リソグラフィダブルパターニング法におけるアライメントターゲットコントラストの改善
【課題】光学リソグラフィの解像度を向上させるためのダブルパターニング法などのリソグラフィパターニング法において、アライメントマークのコントラストを改善すること。
【解決手段】第１または第２リソグラフィパターンに色素を付加するリソグラフィダブルパターニングプロセスを伴う、半導体デバイスをリソグラフィにより製造するシステムおよび方法、ならびに製造物が提供される。第１リソグラフィパターンの位置を検出するとともに、それに第２リソグラフィパターンを直接位置合わせするために色素が使用される。この日は、特定の波長または所与の波長帯域において蛍光性、発光性、吸収性、または反射性とすることができる。この波長は、アライメントビームの波長と一致することができる。色素は、第１リソグラフィパターンを、それが放射感応層（例えばレジスト）で上塗りされている場合でも検出できるようにする。
【解決手段】第１または第２リソグラフィパターンに色素を付加するリソグラフィダブルパターニングプロセスを伴う、半導体デバイスをリソグラフィにより製造するシステムおよび方法、ならびに製造物が提供される。第１リソグラフィパターンの位置を検出するとともに、それに第２リソグラフィパターンを直接位置合わせするために色素が使用される。この日は、特定の波長または所与の波長帯域において蛍光性、発光性、吸収性、または反射性とすることができる。この波長は、アライメントビームの波長と一致することができる。色素は、第１リソグラフィパターンを、それが放射感応層（例えばレジスト）で上塗りされている場合でも検出できるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本発明は、一般にはリソグラフィに関し、より詳細にはダブルパターニング法などのリソグラフィパターニング法においてアライメントターゲットを改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の上に、通常は基板のターゲット部分の上に付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（IC）の製造の際に使用することができる。その場合、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層の上に形成されるべき回路パターンを生成することができる。このパターンは、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、１つまたは複数のダイの部分を含む）の上に転写することができる。パターンの転写は通常、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層の上への結像による。一般に、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣り合うターゲット部分からなるネットワークを含む。既知のリソグラフィ装置は、全パターンをターゲット部分の上に一度に露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、パターンを所与の方向（「スキャン」方向、また「y方向」とも呼ばれる）に放射ビームによってスキャンすると同時に、この方向に対し平行または逆平行に基板をスキャンすることによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板上にインプリントすることによって、パターンをパターニングデバイスから基板に転写することもまた可能である。
【０００３】
[0003] 光学リソグラフィの解像度は、ダブルパターニングを使用することによって向上させることができる。ダブルパターニングは一般に、２組のパターンを要する。第２の組は、第１の組に正確に位置合わせされなければならない。場合によって、２つの組のパターンは間隙をおいて位置合わせされる。これら２つの組を位置合わせすることは、特に半導体業界の要求が解像度を向上すること、およびより厳しいオーバレイの要件を提起しているので、重大な難題をもたらす。
【発明の概要】
【０００４】
[0004] 本発明の実施形態は、一般に、ダブルパターニング法などのリソグラフィパターニング法においてアライメントマークのコントラストを改善することに関する。
【０００５】
[0005] 本発明の一実施形態では、リソグラフィを用いて半導体デバイスを製造する方法が提供される。この方法は、基板を第１放射感応層で被覆し、この第１放射感応層に色素化合物を付加する工程を含む。この方法はさらに、第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する工程と、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程と、第１リソグラフィパターンの位置を検出する工程と、基板を第１リソグラフィパターンの検出された位置に位置合わせする工程と、第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する工程とを含む。この方法では、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンの検出された位置に位置合わせする。例示的な一実施形態では、色素化合物と第１リソグラフィパターンは、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。
【０００６】
[0006] 本発明の別の実施形態では、その方法は、基板を第１放射感応層で被覆する工程と、第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する工程と、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程とを含む。この方法はさらに、第２放射感応層に色素化合物を付加する工程と、第１リソグラフィパターンの位置を検出する工程と、基板を第１リソグラフィパターンの検出された位置に位置合わせする工程と、第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する工程とを含む。この方法は、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンの検出された位置に位置合わせする工程を含む。例示的な一実施形態では、色素化合物と第２リソグラフィパターンは、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。
【０００７】
[0007] 本発明はまた、第１放射感応層で被覆された基板と、第１放射感応層内に形成された第１リソグラフィパターンと、第１放射感応層を被覆する第２放射感応層とを含む製造物にも関する。第１リソグラフィパターンまたは第２放射感応層は色素化合物を含む。この色素化合物は、第１リソグラフィパターンまたは第２放射感応層と協働して、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。例示的な一実施形態では、この製造物はさらに第２リソグラフィパターンを含み、これは、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを使用して第１リソグラフィパターンに直接位置合わせされる。
【０００８】
[0008] 本発明はまた、半導体デバイスをリソグラフィにより製造するシステムにも関する。このシステムは、ダブルパターニングプロセスにおいてアライメントマークを読み取るための特定の波長のアライメントビームを供給する照明源を含む。このシステムはまた、ダブルパターニングプロセスにおいて、基板上に被覆された第１放射感応層の１つ、または第１リソグラフィパターン上に被覆された第２放射感応層において色素化合物を検出するアライメントシステムも含む。この色素化合物は、第１リソグラフィパターン内に形成されたアライメントマークに基づいてダブルパターニングプロセスの２つのパターニング工程を位置合わせするときに、第１リソグラフィパターンと第２放射感応層の間に所望のコントラストを与える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
[0009] 上記の概要は、本発明の態様の多くを示しているがすべてではない。本発明の他の態様は、本発明の様々な「実施形態」についての説明を図面の参照と併せ読むことによって、本発明に関係する分野の当業者には明らかになるはずである。以下の実施形態を示すに際しては、本発明を限定としてではなく例として説明する。図で、同じ参照数字は同様の要素を指す。
【００１０】
【図１Ａ】[0010]本発明の一実施形態による、反射型リソグラフィ装置を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による、透過型リソグラフィ装置を示す図である。
【図２】[0011]本発明の一実施形態による、リソグラフィセルを概略的に示す図である。
【図３】[0012]本発明の一実施形態による、スペーサダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、スペーサダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、スペーサダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、スペーサダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図７】[0013]本発明の一実施形態による、スペーサダブルパターニング法により得られたポリシリコンのＳＥＭ断面を概略的に示す図である。
【図８】[0014]本発明の一実施形態による、リソエッチリソエッチ（LELE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による、リソエッチリソエッチ（LELE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、リソエッチリソエッチ（LELE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、リソエッチリソエッチ（LELE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１２】[0015]本発明の一実施形態による、ＬＥＬＥダブルパターニング法により得られたポリシリコンのＳＥＭ断面を概略的に示す図である。
【図１３】[0016]本発明の一実施形態による、リソフリーズリソエッチ（LFLE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、リソフリーズリソエッチ（LFLE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、リソフリーズリソエッチ（LFLE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態による、リソフリーズリソエッチ（LFLE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１７】[0017]本発明の一実施形態による、ＬＦＬＥダブルパターニング法により得られたポリシリコンのＳＥＭ断面を概略的に示す図である。
【図１８】[0018]本発明の一実施形態による、ダブルパターニングスタックに入射するアライメントビームを概略的に示す図である。
【図１９】[0019]本発明の一実施形態による、ダブルパターニングスタックに入射する色素で増強されたアライメントビームを概略的に示す図である。
【図２０】[0020]本発明の一実施形態による、着色色素で増強されたフォトレジストの例示的透過スペクトルを概略的に示す図である。
【図２１】[0021]本発明の一実施形態による、メロシアニン５４０のモル吸光係数スペクトルを概略的に示す図である。
【図２２】[0022]本発明の一実施形態による、チアトリカルボシアニン（Ｃ７）色素のモル吸光係数スペクトルを概略的に示す図である。
【図２３】[0023]本発明による製造方法の一実施形態を概略的に示す流れ図である。
【図２４】[0024]本発明による製造方法の別の実施形態を概略的に示す流れ図である。
【図２５】[0025]本発明の一実施形態による、製造システムを概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0026] 次に本発明を、添付の図面に示されたその好ましいいくつかの実施形態を参照して、詳細に説明する。以下の説明では、本発明の完全な理解が得られるように多数の具体的詳細を示す。しかし、これらの具体的詳細の一部またはすべてがなくても本発明を実施できることは、当業者には明らかであろう。他の事例では、本発明を不必要にわかりにくくしないように、よく知られた方法の工程については詳細に説明していない。
【００１２】
[0027] 同様に、システムの実施形態を示す各図面は、部分図で概略的であり、また原寸に比例して描かれていない。大きさの一部は、提示を見やすくするために誇張してある。
【００１３】
[0028] 図示の装置は、示されている向きとは異なる向きで動作させることができる。さらに、いくつか共通のフィーチャを有する複数の実施形態を開示し説明する場合、それらの図、説明および理解を分かりやすく簡単にするために、互いに類似し同様なフィーチャは通常、同じ参照数字で示される。
【００１４】
[0029] 図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ本発明の実施形態と一致するリソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’を概略的に示す。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’それぞれは、放射ビームＢ（例えばDUVまたはEUV放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク、レチクル、またはダイナミックパターニングデバイス）ＭＡを支持するように構成され、パターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするように構成された第１ポジショナＰＭに接続されているサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、基板（例えばレジスト被覆ウェハ）Ｗを保持するように構成され、基板Ｗを正確に位置決めするように構成された第２ポジショナＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴとを含む。リソグラフィ装置１００および１００’はまた、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分（例えば１つまたは複数のダイを含む）Ｃの上に投影するように構成された投影システムＰＳも含む。リソグラフィ装置１００では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは反射型であり、リソグラフィ装置１００’では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは透過型である。
【００１５】
[0030] 照明システムＩＬは、放射Ｂを導き、成形し、または制御するための屈折式、反射式、磁気式、電磁気式、静電気式など様々なタイプの光学コンポーネント、または他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組合せを含むことができる。
【００１６】
[0031] サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの向き、リソグラフィ装置１００および１００’の設計、および他の条件、例えばパターニングデバイスＭＡが真空環境内で保持されるかどうかなどによって決まる方法で、パターニングデバイスＭＡを保持する。サポート構造ＭＴは、機械式、真空式、静電気式、または他のクランプ技法を使用して、パターニングデバイスＭＡを保持することができる。サポート構造ＭＴは、例えばフレームまたはテーブルとすることができ、これらは必要に応じて固定または可動にすることができる。サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスが例えば投影システムＰＳに対して確実に所望の位置にあるようにすることができる。
【００１７】
[0032] 「パターニングデバイス」ＭＡという用語は、放射ビームＢの断面にパターンを付与するために使用されて、基板Ｗのターゲット部分Ｃ内にパターンを生成することなどができる任意のデバイスを指すものとして広く解釈されるべきである。放射ビームＢに付与されるパターンは、ターゲット部分Ｃ内に作製される集積回路などのデバイス内のある特定の機能層に対応し得る。
【００１８】
[0033] パターニングデバイスＭＡは、（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’のような）透過型でも（図１Ａのリソグラフィ装置１００のような）反射型でもよい。パターニングデバイスＭＡの例には、レチクル、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィでよく知られており、バイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフト、およびハーフトーン型（attenuated）位相シフトなどのマスクタイプ、ならびに様々なハイブリッドマスクタイプを含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、複数の小さな鏡のマトリクス配列を使用し、それぞれの鏡は、入ってくる放射ビームを別々の方向に反射するように個別に傾けることができる。傾けられた鏡は、ミラーマトリクスで反射される放射ビームＢ内にパターンを付与する。
【００１９】
[0034] 「投影システム」ＰＳという用語は、使用される露光放射に対して、あるいは液浸液の使用または真空の使用など他の要因に対して適切な屈折式、反射式、反射屈折式、磁気式、電磁気式および静電気式の光学システム、あるいはこれらの任意の組合せを含むどんなタイプの投影システムも包含することができる。他のガスがあまりに多く放射または電子を吸収しうるので、真空環境がＥＵＶまたは電子ビーム放射に使用されることがある。したがって、真空壁および真空ポンプの補助によりビーム経路全体に真空環境が形成されることがある。
【００２０】
[0035] リソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスクテーブル）ＷＴを有するタイプとすることができる。このような「マルチステージ」機械では、追加の基板テーブルＷＴが並行して使用されることがあり、あるいは、１つまたは複数の基板テーブルＷＴの上で準備工程が実施される一方で、他の１つまたは複数の基板テーブルＷＴが露光のために使用されることもある。
【００２１】
[0036] イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。放射源ＳＯおよびリソグラフィ装置１００、１００’は、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合には、別々の構成要素とすることができる。このような場合には、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００または１００’の一部を形成するとみなされず、放射ビームＢは、例えば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤ（図１Ｂ）の補助により、放射源ＳＯからイルミネータＩＬまで進む。他の場合で、例えば放射源ＳＯが水銀ランプのときは、放射源ＳＯは、リソグラフィ装置１００、１００’に一体化した部分とすることができる。放射源ＳＯとイルミネータＩＬは、ビームデリバリシステムＢＤと共に、必要に応じて放射システムと呼ばれることもある。
【００２２】
[0037] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を備えることができる。一般に、少なくともイルミネータの瞳面における強度分布の外側および／または内側半径範囲（通常それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）は、調整することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなど他の様々なコンポーネント（図１Ｂ）を備えることができる。イルミネータＩＬを使用して放射ビームＢを調整し、その断面内に所望の均一性および強度分布を得ることができる。
【００２３】
[0038] 図１Ａを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ上に保持されているパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスＭＡによってパターニングされる。リソグラフィ装置１００では、放射ビームＢは、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射された後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳは、放射ビームＢを基板Ｗのターゲット部分Ｃの上に集束する。第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ２（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または容量センサ）の補助により、基板テーブルＷＴを正確に動かして、例えば放射ビームＢの経路内の別々のターゲット部分Ｃを位置決めすることができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサＩＦ１を使用して、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めすることができる。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡと基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。
【００２４】
[0039] 図１Ｂを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブルMT）上に保持されたパターニングデバイス（例えばマスクMA）に入射し、このパターニングデバイスよってパターニングされる。マスクＭＡを横切ってから、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃの上に集束する。第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または容量センサ）の補助により、基板テーブルＷＴを正確に動かして、例えば放射ビームＢの経路内の別々のターゲット部分Ｃを位置決めすることができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１Ｂには明示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリからの機械的検索の後またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。
【００２５】
[0040] 一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１ポジショナＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）の補助により実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２ポジショナＰＷの一部を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使用して実現することができる。ステッパの場合には（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータだけに接続することができ、あるいは固定することができる。マスクＭＡと基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２、および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して整合させることができる。基板アライメントマークは、図示のように専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分間の空間に配置することもできる（スクライブラインアライメントマークとして知られている）。同様に、マスクＭＡ上に２つ以上のダイが用意される場合では、マスクアライメントマークはダイ間に配置することができる。
【００２６】
[0041] リソグラフィ装置１００および１００’は、以下のモードのうちの少なくとも１つで使用することができる。
１．工程モードでは、放射ビームＢに付与された全パターンが一度にターゲット部分Ｃの上に投影されている（すなわち単一静的露光）間、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ、および基板テーブルＷＴが実質的に静止状態に維持される。次に、基板テーブルＷＴは、別のターゲット部分Ｃを露光できるようにＸおよび／またはＹの方向に移動される。
２．スキャンモードでは、放射ビームＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃの上に投影されている（すなわち単一動的露光）間、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと基板テーブルＷＴが同期してスキャンされる。サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）および像反転の諸特性によって決定することができる。
３．もう１つのモードでは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴは、プログラマブルパターニングデバイスを保持しながら実質的に静止状態に維持され、放射ビームＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされる。パルス放射源ＳＯを使用することができ、プログラマブルパターニングデバイスが、基板テーブルＷＴの各移動の後に、または一回のスキャン中の連続する放射パルスの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、本明細書で言及されたタイプのプログラマブルミラーアレイなど、プログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
【００２７】
[0042] 説明した使用モードの組合せおよび／または変種、あるいは全く異なる使用モードもまた用いることができる。
【００２８】
[0043] 別の一実施形態では、リソグラフィ装置１００は超紫外線（EUV）源を含み、これは、ＥＵＶリソグラフィ用のＥＵＶ放射ビームを発生するように構成されている。一般に、ＥＵＶ源は放射システム内に構成され、対応する照明システムは、ＥＵＶ源のＥＵＶ放射ビームを調整するように構成される。
【００２９】
[0044] 上述の各使用モードの組合せおよび／または変種、あるいは全く異なる使用モードもまた用いることができる。
【００３０】
[0045] 図２に示されるように、本発明の一実施形態と一致して、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセルまたはクラスタと呼ばれることもあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成し、リソグラフィセルＬＣはまた、基板上で前露光および後露光処理を行う装置も含む。一例では、リソセルまたはクラスタは、レジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像する現像処理装置ＤＥ、冷却プレートＣＨ、およびベークプレートＢＫを含むことができる。基板ハンドラまたはロボットＲＯが入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を持ち上げ、それを別々の処理装置の間で移動させ、次に、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに供給する。一括してトラックと呼ばれることが多いこれらのデバイスは、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、トラック制御ユニットＴＣＵ自体は、リソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置もまた制御する監視制御システムＳＣＳによって制御される。したがって、別々のこれらの装置をスループットおよび加工効率を最大にするように動作させることができる。
【００３１】
[0046] 光リソグラフィは、半導体産業の解像度向上およびより厳しいオーバレイ要件の難題に、段階的に光学開口数を増大させ、照明波長を短縮し、低いｋファクタ加工を支えることによって応じてきた。この傾向は、ＥＵＶリソグラフィツールでは１３ｎｍまで短縮された波長、また水性液浸リソグラフィツールでは１．３５まで増大された開口数によって継続した。
【００３２】
[0047] 現在、水性で１９３ｎｍの液浸ツールでは、４０ｎｍ（半ピッチ）未満の解像度で印刷することが６ｎｍ未満のオーバレイ精度で可能である。次のリソグラフィノードのために、水性液浸リソグラフィがダブルパターニング技法と共に使用され、これにより３２ｎｍノードより下に押さえ込まれる。露光ツールの重要な課題は、プロセスウィンドウを小さくすることに対処しながら、ダブルパターニングで必要とされる規定を厳しくすることである。規定要件にはスループット向上、より厳格なオーバレイ、およびより厳格なクリティカルディメンション制御が含まれる。
【００３３】
[0048] 光リソグラフィは、過去３０年間の半導体デバイス製造の主要な支えであった。これは、光学システムの開口数を段階的に増大させること、および段階的により短い露光照明波長を使用することによって、半導体産業のロードマップの厳格な解像度要件に追いついてきた。
【００３４】
[0049] ときどきの障害は、新技術の導入によって回避されてきた。この一例は液浸リソグラフィの導入であり、これは、上述のように光学システムの開口数が１．０の限界を超えるまで増大することを可能にした。液浸流体として水をレンズとウェハの間に用いることにより、光学システムの開口数を１．３５まで増大させることができた。これが、結像層スタックの屈折率によって課される新たな限界になった。最大開口数は、層スタックの最小屈折率と最大光線角度のサインとの積までに限定される。水性液浸では、薄膜スタックの各限界屈折率は、１．４４の水の限界屈折率、および１．５６のレンズの最終素子ガラスの限界屈折率になる。これにより、１．３５すなわち０．９４×１．４４の最大開口数が得られる。ここで０．９４は最大実結像光線角度（７０度）のサインである。層スタックの最小屈折率を増大させるために液浸流体および最終レンズ素子ガラスを変更することは、大きな技術的難題であり、必要なリソグラフィロードマップの期限内に、また実働ＥＵＶリソグラフィが利用できる前に実現することはできない。液浸光学システムの半ピッチ解像度は次式で与えられる。
【００３５】
【数１】
ここでＲｓは半ピッチ解像度、λは照明波長、ＮＡは光学システムの開口数、ｋは照明の構成および部分コヒーレンスに関連するプロセスファクタである。ｋの最小値は０．２５であり、ダイポール照明を使用することに関連している。
【００３６】
[0050] したがって、使用可能な最高光学半ピッチ解像度は、水性液浸で開口数１．３５の場合に、１９３ｎｍの波長の偏光ダイポール照明を使用して３６ｎｍになる。明らかに、３２ｎｍ（半ピッチ）ノードのリソグラフィ以上を取り込む光リソグラフィには、何らかのさらなる革新が必要である。「ダブルパターニング」はこのような工程に相当し、開発途上にある。
【００３７】
[0051] ここで、ダブルパターニングは、３つの主要な加工技術、すなわち、スペーサをベースとするダブルパターニング、リソエッチリソエッチ（LELE）をベースとするダブルパターニング、およびリソプロセスリソエッチ（LPLE）をベースとするダブルパターニングに分類することができる。ＬＰＬＥの一例は、リソフリーズリソエッチ（LFLE）をベースとするダブルパターニングである。開発段階では、これらの方法のすべてで有望な結果が得られている。スペーサ技術は、特にフラッシュメモリ製造に適用可能である。
【００３８】
[0052] 本発明の一実施形態と一致する基本的なスペーサダブルパターニングシーケンスが図３〜６に示されている。図３〜４はスペーサシーケンスでの第１の各工程を示し、これらは、エッチングによって次に犠牲に転写されるレジストパターン（図３に示す）をリソグラフィにより画定する。図３で、パターニングデバイス３１０が、下部反射防止コーティング（barc）層３３０の上のリソグラフィパターン３２０（レジスト）の上方に示されている。以前の工程で（図示せず）、パターン３２０が、レジスト層を露光し現像することによって形成されている。スタックの残りは、犠牲層３４０、ハードマスク層３５０、電気層３６０、および酸化物層３７０を含む。一実施形態では、犠牲層３４０は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓからのアドバンスドパターニングフィルム（APF）を含む。
【００３９】
[0053] 本発明の一実施形態と一致して、図４は、エッチングによって犠牲層３４０に転写された図３からのリソグラフィパターン３２０（図４には示されていない）を示す。
【００４０】
[0054] 本発明の一実施形態と一致して、図５はスペーサ形成層３８０を示し、これは、エッチングされたハードマスクパターン３５０の上に共形に堆積され、次に、最初にリソグラフィにより画定された犠牲パターンのすべての縁部に追従するスペーサパターンを残すように異方性でエッチバックされる。次に、最初の犠牲パターン３４０は、高解像度スペーサパターンを残すようにエッチング除去される（図６参照）。
【００４１】
[0055] 次に、このスペーサパターンは、スペーサパターニングの望ましくない部分をエッチング除去し削除するために第２のリソグラフィ段階にかけられ、それによって、必要な高解像度の最終パターン（図示せず）が残る。次に、最終の画定された高解像度スペーサパターンは、ハードマスク層にエッチング転写され、このハードマスク層は、下にあるポリシリコン層（図示せず）のエッチングを画定するために使用される。結果として得られた典型的なポリシリコンの走査電子顕微鏡（SEM）断面が図７に示されている。
【００４２】
[0056] このスペーサ技術は、線幅の高解像度が光学像によってではなく堆積される層の厚さの制御によって実現されるので普及した。これにより、露光ツールに対して解像度およびオーバレイの要件を増大させることが回避される。露光ツールに対する主要な要件は、解像度またはオーバレイではなく、クリティカルディメンション均一性およびクリティカルディメンション制御になる。クリティカルディメンションの制御は、画定されたスペーサ線幅の間の間隙の幅に影響を及ぼす。リソグラフィツールによって画定された犠牲パターンのクリティカル線幅ディメンションが適正ではない場合には、測定されたスペース幅に双峰分布が生じる。
【００４３】
[0057] 本発明の一実施形態と一致する、基本的なリソエッチリソエッチ（LELE）プロセスシーケンスが図８〜１１に示されている。ＬＥＬＥでは、リソグラフィにより画定された２つのパターンが、間隙をおいて２つの加工シーケンスで露光される。図８に、パターニングデバイス８１０がスタックの上に示されている。スタックの上部には、第１リソグラフィパターン８２０（レジスト）がｂａｒｃ層８３０の上部にある。スタックの残りは、ハードマスク層８４０、ポリシリコン層８５０、および最後の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層８６０を含む。
【００４４】
[0058] 本発明の一実施形態と一致して、図８〜９は、第１リソグラフィパターン８２０のレジストへの印刷と、次に、エッチングによるハードマスク層８４０への転写とを示す。１：１線スペース形のパターンが１：３線／スペース比まで過度に露出され、これにより、最適プロセス制御が得られるとともに第２リソグラフィパターンの挿入を可能にするスペースが開かれる。
【００４５】
[0059] 本発明の一実施形態と一致して、図１０は、第２間隙パターン８７０の結像と、別のｂａｒｃ層８９０の上にあるレジスト８８０におけるその画定部とを示す。このパターンもまた、１：３線／スペース比が得られるように過度に露光される。次に、第２リソパターンが現像されて、レジスト／ｂａｒｃパターン１１００が画定される。最後に、ハードマスク層内に画定された第１パターン８４０と、レジスト層内に画定された第２パターン１１００との両方が、エッチングによってポリシリコンデバイス層（図示せず）に転写される。
【００４６】
[0060] 図１２のＳＥＭ断面は、ポリシリコン内に画定された典型的な線断面を示す。各線間の高さの相違は、ハードマスクのエッチング特性、およびレジスト像画定パターン（第１パターンから除去されないハードマスク）の相違による。
【００４７】
[0061] この技術では、露光ツールに対する厳格な要件は、オーバレイとクリティカルディメンション均一性との両方になる。図８〜１１に示された「ポジティブ」ＬＥＬＥプロセスフローを用いると、オーバレイ制御は、線間のスペーシングのディメンション均一性を規定するが、このディメンション均一性は、ゲート構造を画定するために使用される線の実際の幅ほどにはデバイス加工に重要ではないことがある。最終のポリシリコン線幅のクリティカルディメンション制御は最も重要な要件であり、これは露光ツールによって規定される。第１パターンと第２パターンのクリティカルディメンションが一致しない場合には、双峰線幅分布を観察することがありうる。
【００４８】
[0062] 最新で最も刺激的な開発はＬＰＬＥ法である。一例はフリーズ法（リソフリーズリソエッチ、ＬＦＬＥとしても知られる）である。ＬＰＬＥ法では、ＬＥＬＥシーケンスでの加工工程の数が低減する。ＬＥＬＥプロセスでの第１のエッチングは不要である。このことは、潜在的なコスト節約と歩留まりの改善を意味する。ＬＦＬＥシーケンスは図１３〜１６に示されている。
【００４９】
[0063] 本発明の一実施形態と一致して、図１３は、ＬＥＬＥ法と類似の第１リソグラフィパターンの画定部を示す。図１３は、すでに露光され現像された第１リソグラフィパターン（レジストでできている）１３２０の上方にパターニングデバイス１３１０を示す。レジスト１３２０はｂａｒｃ層１３３０の上部にあり、このｂａｒｃ層はポリシリコン層１３４０の上部にある。スタックの下部にＳｉＯ２層１３５０がある。
【００５０】
[0064] 次の工程で、本発明の一実施形態と一致して、図１４に示されるように、パターン１３２０をハードマスクにエッチングする代わりに、レジストパターニングが所定の位置に凍結され、その結果、溶解されて消えることなく、レジスト内の第２パターンの画定のための次のレジスト被覆によって、レジストパターニングを上塗りすることができるようになる。凍結レジストパターンは１３２０’と示されている。レジストパターンを凍結することは、いくつかの方法で実現することができ、これらには、イオン注入、ＤＵＶ露光硬化、化学硬化などが含まれる。化学硬化が最も経済的で簡便であると見込まれる。
【００５１】
[0065] 図１５で、本発明の一実施形態と一致して、このプロセスではレジスト上塗り１３６０を継続する。本発明の一実施形態と一致して、図１６は、レジスト内の第２パターン１３７０の画定部を示す。第１像１３２０’も第２像１３７０もレジスト内に画定されており、ポリシリコン１３４０へのエッチング転写の用意ができている。本発明の一実施形態による、結果として得られたポリシリコン内のＳＥＭ断面が図１７に示されている。
【００５２】
[0066] ＬＦＬＥ法では、露光ツールに関し、ＬＥＬＥ法と同じ難題が提示される。パターニング光がスペースを露光する「ポジティブ」シーケンスを用いると、結像によるオーバレイエラーが、線間のスペースの幅のばらつきとして現れる。オーバレイ制御がよくないと、スペースの幅に双峰分布がもたらされる。それぞれ別々の露光工程のクリティカルディメンション（CD）制御および均一性もまた、線幅変化の双峰分布の一因となる。強調されるすべてのダブルパターニングシーケンスでは、露光ツールの難題は、高い生産性を伴う、厳格なクリティカルディメンションおよびオーバレイの仕様になってきている。
【００５３】
[0067] ダブルパターニング技術に関わる１つの主要な障害は、第１リソグラフィパターンを第２リソグラフィパターンに正確に位置合わせすることである。一実施形態では、常にそうであるとは限らないが、第１パターンが間隙をおいて第２パターンに位置合わせされる。これらの問題を示すために、一例としてＬＦＬＥ法を以下でより詳細に説明する。図１４〜１６に戻って参照すると、第２リソグラフィパターン１３７０に対応するために、第１リソグラフィパターン１３２０’は、第２放射感応層（レジスト層）１３６０で被覆される。例えば、第１放射感応層１３２０内に画定されたアライメントマークは、第２放射感応層１３６０で上塗りされた場合には、それらが同様の光学特性を有するのでコントラスト的に消される。したがって、レジスト内のアライメントマークは、アライメントシステムで見ることができない。
【００５４】
[0068] 図１８で、矢印１８１０は、第２レジスト層１３６０に入射するアライメントシステム照明ビームを表す。破線の矢印１８２０は、埋込みアライメントキーからの非常に弱い散乱信号を表す。このために通常は、第１パターンとそれに続く第２パターンの両方の位置合わせ用に、前の加工レベル（すなわちアライメントキースタック内の下位）で画定されるアライメントマークを使用せざるを得なくなる。したがって、これら２つのパターンは互いに直接位置合わせされるのではなく、代用物によって別個に位置合わせされる。こうすると、これらパターン間の位置合わせ精度が効果的に低下する。このことは、すでに重大な問題であるが、線スペーシング幅が縮小し続けるにつれてより大きな問題となる。
【００５５】
[0069] 本発明の一実施形態と一致して、上記の問題に対する１つの解決法は、アライメントマークがレジストで上塗りされる場合に、ダブルパターニング法（例えばLFLE）の第１パターン内にパターニングされたアライメントマーク（例えば回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターン）の画定部を強調する手段を実現することである。この目的のために、ダブルパターニング法の各工程で、第１レジスト層が露光され現像される前や、それと一緒に、またはその後に色素化合物を付加することができる。例えば、レジスト層の化学線反応性（actinic performance）、あるいはＬＦＬＥの場合では像を凍結するその能力を容易に感知できるほどには妨げない色素化合物を使用することができる。
【００５６】
[0070] 一実施形態では、この色素化合物は、以下で詳細に説明するように、感光化合物またはフォトクロミック材料である。一実施形態では、色素化合物は、所望の波長帯域で実質的に吸収性、または実質的に反射性とすることができる。別の実施形態では、色素化合物は、所望の波長帯域で蛍光性または発光性とすることができる。この波長帯域は、アライメントシステム照明ビームの波長を含むことができる。これらの実施形態すべてで、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または位置合わせに使用されるパターニングが形成される。この回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、またはパターンは、アライメントシステムによって検出可能である。
【００５７】
[0071] 本発明の一実施形態と一致して、図１９で矢印１９１０は、第２レジスト層１３６０に入射するアライメントシステム照明ビームを表す。図示のこの実施形態で、第１パターン１３２０’は、色素化合物によって増強されている。矢印１９２０は、埋込みアライメントキーからの強い信号（例えば回折次数）を表し、この信号は、第１パターンが第２レジスト層１３６０で上塗りされていてもここでは目に見える。図示のように、色素化合物は、第１リソグラフィパターン１３２０’に塗布される。別の実施形態では、適切な色素化合物を第２放射感応層１３６０に塗布することができる。しかし、これらの実施形態のどれでも、色素化合物は、第１のリソグラフィパターンと、それを覆う第２レジスト層との間に光学コントラストを与える。このコントラストにより、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の、ダブルパターニング法の第１パターニングプロセスで使用されるアライメントマークのパターンの形状に応じたパターンが形成される。
【００５８】
[0072] 一実施形態では、色素化合物は、第１レジスト層（または第１リソグラフィパターン）に付加される。この色素化合物と第１レジスト層（または第１リソグラフィパターン）が協働して、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。別の実施形態では、色素化合物は、（第１レジスト層または第１リソグラフィパターンに付加される代わりに）第１パターンを覆っている第２レジスト層に付加される。この実施形態では、（第１パターンを上塗りする）第２レジスト層とその中の色素化合物が協働して、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。これらの実施形態のどれでも、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンは、色素化合物がない領域に色素化合物を散在させることにより現れる。一実施形態では、色素化合物は、光活性感光化合物またはフォトクロミック材料である。
【００５９】
[0073] 色素は、アライメントシステム波長と整合するように選択することができる。これらの色素は、１つのダブルパターニングプロセスで第１レジスト層に付加することができ、あるいは現像されたリソグラフィパターンに塗布することができる。別の実施形態では、色素は、第２レジストの上塗り層に付加することができる。ＬＦＬＥでの使用では、凍結材料は色素で増強することができ、その結果、この材料は、同時に第１リソグラフィパターンを凍結し光学コントラストを与えて、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または位置合わせ用の他のパターンを設定し、それによって第１パターン自体がアライメントマーカになる。このようにして、１つのダブルパターニングプロセス内の第２パターンは、代用のアライメントマーカを使用することに頼らなくても、第１リソグラフィパターンに直接位置合わせすることができ、それによって、ダブルパターニング法などのリソグラフィパターニング法における位置合わせ精度が大きく改善される。
【００６０】
[0074] 現在使用中の例示的アライメントシステム波長は、５３２ｎｍ，６３５ｎｍ，７８０ｎｍおよび８５０ｎｍであるが、リソグラフィシステムで使用される特定の種類の光または放射の波長に応じて、他の波長もまた可能である。色素は、それが化学線波長においてはレジストの性能に影響しないままで、位置合わせ波長においてレジストの透過性だけに影響を及ぼすように選択することができる。
【００６１】
[0075] 図２０は、着色色素で増強されたフォトレジストの例示的な透過スペクトルを示す。スペクトルは、各色素が特定の波長帯域（アライメント波長に対応するように選択することができる）において実質的に吸収性であることを示すが、これらの色素は、典型的な化学線波長では実質的に透過性である。図２０で、２０１０はシアンフォトレジストのスペクトル、２０２０はマゼンタフォトレジストのスペクトル、２０３０は黄フォトレジストのスペクトルである。
【００６２】
[0076] 例示的な色素はメロシアニン５４０であり、これは５４０ｎｍおよびその近辺で多く吸収する。メロシアニン５４０のモル吸光係数スペクトルが図２１に示されている。メロシアニン５４０の化学構造を以下に示す。
【００６３】
【化１】
【００６４】
[0077] 第２の例示的な色素はチアトリカルボシアニン（Ｃ７としても知られる）色素であり、これは７８０ｎｍおよびその近辺で多く吸収する。Ｃ７のモル吸光係数スペクトルが図２２に示されている。Ｃ７の化学構造を以下に示す。
【００６５】
【化２】
【００６６】
[0078] これら両色素は、典型的な化学線波長（例えば２２０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内）において透過性である。典型的なアライメント波長において吸収、蛍光発光、または発光する特性を有する他の色素も入手可能である。例示的な色素製造業者は、フロリダ州ＪｕｐｉｔｅｒのＨ．Ｗ． Ｓａｎｄｓ Ｃｏｒｐである。例えば、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、および４３５ｎｍにおいて化学線露光を支持し、同時に、典型的なアライメントシステム波長において実質的に吸収性である他の色素も入手可能である。
【００６７】
[0079] 本発明の一実施形態では、色素化合物は感光化合物を含む。本発明の別の実施形態では、色素化合物はフォトクロミック材料を含む。本発明と一致するフォトクロミック材料の例には、スピロピラン、アゾベンゼン、フォトクロミックキノン、無機フォトクロミック材料、または金属イオンに付着した有機発色団のフォトクロミック複合物がある。
【００６８】
[0080] 図２３は、本発明の一実施形態と一致する、半導体デバイスをリソグラフィにより製造する方法２３００の一実施形態を示す。ブロック２３１０で、基板を第１放射感応層（例えばレジスト）で被覆する。ブロック２３２０で、第１放射感応層に色素化合物を付加する。一実施形態では、ブロック２３２０（色素化合物を付加）がブロック２３１０（基板を被覆）の前に行われる。別の実施形態では、ブロック２３１０（基板を被覆）がブロック２３２０（色素化合物を付加）の前に行われる。ブロック２３３０で、第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する。一実施形態では、ブロック２３３０で、リソグラフィ装置からの放射ビームを使用する。一実施形態では、ブロック２３３０（露光および現像）はブロック２３２０（色素化合物を付加）の前に行われる。すなわち第１リソグラフィパターンに色素化合物を付加する。ブロック２３４０で、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する。ブロック２３５０で、第１リソグラフィパターンの位置を検出する。一実施形態では、この検出をアライメントシステムビームによって実施する。ブロック２３６０で、基板を検出された第１リソグラフィパターンの位置に位置合わせする。ブロック２３７０で、第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する。一実施形態では、ブロック２３７０で、リソグラフィ装置からの放射ビームを使用する。第２放射感応層を露光する前に基板を第１パターンに位置合わせするので、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンに位置合わせする。一実施形態では、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンに間隙をおいて位置合わせする。
【００６９】
[0081] 方法２３００の一実施形態では、色素化合物と第１リソグラフィパターンは、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。方法２３００の一実施形態はさらに、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程２３４０の前に、第１リソグラフィパターンを加工する任意選択の（図示せず）工程を含む。一実施形態では、この任意選択の加工工程は、第１リソグラフィパターンを凍結することを含む。この実施形態では、凍結材料を第１リソグラフィパターンに塗布する前に、まず凍結材料に色素化合物を付加することによってブロック２３２０（色素化合物を付加）を実施することができる。このようにして、凍結材料を付加することで、パターンを凍結するだけでなく、色素化合物の導入もする。
【００７０】
[0082] 方法２３００の一実施形態では、色素化合物は、アライメントシステム波長に対応できる所望の波長帯域において、蛍光性または発光性である。別の実施形態では、色素化合物は、アライメントシステム波長に対応できる所望の波長帯域において、実質的に吸収性または実質的に反射性である。一実施形態では、色素化合物は感光性化合物を含む。別の実施形態では、色素化合物はフォトクロミック材料を含む。本発明と一致するフォトクロミック材料の例には、スピロピラン、アゾベンゼン、フォトクロミックキノン、無機フォトクロミック材料、または金属イオンに付着した有機発色団のフォトクロミック複合物がある。
【００７１】
[0083] 図２４は、本発明の一実施形態と一致する、半導体デバイスをリソグラフィにより製造する代替方法２４００を示す。方法２３００と２４００の主要な相違は、方法２４００では、色素化合物が第１層とは対照的に、第２放射感応層に付加されることである。したがって、従来のダブルパターニング法で使用される最初の各プロセス工程は、色素化合物がシーケンスのもっと後ろで付加されるので、変更されないままである。
【００７２】
[0084] ブロック２４１０で、基板を第１放射感応層（例えばレジスト）で被覆する。ブロック２４２０で、第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する。一実施形態では、ブロック２４２０で、リソグラフィ装置からの放射ビームを使用する。ブロック２４３０で、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する。ブロック２４４０で、第２放射感応層に色素化合物を付加する。ブロック２４５０で、第１リソグラフィパターンの位置を検出する。一実施形態では、この検出は、アライメントシステムビームによって実施する。ブロック２４６０で、基板を検出された第１リソグラフィパターンの位置に位置合わせする。ブロック２４７０で、第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する。一実施形態では、ブロック２４７０で、リソグラフィ装置からの放射ビームを使用する。第２放射感応層を露光する前に基板を第１パターンに位置合わせするので、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンに位置合わせする。一実施形態では、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンに間隙をおいて位置合わせする。
【００７３】
[0085] 方法２４００の一実施形態では、色素化合物と第２リソグラフィパターンは、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。方法２４００の一実施形態はさらに、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程２４３０の前に、第１リソグラフィパターンを加工（例えば凍結）する任意選択の工程（図示せず）を含む。
【００７４】
[0086] 方法２４００の一実施形態では、色素化合物は、アライメントシステム波長に対応できる所望の波長帯域において、蛍光性または発光性である。別の実施形態では、色素化合物は、アライメントシステム波長に対応できる所望の波長帯域において、実質的に吸収性または実質的に反射性である。一実施形態では、色素化合物は感光性化合物を含む。別の実施形態では、色素化合物はフォトクロミック材料を含む。本発明と一致するフォトクロミック材料の例には、スピロピラン、アゾベンゼン、フォトクロミックキノン、無機フォトクロミック材料、または金属イオンに付着した有機発色団のフォトクロミック複合物がある。
【００７５】
[0087] 本発明の一実施形態と一致する、半導体デバイスをリソグラフィにより製造するシステム２５００が図２５に示されている。システム２５００は、照明源２５１０およびアライメントシステム２５２０を含む。照明源２５１０は、ダブルパターニングプロセスにおいてアライメントマークを読み取るための特定の波長のアライメントビームを供給する。アライメントシステム２５２０は、基板上に被覆された第１放射感応層の１つ、または第１リソグラフィパターン上に被覆された第２放射感応層において色素化合物を検出するように構成される。この色素化合物は、第１リソグラフィパターン内に形成されたアライメントマークに基づいてダブルパターニングプロセスの２つのパターニング工程を位置合わせするときに、第１リソグラフィパターンと第２放射感応層の間に所望のコントラストを与える。一実施形態では、２つのパターニング工程は、間隙をおいて位置合わせされる。
【００７６】
[0088] 色素化合物は任意のダブルパターニング法、例えばスペーサ法、ＬＥＬＥ法、ＬＰＬＥ法、またはＬＦＬＥダブルパターニング法で使用できることを理解されたい。図８〜１１、および図１３〜１６に戻って参照すると、ＬＥＬＥもＬＦＬＥも、第２放射感応層（例えばレジスト）で引き続き上に被覆される第１リソグラフィパターンを含む。いくつかの実施形態では、第１リソグラフィパターンは、第１パターンを生成した加工工程中に作製されるアライメントマークを有することができる。色素化合物を第１リソグラフィパターンに（それが現像され露光される前または後、かつ基板が被覆される前または後で）付加すると、あるいは第２放射感応層に付加すると光学コントラストが得られ、その結果、色素化合物は、第１リソグラフィパターンまたは第２リソグラフィ層と協働して、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成するようになる。したがって、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンに対して非常に正確に直接位置合わせすることができる。いくつかの実施形態では、第２リソグラフィパターンは、間隙をおいて第１リソグラフィパターンに位置合わせされる。
【００７７】
[0089] これまで、第１パターンは、前に加工された層内のアライメントマーカを使用して位置合わせされ、それによって、付随するエラーが生じた。その場合、第２パターンは、このアライメントマーカに対して別個に位置合わせされ、それによって、付随するエラーがもう一度生じた。最悪のシナリオでは、これらのエラーが大きく、また同じ方向にあり、それによって、実現できる光学解像度は限定される。第２パターンを、第１パターンと一緒に画定されたアライメントマークに対して直接位置合わせすると、エラーの原因が１つなくなる。
【００７８】
[0090] 本明細書では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的に言及することができるが、本明細書に記載のリソグラフィ装置には、集積光学システムの製造、磁気ドメインメモリ用のガイダンスパターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（LCD）、薄膜磁気ヘッドなど、他の応用分野がありうることを理解されたい。当業者であれば、このような他の応用分野において、本明細書では「ウェハ」または「ダイ」という用語はどれも、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語と同義とみなせることを理解されよう。本明細書でいう基板は、露光の前または後に、例えばトラック（一般にレジスト層を基板に付け、露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツール、および／またはインスペクションツールで加工することができる。妥当な場合には、本明細書の開示は、このような、また他の基板加工ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを作製するために２回以上加工されることがあり、そのため本明細書で使用される基板という用語はまた、加工された複数の層をすでに含む基板を指すこともある。
【００７９】
[0091] 本明細書で使用する「放射」および「ビーム」という用語は、紫外線（UV）放射（例えば３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長、あるいはそれに近い波長を有する）、および超紫外線（EUV）放射（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むすべての種類の電磁放射、ならびにイオンビームまたは電子ビームなどの粒子ビームを包含する。
【００８０】
[0092] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折式、反射式、磁気式、電磁気式、および静電気式の光学コンポーネントを含む様々な種類の光学コンポーネントのいずれか１つ、またはいずれかの組合せを指すことがある。
【００８１】
[0093] 本明細書では、「色素化合物」という用語は広く解釈されたい。「色素化合物」は任意の感光性化合物、または任意のフォトクロミック材料とすることができる。「色素化合物」はまた、放射感応性材料の第１層内に形成されたパターンまたはアライメントマーカが、着色されていない第１層と類似の光学特性を有する放射感応性材料の第２層によってそれが上塗りされている場合でも検出可能であるように、関連する光学特性（例えば、それだけには限らないが、吸収性、反射性、蛍光性、および／または発光性）を変更できる任意の化合物とすることができる。
【００８２】
[0094] 上記の説明は例示的なものであり、限定的なものではない。したがって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、説明した本発明に改変を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本発明は、一般にはリソグラフィに関し、より詳細にはダブルパターニング法などのリソグラフィパターニング法においてアライメントターゲットを改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の上に、通常は基板のターゲット部分の上に付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（IC）の製造の際に使用することができる。その場合、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層の上に形成されるべき回路パターンを生成することができる。このパターンは、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、１つまたは複数のダイの部分を含む）の上に転写することができる。パターンの転写は通常、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層の上への結像による。一般に、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣り合うターゲット部分からなるネットワークを含む。既知のリソグラフィ装置は、全パターンをターゲット部分の上に一度に露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、パターンを所与の方向（「スキャン」方向、また「y方向」とも呼ばれる）に放射ビームによってスキャンすると同時に、この方向に対し平行または逆平行に基板をスキャンすることによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板上にインプリントすることによって、パターンをパターニングデバイスから基板に転写することもまた可能である。
【０００３】
[0003] 光学リソグラフィの解像度は、ダブルパターニングを使用することによって向上させることができる。ダブルパターニングは一般に、２組のパターンを要する。第２の組は、第１の組に正確に位置合わせされなければならない。場合によって、２つの組のパターンは間隙をおいて位置合わせされる。これら２つの組を位置合わせすることは、特に半導体業界の要求が解像度を向上すること、およびより厳しいオーバレイの要件を提起しているので、重大な難題をもたらす。
【発明の概要】
【０００４】
[0004] 本発明の実施形態は、一般に、ダブルパターニング法などのリソグラフィパターニング法においてアライメントマークのコントラストを改善することに関する。
【０００５】
[0005] 本発明の一実施形態では、リソグラフィを用いて半導体デバイスを製造する方法が提供される。この方法は、基板を第１放射感応層で被覆し、この第１放射感応層に色素化合物を付加する工程を含む。この方法はさらに、第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する工程と、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程と、第１リソグラフィパターンの位置を検出する工程と、基板を第１リソグラフィパターンの検出された位置に位置合わせする工程と、第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する工程とを含む。この方法では、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンの検出された位置に位置合わせする。例示的な一実施形態では、色素化合物と第１リソグラフィパターンは、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。
【０００６】
[0006] 本発明の別の実施形態では、その方法は、基板を第１放射感応層で被覆する工程と、第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する工程と、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程とを含む。この方法はさらに、第２放射感応層に色素化合物を付加する工程と、第１リソグラフィパターンの位置を検出する工程と、基板を第１リソグラフィパターンの検出された位置に位置合わせする工程と、第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する工程とを含む。この方法は、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンの検出された位置に位置合わせする工程を含む。例示的な一実施形態では、色素化合物と第２リソグラフィパターンは、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。
【０００７】
[0007] 本発明はまた、第１放射感応層で被覆された基板と、第１放射感応層内に形成された第１リソグラフィパターンと、第１放射感応層を被覆する第２放射感応層とを含む製造物にも関する。第１リソグラフィパターンまたは第２放射感応層は色素化合物を含む。この色素化合物は、第１リソグラフィパターンまたは第２放射感応層と協働して、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。例示的な一実施形態では、この製造物はさらに第２リソグラフィパターンを含み、これは、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを使用して第１リソグラフィパターンに直接位置合わせされる。
【０００８】
[0008] 本発明はまた、半導体デバイスをリソグラフィにより製造するシステムにも関する。このシステムは、ダブルパターニングプロセスにおいてアライメントマークを読み取るための特定の波長のアライメントビームを供給する照明源を含む。このシステムはまた、ダブルパターニングプロセスにおいて、基板上に被覆された第１放射感応層の１つ、または第１リソグラフィパターン上に被覆された第２放射感応層において色素化合物を検出するアライメントシステムも含む。この色素化合物は、第１リソグラフィパターン内に形成されたアライメントマークに基づいてダブルパターニングプロセスの２つのパターニング工程を位置合わせするときに、第１リソグラフィパターンと第２放射感応層の間に所望のコントラストを与える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
[0009] 上記の概要は、本発明の態様の多くを示しているがすべてではない。本発明の他の態様は、本発明の様々な「実施形態」についての説明を図面の参照と併せ読むことによって、本発明に関係する分野の当業者には明らかになるはずである。以下の実施形態を示すに際しては、本発明を限定としてではなく例として説明する。図で、同じ参照数字は同様の要素を指す。
【００１０】
【図１Ａ】[0010]本発明の一実施形態による、反射型リソグラフィ装置を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による、透過型リソグラフィ装置を示す図である。
【図２】[0011]本発明の一実施形態による、リソグラフィセルを概略的に示す図である。
【図３】[0012]本発明の一実施形態による、スペーサダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、スペーサダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、スペーサダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、スペーサダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図７】[0013]本発明の一実施形態による、スペーサダブルパターニング法により得られたポリシリコンのＳＥＭ断面を概略的に示す図である。
【図８】[0014]本発明の一実施形態による、リソエッチリソエッチ（LELE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による、リソエッチリソエッチ（LELE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、リソエッチリソエッチ（LELE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、リソエッチリソエッチ（LELE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１２】[0015]本発明の一実施形態による、ＬＥＬＥダブルパターニング法により得られたポリシリコンのＳＥＭ断面を概略的に示す図である。
【図１３】[0016]本発明の一実施形態による、リソフリーズリソエッチ（LFLE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態による、リソフリーズリソエッチ（LFLE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、リソフリーズリソエッチ（LFLE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態による、リソフリーズリソエッチ（LFLE）ダブルパターニング法の工程を概略的に示す図である。
【図１７】[0017]本発明の一実施形態による、ＬＦＬＥダブルパターニング法により得られたポリシリコンのＳＥＭ断面を概略的に示す図である。
【図１８】[0018]本発明の一実施形態による、ダブルパターニングスタックに入射するアライメントビームを概略的に示す図である。
【図１９】[0019]本発明の一実施形態による、ダブルパターニングスタックに入射する色素で増強されたアライメントビームを概略的に示す図である。
【図２０】[0020]本発明の一実施形態による、着色色素で増強されたフォトレジストの例示的透過スペクトルを概略的に示す図である。
【図２１】[0021]本発明の一実施形態による、メロシアニン５４０のモル吸光係数スペクトルを概略的に示す図である。
【図２２】[0022]本発明の一実施形態による、チアトリカルボシアニン（Ｃ７）色素のモル吸光係数スペクトルを概略的に示す図である。
【図２３】[0023]本発明による製造方法の一実施形態を概略的に示す流れ図である。
【図２４】[0024]本発明による製造方法の別の実施形態を概略的に示す流れ図である。
【図２５】[0025]本発明の一実施形態による、製造システムを概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0026] 次に本発明を、添付の図面に示されたその好ましいいくつかの実施形態を参照して、詳細に説明する。以下の説明では、本発明の完全な理解が得られるように多数の具体的詳細を示す。しかし、これらの具体的詳細の一部またはすべてがなくても本発明を実施できることは、当業者には明らかであろう。他の事例では、本発明を不必要にわかりにくくしないように、よく知られた方法の工程については詳細に説明していない。
【００１２】
[0027] 同様に、システムの実施形態を示す各図面は、部分図で概略的であり、また原寸に比例して描かれていない。大きさの一部は、提示を見やすくするために誇張してある。
【００１３】
[0028] 図示の装置は、示されている向きとは異なる向きで動作させることができる。さらに、いくつか共通のフィーチャを有する複数の実施形態を開示し説明する場合、それらの図、説明および理解を分かりやすく簡単にするために、互いに類似し同様なフィーチャは通常、同じ参照数字で示される。
【００１４】
[0029] 図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ本発明の実施形態と一致するリソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’を概略的に示す。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’それぞれは、放射ビームＢ（例えばDUVまたはEUV放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク、レチクル、またはダイナミックパターニングデバイス）ＭＡを支持するように構成され、パターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするように構成された第１ポジショナＰＭに接続されているサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、基板（例えばレジスト被覆ウェハ）Ｗを保持するように構成され、基板Ｗを正確に位置決めするように構成された第２ポジショナＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴとを含む。リソグラフィ装置１００および１００’はまた、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分（例えば１つまたは複数のダイを含む）Ｃの上に投影するように構成された投影システムＰＳも含む。リソグラフィ装置１００では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは反射型であり、リソグラフィ装置１００’では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは透過型である。
【００１５】
[0030] 照明システムＩＬは、放射Ｂを導き、成形し、または制御するための屈折式、反射式、磁気式、電磁気式、静電気式など様々なタイプの光学コンポーネント、または他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組合せを含むことができる。
【００１６】
[0031] サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの向き、リソグラフィ装置１００および１００’の設計、および他の条件、例えばパターニングデバイスＭＡが真空環境内で保持されるかどうかなどによって決まる方法で、パターニングデバイスＭＡを保持する。サポート構造ＭＴは、機械式、真空式、静電気式、または他のクランプ技法を使用して、パターニングデバイスＭＡを保持することができる。サポート構造ＭＴは、例えばフレームまたはテーブルとすることができ、これらは必要に応じて固定または可動にすることができる。サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスが例えば投影システムＰＳに対して確実に所望の位置にあるようにすることができる。
【００１７】
[0032] 「パターニングデバイス」ＭＡという用語は、放射ビームＢの断面にパターンを付与するために使用されて、基板Ｗのターゲット部分Ｃ内にパターンを生成することなどができる任意のデバイスを指すものとして広く解釈されるべきである。放射ビームＢに付与されるパターンは、ターゲット部分Ｃ内に作製される集積回路などのデバイス内のある特定の機能層に対応し得る。
【００１８】
[0033] パターニングデバイスＭＡは、（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’のような）透過型でも（図１Ａのリソグラフィ装置１００のような）反射型でもよい。パターニングデバイスＭＡの例には、レチクル、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィでよく知られており、バイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフト、およびハーフトーン型（attenuated）位相シフトなどのマスクタイプ、ならびに様々なハイブリッドマスクタイプを含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、複数の小さな鏡のマトリクス配列を使用し、それぞれの鏡は、入ってくる放射ビームを別々の方向に反射するように個別に傾けることができる。傾けられた鏡は、ミラーマトリクスで反射される放射ビームＢ内にパターンを付与する。
【００１９】
[0034] 「投影システム」ＰＳという用語は、使用される露光放射に対して、あるいは液浸液の使用または真空の使用など他の要因に対して適切な屈折式、反射式、反射屈折式、磁気式、電磁気式および静電気式の光学システム、あるいはこれらの任意の組合せを含むどんなタイプの投影システムも包含することができる。他のガスがあまりに多く放射または電子を吸収しうるので、真空環境がＥＵＶまたは電子ビーム放射に使用されることがある。したがって、真空壁および真空ポンプの補助によりビーム経路全体に真空環境が形成されることがある。
【００２０】
[0035] リソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスクテーブル）ＷＴを有するタイプとすることができる。このような「マルチステージ」機械では、追加の基板テーブルＷＴが並行して使用されることがあり、あるいは、１つまたは複数の基板テーブルＷＴの上で準備工程が実施される一方で、他の１つまたは複数の基板テーブルＷＴが露光のために使用されることもある。
【００２１】
[0036] イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。放射源ＳＯおよびリソグラフィ装置１００、１００’は、例えば放射源ＳＯがエキシマレーザである場合には、別々の構成要素とすることができる。このような場合には、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００または１００’の一部を形成するとみなされず、放射ビームＢは、例えば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤ（図１Ｂ）の補助により、放射源ＳＯからイルミネータＩＬまで進む。他の場合で、例えば放射源ＳＯが水銀ランプのときは、放射源ＳＯは、リソグラフィ装置１００、１００’に一体化した部分とすることができる。放射源ＳＯとイルミネータＩＬは、ビームデリバリシステムＢＤと共に、必要に応じて放射システムと呼ばれることもある。
【００２２】
[0037] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を備えることができる。一般に、少なくともイルミネータの瞳面における強度分布の外側および／または内側半径範囲（通常それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）は、調整することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなど他の様々なコンポーネント（図１Ｂ）を備えることができる。イルミネータＩＬを使用して放射ビームＢを調整し、その断面内に所望の均一性および強度分布を得ることができる。
【００２３】
[0038] 図１Ａを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ上に保持されているパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスＭＡによってパターニングされる。リソグラフィ装置１００では、放射ビームＢは、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射された後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳは、放射ビームＢを基板Ｗのターゲット部分Ｃの上に集束する。第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ２（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または容量センサ）の補助により、基板テーブルＷＴを正確に動かして、例えば放射ビームＢの経路内の別々のターゲット部分Ｃを位置決めすることができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサＩＦ１を使用して、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めすることができる。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡと基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。
【００２４】
[0039] 図１Ｂを参照すると、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブルMT）上に保持されたパターニングデバイス（例えばマスクMA）に入射し、このパターニングデバイスよってパターニングされる。マスクＭＡを横切ってから、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃの上に集束する。第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、または容量センサ）の補助により、基板テーブルＷＴを正確に動かして、例えば放射ビームＢの経路内の別々のターゲット部分Ｃを位置決めすることができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１Ｂには明示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリからの機械的検索の後またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。
【００２５】
[0040] 一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１ポジショナＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）の補助により実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２ポジショナＰＷの一部を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使用して実現することができる。ステッパの場合には（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータだけに接続することができ、あるいは固定することができる。マスクＭＡと基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２、および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して整合させることができる。基板アライメントマークは、図示のように専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分間の空間に配置することもできる（スクライブラインアライメントマークとして知られている）。同様に、マスクＭＡ上に２つ以上のダイが用意される場合では、マスクアライメントマークはダイ間に配置することができる。
【００２６】
[0041] リソグラフィ装置１００および１００’は、以下のモードのうちの少なくとも１つで使用することができる。
１．工程モードでは、放射ビームＢに付与された全パターンが一度にターゲット部分Ｃの上に投影されている（すなわち単一静的露光）間、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ、および基板テーブルＷＴが実質的に静止状態に維持される。次に、基板テーブルＷＴは、別のターゲット部分Ｃを露光できるようにＸおよび／またはＹの方向に移動される。
２．スキャンモードでは、放射ビームＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃの上に投影されている（すなわち単一動的露光）間、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと基板テーブルＷＴが同期してスキャンされる。サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）および像反転の諸特性によって決定することができる。
３．もう１つのモードでは、サポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴは、プログラマブルパターニングデバイスを保持しながら実質的に静止状態に維持され、放射ビームＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされる。パルス放射源ＳＯを使用することができ、プログラマブルパターニングデバイスが、基板テーブルＷＴの各移動の後に、または一回のスキャン中の連続する放射パルスの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、本明細書で言及されたタイプのプログラマブルミラーアレイなど、プログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
【００２７】
[0042] 説明した使用モードの組合せおよび／または変種、あるいは全く異なる使用モードもまた用いることができる。
【００２８】
[0043] 別の一実施形態では、リソグラフィ装置１００は超紫外線（EUV）源を含み、これは、ＥＵＶリソグラフィ用のＥＵＶ放射ビームを発生するように構成されている。一般に、ＥＵＶ源は放射システム内に構成され、対応する照明システムは、ＥＵＶ源のＥＵＶ放射ビームを調整するように構成される。
【００２９】
[0044] 上述の各使用モードの組合せおよび／または変種、あるいは全く異なる使用モードもまた用いることができる。
【００３０】
[0045] 図２に示されるように、本発明の一実施形態と一致して、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセルまたはクラスタと呼ばれることもあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成し、リソグラフィセルＬＣはまた、基板上で前露光および後露光処理を行う装置も含む。一例では、リソセルまたはクラスタは、レジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像する現像処理装置ＤＥ、冷却プレートＣＨ、およびベークプレートＢＫを含むことができる。基板ハンドラまたはロボットＲＯが入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を持ち上げ、それを別々の処理装置の間で移動させ、次に、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに供給する。一括してトラックと呼ばれることが多いこれらのデバイスは、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、トラック制御ユニットＴＣＵ自体は、リソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置もまた制御する監視制御システムＳＣＳによって制御される。したがって、別々のこれらの装置をスループットおよび加工効率を最大にするように動作させることができる。
【００３１】
[0046] 光リソグラフィは、半導体産業の解像度向上およびより厳しいオーバレイ要件の難題に、段階的に光学開口数を増大させ、照明波長を短縮し、低いｋファクタ加工を支えることによって応じてきた。この傾向は、ＥＵＶリソグラフィツールでは１３ｎｍまで短縮された波長、また水性液浸リソグラフィツールでは１．３５まで増大された開口数によって継続した。
【００３２】
[0047] 現在、水性で１９３ｎｍの液浸ツールでは、４０ｎｍ（半ピッチ）未満の解像度で印刷することが６ｎｍ未満のオーバレイ精度で可能である。次のリソグラフィノードのために、水性液浸リソグラフィがダブルパターニング技法と共に使用され、これにより３２ｎｍノードより下に押さえ込まれる。露光ツールの重要な課題は、プロセスウィンドウを小さくすることに対処しながら、ダブルパターニングで必要とされる規定を厳しくすることである。規定要件にはスループット向上、より厳格なオーバレイ、およびより厳格なクリティカルディメンション制御が含まれる。
【００３３】
[0048] 光リソグラフィは、過去３０年間の半導体デバイス製造の主要な支えであった。これは、光学システムの開口数を段階的に増大させること、および段階的により短い露光照明波長を使用することによって、半導体産業のロードマップの厳格な解像度要件に追いついてきた。
【００３４】
[0049] ときどきの障害は、新技術の導入によって回避されてきた。この一例は液浸リソグラフィの導入であり、これは、上述のように光学システムの開口数が１．０の限界を超えるまで増大することを可能にした。液浸流体として水をレンズとウェハの間に用いることにより、光学システムの開口数を１．３５まで増大させることができた。これが、結像層スタックの屈折率によって課される新たな限界になった。最大開口数は、層スタックの最小屈折率と最大光線角度のサインとの積までに限定される。水性液浸では、薄膜スタックの各限界屈折率は、１．４４の水の限界屈折率、および１．５６のレンズの最終素子ガラスの限界屈折率になる。これにより、１．３５すなわち０．９４×１．４４の最大開口数が得られる。ここで０．９４は最大実結像光線角度（７０度）のサインである。層スタックの最小屈折率を増大させるために液浸流体および最終レンズ素子ガラスを変更することは、大きな技術的難題であり、必要なリソグラフィロードマップの期限内に、また実働ＥＵＶリソグラフィが利用できる前に実現することはできない。液浸光学システムの半ピッチ解像度は次式で与えられる。
【００３５】
【数１】
ここでＲｓは半ピッチ解像度、λは照明波長、ＮＡは光学システムの開口数、ｋは照明の構成および部分コヒーレンスに関連するプロセスファクタである。ｋの最小値は０．２５であり、ダイポール照明を使用することに関連している。
【００３６】
[0050] したがって、使用可能な最高光学半ピッチ解像度は、水性液浸で開口数１．３５の場合に、１９３ｎｍの波長の偏光ダイポール照明を使用して３６ｎｍになる。明らかに、３２ｎｍ（半ピッチ）ノードのリソグラフィ以上を取り込む光リソグラフィには、何らかのさらなる革新が必要である。「ダブルパターニング」はこのような工程に相当し、開発途上にある。
【００３７】
[0051] ここで、ダブルパターニングは、３つの主要な加工技術、すなわち、スペーサをベースとするダブルパターニング、リソエッチリソエッチ（LELE）をベースとするダブルパターニング、およびリソプロセスリソエッチ（LPLE）をベースとするダブルパターニングに分類することができる。ＬＰＬＥの一例は、リソフリーズリソエッチ（LFLE）をベースとするダブルパターニングである。開発段階では、これらの方法のすべてで有望な結果が得られている。スペーサ技術は、特にフラッシュメモリ製造に適用可能である。
【００３８】
[0052] 本発明の一実施形態と一致する基本的なスペーサダブルパターニングシーケンスが図３〜６に示されている。図３〜４はスペーサシーケンスでの第１の各工程を示し、これらは、エッチングによって次に犠牲に転写されるレジストパターン（図３に示す）をリソグラフィにより画定する。図３で、パターニングデバイス３１０が、下部反射防止コーティング（barc）層３３０の上のリソグラフィパターン３２０（レジスト）の上方に示されている。以前の工程で（図示せず）、パターン３２０が、レジスト層を露光し現像することによって形成されている。スタックの残りは、犠牲層３４０、ハードマスク層３５０、電気層３６０、および酸化物層３７０を含む。一実施形態では、犠牲層３４０は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓからのアドバンスドパターニングフィルム（APF）を含む。
【００３９】
[0053] 本発明の一実施形態と一致して、図４は、エッチングによって犠牲層３４０に転写された図３からのリソグラフィパターン３２０（図４には示されていない）を示す。
【００４０】
[0054] 本発明の一実施形態と一致して、図５はスペーサ形成層３８０を示し、これは、エッチングされたハードマスクパターン３５０の上に共形に堆積され、次に、最初にリソグラフィにより画定された犠牲パターンのすべての縁部に追従するスペーサパターンを残すように異方性でエッチバックされる。次に、最初の犠牲パターン３４０は、高解像度スペーサパターンを残すようにエッチング除去される（図６参照）。
【００４１】
[0055] 次に、このスペーサパターンは、スペーサパターニングの望ましくない部分をエッチング除去し削除するために第２のリソグラフィ段階にかけられ、それによって、必要な高解像度の最終パターン（図示せず）が残る。次に、最終の画定された高解像度スペーサパターンは、ハードマスク層にエッチング転写され、このハードマスク層は、下にあるポリシリコン層（図示せず）のエッチングを画定するために使用される。結果として得られた典型的なポリシリコンの走査電子顕微鏡（SEM）断面が図７に示されている。
【００４２】
[0056] このスペーサ技術は、線幅の高解像度が光学像によってではなく堆積される層の厚さの制御によって実現されるので普及した。これにより、露光ツールに対して解像度およびオーバレイの要件を増大させることが回避される。露光ツールに対する主要な要件は、解像度またはオーバレイではなく、クリティカルディメンション均一性およびクリティカルディメンション制御になる。クリティカルディメンションの制御は、画定されたスペーサ線幅の間の間隙の幅に影響を及ぼす。リソグラフィツールによって画定された犠牲パターンのクリティカル線幅ディメンションが適正ではない場合には、測定されたスペース幅に双峰分布が生じる。
【００４３】
[0057] 本発明の一実施形態と一致する、基本的なリソエッチリソエッチ（LELE）プロセスシーケンスが図８〜１１に示されている。ＬＥＬＥでは、リソグラフィにより画定された２つのパターンが、間隙をおいて２つの加工シーケンスで露光される。図８に、パターニングデバイス８１０がスタックの上に示されている。スタックの上部には、第１リソグラフィパターン８２０（レジスト）がｂａｒｃ層８３０の上部にある。スタックの残りは、ハードマスク層８４０、ポリシリコン層８５０、および最後の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層８６０を含む。
【００４４】
[0058] 本発明の一実施形態と一致して、図８〜９は、第１リソグラフィパターン８２０のレジストへの印刷と、次に、エッチングによるハードマスク層８４０への転写とを示す。１：１線スペース形のパターンが１：３線／スペース比まで過度に露出され、これにより、最適プロセス制御が得られるとともに第２リソグラフィパターンの挿入を可能にするスペースが開かれる。
【００４５】
[0059] 本発明の一実施形態と一致して、図１０は、第２間隙パターン８７０の結像と、別のｂａｒｃ層８９０の上にあるレジスト８８０におけるその画定部とを示す。このパターンもまた、１：３線／スペース比が得られるように過度に露光される。次に、第２リソパターンが現像されて、レジスト／ｂａｒｃパターン１１００が画定される。最後に、ハードマスク層内に画定された第１パターン８４０と、レジスト層内に画定された第２パターン１１００との両方が、エッチングによってポリシリコンデバイス層（図示せず）に転写される。
【００４６】
[0060] 図１２のＳＥＭ断面は、ポリシリコン内に画定された典型的な線断面を示す。各線間の高さの相違は、ハードマスクのエッチング特性、およびレジスト像画定パターン（第１パターンから除去されないハードマスク）の相違による。
【００４７】
[0061] この技術では、露光ツールに対する厳格な要件は、オーバレイとクリティカルディメンション均一性との両方になる。図８〜１１に示された「ポジティブ」ＬＥＬＥプロセスフローを用いると、オーバレイ制御は、線間のスペーシングのディメンション均一性を規定するが、このディメンション均一性は、ゲート構造を画定するために使用される線の実際の幅ほどにはデバイス加工に重要ではないことがある。最終のポリシリコン線幅のクリティカルディメンション制御は最も重要な要件であり、これは露光ツールによって規定される。第１パターンと第２パターンのクリティカルディメンションが一致しない場合には、双峰線幅分布を観察することがありうる。
【００４８】
[0062] 最新で最も刺激的な開発はＬＰＬＥ法である。一例はフリーズ法（リソフリーズリソエッチ、ＬＦＬＥとしても知られる）である。ＬＰＬＥ法では、ＬＥＬＥシーケンスでの加工工程の数が低減する。ＬＥＬＥプロセスでの第１のエッチングは不要である。このことは、潜在的なコスト節約と歩留まりの改善を意味する。ＬＦＬＥシーケンスは図１３〜１６に示されている。
【００４９】
[0063] 本発明の一実施形態と一致して、図１３は、ＬＥＬＥ法と類似の第１リソグラフィパターンの画定部を示す。図１３は、すでに露光され現像された第１リソグラフィパターン（レジストでできている）１３２０の上方にパターニングデバイス１３１０を示す。レジスト１３２０はｂａｒｃ層１３３０の上部にあり、このｂａｒｃ層はポリシリコン層１３４０の上部にある。スタックの下部にＳｉＯ２層１３５０がある。
【００５０】
[0064] 次の工程で、本発明の一実施形態と一致して、図１４に示されるように、パターン１３２０をハードマスクにエッチングする代わりに、レジストパターニングが所定の位置に凍結され、その結果、溶解されて消えることなく、レジスト内の第２パターンの画定のための次のレジスト被覆によって、レジストパターニングを上塗りすることができるようになる。凍結レジストパターンは１３２０’と示されている。レジストパターンを凍結することは、いくつかの方法で実現することができ、これらには、イオン注入、ＤＵＶ露光硬化、化学硬化などが含まれる。化学硬化が最も経済的で簡便であると見込まれる。
【００５１】
[0065] 図１５で、本発明の一実施形態と一致して、このプロセスではレジスト上塗り１３６０を継続する。本発明の一実施形態と一致して、図１６は、レジスト内の第２パターン１３７０の画定部を示す。第１像１３２０’も第２像１３７０もレジスト内に画定されており、ポリシリコン１３４０へのエッチング転写の用意ができている。本発明の一実施形態による、結果として得られたポリシリコン内のＳＥＭ断面が図１７に示されている。
【００５２】
[0066] ＬＦＬＥ法では、露光ツールに関し、ＬＥＬＥ法と同じ難題が提示される。パターニング光がスペースを露光する「ポジティブ」シーケンスを用いると、結像によるオーバレイエラーが、線間のスペースの幅のばらつきとして現れる。オーバレイ制御がよくないと、スペースの幅に双峰分布がもたらされる。それぞれ別々の露光工程のクリティカルディメンション（CD）制御および均一性もまた、線幅変化の双峰分布の一因となる。強調されるすべてのダブルパターニングシーケンスでは、露光ツールの難題は、高い生産性を伴う、厳格なクリティカルディメンションおよびオーバレイの仕様になってきている。
【００５３】
[0067] ダブルパターニング技術に関わる１つの主要な障害は、第１リソグラフィパターンを第２リソグラフィパターンに正確に位置合わせすることである。一実施形態では、常にそうであるとは限らないが、第１パターンが間隙をおいて第２パターンに位置合わせされる。これらの問題を示すために、一例としてＬＦＬＥ法を以下でより詳細に説明する。図１４〜１６に戻って参照すると、第２リソグラフィパターン１３７０に対応するために、第１リソグラフィパターン１３２０’は、第２放射感応層（レジスト層）１３６０で被覆される。例えば、第１放射感応層１３２０内に画定されたアライメントマークは、第２放射感応層１３６０で上塗りされた場合には、それらが同様の光学特性を有するのでコントラスト的に消される。したがって、レジスト内のアライメントマークは、アライメントシステムで見ることができない。
【００５４】
[0068] 図１８で、矢印１８１０は、第２レジスト層１３６０に入射するアライメントシステム照明ビームを表す。破線の矢印１８２０は、埋込みアライメントキーからの非常に弱い散乱信号を表す。このために通常は、第１パターンとそれに続く第２パターンの両方の位置合わせ用に、前の加工レベル（すなわちアライメントキースタック内の下位）で画定されるアライメントマークを使用せざるを得なくなる。したがって、これら２つのパターンは互いに直接位置合わせされるのではなく、代用物によって別個に位置合わせされる。こうすると、これらパターン間の位置合わせ精度が効果的に低下する。このことは、すでに重大な問題であるが、線スペーシング幅が縮小し続けるにつれてより大きな問題となる。
【００５５】
[0069] 本発明の一実施形態と一致して、上記の問題に対する１つの解決法は、アライメントマークがレジストで上塗りされる場合に、ダブルパターニング法（例えばLFLE）の第１パターン内にパターニングされたアライメントマーク（例えば回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターン）の画定部を強調する手段を実現することである。この目的のために、ダブルパターニング法の各工程で、第１レジスト層が露光され現像される前や、それと一緒に、またはその後に色素化合物を付加することができる。例えば、レジスト層の化学線反応性（actinic performance）、あるいはＬＦＬＥの場合では像を凍結するその能力を容易に感知できるほどには妨げない色素化合物を使用することができる。
【００５６】
[0070] 一実施形態では、この色素化合物は、以下で詳細に説明するように、感光化合物またはフォトクロミック材料である。一実施形態では、色素化合物は、所望の波長帯域で実質的に吸収性、または実質的に反射性とすることができる。別の実施形態では、色素化合物は、所望の波長帯域で蛍光性または発光性とすることができる。この波長帯域は、アライメントシステム照明ビームの波長を含むことができる。これらの実施形態すべてで、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または位置合わせに使用されるパターニングが形成される。この回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、またはパターンは、アライメントシステムによって検出可能である。
【００５７】
[0071] 本発明の一実施形態と一致して、図１９で矢印１９１０は、第２レジスト層１３６０に入射するアライメントシステム照明ビームを表す。図示のこの実施形態で、第１パターン１３２０’は、色素化合物によって増強されている。矢印１９２０は、埋込みアライメントキーからの強い信号（例えば回折次数）を表し、この信号は、第１パターンが第２レジスト層１３６０で上塗りされていてもここでは目に見える。図示のように、色素化合物は、第１リソグラフィパターン１３２０’に塗布される。別の実施形態では、適切な色素化合物を第２放射感応層１３６０に塗布することができる。しかし、これらの実施形態のどれでも、色素化合物は、第１のリソグラフィパターンと、それを覆う第２レジスト層との間に光学コントラストを与える。このコントラストにより、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の、ダブルパターニング法の第１パターニングプロセスで使用されるアライメントマークのパターンの形状に応じたパターンが形成される。
【００５８】
[0072] 一実施形態では、色素化合物は、第１レジスト層（または第１リソグラフィパターン）に付加される。この色素化合物と第１レジスト層（または第１リソグラフィパターン）が協働して、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。別の実施形態では、色素化合物は、（第１レジスト層または第１リソグラフィパターンに付加される代わりに）第１パターンを覆っている第２レジスト層に付加される。この実施形態では、（第１パターンを上塗りする）第２レジスト層とその中の色素化合物が協働して、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。これらの実施形態のどれでも、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンは、色素化合物がない領域に色素化合物を散在させることにより現れる。一実施形態では、色素化合物は、光活性感光化合物またはフォトクロミック材料である。
【００５９】
[0073] 色素は、アライメントシステム波長と整合するように選択することができる。これらの色素は、１つのダブルパターニングプロセスで第１レジスト層に付加することができ、あるいは現像されたリソグラフィパターンに塗布することができる。別の実施形態では、色素は、第２レジストの上塗り層に付加することができる。ＬＦＬＥでの使用では、凍結材料は色素で増強することができ、その結果、この材料は、同時に第１リソグラフィパターンを凍結し光学コントラストを与えて、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または位置合わせ用の他のパターンを設定し、それによって第１パターン自体がアライメントマーカになる。このようにして、１つのダブルパターニングプロセス内の第２パターンは、代用のアライメントマーカを使用することに頼らなくても、第１リソグラフィパターンに直接位置合わせすることができ、それによって、ダブルパターニング法などのリソグラフィパターニング法における位置合わせ精度が大きく改善される。
【００６０】
[0074] 現在使用中の例示的アライメントシステム波長は、５３２ｎｍ，６３５ｎｍ，７８０ｎｍおよび８５０ｎｍであるが、リソグラフィシステムで使用される特定の種類の光または放射の波長に応じて、他の波長もまた可能である。色素は、それが化学線波長においてはレジストの性能に影響しないままで、位置合わせ波長においてレジストの透過性だけに影響を及ぼすように選択することができる。
【００６１】
[0075] 図２０は、着色色素で増強されたフォトレジストの例示的な透過スペクトルを示す。スペクトルは、各色素が特定の波長帯域（アライメント波長に対応するように選択することができる）において実質的に吸収性であることを示すが、これらの色素は、典型的な化学線波長では実質的に透過性である。図２０で、２０１０はシアンフォトレジストのスペクトル、２０２０はマゼンタフォトレジストのスペクトル、２０３０は黄フォトレジストのスペクトルである。
【００６２】
[0076] 例示的な色素はメロシアニン５４０であり、これは５４０ｎｍおよびその近辺で多く吸収する。メロシアニン５４０のモル吸光係数スペクトルが図２１に示されている。メロシアニン５４０の化学構造を以下に示す。
【００６３】
【化１】
【００６４】
[0077] 第２の例示的な色素はチアトリカルボシアニン（Ｃ７としても知られる）色素であり、これは７８０ｎｍおよびその近辺で多く吸収する。Ｃ７のモル吸光係数スペクトルが図２２に示されている。Ｃ７の化学構造を以下に示す。
【００６５】
【化２】
【００６６】
[0078] これら両色素は、典型的な化学線波長（例えば２２０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内）において透過性である。典型的なアライメント波長において吸収、蛍光発光、または発光する特性を有する他の色素も入手可能である。例示的な色素製造業者は、フロリダ州ＪｕｐｉｔｅｒのＨ．Ｗ． Ｓａｎｄｓ Ｃｏｒｐである。例えば、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、および４３５ｎｍにおいて化学線露光を支持し、同時に、典型的なアライメントシステム波長において実質的に吸収性である他の色素も入手可能である。
【００６７】
[0079] 本発明の一実施形態では、色素化合物は感光化合物を含む。本発明の別の実施形態では、色素化合物はフォトクロミック材料を含む。本発明と一致するフォトクロミック材料の例には、スピロピラン、アゾベンゼン、フォトクロミックキノン、無機フォトクロミック材料、または金属イオンに付着した有機発色団のフォトクロミック複合物がある。
【００６８】
[0080] 図２３は、本発明の一実施形態と一致する、半導体デバイスをリソグラフィにより製造する方法２３００の一実施形態を示す。ブロック２３１０で、基板を第１放射感応層（例えばレジスト）で被覆する。ブロック２３２０で、第１放射感応層に色素化合物を付加する。一実施形態では、ブロック２３２０（色素化合物を付加）がブロック２３１０（基板を被覆）の前に行われる。別の実施形態では、ブロック２３１０（基板を被覆）がブロック２３２０（色素化合物を付加）の前に行われる。ブロック２３３０で、第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する。一実施形態では、ブロック２３３０で、リソグラフィ装置からの放射ビームを使用する。一実施形態では、ブロック２３３０（露光および現像）はブロック２３２０（色素化合物を付加）の前に行われる。すなわち第１リソグラフィパターンに色素化合物を付加する。ブロック２３４０で、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する。ブロック２３５０で、第１リソグラフィパターンの位置を検出する。一実施形態では、この検出をアライメントシステムビームによって実施する。ブロック２３６０で、基板を検出された第１リソグラフィパターンの位置に位置合わせする。ブロック２３７０で、第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する。一実施形態では、ブロック２３７０で、リソグラフィ装置からの放射ビームを使用する。第２放射感応層を露光する前に基板を第１パターンに位置合わせするので、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンに位置合わせする。一実施形態では、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンに間隙をおいて位置合わせする。
【００６９】
[0081] 方法２３００の一実施形態では、色素化合物と第１リソグラフィパターンは、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。方法２３００の一実施形態はさらに、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程２３４０の前に、第１リソグラフィパターンを加工する任意選択の（図示せず）工程を含む。一実施形態では、この任意選択の加工工程は、第１リソグラフィパターンを凍結することを含む。この実施形態では、凍結材料を第１リソグラフィパターンに塗布する前に、まず凍結材料に色素化合物を付加することによってブロック２３２０（色素化合物を付加）を実施することができる。このようにして、凍結材料を付加することで、パターンを凍結するだけでなく、色素化合物の導入もする。
【００７０】
[0082] 方法２３００の一実施形態では、色素化合物は、アライメントシステム波長に対応できる所望の波長帯域において、蛍光性または発光性である。別の実施形態では、色素化合物は、アライメントシステム波長に対応できる所望の波長帯域において、実質的に吸収性または実質的に反射性である。一実施形態では、色素化合物は感光性化合物を含む。別の実施形態では、色素化合物はフォトクロミック材料を含む。本発明と一致するフォトクロミック材料の例には、スピロピラン、アゾベンゼン、フォトクロミックキノン、無機フォトクロミック材料、または金属イオンに付着した有機発色団のフォトクロミック複合物がある。
【００７１】
[0083] 図２４は、本発明の一実施形態と一致する、半導体デバイスをリソグラフィにより製造する代替方法２４００を示す。方法２３００と２４００の主要な相違は、方法２４００では、色素化合物が第１層とは対照的に、第２放射感応層に付加されることである。したがって、従来のダブルパターニング法で使用される最初の各プロセス工程は、色素化合物がシーケンスのもっと後ろで付加されるので、変更されないままである。
【００７２】
[0084] ブロック２４１０で、基板を第１放射感応層（例えばレジスト）で被覆する。ブロック２４２０で、第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する。一実施形態では、ブロック２４２０で、リソグラフィ装置からの放射ビームを使用する。ブロック２４３０で、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する。ブロック２４４０で、第２放射感応層に色素化合物を付加する。ブロック２４５０で、第１リソグラフィパターンの位置を検出する。一実施形態では、この検出は、アライメントシステムビームによって実施する。ブロック２４６０で、基板を検出された第１リソグラフィパターンの位置に位置合わせする。ブロック２４７０で、第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する。一実施形態では、ブロック２４７０で、リソグラフィ装置からの放射ビームを使用する。第２放射感応層を露光する前に基板を第１パターンに位置合わせするので、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンに位置合わせする。一実施形態では、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンに間隙をおいて位置合わせする。
【００７３】
[0085] 方法２４００の一実施形態では、色素化合物と第２リソグラフィパターンは、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する。方法２４００の一実施形態はさらに、第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程２４３０の前に、第１リソグラフィパターンを加工（例えば凍結）する任意選択の工程（図示せず）を含む。
【００７４】
[0086] 方法２４００の一実施形態では、色素化合物は、アライメントシステム波長に対応できる所望の波長帯域において、蛍光性または発光性である。別の実施形態では、色素化合物は、アライメントシステム波長に対応できる所望の波長帯域において、実質的に吸収性または実質的に反射性である。一実施形態では、色素化合物は感光性化合物を含む。別の実施形態では、色素化合物はフォトクロミック材料を含む。本発明と一致するフォトクロミック材料の例には、スピロピラン、アゾベンゼン、フォトクロミックキノン、無機フォトクロミック材料、または金属イオンに付着した有機発色団のフォトクロミック複合物がある。
【００７５】
[0087] 本発明の一実施形態と一致する、半導体デバイスをリソグラフィにより製造するシステム２５００が図２５に示されている。システム２５００は、照明源２５１０およびアライメントシステム２５２０を含む。照明源２５１０は、ダブルパターニングプロセスにおいてアライメントマークを読み取るための特定の波長のアライメントビームを供給する。アライメントシステム２５２０は、基板上に被覆された第１放射感応層の１つ、または第１リソグラフィパターン上に被覆された第２放射感応層において色素化合物を検出するように構成される。この色素化合物は、第１リソグラフィパターン内に形成されたアライメントマークに基づいてダブルパターニングプロセスの２つのパターニング工程を位置合わせするときに、第１リソグラフィパターンと第２放射感応層の間に所望のコントラストを与える。一実施形態では、２つのパターニング工程は、間隙をおいて位置合わせされる。
【００７６】
[0088] 色素化合物は任意のダブルパターニング法、例えばスペーサ法、ＬＥＬＥ法、ＬＰＬＥ法、またはＬＦＬＥダブルパターニング法で使用できることを理解されたい。図８〜１１、および図１３〜１６に戻って参照すると、ＬＥＬＥもＬＦＬＥも、第２放射感応層（例えばレジスト）で引き続き上に被覆される第１リソグラフィパターンを含む。いくつかの実施形態では、第１リソグラフィパターンは、第１パターンを生成した加工工程中に作製されるアライメントマークを有することができる。色素化合物を第１リソグラフィパターンに（それが現像され露光される前または後、かつ基板が被覆される前または後で）付加すると、あるいは第２放射感応層に付加すると光学コントラストが得られ、その結果、色素化合物は、第１リソグラフィパターンまたは第２リソグラフィ層と協働して、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成するようになる。したがって、第２リソグラフィパターンを第１リソグラフィパターンに対して非常に正確に直接位置合わせすることができる。いくつかの実施形態では、第２リソグラフィパターンは、間隙をおいて第１リソグラフィパターンに位置合わせされる。
【００７７】
[0089] これまで、第１パターンは、前に加工された層内のアライメントマーカを使用して位置合わせされ、それによって、付随するエラーが生じた。その場合、第２パターンは、このアライメントマーカに対して別個に位置合わせされ、それによって、付随するエラーがもう一度生じた。最悪のシナリオでは、これらのエラーが大きく、また同じ方向にあり、それによって、実現できる光学解像度は限定される。第２パターンを、第１パターンと一緒に画定されたアライメントマークに対して直接位置合わせすると、エラーの原因が１つなくなる。
【００７８】
[0090] 本明細書では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的に言及することができるが、本明細書に記載のリソグラフィ装置には、集積光学システムの製造、磁気ドメインメモリ用のガイダンスパターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（LCD）、薄膜磁気ヘッドなど、他の応用分野がありうることを理解されたい。当業者であれば、このような他の応用分野において、本明細書では「ウェハ」または「ダイ」という用語はどれも、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語と同義とみなせることを理解されよう。本明細書でいう基板は、露光の前または後に、例えばトラック（一般にレジスト層を基板に付け、露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツール、および／またはインスペクションツールで加工することができる。妥当な場合には、本明細書の開示は、このような、また他の基板加工ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを作製するために２回以上加工されることがあり、そのため本明細書で使用される基板という用語はまた、加工された複数の層をすでに含む基板を指すこともある。
【００７９】
[0091] 本明細書で使用する「放射」および「ビーム」という用語は、紫外線（UV）放射（例えば３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長、あるいはそれに近い波長を有する）、および超紫外線（EUV）放射（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むすべての種類の電磁放射、ならびにイオンビームまたは電子ビームなどの粒子ビームを包含する。
【００８０】
[0092] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折式、反射式、磁気式、電磁気式、および静電気式の光学コンポーネントを含む様々な種類の光学コンポーネントのいずれか１つ、またはいずれかの組合せを指すことがある。
【００８１】
[0093] 本明細書では、「色素化合物」という用語は広く解釈されたい。「色素化合物」は任意の感光性化合物、または任意のフォトクロミック材料とすることができる。「色素化合物」はまた、放射感応性材料の第１層内に形成されたパターンまたはアライメントマーカが、着色されていない第１層と類似の光学特性を有する放射感応性材料の第２層によってそれが上塗りされている場合でも検出可能であるように、関連する光学特性（例えば、それだけには限らないが、吸収性、反射性、蛍光性、および／または発光性）を変更できる任意の化合物とすることができる。
【００８２】
[0094] 上記の説明は例示的なものであり、限定的なものではない。したがって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、説明した本発明に改変を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスをリソグラフィにより製造する方法であって、
（a）基板を第１放射感応層で被覆する工程と、
（b）前記第１放射感応層に色素化合物を付加する工程と、
（c）前記第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する工程と、
（d）前記第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程と、
（e）前記第１リソグラフィパターンの位置を検出する工程と、
（f）前記基板を前記第１リソグラフィパターンの前記検出された位置に位置合わせする工程と、
（g）前記第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する工程と、
を含み、
（h）前記第２リソグラフィパターンが前記第１リソグラフィパターンに位置合わせされる、
方法。
【請求項２】
（a）前記第２リソグラフィパターンを前記第１リソグラフィパターンに間隙をおいて位置合わせする工程をさらに含む、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
（a）前記色素化合物と前記第１リソグラフィパターンにより、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する工程をさらに含む、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
色素化合物を付加する工程が、前記基板を被覆する工程の前に行われる、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記色素化合物を付加する工程が、前記基板を被覆する工程の後で、前記第１放射感応層を露光、現像する工程の前に行われる、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記色素化合物を付加する工程が、前記第１放射感応層を露光、現像する工程の後に行われる、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
（a）前記第１リソグラフィパターンを前記第２放射感応層で被覆する工程の前に、前記第１リソグラフィパターンを加工する工程をさらに含む、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記色素化合物が所望の波長帯域において蛍光性または発光性である、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
前記色素化合物が所望の波長帯域において実質的に吸収性、または実質的に反射性である、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
半導体デバイスをリソグラフィにより製造する方法であって、
（a）基板を第１放射感応層で被覆する工程と、
（b）前記第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する工程と、
（c）前記第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程と、
（d）前記第２放射感応層に色素化合物を付加する工程と、
（e）前記第１リソグラフィパターンの位置を検出する工程と、
（f）前記基板を前記第１リソグラフィパターンの前記検出された位置に位置合わせする工程と、
（g）前記第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する工程と、
を含み、
（h）前記第２リソグラフィパターンが前記第１リソグラフィパターンに位置合わせされる、
方法。
【請求項１１】
（a）前記第２リソグラフィパターンを前記第１リソグラフィパターンに間隙をおいて位置合わせする工程をさらに含む、
請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
（a）前記色素化合物と前記第２リソグラフィパターンにより、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する工程をさらに含む、
請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１３】
（a）前記第１リソグラフィパターンを前記第２放射感応層で被覆する工程の前に、前記第１リソグラフィパターンを加工する工程をさらに含む、
請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１４】
半導体デバイスをリソグラフィにより製造するシステムであって、
（a）ダブルパターニングプロセスにおいてアライメントマークを読み取るための特定の波長のアライメントビームを供給する照明源と、
（b）前記ダブルパターニングプロセスにおいて、基板上に被覆された第１放射感応層の１つ、または第１リソグラフィパターン上に被覆された第２放射感応層において色素化合物を検出するように構成されたアライメントシステムと、
を備え、
（c）前記色素化合物が、前記第１リソグラフィパターン内に形成された前記アライメントマークに基づいて前記ダブルパターニングプロセスの２つのパターニング工程を位置合わせするときに、前記第１リソグラフィパターンと前記第２放射感応層の間に所望のコントラストを与える、
システム。
【請求項１５】
前記第２リソグラフィパターンが間隙をおいて前記第１リソグラフィパターンに位置合わせされる、
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１】
半導体デバイスをリソグラフィにより製造する方法であって、
（a）基板を第１放射感応層で被覆する工程と、
（b）前記第１放射感応層に色素化合物を付加する工程と、
（c）前記第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する工程と、
（d）前記第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程と、
（e）前記第１リソグラフィパターンの位置を検出する工程と、
（f）前記基板を前記第１リソグラフィパターンの前記検出された位置に位置合わせする工程と、
（g）前記第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する工程と、
を含み、
（h）前記第２リソグラフィパターンが前記第１リソグラフィパターンに位置合わせされる、
方法。
【請求項２】
（a）前記第２リソグラフィパターンを前記第１リソグラフィパターンに間隙をおいて位置合わせする工程をさらに含む、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
（a）前記色素化合物と前記第１リソグラフィパターンにより、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する工程をさらに含む、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
色素化合物を付加する工程が、前記基板を被覆する工程の前に行われる、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記色素化合物を付加する工程が、前記基板を被覆する工程の後で、前記第１放射感応層を露光、現像する工程の前に行われる、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記色素化合物を付加する工程が、前記第１放射感応層を露光、現像する工程の後に行われる、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
（a）前記第１リソグラフィパターンを前記第２放射感応層で被覆する工程の前に、前記第１リソグラフィパターンを加工する工程をさらに含む、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記色素化合物が所望の波長帯域において蛍光性または発光性である、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
前記色素化合物が所望の波長帯域において実質的に吸収性、または実質的に反射性である、
請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
半導体デバイスをリソグラフィにより製造する方法であって、
（a）基板を第１放射感応層で被覆する工程と、
（b）前記第１放射感応層を露光、現像して第１リソグラフィパターンを形成する工程と、
（c）前記第１リソグラフィパターンを第２放射感応層で被覆する工程と、
（d）前記第２放射感応層に色素化合物を付加する工程と、
（e）前記第１リソグラフィパターンの位置を検出する工程と、
（f）前記基板を前記第１リソグラフィパターンの前記検出された位置に位置合わせする工程と、
（g）前記第２放射感応層を露光、現像して第２リソグラフィパターンを形成する工程と、
を含み、
（h）前記第２リソグラフィパターンが前記第１リソグラフィパターンに位置合わせされる、
方法。
【請求項１１】
（a）前記第２リソグラフィパターンを前記第１リソグラフィパターンに間隙をおいて位置合わせする工程をさらに含む、
請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
（a）前記色素化合物と前記第２リソグラフィパターンにより、回折格子、回折アレイ、アライメントアレイ、または他の位置合わせ用パターンを形成する工程をさらに含む、
請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１３】
（a）前記第１リソグラフィパターンを前記第２放射感応層で被覆する工程の前に、前記第１リソグラフィパターンを加工する工程をさらに含む、
請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１４】
半導体デバイスをリソグラフィにより製造するシステムであって、
（a）ダブルパターニングプロセスにおいてアライメントマークを読み取るための特定の波長のアライメントビームを供給する照明源と、
（b）前記ダブルパターニングプロセスにおいて、基板上に被覆された第１放射感応層の１つ、または第１リソグラフィパターン上に被覆された第２放射感応層において色素化合物を検出するように構成されたアライメントシステムと、
を備え、
（c）前記色素化合物が、前記第１リソグラフィパターン内に形成された前記アライメントマークに基づいて前記ダブルパターニングプロセスの２つのパターニング工程を位置合わせするときに、前記第１リソグラフィパターンと前記第２放射感応層の間に所望のコントラストを与える、
システム。
【請求項１５】
前記第２リソグラフィパターンが間隙をおいて前記第１リソグラフィパターンに位置合わせされる、
請求項１４に記載のシステム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１０−２２６１０５（Ｐ２０１０−２２６１０５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−５９１０１（Ｐ２０１０−５９１０１）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（５０３１９５２６３）エーエスエムエル ホールディング エヌ．ブイ． (232)
【出願人】（５０４１５１８０４）エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． (1,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５９１０１（Ｐ２０１０−５９１０１）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（５０３１９５２６３）エーエスエムエル ホールディング エヌ．ブイ． (232)
【出願人】（５０４１５１８０４）エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． (1,856)
【Ｆターム（参考）】
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