KR20050028781A - 선택적 측벽 폴리머 증착에 의해 포토레지스트 트리밍공정의 임계크기 미세로딩을 제어하는 방법 - Google Patents

선택적 측벽 폴리머 증착에 의해 포토레지스트 트리밍공정의 임계크기 미세로딩을 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

공정 시스템에서 반도체 기판 상의 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한방법이 개시된다. 이 방법은 탄화수소(hydrocarbon) 가스, 산소 가스 및 비활성 가스를 포함하는 공정 혼합 가스를 이용한다. 밀집 영역들 및 고립 영역들의 임계크기(CD) 미세로딩이 제거될 수 있으며 포토레지스트 트리밍 속도 또한 감소될 수 있어 임계크기(CD)를 더 잘 제어할 수 있다.

Description

선택적 측벽 폴리머 증착에 의해 포토레지스트 트리밍 공정의 임계크기 미세로딩을 제어하는 방법{Method of controlling critical dimension microloading of photoresist trimming process by selective sidewall polymer deposition}
본 발명은 반도체 기판 상의 포토레지스트 마스크를 트리밍하는 공정에 관한 것이다.
집적된 미세전자 회로들에서 소자들(예컨대, 트랜지스터들, 커패시터들 등)의 동작 속도를 증가시키기 위해서, 소자 피쳐들이 더욱 더 작아져 왔다. 그러한 소자 피쳐들의 최소 크기들이 본 기술분야에서 통상 임계크기들(critical dimensions) 또는 CD들로 불린다. CD들은 일반적으로 배선들, 원기둥들(columns), 개구부들, 배선들 사이의 간격들 등과 같은 피쳐들의 최소폭들을 포함한다.
그러한 피쳐들을 제조하는 하나의 방법은 물질층 상에 패터닝된 마스크(예컨대, 포토레지스트 마스크)를 형성하고, 그 후 패터닝된 마스크를 식각마스크로 사용하여 상기 물질층을 식각하는 것을 포함한다.
패터닝된 마스크는 통상적으로 리소그래픽(lithographic) 공정을 사용하여 제조되며, 이때 형성될 피쳐의 패턴이 포토레지스트 층에 광학적으로 전사된다. 그 후, 포토레지스트는 현상되어 상기 포토레지스트의 노출되지 않은 부분들이 제거되며, 잔존하는 포토레지스트는 패터닝된 마스크를 형성한다.
식각 마스크는 일반적으로, 평면도에서, 하지층에 형성될(즉, 식각될) 피쳐의 복제이다. 따라서, 식각마스크는 형성될 피쳐와 동일한 임계크기들을 갖는 요소들을 포함한다. 요소의 CD가 리소그래픽 공정의 광학적 해상도보다 작을 때, 리소그래픽 공정의 광학적 한계들에 기인하여 치수적으로 피쳐의 정확한 이미지가 포토레지스트층에 전사되지 않을 수 있다.
리소그래픽 공정의 한계들을 극복하기 위해, 2단계 공정을 사용하여 포토레지스트 마스크를 제조할 수 있다. 제1 단계 동안, 형성될 피쳐들의 치수들 보다 일정한 비율로 더 큰 치수들을 구비하는 요소들을 갖는 마스크를 형성하기 위해 상기 리소그래픽 공정이 사용된다. 제2 단계 동안, 그러한 "확장된(scaled-up)" 요소들이 소정 치수들로 트리밍된다(즉, 등방성 식각된다). 트리밍된 포토레지스트 마스크는 그후 하지층 또는 하지층들을 식각하는 동안 식각 마스크로 사용된다.
그와 같은 포토레지스트 마스크를 트리밍하는 데 있어서 하나의 문제는 임계크기(CD) 미세로딩(microloading)이 발생하는 것인데, 이는 포토레지스트 트리밍 후 기판의 밀집(dense) 및 고립(isolated) 영역들 사이의 임계크기 편차량이다.
밀집 영역은 피쳐들의 높은 패턴 밀도를 가지며, 고립 영역은 피쳐들의 낮은 패턴 밀도를 갖는다. 종래의 포토레지스트 트리밍 공정들은, 고립 영역들이 밀집 영역들 보다 아주 빠른 속도로 트리밍되어, 종종 상당한 CD 트리밍 미세로딩의 결과를 낳는다.
그러므로, 반도체 기판 공정 시스템에서 반도체 소자들을 제조하는 동안, 포토레지스트 트리밍 공정을 제어하여 미세로딩 효과를 감소시키기 위한 개선된 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 기판 공정 시스템에서 반도체 소자들을 제조하는 동안, 포토레지스트 트리밍 공정을 제어하여 미세로딩 효과를 감소시킬 수 있는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 반도체 기판 공정 시스템에서 기판 상의 포토레지스트 마스크를 트리밍하는 방법이다. 이 방법은 챔버 내에 포토레지스트 마스크를 구비하는 기판을 위치시키고, 탄화수소(hydrocarbon) 가스, 산소 가스(O2) 및 비활성 가스를 포함하는 공정 가스들에 의해 형성된 플라즈마를 사용하여 상기 포토레지스트를 트리밍하는 단계들을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 탄화수소 가스는 할로겐으로 처리된다.
본 발명의 실시예들은 미세로딩 및 트림 속도를 감소시키기 위해 반도체 기판 상의 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 플라즈마 식각 공정을 제공한다. 이 방법은 제1 소정폭을 구비하는 적어도 하나의 요소를 갖는 패터닝된 포토레지스트층을 상부에 구비하는 기판을 공정 시스템에 위치시키고, 공정챔버에 할로겐 처리된 탄화수소, 산소 가스, 및 비활성 가스를 포함하는 공정 혼합 가스를 공급하고, 상기 혼합 가스를 활성화시키어 상기 패터닝된 포토레지스트층을 식각하고, 상기 식각 공정을 종료하여 상기 기판 상에 제2 소정폭을 갖는 적어도 하나의 요소를 구비하는 패터닝된 포토레지스트층을 남기는 것을 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이해를 돕기 위해, 동일한 참조번호들은 도면들에 공통인 동일한 구성요소들을 나타내기 위해 사용된다.
그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시하고, 따라서 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 고려되지 않는다. 본 발명은 다른 동등하게 효과적인 실시예들을 허용할 수 있다.
도 1은 트리밍하기 전 포토레지스트 마스크를 갖는 복합 구조체의 일부를 나타내는 단면도이다. 복합 구조체는 기판(100)을 포함하며, 그 상에 박막 적층(102)이 있고, 그 내부에 구조체, 예컨대 게이트가 형성될 것이다. 박막 적층(102)은 일반적으로 게이트 전극층(106)과 게이트 유전층(104)을 포함한다. 상기 게이트 전극은 포토레지스트 마스크(예컨대, 포토레지스트가 패터닝된 마스크, 112), 선택사양의 반사 방지 코팅(anti-reflective coating; ARC, 113, 도 1에만 파선으로 도시함) 뿐만 아니라 그 아래의 하드 마스크(114)에 의해 패터닝된다.
하드 마스크(114)는 게이트 전극층(106) 및 게이트 유전층(104) 모두를 식각하기 위한 식각마스크로 일반적으로 사용되며, 예로써 이산화규소(SiO2), 산질화규소(SiON), 비결정 탄소(즉, α-carbon), Advanced Patterning Film™(APF, 미국 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼즈 사로부터 입수가능) 등을 포함할 수 있다.
하나의 대표적인 실시예에서, 게이트 전극층(106)은 도핑된 폴리실리콘(Si)으로 약 500 내지 3000 옹스트롬 두께로 형성되며, 게이트 유전층(104)은 이산화규조(SiO2)와 같은 유전물질로 약 10 내지 60 옹스트롬의 두께로 형성된다. 선택적으로, 게이트 유전층(104)은 질화규소, 산질화규소 또는 4.0 보다 큰 유전 상수를 갖는 하나 이상의 고유전(high-k dielectric) 물질, 예컨대 이산화하프늄(HfO2), 이산화 하프늄 규소(HfSiO4), 산질화 하프늄 규소(HfSiOxNy), 바륨 스트론튬 타이타네이트(BaSrTiO3; BST), 리드 지르코네이트 타이타네이트(Pb(ZrTi)O3; PZT) 등을 포함할 수 있다. 그러나, 박막 적층(102)은 다른 두께를 갖는 층들 뿐만 아니라 다른 물질들로 형성된 층들을 포함할 수 있다.
박막 적층(102)을 포함하는 층들은 통상의 증착 기술, 예컨대 원자층 증착(atomic layer deposition; ALD), 물리기상증착(physical vapor deposition; PVD), 화학기상증착(chemical vapor deposition; CVD), 플라즈마 강화 CVD(plasma enhanced CVD; PECVD) 등을 사용하여 형성될 수 있다. CMOS 전계효과 트랜지스터의 제조는 미국 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼즈 사(Applied Materials, Inc)로부터 입수가능한 CENTURA?, ENDURA?, 및 다른 반도체 웨이퍼 공정 시스템들의 각 공정 모듈들을 사용하여 수행될 수 있다.
패터닝된 마스크(112)는 일반적으로 폭(109)을 갖는 포토레지스트 마스크이다. 포토레지스트 마스크(112)는 일반적으로 리소그래픽 공정을 사용하여 형성된다. 상기 리소그래픽 공정의 광학적 한계들에 기인하여, 상기 포토레지스트 마스크는 하지층 또는 하지층들 내에 식각형성될 구조체의 확장된 복제를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 리소그래픽 공정 후, 상기 마스크가 식각마스크로 사용되기 전, 그러한 포토레지스트 마스크(112)는 리소그래픽으로 패터닝된 마스크(112)의 폭(119) 보다 더 작은 폭(111)으로 선택적으로(optionally) 트리밍될 수 있다.
일반적으로, 상기 트리밍 공정은 그것의 폭(109)을 감소시키기 위해 포토레지스트 마스크(112) 상에 수행되는 등방성 식각 공정(예컨대, 등방성 플라즈마 식각 공정)이다. 두개의 잘 알려진 트리밍 공정들이 있다. 하나는 HBr, O2, Ar을 수반하며, 다른 하나는 Cl2, O2 및 Ar과 같은 비활성 희석 가스를 수반한다. 이들 공정들의 상세한 내용들은 미국특허 제6,121,155호, 미국특허 제6,423,457호, 미국특허 제6,514,871호 및 미국특허 제6,174,818호에 개시되어 있다.
이들 포토레지스트 트리밍 공정들에서 하나의 공통 문제는 상당한 임계크기(CD) 미세로딩이 발생하는 것인데, 미세로딩은 포토레지스트 트리밍 후에 상기 기판의 밀집(dense) 및 고립(isolated) 영역들 사이의 임계크기들의 편차량이다. 종래의 포토레지스트 트리밍 공정들에 의한 CD 미세로딩은 상기 고립 영역들이 밀집 영역들 보다 더 빠른 속도로 트리밍되는 것에 기인한다. 이것은 상기 밀집 영역들에 비해 상기 고립 영역들 근처에서 포토레지스트 표면 면적 당 식각 물질들(species)의 더 많은 양에 의해, 그리고 또한 상기 피쳐(포토레지스트) 표면들에 증착되어 상기 포토레지스트 식각률을 감소시키는 패시번트 물질들(passivant species)의 결핍에 의해 유발되는 것으로 사료된다. 도 2는 상기 밀집 영역에서 전체 포토레지스트(PR) 표면 면적(굵은 선으로 도시함)이 상기 고립 영역에서 전체 PR 표면 면적(굵은 선으로 도시함) 보다 큰 것을 보여준다. 양 영역들에서, 가스 반응물들로부터 생성된, 식각 물질들의 양은 동일하기 때문에, 이들 두 영역들에서 전체 PR 표면 면적의 차이에 기인하여 포토레지스트 표면 면적 당 식각 물질들의 양이 고립 영역에 비해 밀집 영역에서 더 적다.
상기 밀집영역 내의 포토레지스트 표면들은 상기 고립 영역들 내의 표면들에 비해 표면 면적 당 더 적은 식각 물질들(species)을 수용한다. 이들 두 영역들 사이의 표면 면적 당 반응물의 차이는 패턴 밀도 차이가 증가함에 따라 증가한다. 비록 종래의 포토레지스트 트리밍 공정들 중 하나에서 HBr이 폴리머 패시베이션(또는 재증착)으로 하여금 자기-제한(self-limiting) 포토레지스트 트리밍을 달성하게 하는 것으로 예상될 지라도, 폴리머 패시베이션의 정도가 CD 미세로딩 효과를 저지하기에 충분하지 않다. 상기 밀집 및 고립 영역 사이에서 식각 반응물 농도의 큰 차이 및 불충분한 패시베이션 조절의 조합에 기인하여, 상기 밀집 영역 및 고립 영역 사이의 CD 미세로딩의 백분율은 40% 정도일 수 있다. 통상적으로, CD 미세로딩의 백분율은, 상기 고립 영역에서 트리밍된 양 및 상기 밀집 영역에서 트리밍된 양 사이의 차이를 이들 두 영역들의 평균 트리밍 양으로 나누고, 그 결과에 100%를 곱하는 것에 의해 정의된다.
본 발명은 할로겐 처리되지 않은 탄화수소(CxHy) 가스, 예컨대 CH4, C 2H6 등 및/또는 할로겐 처리된 탄화수소 가스, 예컨대 CHF3, CH2F2, CH3 F, C2H2F4, CHBr3 등을 수반하는 포토레지스트 트리밍 공정을 설명한다. 상기 할로겐 처리된 탄화수소 가스, 예컨대 CHF3는 플라즈마 내에서 CF2, CF3 및 CHF로 해리되며, 이들은 폴리머 전구체들(precursors)로 작용하여 측벽 상에 폴리머층을 형성한다. 상기 할로겐 처리되지 않은 탄화수소, 예컨대 CH4는 플라즈마 내에서 CH, CH2 및 CH3로 해리되며, 이들은 또한 폴리머 전구체들로 작용하여 상기 포토레지스트 마스크의 측벽 상에 폴리머를 형성한다. 본 발명의 설명 편의상, CHF3가 이제부터 예로써 사용될 것이다. 상기 폴리머 전구체 생성 가스에 더하여, 상기 포토레지스트 트리밍 공정은 또한 산소(O2) 및 비활성 가스, 예컨대 아르곤(Ar)을 수반한다. 상기 산소 가스는 식각 물질들(species)을 제공하기 위해 사용되며, 상기 비활성 가스는 플라즈마를 유지하고 반응 혼합 가스를 희석시키기 위해 사용된다. 상기 트리밍 공정의 압력은 2 내지 50 mTorr이다. 소오스 파워는 200 내지 1500 와트이다. 바이어스 파워는 0 내지 400 와트이다. CHF3 유량은 20 내지 400 sccm이다. 산소 유량은 5 내지 100 sccm이고, 아르곤과 같은 비활성 가스 유량은 20 내지 400 sccm이다. 상기 트리밍 공정은 플라즈마 식각 반응기, 예컨대 상기 CENTURA? 시스템의 디커플드 플라즈마 소오스(Decoupled Plasma Source; DPS) II를 사용하여 수행될 수 있다.
CHF3로부터 생성된 상기 폴리머 전구체들은 HBr 보다 폴리머 패시번트(passivant)를 더 잘 형성한다. 도 3은 양 영역들 근처에서 산소함유 라디칼 식각 물질들 및 CHF3로부터 생성된 폴리머 전구체들을 포함하는 반응성 물질들(r)과 함께 밀집 영역 및 고립 영역을 갖는 복합 구조체의 일 부분을 나타내는 단면도이다. 식각 물질들 및 폴리머 전구체들의 상대적인 양은 가스 유량들 및 공정 조건들을 조정함으로써 조절될 수 있다. 상기 밀집 영역 내의 포토레지스트 표면들은 큰 전체 면적에 기인하여 고립 영역 내의 표면에 비해 표면 면적 당 더 적은 식각 물질들 및 폴리머 전구체를 수용한다. 이들 두 영역들 사이에서 표면 면적 당 식각 물질들 및 폴리머 전구체의 차이는 패턴 밀도가 증가함에 따라 증가한다. 상기 식각 반응물은 상기 포토레지스트를 식각하며, 상기 폴리머 전구체는 포토레지스트가 식각되는 것을 방지하는 폴리머를 생성한다. 이들 두 물질들이 포토레지스트 제거에 서로 상반된 효과를 갖기 때문에, 패턴 밀도 차이에 기인한 상기 CD 미세로딩 효과가 제거될 수 있다. O2에 대한 CHF3의 비율을 조정함으로써, 미세로딩 효과가 역전될 수 있으며, 이는 밀집 영역의 트리밍 후 CD가 고립 영역 보다 더 클 수도 있음을 의미한다.
50초 동안 4 mTorr, 500 와트 소오스 파워, 0 바이어스 파워, Ar 120 sccm 및 O2 25 sccm의 조건 하에에서 수행된 포토레지스트 트리밍이 하나의 실험예이다. 표 1은 그 결과를 보여준다. CD 미세로딩이 종래의 HBr/O2/Ar 공정으로 21.5%에서 새로운 CHF3/O2/Ar 공정으로 3.6% 까지 감소된다. 상기 HBr/O2/Ar 공정은 4 mTorr, 500 와트 소오스 파워, 0 와트 바이어스 파워, HBr 80 sccm, O2 25 sccm, 및 Ar 20 sccm 조건하에서 수행된다.
제안된 케미스트리를 사용한 미세로딩 결과
트림 양 밀집(nm) 고립(nm) 미세로딩(nm) 미세로딩(%)
HBr/O2/Ar공정 34.49 42.80 8.31 21.5
CHF3/O2/Ar공정 16.70 17.31 0.61 3.6
제안된 케미스트리는 트리밍 속도가 더 느린 또 다른 장점을 갖는다. 전형적인 HBr/O2/Ar 트림 공정은 약 1 내지 2 nm/초의 트림 속도를 갖는다. 이에 반해, CHF3/O2/Ar 케미스트리를 사용할 경우, 트림 속도는 0.3 nm/초 만큼 느릴 수 있으며 트림 후 포토레지스트 프로파일이 양호하다. 느린 트림 속도는 더 정확한 공정 시간 및 더 양호한 CD 조절을 허용한다.
본 발명의 공정은 웨이퍼 패터닝에 사용되는 모든 포토레지스트에 적용될 수 있다. 한 예가 미국 매사추세츠주 말보로(Marlborough)에 위치한 쉬플리(Shipley)에 의해 제조된 DUV 레지스트 Apex-E?이다.
상기 DPS II 모듈(도 4를 참조하여 설명됨)은 파워 소오스(즉, 유도 결합 안테나)를 사용하여 고밀도 유도 결합 플라즈마를 생성한다. 상기 식각 공정의 종료점(endpoint)을 결정하기 위해, 상기 DPS II 모듈은, 특정 파장에서 플라즈마 방출을 모니터하거나, 공정시간을 제어하거나, 레이저 간섭측정 등을 수행하는 종료점 탐지 시스템을 또한 포함한다.
도 4는 본 발명의 부분들을 수행하는 데 사용될 수 있는 대표적인 디커플드 플라즈마 소오스(DPS) II 식각 반응기(400)의 개략도를 나타낸다. 상기 DPS II 반응기는 미국 캘리포니아주 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼즈 사(Applied Materials, Inc.)로부터 입수가능한 CENTURA? 공정 시스템의 공정 모듈로서 일반적으로 사용된다.
반응기(400)는 도전 본체(벽, 430) 내에 웨이퍼 지지 페데스탈(416)을 갖는 공정 챔버(410)와 제어기(440)을 포함한다. 챔버(410)에는 거의 평평한 유전 천장(dielectric ceiling, 420)이 마련된다. 챔버(410)의 다른 변형예들은 다른 유형의 천장들, 예컨대 돔 모양의 천장을 가질 수 있다. 천장(420) 상부에 적어도 하나의 유도 코일 요소(412, 두개의 동축 요소들(412)이 도시됨)를 포함하는 안테나가 배치된다. 유도 코일 요소(412)는, 제1 매칭 네트워크(matching network, 419)를 통해, 플라즈마 소오스 파워(418)에 결합된다. 플라즈마 소오스(418)은 전형적으로 50kHz 내지 13.56MHz의 범위 내의 가변 주파수에서 3000W 까지 생성할 수 있다.
지지 페데스탈(416, 음극)은, 제2 매칭 네트워크(424)를 통해, 바이어스 파워 소오스(422)에 결합된다. 바이어스 파워 소오스(422)는 일반적으로 대략 13.56MHz의 주파수에서 10kW 까지 생성할 수 있다. 상기 바이어스 파워는 연속적 또는 펄스 파워일 수 있다. 다른 실시예들에서, 바이어스 파워 소오스(422)는 DC 또는 펄스화된 DC 소오스일 수 있다.
제어기(440)는 중앙 처리 유닛(CPU, 444), 메모리(442), 및 CPU(444)를 위한 지지 회로들(446)을 포함하며, 챔버(410)의 상기 구성요소들 및 따라서, 논의된 바와 같이, 상기 식각 공정을 제어한다.
동작시, 반도체 웨이퍼(414)가 페데스탈(416) 상에 놓여지고, 공정 가스들이 가스 패널(438)로부터 입구들(entry ports, 426)을 통해 공급되어 혼합 가스(450)을 형성한다. 플라즈마 소오스(418) 및 바이어스 소오스 파워(422)로부터 유도 코일 요소(412) 및 음극(416)으로 각각 파워를 인가함으로써 혼합 가스(450)가 챔버(410) 내에서 플라즈마(455)로 점화된다. 챔버(410)의 내부 압력은 트로틀 밸브(throttle valve, 427) 및 진공 펌프(436)를 사용하여 제어된다. 전형적으로, 챔버 벽(430)은 전기적 접지(434)에 연결된다. 상기 벽(430)의 온도는 벽(430)을 통해 설치된 액체를 담는 도관들(도시하지 않음)을 사용하여 제어된다.
웨이퍼(414)의 온도는 지지 페데스탈(416)의 온도를 안정화시킴으로써 제어된다. 일 실시예에서, 가스 소오스(448)로부터 헬륨 가스가, 가스 도관(449)을 통해, 웨이퍼(414) 하부의 페데스탈 표면 내에 형성된 채널들(도시하지 않음)에 공급된다. 상기 헬륨 가스는 페데스탈(416)과 웨이퍼(414) 사이에서 열전달을 돕기 위해 사용된다. 공정이 진행되는 동안, 페데스탈(416)은 상기 페데스탈 내의 저항 히터(도시하지 않음)에 의해 정상 온도까지 가열되고, 그 후 상기 헬륨 가스가 웨이퍼(414)의 균일한 가열을 돕는다. 그러한 열 제어를 사용하여, 웨이퍼(414)가 약 20 내지 350 ℃ 사이의 온도에 유지된다.
당업자는 다른 식각 챔버들이 본 발명을 수행하는 데 사용될 수 있음을 이해할 것이며, 이 챔버들은 원거리(remote) 플라즈마 소오스들을 구비하는 챔버들, 전자 싸이클로트론 공명(electron cyclotron resonance; ECR) 플라즈마 챔버들, 등을 포함한다.
상술한 바와 같이 공정 챔버(410)의 제어를 용이하게 하기 위해, 제어기(440)는 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위한 산업설비에서 사용될 수 있는 일종의 다목적 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 상기 CPU(444)의 메모리(442), 또는 컴퓨터-판독 매개체는 랜덤 억세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 다른 형태의 근거리 또는 장거리의 디지털 저장매체와 같은 하나 또는 둘 이상의 즉시 사용가능한 메모리일 수 있다. 상기 지지 회로들(346)은 통상의 방식으로 상기 프로세서를 지지하기 위해 상기 CPU(444)에 결합된다. 이러한 회로들은 캐쉬(cache), 파워 서플라이들, 클록 회로들(clock circuits), 입출력 회로 및 서브시스템들 등을 포함한다. 본 발명의 방법은 소프트웨어 루틴으로서 상기 메모리(442)에 저장된다. 이러한 소프트웨어 루틴은 또한 상기 CPU(444)에 의해 제어되고 있는 하드웨어로부터 원거리에 위치하는 제2 CPU(도시하지 않음)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
CD들과 필름 두께를 측정하는 성능을 갖는 엑스-시투 계측 기구와 통합된 식각 시스템의 일 예는 어플라이드 머티어리얼즈의 트랜스포마(Transforma) 시스템(500, 도 5 참조)이다. 어플라이드 머티어리얼즈의 Transforma 시스템을 상술하는 정보는 2003년 5월 1일에 출원된 미국 특허 출원 제10/428,145호에 "반도체 소자의 제조중 식각 공정을 제어하기 위한 방법 및 장치(Method and Apparatus for Controlling Etch Processes During Fabrication of Semiconductor Devices)"라는제목으로 개시된 바 있다. 이 시스템은 복수의 공정 챔버들, 예컨대 DPS II™ 실리콘 식각 챔버들과 같은 종래의 식각 반응기들(502)과 "로드 록"(load locks)이라고도 불리는 하나 이상의 이송 챔버들(503)을 장착하기 위한 Centura™ 공정 시스템과 같은 챔버 또는 "메인프레임"(501)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 4개의 식각 반응기들(502)이 메인프레임(501)에 장착된다. 전형적인 일 실시예에 있어서, 3개의 식각기들(etchers, 502)이 식각을 위해 사용되고 하나가 후식각(post-etch) 세정(즉, 식각 후에 포토레지스트 폴리머와 다른 잔류물을 웨이퍼로부터 제거)을 위해 선택적으로 사용된다. 로보트(504)가 공정 반응기들(502)과 이송 챔버들(503) 사이에서 웨이퍼를 전달하기 위해 메인프레임(501) 내에 마련된다. 이송 챔버들(503)은 조절된 환경을 유지시키는, "소규모 환경"(mini environment)으로도 알려진, 제조 인터페이스(factory interface, 505)에 연결된다. 계측(또는 측정) 기구(506)가 로드 록 영역(505) 내에 고속의 데이터 수집 및 분석 능력을 갖고서 통합될 수 있으며, 시스템(500)에 진입하는 모든 웨이퍼의 두께가 식각 공정 전후에 측정될 수 있다. 계측 기구(506)는 공정 시스템(500) 내의 다른 위치에 위치될 수 있다. 본 발명의 개념이 증착 공정에도 적용될 수 있으므로, 하나 이상의 공정 챔버(502)는 증착 챔버들일 수 있다.
본 발명은 금속 배선들과 같은 다른 유형의 피쳐들에 대한 식각 마스크로 사용되는 포토레지스트를 트리밍하기 위해 실시될 수 있다. 본 발명은 또한 여기에 개시된 내용들을 이용하여 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 수용가능한 특징들을 달성하기 위해 당업자에 의해 공정 파라미터들이 조정될 수 있는 다른 반도체 웨이퍼 공정 시스템들을 사용하여 실시될 수 있다. 비록 식각 공정 공정 동안 사용되는 패터닝된 마스크들을 트리밍하는 것을 참조하여 논의하였지만, 집적회로들을 제조하기 위해 사용되는 다른 공정들이 본 발명으로부터 이익을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 반도체 기판 공정 시스템에서 반도체 소자들을 제조하는 동안, 포토레지스트 트리밍 공정을 제어하여 미세로딩 효과를 감소시킬 수 있다.
도 1은 트리밍하기 전 포토레지스트 마스크를 갖는 복합 구조체의 일 부분을 나타내는 단면도이다.
도 2는 밀집 영역 및 고립 영역을 갖는 복합 구조체의 일 부분을 나타내는 단면도이다.
도 3은 양 영역들 근처의 반응성(식각 및 보호막 형성) 물질들(species)과 함께 밀집 영역 및 고립영역을 갖는 복합 구조체의 일 부분을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 부분들을 수행하는 데 사용되는 종류의 대표적인 통합 반도체 기판 공정 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 5는 통합 식각 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

Claims (17)

  1. 플라즈마 공정 시스템에서 반도체기판 상의 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법에 있어서,
    패터닝된 포토레지스트층을 구비하는 기판을 상기 플라즈마 공정 시스템에 위치시키되, 상기 패터닝된 포토레지스트층은 기판 상에 제1 소정폭을 구비하는 적어도 하나의 요소를 갖고,
    상기 공정 챔버에 탄화수소 가스, 산소 가스, 및 비활성 가스를 포함하는 공정 혼합 가스를 공급하고,
    상기 공정 혼합 가스를 해리시키어 상기 패터닝된 포토레지스트층을 식각하는 것을 포함하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각 공정을 종료하여 상기 기판 상에 제2 소정폭을 구비하는 적어도 하나의 요소를 갖는 상기 패터닝된 포토레지스트층을 남기는 것을 더 포함하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화수소 가스는 할로겐 처리된 탄화수소 가스 또는 할로겐 처리되지 않은 탄화수소 가스 중 어느 하나, 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 할로겐 처리된 탄화수소 가스는 CHF3인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 할로겐 처리되지 않은 탄화수소 가스는 CH4인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화수소 가스의 유량은 약 20 sccm 내지 약 400 sccm 이고, 상기 산소 가스에 대한 상기 탄화수소 가스의 유량비는 약 1 내지 약 20인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 유량은 약 5 sccm 내지 약 100 sccm인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 비활성 가스는 아르곤인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 비활성 가스의 유량은 약 20 sccm 내지 약 400 sccm이고, 산소 가스에 대한 상기 비활성 가스의 유량비는 약 1 내지 약 20인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    공정 압력은 약 2 mTorr 내지 약 50 mTorr인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    소오스 파워는 200 와트 내지 1500 와트인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    바이어스 파워는 0 와트 내지 400 와트인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 밀집 영역들 및 고립 영역들의 패턴들을 갖는 패터닝된 포토레지스트층을 갖는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 밀집 영역의 패턴밀도는 20% 이상인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 고립 영역의 패턴밀도는 10% 이하인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 밀집 영역들 및 고립영역들의 식각률들은 상기 산소 가스에 대한 탄화수소 가스의 비에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 밀집 영역들 및 고립 영역들의 식각률 비들은 상기 산소 가스에 대한 탄화수소 가스의 비에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 피쳐들을 트리밍하기 위한 방법.
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