JP6725518B2 - パターニングフィーチャーを加工するための多重露光処理 - Google Patents

Description

本実施形態は、基板のパターニングに関し、そして、より具体的には、パターニングフィーチャーをイオンで処理する技術に関する。

半導体デバイスがより小さい寸法に縮小されるにつれて、基板をパターン化するために使用されるフォトレジスト（レジスト）フィーチャーの寸法及び形状をより正確に画成し、且つ制御する必要性が生じている。フォトレジストフィーチャーが形成された後、且つ基板をパターン化するために当該フォトレジストフィーチャーが使用される前に、フォトレジストフィーチャーを処理するための様々な技術が開発されている。当該処理は、例えば、フォトレジストフィーチャーについて形状及びラフネスを制御するために使用され得る。

フォトレジストフィーチャー又は他のパターニングフィーチャーの加工を更に改善することは、均一性、機械的安定性、形状、耐エッチング性又は他の特徴を改善するために有用であるかも知れない。それゆえ、これらの及び他の考慮事項に関して、本改善が必要となるかも知れない。

一実施形態では、基板を加工する方法は、前記基板上にパターニングフィーチャーを提供することと、第１の露光中に第１のイオン種を前記パターニングフィーチャー内に注入することと、第２の露光中に第２のイオン種を前記パターニングフィーチャー内に注入することとを含み、ここで前記パターニングフィーチャーは側壁を有し、前記第１のイオン種は第１の注入深さを有し、前記第２のイオン種は、前記第１の注入深さよりも小さい第２の注入深さを有する。

別の実施形態では、側壁を有するパターニングフィーチャーを加工する方法は、第１の露光で第１の種を提供することと、第２の露光中に第２の種を前記パターニングフィーチャー内に注入することとを含み、ここで前記第１の種は、前記パターニングフィーチャーを第１の深さまで貫通するように構成され、且つ、前記パターニングフィーチャーを軟化させるように更に構成され、前記第２の種は、前記第１の深さよりも小さい浅型注入深さを有するイオンを含み、前記第２の種は、前記パターニングフィーチャーの内側部分内の第２の密度よりも大きい第１の密度を有する前記パターニングフィーチャーの外側部分内に緻密層を生成するように構成される。

更なる実施形態では、基板をパターニングする方法は、前記基板上にフォトレジストフィーチャーを提供することと、第１のイオン種を前記フォトレジストフィーチャー内に注入することと、前記第１のイオン種を注入後、第２のイオン種を前記フォトレジストフィーチャー内に注入することとを含み、ここで前記第１のイオン種が、第１の注入深さを生成するように構成された第１のイオンエネルギーを有し、前記第２のイオン種が、前記第１の注入深さよりも小さい第２の注入深さを有し、前記第１のイオン種及び第２のイオン種を注入後、前記フォトレジストフィーチャーがシェル及び内側部分を含み、前記シェルが前記内側部分よりも高密度で且つより架橋されている。

図１Ａ〜１Ｄは、本開示内容の様々な実施形態に従った、フォトレジストフィーチャーを加工する方法に伴う例示的な動作を図示している様々な例における、フォトレジストフィーチャーの断面図を示す。図１Ｅ及び１Ｆは、図１Ａ及び１Ｄにそれぞれ示される例における、前記フォトレジストフィーチャーの上面図を示す。図１Ｇは、本開示内容のもう一つの例示的な実施形態に従った、加工後のフォトレジストの断面図を示す。 図２Ａ〜２Ｂは、本開示内容の追加の実施形態に従った、フォトレジストフィーチャーを加工する方法による２つの異なる例における、例示的なフォトレジスト構造の断面顕微鏡写真を示す。図２Ｃは、単独注入プロセスを使用した加工後におけるフォトレジスト構造の断面顕微鏡写真を示す。 図３Ａは、本開示内容の更なる実施形態に従った、加工後におけるフォトレジスト構造の断面顕微鏡写真を示す。図３Ｂは、注入操作の順序が変更された際の、加工後におけるフォトレジスト構造の断面顕微鏡写真を示す。 図４は、例示的な加工フローを示す。 図５は、もう一つの例示的な加工フローを示す。

本明細書に記載される実施形態は、イオン、電子、及び真空紫外線を含むエネルギー種の多重露光を用いたフォトレジストフィーチャーなどのパターニングフィーチャーを加工する技術を提供する。本明細書で使用される用語「パターニングフィーチャー」は、フォトレジスト；反射防止コーティング（ＡＲＣ）、底面反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）を含むパターン化された下層；又は、パターンを基板内に転写するために使用される他のフィーチャー；といったフィーチャーを指す。様々な実施形態により、フォトレジストを加工するために使用される公知の技術に対する様々な利点が提供される。フォトレジストフィーチャーを処理するためにイオン注入が用いられると、例えば、ラインエッジラフネス（ＬＥＲ）又はライン幅ラフネス（ＬＷＲ）の改善が見られた。ＬＥＲ及びＬＷＲは、例えば、平面視でのフォトレジストフィーチャーの長さに沿ってなど、フォトレジストラインのエッジに沿った、又は、フォトレジストフィーチャーのライン幅における変動を指す。欠点として、イオンの注入は、フォトレジストフィーチャーの断面プロファイルなどのフォトレジストプロファイルを劣化させる傾向があることがある。これは、上記フォトレジストフィーチャーがその後エッチングマスクとして使用される際に、劣化したエッチング性能をもたらし得、また、ＬＥＲ又はＬＷＲ（本明細書ではまとめて「ＬＥＲ／ＬＷＲ」という。）の改善を制限し得る。

本実施形態は、露光が、例えば、イオンの注入又は高エネルギー電磁放射線への露光を構成し得るところ、多重露光（複数回の露光）をフォトレジストフィーチャーに向けることによってフォトレジストプロファイルを適合させる能力を含む利点を提供する。上記多重露光は、改善したフォトレジストプロファイル（端部断面）をもたらし得、加えてラインエッジラフネスを改善し得る。多重露光を提供することにより、低周波領域においてＬＥＲ／ＬＷＲを改善することを含め、フォトレジストフィーチャーにおけるＬＥＲ／ＬＷＲを３０％超改善し得る。ここで、「低周波領域」とは、フォトレジストラインに沿った比較的より長いスケールでの変動を指す。本実施形態はまた、フォトレジストの公知のリソグラフィー後処理に対する改善されたフォトレジストプロファイルのみならず、フォトレジストフィーチャーの下に配置された下地層に対する改善されたエッチング選択性も提供し得る。

本実施形態は、１００ｎｍ以下の「臨界寸法」（ＣＤ）を有するフォトレジストフィーチャーを処理するのに、特に有利であり得る。ここで、「ＣＤ」は最小フィーチャーサイズを指す。このようなフォトレジストフィーチャーでは、ＬＷＲ及びＬＥＲは、フォトレジストフィーチャーが決まった位置にあるときに基板をエッチングした後の、上記基板中のフィーチャー内のＣＤにおける大きくて望ましくない変動の原因となり得る。既述したように、公知のイオン注入はＬＥＲ／ＬＷＲを改善し得るが、貫通したフォトレジストの端部断面プロファイルは劣化し得、フォトレジストフィーチャーにとって望ましくないプロファイルを生成するかも知れない。このことは、以下で更に議論されるように、理想よりも低いエッチング挙動をもたらす可能性がある。

様々な実施形態では、フォトレジストフィーチャーが、第１の露光で当該フォトレジストフィーチャーを第１の深さまで貫通する第１の種によって加工され、且つ、上記第１の深さよりも小さい（浅い）注入深さまで注入される第２の種によって加工される場面において、多重露光加工が使用され得る。様々な実施形態において、上記第１の種は、第１の注入深さ又は深型注入深さまで注入する第１のイオンとして提供され得、そして、上記第２の種は、上記第１の注入深さよりも小さい（浅い）第２の注入深さ又は浅型注入深さまで注入する第２のイオンとして提供され得る。本明細書で使用されるように、用語「注入深さ」は、注入された種の濃度のピークが生じる箇所での、フォトレジストフィーチャーなどのフィーチャーの表面に対する深さのことを指し得る。有利なことに、上記第１の種が第１のイオンを含む実施形態では、第１の注入深さが７５％超から１００％といった上記フォトレジストフィーチャーの高さの大部分に相当する箇所において、当該第１のイオンが注入され得る。上記実施形態はこの状況に制限されない。本明細書で使用されている用語「注入深さ」は、当該技術分野で知られているように、フォトレジスト内のイオンの範囲Ｒｐのことを指し得る。

別の実施形態では、上記第１の注入深さは、第１のイオンの少なくとも一部が上記フォトレジストフィーチャーに隣接して配置された下層に注入されて、エッチング性能が改善されるように、上記フォトレジストフィーチャーの高さ超の深さまで拡大してもよい。上記第２の露光では、上記フォトレジストフィーチャーの高さの５０％未満といった上記フォトレジストフィーチャーの高さよりも小さい（浅い）第２の注入深さにて、第２のイオンが提供され得る。上記実施形態はこの状況に制限されない。

特定の実施形態では、フォトレジストフィーチャーに向けられる第１のイオンは、水素イオン、ヘリウムイオン、炭素イオン、ホウ素イオン、又は窒素イオンなどの低質量イオンから選択してもよい。上記実施形態はこの文脈に制限されない。上記第１のイオンのイオンエネルギー及びイオン線量は、上記フォトレジストフィーチャーの全部又は一部を変更するように選択してもよい。この変更は、上記フォトレジストフィーチャー内で鎖切断を生じること、上記フォトレジストフィーチャー中で架橋を生じること、上記フォトレジストフィーチャーから水素原子を取り除くこと、上記フォトレジストフィーチャーの密度を変えること、或いは、他の化学的及び／又は物理的効果を含んでもよい。

特定の実施形態では、第２の露光で提供される上記第２のイオンは、上記第１のイオンよりも高い質量を有していてもよい。例示的な第２のイオンとしては、アルゴンなどの不活性ガスイオン、シリコンイオン、シリコン含有イオン又は炭素が挙げられる。第２のイオンの他の例としては、クリプトンイオン、キセノンイオン、又はゲルマニウムイオンが挙げられる。上記実施形態はこの文脈に制限されない。例えば、一実施形態では、炭素が２０ｋｅＶのエネルギーにて注入される第１のイオンとして使用され得ると共に、炭素が１ｋｅＶにて注入される第２のイオンとしても使用される。

別の実施形態では、第１の露光の上記第１の種は、真空紫外（ＶＵＶ）線を構成してもよい。ここで、当該ＶＵＶ線の波長は２００ｎｍ未満である。当該ＶＵＶ線は、７５％〜１００％といった上記フォトレジストフィーチャーの高さの大部分に相当する深さまで貫通するように構成されてもよい。例えば、１９３ｎｍフォトレジストでは、ＶＵＶフォトンはフォトレジストフィーチャー中を約１００ｎｍ貫通することがある。それゆえ、ＶＵＶフォトンは、５０ｎｍの高さを有するフォトレジストフィーチャーを完全に貫通することがある。上記実施形態はこの状況に制限されない。ＶＵＶフォトンへの露光は、露光されたフォトレジストフィーチャーにおいて、イオンへの露光により生じた効果と類似する効果を生じることがある。

別の実施形態では、第１の露光の上記第１の種は、例えば、イオン注入源としてこれもまた使用されるプラズマによって生成された電子を構成してもよい。電子線は、上記ＶＵＶと類似する効果のため、７５％〜１００％といった上記フォトレジストフィーチャーの高さの大部分に相当する深さまで貫通するように構成されてもよい。上記電子はまた、低質量イオンなどのより深く貫通した種を補完するために、１０％〜３０％といった上記フォトレジストフィーチャーの高さのたったわずかな部分を貫通するように構成されてもよい。

様々な実施形態において、上記第１の露光は、イオン、ＶＵＶ、及び電子を含む上述した種のいずれかの組み合わせであってもよい。

有利なことに、本開示内容の様々な実施形態に従えば、第１の種が上記フォトレジスト層を第１の深さまで貫通する上記第１の露光を、上記第１の深さよりも小さい注入深さまでイオンが注入される第２の露光より前に提供してもよい。上記第１の露光は、上記フォトレジストフィーチャー及び他の下地層を均質化し得、さもなければ上記レジストプロファイル及びエッチング特性に不必要な影響を及ぼす化学的及び機械的な勾配を除去又は低減し得る。上記第１の露光はまた、上記フォトレジストフィーチャーの上記バルク又は内部部分と上記シェル又は外部部分との間に密度勾配を生成することにより、フォトレジストフィーチャーの異なる部分における機械的特性の差異を小さく抑え得る。第２の露光でのイオン注入は、上記第１の深さと比べて比較的浅い注入深さで行ってもよい。それゆえ、上記第２の露光は、上記フォトレジストフィーチャーの内側部分を囲む高密度化されたシェルの形成を引き起こすことがある。上記第２の露光より前に第１の露光を提供し、従って上記フォトレジストの外側部分と内側部分との間の機械的特性の差異を低減することにより、表面張力が低下し得、さもなければ表面張力によって引き起こされる上記フォトレジストフィーチャーの不必要な変形をも低減し得る。

加えて、上記第１の露光は、上記フォトレジストフィーチャーのポリマー再構成及びリフローを促進し得、ＬＥＲ／ＬＷＲを低減し得る。

様々な追加の実施形態では、以下で議論されるように、第１の露光及び第２の露光を同時に行ってもよい。

ここで図１Ａ〜１Ｄに目を向けると、本開示内容の様々な実施形態に従った、フォトレジストフィーチャーを加工する方法に伴う例示的な動作を図示している様々な例における、フォトレジストフィーチャーの断面図が示されている。図１Ｅ及び図１Ｆは、図１Ａ及び１Ｄにそれぞれ示される例における、上記フォトレジストフィーチャーの上面図を示す。

図１Ａでは、フォトレジストフィーチャー１０２が基板１００上に配置されている。様々な実施形態において、基板１００は、反射防止コーティング（ＡＲＣ）、スピンオンカーボン（ＳＯＣ）層、又は他の層などの中間層を含む多層（図示されず）を含み得る。フォトレジストフィーチャー１０２は、図示されたデカルト座標系のＺ方向に沿った高さＨ、並びに、Ｙ方向に沿った幅Ｗ、及びＸ方向に沿った長さＬによって特徴づけられ得る（図１Ｅを参照）。フォトレジストフィーチャー１０２はまた、図１Ｅによって示唆されるように、フォトレジストフィーチャー１０２の長さＬに沿った様々なポイントにおける幅Ｗの変動により値が測定される、ＬＥＲ又はＬＷＲによっても特徴づけられ得る。いくつかの実施形態では、幅ＷはＣＤに対応してもよく、１００ｎｍ以下であり得る。様々な実施形態において、フォトレジストフィーチャー１０２は、Ｘ−Ｙ平面において数百ミリメートルのオーダーの寸法を有するシリコンウェハー又は他の基板上に配置されたフィーチャーのパターンの一部を形成し得る。従って、フォトレジストフィーチャー１０２には、何百万又は何十億もの他の類似のフィーチャーのような、基板１００上に配置された他の多くの類似のフィーチャーの特徴があり得る。基板１００をエッチングすることでフィーチャーのターゲット形状及びサイズを基板１００に転写するためには、エッチング前の許容可能な側壁プロファイルを維持しつつ、フォトレジストフィーチャー１０２のＬＷＲを改善することが有用であるかも知れない。

図１Ｂは、第１の種１０６がフォトレジストフィーチャー１０２へと向けられている本実施形態の方法に従った第１の露光を図示している。第１の種１０６は、いくつかの実施形態ではイオンを構成してもよく、或いは、他の実施形態ではＶＵＶ線又は電子を構成してもよい。第１の種１０６は、図示されているように、フォトレジストフィーチャー１０２内を深さＤ１まで貫通し得る。図１Ｂの例では、深さＤ１は高さＨよりも小さく示されている。或いは、他の実施形態では、深さＤ１は、高さＨを超えてもよく、又は、高さＨと同じであってもよい。図１Ｂに示される第１の露光は、上述で議論された通り、フォトレジストフィーチャー１０２を変える手法で行われてもよい。

上述で記された通り、第１の露光は、フォトレジストフィーチャー１０２内部で鎖切断を生じ得、フォトレジストフィーチャー１０２内で架橋を生じ得、フォトレジストフィーチャー１０２の密度を変更し得、又は他の効果を生じ得る。第１の露光は、フォトレジストフィーチャー１０２を均一化し得、さもなければレジストプロファイル及びエッチング特性に影響するような、後に続く加工後における化学的及び機械的な勾配を取り除く。第１の露光はまた、フォトレジストフィーチャー１０２におけるＬＥＲ／ＬＷＲを改善し得る。第１の種１０６がイオンを構成し、且つ深さＤ１がＨを超える実施形態では、上記イオンはこのようにしてＡＲＣ層などの下層（図示されず）内を貫通し得る。特定の実施形態では、このようなイオンは、１ダルトン（Ｄａ）〜１２Ｄａといった低質量を有し得る。下層内への貫通は、残留応力を緩和し得、従って、ラインウィグリング（ラインのゆらぎ）の現象を回避しながらパターンエッチング転写を促進する。

イオンが第１の種１０６を構成する場合の様々な実施形態では、ビームラインイオン注入装置、プラズマドーピングツール（ＰＬＡＤ）、当該技術分野において知られているようなプラズマシース調整器（plasma sheath modifier）を備えたプラズマツール、又は、イオンを提供可能な他のツール内で、上記イオンをフォトレジストフィーチャー１０２に提供し得る。上記実施形態はこの文脈に制限されない。イオンとして提供されると、Ｚ方向に沿った平行なイオンのビームとして、言い換えれば、基板１００のＸ−Ｙ平面と垂直な方向に沿って、第１の種１０６が方向づけられ得る。或いは、第１の種１０６はまた、上記Ｘ−Ｙ平面と垂直な方向に対して０以外の角度を形成する方向に沿って、方向づけられ得る。別の実施形態では、第１の種１０６は、上記Ｘ−Ｙ平面と垂直な方向に対して広範な角度にわたって提供され得る。第１の種１０６として使用される好適なイオンの例としては、Ｈ⁺、Ｈ₂ ⁺、Ｈ₃ ⁺、Ｈｅ⁺、及び炭素イオンが挙げられる。上記実施形態はこの文脈に制限されない。

図１Ｃは、第２の種がイオン１０８として提供され且つフォトレジストフィーチャー１０２へと向けられている、本実施形態の方法に従った第２の露光を図示している。異なる実施形態では、上記第２の露光は、図１Ａに示された第１の露光に続いて行われてもよく、又は、当該第１の露光と同時に行われてもよい。図１Ｃに図示された特定のシナリオでは、フォトレジストフィーチャー１０２は、上記第１の露光によって変えられたフォトレジストフィーチャー１０２の部分を表す、変更部分１０２Ａを有するものとして示されている。フォトレジストフィーチャー１０２はまた、フォトレジストフィーチャー１０２の変えられなかった部分を表す、非変更部分１０２Ｂも示し得る。非変更部分１０２Ｂは、図１Ｂで示唆されるように、第１の種１０６がＨよりも小さい深さＤ１まで貫通する状況において、存在し得る。或いは、別の実施形態では、Ｄ１はＨを超える又はＨと同じであってもよく、その場合上記第１の露光後には非変更部分１０２Ｂが一つも存在しない。変更部分１０２Ａでの変更は、架橋の変化、ポリマー鎖の切断、又はフォトレジストの組成の変化といった、化学的な変更を含んでもよい。変更部分１０２Ａはまた、例えば、密度及び応力の変化により、物理的に変更されてもよい。第１の種１０６がイオンとして提供される場合のようないくつかの実施形態では、変更部分１０２Ａは、イオン種、注入損傷、及び、Ｚ方向に沿っているなどの位置の関数としての他の特徴における勾配に起因した特性の勾配を示してもよい。

図１Ｃに示される第２の露光中において、イオン１０８は、Ｄ１よりも小さい注入深さＤ２（図１Ｄを参照）を生じるイオンエネルギー及びイオン線量で提供される。いくつかの実施形態では、Ｈは２０ｎｍから１５０ｎｍの範囲であってもよく、Ｗは１０ｎｍから１００ｎｍの範囲であってもよく、そしてＤ２は３ｎｍから２５ｎｍの範囲であってもよい。上記実施形態はこの状況に制限されない。イオン１０８に対する好適な種としては、制限されることなく、不活性ガスイオン、シリコンイオン、炭素イオン、又はシリコン含有イオンが挙げられる。イオン１０８は、Ｚ方向に沿った平行なイオンのビームとして、言い換えれば、基板１００のＸ−Ｙ平面と垂直な方向に沿って、方向づけられ得る。或いは、イオン１０８はまた、上記Ｘ−Ｙ平面と垂直な方向に対して０以外の角度を形成する方向に沿って、方向づけられ得る。別の実施形態では、イオン１０８は、上記Ｘ−Ｙ平面と垂直な方向に対して広範な角度にわたって提供され得る。

図１Ｄは、一般的には図１Ｃで図示される第２の露光の完了後における、フォトレジストフィーチャー１０２の結果として生じる構造を図示している。示されている通り、フォトレジストフィーチャー１０２は、少なくともＺ方向に沿ったＤ２に対応する厚みを有する外側部分１０２Ｃを含む。外側部分１０２Ｃは、変更部分１０２Ａ及び非変更部分１０２Ｂの残りの部分を表す内側部分１０２Ｄを囲む。

第２の露光の結果、フォトレジストフィーチャー１０２の周りの外側部分１０２Ｃで示される高密度シェルが形成されるかもしれない。上記第２の露光で、上記第１の露光で使用されるものと比べて比較的重いイオンを使用することは、フォトレジストポリマー内でより損傷を引き起こす可能性があり、シェルとして形成し、且つ、フォトレジストフィーチャー１０２のバルク又は内側部分１０２Ｄよりも高密度で且つより架橋されている層の生成をもたらす（外側部分１０２Ｃとして図１Ｄに示される）。より高い密度及びより増大した架橋は、このシェル内部で引張応力を生じることがある。いくつかの実施形態に従えば、イオン線量及びイオンエネルギー及びイオン種は、当初は図１Ｂに示される第１の露光によって促進されたフォトレジストのリフローを更に促進する推進力として作用するために、外側部分１０２Ｃ内での引張応力を制御するように調整され得る。このことは、図１Ｆで示唆されるように、フォトレジストフィーチャー１０２においてより滑らかなライン及びより低いＬＥＲ／ＬＷＲを生じる結果となり得る。

簡単な図解のために、この例では、フォトレジストフィーチャー１０２の上面上の外側部分１０２Ｃは、注入深さＤ２と同じ厚みを有するものとして表されている。本実施形態では、大いに変更されたシェルの実際の厚みは、当該シェルを作製するために使用されたイオンの注入深さとは、一般には、少なくとも僅かには異なるかも知れない。加えて、外側部分１０２Ｃの厚みは、フォトレジストフィーチャー１０２の上面に沿ってというよりは、側壁に沿って異なるかも知れない。このことは、例えば、イオン１０８の入射角に加え、フォトレジストフィーチャーの初期プロファイルによって制御されるかも知れない。

一般的に図１Ｃで示される第２の露光はまた、新たに形成されたパターンが第２のパターンを作製するために使用されるその後のリソグラフィー操作に耐えることができるように、リソ−フリーズ−リソ−エッチング（ＬＦＬＥ）マルチパターニングアプローチにおいて第１のパターンをフリーズする働きもし得る。加えて、上記第２の露光は、Ｓｉ−ＡＲＣを含む底面反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）のような下層（図示されず）に対して、フォトレジストフィーチャー１０２のエッチング選択性を改善し得る。特定の実施形態では、イオン１０８はシリコンイオンを構成する。ここで、上記シリコンイオンは、フォトレジストフィーチャー１０２の耐エッチング性を改善するのに特に有用となり得る。この改善された耐エッチング性は、より小さな基板フィーチャーを生成するためにフォトレジストフィーチャーがより小さくなるにつれて高さＨが減少するときに、ますます有用となり得る。

多重露光方法の例示的な実施形態では、第１の露光は、水素又はヘリウムのイオンなどの比較的軽いイオンを含んでもよく、イオン線量は１×１０¹⁴／ｃｍ²〜２×１０¹⁶／ｃｍ²の範囲にわたって、より具体的には１×１０¹⁴／ｃｍ²〜５×１０¹⁵／ｃｍ²の範囲で、１ｋｅＶ〜２０ｋｅＶのイオンエネルギーで提供される。第２の露光は、第２のイオン種に対する露光を含んでもよく、第２のイオン種は３ダルトンより大きい質量を含む。例えば、第２の露光は、アルゴンイオン又はシリコンイオンなどの比較的重いイオンを含んでもよく、イオン線量は１×１０¹⁵／ｃｍ²〜３×１０¹⁶／ｃｍ²の範囲にわたって、より具体的には５×１０¹⁵／ｃｍ²〜３×１０¹⁶／ｃｍ²の範囲で、０．５ｋｅＶ〜３ｋｅＶのイオンエネルギーで提供される。

図１Ｇは、本開示内容のもう一つの例示的な実施形態に従った、加工後のフォトレジストフィーチャー１０２の断面図を示している。この例では、フォトレジストフィーチャー１０２は、一般的には図１Ａ〜１Ｆに対して上述された通りに加工されてもよく、第１の種の深さＤ１をＨよりも大きく保つ。このことは、下層１２０の変更部分１２２の形成をもたらす。いくつかの実施形態では、下層１２０はＡＲＣ層であってもよく、また、外側部分１０２Ｃの形成は、下層１２０に対するフォトレジストフィーチャー１０２のより高いエッチング選択性を与えることがある。

続く図面では、本開示内容の実施形態に従った、フォトレジストフィーチャーの加工の実験例が示されている。図２Ａ〜２Ｂは、本開示内容の追加の実施形態に従った、フォトレジストフィーチャーを加工する方法による２つの異なる例における、例示的なフォトレジスト構造の断面顕微鏡写真を示している。図２Ｃは、単独注入プロセスを使用した加工後におけるフォトレジスト構造の断面顕微鏡写真を示している。図２Ａでは、フォトレジストフィーチャー２００は約７０ｎｍの幅Ｗ１を有する。当該レジストフィーチャーのプロファイルは、わずかにリエントラントしている（内側に凹んでいる）。図２Ｂには、本開示内容の実施形態に従った多重露光後でフォトレジストフィーチャー２００を加工することを表すフォトレジストフィーチャー２１０が示されている。この例では、フォトレジストフィーチャー２１０に、ビームラインイオン注入装置内でＨ⁺イオンの第１の露光を施し、また、それに続いてＳｉイオンの第２の露光を施した。明白なことに、ライン幅又は幅Ｗ２はＷ１よりも小さい。加えて、フォトレジストフィーチャー２１０のプロファイルは滑らかで凸状である。図２Ｃには、水素イオンへの露光を省くことを除いて、図２Ｂと同じ処理の下でのシリコンイオンへの露光後にフォトレジストフィーチャー２００を加工することを表すフォトレジストフィーチャー２２０が示されている。この例では、フォトレジストフィーチャー２２０のプロファイルは、幅Ｗ３として示されているように、縮小された幅を示している。加えて、フォトレジストフィーチャー２２０は、「マッシュルーム」形状をもたらしてフォトレジストフィーチャー２２０に対する不良なエッチング特性を生じるネッキングによって特徴づけられる、リエントラント性（内側への凹み）プロファイルを示す。このように、フォトレジストフィーチャー２１０の幅は、フォトレジストフィーチャー２１０の上部からフォトレジストフィーチャー２１０の下部にわたって減少しないので、フォトレジストフィーチャー２１０の側壁プロファイルは、フォトレジストフィーチャー２２０の側壁プロファイルよりもリエントラント性が低い（内側への凹みが小さい）とみなされ得る。明白なことに、フォトレジストフィーチャー２２０の幅は、フォトレジストフィーチャー２２０の上部から下部にわたって減少している。

図２Ｃの例では、フォトレジストフィーチャー２２０の結果として生じるプロファイルは、フォトレジストフィーチャー２２０の内側部分内のバルクレジストポリマーに対する、フォトレジストフィーチャー２２０の外側部分でのＳｉ注入によって作製された緻密層の間の機械的特性の有意差によって引き起こされているかも知れない。このことは、上記緻密層内で引張応力を生じ得る。フォトレジストフィーチャー２２０は、表面張力の影響下における水滴の作用と類似した、表面エネルギーを最小に抑えるこの引張応力の影響下で変形する可能性がある。これは、図２Ｃに示されるような問題のあるレジストプロファイルを生じる。フォトレジストフィーチャーの基部の近くに形成された「ネッキング」は、（ｉ）表面張力を最小に抑えるためのフォトレジスト「小滴」の形成と、（ｉｉ）レジスト及び下層（この場合ではＳｉ−ＡＲＣ）の間の界面におけるフォトレジストフィーチャー２２０の挟み込みとの組み合わせの結果かもしれない。このようなプロファイルは、幅Ｗ３などのＣＤの変動に起因して、後続のエッチング性能に悪影響を与える可能性がある。ネッキングから生じる不安定性はまた、エッチング中でのラインの崩壊及びウィグリング（ゆらぎ）につながる可能性がある。

更なる実施形態では、上記第１の露光と第２の露光との間の時間的関係が変化し得る。例えば、図１Ａ〜１Ｆについて上述で示したように、第１の露光は、レジストフィーチャー全体にイオンを注入してもよく、第２の露光は、当該レジストフィーチャーの外側領域にイオンを注入してもよい。いくつかの実施形態では、上記第１の露光は、上記第２の露光より前又は最中に行われてもよい。以下に詳述するように、これら２つの露光の順序が変わると、結果として生じるフォトレジストフィーチャーの構造が変化する。特に、もし、外側部分にイオンが注入される「第２の」露光が、上記レジストフィーチャー全体にイオンが注入される「第１の」露光より前に起こるならば、問題のあるフォトレジストプロファイルが作製される。

図３Ａ及び図３Ｂは、加工フロー間で露光の順序を逆にしつつ２つの別個の露光に対して同一の加工条件を伴う加工フローを、フォトレジストフィーチャーに施す場合に、異なる結果を示すフォトレジストフィーチャーの顕微鏡写真を示している。図３Ａには、Ｈ₂ガス由来の水素イオンの第１の露光、及びそれに続くＡｒイオンの第２の露光を受けた、フォトレジストフィーチャー３００が示されている。図３Ｂには、Ａｒイオンの第１の露光、及びそれに続くＨ₂ガス由来の水素イオンの第２の露光を受けた、フォトレジストフィーチャー３２０が示されている。明白なことに、フォトレジストフィーチャー３２０はリエントラント性（内側が凹んだ）プロファイルを示す一方で、フォトレジストフィーチャー３００は滑らかなプロファイルを示す。

比較的軽いイオンの「第１の」露光が比較的重いイオンの「第２の」露光と同時に行われるプラズマツール内における包括的な露光の場合、他のテストデータが、図３Ａに示されるように、ネッキングを回避しながら同じレジストの平滑化が達成されることを確認した。このような包括的な露光は、異なるイオンへの２つの異なる同時露光を提供すると考えてもよく、例えば、水素及びアルゴンの種などの異なるイオン種を有するプラズマを提供することにより行ってもよい。注目すべきことに、レジストフィーチャーに提供されるイオンのイオンエネルギーは、水素イオン及びアルゴンイオンに対して同じでもよい。それゆえ、図１Ｄ又は図１Ｇに示された構造などのターゲットフォトレジスト構造を生成するために、アルゴンイオンと比較した水素イオンの相対的な流束に加え、正確なイオンエネルギーを制御してもよい。

様々な実施形態では、過剰なスパッタリング及びエッチングを回避するために、第１の露光で提供する水素イオンなどのイオンの線量を制御してもよい。このことは、フリーラジカルもまたフォトレジストフィーチャー上に衝突し得るプラズマツールによって第１の露光を提供する際に、特に有用となるかも知れない。イオンエネルギー及び他の加工パラメータもまた、種の種類を第１の露光においてフォトレジストフィーチャーに提供される水素種などに最適化するために、プラズマツール内で注意深く制御してもよい。例えば、プラズマを基礎とするツール内では、Ｈ⁺イオンに加えて二量体（Ｈ₂ ⁺）及び三量体（Ｈ₃ ⁺）がよく生成されるので、ビームラインイオン注入装置を用いて行われた純粋なＨ⁺注入と比較して、フォトレジストフィーチャー内部に異なるイオンプロファイルを作製する。様々な実施形態において、ガス流量及び高周波電力（RF power）といった注入パラメータの選択は、異なる水素イオンの比率を変えるように選んでもよい。例えば、二量体及び三量体は、それらの増加した質量が原因で、所定の注入エネルギーに対するＨ⁺ほどは深くフォトレジストフィーチャー内に貫通しないので、Ｈ⁺に対するＨ₂ ⁺及びＨ₃ ⁺の濃度を下げることは有用であり得る。従って、プラズマツール内においてＨ₂ ⁺及びＨ₃ ⁺を用いてフォトレジストフィーチャーを加工することにより与えられ得る深い注入と関連した恩恵は、より少ないかも知れず、従って、上記プラズマツール内での加工パラメータを適切に選択することにより、Ｈ₂ ⁺及びＨ₃ ⁺を用いたフォトレジストフィーチャーの加工を低減できるかも知れない。

更には、第１の露光及び第２の露光で提供されるイオンエネルギー及びイオン線量は、ターゲットレジストプロファイル及び改善されたＬＥＲ／ＬＷＲを作製することと、レジスト材料の過剰なスパッタリングを最小限に抑えることとの間のバランスを達成するように調整できるかも知れない。イオンのイオン角度を制御することもまた、フォトレジストフィーチャーの密な外側部分が形成される第２の露光中でも有用であり得る。例えば、フォトレジストフィーチャーの上面に加えて上記フォトレジストフィーチャーの側壁上にシェルを形成するためには、Ｚ方向に対して０以外の入射角でイオンの少なくとも一部を提供することは有用であり得る（図１Ａ〜１Ｄを参照）。

加えて、様々な実施形態によれば、フォトレジストフィーチャーに対して異なる露光中で向けられる重いイオンと軽いイオンとの間にバランスがもたらされる。多重露光のレシピを選択するための考慮事項の中でも、軽いイオンのイオン線量は、許容可能な均質化及びポリマーリフローを引き起こすのに十分な下限線量閾値と、当該上限線量閾値超では過剰な架橋が起こってフォトレジストを硬化してしまう上限線量閾値との間で最適化され得る。この硬化は、ＬＥＲの低減を困難にし得、後続のエッチング中に側壁のストリエーション（条痕）を引き起こす可能性がある。イオン線量、イオンエネルギー及びイオンの選択はまた、過剰なレジスト損失を回避するように選んでもよい。シリコン又はアルゴンなどの比較的重いイオンの線量は、フォトレジストフィーチャーの緻密化／フリージング／硬化を引き起こすのに十分となるように選んでもよい。このような重いイオンは、高感度のフォトレジストに損傷を与える可能性があり、従って、イオン線量は、フォトレジストの損傷を低減するように制限してもよい。

更には、スパッタリング及びフリーラジカルによる潜在的なエッチングは、プラズマツール内で行われるイオン注入加工の不可欠な部分であり得る。結果として、第１の露光及び第２の露光による加工後に、ＣＤ（Ｗ）の減少は避けられない場合がある。軽いイオン及び重いイオンの加工パラメータのバランスを取ることにより、様々な実施形態によれば、比較的少ないスパッタリング及び／又はエッチングによってＣＤ損失を最小に抑えることでフォトレジストフィーチャーのリフローが促進され得る。実際に、制御可能なＣＤ損失を生成すること（ＣＤトリミング）は、ＣＤトリミングがフォトリソグラフィーのみで生成されたフォトレジストフィーチャーよりも小さな基板内でエッチングされたフィーチャーを生成するメカニズムを提供するので、第１の露光及び第２の露光後に有用であり得る。

追加の実施形態によれば、フォトレジストフィーチャーを支持している基板の基板温度は、フォトレジストフィーチャーの結果として生じる構造を改善するために、多重露光中で制御してもよい。いくつかの実施形態では、フォトレジストフィーチャーの過剰なフローを回避しつつＬＥＲ／ＬＷＲの低減を促進するために、基板温度は２５℃及び７５℃の間の範囲であり得る。特定の実施形態では、５５℃の基板温度が使用され得る。

上述の例はフォトレジストフィーチャーを加工する実施形態に焦点を当てているが、別の実施形態では、フォトレジストフィーチャーの下に配置された下層などの他のパターニングフィーチャーを処理するために多重露光が行われることがある。例えば、パターンを基板層に転写して、シリコン又はポリシリコンなどの基板内に残すために、フォトレジスト、ＡＲＣ層、カーボン層、ハードマスクなどを含むパターニング層として多層が使用されることがある。フォトレジストフィーチャーによって最初に画成されたパターンを、中間層、又は、例えばＡＲＣ層などの、フォトレジスト層の下に配置された層に転写してもよい。一例では、少なくとも一つのフォトレジストフィーチャーを形成するためにフォトレジスト層をパターニングした後に、下にあるＡＲＣ層を、上記フォトレジスト層が取り除かれた領域で露光する。上記ＡＲＣ層はその後エッチングされて、上記フォトレジストフィーチャーのパターンを上記ＡＲＣ層内に転写して、パターン化されたＡＲＣフィーチャー又は複数のフィーチャーを生じてもよい。

追加の実施形態によれば、ＡＲＣ層がパターン化されてＡＲＣフィーチャーを生じた後に、一般的には上述したように、第１の露光が上記ＡＲＣフィーチャー内を第１の深さまで貫通し、且つイオンの注入を用いた第２の露光がイオンを注入して上記第１の深さよりも浅い第２の深さまで注入するような、多重露光を行ってもよい。これは、フォトレジストフィーチャーについて上述した手法と類似の手法で、ＡＲＣフィーチャーの形状を改善するように機能し得る。例えば、いくつかのＡＲＣ材料は、上述した多重露光処理を受けたときにラフネスを減少させるのに適したポリマー組成を有してもよい。

いくつかの実施形態では、ＡＲＣフィーチャーの多重露光処理を、フォトレジストフィーチャーが上記ＡＲＣフィーチャーの上に存在している間に行ってもよい。例えば、上記フォトレジストフィーチャーの大部分がエッチング中に取り除かれて、ＡＲＣフィーチャーを形成し、そして、イオン、又は電子若しくはＶＵＶ線の注入が上記ＡＲＣフィーチャー内を容易に貫通してもよい。

追加の実施形態では、第１の多重露光処理を、フォトレジストフィーチャーを処理するために行ってもよく、また、第２の多重露光処理を、ＡＲＣフィーチャーなどの下層のフィーチャーを処理するために行ってもよい。或いは、更なる実施形態では、多重露光によってＡＲＣフィーチャーのみを処理してもよい。

図４は、例示的な加工フロー４００を示している。ブロック４０２では、第１の露光中に第１のイオンがパターニングフィーチャーに向けられる。上記第１のイオンは、いくつかの例における上記パターニングフィーチャーの高さと少なくとも同じ程度大きい第１の深さまで貫通するように構成されてもよい。第１の種は、いくつかの例において、水素、ヘリウム、又は炭素などの比較的軽いイオンを含んでいてもよい。ブロック４０４では、第２の露光中に第２のイオンが上記パターニングフィーチャーに向けられる。様々な実施形態において、上記第２の露光は、上記第１の露光の最中又は後に上記パターニングフィーチャーに対して向けられる比較的重いイオンを含む。上記第２の露光のイオンは、上記パターニングフィーチャー内を上記第１の深さよりも小さい第２の深さまで貫通するように構成されてもよく、上記パターニングフィーチャーの内側部分よりも比較的高密度な上記フォトレジストフィーチャーの外側部分を生成してもよい。

図５は、例示的な加工フロー５００を示している。ブロック５０２では、第１の露光中に第１の種が提供される。ここで、上記第１の種は、パターニングフィーチャーを第１の深さまで貫通するように構成され、且つ、前記パターニングフィーチャーを軟化させるように更に構成される。様々な実施形態において、上記第１の種は、イオン、真空紫外線、又は電子を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、上記パターニングフィーチャーは、パターン化されたフォトレジストフィーチャーを含んでいてもよく、別の実施形態では、上記パターニングフィーチャーは、パターン化された反射防止コーティングフィーチャー又は他のパターン化されたフィーチャーを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、上記第１の深さは、上記パターニングフィーチャー全体が上記第１の種によって貫通される位置を表すことがある。ブロック５０４では、第２の露光中に第２の種が上記パターニングフィーチャー内に注入される。ここで、上記第２の種は、上記第１の深さよりも小さい浅型注入深さを有するイオンを含む。上記第２の種は、上記パターニングフィーチャーの内側部分内の第２の密度よりも大きい第１の密度を有する上記パターニングフィーチャーの外側部分内に緻密層を生成するように構成されてもよい。

要するに、本実施形態は、フォトレジストフィーチャーに対して多重露光を向けることにより、上記フォトレジストプロファイルを適合させる能力を含む利点を提供する。ここで、上記多重露光は、改善された断面フォトレジストプロファイル及び改善されたラインエッジラフネスをもたらし得る。本実施形態はまた、フォトレジストの公知のリソグラフィー後処理に対して改善されたフォトレジストプロファイルに加え、フォトレジストフィーチャーの下に配置された下地層に対する改善されたエッチング選択性を提供し得る。

本実施形態は、本明細書に記載される特定の実施形態による範囲に制限されるものではない。実際、本明細書に記載されるものに加え、本開示内容の他の様々な実施形態及び変更は、前述の説明及び添付の図面から当業者には明らかであろう。このように、このような他の実施形態及び変更は、本開示内容の範囲内に入ることが意図される。更には、本開示内容は、特定の目的のために、特定の環境における特定の実施の文脈で本明細書に記載されているが、当業者は、有用性がこれに限定されず、本開示内容がいくつもの目的のためにいくつもの環境において有益に実施され得るということを認識するであろう。このように、以下に規定される請求項は、本明細書に記載される通り、本開示内容の完全な広さ及び精神を考慮して解釈されるべきである。

１００ 基板
１０２ フォトレジストフィーチャー
１０２Ａ 変更部分
１０２Ｂ 非変更部分
１０２Ｃ 外側部分
１０２Ｄ 内側部分
１０６ 第１の種
１０８ イオン（第２の種）
１２０ 下層
１２２ 変更部分
２００ フォトレジストフィーチャー
２１０ フォトレジストフィーチャー
２２０ フォトレジストフィーチャー
３００ フォトレジストフィーチャー
３２０ フォトレジストフィーチャー
４００ 加工フロー
４０２ ブロック
４０４ ブロック
５００ 加工フロー
５０２ ブロック
５０４ ブロック
Ｈ 高さ
Ｗ 幅
Ｗ１ 幅
Ｗ２ 幅
Ｗ３ 幅
Ｌ 長さ
Ｄ１ 深さ
Ｄ２ 注入深さ

Claims (14)

1. 基板上にパターニングフィーチャーを提供することと、
   第１の露光中に第１のイオン種を前記パターニングフィーチャー内に注入することと、
   第２の露光中に第２のイオン種を前記パターニングフィーチャー内に注入することと、を含み、
   前記パターニングフィーチャーは側壁を有し、
   前記第１のイオン種は第１の注入深さを有し、
   前記第２のイオン種は、前記第１の注入深さよりも小さい第２の注入深さを有し、
   前記パターニングフィーチャーが、パターン化された反射防止コーティング（ＡＲＣ）フィーチャーであり、
   前記パターン化されたＡＲＣフィーチャーを形成するために、パターン化されたフォトレジストフィーチャーを、ＡＲＣ層が該パターン化されたフォトレジストフィーチャーの下に配置されたときに、エッチングすることを更に含む、基板を加工する方法。
2. 前記パターニングフィーチャーが第１のパターニングフィーチャーであり、
   前記側壁が第１の側壁プロファイルを有し、
   該第１の側壁プロファイルは、第２のパターニングフィーチャー上に形成された第２の側壁プロファイルよりも、リエントラント性が低く、前記第２の側壁プロファイルは、前記第２の露光を用いた前記第２のイオン種によって注入され、且つ前記第１の露光を用いた前記第１のイオン種で注入されていない、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の露光が前記第２の露光より前に行われる、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の露光が前記第２の露光と同時に行われる、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２のイオン種が３ダルトン超の質量を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記第２のイオン種が、前記パターニングフィーチャーの内側部分内の第２の密度よりも大きい第１の密度を有する前記パターニングフィーチャーの外側部分内に緻密層を生成するように構成される、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１のイオン種が、水素イオン、ヘリウムイオン、炭素イオン、ホウ素イオン又は窒素イオンを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記パターニングフィーチャーが、中間層に隣接して配置されたフォトレジストフィーチャーであり、
   前記第１の注入深さが、前記第１のイオン種の少なくとも一部を前記中間層内に配置するように構成される、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１のイオン種及び前記第２のイオン種が同じイオン種を含み、
   前記第１の露光が第１のイオンエネルギーを含み、且つ、前記第２の露光が前記第１のイオンエネルギーよりも小さい第２のイオンエネルギーを含む、請求項１に記載の方法。
10. 第１の露光で第１の種を提供することと、
    第２の露光中に第２の種をパターニングフィーチャー内に注入することと、を含み、
    前記第１の種は、前記パターニングフィーチャーを第１の深さまで貫通するように構成され、且つ、前記パターニングフィーチャーを軟化させるように更に構成され、
    前記第２の種は、前記第１の深さよりも小さい浅型注入深さを有するイオンを含み、
    前記第２の種は、前記パターニングフィーチャーの内側部分内の第２の密度よりも大きい第１の密度を有する前記パターニングフィーチャーの外側部分内に緻密層を生成するように構成され、
    前記パターニングフィーチャーが、パターン化された反射防止コーティング（ＡＲＣ）フィーチャーであり、
    前記パターン化されたＡＲＣフィーチャーを形成するために、パターン化されたフォトレジストフィーチャーを、ＡＲＣ層が該パターン化されたフォトレジストフィーチャーの下に配置されたときに、エッチングすることを更に含む、側壁を有するパターニングフィーチャーを加工する方法。
11. 前記パターニングフィーチャーが第１のパターニングフィーチャーであり、
    前記側壁が第１の側壁プロファイルを有し、
    該第１の側壁プロファイルは、第２のパターニングフィーチャー上に形成された第２の側壁プロファイルよりも、リエントラント性が低く、前記第２の側壁プロファイルは、前記第２の露光を用いた前記イオンによって注入され、且つ前記第１の露光を受けていない、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１の露光が、イオン、真空紫外線及び電子：のうち少なくとも一つを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記第１の露光が第１のイオンを含み、
    前記イオンが前記第１のイオンよりも大きい質量を有する第２のイオンを含み、
    前記第１のイオンが、前記第２のイオンの前記浅型注入深さよりも大きい深型注入深さを有する、請求項１０に記載の方法。
14. 基板上にフォトレジストフィーチャーであるパターニングフィーチャーを提供することと、
    第１のイオン種を前記フォトレジストフィーチャー内に注入することと、
    前記第１のイオン種を注入後、第２のイオン種を前記フォトレジストフィーチャー内に注入することと、を含み、
    前記第１のイオン種が、第１の注入深さを生成するように構成された第１のイオンエネルギーを有し、
    前記第２のイオン種が、前記第１の注入深さよりも小さい第２の注入深さを有し、
    前記第１のイオン種及び前記第２のイオン種を注入後、前記フォトレジストフィーチャーがシェル及び内側部分を含み、
    前記シェルが、前記内側部分よりも、高密度で且つより架橋されており、
    前記パターニングフィーチャーが、パターン化された反射防止コーティング（ＡＲＣ）フィーチャーであり、
    前記パターン化されたＡＲＣフィーチャーを形成するために、パターン化されたフォトレジストフィーチャーを、ＡＲＣ層が該パターン化されたフォトレジストフィーチャーの下に配置されたときに、エッチングすることを更に含む、基板をパターニングする方法。

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