を更に含む請求項1に記載の方法:
(i) 前記第2の画像形成層を活性放射線に露光し、前記第2の画像形成層中に露光部分を生成する工程;
(j) 前記第2の画像形成層を現像剤に接触させ、前記露光部分を除去する工程であって、前記接触工程はまた前記第2の画像形成層中の前記露光部分の下の前記ハードマスク層の部分を除去し、更にパターン形成されたハードマスク層を生成する工程;および、
(k) 前記第2の画像形成層を有機溶剤に接触させ、前記第2の画像形成層を除去する工程。 - (j)において形成されるパターン形成されたハードマスク層は(k)の間は無傷である請求項9に記載の方法。
- (a)〜(k)の間にドライエッチングが発生しない請求項9に記載の方法。
- 以下の工程を更に含む請求項9に記載の方法:
(l) (j)において形成される前記パターン形成されたハードマスク層を基板に転写する工程。 - (l)は前記パターン形成されたハードマスク層および基板をエッチングする工程を含む請求項12に記載の方法。
- 前記パターン形成されたハードマスク層のパターンはビアとトレンチを含む請求項12に記載の方法。
- 溶剤系中に分散または溶解したポリマーおよびビニルエーテル架橋剤を含有し、前記ポリマーは下記式の反復単量体を含有し、前記ポリマーは更に反復スチレン単量体を含有する、ハードマスク組成物:
各R1は−Hおよびアルキル基から成る群から独立して選択され;および
各R2は−Hおよび、下記式から成る群から選択されるケイ素含有部分、から成る群から独立して選択される:
- 単量体(I)対単量体(II)の比は約0.2:0.8〜約0.8:0.2であり、単量体(I)のR2はケイ素含有部分である請求項15に記載の組成物。
- 前記組成物は、組成物の総重量を100重量%とするときに、約1重量%〜約20重量%ポリマーを含有する請求項15に記載の組成物。
- 更に、触媒、光減衰部分、界面活性剤、接着促進剤、抗酸化剤、光開始剤、およびそれらの組合せから成る群から選択される成分を含有する請求項15に記載の組成物。
- 以下を含む構造であって、
表面を有する基板;
前記表面の近隣のハードマスク層;
前記ハードマスク層の近隣の画像形成層;
前記ハードマスク層は、溶剤系中に分散または溶解したポリマーを含有するハードマスク組成物から形成され、前記ポリマーは下記式の反復単量体を含有し、前記ポリマーは更に反復スチレン単量体を含有する、構造。
各R1は−Hおよびアルキル基から成る群から独立して選択され;および
各R2は−Hおよび、下記式から成る群から選択されるケイ素含有部分から成る群から独立して選択される:
- 前記ハードマスク層は感光性である請求項19に記載の構造。
- 前記ハードマスク層は、TMAHおよびKOHから成る群から選択される水性アルカリ現像剤中で不溶性である請求項19に記載の構造。
- 前記ハードマスク層はパターンから成る請求項19に記載の構造。
- 前記パターンはビアおよびトレンチから成る群から選択される請求項22に記載の構造。
- 前記ハードマスク層は、乳酸エチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールn―プロピルエーテル、シクロヘキサノン、アセトン、ガンマブチロラクトン、およびそれらの混合物から成る群から選択される有機溶剤中で実質的に不溶性である請求項22に記載の構造。
- 前記基板は、ケイ素、SiGe、SiO2、Si3N4、アルミニウム、タングステン、ケイ化タングステン、ヒ化ガリウム、ゲルマニウム、タンタル、窒化タンタル、サンゴ、ブラックダイヤ、リンまたはホウ酸ドープガラスおよびそれらの混合物から成る群から選択される請求項19に記載の構造。
- 以下の工程を含むマイクロエレクトロニクス構造を形成する方法であって、
(a) 表面を有する基板を提供する工程;
(b) 前記基板表面の近隣にハードマスク組成物を塗布する工程であって、前記ハードマスク組成物は、溶剤系中に分散または溶解したポリマーおよびビニルエーテル架橋剤を含有する、工程;
(c) 前記ハードマスク組成物を焼成し、ハードマスク層を生成する工程;
(d) 感光性組成物を塗布し、前記ハードマスク層の上部に第1の画像形成層を生成する工程:
(e) 前記第1の画像形成層を活性放射線に露光し、前記第1の画像形成層中に露光部分を生成する工程;
(f) 前記第1の画像形成層を現像剤に接触させ、前記第1の画像形成層の前記露光部分を除去する工程であって、また前記接触により、前記第1の画像形成層中の前記露光部分の下の前記ハードマスク層の部分を除去し、パターン形成されたハードマスク層を生成する、工程;
(g) 第1の画像形成層を有機溶剤に接触させ、前記第1の画像形成層を除去する工程;および
(h) 感光性組成物を塗布し、前記パターン形成されたハードマスクの上部に第2の画像形成層を形成し、(a)〜(h)中にドライエッチングは発生しない、工程;
前記ポリマーは下記式の反復単量体を含有し、
各R 2 は−Hおよび下記式から成る群から選択されるケイ素含有部分から成る群から独立して選択される。)
前記ポリマーは更に反復スチレン単量体を含有する、マイクロエレクトロニクス構造を形成する方法。
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