KR20100106502A - 포토레지스트 더블 패터닝 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 형성된 에칭층을 에칭하기 위한 방법이 제공된다. 제 1 마스크 피쳐들을 갖는 제 1 포토레지스트 (PR) 마스크가 제공된다. 적어도 하나의 싸이클을 포함하는 프로세스에 의해 제 1 PR 마스크 상에 보호 코팅이 제공된다. 각각의 싸이클은, (a) 증착 가스를 사용하여, 제 1 마스크 피쳐들의 표면 위에 증착층을 증착하는 증착 페이즈, 및 (b) 프로파일 형상화 가스를 사용하여, 증착층의 프로파일을 형상화하기 위한 프로파일 형상화 페이즈를 포함한다. 보호 코팅을 갖는 제 1 PR 마스크 위에 액체 PR 재료가 도포된다. PR 재료는 제 2 마스크 피쳐들로 패터닝되고, 제 1 및 제 2 마스크 피쳐들은 제 2 PR 마스크를 형성한다. 에칭층은 제 1 PR 마스크를 통해 에칭된다.

Description

포토레지스트 더블 패터닝{PHOTORESIST DOUBLE PATTERNING}
본 발명은 반도체 디바이스들의 형성에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 패터닝된 마스크를 통해 에칭하는 것에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 프로세싱 동안에, 공지의 패터닝 및 에칭 프로세스들을 사용하여 웨이퍼 내에 반도체 디바이스의 피쳐들이 정의된다. 이들 프로세스들에서, 웨이퍼 상에 포토레지스트 (PR) 재료가 증착되고, 그 후 레티클에 의해 필터링된 광에 노출된다. 일반적으로, 레티클은 광이 레티클을 통해 전파하는 것을 차단하는 예시적인 피쳐 지오메트리들로 패터닝된 글래스 플레이트이다.
레티클을 통과한 이후에, 광은 포토레지스트 재료의 표면에 접촉한다. 현상액이 포토레지스트 재료의 일부를 제거할 수 있도록, 광은 포토레지스트 재료의 화학 조성을 변화시킨다. 포지티브 포토레지스트 재료들의 경우에는, 노출된 구역들이 제거되고, 네거티브 포토레지스트 재료들의 경우에는, 노출되지 않은 구역들이 제거된다. 그 후, 포토레지스트 재료에 의해 더 이상 보호되지 않는 영역들로부터 아래 놓인 재료를 제거하고, 그에 의해 웨이퍼에서 원하는 피쳐들을 정의하기 위해 웨이퍼가 에칭된다.
포토레지스트의 다양한 생성들이 알려져 있다. 심자외선 (DUV) 포토레지스트는 248 ㎚ 의 광에 의해 노출된다. 현재, 248 ㎚ 포토레지스트에 있어서, 포토레지스트에 대한 통상적인 임계 치수 (critical dimension; CD) 는 종래의 프로세스들을 사용하여 130 ㎚ 내지 250 ㎚ 일 수도 있다. 파장에 따른 광학 특성들로 인해, 더 긴 파장의 광에 의해 노출된 포토레지스트는 더 큰 이론적인 최소 임계 치수들을 갖는다. 더 작은 CD를 갖는 피쳐들을 제공하기 위해, 더 짧은 파장의 광을 사용하여 형성된 피쳐들이 추구되고 있다. 193 ㎚ 포토레지스트는 193 ㎚ 의 광에 의해 노출된다. 위상 시프트 레티클들 및 다른 기술을 사용함으로써, 55 내지 100 ㎚ CD 포토레지스트 패턴이 193 ㎚ 포토레지스트를 사용하여 형성될 수도 있다. 이는 90 ㎚ 내지 100 ㎚ 의 CD를 갖는 피쳐를 제공할 수 있게 할 것이다. 193 ㎚ 이머전 (immerrsion) 포토레지스트는, 물이 웨이퍼 표면과 직접 접촉하면서 193 ㎚ 광에 의해 노출된다. 위상 시프트 레티클들 및 다른 기술을 사용함으로써, 55 ㎚ CD 포토레지스트 패턴들이 형성될 수도 있고, 이는 장래에 확장될 것이다. 이는 90 ㎚ 아래의 CD를 갖는 피쳐를 제공할 수 있게 할 것이다. EUV (13 ㎚) 포토레지스트는 13 ㎚ 광에 의해 노출된다. 이 기술을 사용함으로써, 22 ㎚ 아래의 CD 포토레지스트 패턴들이 형성될 수도 있다. 이는 55 ㎚ 아래의 CD를 갖는 피쳐를 제공할 수 있게 할 것이다.
더 짧은 파장의 포토레지스트들의 사용은 더 긴 파장들을 사용하는 포토레지스트들에 비해 부가적인 문제들을 제공할 수도 있다. 이론적인 한계에 근접한 CD들을 획득하기 위해, 리소그래피 장치가 더 정밀해야 하고, 이는 더 고가의 리소그래피 장비를 요구할 것이다. (베이스 폴리머들에 대해 248 ㎚ 기반 백본 (backbone) 들을 통상적으로 사용하는 EUV 포토레지스트들을 제외하면) 더 짧은 파장의 포토레지스트들은 더 긴 파장의 포토레지스트들만큼 높은 선택도들을 갖지 않을 수도 있고, 플라즈마 에칭 조건들 하에서 더 쉽게 변형 (deform) 될 수도 있다.
포토리소그래피 프린팅에 있어서, PR 패턴들에 대한 193 ㎚ 이머전 스캐너들은, 최대 레졸루션, 즉 이들이 프린트할 수 있는 최소 패턴 사이즈를 결정하는 광학의 사이즈의 관점에서 이들의 한계에 도달하였다. 광학 한계를 넘어서기 위해서, 설계 패턴이 2 개의 마스크들로 분할되어 예컨대 하프-피치 패턴을 달성할 수도 있다. 예컨대, 듀얼 라인 (dual line) 접근법에서, 제 1 마스크를 사용하여 (라인들의 제 1 세트를 갖는) 제 1 PR 마스크 패턴이 프린트되고, 그 후 제 2 마스크를 사용하여 (라인들의 제 2 세트를 갖는) 제 2 PR 패턴이 프린트된다. 라인들의 제 1 세트와 제 2 세트의 조합은 라인 피치를 1/2 로 감소시킬 것이다. 이러한 접근법은 "더블 패터닝" 또는 "리소-에칭-리소-에칭 (litho-etch-litho-etch)" 프로세스라 지칭된다. 통상적으로, 종래의 리소-에칭-리소-에칭 프로세스는, 먼저 제 1 PR 마스크를 통해 에칭하고 그 후 제 2 PR 마스크를 통해 에칭하는 하드마스크를 2 회 에칭하는 것을 수반한다. 특정한 리소-에칭-리소-에칭 프로세스들은 하드마스크들의 2 개의 층들을 사용하며, 제 1 하드마스크는 제 1 PR 마스크를 통해 에칭되고; 제 2 하드마스크는 제 2 PR 마스크를 통해 선택적으로 에칭된다. 이 모든 경우에, 제 1 PR 마스크는 제 2 PR 마스크가 형성되기 이전에 박리된다.
더블 패터닝의 다른 접근법은 제 1 PR 마스크에 대한 보호층을 사용하며, 이 보호층은 제 1 PR 마스크 상에 제 2 PR 재료를 도포하기 이전에 형성된다. 일반적으로, 패터닝된 PR 마스크를 갖는 웨이퍼 상에 액체 PR 재료가 도포되는 경우에, 패터닝된 PR 마스크의 폴리머는 대부분의 유기 용매들과 접촉하게 될 때에 용해될 것이다. 따라서, 패터닝된 PR 마스크가 제 2 PR 재료의 유기 용매에 용해되는 것을 방지하도록 제 1 PR 마스크 상에 보호층을 형성하기 위해, 수용성의 산 가교 가능한 (cross-linkable) 코팅 재료와 같은 형성된 시스템의 다른 타입이 사용될 수 있다. 코팅이 제 1 패터닝된 PR을 상당히 방해하지 않도록, 보호 코팅 재료의 용매가 제 1 PR을 용해하지 않는 것이 바람직하다. 적합한 용매들은 물, 불소 용매 (fluorosolvent) 들, 실리콘 용매들, 또는 메탄올, 에탄올 또는 다른 유사한 알코올들과 같은 극성 용매들일 수도 있다. 제 1 PR 마스크 상에 수용성의 산 가교 가능한 보호층이 도포되고 베이크되는 경우에, 제 1 PR 마스크로부터 그 표면으로 물이 배출되고 산의 잔여량이 나온다. 코팅 재료가 산 가교 가능하므로, 제 1 PR 마스크의 표면 상에 가교 (cross-link) 된 폴리머 코팅이 형성된다. 그 후, 가교되지 않은 코팅 재료는 세척되어 가교된 폴리머 코팅을 갖는 제 1 PR 패턴을 남긴다. 이 프로세스는, 제 1 PR 마스크의 형상을 "프리징 (freeze)" 하므로 제 1 PR 마스크 패턴의 "화학적 프리징" 이라 지칭될 수도 있다.
그러나, 수용성 폴리머임에도, 가교된 보호층 코팅은 유기 용매와 친화성을 갖는다. 따라서, 코팅된 제 1 PR 마스크의 상부 상에 제 2 PR 재료가 액체-도포되는 경우에, 액체 PR 재료의 유기 용매는 가교된 영역이 "겔 (gel)" 을 형성하게 하고 제 1 PR 패턴이 팽창 (swell) 및/또는 변형되게 하여, 라인-에지 거칠기 (LER), 라인 왜곡 (distortion), 및/또는 라인 리프팅 (lifting) 및 결함들을 유발한다. 또한, 오리지널 임계 치수 (CD) 를 보존하기 위해, 제 1 PR 패턴 상의 가교된 코팅이 가능한 한 얇은 것이 바람직하지만, 이는 변형 문제들을 악화시킨다.
본 발명의 개요
전술한 바를 달성하기 위해 본 발명의 목적에 따르면, 기판 상에 형성된 에칭층을 에칭하기 위한 방법이 제공된다. 제 1 포토레지스트 (PR) 마스크의 제 1 마스크된 피쳐들을 갖는 제 1 포토레지스트 (PR) 마스크가 에칭층 상에 제공된다. 적어도 하나의 싸이클을 포함하는 프로세스에 의해 제 1 PR 마스크 상에 보호 코팅이 제공된다. 각각의 싸이클은, (a) 증착 가스를 사용하여, 제 1 마스크 피쳐들의 표면 위에 증착층을 증착하기 위한 증착 페이즈, 및 (b) 프로파일 형상화 가스를 사용하여, 증착층의 프로파일을 형상화하기 위한 프로파일 형상화 페이즈를 포함한다. 액체 PR 재료는 보호 코팅을 갖는 제 1 PR 마스크 위에 도포된다. PR 재료는 제 2 마스크 피쳐들로 패터닝되고, 제 1 및 제 2 마스크 피쳐들은 제 2 PR 마스크를 형성한다. 제 1 PR 마스크를 통해 에칭층이 에칭된다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 기판 상에 배치된 에칭층 상에 형성된 제 1 마스크 피쳐들을 갖는 패터닝된 포토레지스트 (PR) 마스크 상에 보호 코팅층을 제공하기 위한 장치가 제공된다. 그 장치는 플라즈마 프로세싱 챔버를 포함하며, 그 플라즈마 프로세싱 챔버는, 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져를 형성하는 챔버 벽, 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져 내에서 기판을 지지하기 위한 기판 지지체, 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져 내의 압력을 조절하기 위한 압력 조절기, 플라즈마를 지속시키기 위해 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져에 전력을 제공하기 위한 적어도 하나의 전극, 적어도 하나의 전극에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 RF 전력 소스, 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져로 가스를 제공하기 위한 가스 주입구, 및 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져로부터 가스를 배기하기 위한 가스 배출구를 포함한다. 그 장치는 가스 주입구와 유체 연결하는 가스 소스를 포함하며, 그 가스 소스는 증착 가스 소스 및 프로파일 형상화 가스 소스를 포함한다. 제어기는 가스 소스와 적어도 하나의 RF 전력 소스에 제어가능하게 접속된다. 제어기는 적어도 하나의 프로세서 및 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 적어도 하나의 싸이클을 포함하는, 패터닝된 PR 마스크 상에 보호 코팅을 제공하기 위한 컴퓨터 판독가능 코드를 포함하고, 패터닝된 마스크는 제 1 마스크 피쳐들을 가지며, 각각의 싸이클에 대한 컴퓨터 판독가능 코드는, 플라즈마 챔버로 증착 가스를 플로우시키기 위한 컴퓨터 판독가능 코드, 제 1 마스크 피쳐들의 표면 위에 증착층을 증착하기 위해 증착 가스로부터 플라즈마를 형성하기 위한 컴퓨터 판독가능 코드, 증착 가스의 플로우를 중단시키기 위한 컴퓨터 판독가능 코드, 플라즈마 챔버로 프로파일 형상화 가스를 플로우시키기 위한 컴퓨터 판독가능 코드, 증착층의 프로파일을 형상화하기 위해 프로파일 형상화 가스로부터 플라즈마를 형성하기 위한 컴퓨터 판독가능 코드, 및 증착 가스의 플로우를 중단시키기 위한 컴퓨터 판독가능 코드를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들은 다음의 도면들과 함께 본 발명의 상세한 설명에서 이하 더 상세히 설명될 것이다.
도면의 간단한 설명
본 발명은 유사한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 지칭하는 첨부 도면들의 도들에서 한정되지 않게 예로써 예시된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서 사용될 수도 있는 프로세스의 고 레벨 플로우 차트이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시형태에 따라 프로세싱된 스택의 개략적인 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 제 1 PR 마스크 상에 보호 코팅을 형성하는 단계의 더 상세한 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명을 실시하는데 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시형태들에서 사용된 제어기를 구현하는데 적합한 컴퓨터 시스템을 예시한다.
상세한 설명
이제, 본 발명은 첨부 도면들에서 예시된 바와 같은 본 발명의 몇몇 바람직한 실시형태들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 다음의 설명에서, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항들이 설명된다. 그러나, 이들 특정 세부사항들의 일부 또는 전부가 없이도 본 발명이 실시될 수도 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 본 발명을 불필요하게 불명료히 하지 않기 위해 공지의 프로세스 단계들 및/또는 구조들은 상세히 설명되지 않았다.
본 발명은 예컨대 더블-패터닝 프로세스에서 사용될 수도 있는 PR 마스크에 대한 새로운 "프리징" 프로세스를 제공한다. 이해를 용이하게 하기 위해, 도 1은 본 발명의 실시형태에서 사용될 수도 있는 프로세스의 고 레벨 플로우 차트이다. 에칭층 상에 제 1 마스크 피쳐들을 갖는 제 1 포토레지스트 (PR) 마스크가 제공된다 (단계 102). 도 2a는, 제 1 PR 마스크 (208) 가 제 1 PR 마스크 피쳐들 (210) 을 갖는, 기판 (202) 위에 형성된 에칭될 층 (204) (에칭층) 의 개략적인 단면도이다. 제 1 PR 마스크 (208) 아래에 반사방지 코팅 (ARC) 층 (206) 이 에칭층 (204) 위에 형성될 수도 있다. ARC 층 (206) 은 유기성 또는 무기성일 수도 있고, 하부 방사방지 코팅 (BARC) 및/또는 SiON 층을 포함할 수도 있다. 에칭층 (204) 은 유전체 층 상에 형성된 비결정 탄소층 (ACL) 일 수도 있다. 그러한 ACL은 아래 놓인 유전체 층을 에칭하기 위한 하드마스크로서 사용될 수도 있다. 비결정 탄소는, 폴리머와 유사하지만, CVD에 의해 200 ℃ 보다 더 높은 고온에서 증착되므로 더 적은 수소를 갖고 더 많은 탄소를 가지며, 따라서 폴리머보다 더 내에칭성 (etch resistant) 이다. 다르게는, 에칭층 (204) 은 TEOS와 같은 유전체 층일 수도 있다. 그러나, 본 발명은 PR 마스크를 사용하는 임의의 에칭층들에 적용가능하다.
제 1 PR 마스크 (208) 는, 예컨대 193 ㎚ 물 이머전 리소그래피와 같은 포토리소그래피 프로세스를 사용하여 패터닝될 수도 있다. 그러나, 본 발명은 다른 리소그래피 프로세스들에도 또한 적용가능하다. 제 1 PR 마스크 (208) 를 형성하는 것은, (예컨대, 스핀 코팅에 의해) 웨이퍼 상에 PR 재료의 액체 도포, 제 1 레티클을 사용하여 광에 노출 (스캐닝), 베이크, 및 현상을 포함할 수도 있다. 현상 이후에 수용성 PR 재료는 세척될 수도 있다. 제 1 PR 마스크 피쳐들 (210) 은, 종래의 포토리소그래피 프로세스들을 사용하여, 약 55 ㎚ 내지 100 ㎚ 인, 인접한 마스크 피쳐 패턴 (210) 사이의 스페이스 (212) 의 폭일 수도 있는 통상적인 임계 치수 (CD) 를 가질 수도 있다.
그 후, 제 1 PR 마스크 (208) 상에 보호 코팅이 형성된다 (단계 104). 도 3은 제 1 PR 마스크 상에 보호 코팅을 형성하기 위한 단계 104의 더 상세한 플로우 차트이다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 증착 페이즈 (302) 및 프로파일 형상화 페이즈 (304) 를 포함하는 2-페이즈 프로세스의 적어도 하나의 싸이클에 의해 보호 코팅이 형성된다. 2-페이즈 싸이클은 1 내지 10 회 반복되는 것이 바람직하다. 2-페이즈 싸이클은 2 내지 3 회 반복되는 것이 더 바람직하다. 증착 페이즈 (302) 에서, 증착 가스를 사용하여 제 1 마스크 피쳐들 (210) 의 표면 위에 증착층이 증착된다. 이 예에서, 증착 페이즈 (302) 는, 증착 가스를 제공하는 것, 및 증착층을 형성하기 위해 증착 가스로부터 플라즈마를 생성하는 것을 포함한다. 이 예에서, 증착 가스는 폴리머 형성 레시피를 갖는다. 그러한 폴리머 형성 레시피의 예는, CH4, C2H2 및 C2H4 와 같은 탄화 수소 가스, 및 CH3F, CH2F2, CHF3, C4F6 및 C4F8 과 같은 탄화 플루오르 가스이다. 폴리머 형성 레시피의 다른 예는, CF4 및 H2 의 레시피와 같은 탄화 플루오르 케미스트리 및 수소 함유 가스일 수도 있다. 도 2b는 제 1 PR 마스크 (208) 위에 형성된 증착층 (215) 의 개략적인 단면도이다.
프로파일 형상화 페이즈 (304) 에서, 증착층 (215) 은 프로파일 형상화 가스를 사용하여 형상화되거나 또는 에칭 백 (etch back) 되어, 적어도 마스크 피쳐들 (210) 의 저부 상의 증착층 (215) 이 제거된다. 프로파일 형상화 페이즈 (304) 는, 프로파일 형상화 가스를 제공하는 것, 및 증착층의 프로파일을 형상화하기 위해 프로파일 형상화 가스로부터 프로파일 형상화 플라즈마를 생성하는 것을 포함한다. 프로파일 형상화 가스는 증착 가스와 상이하다. 도 3에 예시된 바와 같이, 증착 페이즈 (302) 및 프로파일 형상화 페이즈 (304) 는 상이한 시간들에서 발생한다. 이 예에서, 프로파일 형상화 가스는, CH4, CHF3 및 CH2F2 와 같은 탄화 플루오르 케미스트리를 함유한다. O2, N2 및 H2 와 같은 다른 가스들이 사용될 수도 있다.
도 2c는, 프로파일 형상화 페이즈 (304) 에 의해 증착층 (215) 이 형상화된 이후의, 제 1 마스크 피쳐들 (210) 의 표면 상에 보호 코팅층 (214) 이 형성된 제 1 PR 마스크 (208) 의 개략적인 단면도이다. 증착-프로파일 형상화 싸이클은 1회보다 더 많이 반복될 수도 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 보호 코팅이 제 1 마스크 피쳐들 (210) 의 상부 및 측벽들 상에 형성되고 제 1 마스크 피쳐들의 저부 (224) 상에는 형성되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 보호 코팅층 (214) 은 ARC (206) 를 노출한다. 또한, 보호 코팅층 (214) 이 매우 컨포멀 (conformal) 한 실질적으로 수직한 측벽들을 갖는 것이 바람직하다. 실질적으로 수직한 측벽의 예는 저부로부터 상부까지 피쳐의 저부와 88°내지 90°사이의 각을 이루는 측벽이다. 보호 코팅층의 컨포멀한 측벽들은 마스크 피쳐의 상부로부터 저부까지 실질적으로 동일한 두께를 갖는다. 컨포멀하지 않은 측벽들은 퍼세팅 (faceting) 또는 브레드-로핑 형성 (bread-loafing formation) 을 형성할 수도 있고, 이는 비-실질적으로 수직한 측벽들을 제공한다. 또한, 오리지널 설계 CD 에 영향을 주지 않기 위해, 보호 코팅층 (214) 은 가능한 얇은 것이 바람직하다. 예컨대, 보호 코팅층 (214) 의 두께는 약 0.5 ㎚ 내지 30 ㎚ 일 수도 있고, 약 0.5 ㎚ 내지 10 ㎚ 인 것이 바람직하며, 1 내지 3 ㎚ 인 것이 더 바람직하다. 싸이클 당 보호 코팅의 네트 두께는 약 0.5 ㎚ 내지 30 ㎚ 일 수도 있고, 약 0.5 ㎚ 내지 5 ㎚ 인 것이 바람직하며, 1 내지 3 ㎚ 인 것이 더 바람직하다. 싸이클들의 수는 보호 코팅층의 총 두께 및 싸이클 당 보호층의 네트 두께에 의존할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제 1 PR 마스크 상에 보호층을 제공하는데 사용될 수도 있는 플라즈마 프로세싱 챔버 (400) 의 개략도이다. 또한, 플라즈마 챔버 (400) 는 후속하는 에칭 프로세스 및 제 2 PR 마스크가 형성된 이후의 박리를 위해 사용될 수도 있다. 플라즈마 프로세싱 챔버 (400) 는 컨파인먼트 링 (confinement ring) 들 (402), 상부 전극 (404), 하부 전극 (408), 가스 소스 (410), 및 배기 펌프 (420) 를 포함한다. 가스 소스 (410) 는 증착 가스 소스 (412) 및 프로파일 형상화 가스 소스 (416) 를 포함한다. 가스 소스 (410) 는 에칭 가스 소스 (418) 및 마스크 박리를 위한 가스 소스 (미도시) 와 같은 부가적인 가스 소스들을 포함할 수도 있다.
플라즈마 프로세싱 챔버 (400) 내에서, 하부 전극 (408) 위에 기판 (202) 이 위치된다. 하부 전극 (408) 은 기판 (202) 을 홀딩하기 위해 (예컨대, 정전, 기계적인 클램핑 등과 같은) 적합한 기판 처킹 메커니즘을 포함한다. 리액터 상부 (428) 는 하부 전극 (408) 에 직접적으로 대향하여 위치된 상부 전극 (404) 을 포함한다. 상부 전극 (404), 하부 전극 (408), 및 컨파인먼트 링들 (402) 은 한정된 플라즈마 볼륨 (440) 을 정의한다. 가스는 가스 소스 (410) 에 의해 한정된 플라즈마 볼륨 (440) 으로 공급되고, 배기 펌프 (420) 에 의해 컨파인먼트 링들 (402) 및 배기 포트를 통해 한정된 플라즈마 볼륨 (440) 으로부터 배기된다. 제 1 RF 소스 (444) 는 상부 전극 (404) 에 전기적으로 접속된다. 제 2 RF 소스 (448) 는 하부 전극 (408) 에 전기적으로 접속된다. 챔버 벽들 (452) 은 컨파인먼트 링들 (402), 상부 전극 (404), 및 하부 전극 (408) 을 둘러싼다. 제 1 RF 소스 (444) 및 제 2 RF 소스 (448) 양자는 60 ㎒ 전력 소스, 27 ㎒ 전력 소스, 및 2 ㎒ 전력 소스를 포함할 수도 있다. 전극에 RF 전력을 접속시키는 다른 조합들이 가능하다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서 사용될 수도 있는, 캘리포니아, 프리몬트 소재의 LAM Research CorporationTM 에 의해 제조된 LAM Research Corporation 의 Exelan® 시리즈와 같은 유전체 에칭 시스템들의 경우에, 60 ㎒, 27 ㎒, 및 2 ㎒ 전력 소스들이 하부 전극에 접속된 제 2 RF 전력 소스 (448) 를 형성하고, 상부 전극은 접지된다.
제어기 (435) 는 RF 소스들 (444, 448), 배기 펌프 (420), 및 가스 소스 (410) 에 제어가능하게 접속된다. 유전체 에칭 시스템은 에칭층 (204) 이 실리콘 옥사이드, 유기 실리케이트 글래스 (organo silicate glass), 또는 TEOS 와 같은 유전체 층인 경우에 사용될 것이다. 또한, 유전체 에칭 시스템은 하드마스크를 에칭하거나 또는 오프닝 (open) 하는데 사용될 수도 있다. 제어기 (435) 는 RF 소스들 (444, 448), 배기 펌프 (420), 증착 가스 소스 (412), 및 프로파일 형상화 가스 소스 (416) 를 제어하고, 싸이클의 2 개의 페이즈들로서 증착 및 프로파일 형상화를 교번하여 수행한다. 1 회보다 더 많이 반복될 수도 있는 2-페이즈 싸이클을 사용하여, 제 1 PR 마스크 피쳐들의 표면을 마스크 피쳐들의 저부를 커버하지 않으면서 커버하도록 보호 코팅이 형성된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시형태들에서 사용된 제어기 (435) (도 4) 를 구현하는데 적합한 컴퓨터 시스템 (500) 을 예시한다. 도 5a는 컴퓨터 시스템의 일 가능한 물리적인 형태를 도시한다. 당연히, 컴퓨터 시스템은, 집적 회로, 프린트 회로 보드 및 작은 휴대용 디바이스로부터 대형 슈퍼 컴퓨터까지 이르는 다수의 물리적인 형태들을 가질 수도 있다. 컴퓨터 시스템 (500) 은 모니터 (502), 디스플레이 (504), 하우징 (506), 디스크 드라이브 (508), 키보드 (510), 및 마우스 (512) 를 포함한다. 디스크 (514) 는 컴퓨터 시스템 (500) 으로부터 그리고 컴퓨터 시스템 (500) 으로 데이터를 전송하는데 사용되는 컴퓨터-판독가능 매체이다.
도 5b는 컴퓨터 시스템 (500) 에 대한 블록도의 예이다. 시스템 버스 (520) 에는 매우 다양한 서브시스템들이 부착되어 있다. (중앙 처리 장치 또는 CPU 라고도 또한 지칭되는) 프로세서(들) (522) 이 메모리 (524) 를 포함하는 스토리지 디바이스들에 커플링된다. 메모리 (524) 는 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 및 판독-전용 메모리 (ROM) 를 포함한다. 당업계에 공지되어 있는 바와 같이, ROM 은 데이터 및 명령들을 CPU 에 단방향으로 전송하도록 동작하고, 통상적으로 RAM 은 데이터 및 명령들을 양방향 방식으로 전송하는데 사용된다. 이들 타입의 메모리들 양자는 이하 설명되는 컴퓨터-판독가능 매체 중 임의의 적합한 매체를 포함할 수도 있다. 또한, 고정된 디스크 (526) 가 CPU (522) 에 양방향으로 커플링되고; 그 고정된 디스크 (526) 는 부가적인 데이터 스토리지 용량을 제공하며 또한 이하 설명되는 컴퓨터-판독가능 매체 중 임의의 매체를 포함할 수도 있다. 고정된 디스크 (526) 는 프로그램들, 데이터 등을 저장하는데 사용될 수도 있고, 통상적으로, 1차 스토리지보다 더 느린 (하드 디스크와 같은) 2차 스토리지 매체이다. 고정된 디스크 (526) 내에 보유된 정보는, 적절한 경우들에서, 메모리 (524) 에서의 가상 메모리로서 표준 양식으로 포함될 수도 있다는 것이 인지될 것이다. 제거가능한 디스크 (514) 는 이하 설명되는 컴퓨터-판독가능 매체 중 임의의 매체의 형태를 취할 수도 있다.
또한, CPU (522) 는 디스플레이 (504), 키보드 (510), 마우스 (512), 및 스피커들 (530) 과 같은 다양한 입력/출력 디바이스들에 커플링된다. 일반적으로, 입력/출력 디바이스는, 비디오 디스플레이들, 트랙 볼들, 마우스들, 키보드들, 마이크로폰들, 터치-감응형 디스플레이들, 트랜스듀서 카드 리더들, 자성 또는 페이퍼 테이프 리더들, 타블렛들, 스타일러스들, 음성 또는 필기 인식기들, 바이오메트릭 리더들, 또는 다른 컴퓨터들 중 임의의 것일 수도 있다. CPU (522) 는 네트워크 인터페이스 (540) 를 사용하여 다른 컴퓨터 또는 텔레커뮤니케이션 네트워크에 선택적으로 커플링될 수도 있다. 그러한 네트워크 인터페이스를 이용하여, CPU 가 상술된 방법 단계들을 수행하는 동안에 네트워크에 정보를 출력할 수도 있거나 또는 네트워크로부터 정보를 수신할 수도 있다는 것이 예상된다. 또한, 본 발명의 방법 실시형태들은 CPU (522) 상에서 단독으로 실행할 수도 있거나, 또는 프로세싱의 일부를 공유하는 원격 CPU 와 함께 인터넷과 같은 네트워크를 통해 실행할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시형태들은, 다양한 컴퓨터-구현된 동작들을 수행하기 위해 컴퓨터 코드를 갖는 컴퓨터-판독가능 매체를 갖는 컴퓨터 스토리지 제품들에 관한 것이다. 매체 및 컴퓨터 코드는, 본 발명의 목적들을 위해 특별히 설계되고 구축된 것들일 수도 있거나, 또는 컴퓨터 소프트웨어 업계들의 당업자에 대해 공지되고 입수가능한 종류일 수도 있다. 컴퓨터-판독가능 매체의 예들은: 하드 디스크들, 플로피 디스크들, 및 자성 테이프와 같은 자성 매체; CD-ROM들 및 홀로그래픽 디바이스들과 같은 광학 매체; 플롭티컬 (floptical) 디스크들과 같은 자기-광학 매체; 및 주문형 집적 회로 (ASIC) 들, 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 (PLD) 들, 및 ROM 및 RAM 디바이스들과 같은, 프로그램 코드를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 디바이스들을 이들에 한정되지 않게 포함한다. 컴퓨터 코드의 예들은, 컴파일러에 의해 생성되는 것과 같은 머신 코드, 번역기를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 상위 레벨 코드를 포함하는 파일들을 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 반송파로 구현되고 프로세서에 의해 실행가능한 명령들의 시퀀스를 표현하는 컴퓨터 데이터 신호에 의해 송신되는 컴퓨터 코드일 수도 있다.
증착 가스의 일례는, CF4 및 H2 와 같은, 탄화 플루오르 케미스트리 및 수소 함유 가스일 수도 있다. 이 예에서, 전력은 2 ㎒ 에서 400 와트 및 27 ㎒ 에서 800 와트로 공급된다. 각각의 증착 페이즈에서, 제 1 케미스트리를 갖는 증착 가스가 챔버 내에 제공되고, 그 증착 가스로부터 플라즈마가 형성되며, 증착 이후에 증착 가스가 중단된다.
프로파일 형상화 가스의 일례는, CF4, CHF3, 및 CH2F2 와 같은 탄화 플루오르 케미스트리를 갖는다. O2, N2, 및 H2 와 같은 다른 가스들이 사용될 수도 있다. 이 예에서, 전력은 2 ㎒ 에서 0 와트 및 27 ㎒ 에서 800 와트로 공급된다. 각각의 프로파일 형상화 페이즈에서, 제 2 케미스트리를 갖는 프로파일 형상화 가스가 챔버 내에 제공되고, 프로파일 형상화 가스로부터 플라즈마가 형성되며, 프로파일 형상화 이후에 프로파일 형상화 가스가 중단된다.
증착 페이즈 (302) 및 프로파일 형상화 페이즈 (304) 는, 플라즈마를 없애지 않으면서 동일한 챔버에서 연속적으로 수행될 수도 있고, 싸이클은 1회보다 더 많이, 바람직하게는 2 내지 3 회 반복될 수도 있다. 증착 페이즈 (302) 및 프로파일 형상화 페이즈 (304) 의 프로세스 시간들, 싸이클들의 수, 총 증착 시간, 증착/프로파일 형상화 시간 비율, 각각의 케미스트리 내의 가스 케미스트리 비율과 같은 다양한 파라미터들을 제어함으로써, 원하는 두께를 갖는 원하는 형상으로 보호 코팅 (214) 이 형성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제 1 PR 마스크 상에 보호 코팅 (214) 을 형성 (단계 104) 한 이후에, 제 1 PR 마스크 위에 액체 PR 재료가 도포된다 (단계 106). PR 재료의 제 2 액체 도포는, 예컨대 스핀-코팅에 의해, 제 1 PR 마스크에 대한 PR 재료의 제 1 도포와 유사한 방식으로 수행될 수도 있다. 액체 PR 재료는 PEGMIA 와 같은 유기 용매를 함유한다. 보호 코팅 (214) 은 유기 용매에 의한 열화로부터 제 1 마스크 피쳐들을 보호한다. 보호 코팅이 PR 재료로부터 유래하지 않고 증기 페이즈 증착에 의해 형성되므로, 보호 코팅은 액체 PR 재료 내의 용매와 친화성을 갖지 않는다. 따라서, 보호 코팅은 용매가 보호 코팅을 통과하지 않도록 하거나 또는 적은 용매만이 통과하도록 하고, 따라서 패터닝된 제 1 PR 마스크와 그 위에 도포된 액체 PR 재료 사이에 상호작용이 존재하지 않거나 또는 적은 상호작용만이 존재한다. 따라서, 패터닝된 제 1 마스크 피쳐들은 보호 코팅에 의해 보호되는 오리지널 라인 패턴과 같은 이들의 오리지널 형상을 유지한다.
그 후, 제 2-도포된 PR 재료가 제 2 마스크 피쳐들 (216) 로 패터닝된다 (단계 108). 제 2 마스크 피쳐들로의 PR 재료의 패터닝은, 제 2 마스크 피쳐들에 대응하는 제 2 레티클을 사용하여, 예컨대 종래의 포토리소그래피 프로세스와 같은, 제 1 PR 마스크의 패터닝과 유사한 방식으로 수행될 수도 있다. 도 2d는 제 1 마스크 피쳐들 (208) 및 제 2 마스크 피쳐들 (216) 을 포함하는 제 2 PR 마스크 (220) 의 개략적인 단면도이다. 즉, 제 1 마스크 피쳐들 (208) 및 제 2 마스크 피쳐들 (216) 은 함께 조합되어 제 2 PR 마스크 (220) 를 형성한다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 마스크 피쳐들 (208) 사이에 제 2 마스크 피쳐들 (216) 이 제공된다. 예컨대, 라인 패턴의 경우에, 예컨대 약 32 ㎚ 내지 45 ㎚ 와 같은 더 작은 CD (226) 를 달성하기 위해 제 1 마스크 피쳐들 (208) 및 제 2 마스크 피쳐들 (216) 이 교번하여 형성된다. 그러나, 본 발명은 라인 패턴들에 한정되지 않고, 2 개의 치수 설계 패턴이 2 개의 개별적인 레티클들, 즉 PR 마스크 피쳐들의 2 개의 세트로 분할된 임의의 설계 패턴에 적용가능할 수 있다.
챔버 내에 기판 (202) 이 위치되고, 제 2 PR 마스크를 통해 에칭층 (204) 이 에칭된다 (단계 110). 도 2e는 에칭층 (204) 으로 에칭된 피쳐 (222) 를 도시한다.
그 후, 부가적인 형성 단계들 (112) 이 수행될 수도 있다. 예컨대, PR 마스크 (220) 가 박리될 수도 있고/있거나 아래 놓인 층에서 피쳐들을 패터닝하기 위해 후속하는 에칭 단계가 수행될 수도 있다.
본 발명이 여러 바람직한 실시형태들의 견지에서 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에 속하는 변형들, 치환들, 및 다양한 대체 균등물들이 존재한다. 또한, 본 발명의 방법들 및 장치들을 구현하는 다수의 다른 방식들이 존재한다는 것이 주의된다. 따라서, 다음의 첨부된 청구의 범위는, 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 속하는 것으로서 모든 그러한 변형들, 치환들, 및 다양한 대체 균등물들을 포함하는 것으로서 해석되도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 기판 상에 형성된 에칭층을 에칭하기 위한 방법으로서,
    제 1 마스크 피쳐들을 갖는 제 1 포토레지스트 (PR) 마스크를 상기 에칭층 상에 제공하는 단계;
    상기 제 1 PR 마스크 상에 보호 코팅을 형성하는 단계;
    상기 보호 코팅을 갖는 상기 제 1 PR 마스크 위에 액체 PR 재료를 도포하는 단계;
    상기 액체 PR 재료를 제 2 마스크 피쳐들로 패터닝하는 단계로서, 상기 제 1 마스크 피쳐들 및 상기 제 2 마스크 피쳐들은 제 2 PR 마스크를 형성하는, 상기 패터닝하는 단계; 및
    상기 제 2 PR 마스크를 통해 상기 에칭층을 에칭하는 단계를 포함하며,
    상기 보호 코팅을 형성하는 단계는,
    증착 가스를 사용하여, 상기 제 1 마스크 피쳐들의 표면 위에 증착층을 증착하기 위한 증착 페이즈; 및
    프로파일 형상화 가스를 사용하여, 상기 증착층의 프로파일을 형상화하기 위한 프로파일 형상화 페이즈
    를 포함하는 적어도 하나의 싸이클을 포함하는, 에칭층 에칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 PR 재료는 유기 용매를 함유하며, 상기 보호 코팅은 상기 유기 용매에 의한 열화로부터 상기 제 1 마스크 피쳐들을 보호하는, 에칭층 에칭 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 마스크 피쳐들은 상기 제 1 마스크 피쳐들 사이에 제공되는, 에칭층 에칭 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 상기 증착 페이즈는,
    제 1 케미스트리를 갖는 상기 증착 가스를 제공하는 단계;
    상기 증착 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 증착 가스를 중단시키는 단계를 포함하는, 에칭층 에칭 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 상기 프로파일 형상화 페이즈는,
    상기 제 1 케미스트리와 상이한 제 2 케미스트리를 갖는 상기 프로파일 형상화 가스를 제공하는 단계;
    상기 프로파일 형상화 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 프로파일 형상화 가스를 중단시키는 단계를 포함하는, 에칭층 에칭 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 싸이클은 1 내지 3 회 반복되는, 에칭층 에칭 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 싸이클은 상기 보호 코팅이 약 0.5 내지 3 ㎚ 의 두께를 갖도록 반복되는, 에칭층 에칭 방법.
  8. 기판 상에 배치된 에칭층 상에 형성된 제 1 마스크 피쳐들을 갖는 패터닝된 포토레지스트 (PR) 마스크 상에 보호 코팅층을 제공하기 위한 장치로서,
    플라즈마 프로세싱 챔버;
    가스 주입구와 유체 연결하는 가스 소스; 및
    상기 가스 소스 및 적어도 하나의 RF 전력 소스에 제어가능하게 접속된 제어기를 포함하며,
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버는,
    플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져를 형성하는 챔버 벽;
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져 내에서 기판을 지지하기 위한 기판 지지체;
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져 내의 압력을 조절하기 위한 압력 조절기;
    플라즈마를 지속시키기 위해 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져에 전력을 제공하기 위한 적어도 하나의 전극;
    상기 적어도 하나의 전극에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 RF 전력 소스;
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져로 가스를 제공하기 위한 상기 가스 주입구; 및
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버 엔클로져로부터 가스를 배기하기 위한 가스 배출구를 포함하고,
    상기 가스 소스는,
    증착 가스 소스; 및
    프로파일 형상화 가스 소스를 포함하고,
    상기 제어기는,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독가능 매체를 포함하며,
    상기 컴퓨터 판독가능 매체는,
    적어도 하나의 싸이클을 포함하는, 패터닝된 PR 마스크 상에 보호 코팅을 제공하는 프로세스를 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 코드를 포함하고,
    상기 패터닝된 PR 마스크는 제 1 마스크 피쳐들을 갖고,
    각각의 싸이클에 대한 컴퓨터 판독가능 코드는,
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버로 증착 가스를 플로우시키기 위한 컴퓨터 판독가능 코드;
    상기 제 1 마스크 피쳐들의 표면 위에 증착층을 증착하기 위해 상기 증착 가스로부터 플라즈마를 형성하기 위한 컴퓨터 판독가능 코드;
    상기 증착 가스의 플로우를 중단시키기 위한 컴퓨터 판독가능 코드;
    상기 플라즈마 챔버로 프로파일 형상화 가스를 플로우시키기 위한 컴퓨터 판독가능 코드;
    상기 증착층의 프로파일을 형상화하기 위해 상기 프로파일 형상화 가스로부터 플라즈마를 형성하기 위한 컴퓨터 판독가능 코드; 및
    상기 증착 가스의 플로우를 중단시키기 위한 컴퓨터 판독가능 코드를 포함하는, 보호 코팅층 제공 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 패터닝된 PR 마스크 상에 보호 코팅을 제공하는 프로세스를 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 코드는 상기 싸이클을 1 내지 3 회 반복하는, 보호 코팅층 제공 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 패터닝된 PR 마스크 상에 보호 코팅을 제공하는 프로세스를 수행하기 위한 컴퓨터 판독가능 코드는 상기 보호 코팅이 약 0.5 내지 3 ㎚ 의 두께를 갖도록 상기 싸이클을 반복하는, 보호 코팅층 제공 장치.
  11. 기판 상에 형성된 에칭층을 에칭하기 위한 시스템으로서,
    제 1 마스크 피쳐들을 갖는 제 1 포토레지스트 (PR) 마스크를 상기 에칭층 상에 제공하는 수단;
    상기 제 1 PR 마스크 상에 보호 코팅을 형성하는 수단;
    상기 보호 코팅을 갖는 상기 제 1 PR 마스크 위에 액체 PR 재료를 도포하는 수단;
    상기 액체 PR 재료를 제 2 마스크 피쳐들로 패터닝하는 수단으로서, 상기 제 1 마스크 피쳐들 및 상기 제 2 마스크 피쳐들은 제 2 PR 마스크를 형성하는, 상기 패터닝하는 수단; 및
    상기 제 2 PR 마스크를 통해 상기 에칭층을 에칭하는 수단을 포함하며,
    상기 보호 코팅을 형성하는 수단은,
    증착 가스를 사용하여, 상기 제 1 마스크 피쳐들의 표면 위에 증착층을 증착하는 수단;
    프로파일 형상화 가스를 사용하여 상기 증착층의 프로파일을 형상화하는 수단; 및
    상기 증착하는 수단 및 상기 형상화하는 수단의 동작을 1 회 이상 교번하여 반복하는 수단을 포함하는, 에칭층 에칭 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 증착 페이즈는,
    제 1 케미스트리를 갖는 상기 증착 가스를 제공하는 단계;
    상기 증착 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 증착 가스를 중단시키는 단계를 포함하는, 에칭층 에칭 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    각각의 상기 프로파일 형상화 페이즈는,
    상기 제 1 케미스트리와 상이한 제 2 케미스트리를 갖는 상기 프로파일 형상화 가스를 제공하는 단계;
    상기 프로파일 형상화 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 프로파일 형상화 가스를 중단시키는 단계를 포함하는, 에칭층 에칭 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 12 항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 싸이클은 1 내지 3 회 반복되는, 에칭층 에칭 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 또는 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 싸이클은 상기 보호 코팅이 약 0.5 내지 3 ㎚ 의 두께를 갖도록 반복되는, 에칭층 에칭 방법.
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