KR102618889B1 - 기판 식각 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 식각 방법을 개시한다. 그의 방법은, 기판 상에 제 1 탄소 화합물을 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴의 상부 면을 개질하여 상기 포토레지스트 패턴 상에 상기 제 1 탄소 화합물과 다른 제 2 탄소 화합물을 포함하는 상부 마스크 막을 형성하는 단계와, 상기 상부 마스크 막 및 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 기판의 일부를 식각하는 단계를 포함한다.

Description

기판 식각 방법{method for etching substrate}
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 반도체 소자의 기판 식각 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 다수의 단위 공정들에 의해 제조될 수 있다. 단위 공정들은 박막 증착 공정, 리소그래피 공정, 및 식각 공정을 포함할 수 있다. 박막 증착 공정과 식각 공정은 주로 플라즈마에 의해 수행될 수 있다. 플라즈마는 기판을 고온으로 처리(treat)할 수 있다. 상기 플라즈마는 주로 고주파 파워에 의해 생성될 수 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 포토레지스트 패턴의 식각 후의 잔존 두께(remained thickness)를 증가시킬 수 있는 기판 식각 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 기판 식각 방법을 개시한다. 그의 방법은, 기판 상에 제 1 탄소 화합물을 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴의 상부 면을 개질하여 상기 포토레지스트 패턴 상에 상기 제 1 탄소 화합물과 다른 제 2 탄소 화합물을 포함하는 상부 마스크 막을 형성하는 단계; 및 상기 상부 마스크 막 및 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 기판의 일부를 식각하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 예에 따른 기판 식각 방법은, 기판 상에 실리콘 산 질화물을 포함하는 하드 마스크 층을 형성하는 단계; 상기 하드 마스크 층 상에 EUV 노광용 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 EUV 노광용 포토레지스트 패턴의 상부 면을 개질하여 상기 상부 마스크 막을 형성하는 단계; 및 상기 EUV 노광용 포토레지스트 패턴과 상기 상부 마스크 막을 식각 마스크로 사용하여 상기 하드 마스크 층 및 상기 기판의 일부를 식각하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 포토레지스트 패턴의 상부 면을 개질하는 단계는: 상기 기판 상에 질소 가스 및 메탄 가스를 10:1의 비율로 제공하는 단계; 상기 기판의 상부에 상부 파워를 제공하여 상기 기판 상에 플라즈마를 유도하고, 상기 플라즈마 내의 라디컬을 상기 상부 마스크 막으로 증착하는 단계; 및 상기 기판의 하부에 하부 파워를 제공하여 상기 플라즈마를 재 유도하고, 상기 플라즈마 내의 이온으로 상기 상부 마스크 막의 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 기판 식각 방법은, 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴 상에 질소 가스 및 메탄 가스를 제 1 유량으로 제공하는 단계; 상기 질소 가스 및 상기 메탄 가스에 상부 파워를 제공하여 플라즈마를 유도하고, 상기 플라즈마 내의 라디컬을 증착하는 단계; 상기 상부 파워를 턴오프시키는 단계; 상기 질소 가스 및 상기 메탄 가스를 상기 제 1 유량보다 많은 제 2 유량으로 제공하는 단계; 및 상기 질소 가스 및 상기 메탄 가스에 하부 파워를 제공하여 상기 플라즈마를 재 유도하고, 상기 플라즈마 내의 이온으로 상기 라디컬의 일부를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 개념에 따른 기판 식각 방법은 포토레지스트 패턴의 상부 면을 개질하여 기판의 식각 후에 상기 포토레지스트 패턴의 잔존 두께를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 기판 식각 방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 2 내지 도 7은 도 1의 기판 식각 방법을 보여주는 공정 단면도들이다.
도 8은 도 1의 포토레지스트 패턴의 상부 면을 개질하는 단계의 일 예를 보여주는 플로우 챠트이다.
도 9는 도 4의 상부 마스크 막을 형성하는 플라즈마 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9의 기판의 식각 시간에 따른 하부 파워와 상부 파워를 보여주는 그래프들이다.
도 11a 내지 도 11c는 포토레지스트 패턴 또는 상부 마스크막 내의 제 1 내지 제 3 탄소 화합물들을 보여주는 XPS 그래프들이다.
도 12a 내지 도 12c는 포토레지스트 패턴 및 상부 마스크막 내의 제 1 및 제 2 질소 화합물들을 보여주는 XPS 그래프들이다.
도 13은 도 9의 질소 가스의 유량에 따른 제 1 및 제 2 탄소-질소 화합물들의 결합 에너지의 피크 세기 또는 양을 보여주는 그래프들이다.
도 14a는 도 5의 포토레지스트 패턴과 그의 잔존 두께를 보여주는 단면도이다.
도 14b는 종래의 포토레지스트 패턴과 그의 잔존 두께를 보여주는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 포토레지스트 패턴의 잔존 두께와 종래의 포토레지스트 패턴의 잔존 두께를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 기판 식각 방법을 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기판 식각 방법은 기판 상에 하드 마스크 층을 형성하는 단계(S10), 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계(S20), 상기 포토레지스트 패턴의 상부 면을 개질(reform)하는 단계(S30), 상기 기판을 식각하는 단계(S40), 상부 마스크막 및 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계(S50), 및 상기 하드 마스크 층을 제거하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 7은 도 1의 기판 식각 방법을 보여주는 공정 단면도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 기판(W) 상에 하드 마스크 층(14)을 형성한다(S10). 예를 들어, 상기 기판(W)은 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 상기 기판(W)은 상기 실리콘 웨이퍼 상의 적어도 하나이상의 박막(thin film)을 포함할 수 있다. 상기 하드 마스크 층(14)은 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)방법으로 형성된 실리콘 산질화물(SiON)을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 하드 마스크 층(14) 상에 포토레지스트 패턴(16)을 형성한다(S20). 상기 포토레지스트 패턴(16)은 예를 들어, EUV 광을 이용한 포토리소그래피 방법으로 형성될 수 있다. 상기 EUV 광은 ArF 광 또는 KrF 광보다 투과 깊이가 작기 때문에 상기 포토레지스트 패턴(16)은 약 45nm이상 두께의 ArF 노광용 포토레지스트보다 얇게 형성될 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴(16)은 약 17nm정도의 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 포토레지스트 패턴(16)은 EUV 노광용 폴리아세탈 수지를 포함할 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴(16)은 제 1 탄소 화합물들을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 포토레지스트 패턴(16)은 탄화 수소 화합물(CxHyRz 여기서, R은 할로겐 원소, x와 y는 양의 실수, z는 0이상의 실수)을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(16)의 상부 면을 개질하여 상기 포토레지스트 패턴(16) 상에 상부 마스크 막(18)을 형성한다(S30).
도 8은 도 1의 포토레지스트 패턴(16)의 상부 면을 개질하는 단계(S30)의 일 예를 보여준다.
도 8을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(16)의 상부 면을 개질하는 단계(S30)는 기판(W)을 챔버 내에 제공하는 단계(S32), 상기 챔버 내에 질소(N2) 가스 및 메탄(CH4) 가스를 제공하는 단계(S34), 상부 파워를 제공하는 단계(S36), 상기 상부 파워를 턴오프하는 단계(S38), 하부 파워를 제공하는 단계(S39)를 포함할 수 있다.
도 9는 도 4의 상부 마스크 막(18)을 형성하는 플라즈마 처리 장치(100)를 보여준다.
도 9를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(100)는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 장치일 수 있다. 이와 달리, 플라즈마 처리 장치(100)는 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 또는 마이크로 파워 플라즈마 식각 장치일 수 있다. 일 예에 따르면, 플라즈마 처리 장치(100)는 챔버(110), 가스 공급 부(120), 정전 척(130), 하부 전극(140), 안테나(150) 및 파워 공급 부(160)를 포함할 수 있다. 상기 챔버(110)는 상기 기판(W)에 대해 외부로부터 독립된 공간을 제공할 수 있다. 상기 가스 공급 부(120)는 상기 챔버(110) 내에 질소 가스(122)와 메탄 가스(124)를 공급할 수 있다. 상기 정전 척(130)는 상기 기판(W)을 고정할 수 있다. 상기 하부 전극(140)은 상기 정전 척(130) 하부 및/또는 내부에 배치될 수 있다. 상기 안테나(150)는 챔버(110) 상에 배치될 수 있다. 상기 파워 공급 부(160)는 상기 하부 전극(140)과 상기 안테나(150)에 하부 파워(142)와 상부 파워(152)를 각각 공급할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 로봇 암은 상기 기판(W)을 상기 챔버(110) 내의 정전 척(130) 상에 제공한다(S32). 도시되지는 않았지만, 상기 챔버(110)는 하부 하우징과 상부 하우징을 포함할 수 있다. 상기 하부 하우징과 상부 하우징이 분리되면, 상기 기판(W)은 상기 정전 척(130) 상에 제공될 수 있다.
다음, 가스 공급 부(120)는 상기 챔버(110) 내에 질소 가스(122) 및 메탄 가스(124)를 제공한다(S34). 상기 하부 하우징과 상부 하우징이 결합되어 상기 챔버(110) 내의 공기가 펌핑되면, 상기 질소 가스(122)와 상기 메탄 가스(124)는 상기 챔버(110) 내에 제공될 수 있다. 상기 질소 가스(122)는 제 1 반응 가스 및/또는 희석 가스일 수 있다. 상기 메탄 가스(124)는 제 2 반응 가스 또는 식각 가스일 수 있다. 예를 들어, 상기 질소 가스(122)가 약 10SCCM 내지 약 200SCCM으로 공급되면, 상기 메탄 가스(124)는 약 1SCCM 내지 약 20SCCM으로 공급될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 질소 가스(122)와 상기 메탄 가스(124)는 10 : 1의 유량 비율로 제공될 수 있다. 상기 질소 가스(122)가 약 100SCCM으로 공급되면, 상기 메탄 가스(124)는 약 10SCCM으로 제공될 수 있다.
도 10은 도 9의 기판(W)의 식각 시간에 따른 하부 파워(142)와 상부 파워(152)를 보여준다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 파워 공급 부(160)는 상기 상부 파워(152)와 하부 파워(142)를 순차적으로 및/또는 독립적으로 제공하여 상기 포토레지스트 패턴(16)의 상부 면을 개질할 수 있다.
먼저, 안테나(150)에 상부 파워(152)를 제공한다(S36). 상기 상부 파워(152)는 상기 챔버(10) 내에 플라즈마(112)를 유도할 수 있다. 또한, 상기 상부 파워(152)는 상기 플라즈마(112) 내에 상기 질소 가스(122) 및 상기 메탄 가스(124)의 라디컬(111)과 이온(113)을 생성할 수 있다. 상기 라디컬(111)은 상기 포토레지스트 패턴(16) 상에 증착될 수 있다. 상기 증착된 라디컬(111)은 상기 상부 마스크 막(18)일 수 있다. 예를 들어, 상기 라디컬(111)은 탄소-질소 라디컬(ex, CN, C3N) 또는 질소-수소 라디컬(ex, NH)을 포함할 수 있다. 상기 이온(113)은 탄화 수소 이온(CH+) 또는 수소 이온(H+)을 포함할 수 있다. 상기 이온(113)은 상기 플라즈마(112) 내에서 수초 내에 메탄 가스(124) 또는 수소 가스로 재결합하여 상기 챔버(110) 외부로 배기될 수 있다. 상기 상부 파워(152)는 약 13.56MHz의 주파수를 가질 수 있다. 상기 상부 파워(152)는 약 300W일 수 있다. 상기 상부 파워(152)는 소스 파워일 수 있다.
이후, 상기 파워 공급 부(160)는 상기 상부 파워(152)를 턴 오프 시킨다(S38). 상기 파워 공급 부(160)는 약 60초 내지 약 90초 동안 상기 상부 파워(152)를 상기 안테나(150)에 제공할 수 있다.
그리고, 상기 파워 공급 부(160)는 하부 전극(140)에 하부 파워(142)를 제공한다(S39). 상기 하부 파워(142)는 상기 상부 파워(152)의 상기 안테나(150)의 공급 중단과 동시에 상기 하부 전극(140)에 제공될 수 있다. 상기 하부 파워(142)는 상기 플라즈마(112)를 재 유도하고, 상기 플라즈마(112) 내의 이온(113)을 상기 기판(W)의 상부 면으로 집중시킬 수 있다. 상기 이온(113)은 상기 포토레지스트 패턴(16) 상의 상기 라디컬(111) 또는 상기 상부 마스크 막(18)의 일부를 제거할 수 있다. 상기 하부 파워(142)는 상기 상부 파워(152)의 주파수와 동일한 주파수를 가질 수 있다. 상기 하부 파워(142)와 상기 상부 파워(152)는 연속 파(continuous wave)를 포함할 수 있다. 상기 하부 파워(142)는 상기 상부 파워(152)의 전압과 반대되는 전압을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 파워(142)는 약 13.56MHz의 주파수를 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 하부 파워(142)는 약 10MHz 내지 약 1MHz의 주파수를 가질 수 있다. 상기 하부 파워(142)는 상기 상부 파워(152)의 전압의 극성과 반대되는 전압의 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 파워(152)가 양의 전압을 가질 때, 상기 하부 파워(142)는 음의 전압을 가질 수 있다. 상기 하부 파워(142)는 상부 파워(152)보다 높을 수 있다. 상기 하부 파워(142)는 약 500W일 수 있다. 상기 하부 파워(142)는 바이어스 파워일 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 포토레지스트 패턴(16) 또는 상부 마스크막(18) 내의 제 1 내지 제 3 탄소 화합물들(50, 60, 62)을 보여주는 그래프들이다. 도 12a 내지 도 12c는 포토레지스트 패턴(16) 및 상부 마스크막(18) 내의 제 1 및 제 2 질소 화합물(70, 80)을 보여주는 그래프들이다.
도 11a를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(16)의 상기 상부 면이 개질되기 전의 상기 포토레지스트 패턴(16)은 제 1 탄소 화합물들(50)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 탄소 화합물들(50)은 제 1 탄소 결합체(52), 제 2 탄소 결합체(54) 및 탄소-산소(C-O) 화합물(56)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 탄소 결합체(52)는 약 282.5eV 내지 약 283eV의 결합 에너지를 가질 수 있다. 상기 제 1 탄소 결합체(52)는 C-C sp2 결합을 가질 수 있다. 상기 제 2 탄소 결합체(54)는 약 284eV 내지 약 284.5eV의 결합 에너지를 가질 수 있다. 상기 제 2 탄소 결합체(54)는 C-C sp3 결합을 가질 수 있다. 탄소-산소 화합물(56)은 약 286eV 내지 약 286.5eV의 결합 에너지를 가질 수 있다. 상기 제 1 탄소 화합물들(50) 내의 상기 제 1 및 제 2 탄소 결합체들(52, 54)의 결합 에너지 세기 또는 양은 상기 탄소-산소 화합물(56)의 결합 에너지 세기 또는 양보다 크거나 많을 수 있다.
도 12a를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(16)은 질소 화합물들을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 포토레지스트 패턴(16)은 탄소-질소 화합물을 포함하지 않을 수 있다.
도 11b 및 도 12b를 참조하면, 상기 상부 파워(152)가 공급되어 상기 라디컬(111)이 증착되면, 상기 포토레지스트 패턴(16)과 상기 상부 마스크 막(18)은 제 2 탄소 화합물(60) 및 제 1 질소 화합물(70)을 포함할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 상기 제 2 탄소 화합물(60)은 도 11a의 제 1 탄소 화합물(50)과 다를 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 제 2 탄소 화합물(60)은 제 1 및 제 2 탄소 결합체들(52, 54) 및 제 1 탄소-질소(C-N) 화합물(58)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 탄소-질소 화합물(58)은 상기 탄소-산소 화합물(56)과 유사한 결합 에너지를 가질 수 있다. 상기 제 1 탄소-질소 화합물(58)은 약 286eV의 결합 에너지를 가질 수 있다. 상기 제 2 탄소 화합물들(60) 내의 제 1 탄소-질소 화합물(58)의 결합 에너지 세기 또는 양은 상기 제 1 및 제 2 탄소 결합체들(52, 54)의 결합 에너지 세기 또는 양보다 크거나 많을 수 있다. 상기 제 1 탄소-질소 화합물(58)은 도 11a의 상기 탄소-산소 화합물(56)을 포함할 수도 있다. 그러나, 상기 상부 마스크 막(18) 내의 상기 탄소-산소 화합물(56)은 상기 플라즈마(112)에 의해 가스로 제거될 수 있다.
도 12b를 참조하면, 상기 상부 마스크 막(18)은 상기 제 1 질소 화합물(70)을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 제 1 질소 화합물(70)은 제 2 탄소-질소 화합물(72)과 질소 수소(N-H) 화합물(74)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 탄소-질소 화합물(72)은 약 397.5eV의 결합 에너지를 가질 수 있다. 상기 제 2 탄소-질소 화합물(72)은 시아노에티닐 라디컬(Cyanoethynyl radical, ex, C3N) 또는 폴리아닐린(polyaniline)을 포함할 수 있다. 상기 질소-수소 화합물(74)은 약 399eV의 결합 에너지를 가질 수 있다. 상기 질소-수소 화합물(74)은 암모니아(NH3)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 질소 화합물(70) 내의 질소-수소 화합물(74)의 결합 에너지 세기 또는 양은 제 2 질소 화합물(80)의 결합 에너지 세기 또는 양보다 많을 수 있다.
도 11c 및 도 12c를 참조하면, 하부 파워(142)가 공급되어 상기 이온(113)이 상기 상부 마스크 막(18) 및 상기 포토레지스트 패턴(16)의 일부를 제거하면, 상기 상부 마스크 막(18) 및 상기 포토레지스트 패턴(16)은 제 3 탄소 화합물(62)과 제 2 질소 화합물(80)을 포함할 수 있다.
도 11c를 참조하면, 상기 제 3 탄소 화합물(62)은 도 11a 및 도 11b의 제 1 및 제 2 탄소 화합물들(50, 60)과 다를 수 있다. 상기 제 3 탄소 화합물(62)은 상기 제 1 및 제 2 탄소 결합체들(52. 54)과 상기 제 1 탄소-질소 화합물(58)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 탄소 화합물(62) 내의 상기 제 1 탄소-질소 화합물(58)의 양 또는 세기는 상기 제 2 탄소 화합물(60) 내의 상기 제 1 탄소-질소 화합물(58)의 양 또는 세기보다 감소할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 제 3 탄소 화합물(62) 내의 상기 제 1 탄소-질소 화합물(58)의 양 또는 세기는 상기 제 1 탄소 화합물(50) 내의 상기 탄소-산소 화합물(56)의 양 또는 세기보다 감소할 수 있다. 따라서, 상기 제 2 및 제 3 탄소 화합물들(60, 62) 내에서의 상기 제 1 탄소-질소 화합물(58)의 양 또는 세기의 차이는 상기 제 1 탄소-질소 화합물(58)이 상부 마스크 막(18)로서 사용됨을 의미한다.
도 12c를 참조하면, 제 2 질소 화합물(80)은 도 12b의 제 1 질소 화합물(70)과 다를 수 있다. 상기 제 2 질소 화합물(80)은 질소-수소 화합물(74)보다 많거나 큰 세기 또는 양의 제 2 탄소-질소 화합물(72)을 포함할 수 있다. 상기 질소-수소 화합물(74)은 상기 상부 마스크 막(18) 내에 대부분 암모니아(NH3)와 같은 가스로 존재하며, 상기 플라즈마(112)에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 상기 제 2 탄소-질소 화합물(72)은 상기 상부 마스크 막(18) 내에 잔존할 수 있다. 따라서, 상기 기판(W)의 식각 시에 상기 제 1 및 제 2 탄소-질소 화합물들(58, 72)은 상기 상부 마스크 막(18)으로서 기능할 수 있으나, 상기 질소-수소 화합물(74)은 상기 상부 마스크 막(18)으로서 기능하지 못할 수 있다.
도 13은 도 9의 질소 가스(122)의 유량에 따른 제 1 및 제 2 탄소-질소 화합물들(58, 72)의 결합 에너지의 피크 세기 또는 양을 보여준다.
도 13을 참조하면, 상기 질소 가스(122)가 상기 챔버(110) 내에 약 6SCCM 내지 20SCCM으로 제공될 때, 상기 제 1 및 제 2 탄소-질소 화합물들(58, 72)은 상기 상부 마스크막(18) 내에 다량으로 형성될 수 있다. 상기 메탄 가스(124)는 약 10SCCM으로 제공될 수 있다. 상기 질소 가스(122)와 상기 메탄 가스(124)가 약 0.6 : 1의 유량 비율로 제공될 때, 상기 제 2 탄소-질소 화합물(72)은 상기 상부 마스크 막(18) 내에 가장 많이 형성될 수 있다. 상기 질소 가스(122)와 상기 메탄 가스(124)가 약 1 : 2의 유량 비율로 제공될 때, 상기 제 1 탄소-질소 화합물(58)은 상기 상부 마스크 막(18) 내에 가장 많이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 질소 가스(122)와 상기 메탄 가스(124)가 약 0.6 : 1 내지 약 1 : 2의 유량 비율로 제공되고(S34), 상기 상부 파워(152)가 제공되면(S36), 상기 제 1 및 제 2 탄소-질소 화합물들(58, 72)은 상기 상부 마스크 막(18) 내에 최대로 많이 형성할 수 있다.
이후, 상기 상부 파워(152)가 턴 오프되고(S38) 상기 하부 파워(142)가 하부 전극(140)에 제공될 때(S39), 상기 질소 가스(122)와 상기 메탄 가스(124)는 상기 챔버(110) 내에 약 10 : 1의 비율로 제공될 수 있다.
다시 도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 상부 마스크 막(18) 및 상기 포토레지스트 패턴(16)을 식각 마스크로 사용하여 상기 하드 마스크 층(14) 및 상기 하드 마스크 층(14)과 상기 기판(W)을 식각한다(S40). 상기 기판(W)을 식각하는 단계(S40)는 상기 하부 파워(142)를 제공하는 단계(S39)와 동일할 수 있다. 즉, 상기 질소 가스(122)와 상기 메탄 가스(124)는 약 10 : 1의 유량 비율로 상기 챔버(110) 내에 제공되고, 상기 하부 파워(142)는 약 500W일 수 있다. 상기 기판(W)의 식각율은 약 20nm/min 내지 약 70nm/min일 수 있다. 상기 메탄 가스(124)가 상기 질소 가스(122)보다 많이 제공될 경우, 상기 기판(W)의 식각율의 조절 및/또는 제어가 어려울 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴(16)에 의해 노출된 상기 하드 마스크 층(14)과 상기 기판(W)은 약 50nm 내지 약 500nm의 깊이로 식각될 수 있다. 상기 기판(W)은 소자 패턴들(20)과 상기 소자 패턴들(20) 사이의 트렌치들(22)을 가질 수 있다. 상기 소자 패턴들(20)은 활성 영역 또는 배선 영역을 포함할 수 있다. 상기 트렌치들(22)은 상기 소자 패턴들(20) 사이의 절연 영역을 포함할 수 있다.
도 14a는 도 5의 포토레지스트 패턴(16)과 그의 잔존 두께(T1)를 보여준다. 도 14b는 종래의 포토레지스트 패턴(119)과 그의 잔존 두께(T2)를 보여준다. 도 15는 본 발명의 포토레지스트 패턴(16)의 잔존 두께(T1)와 종래의 포토레지스트 패턴(119)의 잔존 두께(T2)를 비교하여 보여준다. 여기서, 본 발명의 포토레지스트 패턴(16)과 종래의 포토레지스트 패턴(119)은 식각 공정 전에 약 17nm의 두께를 갖고, 상기 기판(W)은 약 1분 동안에 약 56nm로 식각될 수 있다.
도 14a, 도 14b, 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 포토레지스트 패턴(16)은 식각 공정 후에 종래의 포토레지스트 패턴(119)의 잔존 두께(T2)보다 큰 잔존 두께(T1)를 가질 수 있다.
도 14a 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 포토레지스트 패턴(16)의 잔존 두께(T1)는 약 14 nm 내지 약 17nm일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 포토레지스트 패턴(16)은 14.89nm, 15.38nm, 15.88nm, 또는 16.87nm의 잔존 두께(T1)를 가질 수 있다.
도 14b 및 도 15를 참조하면, 종래의 포토레지스트 패턴(119)의 잔존 두께(T2)는 약 6nm 내지 약 15nm일 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 파워(152)와 상기 하부 파워(142)가 동시에 제공되면, 종래의 포토레지스트 패턴(119)은 그의 상부 면의 개질없이 6.45nm, 8.93nm, 12.90nm, 또는 14.89nm의 잔존 두께(T2)를 가질 수 있다.
다시 도 1 및 도 6을 참조하면, 상부 마스크 막(18) 및 포토레지스트 패턴(16)을 제거한다(S50). 상기 상부 마스크 막(18) 및 상기 포토레지스트 패턴(16)은 에싱 공정 또는 유기 용매에 의해 제거될 수 있다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 상기 하드 마스크 층(14)을 제거한다(S60). 상기 하드 마스크 층(14)은 습식 식각 방법으로 제거될 수 있다. 상기 소자 패턴 들(20)은 외부로 노출될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 실리콘 산 질화물을 포함하는 하드 마스크 층을 형성하는 단계;
    상기 하드 마스크 층 상에 EUV 노광용 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 EUV 노광용 포토레지스트 패턴의 상부 면을 개질하여 상부 마스크 막을 형성하는 단계; 및
    상기 EUV 노광용 포토레지스트 패턴과 상기 상부 마스크 막을 식각 마스크로 사용하여 상기 하드 마스크 층 및 상기 기판의 일부를 식각하는 단계를 포함하되,
    상기 포토레지스트 패턴의 상부 면을 개질하는 단계는:
    상기 기판 상에 질소 가스 및 메탄 가스를 10:1의 비율로 제공하는 단계;
    상기 기판의 상부에 상부 파워를 제공하여 상기 기판 상에 플라즈마를 유도하고, 상기 플라즈마 내의 라디컬을 상기 상부 마스크 막으로 증착하는 단계; 및
    상기 기판의 하부에 하부 파워를 제공하여 상기 플라즈마를 재 유도하고, 상기 플라즈마 내의 이온으로 상기 상부 마스크 막의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 기판 식각 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴의 상부 면을 개질하는 단계는:
    상기 하부 파워가 제공되기 전에 상기 상부 파워를 턴오프시키는 단계를 더 포함하는 기판 식각 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 파워는 상기 상부 파워보다 높게 제공되는 기판 식각 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 파워는 양의 전압을 포함하고, 상기 하부 파워는 음의 전압을 포함하는 기판 식각 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 파워와 상기 하부 파워는 연속 파를 포함하는 기판 식각 방법.
  6. 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴 상에 제 1 유량 비율의 질소 가스 및 메탄 가스를 제공하는 단계;
    상기 질소 가스 및 상기 메탄 가스에 상부 파워를 제공하여 플라즈마를 유도하고, 상기 상부 파워에 의해 상기 질소 가스 및 상기 메탄 가스로부터 생성되는 라디컬을 상기 포토레지스트 패턴 상에 증착하는 단계;
    상기 상부 파워를 턴오프시키는 단계;
    상기 질소 가스가 상기 제 1 유량 비율보다 높은 제 2 유량 비율의 상기 질소 가스 및 상기 메탄 가스를 제공하는 단계; 및
    상기 질소 가스 및 상기 메탄 가스에 하부 파워를 제공하여 상기 플라즈마를 재 유도하고, 상기 하부 파워에 의해 상기 질소 가스 및 상기 메탄 가스로부터 생성되는 이온으로 상기 포토레지스트 패턴 상의 상기 라디컬의 일부 및 상기 기판의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 기판 식각 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 유량 비율은 상기 질소 가스 및 상기 메탄 가스가 0.6 : 1 내지 1 : 2의 비율인 기판 식각 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 유량 비율은 상기 질소 가스 및 상기 메탄 가스가 10 : 1의 비율인 기판 식각 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 라디컬은 탄소-질소 라디컬을 포함하는 기판 식각 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 라디컬은 C3N(Cyanoethynyl)을 포함하는 기판 식각 방법.
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