KR101357442B1 - 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따라, 피가공막(11) 위로 블록 공중합체(20)를 자체 조직화시켜서 제1 블록 상 및 제2 블록 상(21, 22)을 포함하는 패턴을 형성한다. 제1 조건에서 에너지선 조사와 현상을 행해 제1 영역에 존재하는 블록 공중합체(20) 전체를 제거하여, 제1 영역 이외의 영역에 제1 블록 상 및 제2 블록 상(21, 22)을 포함하는 패턴을 잔존시킨다. 제2 조건에서 에너지선 조사와 현상을 행해 제2 영역에 존재하는 제1 블록 상(21)을 선택적으로 제거하여, 제1 영역 이외의 영역과 제2 영역 이외의 영역 사이의 중첩 영역에 제1 블록 상 및 제2 블록 상(21, 22)을 포함하는 패턴을 잔존시키고, 중첩 영역을 제외한 제2 영역에 제2 블록 상(22)의 패턴을 잔존시킨다. 잔존한 패턴을 마스크로 해서 피가공막(11)을 에칭한다.

Description

패턴 형성 방법{PATTERN FORMING METHOD}
본 발명의 실시 형태들은 일반적으로 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
반도체의 패터닝은 이하와 같이 해서 행해지고 있다. 즉, 피가공막 위로 레지스트를 도포하고, 레지스트를 노광해서 노광 영역을 현상액 가용성 또는 불용성으로 한 후에 현상해서 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 마스크로 해서 피가공막을 가공한다.
그러나, 패턴 크기의 미세화에 수반하여, 노광 장치의 고액화나 러닝 코스트의 앙등으로 인하여, 고비용이 문제가 되고 있다.
따라서, 블록 공중합체(BCP)를 가열해서 미크로상분리 즉 자체 조직화(DSA) 시킨 후, 블록 공중합체의 트리밍을 행해서 주기 패턴을 형성할 영역을 획정하고, 그 후 블록 공중합체의 한쪽의 블록만을 제거해서 원하는 영역에만 주기 패턴을 형성하는 방법을 사용하는 것이 시도되고 있다. 그러나, 또한 비주기 패턴을 형성하기 위해서는, 많은 추가의 공정이 필요해지고, 제조 비용이 높아진다.
본 발명에 따라서, 자체 조직화하는 제1 블록 및 제2 블록을 포함하는 블록 공중합체이며, 제1 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열과, 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 상기 블록 공중합체 전체가 제거되고, 제2 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열과, 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 자체 조직화된 제1 블록 상이 선택적으로 제거되는 성질을 갖는 블록 공중합체를 준비하고,
피가공막 위로 상기 블록 공중합체를 도포하고, 상기 블록 공중합체를 자체 조직화시켜서 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 형성하고,
상기 블록 공중합체에 대하여 선택적으로 제1 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열을 행하고 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 제1 영역에 존재하는 블록 공중합체 전체를 제거하여, 제1 영역 이외의 영역에 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 잔존시키고,
잔존한 상기 블록 공중합체에 대하여 선택적으로 제2 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열을 행하고 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 제2 영역에 존재하는 제1 블록 상을 선택적으로 제거하여, 제1 영역 이외의 영역과 제2 영역 이외의 영역 사이의 중첩 영역에 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 잔존시키고, 상기 중첩 영역을 제외한 제2 영역에 제2 블록 상의 패턴을 잔존시키고,
잔존한 패턴을 마스크로 해서 상기 피가공막을 에칭하는 것을 포함하는 패턴 형성 방법이 제공된다.
본 발명의 패턴 형성 방법에 따르면, 노광 장치로 패터닝하여 얻은 라인 패턴의 폭의 약 절반의 폭으로, 최종적인 인출선을 형성할 수 있다. 이것은, 해상 성능이 낮은 보다 저렴한 노광 장치를 사용할 수 있고 패턴 형성을 위해서 더블 패터닝 등의 부가 프로세스도 불필요하다는 것을 의미하고, 따라서 비용 삭감에 유리하다.
도 1의 1A~1F는 제1 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법을 도시하는 평면도.
도 2의 2A 및 2B는 제1 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법에 사용되는 레티클을 도시하는 평면도.
도 3의 3A~3D는 제2 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법을 도시하는 평면도.
도 4의 4A 및 4B는 제2 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법에 사용되는 레티클을 도시하는 평면도.
도 5는 제3 실시 형태에 의한 패턴 형성 방법을 도시하는 평면도.
도 6은 제5 실시 형태에 있어서의 디바이스 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 7은 제5 실시 형태에 있어서의 디바이스 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 8은 제5 실시 형태에 있어서의 디바이스 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 9는 제5 실시 형태에 있어서의 디바이스 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 10은 제5 실시 형태에 있어서의 디바이스 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 11은 제5 실시 형태에 있어서의 디바이스 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 12는 제5 실시 형태에 있어서의 디바이스 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 13은 제5 실시 형태에 있어서의 디바이스 패턴의 예를 나타내는 평면도.
도 14의 14A~14D는 제5 실시 형태에 있어서, 1개의 라인 패턴의 도중에 좁은 스페이스를 형성하는 방법을 도시하는 평면도.
도 15의 15A~15G는 제5 실시 형태에 있어서, 라인 폭 및 라인 패턴의 도중의 스페이스 폭을 좁게 형성하는 방법을 설명하는 평면도.
도 16은 제6 실시 형태에 있어서의 레티클의 패턴 데이터 생성을 위한 흐름도.
도 17은 제6 실시 형태에 있어서의 설계 패턴 데이터를 도시하는 평면도.
도 18은 제6 실시 형태에서 생성한 레티클 패턴을 도시하는 평면도.
도 19는 제6 실시 형태에서 생성한 블록 공중합체 패턴을 도시하는 평면도.
도 20은 제6 실시 형태에서 생성한 레티클 패턴을 도시하는 평면도.
도 21은 제7 실시 형태에 있어서의 레티클의 패턴 데이터 생성을 위한 흐름도.
도 22의 22A~22H는 비교예의 패턴 형성 방법을 도시하는 평면도.
도 23의 23A 및 23B는 비교예의 패턴 형성 방법에 사용되는 레티클을 도시하는 평면도.
일반적으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따라서, 자체 조직화하는 제1 블록 및 제2 블록을 포함하는 블록 공중합체이며, 제1 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열과, 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 당해 블록 공중합체 전체가 제거되고, 제2 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열과, 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 자체 조직화된 제1 블록 상이 선택적으로 제거되는 성질을 갖는 자체 조직화하는 블록 공중합체를 준비한다. 피가공막 위로 당해 블록 공중합체를 도포하고, 당해 블록 공중합체를 자체 조직화시켜서 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 형성한다. 당해 블록 공중합체에 대하여 선택적으로 제1 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열을 행하고 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 제1 영역에 존재하는 블록 공중합체 전체를 제거한다. 그에 따라, 제1 영역 이외의 영역에 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 잔존시킨다. 잔존한 당해 블록 공중합체에 대하여 선택적으로 제2 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열을 행하고 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 제2 영역에 존재하는 제1 블록 상을 선택적으로 제거한다. 그에 따라, 제1 영역 이외의 영역과 제2 영역 이외의 영역 사이의 중첩 영역에 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 잔존시키고, 당해 중첩 영역을 제외한 제2 영역에 제2 블록 상의 패턴을 잔존시킨다. 잔존한 패턴을 마스크로 해서 당해 피가공막을 에칭한다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1의 1A 내지 1F를 참조하여, 제1 실시 형태에 있어서의 패턴 형성 방법을 설명한다. 도 1F에, 목적으로 하는 피가공막의 패턴에 대응하는 에칭 마스크의 패턴을 나타낸다. 피가공막의 패턴은, 주기적인 라인 앤드 스페이스(L & S) 패턴으로 이루어지는 셀부, 주변 회로부 및 셀부와 주변 회로부를 접속하는 인출선을 포함하고 있다. 주변 회로부는 셀부의 라인 앤드 스페이스(L & S) 패턴의 하프 피치보다도 큰 치수를 갖는다. 인출선의 라인은 셀부의 라인과 동일한 폭이지만, 인출선은 비주기 패턴이다.
제1 실시 형태에 있어서는 2회의 노광 및 현상을 행한다. 1회째의 노광 및 현상에 의해, 일부의 영역에서 블록 공중합체 전체를 제거(트리밍)하고, 그것 이외의 영역에 원하는 주기 패턴과 원하는 비주기 패턴을 포함하는 블록 공중합체를 남긴다. 2회째의 노광 및 현상에 의해, 일부의 영역에서 제1 블록만을 제거해서 원하는 주기 패턴을 형성한다.
제1 실시 형태에 있어서는, 제1 블록으로서 폴리 p-t-부톡시카르보닐옥시-α-메틸스티렌, 제2 블록으로서 폴리 t-부틸아크릴레이트를 포함하는 블록 공중합체 B1을 사용한다. 이 블록 공중합체 B1을 하기 화학식에 나타낸다.
Figure 112011074676411-pat00001
블록 공중합체 B1의 도포액에는 광산 발생제(PAG)가 첨가되어 있다. 제1 블록은 t-부톡시카르보닐기에 의해 스티렌 측쇄의 히드록실기가 보호되어 있다. 제2 블록은 t-부틸기에 의해 카르복실기가 보호되어 있다. 이것들의 보호기가 서로 결합하고 있는 상태에서는, 제1 및 제2 블록은 모두 테트라메틸암모늄 히드록시드(TMAH) 수용액을 포함하는 현상액에 불용성으로 된다.
블록 공중합체 B1을 ArF 광에 노광하면, 광산 발생제로부터 산이 발생한다. 그 후, 베이커로 가열하면, 산이 촉매로서 작용하여 t-부톡시카르보닐기 및 t-부틸기가 탈리하고, 그에 따라 블록 공중합체 B1 전체가 TMAH 수용액에 가용성이 된다. 이것 때문에 ArF 광이 조사된 영역에서는 블록 공중합체 B1 전체가 TMAH 수용액에 용해되서 제거된다.
또한, 블록 공중합체 B1을 ArF 광에 노광하면, 제1 블록은 주쇄가 절단되어서 저분자량의 폴리히드록시스티렌이 된다. 이로 인해, 예를 들어 블록 공중합체 B1을 이소프로필 알코올로 현상하면, 제1 블록만이 제거된다.
우선, 도 1A에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 상의 피가공막(11) 위로 블록 공중합체(20)을 도포한다. 블록 공중합체 B1의 조성은, 제1 블록과 제2 블록의 비율이 약 7:3인 것을 사용한다. 이 조성의 블록 공중합체 B1을 어닐링하면, 제1 블록 상 및 제2 블록 상이 각각 실린더 형상으로 자체 조직화(미크로상 분리)해서 거의 1:1의 폭에서 교대로 배열한다. 도시하지 않지만, 자체 조직화된 2종의 블록 상을 배향시키기 위해서, 피가공막(11) 위에 미리 물리 가이드 패턴이 형성되어 있다.
또한, 도 1B에 도시한 바와 같이, 무산소 오븐을 사용해서 질소 분위기 하에서 어닐링해서 블록 공중합체 B1을 자체 조직화시켜, 물리 가이드의 측면을 따라서 실린더 형상의 제1 블록 상(21) 및 실린더 형상의 제2 블록 상(22)을 교대로 배열시킨다.
이어서, 도 2A에 도시한 바와 같이, 1회째의 축소 투영 노광을 행하기 위해서, 쿼츠 기판(111) 위에 차광막 (또는 하프톤 막)(112)의 패턴을 형성한 제1 레티클(110)을 준비한다. 제1 레티클(110) 상의 패턴 크기는 웨이퍼 상의 패턴 크기의 4배이다. 웨이퍼 위로 렌즈를 개재하여 제1 레티클(110)을 그 사이에 배치한다.
또한, 도 1C에 도시한 바와 같이, 제1 레티클(110)의 투광부(쿼츠 기판(111))을 투과한 ArF 광에, 자체 조직화된 블록 공중합체 B1을 축소 투영 노광한다. 제1 레티클(110)의 투광부(쿼츠 기판(111))에 대응하는 노광 영역(31)을 제1 영역, 제1 레티클(110)의 차광막(112)에 대응하는 미노광 영역(32)을 제1 영역 이외의 영역이라고 한다. 미노광 영역(32)(제1 영역 이외의 영역)은 셀부 및 주변 회로부의 라인을 포함한다.
베이커로 가열한 후, TMAH 수용액으로 현상하면, 도 1D에 도시한 바와 같이, 제1 영역에서 제1 블록 상(21) 및 제2 블록 상(22)을 포함하는 블록 공중합체 B1 전체가 제거(트리밍)된다. 이렇게 해서, 제1 영역 이외의 영역에 원하는 주기 패턴과 원하는 비주기 패턴을 포함하는 블록 공중합체 B1이 남는다.
이어서, 도 2B에 도시한 바와 같이, 2회째의 축소 투영 노광을 행하기 위해서, 쿼츠 기판(121) 위에 차광막 (또는 하프톤 막)(122)의 패턴을 형성한 제2 레티클(120)을 준비한다. 제2 레티클(120) 상의 패턴 크기는 웨이퍼 상의 패턴 크기의 4배이다. 웨이퍼 위로 렌즈를 개재하여 제2 레티클(120)을 그 사이에 배치한다.
또한, 도 1E에 도시한 바와 같이, 제2 레티클(120)의 투광부(쿼츠 기판(121))을 투과한 ArF 광에, 1회째의 노광 및 현상을 거친 블록 공중합체 B1을 축소 투영 노광한다. 제2 레티클(120)의 투광부(쿼츠 기판(121))에 대응하는 노광 영역(41)을 제2 영역, 제2 레티클(120)의 차광막(122)에 대응하는 미노광 영역(42)을 제2 영역 이외의 영역이라고 한다. 제2 영역은 셀부 및 인출선의 패턴이 형성되는 영역에 대응한다. 이렇게 해서, 제1 블록 상(21)의 주쇄를 절단해서 분해시킨다.
이소프로필 알코올로 현상하면, 도 1F에 도시한 바와 같이, 제2 영역에서 제1 블록 상(21)만이 제거된다. 이 결과, 셀부에 주기적인 라인 앤드 스페이스(L & S) 패턴 및 인출선에 대응하는 패턴이 남는다. 또한, 1회째의 노광 시의 미노광 영역(32)(제1 영역 이외의 영역)과 2회째의 노광 시의 미노광 영역(42)(제2 영역 이외의 영역) 사이의 중첩 영역에, 주변 회로부에 대응해서 제1 블록 상(21) 및 제2 블록 상(22)을 포함하는 패턴이 남는다.
이에 의해, 에칭 마스크가 되는 블록 공중합체 B1의 패턴이 형성된다. 이 블록 공중합체 B1의 패턴을 마스크로 해서 피가공막을 에칭한다. 블록 공중합체 B1의 패턴을 제거하면, 원하는 피가공막 패턴이 얻어진다.
도 1C 및 도 1D로부터 알 수 있는 바와 같이, 인출선의 패턴을 형성하기 위한 제1 레티클(110)의 차광막(112)의 폭은, 1회째의 노광 시의 미노광 영역(32)이 1개의 제2 블록 상(22)의 폭을 커버하지만, 인접하는 제2 블록 상(22)을 커버하지 않도록 설계된다. 즉, 차광막(112)의 폭은, 미노광 영역(32)의 폭이 제1 및 제2 블록 상의 피치의 0.5배(하프 피치)보다도 크고, 제1 및 제2 블록 상의 피치의 1.5배보다도 작게, 통상은 제1 및 제2 블록 상의 피치와 같은 정도가 되도록 설계된다.
즉, 노광 장치로 패터닝되는 라인 패턴의 폭의 약 절반의 폭으로, 최종적인 인출선을 형성할 수 있다. 이것은, 해상 성능이 낮은 보다 저렴한 노광 장치를 사용할 수 있는 것 및 패턴 형성을 위해서 더블 패터닝 등의 부가 프로세스도 불필요한 것을 의미하고, 따라서 비용 삭감에 유리하다.
(비교예)
이어서, 제1 실시 형태의 방법과 대비하기 위한 비교예로서 종래의 패턴 형성 방법의 일례를 설명한다. 이 예에서는 종래의 방법에 따른 도 1F와 같은 에칭 마스크 패턴을 형성하기 위해, 셀부 및 인출선의 패턴에 대응해서 하드 마스크에 전사된 패턴을 형성하고 주변 회로부의 패턴에 대응해서 레지스트 패턴을 형성하는 것으로 가정한다.
우선, 도 22A에 도시한 바와 같이 웨이퍼 상의 피가공막(11) 위에 하드 마스크(12)를 형성한다. 도 22B에 도시한 바와 같이 하드 마스크(12) 위로 제1 실시 형태에서 사용한 것과 같은 블록 공중합체(20)을 도포한다. 제1 실시 형태의 경우와 같은 방법으로, 도 22C에 도시한 바와 같이, 무산소 오븐 중에서 어닐링하여 블록 공중합체를 자체 조직화시켜, 물리 가이드의 측면을 따라서 실린더 형상의 제1 블록 상(21) 및 실린더 형상의 제2 블록 상(22)을 교대로 배열시킨다.
이어서, 도 23A에 도시한 바와 같이, 1회째의 축소 투영 노광을 행하기 위해 쿼츠 기판(211) 위에 차광막 (또는 하프톤 막)(212)의 패턴이 형성된 제1 레티클(210)을 준비한다. 비교예에서 사용하는 제1 레티클(210)은 주변 회로부에 대응하는 영역으로 기능하는 차광막(212)이 없는 쿼츠 기판(211)을 포함하는 투광부를 갖고, 셀부 및 인출선에 대응하는 영역으로 기능하는 차광막(212)의 패턴을 가지며, 제1 레티클(210)은 제1 실시 형태에서 사용하는 제1 레티클(110)과는 다른 패턴을 갖는다.
도 22D에 도시한 바와 같이 제1 레티클(210)의 투광부(쿼츠 기판(211))을 투과한 ArF 광으로 자체 조직화된 블록 공중합체 B1을 축소 투영 노광한다. 베이커를 사용해 가열한 후 TMAH 수용액을 사용해 현상하면 주변 회로부에서 블록 공중합체 전체가 제거되고, 셀부 및 인출선에 블록 공중합체가 남는다.
도 22E에 도시한 바와 같이 남은 블록 공중합체를 다시 ArF 광에 노광하여 제1 블록 상(21)의 주쇄를 절단해서 분해시킨다. 이소프로필 알코올을 사용해 현상하면 제1 블록 상(21)만이 제거되며 셀부 및 인출선에 제2 블록 상(22)의 패턴이 남는다.
도 22F에 도시한 바와 같이 제2 블록 상(22)의 패턴을 마스크로 해 하드 마스크(12)를 에칭한다. 제2 블록 상(22)을 애싱에 의해 제거하면, 하드 마스크(12) 패턴이 얻어진다.
도 22G에 도시한 바와 같이 노출된 피가공막(11) 및 하드 마스크(12)의 패턴 상에 레지스트(200)을 도포한다.
이어서 도 23B에 도시한 바와 같이 2회째의 축소 투영 노광을 행하기 위해, 쿼츠 기판(221) 상에 형성된 차광막 (또는 하프톤 막)(222)의 패턴을 갖는 제2 레티클(220)을 준비한다. 비교예에서 사용하는 제2 레티클(220)은 주변 회로부에 대응하는 영역으로 기능하는 차광막(222)의 패턴을 포함하는 차광부를 갖고 주변 회로부 이외의 영역에 대응하는 영역으로 기능하는 차광막(222)이 없는 쿼츠 기판(221)을 포함하는 투광부를 포함하며, 제2 레티클(220)은 제1 실시 형태에서 사용하는 제2 레티클(120)과는 다른 패턴을 갖는다.
도 22H에 도시한 바와 같이, 제2 레티클(220)의 투광부(쿼츠 기판(221))을 투과한 ArF 광으로 레지스트(200)을 축소 투영 노광한다. 현상액을 사용해 현상하면 주변 회로부 이외의 영역에서 레지스트(200)이 제거되며 주변 회로부에 레지스트(200)의 패턴이 남는다.
레지스트(200)의 패턴 및 하드 마스크(12)의 패턴을 마스크로 해서 피가공막(11)을 에칭한다. 레지스트(200)의 패턴 및 하드 마스크(12)의 패턴을 제거하면, 원하는 피가공막 패턴이 얻어진다.
제1 실시 형태의 방법은 비교예의 방법과 비교하여 하드 마스크의 형성, 하드 마스크의 에칭, 레지스트의 도포 및 레지스트의 노광 및 현상이 필요 없다. 따라서, 제1 실시 형태의 방법은 비교예의 방법보다 비용을 낮게 할 수 있다.
(변형예)
두 번 모두 노광광으로서 ArF 광을 사용했지만, 노광광은 ArF 광에 한정되지 않는다. 또한 1회째의 노광 파장과 2회째의 노광 파장은 다를 수 있다. 이 경우 하나의 노광광으로만 산을 발생하는 산 발생제를 사용하면 1회째 노광 또는 2회째 노광 중 어느 하나에서 선택적으로 산을 발생시킬 수 있다.
블록 공중합체 전체를 제거하기 위해 요구되는 것은 단지 산 발생제로 산을 발생시킬 수 있도록 하고 산을 촉매로 해서 블록 공중합체의 보호기를 탈리시켜 블록 공중합체를 현상액에 가용성이도록 하는 것이다. 따라서 다른 파장의 광을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 노광은 광 노출에 한정되지 않고 전자 빔, 이온 빔을 사용할 수도 있다. 또한 반드시 레티클을 사용할 필요는 없고, 레이저광, 전자 빔 또는 이온 빔을 미리 작성한 데이터를 따라서 주사시키거나, 애퍼쳐로 성형할 수도 있다.
또한, 항상 블록 공중합체의 양쪽의 블록의 극성을 변화시킬 목적으로 보호기를 도입하는 필요는 없고, 그 블록의 극성을 변화시키면 블록 공중합체 전체가 현상액에 가용성이 되는 것이라면 블록 중 한쪽에만 보호기를 도입할 수 있다. 또한, 한쪽의 블록이 극성의 변화에 따라 현상액에 가용성이 되도록 할 수 있고, 다른 쪽 블록의 주쇄는 절단되어 블록이 현상액에 가용성이 되도록 할 수 있다.
알칼리 현상액은 TMAH 수용액에 한정되지 않고 다른 알칼리 수용액일 수 있다. 현상액으로서 유기 용매를 사용할 수 있고, 이 경우에는 수용액을 사용하는 경우와 비교해 가용부 및 불용부가 서로 역전된다. 제1 실시 형태에서는 노광 후의 가열이 산을 촉매로 사용해서 블록 공중합체의 보호기를 탈리시켰지만, 아세탈의 경우와 같이 실온에서 보호기의 이탈반응이 일어날 경우에는 노광 후에 반드시 가열하는 필요는 없다.
t-부톡시카르보닐기 또는 t-부톡시기와 같은 보호기로 보호된 히드록시기나 카르복실기 측쇄를 갖는 블록 공중합체에 대해 열산 발생제(TAG)을 첨가하고 산 발생제가 첨가된 블록 공중합체를 가열함으로써, 블록 공중합체의 극성을 또한 변화시킬 수 있다. 가열이 TAG으로부터 산을 발생시키고, 이 산이 촉매로 기능하여 t-부톡시카르보닐기 또는 t-부톡시기와 같은 보호기를 블록 공중합체로부터 탈리시키면, 히드록시기나 카르복실기가 생성되어 블록 공중합체의 극성을 변화시킨다. 이 경우 블록 공중합체에 레이저광을 조사해 국소 가열한다. 이렇게 해서 일부의 영역에서 블록 공중합체 전체를 선택적으로 제거할 수 있다.
블록 공중합체의 한쪽의 블록만을 제거하기 위해, 한쪽의 블록에서 주쇄가 절단된다. 노광에 의해 블록의 주쇄를 절단하는 경우 블록에 흡수되는 파장을 갖고, 블록의 주쇄 절단에 필요한 에너지를 갖는 노광광이 사용된다. 가열에 의해 블록의 주쇄가 절단될 수 있다. 이러한 유형의 열분해성 중합체는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-151834호 공보에 기재되어 있다. 광 조사에 의해 광산발생제로부터 산을 발생시킨 후, 가열하여 산을 촉매로서 기능하도록 해 블록의 주쇄를 절단할 수 있다.
한쪽의 블록만을 제거하기 위해서 사용되는 현상액은 이소프로필 알코올에 한정되지 않는다. 블록의 주쇄가 절단되어, 생성된 저분자 중합체가 가용성이 되도록할 것이 요구되며, 이소프로필 알코올 이외의 유기 용매를 사용할 수도 있다.
한쪽의 블록을 제거할 때 반드시 현상을 행할 필요는 없다. 예를 들어, 진공 중에서 광 조사를 행하여 조사 영역에서 한쪽의 블록의 주쇄를 절단 및 제거할 수 있다.
1회째의 노광과 2회째의 노광에서 반응에 변화를 주기 위해서, 노광광의 파장을 바꾸거나, 한쪽의 노광광으로만 산을 발생시키는 산 발생제를 사용할 수 있다. 이렇게 해서, 1회째의 노광과 2회째의 노광에서 산의 발생량을 다르게 할 수 있다.
1회째의 현상 및 2회째의 현상 모두에서 현상액으로서 알칼리 현상액을 사용하고, 두 현상에서 알칼리 현상액의 농도를 다르게 함으로써 선택적으로 제거 영역을 바꿀 수 있다. 예를 들어, 블록 공중합체 전체를 제거하는 경우 고농도의 알칼리 현상액을 사용하고, 한쪽의 블록만을 제거하는 경우에는 저농도의 알칼리 현상액을 사용해서 노광에 의해 블록의 주쇄가 절단됨으로써 생성되는 저분자량 중합체만을 제거할 수 있다. 또한 1회째의 현상 및 2회째의 현상 둘 다에서 현상액으로서 유기 용매를 사용하고, 양 현상에서의 유기 용매의 극성을 다르게 함으로써 선택적으로 제거 영역을 바꿀 수 있다.
한쪽의 블록만을 제거하기 위해 건식 에칭을 행할 수 있다. 이 경우 노광 영역과 미노광 영역 사이에 에칭 선택비가 조절되고 미노광의 제1 블록과 제2 블록 사이에서도 에칭 선택비가 조절된다. 예를 들어, 제1 블록으로서 네가티브형 레지스트의 경우와 같이 노광에 의해 가교되는 중합체를 사용한다. 노광된 주변 회로부와 미노광된 셀부를 건식 에칭시켜 셀부에서 제1 블록을 에칭한다.
건식 에칭의 선택비를 바꾸는 방법은 다음 방법을 포함한다. 에칭 가스로서는 산소, 플루오로카본(예를 들어 CF4, CHF3 등), H2O, CO2, Ar 등이 사용된다. 이들 가스를 단독으로 사용하거나 가스들을 혼합비가 조절된 혼합 가스로서 사용함으로써, 제1 블록 및 제2 블록 사이의 에칭 속도를 다르게 할 수 있고 이로써 에칭 선택비를 조정할 수 있다. 또한, 바이어스 전압의 변화는 이온 에너지를 변화시키고 그로써 제1 블록 및 제2 블록에서 스퍼터링과 화학 반응의 비율을 조정할 수 있게되고 그로써 에칭 선택비를 조정할 수 있게 된다.
여기에서는 상기 화학식에서 나타낸 블록 공중합체 재료를 사용했지만, 중합체 중 하나가 산화물의 증기압이 낮은 원소, 예를 들어 Si를 포함하도록 하고, 다른 중합체가 유기물만 함유하여 그의 산화물의 증기압이 높아 산화물이 산소에 의해 에칭되기 쉬워지도록 하면 효과적이다.
제1 실시 형태에서는, 블록 공중합체가 실린더 구조를 갖도록 블록 공중합체의 조성을 선택했지만, 라멜라 블록 공중합체를 제공하는 조성을 사용해도 좋다. 이 경우 중합체 1과 중합체 2 사이의 조성이 거의 1:1이 된다. 이 경우에는 라멜라가 표면에 평행하지 않고, 표면에 수직으로 되도록 배향시키기 위해서, 피가공막과 블록 공중합체의 표면 사이의 에너지를 조정하기 위한 중간막을 형성할 필요가 있다.
제1 실시 형태에서, 블록 공중합체를 배향시키는 가이드로서 물리 가이드를 사용해 소위 그래포에피텍시(graphoepitaxy)를 달성한다. 그러나, 블록 공중합체를 배향시키는 방법은 상기한 이 방법에 한정되지 않는다. 예를 들어, 표면에너지가 다른 패턴을 형성해 패턴을 따라 블록 공중합체를 배향시킬 수 있다. 또한, 전기장을 인가해서 블록 공중합체를 배향시킬 수 있다. 이들의 방법은 문헌 [D. Sundrani et al. Langmuir, 20, 5091 (2004); J. Y. Cheng et al., Adv. Mater., 20, 3155 (2008)]; 문헌 [T. L. Morkved, Science, 273, 931 (1996)] 등에 기재되어 있다. 이들의 방법은 노광 장치에서 패터닝하여 얻은 패턴보다 치수가 작은 패턴을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 실시 형태에서는 블록 공중합체 전체를 제거해서 원하는 주기 패턴과 원하는 비주기 패턴을 포함하는 영역을 남기고, 블록 공중합체의 한쪽의 블록만을 제거해서 원하는 영역에만 주기 패턴을 형성함으로써, 주기 패턴과 비주기 패턴을 형성한다. 이 방법을 실현할 수 있는 블록 공중합체 물질의 재료, 블록 공중합체를 배향시키는 가이드, 리소그래피 조건 및 건식 에칭 조건에 대해서는 상기한 변형 이외에도 다양한 변형이 가능하다.
(제2 실시 형태)
도 3의 3A 내지 3D를 참조하여 제2 실시 형태에 따른 패턴 형성 방법을 설명한다. 도 3D는 목적으로 하는 피가공막의 패턴에 대응하는 에칭 마스크의 패턴을 나타낸다. 도 3D의 패턴은 도 1F의 패턴과 동일하다.
제2 실시 형태에서, 2회의 노광 및 현상을 행한다. 1회째의 노광 및 현상은 주변 회로부 이외의 영역에서 제1 블록만을 제거한다. 2회째의 노광 및 현상은 일부의 영역에서 잔존하고 있는 제2 블록의 불필요 부분을 제거한다.
제2 실시 형태에서 제1 블록 및 제2 블록으로서 각각 폴리α-메틸스티렌 및 폴리아다만틸메틸에틸아크릴레이트를 포함하는 블록 공중합체 B2를 사용한다. 이 블록 공중합체 B2를 하기 화학식으로 나타낸다:
Figure 112011074676411-pat00002
블록 공중합체 B2의 도포액에는 광산발생제(PAG)가 첨가되어 있다. 블록 공중합체 B2를 ArF 광에 노광하면, 제1 블록인 폴리α-메틸스티렌의 주쇄가 절단되어서 저분자량이 된다. 이로 인해, 예를 들어 이소프로필 알코올을 사용해 현상하면 제1 블록만이 제거된다. 제2 블록은 아다만틸메틸에틸기로 카르복실기가 보호되어 있다. 서로 결합된 이들 보호기는 제2 블록이 테트라메틸암모늄 히드록시드(TMAH) 수용액을 포함하는 현상액에 불용성이도록 한다. 블록 공중합체 B2를 ArF 광에 노광하면, 광산발생제로부터 산이 발생한다. 그 후, 베이커를 사용해 가열하면 산이 촉매로서 작용해 아다만틸메틸에틸기가 탈리하고 제2 블록이 폴리아크릴산이 되어 제2 블록을 TMAH 수용액에 가용성이게 한다. 따라서 ArF 광이 조사된 영역에서는 제2 블록이 TMAH 수용액에 용해되어 제거된다.
1회째의 노광량은 제2 블록에서 충분한 탈보호 반응을 야기하지 못해 일정비율의 아다만틸메틸에틸기를 남기고 2회째 노광이 제2 블록에서 충분한 탈보호 반응을 일으켜 제2 블록이 TMAH 현상액에 가용성이 되게 하도록 재료 설계를 행한다는 것을 알아야 한다.
우선, 피가공막(11) 위에 도시하지 않은 물리 가이드를 형성하고 피가공막(11) 위로 블록 공중합체(20)을 도포한다. 이어서, 무산소 오븐을 사용해서 질소 분위기 하에서 어닐링하여 블록 공중합체 B2를 자체 조직화시켜, 물리 가이드의 측면을 따라서 실린더 형상의 제1 블록 상(21) 및 실린더 형상의 제2 블록 상(22)을 교대로 배열시킨다. 여기까지의 공정은, 도 1A 및 1B과 동일하다.
이어서, 도 4A에 도시한 바와 같이 1회째의 축소 투영 노광을 행하기 위해, 쿼츠 기판(131) 상에 차광막 (또는 하프톤 막)(132)의 패턴을 갖는 제3 레티클(130)을 준비한다. 제3 레티클(130) 상의 패턴 크기는 웨이퍼 상의 패턴 크기의 4배이다. 웨이퍼 위로 렌즈를 개재하여 제3 레티클(130)을 그 사이에 배치한다.
또한 도 3A에 도시한 바와 같이 제3 레티클(130)의 투광부(쿼츠 기판(131))을 투과한 ArF 광으로 자체 조직된 블록 공중합체 B2를 축소 투영 노광한다. 제3 레티클(130)의 투광부(쿼츠 기판(131))에 대응하는 노광 영역(51)을 제3 영역이라 하고, 제3 레티클(130)의 차광막(132)에 대응하는 미노광 영역(52)을 제3 영역 이외의 영역이라고 한다. 제3 영역은 주변 회로부의 라인 패턴 이외의 영역에 대응한다. 이렇게 해서, 제1 블록 상(21)의 주쇄를 절단해 분해시킨다.
이소프로필 알코올을 사용해 현상하면, 도 3B에 도시한 바와 같이 제3 영역에서 제1 블록 상(21)만이 제거된다. 그 결과, 이 제거는 셀부에 주기적인 라인 앤드 스페이스(L & S) 패턴 및 인출선에 대응하는 패턴을 남긴다. 또한, 미노광 영역(52)(제3 영역 이외의 영역)에서 주변 회로부에 대응해서 제1 블록 상(21) 및 제2 블록 상(22)을 포함하는 패턴이 남는다.
이어서, 도 4B에 도시한 바와 같이, 2회째의 축소 투영 노광을 행하기 위해, 쿼츠 기판(141) 상에 차광막 (또는 하프톤 막)(142)의 패턴이 형성된 제4 레티클(140)을 준비한다. 제4 레티클(140) 상의 패턴 크기는 웨이퍼 상의 패턴 크기의 4배이다. 웨이퍼 위로 렌즈를 개재하여 제4 레티클(140)을 그 사이에 배치한다.
또한, 도 3C에 도시한 바와 같이 제4 레티클(140)의 투광부(쿼츠 기판(141))을 투과한 ArF 광으로 1회째의 노광 및 현상을 거친 블록 공중합체 B2를 축소 투영 노광한다. 제4 레티클(140)의 투광부(쿼츠 기판(141))에 대응하는 노광 영역(61)을 제4 영역이라 하고, 제4 레티클(140)의 차광막(142)에 대응하는 미노광 영역(62)을 제4 영역 이외의 영역이라고 한다. 제4 영역은 인출선의 패턴을 제거하는 영역에 대응한다.
베이커를 사용해 가열한 후 TMAH 수용액을 사용해 현상하면, 도 3D에 도시한 바와 같이 제4 영역에서 제2 블록 상(22)이 제거된다. 이렇게 해서, 제4 영역 이외의 영역(62)에 셀부의 주기 패턴과 주변 회로부의 비주기 패턴이 남고 셀부와 주변 회로부가 인출선의 패턴으로 접속된다. 이 블록 공중합체 B2의 패턴을 마스크로 해서 피가공막을 에칭한다. 블록 공중합체 B2의 패턴을 제거하면, 원하는 피가공막 패턴이 얻어진다.
도 3C 및 3D로부터 명백한 바와 같이, 인출선의 패턴을 형성하기 위한 제4 레티클(140)의 차광막(142)의 폭은 2회째의 노광 시의 미노광 영역(62)이 1개의 제2 블록 상(22)의 폭을 커버하지만, 인접하는 제2 블록 상(22)을 커버하지 않도록 설계된다. 더 구체적으로, 이 영역의 차광막(142) 폭은 미노광 영역(62)의 폭이 제1 및 제2 블록 상의 피치의 0.5배(하프 피치)보다 크고, 제1 및 제2 블록 상의 피치의 1.5배보다 작게, 통상은 제1 및 제2 블록 상의 피치와 비슷하게 설정된다. 즉, 노광 장치에서 패터닝하여 얻은 라인 패턴의 폭의 약 절반의 폭으로 최종적인 인출선을 형성할 수 있다. 이것은 해상 성능이 낮은 더 저렴한 노광 장치를 사용할 수 있으며 패턴 형성을 위해서 더블 패터닝 등의 부가 프로세스도 불필요함을 의미하고, 그에 따라 이는 비용 삭감에 유리하다.
제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 제2 실시 형태에 다양한 변형예를 적용할 수 있다.
(제3 실시 형태)
제3 실시 형태에 제1 실시 형태와 같은 방법을 사용하지만, 도 5에 도시하는 제5 레티클(150)을 사용해서 노광을 행하고, 유기 현상액 (예를 들어 아니솔)을 사용해서 도 1C에 대응하는 1회째의 노광 및 현상을 수행하여 노광 영역에 블록 공중합체 B1을 남긴다. 제5 레티클(150)은 쿼츠 기판(151) 상에 형성된 차광막(152) 패턴을 갖고, 패턴은 도 2A의 제1 레티클(110)과 반전된다. 따라서, 차광막(152)의 패턴을 포함하는 차광부에 대응하는 미노광 영역이 제1 영역으로 기능하고 차광막(152)의 패턴이 없는 쿼츠 기판(151)을 포함하는 투광부에 대응하는 노광 영역이 제1 영역 이외의 영역으로 기능한다. 상기한 바와 같이 제3 실시 형태에서 블록 공중합체 B1을 네가티브형 레지스트로서 사용한다.
우선, 도 1A 및 1B에서와 같이, 피가공막(11) 상에 도시하지 않은 물리 가이드를 형성하고, 피가공막(11) 위로 블록 공중합체(20)을 도포한다. 이어서, 무산소 오븐을 사용해 질소 분위기 하에서 어닐링하여 블록 공중합체 B1을 자체 조직화시켜, 물리 가이드의 측면을 따라서 실린더 형상의 제1 블록 상(21) 및 실린더 형상의 제2 블록 상(22)을 교대로 배열시킨다.
제5 레티클(150)의 투광부(쿼츠 기판(151))을 투과한 ArF 광으로 자체 조직화된 블록 공중합체 B1을 축소 투영 노광한다.
그 후, 베이커를 사용해 블록 공중합체 B1을 가열한다. 그 결과, 노광 영역(제1 영역 이외의 영역)의 블록 공중합체 B1은 보호기가 탈리되어 극성이 되고 그에 따라 유기 현상액에 불용성이 되며 미노광 영역(제1 영역)의 블록 공중합체 B1은 유기 현상액에 가용성으로 유지된다. 아니솔을 사용해 현상하면 도 1D에 도시한 바와 같이 미노광 영역(제1 영역)에서 제1 블록 상(21) 및 제2 블록 상(22)을 포함한 블록 공중합체 B1 전체가 제거(트리밍)된다. 이렇게 해서, 제1 영역 이외의 영역에 원하는 주기 패턴과 원하는 비주기 패턴을 포함하는 블록 공중합체 B1이 남는다.
그 후, 도 1E에서와 같이 제2 레티클(120)의 투광부(쿼츠 기판(121))을 투과한 ArF 광으로 1회째의 노광 및 현상을 거친 블록 공중합체 B1을 축소 투영 노광한다. 이렇게 해서, 제2 영역에 있어서 제1 블록 상(21)의 주쇄를 절단해 분해시킨다. 이소프로필 알코올을 사용해 현상하면, 도 1F와 마찬가지로, 셀부에 주기적인 라인 앤드 스페이스(L & S) 패턴, 인출선에 대응하는 패턴 및 주변 회로부에 대응하는 패턴이 남는다. 이소프로필 알코올을 사용해 현상하는 대신 진공 중에서 에너지선 조사로 제1 블록 상의 분해 생성물을 기화시킬 수도 있음을 알아야 한다.
이에 의해, 에칭 마스크로 기능하는 블록 공중합체 B1의 패턴이 형성된다. 블록 공중합체 B1의 패턴을 마스크로 해서 피가공막을 에칭한다. 블록 공중합체 B1의 패턴을 제거하면 원하는 피가공막 패턴이 얻어진다.
제3 실시 형태에서 사용되는 재료, 리소그래피 조건 및 조사 에너지선은 특별히 한정되지 않는다. 1회째의 노광에서 블록 공중합체 전체가 네가티브형 레지스트로서 작용하고, 2회째의 노광 및 현상에서 제1 블록의 주쇄가 각각 절단 및 제거되는 방식으로 블록 공중합체와 현상액의 조합을 사용할 것이 요구된다.
또한, 1회째의 노광에서 제1 블록 및 제2 블록의 양쪽을 가교시키고, 2회째의 노광에서 제1 블록만을 흡수하고 1회째의 광보다 고에너지를 갖는 에너지선을 조사해서 제1 중합체의 주쇄를 절단할 수 있다.
제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 제3 실시 형태에 있어서도 다양한 변형예를 적용할 수 있다.
(제4 실시 형태)
제4 실시 형태에서 제2 실시 형태와 마찬가지의 방법을 사용하지만, 도 3C에 대응하는 2회째의 노광 및 현상에 있어서, 도 5에 도시하는 제5 레티클(150)을 사용해서 노광을 행하고 유기 현상액(예를 들어 아니솔)을 사용해서 현상한다.
우선, 도 3A와 같이 제3 레티클(130)의 투광부(쿼츠 기판(131))을 투과한 ArF 광으로 자체 조직화된 블록 공중합체 B2를 축소 투영 노광한다. 이소프로필 알코올을 사용해 현상하면 도 3B에 도시한 바와 같이 셀부에 주기적인 라인 앤드 스페이스 패턴, 인출선에 대응하는 패턴 및 주변 회로부에 대응하는 패턴이 남는다.
이어서, 도 5에 도시한 제5 레티클(150)의 투광부(쿼츠 기판(151))을 투과한 ArF 광으로 1회째의 노광 및 현상을 거친 블록 공중합체 B2를 축소 투영 노광한다. 베이커를 사용해 블록 공중합체 B2를 가열하면, 노광 영역의 제2 블록은 보호기가 탈리해서 극성이 되며 그에 따라 유기 현상액에 불용성이 되고 미노광 영역의 제2 블록은 유기 현상액에 가용성으로 유지된다. 아니솔을 사용해 현상하면, 도 3D에서와 마찬가지로 셀부의 주기 패턴과, 주변 회로부의 비주기 패턴이 남고, 셀부와 주변 회로부가 인출선의 패턴에 의해 접속된다. 이 블록 공중합체 B2의 패턴을 마스크로 해서 피가공막을 에칭한다. 블록 공중합체 B2의 패턴을 제거하면, 원하는 피가공막 패턴이 얻어진다.
제4 실시 형태에서 사용하는 재료도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 블록 공중합체 B2에 첨가하는 광산 발생제로서, 1회째의 노광에서는 산을 발생시키지 않지만 2회째의 노광에서 산을 발생시키는 광산 발생제를 사용한다. 이 경우, 2회째의 노광은 산을 발생시켜 제2 블록을 폴리아크릴산으로 변화시키고, 그로써 제2 블록이 유기 현상액에 불용성이 되도록 한다. 또한, 2회째의 노광에서 발생한 산에 의해 가교하는 재료를 사용할 수 있다.
제1 실시 형태와 마찬가지로, 제4 실시 형태에 있어서도 다양한 변형예를 적용할 수 있다.
(제5 실시 형태)
제5 실시 형태에 있어서는, 제1 내지 제4 실시 형태에서 설명한 패턴 형성 방법에 의해 형성되는 디바이스 패턴에 대해 변형예를 설명한다.
제1 내지 제4 실시 형태에서, 에칭 마스크가 라인 패턴으로 기능한다. 한편, 피가공막에 트렌치(홈)을 형성하고, 트렌치 내에 배리어 메탈 및 시드 Cu를 스퍼터한 후, 도금에 의해 Cu 배선을 매립하는 경우, 에칭 마스크 사이의 스페이스가 라인 패턴에 대응된다.
도 6은 이 방법에 의해 형성된 디바이스 패턴의 예를 도시한다. 셀부에서 Cu 배선이 그 안에 매립되는 트렌치 패턴은 주기 패턴이다. 주변 회로부는 비주기 패턴을 갖고, 선 폭 및 스페이스 폭이 셀부의 주기의 2배 이상이다. 셀부의 주기 패턴은 제1 블록만을 제거함으로써 형성된다. 주변 회로부의 패턴은 블록 공중합체 전체를 제거함으로써 형성된다.
또한, 에칭 마스크가 라인 패턴으로 기능하는 경우에도 셀부와 주변 회로부 사이의 접속은 도 1F에 도시한 예에 한정되지 않는다.
도 7은 셀부로부터의 인출선이 패드(105)에 접속되는 디바이스 패턴의 예를 도시한다. 이 경우 패드는 주변 회로부에 대응된다.
도 8은 셀부 및 주변 회로부가 콘택트 홀(C/H)을 통해서 다른 레벨의 배선과 접속하는 디바이스 패턴의 예를 나타낸다. 셀부와 주변 회로부는 다른 레벨의 배선과 접속될 수 있다. 도 8에 나타낸 셀부 및 주변 회로부를 피가공막에 전사하고 그 위에 도시하지 않은 절연층을 퇴적하고, 파선으로 나타내는 콘택트 홀을 만들어 상층 배선에 접속한다.
리소그래피로 형성되는 콘택트 홀의 직경은 종종 셀부의 하프 피치보다 크다. 이 경우, 복수의 인출선은 각 인출선 상의 콘택트 홀이 서로 겹치지 않도록 배치된 비스듬한 단부를 갖는다. 이 라인 패턴은 블록 공중합체 전체를 비스듬히 트리밍 한후, 셀부 및 인출선에서 제1 블록만을 제거함으로써 형성된다. 이후, 패턴에 기초하여 피가공막을 가공해 금속을 포함하는 라인을 형성하고 절연막을 퇴적해 콘택트 홀을 만들고, 절연막 상의 배선을 형성해 콘택트 홀을 통해서 셀부와 주변 회로부를 서로 접속시킨다.
도 9를 참조하여, 블록 공중합체의 자체 조직화를 이용해서 콘택트 홀을 형성하는 방법을 설명한다. 도 8과 같은 패턴에 기초해서 금속을 포함하는 라인을 형성하고, 절연막을 퇴적한 후, 블록 공중합체를 도포한다. 이 블록 공중합체는 블록 공중합체를 자체 조직화시켰을 때 실린더 형상의 제1 블록 상(21)이 막면에 수직으로 배향하는 조건에서 형성된다. 질소 분위기 하에서 어닐링하여 블록 공중합체를 자체 조직화시킨다. 이때, 블록 공중합체층의 표면에 있어서 실린더의 원형 단부면이 이차원 육방 격자를 형성하도록 배열되도록 실린더 형상의 제1 블록 상(21)이 막면에 수직으로 배향된다. 도 9의 파선으로 둘러싸인 영역을 선택적으로 노광하고 가열한 후, 이소프로필 알코올을 사용해 현상하면, 제1 블록 상(21)만이 제거되어 개구부가 형성된다. 개구부를 통해서 하지의 절연막을 에칭하여 콘택트 홀을 형성할 수 있다.
도 9의 파선으로 둘러싸인 영역 이외의 콘택트 홀이 형성되지 않는 영역을 노광하고 가열하고, 그 영역에서 제1 블록을 가교시킨 후에 현상하여 파선으로 둘러싸인 영역의 제1 블록 상(21)만을 제거할 수 있음을 알아야 한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제1 블록을 포함하는 실린더는 블록 공중합체 층의 표면에 있어서 원형 단부면이 이차원 육방 격자를 형성하도록 배열될 때 가장 안정하다. 이 경우, 도 8에 도시한 금속을 포함하는 라인의 선단을 연결하는 직선이, 라인의 방향에 대하여 ±60°의 각도를 이루도록 금속층을 가공한다.
블록 공중합체의 자체 조직화를 이용해서 콘택트 홀을 형성하는 경우, 반드시 콘택트 홀 직경이 라인 폭보다 큰 것은 아니다. 이 경우, 도 8에 도시한 바와 같이 각 인출선이 비스듬한 단부를 가질 필요는 없다.
도 10에 각 인출선의 단부를 횡배열로 형성하고, 각 인출선의 단부에 대응해서 콘택트 홀을 형성한 패턴의 예를 나타낸다. 또한, 도 10에서는, 주변 회로부에 복수의 콘택트 홀이 설치된다. 이것은, 주변 회로부에서는 전류값이 높아지기 때문에, 복수의 콘택트 홀을 설치해서 저항을 그라운드로 내리기 위해서다.
도 11을 참조하여, 블록 공중합체의 자체 조직화를 이용해서 도 10에 도시한 콘택트 홀을 형성하는 방법을 설명한다. 도 10에 도시한 패턴에 기초해서 금속으로 이루어지는 라인을 형성하고, 절연막을 퇴적한 후, 블록 공중합체를 도포한다. 질소 분위기 하에서 어닐링해서 블록 공중합체를 자체 조직화시킨다. 실린더 형상의 제1 블록 상(21)이 막면에 수직으로 배향하고, 블록 공중합체층의 표면에서 실린더의 원형 단부면이 이차원 육방 격자를 형성하도록 배열한다. 도 11에서 파선으로 둘러싸인 영역을 선택적으로 노광하고, 가열한 후, 이소프로필 알코올을 사용하여 현상하면, 제1 블록 상(21)만이 제거되어, 개구부가 형성된다. 이 개구부를 통해서 하지의 절연막을 에칭함으로써 콘택트 홀을 형성할 수 있다. 도 11에서는, 주변 회로부에 대응해서 복수개의 실린더를 포함하는 삼각형 및 직사각형 영역에서 노광하고, 현상해서 실린더를 제거함으로써 개구부를 형성한다. 이 개구부를 통해서 하지의 절연막을 에칭함으로써 트리플 홀이나 트윈 홀을 형성한다.
여기서, 실린더를 막면에 평행하게 배향시킬 경우와, 막면에 수직으로 배향시킬 경우의 조건의 차이에 대해서 설명한다.
실린더를 막면에 평행하게 배향시킨 경우, 실린더는 라인 앤드 스페이스(L & S) 패턴을 형성하기 위한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다. 한편, 실린더를 막면에 수직으로 배향시킨 경우, 실린더는 콘택트 홀 패턴(제거된 중합체가 실린더에 해당; 제거된 중합체의 체적분율은 약 30 %) 또는 도트 패턴(제거된 중합체가 실린더 이외의 매트릭스에 해당; 제거된 중합체의 체적분율은 약 70%)을 형성하기 위한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다.
실린더의 배향이 막면에 평행 또는 수직인지 여부는, 물리 가이드 또는 케미칼 가이드를 사용해서 실린더를 배향시킬 경우에는 가이드의 표면 에너지에 의존하고, 전기장이나 온도구배를 사용해서 실린더를 배향시킬 경우에는 전기장이나 온도구배의 방향, 블록 공중합체의 막 두께 및 어닐링 조건 등에 의존한다.
가이드의 표면 에너지를 블록 공중합체의 매트릭스의 표면 에너지에 접근시키면, 표면에 매트릭스의 중합체층이 형성되고, 실린더가 막면에 평행하게 배향한다. 물리 가이드(그래포에피텍시)의 경우에는, 가이드 패턴의 측벽 및 저면의 표면 에너지를 매트릭스의 표면 에너지에 접근하도록 한다. 케미칼 가이드의 경우에는, 한쪽의 중합체를 피닝하는 영역과 그것 이외의 영역에서 표면 에너지를 다르게 한다. 구체적으로는, 실린더를 피닝하는 영역의 표면 에너지를 실린더의 표면 에너지에 접근시키고, 그것 이외의 영역의 표면 에너지를 매트릭스의 표면 에너지에 접근하게 조정한다. 이 경우, 케미칼 가이드 패턴의 주기는 블록 공중합체의 주기의 정수배로 한다.
가이드의 표면 에너지를 2개의 블록의 표면 에너지의 중간의 값으로 조정하면, 실린더가 막면에 수직으로 배향한다. 물리 가이드(그래포에피텍시)의 경우에는, 가이드 패턴의 저면의 표면 에너지를 2개의 블록의 표면 에너지의 중간의 값으로 조정한다. 가이드 패턴의 측벽의 표면 에너지를 매트릭스의 표면 에너지로 조정하면, 측벽에 형성된 하나의 매트릭스층이 배향한다. 측벽의 에너지를 2개의 블록의 중간의 값으로 조정하면, 가이드 패턴의 전체 영역에서 저면에서의 주기성을 유지하면서 실린더가 배향한다. 케미칼 가이드의 경우에는, 한쪽의 중합체를 피닝하는 영역과 그것 이외의 영역에서 표면 에너지를 다르게 하지만, 피닝 영역 이외의 영역의 표면 에너지를 2개의 블록의 표면 에너지의 중간의 값이 되도록 하고, 피닝 영역의 표면 에너지를 한쪽의 블록의 표면 에너지에 접근하게 조정한다.
전기장을 사용하여 배향시킬 경우, 전기장을 거는 방향과 평행하게 실린더가 배향하므로, 실린더를 막면에 평행하게 배향시킬 경우 및 수직으로 배향시킬 경우에 각각 소정의 방향으로 전기장을 건다.
블록 공중합체의 막 두께도 실린더의 배향에 있어서 중요한 요인이다. 실린더를 막면에 평행하게 배향시킬 경우에는, 블록 공중합체의 막 두께를 자체 조직화 후의 주기의 대략 절반 정도로 하는 것이 바람직하다. 한편, 실린더를 막면에 수직으로 배향시킬 경우에는, 블록 공중합체의 막 두께를 자체 조직화 후의 주기의 약 1.7배 정도로 하는 것이 바람직하다.
블록 공중합체를 배향시킬 때, 편광을 조사하면서 어닐링을 수행하면 편광의 방향에 따라 배향이 바뀐다. 또한, 어닐링 분위기 및 어닐링 시간에 의해서도 배향이 변화한다.
다음, 콘택트 홀이나 게이트를 형성하기 위해서 주기 패턴의 일부를 제거하는 변형예에 대해서 설명한다.
도 12에 2개의 라인 패턴의 사이에, 상층과 하층의 배선층을 접속하는 콘택트 홀(100)을 포함하는 패턴의 예를 나타낸다. 이 경우, 콘택트 홀(100)을 관통시키는 영역에서 최초에 블록 공중합체 전체를 제거하고, 그 후에 제1 블록(21)만을 제거해서 라인 패턴을 형성한다.
도 13에, 1개의 라인 패턴의 도중에, 스페이스를 포함하는 패턴의 예를 나타낸다. 스페이스에는 게이트를 형성할 수 있다. 도 13의 패턴도, 도 12의 패턴의 경우와 유사한 방법으로 형성할 수 있다. 그러나, 도 13의 스페이스를 리소그래피에 의해 패터닝하면, 스페이스 폭은 노광 장치의 성능에 의존한다. 또한, 패턴 크기가 작아져서 노광 장치의 해상 한계에 근접하게 되면, 광의 회절에 의해 라인 단부가 라운딩을 일으키고, 스페이스 폭이 마스크 치수보다 넓어질 가능성이 있다.
이 문제를 해결하기 위한 방법으로서, 도 14의 14A 내지 14D를 참조하여, 블록 공중합체의 자체 조직화를 이용하여, 1개의 라인 패턴 도중에 좁은 스페이스를 형성하는 방법을 설명한다.
도 14A에 도시한 바와 같이, 피가공막(11) 위로 블록 공중합체(20)을 도포하고, 질소 분위기 하에서 어닐링해서 블록 공중합체를 자체 조직화시켜, 실린더 형상의 제1 블록 상(21) 및 실린더 형상의 제2 블록 상(22)을 교대로 배열시킨다. 도 14B에 도시한 바와 같이, 제1 블록 상(21) 및 제2 블록 상(22)을 실린더의 길이 방향에 직교하는 영역에서 노광하고, 현상해서 블록 공중합체 전체를 제거함으로써, 라인 앤드 스페이스(L & S) 패턴을 형성한다. 도 14C에 도시한 바와 같이, 쿼츠 기판(161) 위에 차광막 (또는 하프톤 막)(162)의 패턴으로 형성한 레티클(160)을 사용하여, 투광부를 통해서 스페이스부를 노광한다. 이소프로필 알코올을 사용해서 현상을 수행해서 스페이스부에서 제1 블록 상(21)만을 제거하면, 도 14D에 도시한 바와 같이 1개의 라인 패턴의 도중에 스페이스가 형성된다.
이 방법에 따르면, 라인 패턴의 도중의 스페이스가 블록 공중합체의 한쪽의 블록 상을 제거하는 것에 의해 형성되고, 따라서 노광 장치를 사용한 경우와 같이 라인 패턴의 라운딩 또는 스페이스 폭의 확대를 초래할 가능성이 없으며, 좁은 스페이스가 형성될 수 있다.
블록 공중합체의 자체 조직화를 이용하여, 라인 폭 및 라인 패턴 도중의 스페이스 폭을 더 좁게 하는 방법을, 도 15의 15A 내지 15G를 참조하여 설명한다. 이 방법은 하드 마스크 위로 패턴의 전사를 포함한다.
도 15A에 도시한 바와 같이, 피가공막(11) 위에 하드 마스크(12)를 형성한다. 도 15B에 도시한 바와 같이, 하드 마스크(12) 위로 블록 공중합체(20)를 도포하고, 질소 분위기 하에서 어닐링해서 블록 공중합체를 자체 조직화시켜, 실린더 형상의 제1 블록 상(21) 및 실린더 형상의 제2 블록 상(22)을 교대로 배열시킨다. 도 15C에 도시한 바와 같이, 제1 블록 상(21)의 패턴을 포함하는 영역을 노광하고, 이소프로필 알코올을 사용하여 현상해서 제1 블록 상(21)만을 제거하면, 제2 블록 상(22)들 사이에서 하드 마스크(12)가 노출된다. 도 15D에 도시한 바와 같이, 제2 블록 상(22)을 마스크로 해서 노출된 하드 마스크(12)를 에칭한 후, 제2 블록 상(22)을 제거하여, 교대로 배열한 피가공막(11)과 하드 마스크(12)가 포함된 패턴을 형성한다.
이어서, 도 15E에 도시한 바와 같이, 피가공막(11) 및 하드 마스크(12) 위로 다시 블록 공중합체(20)를 도포하고, 질소 분위기 하에서 어닐링해서 블록 공중합체를 자체 조직화시켜, 실린더 형상의 제1 블록 상(21) 및 실린더 형상의 제2 블록 상(22)을 교대로 배열시킨다. 이때, 제1 블록 상(21) 및 실린더 형상의 제2 블록 상(22)의 배열 방향을, 도 15B에 있어서의 배열 방향과 직교하는 방향으로 설정한다. 이 설정은, 도 15B에서의 물리 가이드의 방향을 도 15E와 직교시킴으로써 실현할 수 있다. 계속해서, 도 14C에서 사용한 것과 동일한 방법으로, 스페이스부에서 1개의 제1 블록 상(21)의 폭보다 넓고, 인접하는 제1 블록 상(21)에 겹치지 않는 노광 영역에 대응하는 투광부를 포함하는 레티클을 사용하여, 투광부를 통해서 스페이스부를 노광한다. 이소프로필 알코올을 사용하여 현상을 수행하여 스페이스부에서 제1 블록 상(21)만을 제거하면, 도 15F에 도시한 바와 같이 1개의 라인 패턴 도중에 개구부가 형성되어, 하드 마스크(12)의 일부가 노출된다. 잔존하는 제1 블록 상(21) 및 제2 블록 상(22)을 마스크로 해서 하드 마스크(12)를 에칭한다. 잔존하는 블록 공중합체의 패턴을 박리하면, 도 15G에 도시한 바와 같이 하드 마스크(12)의 패턴이 형성된다. 그 후, 하드 마스크(12)를 마스크로 해서 피가공막(11)을 에칭한 후, 하드 마스크(12)를 박리하면, 원하는 피가공막(11)의 패턴이 얻어진다.
이 방법에 따르면, 자체 조직화된 블록 공중합체의 크기를 가지는 에칭 마스크를 형성함으로써, 미세한 라인과 라인 도중의 좁은 스페이스를 형성할 수 있다.
(제6 실시 형태)
제6 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같은 특정 영역에서 블록 공중합체 전체를 제거(트리밍)한 후, 다른 영역에서 제1 블록 상을 제거하는 패턴 형성 방법을 실시하기 위해서 사용되는 레티클의 패턴 데이터의 생성 방법을 설명한다. 디바이스 패턴은, 제1 실시 형태에서 설명한 도 1F와 동일하다. 또한, 사용하는 노광 장치는 블록 공중합체의 1주기(1개의 제1 블록 상(21) 및 1개의 제2 블록 상(22)을 포함한다)의 폭에 상당하는 해상도를 갖지만, 반주기는 해상하지 못하는 것으로 한다.
도 16에 레티클 패턴 데이터 생성을 위한 흐름도를 나타낸다. 먼저, 설계 패턴 데이터가 부여된다(S11). 도 17에 설계 패턴 데이터의 평면도를 나타낸다. 이것은 도 1F에 대응하는 패턴이다. 설계 패턴은 주기 패턴이 배열해 있는 셀부(C), 셀부의 주기보다도 큰 스페이스 폭 및 라인 폭을 가지는 주변 회로부(P), 및 셀부(C)와 주변 회로부(P) 양자를 연결시키는 인출선(W)의 패턴에 대응하는 패턴을 포함한다.
설계 패턴 데이터를, 셀부, 주변 회로부, 및 인출선으로 분류한다(S12). 도 17에서 셀부, 주변 회로부 및 인출선이 각각 일점쇄선, 파선, 및 실선에 의해 둘러싸여 있다.
패터닝된 블록 공중합체를 얻기 위해서, 셀부의 라인 및 인출선의 라인 위에 제2 블록 상(22)이 형성되도록 설계한다. 인출선의 라인 폭은 셀부의 반주기와 거의 동일하다.
설계 패턴 데이터와 정합이 맞도록 블록 공중합체(BCP)의 배치를 할당한다(S13). 설계 패턴 데이터와 배치 양자 간에 모순이 있을 경우, 설계 패턴 데이터를 수정하고, 모순이 없어질 때까지 블록 공중합체의 배치 할당과 설계 패턴 데이터의 수정을 반복한다.
다음, 블록 공중합체의 배치 할당에 기초하여, 레티클에 의한 노광 패턴(레티클 패턴)을 생성시킨다. 또한, 블록 공중합체를 배향시키기 위한 가이드 패턴도 별도로 생성시키지만, 가이드 패턴 종류에 대한 의존성 때문에 여기에서는 설명하지 않는다는 것을 알아야 한다.
특정 영역에서 블록 공중합체 전체를 제거(트리밍)하기 위한, 1회째의 노광 패턴을 생성시킨다(S14).
1회째의 노광 및 현상에 의해, 셀부 및 주변 회로부의 라인 패턴 부분을 잔존시키므로, 이들 부분에 대응하는 영역이 차광부로 기능하도록 데이터를 생성한다. 인출선에서는 라인으로 기능하는 제2 블록 상만을 잔존시키지만, 라인에 인접하는 제2 블록 상을 포함하는 영역에서는 블록 공중합체 전체를 제거한다. 이 경우, 노광 장치는 블록 공중합체의 반주기를 해상할 수 없으므로, 인출선에 잔존하는 라인의 데이터 폭이 확장된다. 블록 공중합체가 분자 전체로서 제거될 경우, 폭은 이상적으로는 최종적인 라인 폭에 대하여 양측에서 블록 공중합체의 1/4 주기씩 확장된다. 실제로는, 블록 공중합체의 노광 및 현상 특성 및 광학상에 의존해서 블록 공중합체 분자가 잔존할지 제거될지가 정해지므로, 불필요한 블록 공중합체 분자가 제거되고, 잔존시켜야 할 블록 공중합체 분자가 잔존하는 것이 필요하다. 또한, 제1 실시 형태에서 사용한 블록 공중합체의 경우에서와 같이 제1 블록 상이 1회째의 노광과 동시에 절단되는 주쇄를 가지는 경우에는, 분자 중의 1개가 제거되지 않을 것이다. 이러한 이유로, 인출선에 잔존하는 라인의 폭은, 최종적인 라인 폭에 대하여 양측에서 반주기씩 확장한 폭의 범위 내가 된다.
상기한 바와 같이, 셀부, 주변 회로부, 폭을 확장한 인출선이 1회째의 미노광 영역이 되도록, 레티클 패턴 데이터를 생성한다(S14). 도 18에, 생성한 레티클 패턴의 평면도를 나타낸다. 셀부, 주변 회로부 및 인출선이 각각 일점쇄선, 파선, 및 실선에 의해 둘러싸여 있고, 해칭은 차광부를 나타낸다. 도 18에 나타낸 레티클 패턴은 도 2A의 제1 레티클(110)에 대응한다.
이렇게 해서 생성된 레티클 패턴 데이터에 기초하여, 전자 빔 인쇄 장치 또는 레이저 빔 인쇄 장치에서의 빔 조사 위치가 결정된다. 레지스트에 빔을 주사하거나 또는 빔을 성형해서 쿼츠 기판을 움직이는 것에 의해, 쿼츠 기판 상의 차광막 (또는 하프톤 막) 위로 도포된 레지스트를 패터닝한다. 이 레지스트 패턴을 마스크로 해서 차광막 (또는 하프톤 막)을 가공함으로써, 제1 레티클(110)이 제작된다.
이어서, 1회째의 패터닝으로 형성되는 피가공막상의 블록 공중합체의 패턴 데이터를 생성시킨다(S15). 도 19에 생성된 블록 공중합체 패턴의 평면도를 나타낸다.
도 17의 설계 패턴 데이터와 도 19의 블록 공중합체 패턴을 비교하여, 제거해야 할 제1 블록 상(21)의 영역을 추출한다(S16).
계속해서, 2회째의 노광 패턴을 생성시킨다(S17). 상기 스텝에서 추출된 제거해야 할 영역에 대응하도록, 노광 장치의 해상도 이상의 패턴을 생성한다. 이 경우에, 제2 블록(22)은 노광 및 현상에 의해 제거되지 않으므로, 노광 영역에 포함될 수 있다. 한편, 제1 블록 상(21)을 잔존시키는 주변 회로부의 라인 부분은 미노광 영역이 되는 것으로 한다. 추출된 제거해야 할 영역을 포함하고 이들 조건들을 만족하도록 레티클 패턴 데이터를 생성한다. 구체적으로는, 주변 회로부의 라인 부분 이외의 영역에 제거해야 할 제1 블록 상 영역이 포함되도록 패턴을 발생시킨다. 이 패턴을 투광부(노광 영역)이라고 지칭한다.
도 20에 생성한 레티클 패턴의 평면도를 나타낸다. 차광막 영역에 대응하는 주변 회로부를 파선으로 나타낸다. 도 20의 레티클 패턴은, 도 2B의 제2 레티클(120)에 대응한다. 생성한 레티클 패턴 데이터에 기초하여 제2 레티클(120)이 제작된다.
상술한 바와 같은 방법으로 제작된 제1 레티클 및 제2 레티클을 사용하여, 제1 실시 형태에서 설명한 방법에 따라, 최종적으로는 도 1F와 같은 블록 공중합체의 패턴이 피가공막(11) 상에 형성된다.
상기 설명에서는, 차광막이 미노광 영역으로 사용되었지만, 하프톤 막이 사용될 수 있다.
상기 설명에서는, 설계 패턴 데이터와 1회째 패터닝 후의 피가공막 상의 블록 공중합체 위의 패턴 데이터를 비교하여, 2회째 노광 및 현상에 의해 제거해야 할 제1 블록 상(21)의 영역을 결정했다. 제거해야 할 제1 블록 상(21)은 셀부와 인출선이 확장된 부분으로서 결정될 수도 있으므로, 반드시 데이터를 비교할 필요는 없다. 상기 제6 실시 형태에서는, 인출선이 있는 경우를 설명했다. 그러나, 인출선이 없을 경우에는, 1회째의 미노광 영역(차광부)이 셀부와 주변 회로부의 라인 부분에 해당되도록 패턴을 발생시키고, 2회째의 노광 영역(투광부)은 주변 회로부의 라인 부분 이외의 영역에, 셀부가 포함되는 패턴을 발생시키게 된다. 이 경우, S15 및 S16 스텝은 불필요하게 된다.
상기 설명에서는, 작성한 레티클 패턴 상의 데이터에 기초하여 레티클을 제작하고, 제작된 레티클을 통해서 노광을 행한다. 그러나, 어떠한 레티클도 사용하지 않고, 직접 블록 공중합체를 노광시킬 수도 있다. 더욱 구체적으로, 작성한 레티클 패턴 상의 데이터에 기초하여 빔 조사 위치를 결정하고, 레지스트에 빔을 주사하거나 또는 빔을 성형해서 웨이퍼를 움직이는 것에 의해, 웨이퍼 상의 레지스트를 노광시킨다. 노광 장치로는, 레이저 인쇄 장치, 전자 빔 인쇄 장치, 및 이온 빔 인쇄 장치를 사용할 수 있다.
제3 실시 형태에서 설명한 패턴 형성 방법에서, 1회째의 노광에서의 차광부가 투광부로 변경된 것 뿐이므로, 도 16을 참조하여 설명한 레티클 패턴 데이터의 생성 방법을 그대로 적용할 수 있다.
(제7 실시 형태)
제7 실시 형태에서는, 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 특정 영역에서 제1 블록 상(21)을 제거한 후, 잔존하는 제2 블록 상(22)의 불필요한 영역을 제거하는 패턴 형성 방법을 실시하기 위해서 사용되는 레티클의 패턴 데이터 생성 방법을 설명한다. 디바이스 패턴은, 제2 실시 형태에서 설명한 도 3D와 동일하고, 따라서 제1 실시 형태에서 설명한 도 1F와 동일하다. 또한, 사용하는 노광 장치는 블록 공중합체의 주기(1 개의 제1 블록 상 및 1개의 제2 블록 상을 포함한다)의 폭에 상당하는 해상도를 갖는 것으로 한다.
도 21에 레티클의 패턴 데이터 생성을 위한 흐름도를 나타낸다. 제6 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 최초에 설계 패턴 데이터가 부여된다(S21). 설계 패턴 데이터의 평면도는 도 17과 동일하고, 도 3D 및 도 1F에 대응하는 패턴이다. 설계 패턴 데이터를 셀부, 주변 회로부, 및 인출선으로 분류한다(S22). 설계 패턴 데이터와 정합이 맞도록 블록 공중합체(BCP)의 배치를 할당한다(S23). 배치와 설계 패턴 데이터 양자 간에 모순이 있을 경우, 설계 패턴 데이터를 수정하고, 모순이 없어질 때까지 블록 공중합체의 배치 할당과 설계 패턴 데이터의 수정을 반복한다.
특정 영역에서 제1 블록 상(21)을 제거하기 위해, 1회째의 노광 패턴을 생성시킨다(S24). 이 경우에, 제2 블록 상이 노광될 수도 있다. 따라서, 1회째의 노광 패턴은, 주변 회로부의 라인 부분이 차광부로 기능하는 레티클 패턴이다. 이 레티클 패턴은, 도 4A의 제3 레티클(130)에 대응한다. 이렇게 생성된 레티클 패턴의 데이터에 기초하여, 제3 레티클(130)이 제작된다.
이어서, 1회째의 패터닝으로 형성되는 피가공막상의 블록 공중합체의 패턴 데이터를 생성시킨다(S25). 이 데이터는 도 3B의 블록 공중합체의 패턴에 대응한다.
도 17의 설계 패턴 데이터와, 1회째의 패터닝 후의 피가공막 상의 블록 공중합체 패턴을 비교하여, 제거해야 할 제2 블록 상(22)의 영역을 추출하고, 남겨야 할 인출선을 추출한다(S26).
계속해서, 2회째의 노광 패턴을 생성시킨다(S27). 인출선에서는 라인으로 기능하는 제2 블록 상(22)을 잔존시키지만, 이러한 잔존한 라인들과 인접하는 제2 블록 상(22)을 포함하는 라인을 제거한다. 이 경우에, 노광 장치는 블록 공중합체의 반주기를 해상할 수 없으므로, 인출선을 형성하기 위한 차광막의 폭을, 최종적인 인출선의 라인 폭에 대하여 양측에 대해 반주기의 범위에 속하는 범위까지 확장한다. 2회째의 노광 패턴에서, 셀부, 주변 회로부의 라인 부분, 폭을 확장한 인출선을 포함하는 패턴이 발생된다. 발생된 패턴은 차광부(미노광부)로 기능한다. 이 레티클 패턴은 도 4B의 제4 레티클(140)에 대응한다. 이렇게 생성된 레티클 패턴의 데이터에 기초하여, 제4 레티클(140)이 제작된다.
상술한 방법으로 제작된 제3 레티클 및 제4 레티클을 사용하여, 제2 실시 형태에서 설명한 방법에 따라, 최종적으로는 도 3D와 같은 블록 공중합체의 패턴이 피가공막(11) 상에 형성된다.
상기의 설명에서는, 차광막이 미노광 영역으로 사용되었지만, 하프톤 막이 사용될 수 있다.
상기 설명에서는, 설계 패턴 데이터와 1회째의 패터닝 후의 피가공막 상의 블록 공중합체 위의 패턴 데이터를 비교하여, 2회째의 노광 및 현상에 의해 제거해야 할 제2 블록 상(22)의 영역을 결정했다. 제거해야 할 제2 블록 상(22)은 인출선이 불필요한 영역으로서 결정될 수도 있으므로, 따라서 반드시 데이터를 비교할 필요는 없다.
상기 제7 실시 형태에서는, 인출선이 있는 경우를 설명했다. 그러나, 인출선이 없을 경우에는, 1회째의 미노광 영역(차광부)이 주변 회로부의 라인 부분에 해당하도록 패턴을 발생시키고, 2회째의 미노광 영역(차광부)은 주변 회로부의 라인 부분 및 셀부에 대응하는 패턴을 발생시키게 된다. 이 경우에는 S15 및 S16의 스텝은 불필요하게 된다.
상기 설명에서는, 작성한 레티클 패턴 상의 데이터에 기초하여 레티클을 제작하고, 제작된 레티클을 통해서 노광을 행한다. 그러나, 어떠한 레티클도 사용하지 않고, 직접 블록 공중합체를 노광시킬 수도 있다. 보다 구체적으로, 작성한 레티클 패턴 상의 데이터에 기초하여 빔 조사 위치를 결정하고, 레지스트에 빔을 주사하거나 또는 빔을 성형해서 웨이퍼를 움직이는 것에 의해, 웨이퍼 상의 레지스트를 노광시킨다. 노광 장치로는, 레이저 인쇄 장치, 전자 빔 인쇄 장치, 및 이온 빔 인쇄 장치를 사용할 수 있다.
제4 실시 형태에서 설명한 패턴 형성 방법에서, 2회째의 노광에서의 차광부가 투광부로 변경된 것 뿐이므로, 도 21을 참조하여 설명한 레티클 패턴 데이터의 생성 방법을 그대로 적용할 수 있다.
특정 실시 형태들이 설명되었으며, 이들 실시 형태들은 단지 예시의 방법으로 제시된 것이고, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것은 아니다. 사실상, 본원에 설명된 신규한 실시 형태들은 각종 다른 형태로 실시될 수 있다; 더욱이, 본원에 설명된 실시 형태의 형태에서 각종 생략, 치환 및 변화가 본 발명의 취지를 벗어남이 없이 행해질 수 있다. 첨부되는 특허청구범위 및 이의 균등 범위들이 이러한 형태 또는 변경을 아우르도록 의도되었으며, 본 발명의 범위 및 취지 내에 속한다.
11: 피가공막
20: 블록 공중합체
21: 제1 블록 상
22: 제2 블록 상
31: 노광 영역
32, 42: 미노광 영역
110: 제1 레티클
111, 121: 쿼츠 기판
112, 122: 차광막
120: 제2 레티클

Claims (24)

  1. 자체 조직화하는 제1 블록 및 제2 블록을 포함하는 블록 공중합체이며, 제1 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열과, 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 상기 블록 공중합체 전체가 제거되고, 제2 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열과, 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 자체 조직화된 제1 블록 상이 선택적으로 제거되는 성질을 갖는 블록 공중합체를 준비하고,
    피가공막 위로 상기 블록 공중합체를 도포하고, 상기 블록 공중합체를 자체 조직화시켜서 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 형성하고,
    상기 블록 공중합체에 대하여 선택적으로 제1 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열을 행하고 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 제1 영역에 존재하는 블록 공중합체 전체를 제거하여, 제1 영역 이외의 영역에 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 잔존시키고,
    잔존한 상기 블록 공중합체에 대하여 선택적으로 제2 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열을 행하고 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 제2 영역에 존재하는 제1 블록 상을 선택적으로 제거하여, 제1 영역 이외의 영역과 제2 영역 이외의 영역 사이의 중첩 영역에 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 잔존시키고, 상기 중첩 영역을 제외한 제2 영역에 제2 블록 상의 패턴을 잔존시키고,
    잔존한 패턴을 마스크로 해서 상기 피가공막을 에칭하는 것을 포함하는 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 조건은 서로, 에너지선의 파장, 가열 온도, 현상 조건 또는 건식 에칭 조건이 상이한 패턴 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 블록 공중합체는 산 발생제를 함유하고, 상기 제1 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열에 의해 산 발생제로부터 산을 발생시켜서 상기 블록 공중합체를 알칼리 가용성 또는 유기 용매 불용성으로 변화시키는 패턴 형성 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열에 의해 제1 블록 상의 주쇄를 절단하는 패턴 형성 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 조건의 현상 조건과 상기 제2 조건의 현상 조건은 현상액의 종류 또는 농도가 상이한 패턴 형성 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 조건의 건식 에칭 조건과 상기 제2 조건의 건식 에칭 조건은 가스 종류 또는 플라즈마 에너지가 상이한 패턴 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 잔존한 제2 블록 상의 패턴은 자체 조직화된 블록 공중합체의 주기와 동일한 주기를 가지는 주기 패턴을 형성하고, 상기 잔존한 제1 블록 상 및 제2 블록 상으로 이루어지는 패턴은 상기 자체 조직화된 블록 공중합체의 주기보다도 더 큰 치수를 갖는 비주기 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 잔존한 제2 블록 상의 패턴은 자체 조직화된 블록 공중합체의 반주기와 동일한 폭을 갖는 비주기 패턴을 또한 포함하고,
    상기 제2 블록 상의 주기 패턴과, 상기 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 비주기 패턴은, 상기 제2 블록 상의 비주기 패턴에 의해 접속되는 패턴 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 잔존한 제2 블록 상의 패턴은 상기 잔존한 제1 블록 상 및 제2 블록 상의 패턴과 접속하고 있고, 제1 블록 상을 제거함으로써 스페이스를 형성하는 패턴 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 잔존한 제2 블록의 주기 패턴을 피가공막에 전사해서 얻어지는 패턴과, 상기 잔존한 제1 블록 상 및 제2 블록 상으로 이루어지는 비주기 패턴을 피가공막에 전사해서 얻어지는 패턴은, 콘택트 홀을 통해서 다른 레벨의 배선과 접속되도록 형성하는 패턴 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 콘택트 홀은,
    상기 전사된 피가공막의 패턴 위에 절연막을 형성하고,
    절연막 위에 블록 공중합체를 도포하고, 상기 블록 공중합체의 제1 블록 상으로 이루어지는 실린더가 막면에 수직으로 배향하도록 블록 공중합체를 자체 조직화시키고,
    상기 블록 공중합체에 대하여 선택적으로 에너지선의 조사 또는 가열을 행하고, 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써, 원하는 제1 블록 상으로 이루어지는 실린더만을 제거하고,
    잔존한 제1 블록 상과 제2 블록 상을 마스크로 해서 절연막을 에칭함으로써 형성하는 패턴 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 콘택트 홀은 이차원 육방 격자의 그리드 위에 중심이 배치되어 있는 패턴 형성 방법.
  13. 자체 조직화하는 제1 블록 및 제2 블록을 포함하는 블록 공중합체이며, 제3 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열과, 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 자체 조직화된 제1 블록 상이 선택적으로 제거되고, 제4 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열과, 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 자체 조직화된 제2 블록 상이 선택적으로 제거되는 성질을 갖는 블록 공중합체를 준비하고,
    피가공막 위로 상기 블록 공중합체를 도포하고, 상기 블록 공중합체를 자체 조직화시켜서 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 형성하고,
    상기 블록 공중합체에 대하여 선택적으로 제3 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열을 행하고 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 제3 영역에 존재하는 제1 블록 상을 선택적으로 제거하고,
    잔존한 상기 블록 공중합체에 대하여 선택적으로 제4 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열을 행하고 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써 제3 영역에 포함되는 제4 영역에 잔존하는 제2 블록 상을 제거하여, 제3 영역 이외의 영역에 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 패턴을 잔존시키고, 제3 영역 중 제4 영역 이외의 영역에 제2 블록 상을 잔존시키고,
    잔존한 패턴을 마스크로 해서 상기 피가공막을 에칭하는 것을 포함하는 패턴 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제3 및 제4 조건은 서로, 에너지선의 파장, 가열 온도, 현상 조건 또는 건식 에칭 조건이 상이한 패턴 형성 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 블록 공중합체는 산 발생제를 함유하고, 상기 제4 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열에 의해 산 발생제로부터 산을 발생시켜서 상기 제2 블록 상을 알칼리 가용성 또는 유기 용매 불용성으로 변화시키는 패턴 형성 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제3 조건에서 에너지선의 조사 또는 가열에 의해 제1 블록 상의 주쇄를 절단하는 패턴 형성 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제3 조건의 현상 조건과 상기 제4 조건의 현상 조건은 현상액의 종류 또는 농도가 상이한 패턴 형성 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제3 조건의 건식 에칭 조건과 상기 제4 조건의 건식 에칭 조건은 가스 종류 또는 플라즈마 에너지가 상이한 패턴 형성 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 잔존한 제2 블록 상의 패턴은 자체 조직화된 블록 공중합체의 주기와 동일한 주기를 가지는 주기 패턴을 형성하고, 상기 잔존한 제1 블록 상 및 제2 블록 상으로 이루어지는 패턴은 상기 자체 조직화된 블록 공중합체의 주기보다도 더 큰 치수를 갖는 비주기 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 잔존한 제2 블록 상의 패턴은 자체 조직화된 블록 공중합체의 반주기와 동일한 폭을 갖는 비주기 패턴을 또한 포함하고,
    상기 제2 블록 상의 주기 패턴과, 상기 제1 블록 상 및 제2 블록 상을 포함하는 비주기 패턴은, 상기 제2 블록 상의 비주기 패턴에 의해 접속되는 패턴 형성 방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 잔존한 제2 블록 상의 패턴은 상기 잔존한 제1 블록 상 및 제2 블록 상의 패턴과 접속하고 있고, 제1 블록 상을 제거함으로써 스페이스를 형성하는 패턴 형성 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 잔존한 제2 블록의 주기 패턴을 피가공막에 전사해서 얻어지는 패턴과, 상기 잔존한 제1 블록 상 및 제2 블록 상으로 이루어지는 비주기 패턴을 피가공막에 전사해서 얻어지는 패턴은, 콘택트 홀을 통해서 다른 레벨의 배선과 접속되도록 형성하는 패턴 형성 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 콘택트 홀은,
    상기 전사된 피가공막의 패턴 위에 절연막을 형성하고,
    절연막 위에 블록 공중합체를 도포하고, 상기 블록 공중합체의 제1 블록 상으로 이루어지는 실린더가 막면에 수직으로 배향하도록 블록 공중합체를 자체 조직화시키고,
    상기 블록 공중합체에 대하여 선택적으로 에너지선의 조사 또는 가열을 행하고, 현상 또는 건식 에칭을 행함으로써, 원하는 제1 블록 상으로 이루어지는 실린더만을 제거하고,
    잔존한 제1 블록 상과 제2 블록 상을 마스크로 해서 절연막을 에칭함으로써 형성하는 패턴 형성 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 콘택트 홀은 이차원 육방 격자의 그리드 위에 중심이 배치되어 있는 패턴 형성 방법.
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