KR102462050B1 - 기판 패터닝을 위한 마스크를 형성하는 방법 - Google Patents

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Abstract

포토레지스트 물질에서 자가 정렬된 서브 해상도 치수를 갖는 피처를 생성하기 위한 패터닝 방법이 제공된다. 본 기술은 포토레지스트와 같은 연성 물질(soft material) 내에 안티스페이서(antispacer)(또는 스페이서)를 선택적으로 생성하는 것을 포함한다. 광산 생성제가 없는 포토레지스트는 광산 생성제를 갖는 용해도 중화된 포토레지스트 물질의 릴리프 패턴 상에 퇴적된다. 그 후, 포토마스크는 대응하는 활성화 노광으로부터 광산이 생성되는 곳을 정의한다. 그 후, 광산은 광산 생성제가 없는 포토레지스트 내로 확산되어 후속 현상을 위한 용해도 천이를 야기시킨다. 이러한 선택적으로 생성된 안티스페이서는 산 확산 길이에 의해 정의된 폭을 갖는 라인 세그먼트일 수 있으며, 이 폭은 1 나노미터 내지 수십 나노미터의 폭일 수 있다. 또한, 안티스페이서들의 생성, 이들의 위치 및 길이는 포토마스크를 사용하여 제어될 수 있다.

Description

기판 패터닝을 위한 마스크를 형성하는 방법
본 출원은 "Methods of Forming a Mask for Substrate Patterning"이라는 발명의 명칭으로 2015년 6월 24일에 출원된 미국 가특허 출원 62/183,924의 우선권을 청구하며, 이 가특허 출원 내용 전체는 참조로서 본 명세서 내에 병합된다.
본 발명은 집적 회로의 미세가공(microfabrication)뿐만 아니라 반도체 기판을 패터닝하는 것에 수반된 공정들을 포함하는 미세가공에 관한 것이다.
(포토리소그래피와 같은) 물질 처리 방법들에서, 패터닝된 층들을 생성하는 것은 일반적으로 포토레지스트와 같은, 방사선 감응 물질의 박층을 기판의 윗면에 도포하는 것을 수반한다. 이러한 방사선 감응 물질은 기판 상의 기저층 내로 패턴을 에칭하거나 또는 전사시키는 데에 이용될 수 있는 패터닝된 마스크로 변형된다. 방사선 감응 물질의 패터닝은 일반적으로, 예컨대, 포토리소그래피 노광 시스템을 이용하여 방사선 감응 물질 상에 레티클(및 관련 광학장치들)을 통해 방사선 소스를 노광하는 것을 수반한다. 이러한 노광은 나중에 현상될 수 있는 방사선 감응 물질 내에 잠재적 패턴을 생성한다. 현상은 방사선 감응 물질의 일부분을 용해 및 제거하여 릴리프(relief) 패턴(지형 패턴)을 생성하는 것을 말한다. 제거된 물질의 일부분은 포토레지스트 톤(photoresist tone) 및/또는 사용된 현상 용매의 유형에 따라 방사선 감응 물질의 조사 영역(irradiated region) 또는 비 조사 영역(non-irradiated region) 중 어느 하나일 수 있다. 그 후 릴리프 패턴은 패턴을 정의하는 마스크층으로서 기능할 수 있다.
패터닝에 사용되는 다양한 막들의 준비 및 현상은 열처리 또는 베이킹을 포함할 수 있다. 예를 들어, 갓 도포된 막은 용매를 증발시키고/증발시키거나 구조적 강도 또는 에칭 내성을 증가시키기 위해 도포후 베이킹(post-application bake; PAB) 처리를 받을 수 있다. 또한, 추가적인 용해를 방지하도록 주어진 패턴을 설정하기 위해 노광후 베이킹(post-exposure bake; PEB)이 실행될 수 있다. 기판들을 코팅하고 현상하기 위한 제조 툴은 일반적으로 하나 이상의 베이킹 모듈을 포함한다. 몇몇의 포토리소그래피 공정들은 마이크로칩들을 생성하기 위한 공정 단계로서 기판을 BARC(bottom anti-reflective coating)의 박막으로 코팅하고, 이어서 레지스트로 코팅하며, 그 후 기판을 광 패턴에 노출시키는 단계를 포함한다. 그 후, 생성된 릴리프 패턴은 패턴을 기저층으로 전사시키는 것과 같은 추가적인 처리를 위한 마스크 또는 템플릿으로서 사용될 수 있다.
본원에서의 기술은 포토레지스트 물질에서 자가 정렬된 서브 해상도 치수를 갖는 피처를 생성하기 위한 패터닝 방법을 포함한다. 본 기술은 포토레지스트와 같은 연성 물질(soft material) 내에 안티스페이서(antispacer)를 선택적으로 생성하는 것을 포함한다. 이러한 선택적으로 생성된 안티스페이서는 산 확산 길이(acid diffusion length)에 의해 정의된 폭을 갖는 라인 세그먼트(line segment)일 수 있다. 산 확산 길이는 1 나노미터 내지 수십 나노미터의 폭일 수 있다. 또한, 안티스페이서들의 생성, 이들의 위치 및 길이는 포토마스크를 사용하여 제어될 수 있다.
하나의 실시예는 기판을 패터닝하기 위한 방법을 포함한다. 이 방법은 기판을 수용하는 단계를 포함하며, 이 기판은 기판의 타겟층 상에 위치한 제1 릴리프 패턴을 갖는다. 제1 릴리프 패턴은, 타겟층의 일부가 덮혀지고 타겟층의 나머지 부분이 외부에 노출되도록 타겟층 상에 위치한 하나 이상의 구조물을 포함한다. 제1 릴리프 패턴은 제1 포토마스크를 사용하여 적어도 부분적으로 생성되었다. 제1 릴리프 패턴은 화학 방사선(actinic radiation)에 대한 노출에 반응하여 용해도 변경제(solubility-changing agent)를 생성하는 생성제 화합물(generator compound)을 포함하는 제1 포토레지스트 물질로 구성된다. 화학 방사선으로부터의 제1 릴리프 패턴의 용해도의 후속 변경을 방지하는 용해도 중화(solubility-neutralizing) 처리가 수행된다.
오버코팅 물질이 기판 상에 퇴적된다. 오버코팅 물질은 적어도 제1 릴리프 패턴의 하나 이상의 구조물에 의해 정의된 공간을 채운다. 오버코팅 물질에는, 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 용해도 변경제를 생성하는 생성제 화합물이 실질적으로 없다. 기판은 제2 포토마스크를 사용하여 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분을 화학 방사선에 노출시키는 포토리소그래피 시스템으로 이송된다. 화학 방사선은 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분이 생성제 화합물로부터 용해도 변경제를 생성하게 한다. 용해도 변경제는 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분과 오버코팅 물질 사이의 계면에서 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분으로부터 오버코팅 물질 내로 확산되게 된다. 용해도 변경제는 충분한 용해도 변경제를 수용한 오버코팅 물질의 부분의 용해도를 변경시킨다.
물론, 본원에서 설명된 상이한 단계들의 논의의 순서는 명료화를 위해 제시되었을 뿐이다. 일반적으로, 이러한 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 추가적으로, 여기서는 본 발명개시의 상이한 곳들에서 상이한 특징들, 기술들, 구성들 등 각각이 논의될 수 있지만, 본 개념들 각각은 서로 독립적으로 또는 서로 결합되어 실행될 수 있는 것을 의도하는 바이다. 따라서, 본 발명은 많은 상이한 방식들로 구체화되고 살펴봐질 수 있다.
이 요약 섹션은 본 발명개시 또는 청구된 발명의 모든 실시예 및/또는 점진적으로 신규한 양태를 명시하지 않는다는 점을 유념하라. 대신에, 이 요약은 통상적인 기술들 대비 상이한 실시예들 및 대응하는 신규 사항들의 서론을 제공할 뿐이다. 본 발명 및 실시예들의 추가적인 세부사항들 및/또는 가능한 전망들에 대해서는, 독자를 향해 아래에서 심화적으로 논의되는 본 발명개시의 상세한 설명 및 대응 도면들이 주어진다.
본 발명의 다양한 실시예들과 이에 따른 많은 장점들의 보다 완벽한 이해가 첨부 도면들을 고려하면서 아래의 상세한 설명을 참조하여 손쉽게 명백해질 것이다. 도면들을 반드시 실척도로 도시할 필요는 없으며, 이 대신에 본 특징들, 원리들 및 개념들에 역점을 두어 설명한다.
도 1a 내지 도 14a는 본원에서 개시된 실시예들에 따른 공정 플로우를 보여주는 예시적인 기판 세그먼트의 단면 개략도들이다.
도 1b 내지 도 14b는 본원에서 개시된 실시예들에 따른 공정 플로우를 보여주는 예시적인 기판 세그먼트의 개략적인 평면도들이다.
본원에서의 기술은 포토레지스트 물질에서 자가 정렬된 서브 해상도 치수를 갖는 피처를 생성하기 위한 패터닝 방법을 포함한다. 본 기술은 포토레지스트와 같은 연성 물질 내에 안티스페이서를 선택적으로 생성하는 것을 포함한다. 이러한 선택적으로 생성된 안티스페이서는 산 확산 길이에 의해 정의된 폭을 갖는 라인 세그먼트일 수 있으며, 이 폭은 1 나노미터 내지 수십 나노미터의 폭일 수 있다. 또한, 안티스페이서들의 생성, 이들의 위치 및 길이는 포토마스크를 사용하여 제어될 수 있다.
예시적인 방법을 이제 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 문자 "A"로 끝나는 도면들은 예시적인 기판 세그먼트의 측단면도를 도시하는 반면에, 문자 "B"로 끝나는 대응하는 번호의 도면들은 동일한 예시적인 기판 세그먼트의 평면도를 도시한다. 이제 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일 실시예는 반도체 디바이스의 제조를 위한 웨이퍼와 같은, 기판을 패터닝하는 방법을 포함한다. 이 방법에서, 기판(100)이 수용되며, 이 기판(100)은 기판(100)의 타겟층(107) 상에 위치한 제1 릴리프 패턴(111)을 갖는다. 타겟층(107)은 하나 이상의 기저층(105) 상에 위치될 수 있다. 제1 릴리프 패턴(111)은 타겟층(107)의 일부가 덮혀지고 타겟층(107)의 나머지 부분이 외부에 노출되도록 타겟층 상에 위치한 하나 이상의 구조물을 포함한다. 제1 릴리프 패턴(111)은 타겟층(107) 바로 위에 위치될 수 있거나 또는 타겟층(107) 상에 간접적으로 위치될 수 있음을 주목한다. 예를 들어, 타겟층(107)과 제1 릴리프 패턴(111) 사이에 (반사 방지 코팅막과 같은) 하나 이상의 개재막이 있을 수 있다. 따라서, 여기에서 외부에 노출된 타겟층(107)의 부분들 위로는 수직으로 제1 릴리프 패턴(111)이 없다는 점에서 이러한 타겟층(107)의 부분들은 외부에 노출된다.
제1 릴리프 패턴(111)은 제1 포토마스크를 사용하여 적어도 부분적으로 생성되었다. 제1 릴리프 패턴(111)은 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 용해도 변경제를 생성하는 생성제 화합물을 포함하는 제1 포토레지스트 물질로 구성될 수 있다. 다양한 화합물이 용해도 변경제로서 사용하기 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 광산(photo acid)을 생성하는 광산 생성제(photo acid generator; PAG)가 사용될 수 있다. 다른 예시에서, 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 광 파괴 염기(photo destructive base)를 생성하는 광 파괴 염기 생성제가 사용될 수 있다. 비제한적인 예시로서, 제1 릴리프 패턴(111)은 (예를 들어, 스캐너/스테퍼 툴을 사용하는 것과 같은) 포토리소그래피(포토마스크 계열) 노광 및 이어서, 코터/현상액 툴을 사용하여 달성될 수 있는 현상에 의해 생성된 포토레지스트 물질의 마스크층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 후속 물질을 퇴적하기 전에 제1 릴리프 패턴(111)의 임계 치수를 조정하는 수축 조작이 실행될 수 있다.
기판(100) 상에서 제1 릴리프 패턴(111)을 수용하거나 또는 이를 생성한 후, 화학 방사선으로부터의 제1 릴리프 패턴(111)의 용해도의 후속 변경을 방지하는 용해도 중화 처리가 수행된다. 예를 들어, 제1 릴리프 패턴(111)은 광산 생성제를 포함하는 포토레지스트층으로 기판(100)을 코팅함으로써 초기에 생성될 수 있다. 광산 생성제는 포토레지스트층 내 또는 위에 균일하게 분포될 수 있다. 포토레지스트층의 일부는 노광으로 활성화되고, 그 부분(또는 그 반대 부분)은 제거된다. 그러나, 잔여 포토레지스트 물질은 여전히 광산 생성제(활성화되지 않음)를 함유하고 있으므로, 활성화 광에 노출되면 이후에 제1 릴리프 패턴(111)이 용해될 수 있다. 본원의 방법에서는, 이 포토레지스트 물질을 중화 또는 "프리징(freezing)"시키는 것이 유리하다. 제1 릴리프 패턴(111)을 이후의 용해도 천이로부터 중화시킨 후에는, 제1 릴리프 패턴(111)은, 제1 릴리프 패턴(111)을 생성하기 위해 사용된 용매와 같은, 대응하는 용매와 접촉할 때 용해되지 않을 것이다.
다양한 상이한 용해도 중화 처리(또한 프리징으로서도 알려짐)가 임의적으로 선택될 수 있다. 하나의 예시적인 프리징 처리는 탄도 전자의 플럭스(flux of ballistic electron)로 제1 릴리프 패턴을 처리하는 것이다. 이것은 네거티브 직류 전력을 플라즈마 처리 챔버의 상부 전극에 결합시킴으로써 플라즈마 처리 챔버에서 달성될 수 있다. 이 프리징 기술은 때론 직류 중첩(direct current superposition)이라고 알려져 있다. 도 2a 및 도 2b는 직류 중첩을 사용하는 프리징을 도시한다. 네거티브 극성의 직류 전력은 플라즈마 처리 시스템의 상부 전극(163)에 결합된다. 전자들의 플럭스(161)는 충분한 에너지로 상부 전극(163)으로부터 가속화되어 플라즈마(165)를 통과하고 기판(100)에 부딛쳐서, 제1 릴리프 패턴(111)의 노출면이 용해도 천이에 반응하지 않게 되는 것을 비롯하여 물리적 특성을 변경시키도록 한다. 이렇게 처리된 물질 내에서 가교화(Cross-linking)가 발생할 수 있다. 추가적으로, 컨포멀(conformal) 막이 제1 릴리프 패턴(111) 상에 생성/퇴적될 수 있다. 이 막의 두께는 컨포멀 막이 용해도 변경제의 확산을 허용하도록 확산 차단 두께보다 작게끔 제어될 수 있다. 달리 말하면, 제1 릴리프 패턴(111)을 피복하는 막에도 불구하고, 광산은 여전히 제1 릴리프 패턴(111) 밖으로 확산될 수 있다. 다른 포토레지스트 프리징 처리가 대안적으로 사용될 수 있다. 다른 프리징은, 비제한적인 예시로서, 열 프리징, 가교 프리징, 기체성 프리징, 임플란트 프리징, 원자층 증착(ALD) 프리징(확산을 위해 충분히 얇음), 또는 산이 첨가된 리간드기(ligand group)를 갖는 ALD 프리징을 포함할 수 있다.
이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 오버코팅 물질(120)이 기판(100) 상에 퇴적된다. 오버코팅 물질은 적어도 제1 릴리프 패턴(111)의 하나 이상의 구조물에 의해 정의된 공간을 채운다. 실제로, 스핀 온 오버코팅 물질의 경우, 오버코팅 물질은 공간을 채울뿐만 아니라 일반적으로 하나 이상의 구조물을 완전히 덮을 것이다. 오버코팅 물질(120)에는, 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 용해도 변경제를 생성하는 생성제 화합물이 없다. 생성제 화합물이 없다는 것은, 플러드 노광(flood expose)이 있음에도, 오버코팅 물질이 가용성이 되게 하도록 충분한 용해도 변경제를 생성하기 위한 생성제 화합물의 양이 불충분하거나 또는 생성제 화합물이 아예 없다는 점에서, 실질적으로 없거나 또는 효과적으로 없다는 것을 의미한다는 것을 유념한다. 그럼에도 불구하고, 오버코팅 물질은 탈보호기(deprotection group)를 포함한다. 이 탈보호기는 오버코팅 물질(120)이 광산의 존재 하에서 가용성이 되게 할 수 있다. 예를 들어, 오버코팅 물질은 PAG가 없는 종래의 포토레지스트일 수 있다. 대안적으로, 오버코팅 물질은 광산 또는 광염기(photo base)의 존재 하에서 가용성이 되기 위해 탈보호기 또는 작용제를 포함하는 폴리머 물질일 수 있다.
오버코팅 물질(120)은 오버코팅 물질의 용해도를 변경시킴으로써 용해도 변경제의 존재에 반응하는 탈보호기를 포함한다. 달리 말하면, 오버코팅 물질은 광산의 존재 하에서 용해도 전환을 가질 수 있지만 광산 생성제는 없다. 오버코팅 물질은 산 확산 프론트를 가질 것으로 기대되는 염기 하중을 갖는, 수지를 비롯한, 화학적으로 증폭될 수 있는 능력, 특정 플라즈마 에칭 공정을 견뎌내는 능력 등과 같은 통상적인 포토레지스트의 다른 특성을 포함할 수 있다. 달리 말하면, 오버코팅 물질에는 광산 생성제 또는 광 파괴 염기 생성제가 없다는 점을 제외하고는 종래의 포토레지스트 물질의 기능을 유지한다. 따라서, 이 오버코팅 물질에 대한 직접적인 임의의 화학 방사선 노출은 그 자체로는 용해도 변경을 일으키지 않을 것이다.
많은 실시예들에서, 오버코팅 물질(120)을 퇴적시키는 것은 제1 릴리프 패턴(111) 상에 과도퇴적물(overburden)을 초래할 수 있다. 이는 퇴적의 유형 및/또는 퇴적된 물질의 유형의 함수일 수 있다. 포토레지스트는 스핀 온(spin-on) 퇴적을 통해 일상적으로 퇴적되는데, 이로 인해 과도퇴적물이 초래될 수 있다. 특정 퇴적 작업의 세부사항에 따라, 과도퇴적물은 최소화되거나 비교적 두꺼울 수 있다. 과도퇴적물이 비교적 두껍거나 또는 특정 광산의 평균 확산 길이보다 두꺼운 실시예에서, 과도퇴적물 제거 공정이 수행될 수 있다. 과도퇴적물 제거 공정은 습식 에치백, 제어형 수직 산 확산 단계, 및/또는 오버코팅으로서 사용하기 위해 선택된 특정 물질의 잔류 최소 현상 레이트를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 과도퇴적물 제거는 과도퇴적물이 비교적 두꺼운 실시예에서 유용할 수 있다. 과도퇴적물이 비교적 얇은 실시예에서, 산 확산은 후술되는 바와 같이 수평으로의 확산 이외에 수직으로 윗방향으로도 발생하기 때문에 과도퇴적물 제거 단계는 생략될 수 있으며, 일반적으로 필요하지 않다. 임의의 포함된 습식 에치백 또는 습식 현상 단계가 화학 방사선 노출 후에 수행될 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 오버코팅 물질(120)의 과도퇴적물을 갖는 기판(100)을 도시하고, 도 4a 및 도 4b는 제1 릴리프 패턴(111)의 최상면이 이제 외부에 노출되도록 과도퇴적물이 제거된 것을 도시한다.
도 5a 및 도 5b를 이제 참조하면, 그 후 기판(100)은 제2 포토마스크(172)를 사용하여 제1 릴리프 패턴(111)의 선택된 부분을 화학 방사선에 노출시키는 포토리소그래피 시스템으로 이송될 수 있다. 화학 방사선은 제1 릴리프 패턴(111)의 선택된 부분이 생성제 화합물로부터 용해도 변경제를 생성하게 한다. 일부 실시예에서, 활성화 방사선(175)을 수용하는 제1 릴리프 패턴(111)의 선택된 부분을 정하기 위해 제2 포토마스크(172)가 사용된다는 것을 유념한다. 도 5b에서 살펴볼 수 있는 바와 같이, 제2 포토마스크(172)는 제1 릴리프 패턴(111)이 가시화되게 해주는 개구를 정의한다. 주어진 포토마스크 패턴이 오버코팅 물질(120)의 영역으로 연장될 수 있는데, 이는 오버코팅 물질(120)의 노광은 오버코팅 물질(120) 자체 내에서 용해도 변경제의 생성을 야기하지 않기 때문에 수용가능하다는 것을 유념한다. 그러나, 노광은 제1 릴리프 패턴(111) 내의 생성제 화합물이 도 6a 및 도 6b의 영역(114)으로 나타낸 용해도 변경제를 생성하게 한다. 따라서, 오버레이 오차에 대한 보호가 제공된다.
(제1 릴리프 패턴(111) 내에서 생성된) 용해도 변경제는 이제 제1 릴리프 패턴(111)의 선택된 부분과 오버코팅 물질(120) 사이의 계면에서 제1 릴리프 패턴(111)의 선택된 부분으로부터 오버코팅 물질(120) 내로 확산되게 된다. 용해도 변경제는 충분한 용해도 변경제를 수용한 오버코팅 물질의 부분의 용해도를 변경시킨다. 예를 들어, 오버코팅 물질(120) 내로 확산된 충분한 농도의 광산으로 인해, 대응하는 영역의 용해도를 변경시키는 탈보호 반응이 발생할 수 있다. 도 7a 및 도 7b에서, 영역(125)은 탈보호 반응이 일어나거나 또는 그렇지 않고 용해도가 천이된 오버코팅 물질(120)의 위치를 나타낸다. 예를 들어, 용해도 변경제를 수용한 오버코팅 물질(120)의 부분의 용해도를 변경시키는 것은 용해도 변경제를 수용한 오버코팅 물질의 부분이 광산의 존재 하에서 가용성이 되거나 또는 광 파괴 염기의 존재 하에서 불용성이 되게 하는 것을 포함할 수 있다.
활성화 에너지를 공급함으로써 확산 유발 또는 활성화가 수행될 수 있다. 예를 들어, 이는 기판을 (위 및/또는 아래로부터) 가열함으로써 수행될 수 있다. 확산 활성화는 또한 오버코팅 물질 내로의 평균 확산 길이를 제어함으로써 용해도 변경제가 오버코팅 물질 내로 확산되게 하는 것을 포함할 수 있다. 확산의 열적 활성화는 미리 결정된 온도에서 그리고 미리 결정된 지속기간 동안 기판을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 시간과 온도 제어뿐만 아니라 PAG 물질의 선택이 광산을 원하는 길이까지 정확하게 확산시키는데 사용될 수 있다.
오버코팅 물질(120)(영역(125))의 이제 가용성(또는 불용성)이 된 부분은 현상 단계에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 오버코팅 물질(120)이 어떠한 생성제 화합물도 갖지 않았더라도, 그럼에도 불구하고 오버코팅 물질(120)은 오버코팅 물질(120)의 선택 영역으로 확산된 산의 존재 하에서 용해도 천이를 야기시켰던 탈보호기로 구성되었다. 그 후, 선택 영역은 제거(또는 유지)됨으로써 포토레지스트의 층 내에 안티스페이서 세그먼트 또는 스페이서 세그먼트가 생성될 수 있다. 이 안티스페이서 세그먼트는 기존의/생성된 패턴에 대해 자가 정렬(물질 계면에서 발생하는 확산)되고, 산 확산 길이에 기초하여 정확하게 제어가능한 폭을 가지며, 포토레지스트의 층 내에서 안티스페이서 세그먼트가 생성되는 위치를 포토마스크가 정의한다는 점에서 광선택적인 배치 및 안티스페이서 길이를 갖는다. 도 8a 및 도 8b는 영역(125)으로부터 오버코팅 물질(120)을 제거한 결과를 도시한다. 이 영역은 콘택트 개구, 슬롯 콘택트 등일 수 있다. 그 결과는 결합된 릴리프 패턴이다. 이 결합된 릴리프 패턴은 제1 릴리프 패턴(111)뿐만 아니라, 오버코팅 물질(120)(현재 릴리프 패턴을 가짐)을 결합한다.
당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 임의의 개수의 추가적인 제조 및 패터닝 확장 공정들이 실행될 수 있다. 예를 들어, 제1 릴리프 패턴 및 오버코팅 물질 둘 다에 의해 정의된 이 제1 결합 패턴은 타겟층(107)으로 전사될 수 있다. 도 9a 및 도 9b는 일반적으로 방향성 에천트를 사용하는 플라즈마 기반 에칭 공정을 사용하여 실행될 수 있는 그러한 패턴 전사의 대표적인 결과를 도시한다.
이전의 방법에서, 복수의 이용가능한 프리징 처리들 중 하나가 제1 릴리프 패턴(111)의 용해도를 중화시키는데 사용되었다. 대안적인 실시예에서, 별도의 프리징 단계를 수행하지 않고서 특정 용매 및 물질 선택을 사용하여 동일한 결과를 제공할 수 있다. 비제한적인 예시로서, 네거티브 톤 현상액 호환 용매가 안티스페이서 세그먼트를 현상하는데 사용하기 위해 선택될 수 있다. 이 실시예에서, 오버코팅 물질은 네거티브 톤 현상액을 사용하여 현상될 광산(또는 염기)과 반응하도록 구성된다. 이러한 오버코팅 물질은 제1 릴리프 패턴이 용해도 천이에 대해 중화되는 것 없이 제1 릴리프 패턴(111) 상에 퇴적될 수 있다. 이러한 오버코팅은 종래의 레지스트로서 작용하지 않으며, 따라서 광산 또는 염기의 존재 하에 있게 된 후에 네거티브 톤 현상액에 대해 가용성이 되도록 선택될 수 있다. 제1 릴리프 패턴이 네거티브 톤 현상액에 대해 불용성이 되도록 선택되면, 제1 릴리프 패턴은 유지되고, 안티스페이서 세그먼트만이 현상되거나 제거된다. 달리 말하면, 통상적으로 네거티브 톤 현상액은 포지티브 톤 레지스트의 (노광되지 않은) 어두운 부분을 용해시킬 것이지만, 안티스페이서 세그먼트가 네거티브 톤 현상액에 대해 보호된 영역으로서(그 후 가용성으로서) 나타나도록 탈보호기 및 광 반응제가 포함될 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 릴리프 패턴과 오버코팅 물질 둘 다에 의해 정의되는 제1 결합 패턴의 일부는 유지(keep) 마스크 또는 퇴거(defeat) 마스크를 사용하여 타겟층으로 전사된다. 유지 마스크 또는 퇴거 마스크의 사용은 일부 피처들의 배치 시에 (상승적) 충돌이 있는 패터닝 응용에 유용할 수 있다. 부분적 패턴 전사를 달성하는데 사용될 수 있는 다양한 공정 단계들이 있다. 하나의 옵션은 일반적으로 강성 물질인 기억층을 임시 또는 희생 패턴 전사층으로서 사용하는 것이다. 강성 물질 내에 제1 결합 패턴이 기억되면, 제2 포토레지스트층이 퇴적되고, 노광되고, 현상될 수 있다. 그 후, 결과적인 릴리프 패턴은 결합 패턴의 어떤 피처들을 유지(타겟층으로 전사)하거나 제외할지(피처 전사를 방지하기 위해 덮혀진 채로 남겨둠)를 정의하는 기능을 할 수 있다.
부분적 전사를 위한 다른 옵션은 오버코팅 물질을 프리징시켜서 양자의 포토레지스트 물질들을 프리징시키는 것이다. 예를 들어, 도 10a 및 도 10b에서 도시된 바와 같이, 전자 플럭스가 오버코팅 물질(120)을 가교화하고 피복하는데 사용될 수 있다. 이러한 플라즈마 처리는 전술한 바와 같다. 오버코팅 물질을 프리징시킨 후, 추가적인 포토리소그래피 패터닝이 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 11a 및 도 11b에서 도시된 바와 같이, 제3 포토마스크(173)가 제2 포토레지스트 물질(130)에서 유지 마스크 또는 퇴거 마스크를 생성하는데 사용될 수 있다. 도 12a 및 도 12b는 노광 및 현상 후 제2 포토레지스트 물질(130)을 패터닝한 결과를 도시한다. 제2 포토레지스트 물질(130)의 영역은 기판(100) 상에 남겨지고, 따라서 이 특정 예시에서 결합 패턴의 하나의 개구를 마스킹하는 기능을 한다는 것을 유념한다. 그 후, 결합 패턴의 차단되지 않은 개구를 타겟층(107)으로 전사시키는 에칭 전사가 수행될 수 있다. 이러한 부분적 패턴 전사의 결과가 도 13a 및 도 13b에 도시되어 있다. 그 후, 포토레지스트의 층은 제거되어, 도 14a 및 도 14b에서 나타낸 바와 같이, 선택된 서브 해상도 콘택트를 갖는 패터닝된 타겟층을 남긴다.
기판을 패터닝하는 다른 방법은 기판을 수용하는 단계를 포함하며, 이 기판은 기판의 타겟층 상에 위치한 제1 릴리프 패턴을 갖는다. 제1 릴리프 패턴은, 타겟층의 일부가 덮혀지고 타겟층의 나머지 부분이 외부에 노출되도록 타겟층 상에 위치한 하나 이상의 구조물을 포함한다. 제1 릴리프 패턴은 제1 포토마스크를 사용하여 적어도 부분적으로 생성되었다. 제1 릴리프 패턴은 화학 방사선(actinic radiation)에 대한 노출에 반응하여 용해도 변경제를 생성하는 생성제 화합물을 포함하는 제1 폴리머 물질로 구성된다.
화학 방사선으로부터의 제1 릴리프 패턴의 용해도의 후속 변경을 방지하는 용해도 중화 처리가 수행된다. 제2 폴리머 물질이 기판 상에 퇴적된다. 제2 폴리머 물질은 적어도 제1 릴리프 패턴의 하나 이상의 구조물에 의해 정의된 공간을 채운다. 제2 폴리머 물질에는, 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 용해도 변경제를 생성하는 생성제 화합물이 실질적으로 없다. 달리 말하면, 제2 폴리머 물질 내에서 용해도 천이를 일으키기에 충분한 광산을 생성하기 위한 생성제 화합물이 불충분하거나 또는 생성제 화합물이 포함되지 않는다.
제1 릴리프 패턴의 선택된 부분은 제2 포토마스크를 사용하여 화학 방사선에 노출된다. 화학 방사선은 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분이 생성제 화합물로부터 용해도 변경제를 생성하게 한다. 그 후, 용해도 변경제는 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분과 제2 폴리머 물질 사이의 계면에서 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분으로부터 제2 폴리머 물질로 확산되게 된다. 용해도 변경제는 충분한 용해도 변경제를 수용한 제2 폴리머 물질의 부분의 용해도를 변경시킨다.
따라서, 이러한 방법은 습식 화학 물질 내에서 다양한 크기, 간격, 길이, 및 위치의 맨드렐 상에 서브 해상도의 자가 정렬된 피처들을 모두 생성할 수 있게 해준다. 따라서 안티스페이서 및 스페이서의 폭은 포토마스크 치수에 의해 제어되는 것과는 대조적으로 광산의 평균 분자 확산 길이에 의해 제어된다. PAG가 없는 포토레지스트와 결합된 경우, 제2 포토마스크는 본질적으로 안티스페이서가 형성될 위치를 정하여 안티스페이서 생성 마스크를 제공한다. 비교해보면, 기존의 안티스페이서 생성은 모든 맨드렐 주위에 안티스페이서를 생성하는 플러드 노광을 수반한다. 모든 계면들 상에서 안티스페이서가 생성되면, 안티스페이서 절단, 이중 패터닝, 기억화, 재평탄화, 및 재노광의 단계들을 비롯하여, 이들 안티스페이서를 기능화하기 위한 몇가지 추가적인 단계들이 필요하다. 그러나, 본원의 기술은 수요에 맞춰서 안티스페이서를 생성하는데 사용될 수 있다. 따라서, 본원의 기술은 에칭 전사 개입이 요구되지 않는다는 점에서 진정한 인시츄 이중 패터닝 공정을 제공할 수 있다.
안티스페이서 생성 맨드렐이 초기에 휴면 상태로 남아있는 경우, 안티스페이서가 제2 포토마스크(노광)에 의해 선택적으로 생성된다. 이러한 제2 노광이 제1 릴리프 패턴의 특정 부분 상에 방사되면, 그러한 제2 노광에 반응하여, 노광된 특정 부분은 제1 릴리프 패턴 밖으로 확산되는 산을 생성하고, 그 후, 화학 방사선을 수용한 제1 릴리프 패턴의 가장자리 상에 안티스페이서 세그먼트가 형성된다. 오버코팅은 노광에 의해 활성화될 광산 생성제를 갖지 않기 때문에, 오버코팅으로 연장되는 임의의 연장된 포토리소그래피 노광은 허용가능하다. 따라서, 이 방식은 노광에 대한 몇가지 고유의 오버레이 보호를 제공한다.
다양한 물질 및 노광의 선택이 본 명세서에서 구상가능하다는 것을 알아야 함을 유념한다. 예를 들어, 확산 길이 능력을 위해 특정 PAG가 선택될 수 있다. 활성화 광의 파장은 혼합되고 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 릴리프 패턴을 생성하기 위한 초기 노광은 248㎚ 광을 사용하여 실행될 수 있는 반면, 제2 포토마스크는 193㎚ 광 또는 13.5㎚ 광, 또는 다른 원하는 파장을 사용하여 노광될 수 있다. 따라서, 산 확산에 의해 하나의 치수가 정의되는 반면, 광학 해상도에 의해 다른 치수가 정의될 수 있다. 일부 실시예에서, 포지티브 톤 레지스트는 포지티브 톤 현상액 호환 레지스트를 사용하여 제1 및 제2 레지스트층들에 사용될 수 있는 반면에, 제2 포토레지스트층에서는, 네거티브 톤 현상액 호환 포토레지스트가 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, PAG 대신에 광 파괴 염기(photo destructive base; PDB) 생성제가 사용될 수 있다. PDB를 사용하면 부분적으로 반대의 결과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 현상 단계 동안 오버코팅 물질(120)의 나머지가 제거되도록 도 7b의 영역(125)은 불용성이 된다. 이 특별한 예시에서는, 스페이서가 안티스페이서 대신에 생성될 것이다. 달리 말하면, PDB를 사용하면 제1 릴리프 패턴(111)에 더 많은 물질을 첨가하는 것을 초래할 수 있다. 따라서, 본원의 방법을 사용하기 위한 많은 패터닝 옵션이 있다.
이전 설명에서는, 본원에서 이용된 처리 시스템의 특정 기하학적 구조 및 다양한 컴포넌트들과 공정들의 설명들과 같은 구체적인 상세사항들이 진술되었다. 하지만, 본원에서의 기술들은 이러한 구체적인 상세사항들을 벗어난 다른 실시예들에서 실시될 수 있다는 것과, 이러한 상세사항들은 설명을 위한 것일 뿐 제한적 의도를 갖는 것이 아님을 이해해야 한다. 본원에서 개시된 실시예들을 첨부 도면들을 참조하여 설명하였다. 마찬가지로, 설명을 위해, 특정 숫자들, 물질들, 및 구성들이 완전한 이해를 제공하기 위해 진술되었다. 하지만, 실시예들은 이러한 특정 상세사항들 없이 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능적 구축물들을 갖는 컴포넌트들은 동일한 참조 문자들로 표시되며, 이에 따라 중복적인 설명은 그 어떠한 것도 생략될 수 있다.
다양한 실시예들을 이해하는 것을 돕기 위해 다양한 기술들이 다수의 개별적 동작들로서 설명되었다. 본 설명의 순서는 이러한 동작들이 반드시 순서 의존적임을 나타내는 것이라고 해석되어서는 안된다. 오히려, 이러한 동작들은 제시 순서로 수행될 필요는 없다. 설명된 동작들은 설명된 실시예와는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 다양한 추가적인 동작들이 수행될 수 있고/있거나 설명된 동작들은 생략될 수 있다.
본원에서 이용된 "기판" 또는 "타겟 기판"은 일반적으로 본 발명에 따라 처리되는 물체를 가리킨다. 기판은 디바이스, 특히 반도체 또는 다른 전자 디바이스의 임의의 물질 부분 또는 구조물을 포함할 수 있고, 예컨대, 반도체 웨이퍼, 레티클과 같은 기저 기판 구조물, 또는 박막과 같이 기저 기판 구조물 상에 있거나 그 위에 있는 층일 수 있다. 따라서, 기판은 패터닝되거나 또는 패터닝되지 않은, 임의의 특정 기저 구조물, 하위층 또는 상위층으로 한정되지 않으며, 이보다는 이러한 임의의 층 또는 기저 구조물, 및 층들 및/또는 기저 구조물들의 임의의 조합을 포함하는 것으로 구상가능하다. 본 설명은 특정 유형의 기판들을 참조할 수 있지만, 이것은 단지 설명용일 뿐이다.
본 발명분야의 당업자는 또한 본 발명의 동일한 목적을 여전히 달성하면서 상술한 기술들의 동작들에 많은 변형들이 취해질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 변형들은 본 발명개시의 범위에 의해 커버되는 것으로 의도된다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들의 전술한 설명들은 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다. 오히려, 본 발명의 실시예들에 대한 그 어떠한 제한들은 아래의 청구범위들에서 제시된다.

Claims (19)

  1. 기판을 패터닝하기 위한 방법에 있어서,
    기판을 수용하는 단계 - 상기 기판은 상기 기판의 타겟층 상에 위치한 제1 릴리프(relief) 패턴을 갖고, 상기 제1 릴리프 패턴은, 상기 타겟층의 일부가 덮혀지고 상기 타겟층의 나머지 부분이 외부에 노출되도록 상기 타겟층 상에 위치한 하나 이상의 구조물을 포함하고, 상기 제1 릴리프 패턴은 제1 포토마스크를 사용하여 적어도 부분적으로 생성되었으며, 상기 제1 릴리프 패턴은 화학 방사선(actinic radiation)에 대한 노출에 반응하여 용해도 변경제(solubility-changing agent)를 생성하는 생성제 화합물(generator compound)을 포함하는 제1 포토레지스트 물질로 구성됨 -;
    화학 방사선으로부터의 상기 제1 릴리프 패턴의 용해도의 후속 변경을 방지하는 용해도 중화(solubility-neutralizing) 처리를 수행하는 단계;
    상기 기판 상에 오버코팅 물질을 퇴적하는 단계 - 상기 오버코팅 물질은 적어도 상기 제1 릴리프 패턴의 상기 하나 이상의 구조물에 의해 정의된 공간을 채우며, 상기 오버코팅 물질에는, 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 상기 용해도 변경제를 생성하는 상기 생성제 화합물이 없음 -;
    제2 포토마스크를 사용하여 상기 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분을 화학 방사선에 노출시키는 포토리소그래피 시스템으로 상기 기판을 이송하는 단계 - 상기 화학 방사선은 상기 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분이 상기 생성제 화합물로부터 상기 용해도 변경제를 생성하게 함 -; 및
    상기 용해도 변경제가, 상기 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분과 상기 오버코팅 물질 사이의 계면에서 상기 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분으로부터 상기 오버코팅 물질 내로 확산되게 하는 단계
    를 포함하며, 상기 용해도 변경제는 충분한 용해도 변경제를 수용한 상기 오버코팅 물질의 부분의 용해도를 변경시키는 것인 기판 패터닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용해도 변경제의 확산에 후속하여 상기 오버코팅 물질의 가용성 부분을 제거하는 단계
    를 더 포함하는 기판 패터닝 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 릴리프 패턴과 상기 오버코팅 물질 둘 다에 의해 정의된 제1 결합 패턴을 상기 타겟층으로 전사시키는 단계
    를 더 포함하는 기판 패터닝 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 릴리프 패턴과 상기 오버코팅 물질 둘 다에 의해 정의된 제1 결합 패턴의 일부를, 유지(keep) 마스크 또는 퇴거(defeat) 마스크를 사용하여 상기 타겟층으로 전사시키는 단계
    를 더 포함하는 기판 패터닝 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용해도 변경제를 수용한 상기 오버코팅 물질의 부분의 용해도를 변경시키는 것은 상기 용해도 변경제를 수용한 상기 오버코팅 물질의 부분이 광산(photo acid)의 존재 하에서 가용성이 되게 하는 것을 포함한 것인 기판 패터닝 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용해도 변경제를 수용한 상기 오버코팅 물질의 부분의 용해도를 변경시키는 것은 상기 용해도 변경제를 수용한 상기 오버코팅 물질의 부분이 광 파괴 염기(photo destructive base)의 존재 하에서 불용성이 되게 하는 것을 포함한 것인 기판 패터닝 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용해도 변경제가 상기 오버코팅 물질 내로 확산되게 하는 단계는 확산을 열적으로 활성화시키는 단계를 포함한 것인 기판 패터닝 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 용해도 변경제가 상기 오버코팅 물질 내로 확산되게 하는 단계는 상기 오버코팅 물질 내로의 평균 확산 길이를 제어하는 단계를 포함한 것인 기판 패터닝 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 확산을 열적으로 활성화시키는 단계는 미리 결정된 온도에서 그리고 미리 결정된 지속기간 동안 상기 기판을 가열하는 단계를 포함한 것인 기판 패터닝 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 용해도 중화 처리를 수행하는 단계는 상기 제1 릴리프 패턴을 탄도 전자의 플럭스(flux of ballistic electron)로 처리하는 단계를 포함한 것인 기판 패터닝 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 용해도 중화 처리를 수행하는 단계는, 컨포멀(conformal) 막이 상기 용해도 변경제의 확산을 허용하도록 확산 차단 두께보다 작은 두께를 갖는 상기 컨포멀 막을 상기 제1 릴리프 패턴 상에 생성하는 단계를 포함한 것인 기판 패터닝 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 용해도 중화 처리를 수행하는 단계는 포토레지스트 프리징(freeze) 처리를 수행하는 단계를 포함한 것인 기판 패터닝 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 오버코팅 물질은 상기 오버코팅 물질이 광산의 존재 하에서 가용성이 되게 하는 탈보호기(deprotection group)를 포함한 것인 기판 패터닝 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 오버코팅 물질을 퇴적하는 단계는 상기 제1 릴리프 패턴 상에 과도퇴적물(overburden)을 초래시키는 것인 기판 패터닝 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 생성제 화합물은 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 광산을 생성하는 광산 생성제(photo acid generator; PAG)인 것인 기판 패터닝 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 생성제 화합물은 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 광 파괴 염기를 생성하는 광 파괴 염기 생성제인 것인 기판 패터닝 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 포토리소그래피 시스템으로 이송하기 전에, 상기 오버코팅 물질의 수직 부분을 제거하여 상기 제1 릴리프 패턴의 최상면이 외부에 노출되게 하는 과도퇴적물 제거 공정을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 기판 패터닝 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 오버코팅 물질을 퇴적하기 전에 상기 제1 릴리프 패턴의 임계 치수를 조정하는 수축 조작을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 기판 패터닝 방법.
  19. 기판을 패터닝하기 위한 방법에 있어서,
    기판을 수용하는 단계 - 상기 기판은 상기 기판의 타겟층 상에 위치한 제1 릴리프 패턴을 갖고, 상기 제1 릴리프 패턴은, 상기 타겟층의 일부가 덮혀지고 상기 타겟층의 나머지 부분이 외부에 노출되도록 상기 타겟층 상에 위치한 하나 이상의 구조물을 포함하고, 상기 제1 릴리프 패턴은 제1 포토마스크를 사용하여 적어도 부분적으로 생성되었으며, 상기 제1 릴리프 패턴은 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 용해도 변경제를 생성하는 생성제 화합물을 포함하는 제1 폴리머 물질로 구성됨 -;
    화학 방사선으로부터의 상기 제1 릴리프 패턴의 용해도의 후속 변경을 방지하는 용해도 중화 처리를 수행하는 단계;
    상기 기판 상에 제2 폴리머 물질을 퇴적하는 단계 - 상기 제2 폴리머 물질은 적어도 상기 제1 릴리프 패턴의 상기 하나 이상의 구조물에 의해 정의된 공간을 채우며, 상기 제2 폴리머 물질에는, 화학 방사선에 대한 노출에 반응하여 상기 용해도 변경제를 생성하는 상기 생성제 화합물이 없음 -;
    제2 포토마스크를 사용하여 상기 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분을 화학 방사선에 노출시키는 단계 - 상기 화학 방사선은 상기 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분이 상기 생성제 화합물로부터 상기 용해도 변경제를 생성하게 함 -; 및
    상기 용해도 변경제가, 상기 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분과 상기 제2 폴리머 물질 사이의 계면에서 상기 제1 릴리프 패턴의 선택된 부분으로부터 상기 제2 폴리머 물질 내로 확산되게 하는 단계
    를 포함하며, 상기 용해도 변경제는 충분한 용해도 변경제를 수용한 상기 제2 폴리머 물질의 부분의 용해도를 변경시키는 것인 기판 패터닝 방법.
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