KR102310841B1 - 레지스트 리플로우 온도 향상을 위한 직류 중첩 경화 - Google Patents

레지스트 리플로우 온도 향상을 위한 직류 중첩 경화 Download PDF

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Abstract

본원의 기술은, 상대적으로 더 높은 열 리플로우 내성을 가능하게 하기 위해, 기판 상의 재료(예컨대 레지스트)의 층을 경화하는 방법을 포함한다. 리플로우 내성을 증가시키는 것은, 블록 코폴리머의 성공적인 방향성 자기 조립을 가능하게 한다. 기술은 패턴화된 포토레지스트 층을 갖는 기판을 수용하는 것 및 용량 결합 플라즈마 시스템의 프로세싱 챔버에 이 기판을 위치시키는 것을 포함한다. 패턴화된 포토레지스트 층은, 플라즈마 프로세싱 동안 음극의 직류 전력을 플라즈마 프로세싱 시스템의 상부 전극에 커플링하는 것에 의해 전자의 플럭스로 처리된다. 전자의 플럭스는 플라즈마와 그 시스(sheath)를 통과할 충분한 에너지로 상부 전극으로부터 가속되어, 패턴화된 포토레지스트 층이 물리적 특성이 변경되도록 기판에 충돌하게 되는데, 물리적 특성에서의 변화는 증가된 유리-액체 전이 온도를 포함할 수 있다.

Description

레지스트 리플로우 온도 향상을 위한 직류 중첩 경화{DIRECT CURRENT SUPERPOSITION CURING FOR RESIST REFLOW TEMPERATURE ENHANCEMENT}
본 발명은 반도체 프로세싱에 관한 것으로, 특히, 기판 상의 가공가능한(processable) 재료의 층을 경화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
가공가능한 재료의 경화는 포토리소그래피에서 일반적인 관례이다. 재료 프로세싱 방법론(예컨대 포토리소그래피)에서, 패턴화된 층을 생성하는 것은, 기판의 상면에, 포토레지스트와 같은 방사선 감광 재료(radiation-sensitive material)의 박층의 도포를 수반한다. 이 방사선 감광 재료는 기판 상의 아래의 층(underlying layer)로 패턴을 에칭하거나 전사하기 위해 사용될 수 있는 패턴화된 마스크로 변형된다. 일반적으로, 방사선 감광 재료의 패턴화는, 예를 들면, 포토리소그래피 시스템을 사용하여 방사선 감광 재료 상으로의 레티클(reticle)(및 관련 광학장치(optics))을 통한 방사선 소스에 의한 노광을 수반한다. 그 다음, 이 노광 다음에, 현상 용매를 사용한, 방사선 감광 재료의 (포지티브 포토레지스트의 경우에서와 같이) 조사된 영역, 또는 (네거티브 레지스트의 경우에서와 같이) 비조사된 영역의 제거가 이어질 수 있다.
레지스트 코팅을 사용하는 것은 통상적으로 베이킹을 포함한다. 유기막의 베이킹(경화)은 집적 회로에 대해 사용되는 제조 프로세스에 중요하다. 이 프로세스는 통상적으로 "도포 후 베이킹(post apply bake)" 또는 PAB로 칭해진다. 통상의 막은 탑 코트 배리어 층(top coat barrier layer; TC), 탑 코트 반사방지 층(top coat antireflective layer; TARC), 보텀 반사방지 층(bottom antireflective layer; BARC), 촬상 층(imaging layer; PR 또는 포토레지스트), 및 에칭 스톱을 위한 희생 및 배리어 층(하드마스크)을 포함한다. 또한 통상적으로 막의 경화는 노광 후 베이킹(post exposure bake; PEB)을 포함한다. 베이킹 프로세스 시간 및 온도는 용매를 몰아 내고 막을 경화 또는 딱딱하게 하여, 그 결과 회로 피쳐가 규정되는 노광 및 노광 후 현상에서 막의 특성을, 기판로 피쳐를 에칭하기 이전에, 규정하기 위해 사용된다. 이러한 막의 열 프로세싱은 패턴화된 포토레지스트의 후속 사용 및 프로세싱을 가능하게 한다.
레지스트 층을 패턴화하기 위해 포토리소그래피를 사용하는 것은 스케일링 한계를 갖는다. 패턴화된 레이아웃의 임계 치수가 리소그래피 장치의 해상도 한계에 도달함에 따라, 광학적 근접 효과(optical proximity effect; OPE)는, 마스크 상의 피쳐가 방사선 감광 재료의 층에 전사되는 방식에 영향을 끼치기 시작하여, 결과적으로 마스크와 실제 레이아웃 패턴이 상이해지기 시작한다. 즉, 포토리소그래피 그 자체로는 소망되거나 명시되는 것만큼 작은 패턴을 만들 수 없다. 더 작은 피처의 패턴화를 가능하게 하기 위한 하나의 기술은 방향성 자기 조립(directed self-assembly; DSA)으로 공지되어 있다.
DSA는 포토리소그래피 패턴화 층(photolithographic patterned layer) 내에 더 작은 패턴을 규정하기 위해 블록 코폴리머(block copolymer; BCP)를 사용하는 것을 수반한다. 통상적으로, 함께 공유 결합된, PMMA 및 PS와 같은, 화학적으로 별개인 폴리머의 2개의 스트랜드(strand)로 구성된 BCP가 기판 상으로 스핀(spin)된다. 그 다음, 블록 코폴리머를 가열하는 것에 의해 자기 조립이 활성화된다. 이러한 가열은, 랜덤하게 배향된 BCP가 스스로 재정렬되어 동일한 폴리머 스트랜드가 가능한 곳에서 마이크로 도메인을 형성할 수 있게 하는 자기 조립 프로세스를 개시한다. 이 상분리(phase separation) 및 조립은 지형적 또는 화학적 가이딩 패턴화에 의해 가이드되고 그 다음 라인 및 실린더와 같은 상이한 구조로 나타날 수 있게 된다. 이러한 기술은 사이즈를 줄일 수 있고 포토리소그래픽적으로 규정된 패턴을 배가시킬 수 있다.
그러나, 레지스트 패턴을 축소하기 위해 DSA를 사용하는 것과 관련된 하나의 도전과제는, 패턴화된 레지스트 층이 폴리머 가열 또는 경화 프로세스를 견뎌낼 수 없다는 것이다. 예를 들면, 홀 또는 트렌치의 어레이를 규정하도록 레지스트 층이 패턴화될 수 있다. 그 다음, 블록 코폴리머는 스핀 온(spin-on)되어 홀 또는 트렌치를 채울 수 있다. 그 다음, 블록 코폴리머는 상분리를 개시하도록 가열된다. 그러나, 상분리를 개시하는 데 필요한 온도는, 레지스트 층의 유리-액체 전이 온도(glass-liquid transition temperature)(리플로우 온도)보다 더 높다. 리플로우 온도에 도달함에 따라, 레지스트가 다시 흐르기 시작하기 때문에 레지스트는 자신의 물리적 형상을 잃어버리고, 그 결과 홀/트렌치를 채우게 되고 블록 코폴리머와 혼합하게 된다.
본원의 기술은, 상대적으로 더 높은 열 리플로우 내성을 가능하게 하여 성공적인 방향성 자기 조립을 가능하게 하기 위해 기판 상의 재료(예컨대 레지스트)의 층을 경화시키는 방법을 포함한다. 일 실시형태는 기판 상의 재료의 층을 경화시키는 방법을 포함한다. 그 방법은 패턴화된 포토레지스트 층을 갖는 기판을 수용하는 것을 포함한다. 기판은 용량 결합 플라즈마 시스템의 프로세싱 챔버 내에 위치된다. 패턴화된 포토레지스트 층은, 음극의 직류 전력을 플라즈마 프로세싱 시스템의 상부 전극에 커플링하는 것에 의해 전자의 플럭스로 처리된다(treated). 전자의 플럭스는 플라즈마와 그 시스(sheath)를 통과할 충분한 에너지로 상부 전극으로부터 가속되어, 패턴화된 포토레지스트 층이 물리적 특성이 변경되도록 기판에 충돌하게 된다. 물리적 특성은 리플로우 온도에서의 증가를 포함할 수 있다. 그 다음, 이제 상대적으로 높은 리플로우 온도를 갖는 패턴화된 포토레지스트 층 상에 블록 코폴리머 막이 디스펜싱(dispensing)될 수 있다.
이러한 기술은, 예를 들면, 네거티브 톤 현상액 레지스트(negative tone developer resist)의 사용이 DSA 패턴화에 대해 사용되는 것을 가능하게 한다.
물론, 본원에서 설명되는 바와 같은 상이한 단계의 논의의 순서는 명확화를 위해 제공되었다. 일반적으로, 이들 단계는 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 추가적으로, 본원에서, 상이한 특징, 기술, 구성 등의 각각이 본 개시의 상이한 위치에서 논의될 수도 있지만, 그 개념의 각각은 서로 독립적으로 또는 서로 조합하여 실행될 수 있음이 의도된다. 따라서, 본 발명은 많은 상이한 방식으로 구체화되고 보일 수 있다.
이 개요 부분은 본 개시 또는 청구되는 발명의 모든 실시형태 및/또는 증분적으로 신규의 양태를 명시하지는 않음을 주목해야 한다. 대신, 이 개요는 상이한 실시형태의 예비적 논의 및 종래의 기술에 비해 대응하는 신규 지점만을 제공한다. 본 발명 및 실시형태의 추가적인 상세 및/또는 가능한 전망에 대해, 본 독자는 하기에 추가로 논의되는 바와 같은 본 개시의 상세한 설명 부분 및 대응하는 도면으로 인도된다.
본 발명의 다양한 실시형태 및 그것의 많은 부수하는 이점의 보다 완전한 이해는, 첨부의 도면과 연계하여 고려되는 하기의 상세한 설명을 참조하여 더욱 명확해질 것이다. 도면은 반드시 동일 축척은 아니며, 대신, 특징, 원칙 및 개념을 설명하는 것에 강조가 이루어져 있다.
도 1 내지 도 8은 본원의 실시형태에 따른 예시적인 패턴화 방법의 진행을 도시하는 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 규정된 홀 안으로 레지스트 리플로우 진행을 표현하는 상면도를 예시한다.
도 10a 내지 도 10c는 전자빔 처리된 레지스트와 가열 기반 리플로우에 대한 그 내성을 표현하는 상면도를 예시한다.
도 11 및 도 12는 본원의 실시형태와 함께 사용되는 플라즈마 프로세싱 시스템의 개략도이다.
본원의 기술은, 상대적으로 더 높은 열 리플로우 내성을 가능하게 하여 성공적인 방향성 자기 조립을 가능하게 하기 위해 기판 상의 재료(예컨대 레지스트)의 층을 경화시키는 방법을 포함한다. 일 실시형태는 기판 상의 재료의 층을 경화시키는 방법을 포함한다. 이러한 재료는 포지티브 톤 레지스트(positive tone resist) 및 심지어 네거티브 톤 레지스트(negative tone resist)를 포함할 수 있다.
네거티브 톤 현상액(Negative Tone Developer; NTD) 포토레지스트(photo resist; PR)는 블록 코폴리머(BCP)의 방향성 자기 조립(DSA)을 사용하는 특정 애플리케이션에 대한 엄선된 포토레지스트가 되었다. 구체적으로는, NTD는 그래포에피택시 접근법(graphoepitaxy approach)을 통해 BCP DSA에 대한 템플릿을 생성하기 위해 사용될 수 있다. NTD 레지스트를 사용하는 것과 관련한 하나의 도전과제는 BCP의 적용 이전의 경화이다. BCP 경화에 대해 종종 명시되는 온도는 약 210℃이다. 이것은 문제인데, 통상적인 NTD 레지스트가 약 190℃에서 리플로우하기 때문이다. 따라서, 현재로선, NTD를 리플로우시키지 않고 BCP를 경화하는 것을 불가능하다. 리플로우하는 것은 포토레지스트에 의해 규정된 패턴 또는 가이드를 파괴하는데, 이것은 자기 조립을 가이드하기 위한 구조가 존재하지 않는다는 것을 의미한다.
본원의 기술은, 리플로우 레지스트의 리플로우 온도가 주어진 블록 코폴리머의 경화 온도 위의 값으로 증가하도록, 포토레지스트의 직류 중첩(Direct Current Superposition; DCS) 처리를 실행하는 것을 포함한다. 일 예에서, NTD에 대해 DCS 처리를 실행하는 것은 225℃ 또는 그 이상을 넘는 리플로우 온도로 나타나게 된다. 몇몇 처리에서, 레지스트의 리플로우 온도는 250℃를 초과할 수 있다. 즉, DCS를 사용하는 것은, NTD 레지스트의 유리-액체 전이 온도를 약 190℃에서 약 250℃ 이상으로 증가시킨다. 따라서, 이러한 기술은 블록 코폴리머와 같은 DSA 애플리케이션이 엔티티 레지스트 상에서 비아/홀 축소를 가능하게 한다. 또한, 이러한 기술은 NTD 레지스트 상에서의 그래포에피택시가 BCP 어닐링을 그 대응하는 활성 온도에서 가능하게 한다. 이러한 발견은 중요하다. 네거티브 톤 레지스트가 포지티브 톤 레지스트 이상으로 사용에 종종 선택되는데, 그 이유는 네거티브 톤 레지스트의 유리-액체 전이 온도(Tg)가 더 높기 때문이다. 임계 홀 애플리케이션에 대해, 네거티브 톤 현상 레지스트를 사용하는 것이, 부분적으로 집적의 관점에서, 선호된다. 그러나, 네거티브 톤 레지스트의 Tg는 BCP 어닐에 대해 통상적으로 권장되는 것보다 상당히 낮고, 방향성 자기 조립을 어렵거나 불가능하게 하였다.
이제 도 1 내지 도 8을 참조하면, 본원의 실시형태에 따른 예시적인 패턴화 방식이 설명될 것이다. 도 1은 패턴화될 예시적인 기판의 단면 측면도를 도시한다. 이것은 기판(105), 실리콘 층(110), 마스크 층(115), 및 레지스트(120)를 포함한다. 레지스트 층(120) 아래의 층에 대해 임의의 수의 재료/층이 선택될 수 있음을 유의한다. 본원의 실시형태를 설명함에 있어서 편의상, 기저층 중 몇몇이 명명되었다. 포토리소그래피와 함께 종래에 사용되는 다른 층, 예컨대 반사방지 코팅이 또한 사용될 수 있다. 레지스트 층(120)은, 반도체 제조에서 종래에 사용되는 바와 같은 코터-디벨로퍼 툴(coater-developer tool)에서 액체 레지스트를 스피닝하는 것에 의해 기판 상에 코팅될 수 있다. 기판을 레지스트 층(120)으로 코팅한 이후 그리고 도포 후 베이킹(PAB) 이후, 기판은 포토리소그래피 노광에 대한 준비가 이루어진다. 그 다음, 기판은 레티클 또는 포토마스크와 노광 툴을 사용하여 광 또는 방사선의 패턴에 노광된다. 방사선의 패턴에 대한 노광은 포토레지스트 내에 잠재 패턴(latent pattern)을 생성하는 화학적 변화를 야기한다.
그 다음, 포토레지스트 내의 잠재 패턴은 화학적으로 현상되어 포토레지스트 패턴(121A)을 드러내게 되는데, 이것은 지형(topography)을 규정한다. 지형은 트렌치, 홀, 비아 등을 포함할 수 있다. 본원의 방법은 패턴화된 포토레지스트 층(121A)을 구비하는 기판을 수용하는 것을 포함하는데, 포토레지스트 층은 잠재 패턴 층(latent patterned layer)과 비교하여 지형을 규정한다.
그 다음, 기판은 용량 결합 플라즈마 시스템의 프로세싱 챔버 내에 위치된다. 도 9 및 도 10은, 하기에 더 상세히 설명될 예시적인 용량 결합 플라즈마 시스템을 예시한다. 이 플라즈마 프로세싱 시스템을 사용하여, 패턴화된 포토레지스트 층(121A)은 전자의 플럭스로 처리된다. 이 전자의 플럭스는 플라즈마 존재 하에서 음극의 직류 전력을 플라즈마 프로세싱 시스템의 상부 전극에 커플링하는 것에 의해 생성된다. 이 전자의 플럭스는 플라즈마를 통과할 충분한 에너지로 상부 전극으로부터 가속되어, 패턴화된 포토레지스트 층(121A)이 물리적 특성이 변경되도록 기판(패턴화된 포토레지스트 층(121A))에 충돌하게 된다.
도 3은 상부 전극 플레이트(170)로부터, 플라즈마(175)를 통해 이동하여 궁극적으로 패턴화된 포토레지스트 층에 충돌하는 전자 및 입자를 도시하는 전자 플럭스(177)를 묘사한다. 변경된 물리적 특성으로 인해, 패턴화된 포토레지스트 층(121B)은 이제 방향성 자기 조립을 포함하는 후속 프로세싱을 가능하게 할 수 있다. 플라즈마는 다양한 프로세스 가스 및/또는 프로세싱 챔버 안으로 흘러 들어가는 가스의 혼합물로부터 생성될 수 있다. 프로세스 가스는 수소 가스 및 불활성 가스를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 프로세스 가스는 질소 가스 및 아르곤과 같은 불활성 가스를 포함한다. 프로세스 가스 선택은 처리되고 있는 포토레지스트 재료의 타입에 기초할 수 있다.
패턴화된 포토레지스트 층의 물리적 특성의 변화는, 전자의 플럭스로 처리되기 이전과 비교하여 리플로우 온도에서의 증가를 포함할 수 있다. 따라서, 패턴화된 포토레지스트 층(121B)은 패턴화된 포토레지스트 층(121A)보다 더 높은 리플로우 온도를 갖는다. 이 변화는, 전자의 플럭스로 처리되기 이전의 상태와 비교하여 유리-액체 전이 온도에서의 증가로서 또한 간주될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 유리-액체 전이 온도는 210도씨 이상으로 증가된다. 다른 실시형태에서, 유리-액체 전이 온도는 210도씨 또는 그 이상 위로 증가된다.
패턴화된 포토레지스트 층(121B)이 이제 DSA 프로세싱 온도에서 리플로우하는 것에 저항하는 것을 통해, 후속 패턴화 동작은 성공적으로 계속될 수 있다. 패턴화된 포토레지스트 층 상에 블록 코폴리머 막(130)이 (통상적으로 액체 형태로) 디스펜싱될 수 있다. 이 막은 도 4에 도시된 바와 같이 패턴화된 포토레지스트에 의해 규정된 트렌치 및 홀을 규정할 수 있다. 일 예에서, 블록 코폴리머는 폴리스티렌 및 폴리 메틸 메타크릴레이트(polystyrene and Poly Methyl Methacrylate; PS-PMMA)를 포함한다.
블록 코폴리머가 적용되면, 상분리의 활성화가 실행될 수 있다. 통상적으로, 기판은 미리 정해진 활성화 온도까지 가열된다. 비제한적인 예로서, 몇몇 블록 폴리머는 대략 210-220℃까지 가열될 필요가 있다. 이 온도에서, 각각의 중합된 모노머는 미세 상분리하여 교대하는 나노 구조(일반적으로 라인 및 실린더)를 형성할 수 있다. 도 5a는, 트렌치 또는 홀 내에서, PMMA(132)가 트렌치 또는 홀의 중심에 위치된 구조를 형성한 것을, 한편 PS(131)가 PMMA(132)를 둘러싸는 구조를 형성한 것을 도시한다. 도 5b는 홀을 채우는 예시적인 애플리케이션의 단면 사시도를 도시한다. PMMA(132)는 홀의 직경의 약 절반인 직경을 가짐을 유의한다. 이렇게 하여, 홀(또는 트렌치) 패턴은 이중으로 될 수 있다. DSA는 다수의 교대하는 나노스케일 구조를 홀 또는 트렌치 내에 형성하기 위해 사용될 수 있음을 유의한다.
2개의 상이한 폴리머가 미세 분리되는 것을 통해, 선택적 에칭(Ÿ‡ 또는 드라이) 동작은 폴리머 중 하나를 제거할 수 있다. 도 6은 PMMA(132) 구조가 제거된 것을 도시한다. 홀 또는 트렌치가 사이즈에서 유효하게 축소 또는 감소되는 것을 통해, 다른 에칭 동작은 이 이중화된 패턴(또는 감소된 임계 치수 패턴)을, 도 7에 도시된 바와 같이, 마스크 층(115)과 같은 기저 구조로 전사할 수 있다. 그 다음, 레지스트 폴리머 층은 세정되어, 도 8에 도시된 바와 같이 패턴화된 마스크 층(115)을 남기게 될 수 있다. 소망의 임계 치수를 가지고 제자리에 있는 패턴화된 마스크 층을 통해, 하나 이상의 기저층이 에칭될 수 있다.
도 9a, 도 9b, 및 도 9c는 약 190℃에 있는 처리되지 않은 패턴화된 레지스트 층을 묘사한다. 가열 시간이 증가함에 따라, 도 9a에서의 규정된 홀은 무너지기 시작함에 유의한다. 도 9b는 부분적으로 채워진 홀을 도시하며, 그 다음 도 9c는 채워진 홀을 예시한다. 홀이 채워지면, 성공적인 방향성 자기 조립이 실행될 수 없는데, 그 이유는 블록 코폴리머의 자기 조립을 포함하거나 관리하기 위한 그래픽 지형이 존재하지 않기 때문이다.
그러나, 도 10a, 도 10b, 및 도 10c는 플라즈마 챔버에서 직류 중첩으로 처리된 예시적인 패턴화된 레지스트를 묘사한다. 도면의 진행은, 약 250℃까지 가열된 이후에도 리플로우가 존재하지 않는다는 것을 나타낸다. 따라서, 레지스트의 유리-액체 전이 온도를 증가시키는 것은, 추가적인 가열 프로세싱을 견디기 위해 레지스트를 사용하는 것을 가능하게 한다. 이것은 홀 또는 라인을 줄이기 위해 DSA를 사용하는 것에 대해 유익하지만, 홀에 대해 그래포에피택시가 주로 사용된다. 따라서, 본원의 기술은 DSA 이중 패턴화 또는 홀 임계 치수의 축소를 가능하게 한다.
직류 중첩 처리는, 2개의 대향하는 평행한 플레이트(상부 전극 및 하부 전극) 사이에 플라즈마를 통상적으로 형성하는 용량 결합 플라즈마(capacitively-coupled plasma; CCP) 프로세싱 시스템 내에서 실행될 수 있다. 통상적으로, 기판은 하부 전극 또는 하부 전극 바로 위에 위치된 기판 홀더 상에 놓인다. 그 다음, 상부 전극에 음의 DC를 인가하는 것은 양전하 종(positively charge species)을 전극을 향해 이끌게 된다. 이 전극은 소망의 도전성의 재료로 이루어지거나 또는 코팅된다. 통상적으로, 이 도전성 재료는 실리콘이지만, 특정 애플리케이션에 대해 다른 재료(예컨대 게르마늄)가 사용될 수 있다.
도 11 및 도 12는 평행 플레이트 CCP 프로세싱 시스템의 개략도이다. 기판(150)이 위치된 곳과 대향하여 상부 전극(170)이 위치된다. 상부 전극(170)은 제거가능한 전극 플레이트(171)를 포함할 수 있다. 기판(150)은 하부 전극(172), 또는 하부 전극(172) 바로 위의 홀더 상에 위치된다. 프로세스 가스 전달 시스템은 도시되지 않는다. 프로세스 가스는 샤워 헤드 전극을 통해 및/또는 측면 챔버 유입구로부터 프로세싱 챔버 안으로 흘러 들어갈 수 있다. CCP 프로세싱 챔버는 이미 공지되어 있어서 이러한 시스템의 전체 피쳐 및 컴포넌트는 본원에서 설명되지 않는다.
CCP 프로세싱 챔버의 2개의 기본적인 전기적 구성이 존재한다. 각각의 구성에서, 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하여 유지하는 소스 무선 주파수(radio frequency; RF) 전력이 존재하고, 그리고 프로세싱되고 있는 기판을 향해 플라즈마 종을 이방성으로 이끌기 위해 옵션적으로 인가될 수 있는 바이어스 RF 전력이 또한 존재한다. 공통의 소스 RF 전력이 60 MHz 또는 그 이상(심지어 초단파(very high frequencies; VHF))에서 인가될 수 있고, 한편 공통 바이어스 주파수는 13 MHz 또는 2 MHz이지만, 특정 애플리케이션에 대해 다른 주파수가 사용될 수 있다. 도 11에 도시된 한 구성에서, 소스 전력(175) 및 바이어스 전력(176)은, 소스 RF 전력(175)이 상부 전극(170)에 인가되고, 한편 바이어스 전력(176)이 하부 전극(172)(전극을 포함하는 기판)에 인가되는 점에서, 디커플링된다. 도 12에서, 소스 RF 전력(175)(고주파) 및 바이어스 RF 전력(176)(저주파) 둘 다가 하부 전극(172)에 인가된다. 어느 하나의 구성에서, 음의 직류 전압(181)이 상부 전극(170)에 인가될 수 있고 이미 소스 전력 및 어쩌면 바이어스 전력을 가지고 있는 CCP 시스템에 대한 중첩된 DC 전압으로서 간주될 수 있다. 따라서, 이 기술은 직류 중첩(DCS)으로 설명될 수 있다.
비제한적인 예로서, 인가되는 DC 전압은, 제곱센티미터 당 약 2.5 밀리암페어의 전류를 갖는 약 1 킬로볼트(kV)일 수 있다. 음의 DC 전압이 상부 전극에 인가되면, 상부 전극은 평행한 플레이트 전극 사이에 존재하는 플라즈마 내에서 양이온을 당긴다. 상부 전극 플레이트(171)를 향해 가속된 양이온은, 상부 전극 플레이트(171)에 충돌시, 양이온이 2차 전자뿐만 아니라 실리콘의 일부를 스퍼터링하기에 충분한 에너지를 갖는다. 그 다음, 생성된 2차 전자는 음의 DC 전압에 의해(음의 DC 전압으로부터 멀어지게) 가속되어, 플라즈마를 완전히 통과하기에 충분한 에너지를 받게 되어 아래의 기판(105)에 충돌한다. 약 1 keV의 에너지(또는 그 이상)를 갖기 때문에, 이들 전자는 플라즈마 및 웨이퍼 시스를 쉽게 통과할 수 있다. 이들 전자는 탄도 전자(ballistic electron)로 칭해질 수 있다. 이들 전자는, 수백 나노미터 두께의 기판 층을(기판 층 안으로) 통과할 충분한 에너지로 기판에 충돌할 수 있다.
전극 플레이트(171)가 실리콘으로 이루어지는 실시형태에서, 상부 전극으로부터 스퍼터링된 실리콘 원자는 아래의 웨이퍼 상에 퇴적될 수 있다. 상부 전극(171)은 탄도 전자의 빔을 생성하는 것을 가능하게 하는 도전성 재료로부터 선택되어야 한다. 기판의 이 DCS 처리를 위한 플라즈마를 생성하기 위해, 임의의 수의 프로세스 가스가 사용될 수 있다. 예를 들면, 질소 및 아르곤 이온이 실리콘 전극을 쉽게 스퍼터링하기에 충분한 에너지를 갖는다. 많은 애플리케이션에서, 신규의 가스가 단독으로 또는 다른 가스와 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 아르곤과 수소 또는 질소의 혼합물이 사용될 수 있다. 경화 애플리케이션의 경우, 아르곤과 질소의 혼합물은 유익한 결과를 생성할 수 있다.
이 기술은 상부 전극을 소모하기 때문에, 상부 전극은 특정 사용량 또는 고갈의 정도 이후에 교체될 필요가 있음에 유의한다. 따라서, 전극 플레이트를 사용하는 것은 이 유지보수를 용이하게 할 수 있다. 상부 전극으로서 다른 도전성 재료(통상적으로 금속)가 사용될 수 있지만, 도전성 재료가 어떤 것으로부터 선택되든 원자는 아래의 기판 상에 스퍼터링하여 퇴적될 가능성이 높음에 유의한다. 반도체 산업에서, 웨이퍼 상에 퇴적되는 많은 금속은 디바이스 제조에 부정적인 영향을 끼칠 수 있거나 또는 부식될 수 있지만, 실리콘 퇴적은, 일반적으로, 종래의 프로세스에서 무해한 재료이다. 게르마늄 및 다른 재료가 또한 사용될 수 있다.
전자 플럭스(탄도 전자 또는 전자 빔)는 다양한 레지스트 화학적 기(chemical group)의 댕글링 본드(dangling bond)를 생성할 수 있고, 이것은 레지스트의 가교 결합(cross-linking)을 가능하게 하고 그 결과 레지스트의 물리적 특성을 변경할 수 있다. DCS 처리로부터 산화물 층이 형성될 수 있다. 최초, 실리콘 스퍼터링으로 인해 순수 실리콘의 층이 기판 표면 상에서 발생하지만, 기판이 (진공 챔버를 벗어나) 산소 환경 안으로 에칭 프로세싱 챔버를 떠나자마자, 순수한 실리콘은 즉시 또는 재빨리 산화하여 실리콘 산화물 층을 형성할 것이다. 그 다음, 실리콘 산화물 층은 보호층으로서 또한 작용할 수 있다. 이 음극의 DC 커플링은 상부 전극의 스퍼터링으로 귀결된다. 그러나, 기저 레지스트 층을 보호하는 것을 돕기에 충분한 두께와 같은 특정 두께의(12 nm, 6 nm, 2 nm 등) 실리콘이 기판 상에 퇴적되도록 스퍼터링의 양은 제어될 수 있다.
상기 설명에서, 프로세싱 시스템의 특정한 기하학적 배열(geometry) 및 그 안에서 사용되는 다양한 컴포넌트와 프로세스의 설명과 같은 특정 상세가 설명되었다. 그러나, 본원의 기술은 이들 특정 상세를 벗어나는 다른 실시형태에서 실시될 수도 있고, 또한 이러한 상세는 제한이 아니라 설명의 목적을 위한 것임이 이해되어야 한다. 본원에서 개시되는 실시형태는 첨부의 도면을 참조로 설명되었다. 마찬가지로, 설명의 목적을 위해, 특정 수, 재료, 및 구성은 완전한 이해를 제공하기 위해 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 실시형태는 이러한 특정 상세 없이도 실시될 수도 있다. 실질적으로 동일한 기능적 구성을 갖는 컴포넌트는 동일한 도면 부호에 의해 표기되며, 따라서 임의의 중복적인 설명은 생략될 수도 있다.
다양한 실시형태를 이해함에 있어서 보조하기 위한 다수의 별개의 동작으로서 다양한 기술이 설명되었다. 설명의 순서는, 이들 동작이 반드시 순서 종속적이라는 것을 의미하는 것으로 간주되어선 안된다. 실제, 이들 동작은 제시된 순서로 동작될 필요는 없다. 설명되는 동작은 설명된 실시형태와는 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 다양한 추가적인 동작이 수행될 수도 있고/있거나 설명된 동작은 추가적인 실시형태에서 생략될 수도 있다.
본원에서 사용된 바와 같은 "기판" 또는 "목표 기판"은 본 발명에 따라 프로세싱되고 있는 대상을 일반적으로 지칭한다. 기판은 디바이스, 특히 반도체 또는 다른 전자 디바이스의 임의의 재료 부분 또는 구조를 포함할 수도 있고, 예를 들면, 반도체 웨이퍼와 같은 베이스 기판 구조, 또는 박막과 같은 베이스 기판 구조 상의 또는 위에 놓이는 층일 수도 있다. 따라서, 기판은, 패턴화된 또는 패턴화되지 않은, 임의의 특정한 베이스 구조, 기저층 또는 위에 놓이는 층에 한정되지 않고, 대신, 임의의 이러한 층 또는 베이스 구조, 및 층 및/또는 베이스 구조의 임의의 조합을 포함하도록 고려된다. 설명은 특정 타입의 기판을 참조할 수도 있지만, 이것은 단지 예증적인 목적만을 위한 것이다.
기술분야에서 숙련된 자는, 본 발명의 동일한 목적을 여전히 달성하면서 위에서 설명된 기술의 동작에 대해 이루어진 많은 변형예가 존재할 수 있음을 또한 이해할 것이다. 이러한 변형예는 본 개시의 범위에 의해 포괄되도록 의도된다. 이와 같이, 본 발명의 실시형태의 상기 설명은 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 대신, 본 발명의 실시형태에 대한 임의의 제한은 하기의 청구의 범위에서 제시된다.

Claims (20)

  1. 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법에 있어서,
    패턴화된 포토레지스트 층을 갖는 기판을 수용하는 단계로서, 상기 패턴화된 포토레지스트 층은 네거티브 톤 현상액 포토레지스트(negative tone developer photoresist)로부터 생성된 것인, 상기 수용하는 단계;
    용량 결합 플라즈마 시스템의 프로세싱 챔버 내에 상기 기판을 위치시키는 단계;
    음극의 직류 전력을 상기 용량 결합 플라즈마 시스템의 상부 전극에 커플링하는 것에 의해 전자의 플럭스로 상기 패턴화된 포토레지스트 층을 처리하는(treating) 단계로서, 상기 전자의 플럭스는, 플라즈마를 통과하며 상기 기판에 충돌하여 상기 패턴화된 포토레지스트 층의 물리적 특성이 변하도록 충분한 에너지로 상기 상부 전극으로부터 가속되고, 상기 패턴화된 포토레지스트 층의 물리적 특성의 변화는, 상기 전자의 플럭스로 처리되기 이전과 비교하여, 상기 네거티브 톤 현상액 포토레지스트의 유리-액체 전이 온도(glass-liquid transition temperature)의 값의 증가를 포함하며, 상기 네거티브 톤 현상액 포토레지스트의 유리-액체 전이 온도는 210 ℃보다 높게 증가되는 것인, 상기 처리하는 단계;
    상기 패턴화된 포토레지스트 층 상에 블록 코폴리머 막(block copolymer film)을 디스펜싱하는(dispensing) 단계; 및
    상이한 폴리머 피처들을 형성하도록 상기 블록 코폴리머 막의 상분리(phase-separation)를 활성화하는 단계로서, 코폴리머를 분리시켜 상기 패턴화된 포토레지스트 층 내의 상이한 폴리머 피처들 자기조립을 일으킬 만큼 충분한 온도로 상기 기판을 가열하는 것을 포함하는, 상기 활성화하는 단계
    를 포함하는, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마는 상기 프로세싱 챔버 안으로 흘러 들어가는 프로세스 가스로부터 생성되는 것인, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 프로세스 가스는 수소 가스 및 불활성 가스를 포함하는 것인, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 프로세스 가스는 질소 가스 및 불활성 가스를 포함하는 것인, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 패턴화된 포토레지스트 층은 복수의 홀을 규정하는 것인, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 규정된 홀은, 미리 정해진 블록 코폴리머 재료로부터 특정 수의 분할(division)을 가능하게 하는 선택된 임계 치수(critical dimension)를 갖는 것인, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 규정된 홀은, 그래포에피택시 방향성 자기 조립 동작(graphoepitaxy directed self-assembly operation)을 사용하여 미리 정해진 블록 코폴리머 재료로부터 특정된 수의 상분리 분할(phase separation division)을 가능하게 하는 선택된 임계 치수를 갖는 것인, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 패턴화된 포토레지스트 층은 복수의 트렌치를 규정하는 것인, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 자기조립된 패턴의 적어도 일부를 아래의 층(underlying layer)으로 전사하는 단계를 더 포함하는, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 블록 코폴리머 막이 제1 폴리머 및 제2 폴리머로 분리되도록, 상기 블록 코폴리머 막의 자기 조립을 활성화하는 열 처리를 통해 상기 블록 코폴리머 막을 어닐링하는 단계; 및
    상기 제1 폴리머가 제2 패턴을 규정하도록, 상기 제2 폴리머를 선택적으로 제거하는 단계를 더 포함하는,
    기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    에칭 프로세스를 통해 상기 제2 패턴을 아래의 층으로 전사하는 단계를 더 포함하는, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 용량 결합 플라즈마 시스템은 서로 마주보는 2개의 전극 플레이트의 평행 플레이트 구성을 포함하는 것인, 기판 상의 재료의 층을 경화하는 방법.
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