专利名称：抗反射膜和曝光方法
技术领域：
本发明涉及一种在半导体装置的制造过程中用于抗蚀剂膜曝光的抗反射膜，以及使用抗反射膜的曝光方法。
背景技术：
在半导体装置的领域中，随着半导体装置高度集成化的进步，建立允许加工非常微细，例如，65nm或更小的图案的新加工技术已经成为迫切的需要。对于微细图案的加工，光刻技术是必须的。目前，为了确保由于降低的曝光光线(照射光)波长所带来的提高的光学分辨率，光刻技术采用波长为193nm的氩-氟(ArF)准分子激光器作为曝光光源，以便适用于非常微细的加工。
通常使用经涂覆而形成于硅半导体衬底表面上的光敏性抗蚀剂层来构图半导体衬底。然而，在抗蚀剂层与作为抗蚀剂层的衬底的硅半导体衬底之间的界面处，曝光光线(照射光)的反射率高的地方，在抗蚀剂层中显著地引起了驻波。结果是，通过显影而形成图案的抗蚀剂层的侧面表现出与驻波形状相一致的凹凸形状。因此，存在不能在抗蚀剂层上形成好的矩形图案的问题。应该注意在抗蚀剂层上所形成的图案有时被称为抗蚀剂图案。例如，在硅半导体衬底表面上形成折射率为1.70的抗蚀剂层的情况下，使用波长为193nm的曝光光线垂直入射到抗蚀剂层，反射率的值非常高，大约为60％。
为了解决上面所描述的问题，根据常规的使用波长为193nm的曝光光线的光刻技术，在硅半导体衬底和抗蚀剂层之间形成了单层的抗反射膜。例如，在复折射率是由N0(其中N0＝n0-k0i)表示的情况下，如果在硅半导体衬底上形成了具有值为n0＝1.75并且k0＝0.30的厚度为100nm的抗反射膜，并且在该抗反射膜上形成了折射率为1.70的抗蚀剂层，则在曝光光线垂直射入抗蚀剂层的情况下，反射率大大降低达到约2％。
相关技术已有所公开，例如，在日本专利特许公开No.2001-242630(在下文中称为专利文献1)或者Boontarika，Ozawa and Someya，ExtendedAbstracts(The 65th Meeting2004)；The Japan Society of Applied Physics，2p-R-9(在下文中被称为非专利文献1)中。
发明内容
顺便提及，照相技术中的临界分辨率大约等于曝光光线的波长的0.3倍。相应地，在使用波长为193nm的ArF准分子激光器作为曝光光线源的光刻技术中，临界分辨率为约60nm。
这样，取得了更高分辨率的浸液式平版印刷技术正在作为用来在硅半导体衬底上形成细于60nm的图案的技术而被研究。根据浸液式光刻技术，在曝光系统(照射系统)和抗蚀剂层之间填充了折射率高于空气的介质(例如，由水形成的浸渍液)。
由于该曝光是穿过浸渍液进行的，曝光光线的有效波长等于通过用真空中曝光光线的波长除以浸渍液的折射率所得到的值，并且能够取得较高的分辨率性能。例如，在波长为193nm的ArF准分子激光器被用作曝光光线源并且水(其折射率在193nm的波长处为1.44)被用作浸渍液的情况下，该有效波长为约134nm，并且临界分辨率是通过用有效波长乘0.3获得的并且为约40nm。换句话来说，使用水的浸液式光刻可以在硅半导体衬底上形成比约60nm更细的图案。
同时，曝光的焦距公差，即，焦距深度(DOF)，是通过下面的表达式给出的DOF＝nLiq·K2·λ/NA2其中，nLiq是浸渍液的折射率，K2是依赖于该方法的常数，λ是曝光光线(照射光)在真空中的波长，并且，NA是曝光系统(照射系统)的数值孔径。
相应地，在数值孔径NA被固定的情况下，浸液式光刻技术中的焦距公差DOF等于在空气中曝光的常规光刻技术中的nLiq倍。换句话来说，在水被用作浸渍液的浸液式光刻技术中，焦距公差DOF增加到1.44倍。因此，可以建立具有较大利润的大规模生产方法。
然而，上面所描述的这样的浸液式光刻技术具有现有技术中的单层抗反射膜不能有效地起作用的问题。
曝光光线穿透入射介质进入抗蚀剂层并且进一步进入抗反射膜。在曝光光线从入射介质进入抗蚀剂层的时候，入射角由θin表示，入射介质的折射率由nin表示，在曝光光线从抗蚀剂层进入硅半导体衬底或者抗反射膜的时候，入射角由θIF表示，并且形成抗蚀剂层的抗蚀剂材料的折射率由nRes表示，满足下面的表达式NA＝nin·sin(θin)＝nRes·sin(θIF)应该注意，在常规的光刻技术中，由于入射介质是空气，折射率nin是nin＝1，但是在浸液式光刻中，例如，在使用水作为浸渍液的情况下，由于入射介质是水，该折射率nin是nin＝1.44。
根据上面的表达式，可以认识到，在nin被固定的地方，根据浸液式光刻技术的数值孔径NA增加到根据常规的光刻技术(nin＝1.0)的数值孔径的nLiq倍。换句话来说，如果形成抗蚀剂层的抗蚀剂材料的折射率nRes被固定，则sin(θIF)增加。这意味着θIF随着浸液式光刻技术而增加。换句话来说，这被认为，当与常规的光刻技术相比的时候，浸液式光刻技术的曝光光线进入更加倾斜的方向。
另一方面，在使用单层抗反射膜的情况下，当曝光光线垂直进入的时候，反射率能够被充分降低。然而，存在倾斜入射的曝光光线的反射率不能被充分降低的问题。
在硅半导体衬底的表面上形成厚度为100nm的且具有值为n0＝1.75和k0＝0.30的复折射率N0的抗反射膜，并且在该抗反射膜上形成折射率为1.70的抗蚀剂层的情况下，在曝光光线垂直进入(也就是，入射角θIF＝0度)的地方反射率显著地降低到约2％。相应地，在入射角θIF增加到55度的地方，反射率增加到约7％那么多。
同时，由于精细加工的进步，抗蚀剂层与硅半导体层之间的界面处的最大反射率公差逐年下降，并且特别是在这样的应用了浸液式光刻技术的精细技术(fine generation)中，反射率的最大公差低至如在非专利文献1中所公开的0.4％。
特别是，还由于曝光光线更加倾斜地进入，使用于常规的光刻技术中的单层抗反射膜不能充分地降低浸液式光刻技术中的反射率。此外，由于反射率不能被充分地降低，不能在抗蚀剂层上形成好的长方形图案的问题不能解决，因为驻波明显地出现于该抗蚀剂层中。
相应地，本发明希望提供一种抗反射膜以及使用该抗反射膜的曝光方法，其中，该抗反射膜在光刻技术，例如曝光系统(照射系统)具有增加的数值孔径来取得增加的焦距公差的浸液式光刻技术中，即使曝光光线(照射光)倾斜地进入抗蚀剂层，在抗蚀剂层和硅半导体衬底之间的界面处也能够取得充分降低的反射率。
为了实现上面所描述的愿望，根据本发明的第一个实施方案，提供了一种具有两层结构且形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，其用于抗蚀剂层被波长为190nm-195nm且数值孔径等于或小于1.0的曝光系统曝光的时候，这种曝光系统是在半导体装置的制造过程中所使用的。此外，根据本发明的第一个实施方案，提供了一种借助于曝光系统曝光抗蚀剂层的曝光方法和一种具有两层结构的形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，这种曝光系统用于半导体装置制造过程且具有190nm-195nm的波长以及等于或低于1.0的数值孔径。
对根据第一个实施方案的抗反射膜和曝光方法，设计如下，该抗反射膜包括具有等于n1-k1i的复折射率N1以及单位为nm的膜厚度d1的上层，以及具有等于n2-k2i的复折射率N2以及单位为nm的膜厚度d2的下层，该上层和下层设计如下，当选择在下面给出的表中所限定的情况[1-01]至[1-16]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的，并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的。
根据本发明的第二个实施方案，提供了一种具有两层结构且形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，其用于抗蚀剂层被波长为190nm-195nm且数值孔径大于1.0但是等于或小于1.1的曝光系统曝光的时候，这种曝光系统是在半导体装置的制造过程中所使用的。此外，根据本发明的第二个实施方案，提供了一种借助于曝光系统曝光抗蚀剂膜的曝光方法和一种具有两层结构的形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底的表面之间的抗反射膜，这种曝光系统用于半导体装置的制造过程且具有190nm-195nm的波长以及大于1.0但是等于或小于1.1的数值孔径。
对根据第二个实施方案的抗反射膜和曝光方法，设计如下，上层具有等于n1-k1I的复折射率N1以及单位为nm的薄膜厚度d1，且下层具有等于n2-k2I的复折射率N2以及单位为nm的薄膜厚度d2，该上层和下层设计如下，当选择下面所给出的表中所限定的情况[2-01]至[2-16]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2，满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的，并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的。
根据本发明的第三个实施方案，提供了一种具有两层结构且形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，其用于抗蚀剂层被波长为190nm-195nm且数值孔径大于1.1但是等于或小于1.2的曝光系统曝光的时候，这种曝光系统是在半导体装置的制造过程中所使用的。此外，根据本发明的第三个实施方案，提供了一种借助于曝光系统曝光抗蚀剂层的曝光方法和一种具有两层结构的形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底的表面之间的抗反射膜，这种曝光系统用于半导体装置的制造过程且具有190nm-195nm的波长以及大于1.1但是等于或小于1.2的数值孔径。
对根据第三个实施方案的抗反射膜和曝光方法，设计如下，该抗反射膜包括具有等于n1-k1i的复折射率N1和单位为nm的薄膜厚度d1的上层，以及具有等于n2-k2i的复折射率N2和单位为nm的薄膜厚度d2的下层，该上层和下层设计如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[3-01]至[3-14]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的，并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的。
根据本发明的第四个实施方案，提供了一种具有两层结构且形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，其用于抗蚀剂层被波长为190nm-195nm且数值孔径大于1.2但是等于或小于1.3的曝光系统曝光的时候，这种曝光系统是在半导体装置的制造过程中所使用的。此外，根据本发明的第四个实施方案，提供了一种借助于曝光系统曝光抗蚀剂层的曝光方法和一种具有两层结构的形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底的表面之间的抗反射膜，这种曝光系统用于半导体装置的制造过程且具有190nm-195nm的波长以及大于1.2但是等于或小于1.3的数值孔径。
对根据第四个实施方案的抗反射膜和曝光方法，设计如下，该抗反射膜包括具有等于n1-k1i的复折射率N1和单位为nm的薄膜厚度d1的上层，以及具有等于n2-k2i的复折射率N2和单位为nm的薄膜厚度d2的下层，该上层和下层设计如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[4-01]至[4-10]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的，并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的。
根据本发明的第五个实施方案，提供了一种具有两层结构且形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，其用于抗蚀剂层被波长为190nm-195nm且数值孔径大于1.3但是等于或小于1.4的曝光系统曝光的时候，这种曝光系统是在半导体装置的制造过程中所使用的。此外，根据本发明的第五个实施方案，提供了一种借助于曝光系统曝光抗蚀剂层的曝光方法和一种具有两层结构的形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底的表面之间的抗反射膜，这种曝光系统用于半导体装置的制造过程且具有190nm-195nm的波长以及大于1.3但是等于或小于1.4的数值孔径。
对根据第五个实施方案的抗反射膜和曝光方法，设计如下，该抗反射膜包括具有等于n1-k1i的复折射率N1和单位为nm的薄膜厚度d1的上层，以及具有等于n2-k2i的复折射率N2和单位为nm的薄膜厚度d2的下层，该上层和下层设计如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[5-01]至[5-07]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的，并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的。
根据本发明的第一个到第五个实施方案的曝光方法被用来，例如，加工非常微细的半导体装置图案，且该曝光方法具体包括在硅半导体衬底上形成本发明的抗反射膜的步骤，在该抗反射层上施加并且形成对抗反射层具有光敏作用的抗蚀剂层的步骤，用曝光光线(紫外线)对该抗蚀剂层选择性曝光的步骤，以及对抗蚀剂层显影以获得预定的抗蚀剂图案的步骤。
在根据本发明的第一个到第五个实施方案的抗反射膜或者根据本发明的第一个到第五个实施方案的曝光方法中(在下面的描述中，抗反射膜和曝光方法有时被共同地称为本发明)，曝光光线(照射光)具有190nm-195nm的波长。然而，该曝光光线(照射光)优选具有192nm-194nm的波长，并且更加优选，波长为193nm的ArF准分子激光器被用作曝光光线源。
此外，优选满足d1≤250并且此外还满足d2≤250。换句话来说，优选该抗蚀膜的上层的膜厚度不超过250nm并且除此之外下层的膜厚度也不超过250nm。如果上层的膜厚度超过250nm或者下层的膜厚度超过250nm，则用曝光光线对该抗蚀剂层曝光并且显影之后，在使用抗蚀剂层作为蚀刻掩模蚀刻硅半导体衬底的步骤中，工件变化差异(也被称为尺寸变化量或者尺寸移位)，即抗蚀剂层的抗蚀剂图案的尺寸与实际的硅半导体衬底的刻蚀件尺寸之间的差异，可能变得过大，导致了在该硅半导体衬底上不能获得具有希望形状或者尺寸的图案的可能性。
此外，抗蚀剂层的折射率优选在1.60-1.80的范围内。在抗蚀剂膜是由折射率不在该范围内的抗蚀剂材料制得的情况下，即使该抗反射膜满足上文中所描述的任意条件组(n1，k1，d1，n2，k2，d2)，也可能很难在从相应于相关数值孔径的曝光光线的入射角(最大入射角θin-max)到垂直入射角(最小入射角θin-min)的总区域上，将抗蚀剂层和硅半导体衬底之间的界面处的反射率抑制到0.4％或更小，导致了可能不能获得好的抗蚀剂图案形状的可能性。
应该注意，在下面的描述中，从相应于相关数值孔径的曝光光线的入射角(最大入射角θin-max)到垂直入射角(最小入射角θin-min)的整个区域有时被称为“相应于曝光系统的相关数值孔径NA的入射角的整个区域”或者仅仅称为“入射角的整个区域”。
此外，优选该抗蚀剂层的膜厚度等于将要形成的最小的抗蚀剂图案尺寸的约2-5倍。虽然抗蚀剂层的膜厚度小于最小的抗蚀剂图案尺寸的2倍，可能构图抗蚀剂层以具有预定的图案。然而，当在构图抗蚀剂层之后蚀刻硅半导体衬底的时候，存在不能获得好的蚀刻结果的可能性。另外，还存在抗蚀剂层中的膜缺陷数量增加的可能性。另一方面，在抗蚀剂层的膜厚度超过最小抗蚀剂图案尺寸的五倍的地方，存在图案抗蚀剂层塌陷并且不能获得硅半导体衬底的好的构图结果的可能性。
形成抗反射膜的上层和下层每一层的材料可以是任何材料，只要其满足上文中所描述的(n1，k1，d1，n2，k2，d2)各组条件。例如，作为用来形成上层和下层的材料，可以使用聚合物材料，无机氧化物材料，金属材料和它们的混合材料。具体地，例如，可以使用聚酰亚胺膜，SiCH膜，SiCHN膜，环氧型热固化树脂膜，丙烯酸型热固化树脂膜，环氧型紫外线固化树脂膜和丙烯酸型紫外线固化树脂膜。
应该认识到，为了保护该抗蚀剂层等等的目的，可以在该抗蚀剂膜上提供由有机物质或者无机物质制成的保护层，特别是由，例如，聚乙烯醇，无定形含氟聚合物或者NaCl制得的保护膜。
此外，为了增强在抗反射膜上形成的抗蚀剂层与抗反射膜之间的紧密接触等等，可以通过硅烷偶联剂等对形成该抗反射膜的上层的表面进行表面重整处理。
通常，在单层抗反射膜中，无论以任何方式改变膜的厚度和复折射率，都不可能在相应于曝光系统的相关数值孔径NA的入射角的整个区域上，将反射率抑制到0.4％或更小。此外，如果抗反射膜的膜厚度过大，则在用曝光光线对该抗蚀剂层曝光以及显影后蚀刻该硅半导体衬底的步骤中，出现了工件变化差异的问题。
另一方面，在本发明中，由于在抗蚀剂层与硅半导体衬底之间形成具有分别位于预定范围内的膜厚和复折射率的两层结构的抗反射膜，可以在相应于曝光系统的相关树脂孔径NA的入射角的整个区域上将反射率抑制到0.4％或更小。因此，能够获得具有更好的形状的抗蚀剂图案，以及比曾经能够预期的还要细的微细图案。换句话来说，在曝光系统的数值孔径在NA≤1.0，1.0＜NA≤1.1，1.1＜NA≤1.2，1.2＜NA≤1.3以及1.3＜NA≤1.4的情况下，在两层结构的抗反射膜的膜厚度和复折射率满足上文中描述的条件的时，能够在从相应于相关数值孔径NA的曝光光线的入射角到垂直入射的整个区域上将反射率设定为0.4％或更小。结果是，能够获得具有好的形状的抗蚀剂图案。此外，能够将工件变化差异抑制得低。
从下面的描述，连同附图，本发明的上述及其它目的，特征和优点将变得很明显，在附图中相似的部分或者元件由相似的参考符号表示。
图1是显示了对于形成抗反射膜的上层和下层的各种膜厚度，在相应于曝光系统的数值孔径，从曝光光线最倾斜进入的入射角使垂直入射侧的反射率最小化的条件下，通过理论计算所确定的反射率的最大值的表，其中该曝光系统的数值孔径是1.0；图2是显示了对于形成抗反射膜的上层和下层的各种膜厚度，在相应于曝光系统的数值孔径，从曝光光线最倾斜进入的入射角使垂直入射侧的反射率最小化的条件下，通过理论计算所确定的，反射率的最大值的表，其中该曝光系统的数值孔径是1.1；图3是显示了对于形成抗反射膜的上层和下层的各种膜厚度，在相应于曝光系统的数值孔径，从曝光光线最倾斜进入的入射角使垂直入射侧的反射率最小化的条件下，通过理论计算所确定的，反射率的最大值的表，其中该曝光系统的数值孔径是1.2；图4是显示了对于形成抗反射膜的上层和下层的各种膜厚度，在相应于曝光系统的数值孔径，从曝光光线最倾斜进入的入射角使垂直入射侧的反射率最小化的条件下，通过理论计算所确定的，反射率的最大值的表，其中该曝光系统的数值孔径是1.3；以及图5是显示了对于形成抗反射膜的上层和下层的各种膜厚度，在相应于曝光系统的数值孔径，从曝光光线最倾斜进入的入射角使垂直入射侧的反射率最小化的条件下，通过理论计算所确定的反射率的最大值的表，其中该曝光系统的数值孔径是1.4。
具体实施例方式
在参照附图对本发明的优选实施方案进行描述之前，描述了在本发明应用的地方，在相应于曝光系统的相关数值孔径NA的入射角的整个区域(从相应于曝光系统的数值孔径NA的曝光光线的入射角到垂直入射的整个区域)上，反射率被抑制到0.4％或更小的原因。
对抗反射膜的上层和下层的复折射率N1和N2进行优化模拟，使得在曝光系统的数值孔径NA被设定为1.0，1.1，1.2，1.3和1.4的从相应于最倾斜的方向的入射角(最大入射角θin-max)到垂直入射(最小入射角θin-min＝0度)的地方，也就是在入射角的整个区域上，使得从10nm到250nm的增量为10nm的上层薄膜厚度d1的值与从10nm到250nm的增量为10nm的下层薄膜厚度d2的值的单独组合中，反射率最小化。
在上面描述的计算中，为了计算两层抗反射膜的反射率，采用了基于字符矩阵(参照Mitsunobu KOBIYAMA，Basic Theories of an Optical Thin Film，Optronics，2003)的计算方法。为了优化上层和下层的复折射率，应用了Fletcher-Reeves优化方法(参照J.Kowalik and M.R.Osborne，Methods forUnconstrained Optimization Probrems，translated by Yoshiyuki YAMAMOTOand Takeo KOYAMA，Baifukan，1970)。
在优化时，在数值孔径NA为1.0的地方，将入射角的整个区域分为20等分。然后，计算每一个入射角的反射率，并且使在这些入射角处的反射率的平方和达到最小值。应该注意，对于值为1.1，1.2，1.3和1.4的数值孔径NA，使用入射角的整个区域被分别分为22等分，24等分，26等分和28等分时入射角处的反射率之值进行相似的计算。
通过使用上面所描述的方法对每一个组合进行抗反射膜的上层和下层复折射率优化，其中曝光系统的数值孔径NA连续地改变为1.0，1.1，1.2，1.3和1.4并且上层的膜厚度d1以10nm的增量从10nm连续改变到250nm，而下层的膜厚度d2以上面所述的方式以10nm的增量从10nm连续改变到250nm，获得了上层和下层的最佳复折射率N1和N2。使用以这种方式获得的上层和下层的复折射率N1和N2，在从相应于相关曝光系统的数值孔径NA的最倾斜入射角(最大入射角θin-max)到垂直入射角(最小入射角θin-min)的范围之内，也就是，在入射角的整个范围内，确定反射率的最大值。确定的结果在图1-5中图示。应该注意图1-5图示了通过理论计算的，在曝光系统的数值孔径分别为1.0，1.1，1.2，1.3和1.4的地方，上层和下层的膜厚度d1和d2处，在反射率在入射角的整个区域上被最小化的条件下，反射率的最大值。
如从图1-5所认识到的，最大反射率等于或者小于0.4％的膜厚度条件存在于数值孔径NA的每一个值处。
应该注意，没有进行薄膜厚度大于250nm情况下的计算的原因是，在薄膜厚度大于250nm的地方，在蚀刻步骤中的工件变化差异变得很大以至于不能预期硅半导体衬底的好的加工。
在曝光系统的数值孔径NA被设定为1.0，1.1，1.2，1.3和1.4并且上层的膜厚度d1以10nm的增量从10nm改变到250nm，而下层的膜厚度d2以10nm的增量从10nm改变到250nm的每一种情况下，在作为优化的评估函数的反射率的平方和达到最小化的膜厚度条件中，在图1-5每一幅图中最大反射率在等于或低于0.4％的区域内的条件是最优选的膜厚度条件。此外，该膜厚度条件的上层和下层的相应复折射率是最优选的复折射率。
然后，基于图1-5，进一步优化上层的膜厚度d1以及下层的膜厚度d2。
结果是，获得了下面所给出的复折射率和膜厚度的最优选的结合。具体而言，当两层抗反射膜的上层(位于远离硅半导体衬底表面的层)的复折射率由N1表示，而下层(形成于硅半导体衬底表面上的层)的复折射率由N2表示，并且复折射率N1和N2由N1＝n10-k10iN2＝n20-k20i定义，并且上层的膜厚度(单位nm)由d10表示并且下层的膜厚度(单位nm)由d20表示时，下面所给出的表1和表2中所描述的数值[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的组合是最优组合，即采用其来获得反射率的最小值的组合。[情况A-01]至[情况A-16]是对于NA＝1.0的值；[情况B-01]至[情况B-16]是对于NA＝1.1的值；[情况C-01]至[情况C-14]是对于NA＝1.2的值；[情况D-01]至[情况D-10]是对于NA＝1.3的值；[情况E-01]至[情况E-07]是NA＝1.4的值。在上述的条件中，对于NA＝1.0，反射率的最小值是在16个点处获得的(16个[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的组合)；对于NA＝1.1，反射率的最小值是在16个点处获得的(16个[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的组合)；对于NA＝1.2，反射率的最小值是在14个点处获得的(14个[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的组合)；对于NA＝1.3，反射率的最小值是在10个点处获得的(10个[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的组合)；并且对于NA＝1.4，反射率的最小值是在7个点处获得的(7个[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的组合)。
如果使用了上面所给出的具有最小反射率值的数值[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的任何组合，则可以在相应于曝光系统的相关数值孔径的入射角的整个区域上将反射率抑制到0.4％或更小。换句话来说，从即使在数值孔径NA小于相应的数值孔径NA的情况都可以使反射率等于或少于0.4％的观点来说，上面所描述的组合是有效的组合。在这里，从上面所给出的值[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的组合中，在数值孔径NA＝1.0([情况A-01]至[情况A-16])的情况下的那些组合，在数值孔径NA小于1.0的情况也是有效的。同时，在数值孔径NA＝1.1([情况B-01]至[情况B-16])的情况下的那些组合，在数值孔径NA等于或者小于1.1的情况也是有效的，但是在数值孔径NA大于1.0但是等于或小于1.1的情况是更优选的。此外，在数值孔径NA＝1.2([情况C-01]至[情况C-14])的情况下的那些组合，在数值孔径NA小于1.2的情况也是有效的，但是在数值孔径NA大于1.1但是等于或小于1.2的情况是更优选的。在数值孔径NA＝1.3([情况D-01]至[情况D-10])的情况下的那些组合，在数值孔径NA小于1.3的情况也是有效的，但是在数值孔径NA大于1.2但是等于或小于1.3的情况是更优选的。此外，在数值孔径NA＝1.4([情况E-01]至[情况E-07])的情况下的那些组合，在数值孔径NA小于1.4的情况也是有效的，但是在数值孔径NA大于1.3但是等于或小于1.4的情况是更优选的。
在反射率超过0.4％的时侯，将剩余的五个变量固定，对在上文中所给出的值[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的组合中[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的变量之一的变化大小进行模拟。模拟的结果是，获得了下面所给出的表3-表6中所表明的那样的许可变化范围。
应该注意，在下面的描述中，n1-MIN当反射率不超过0.4％的时侯，n10的最小值；n1-MAX当反射率不超过0.4％的时侯，n10的最大值；k1-MIN当反射率不超过0.4％的时侯，k10的最小值；k1-MAX当反射率不超过0.4％的时侯，k10的最大值；d1-MIN当反射率不超过0.4％的时侯，d10的最小值；d1-MAX当反射率不超过0.4％的时侯，d10的最大值；n2-MIN当反射率不超过0.4％的时侯，n20的最小值；n2-MAX当反射率不超过0.4％的时侯，n20的最大值；k2-MIN当反射率不超过0.4％的时侯，k20的最小值；k2-MAX当反射率不超过0.4％的时侯，k20的最大值；d2-MIN当反射率不超过0.4％的时侯，d20的最小值；d2-MAX当反射率不超过0.4％的时侯，d20的最大值。
此外，[情况A-01]至[情况A-16]是对于NA＝1.0的值；[情况B-01]至[情况B-16]是对于NA＝1.1的值；[情况C-01]至[情况C-14]是对于NA＝1.2的值；[情况D-01]至[情况D-10]是对于NA＝1.3的值；[情况E-01]至[情况E-07]是NA＝1.4的值。
值[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的组合是在相应于曝光系统的相应数值孔径NA的入射角的总区域上使反射率最小的组合。具体而言，在最小化评估函数由f表示的情况，该评估函数f是n10，n20，k10，k20，d10和d20的函数，并且使f(n10，n20，k10，k20，d10，d20)最小化的组合是如上文中所给出的[n10，n20，k10，k20，d10，d20]值的组合。换句话来说，评估函数f是用如上文所给出的[n10，n20，k10，k20，d10，d20]值的组合达到最小化的。
通常，在评估函数f(xi)(i＝0，1，2，...n)在xi＝Xi-MIN表现出最小值的地方，在最小值附近，评估函数f(xi)可以由下面的表达式(1)表示f(xi)＝∑ai(xi-Xi-MIN)2+b ...(1)换句话来说，评估函数f(xi)可以由二次函数近似。应该注意，符号“∑”表示对于i＝0，1，2，...，n的总和。这还可以类似地应用到表达式(2)中。
在这种情况中，评估函数f(xi)小于一大于b的固定数c的条件可以由下面的表达式(2)的椭圆函数表示∑(xi-Xi-MIN)2/(xi-c-Xi-MIN)2≤1...(2)其中xi-c是当其它的所有变量都被固定而仅仅改变xi的时侯，用其获得f(xi)＝c的xi的值。
因此，当这些变量中仅仅一个变量变化而其它变量被固定的时候，如果采用使用获得了0.4％的反射率的值n1-MAX，n1-MIN，k1-MAX，k1-MIN，d1-MAX，d1-MIN，n2-MAX，n2-MIN，k2-MAX，k2-MIN，d2-MAX和d2-MIN值满足下面的表达式(3)的n10，n20，k10，k20，d10和d20，则反射率不超过0.4％。
{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1 ...(3)其中n1m，k1m，d1m，n2m，k2m和d2m采用下面的值n1m对于n1≥n10，n1-MAX，对于n1＜n10，n1-MINk1m对于k1≥k10，k1-MAX，对于k1＜k10，k1-MINd1m对于d1≥d10，d1-MAX，对于d1＜d10，d1-MINn2m对于n2≥n20，n2-MAX，对于n2＜n20，n2-MINk2m对于k2≥k20，k2-MAX，对于k2＜k20，k2-MINd2m对于d2≥d20，d2-MAX，对于d2＜d20，d2-MIN应该注意到，值n1m，k1m，d1m，n2m，k2m和d2m根据n1，n2，k1，k2，d1和d2分别与n10，n20，k10，k20，d10和d20相比较的大小关系而分离的原因是，由于n1-MAX-n10＝n10-n1-MINk1-MAX-k10＝k10-k1-MIN
d1-MAX-d10＝d10-d1-MINn2-MAX-n20＝n20-n2-MINk2-MAX-k20＝k20-k2-MINd2-MAX-d20＝d20-d2-MIN并不总是满足的，当n1，n2，k1，k2，d1和d2分别与n10，n20，k10，k20，d10和d20相比较的时侯，由上面所给出的表达式(2)所定义的椭圆的定义是依据大小关系分离的。换句话来说，这是因为椭圆的曲率表现出不同的值，例如，n1≥n10或者n1＜n10，并且这还可以相似地应用到k10，d10，n20，k20，和d20。
因此，作为值[n10，n20，k10，k20，d10，d20]的组合，在对于NA≤1.0，采用情况[1-01]至情况[1-16]之一，对于1.0＜NA≤1.1，采用情况[2-01]至情况[2-16]之一，对于1.1＜NA≤1.2，采用情况[3-01]至情况[3-14]之一，对于1.2＜NA≤1.3，采用情况[4-01]至情况[4-10]之一，对于1.3＜NA≤1.4，采用情况[5-01]至情况[5-07]之一，的情况，确保了反射率不超过0.4％。此外，在对于相关情况的值n1m基于n1与n10之间的大小关系采用，对于相关情况的值k1m基于k1与k10之间的大小关系采用，对于相关情况的值d1m基于d1与d10之间的大小关系采用，对于相关情况的值n2m基于n2与n20之间的大小关系采用，对于相关情况的值k2m基于k2与k20之间的大小关系采用，对于相关情况的值d2m基于d2与d20之间的大小关系采用的情况下，如果对于相关情况，n1在n1m的最大值(n1-MAX)和最小值(n1-MIN)的范围内，对于相关情况，k1在k1m的最大值(k1-MAX)和最小值(k1-MIN)的范围内，对于相关情况，d1在d1m的最大值(d1-MAX)和最小值(d1-MIN)的范围内，对于相关情况，n2在n2m的最大值(n2-MAX)和最小值(n2-MIN)的范围内，对于相关情况，k2在k2m的最大值(k2-MAX)和最小值(k2-MIN)的范围内，并且对于相关情况，d2在d2m的最大值(d2-MAX)和最小值(d2-MIN)的范围内，则保证了抗反射膜从硅半导体衬底的反射率不超过0.4％。结果是，能够获得好的抗蚀剂图案。
换句话来说，在假设了中心是由(n10，n20，k10，k20，d10，d20)给定的并且直径是由分别为(n1m-n10)，(k1m-k10)，(d1m-d10)，(n2m-n20)，(k2m-k20)，(d2m-d20)的绝对值的六个变量(n1，k1，d10，n2，k2，d2)定义的六维椭圆的情况，如果选择了在椭圆内部范围内的任意值n1，k1，d10，n2，k2，d2的组合，则能够将该抗反射膜的反射率抑制到0.4％或更小。
通过公开于日本专利2001-242630，K.Babich et al.，Proceedings of SPIE2003，5039，152等的等离子增强CVD方法，在硅半导体衬底的表面上形成具有表7中所表示的以及下文中所描述的反射率和膜厚度的两层抗反射膜。
应该注意，等离子增强CVD方法是如在上面所提及的文献中详细解释的那样在平行电极反应器中进行的膜形成方法，并且硅半导体衬底放置在一个电极之上。从电极向硅半导体衬底应用负偏压，并且可以通过控制该反应器中的压力，将要引入到该反应器中的反应前体的种类(四甲基硅烷，三甲基硅烷，四甲基四硅氧烷，四甲基锗烷，氧等)和流动速度以及衬底的温度来形成具有各种复折射率值的层。
应该注意到，在表7中，例子1-7代表满足了本发明条件的抗反射膜而对比例1和对比例2-4代表用于对比的没有满足本发明条件的抗反射膜。
更具体而言，例子1和6是在曝光系统的数值孔径NA在NA≤1.0的范围内时，满足本发明的条件的抗反射膜，并且例子2和7是在曝光系统的数值孔径NA在1.0＜NA≤1.1的范围内时，满足本发明的条件的抗反射膜。同时，例子3是在曝光系统的数值孔径NA在1.1＜NA≤1.2的范围内时，满足本发明的条件的抗反射膜，并且例子4是在曝光系统的数值孔径NA在1.2＜NA≤1.3的范围内时，满足了本发明的条件的抗反射膜。此外，例子5是在曝光系统的数值孔径NA在1.3＜NA≤1.4的范围内时，满足了本发明的条件的抗反射膜。在下面所描述的例子1-7和对比例1-4的所有抗反射膜中，上层和下层都是由SiCOH材料形成的。应该注意每一个膜的复折射率都是使用由SOPRA生产的偏振光椭圆率测量仪测量的。
对比例1是不满足曝光系统的数值孔径NA在NA≤1.0的范围内时本发明的条件和曝光系统的数值孔径NA在1.0＜NA≤1.1范围内时本本发明的条件的抗反射膜。同时，对比例2，3和4分别是在1.1＜NA≤1.2，1.2＜NA≤1.3，和1.3＜NA≤1.4的范围内时，没有满足本发明的条件的抗反射膜。
将由JSR生产的光致抗蚀剂ARX2014J旋转涂布成100nm的膜厚度作为例子1-7和对比例1-4的两层抗反射膜的抗蚀剂层，并且然后在20℃下进行60秒的烘焙过程。然后，将由JSR生产的顶涂布材料TCX001旋转涂布成30nm的膜厚度。此后，在100℃下对整个膜进行30秒的烘焙过程。
通过双光束干涉曝光装置，对以上面所描述的方式所生产的任何试样进行曝光。该双光束干涉曝光装置使用ArF准分子激光器作为光源并且包括具有三角形或五角形横截面并且配置在激光器光程上的棱镜。试样被布置在棱镜下部平面的下面使得试样与棱镜下部平面之间的距离是1mm。例如，在使用具有三角形横截面的棱镜的情况下，该棱镜的一个顶点被布置在激光器光程的中心位置，并且在该顶点对面的棱镜的面被确定为下部表面。如果将激光束从棱镜的上方向棱镜的下部表面照射到棱镜上，则入射到该棱镜的两个侧面的激光束根据侧面与入射激光束之间的角被该侧面折射，并且改变其光程的方向，以至于其被分裂成两个激光束。来自两个侧面的具有不同的前进方向的两个激光束部分在该棱镜的下部平面上相交并且相互干涉，从而在试样上形成了周期性光强度分布。因此，可以使该抗蚀剂层感光。
然后，可以通过使用具有各种不同垂直角的各种棱镜作为棱镜，来改变棱镜侧面与入射激光束之间的角度，并且能够在该棱镜的下部平面下面的试样上获得具有随意间距的光强度分布。由于该抗蚀剂层是根据光强度分布溶解的，只要在该曝光方法中改变棱镜的形状，就能够获得任意间距的线和间隔图案。
使用水作为液体浸渍的液体的浸液式曝光，是通过利用毛细管将水引入到试样与棱镜之间的1nm的缝隙中的。
此外，制备了五种不同的棱镜用于双光束干涉曝光测试。该五个棱镜具有0.75，1.06，1.15，1.22和1.39的数值孔径NA。
对于例子1和6，使用数值孔径NA为0.75的棱镜用于曝光；对于例子2和7，使用数值孔径NA为1.06的棱镜；对于例子3，使用数值孔径NA为1.15的棱镜；对于例子4，使用数值孔径NA为1.22的棱镜用于曝光；并且对于例子5，使用数值孔径NA为1.39的棱镜。
同时，对于对比例1，使用数值孔径NA为1.06的棱镜用于曝光；对于对比例2，使用数值孔径NA为1.15的棱镜；对于对比例3，使用数值孔径NA为1.22的棱镜；并且对于例子4，使用数值孔径NA为1.39的棱镜。
在曝光以后，在120℃下对试样进行90秒的烘焙过程，并且然后用由2.38％的TMAH(四甲基氢氧化铵)制得的标准显影液进行显影以生产用于观察抗蚀剂图案的试样。抗蚀剂层的形状观察是通过将硅半导体衬底层划分并且使用扫描电子显微镜观察横截面进行的。
观察的结果是，在表7中抗蚀剂图案具有好的矩形横截面的试样是由圆形标记“○”表示的，而抗蚀剂图案不具有好的矩形横截面的任何试样是由十字标记“×”表示的。
可以从表7中明显看出，应用了本发明的两层结构的抗反射膜比没有应用本发明的两层结构的抗反射膜具有更好的抗蚀剂横截面形状。
用这样的方式，在通过使用本发明，将具有各自在特定范围内的双折射率和膜厚度的两层结构的抗反射膜形成在抗蚀剂层与硅半导体衬底表面之间的情况下，能够降低抗反射膜中来自硅半导体衬底的反射，该抗反射膜对应于固定范围内的曝光系统数值孔径NA。因此，能够获得好的抗蚀剂图案。
然而，应该注意，在上面描述的例子中，通过等离子增强CVD方法所形成的两层结构的抗反射膜是被作为例子来描述的，根据本发明，两层结构的抗反射膜并不限于此，而是可以通过，例如，旋转涂布方法或者任何其它的方法形成。
使用本发明的两层结构抗反射膜制备了半导体装置。应该注意相转变掩模被用作曝光掩模而ArF准分子激光器(波长λ193nm)被用作曝光光线的光源，并且采用了分区照射方法。此外，抗蚀剂层的表面覆盖了水层。然后，检验是否能够在线宽或形状上没有任何波动的情况下，该抗蚀剂层上能够形成希望的图案。结果是，发现在任何情况下，都能够在该抗蚀剂层上形成希望的图案而线宽或形状上没有任何波动。此外，在任何情况下，该反射率等于或者小于0.4。
具体而言，进行了具有沟槽结构的元件绝缘区域的形成。更具体地，在硅半导体衬底上形成具有两层结构的抗反射膜，并且在该抗反射膜上形成抗蚀剂层，然后曝光并且显影以获得构图的抗蚀剂层。然后，使用已构图的抗蚀剂层作为蚀刻掩模，通过RIE方法，将该硅半导体衬底蚀刻到预定的深度以在该硅半导体衬底上形成沟槽。此后，在包括沟槽的硅半导体衬底的整个面上形成绝缘膜，然后除去硅半导体衬底上的绝缘膜以获得具有沟槽结构的元件绝缘区，其中该绝缘膜被埋置于形成在硅半导体衬底上的沟槽里。
虽然上面描述了本发明的优选例子，但是本发明并不限于这些具体的例子，而抗反射膜的构造以及膜厚度和形成例子中的抗反射膜的层的复折射率仅仅是为了说明的目的并且可以被适宜地改变。
权利要求
1.一种具有两层结构并且形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，该抗反射膜是用来在抗蚀剂层被半导体装置加工过程中所使用的具有190nm-195nm的波长并且数值孔径等于或者小于1.0的曝光系统曝光的时候使用的，该抗反射膜包括上层，该上层具有等于n1-k1i的复折射率N1以及单位为nm的膜厚度d1；和下层，该下层具有等于n2-k2i的复折射率N2以及单位为nm的膜厚度d2；所述上层和所述下层构成如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[1-01]至[1-16]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的；并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们中间采用的，
2.根据权利要求1所述的抗反射膜，其中所述上层的膜厚度d1满足d1≤250，并且所述下层的膜厚度d2满足d2≤250。
3.根据权利要求1所述的抗反射膜，其中该抗蚀剂层具有1.60-1.80的折射率。
4.一种具有两层结构并且形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，该抗反射膜是用来在抗蚀剂层被半导体装置加工过程中所使用的具有190nm-195nm的波长并且数值孔径大于1.0但是等于或者小于1.1的曝光系统曝光的时候使用的，其包括上层，该上层具有等于n1-k1i的复折射率N1以及单位为nm的膜厚度d1；和下层，该下层具有等于n2-k2i的复折射率N2以及单位为nm的膜厚度d2；所述上层和所述下层构成如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[2-01]至[2-16]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的；并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的，
5.根据权利要求4所述的抗反射膜，其中所述上层的膜厚度d1满足d1≤250，并且所述下层的膜厚度d2满足d2≥250。
6.根据权利要求4所述的抗反射膜，其中该抗蚀剂层具有1.60-1.80的折射率。
7.一种具有两层结构并且形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，该抗反射膜是用来在抗蚀剂层被半导体装置加工过程中所使用的具有190nm-195nm的波长并且数值孔径大于1.1但是等于或者小于1.2的曝光系统曝光的时候使用的，该反射膜其包括上层，该上层具有等于n1-k1i的复折射率N1以及单位为nm的膜厚度d1；和下层，该下层具有等于n2-k2i的复折射率N2以及单位为nm的膜厚度d2；所述上层和所述下层构成如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[3-01]至[3-14]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的；并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的，
8.根据权利要求7所述的抗反射膜，其中所述上层的膜厚度d1满足d1≤250，并且所述下层的膜厚度d2满足d2≤250。
9.根据权利要求7所述的抗反射膜，其中该抗蚀剂层具有1.60-1.80的折射率。
10.一种具有两层结构并且形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，该抗反射膜是用来在抗蚀剂层被半导体装置加工过程中所使用的具有190nm-195nm的波长并且数值孔径大于1.2但是等于或者小于1.3的曝光系统曝光的时候使用的，其包括上层，该上层具有等于n1-k1i的复折射率N1以及单位为nm的膜厚度d1；和下层，该下层具有等于n2-k2i的复折射率N2以及单位为nm的膜厚度d2；所述上层和所述下层构成如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[4-01]至[4-10]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的；并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的，
11.根据权利要求10所述的抗反射膜，其中所述上层的膜厚度d1满足d1≤250，并且所述下层的膜厚度d2满足d2≤250。
12.根据权利要求10所述的抗反射膜，其中该抗蚀剂层具有1.60-1.80的折射率。
13.一种具有两层结构并且形成于抗蚀剂层和硅半导体衬底表面之间的抗反射膜，该抗反射膜是用来在抗蚀剂层被半导体装置加工过程中所使用的具有190nm-195nm的波长并且数值孔径大于1.3但是等于或者小于1.4的曝光系统曝光的时候使用的，该抗反射膜包括上层，该上层具有等于n1-k1i的复折射率N1以及单位为nm的膜厚度d1；和下层，该下层具有等于n2-k2i的复折射率N2以及单位为nm的膜厚度d2；所述上层和所述下层构成如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[5-01]至[5-07]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的；有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的；并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的，
14.根据权利要求13所述的抗反射膜，其中所述上层的膜厚度d1满足d1≤250，并且所述下层的膜厚度d2满足d2≤250。
15.根据权利要求13所述的抗反射膜，其中该抗蚀剂层具有1.60-1.80的折射率。
16.一种用于曝光抗蚀剂层的曝光方法，该方法借助于在半导体装置制造过程中所使用的具有190nm-195nm的波长以及等于或低于1.0的数值孔径的曝光系统，和在抗蚀剂层和硅半导体衬底的表面之间形成的具有两层结构的抗反射膜，该方法包括曝光抗蚀剂层的步骤，该步骤使用包括上层和下层的抗反射膜作为上述抗反射膜，其中上层具有等于n1-k1i的复折射率N1和单位为nm的膜厚度d1，下层具有等于n2-k2i的复折射率N2和单位为nm的膜厚度d2；所述上层和所述下层构成如下，当选择下面给出的表中所定义的情况[1-01]至[1-16]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的，并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的，
17.根据权利要求16所述的曝光方法，其中所述上层的膜厚度d1满足d1≤250，并且所述下层的膜厚度d2满足d2≤250。
18.根据权利要求16所述的曝光方法，其中该抗蚀剂层具有1.60-1.80的折射率。
19.一种用于曝光抗蚀剂层的曝光方法，该方法借助于在半导体装置制造过程中所使用的具有190nm-195nm的波长以及大于1.0但是等于或小于1.1的数值孔径的曝光系统，和在抗蚀剂层和硅半导体衬底的表面之间形成的具有两层结构的抗反射膜，该方法包括曝光抗蚀剂层的步骤，该步骤使用包括上层和下层的抗反射膜作为所述抗反射膜，其中上层具有等于n1-k1i的复折射率N1和单位为nm的膜厚度d1，下层具有等于n2-k2i的复折射率N2和单位为nm的膜厚度d2；所述上层和所述下层构成如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[2-01]至[2-16]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的，并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的，
20.根据权利要求19所述的曝光方法，其中所述上层的膜厚度d1满足d1≤250，并且所述下层的膜厚度d2满足d2≤250。
21.根据权利要求19所述的曝光方法，其中该抗蚀剂层具有1.60-1.80的折射率。
22.一种用于曝光抗蚀剂层的曝光方法，该方法借助于在半导体装置制造过程中所使用的具有190nm-195nm的波长以及大于1.1但是等于或小于1.2的数值孔径的曝光系统，和在抗蚀剂层和硅半导体衬底的表面之间形成的具有两层结构的抗反射膜，该方法包括曝光抗蚀剂层的步骤，该步骤使用包括上层和下层的抗反射膜作为所述抗反射膜，其中上层具有等于n1-k1i的复折射率N1和单位为nm的膜厚度d1，下层具有等于n2-k2i的复折射率N2和单位为nm的膜厚度d2；所述上层和所述下层构成如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[3-01]至[3-14]之一作为值[n10，k10，d10，n20，k20，d20]的组合时，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的，并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的，
23.根据权利要求22所述的曝光方法，其中所述上层的膜厚度d1满足d1≤250，并且所述下层的膜厚度d2满足d2≤250。
24.根据权利要求22所述的曝光方法，其中该抗蚀剂层具有1.60-1.80的折射率。
25.一种用于曝光抗蚀剂层的曝光方法，该方法借助于在半导体装置制造过程中所使用具有190nm-195nm的波长以及大于1.2但是等于或小于1.3的数值孔径的曝光系统，和在抗蚀剂层和硅半导体衬底的表面之间形成的具有两层结构的抗反射膜，该方法包括曝光抗蚀剂层的步骤，该步骤使用包括上层和下层的抗反射膜作为所述抗反射膜，其中上层具有等于n1-k1i的复折射率N1和单位为nm的膜厚度d1，下层具有等于n2-k2i的复折射率N2和单位为nm的膜厚度d2；所述上层和所述下层构成如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[4-01]至[4-10]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的，并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的，
26.根据权利要求25所述的曝光方法，其中所述上层的膜厚度d1满足d1≤250，并且所述下层的膜厚度d2满足d2≤250。
27.根据权利要求25所述的曝光方法，其中该抗蚀剂层具有1.60-1.80的折射率。
28.一种用于曝光抗蚀剂层的曝光方法，该方法借助于在半导体装置制造过程中所使用的具有190nm-195nm的波长以及大于1.3但是等于或小于1.4的数值孔径的曝光系统，和在抗蚀剂层和硅半导体衬底的表面之间形成的具有两层结构的抗反射膜，该方法包括曝光抗蚀剂层的步骤，该步骤使用包括上层和下层的抗反射膜作为所述抗反射膜，其中上层具有等于n1-k1i的复折射率N1和单位为nm的膜厚度d1，下层具有等于n2-k2i的复折射率N2和单位为nm的膜厚度d2；所述上层和所述下层构成如下，当选择下面给出的表中所限定的情况[5-01]至[5-07]之一作为[n10，k10，d10，n20，k20，d20]的值的组合的时候，n1，k1，d1，n2，k2和d2满足表达式{(n1-n10)/(n1m-n10)}2+{(k1-k10)/(k1m-k10)}2+{(d1-d10)/(d1m-d10)}2+{(n2-n20)/(n2m-n20)}2+{(k2-k20)/(k2m-k20)}2+{(d2-d20)/(d2m-d20)}2≤1其中有关情况下的n1m值是以n1和n10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k1m值是以k1和k10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的d1m值是以d1和d10之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的n2m值是以n2和n20之间的大小关系在它们之间采用的，有关情况下的k2m值是以k2和k20之间的大小关系在它们之间采用的，并且有关情况下的d2m值是以d2和d20之间的大小关系在它们之间采用的，
29.根据权利要求28所述的曝光方法，其中所述上层的膜厚度d1满足d1≤250，并且所述下层的膜厚度d2满足d2≤250。
30.根据权利要求28所述的曝光方法，其中该抗蚀剂层具有1.60-1.80的折射率。
全文摘要
一种抗反射膜，其中，在浸液式平版印刷技术中，即使在曝光光线倾斜进入的地方，也能够在抗蚀剂层和硅衬底之间的界面处获得充分降低的反射率。两层抗反射膜用在通过波长为190－195nm并且数值孔径为1.0或更小的曝光系统的曝光中，并且形成于抗蚀剂层与硅衬底之间。抗反射膜的上层和下层的复折射率N
文档编号G02B1/11GK1828419SQ20061007393
公开日2006年9月6日 申请日期2006年2月28日 优先权日2005年2月28日
发明者松泽伸行, 渡辺阳子, 布恩塔里卡·桑纳卡特, 小泽谦, 山口优子 申请人:索尼株式会社