KR20160045645A - 감광성 재료 및 리소그래피 방법 - Google Patents

감광성 재료 및 리소그래피 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감광성 재료, 및 이 감광성 재료로부터 형성된 층의 톱 영역으로 부유하도록 조작가능한 감광성 재료의 성분의 조성물을 제공하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 임의 예에서, 감광성 층은 불소 원자(예를 들면, 알킬 플루오라이드 기)를 갖는 제1 성분이다. 감광성 층의 형성 후, 제1 성분은 감광성 층의 톱 표면으로 부유한다. 이후, 감광성 재료 층이 패턴화된다.

Description

감광성 재료 및 리소그래피 방법{PHOTOSENSITIVE MATERIAL AND METHOD OF LITHOGRAPHY}
본 발명은 감광성 재료 및 리소그래피 방법에 관한 것이다.
반도체 직접 회로(IC) 산업은 급속한 성장을 경험하고 있다. IC 재료, 디자인 및 제조 도구에서의 기술적 진보는 IC의 세대를 낳았고, 여기서 각각의 세대는 이전 세대보다 더 작고 더 복잡한 회로를 갖는다. 이러한 진보의 과정에서, 제조 방법, 도구 및 재료는 보다 작은 피처 크기에 대한 요망을 실현하고자 애쓰고 있다.
리소그래피는 패턴이 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼 상에 투사되어 그 위에 감광성 층을 형성하게 되는 메카니즘이다. 그 패턴은 패턴화된 포토마스크를 통해 방사선을 통과시킴으로써 전형적으로 유도된다. 리소그래피 도구 및 방법이 이미지화된 부재의 라인 폭을 감소시키는데 유의적인 진보를 경함하고 있지만, 추가적인 진보가 요구될 수 있다. 예를 들면, 감광성 재료의 이미지화 피처의 프로파일은 기판 상에 원하는 패턴을 정확하게 재생시키는데 요구되는 패턴화에 대한 충실도(fidelity)가 부족할 수 있다. 예를 들면, 원하지 않은 잔류 감광성 재료가 이미지화 및 현상 후 유지될 수 있거나, 또는 마스킹 부재로서 수행하는데 요구되는 감광성 재료의 부분이 제거될 수 있거나 달리 손상될 수 있다.
본 개시내용의 양태들은 첨부되는 도면을 참조하여 이해할 때 이하 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 강조할 점은, 해당 산업에서 표준적인 실시에 따라, 다양한 피처가 실제 척도로 도시되지 않는다는 것이다. 사실, 다양한 피처의 치수는 논의의 선명성을 위해서 임의로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1, 2, 3 및 4는 감광성 재료로 형성된 종래 기술에 속하는 피처의 단면도이다.
도 5-9는 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라 제조된 예시적인 실시양태 디바이스의 단면도이다.
도 10은 본 개시내용의 하나 이상의 양태에 따라 기판 상에 패턴화된 층을 형성시키는 방법의 실시양태를 예시하는 흐름도이다.
이하 개시내용은 본 발명의 상이한 피처를 실시하기 위한, 수 많은 상이한 실시양태 또는 예를 제공하는 것으로 이해되어야 한다. 구성요소 및 배열의 특정 예들은 본 개시내용을 단순화하도록 하기 위해서 기술되어 있다. 그 예들은 물론 단순한 예이고, 본 개시내용을 한정하기 위한 것이 아니다. 예를 들면, 반도체 디바이스를 제조하도록 구성된 포토리소그래피 방법으로서 본원에서 기술되어 있긴 하지만, 예를 들어, TFT-LCD 제조 및/또는 해당 기술 분야에 공지된 다른 포토리소그래피 공정을 비롯한 임의의 포토리소그래피 방법 또는 시스템이 본 개시내용으로부터 이익을 얻을 수 있다. 게다가, 후술하는 설명에서 제2 피처 위에 또는 상에 제1 피처의 형성은 제1 및 제2 피처가 직접 접촉으로 형성되는 실시양태를 포함할 수 있고, 또한 제1 피처와 제2 피처는 직접 접촉 상태로 존재할 수 없도록, 추가 피처가 제1 피처와 제2 피처 사이에 개재되어 형성될 수 있는 실시양태도 포함할 수 있다. 다양한 피처가 단순성 및 선명성을 위해서 상이한 척도로 임의대로 도시될 수 있다.
감광성 재료는, 디바이스 또는 이의 부분을 형성시키기 위해서, 전형적으로 표적 층, 예를 들면 반도체 기판 상에 제공된 것을 패턴화하는데 사용된다. 한가지 감광성 재료는 화학 증폭 포토레지스트 또는 CAR이다. 화학 증폭 레지스트의 경우, 광산 발생제(PAG: phtoacid generator)는 방사선 노출 후 산으로 된다. 그 산은 노광후 가열(PEB: post-exposure bake) 공정 동안 중합체의 산 반응성 기(ALG: acid labile group)의 이탈을 개시하게 된다. ALG의 이탈은 중합체로부터 후속 ALG의 이탈을 개시하기 위한 산을 생성한다. 그러한 사슬 반응은 생성된 산이 염기(또한 염기 켄처 또는 켄처라고도 칭함)와 접촉하게 될 때에만 종결된다. ALG가 레지스트의 중합체를 이탈할 때, 중합체의 분지 단위는 포지티브 톤 현상제에 대한 중합체 용해도를 증가시키는 카르복실산 기로 변하고; 이로써 레지스트의 조사된 영역은 현상제에 의해 제거될 수 있게 되고, 반면에 비조사된 영역은 불용성으로 유지되어 후속 공정에 대한 마스킹 부재가 된다. 그 PAG 및 켄처는 전형적으로 용매 중에 제공된다(전형적인 용매는 크실렌, 아세테이트, 및/또는 다른 적합한 용매를 포함한다). 광염기 발생제(PBG: photo base generator), 광분해 켄처(PDQ: photo decompose quencher), 염료, 습윤제, 코팅 조제, 아민, 접착 증진제, 및/또는 다른 적합한 성분을 비롯한 감광성 재료의 다른 성분이 추가로 또는 대체로 존재할 수 있다.
PAG에 의해 생성된 산 및 켄처에 의해 생성된 염기는 예를 들어 직선 측벽을 비롯한 패턴에 대한 충실도를 갖는 결과로 형성된 마스킹 부재 피처의 프로파일을 균형 있게 유지해야하는 것이 바람직하다. 산 농도가 너무 강하면, 피처들 간의 공간 치수(공간 CD)는 과도하게 커질 수 있다. 반대로, 켄처 로딩이 너무 높으면, 공간 CD는 너무 작게 될 수 있다. 따라서, 필요한 것은 패턴 충실도를 제공하기 위해서 포토레지스트 재료에서 산과 염기 사이에 허용가능한 로딩을 유지하는 재료 및 방법이다.
도 1, 2, 3 및 4에는 기판 상에 형성된 피처의 다양한 프로파일 이슈(profile issue)를 갖는 디바이스의 단면도가 예시되어 있다. 구체적으로, 피처는 패턴화된 감광성 층 또는 포토레지스트이다. 그 레지스트 프로파일은 원하는 패턴에 대한 충실도의 부족에 기인하여 각각의 디바이스(100, 200, 300 및 400)에서 불리하게 된다. 도 1에 도시된 디바이스(100)는 풋팅 프로파일 이슈(footing profile issue)를 예시한 것이고; 도 2에 도시된 디바이스(200)는 T-톱 프로파일 이슈(T-top profile)를 예시한 것이며; 도 3에 도시된 디바이스(300)는 언더컷 프로파일 이슈(undercut profile issue)를 예시한 것이고; 도 4에 예시된 디바아스(400)는 톱 라운딩 프로파일 이슈(top rounding profile issue)를 예시한 것이다. 각각의 프로파일은 감광성 재료로 형성된 층의 특정 영역(예를 들면, 톱 또는 바텀)에서 감광성 재료의 화학 성분 중 하나 이상에서 불균형(예를 들면, 너무 높거나 너무 낮은 상대 농도)에 의해 야기된다. 이러한 불균형은 현상제에 대한 감광성 재료의 용해도에 영향을 미치고, 따라서 결과로 생성된 프로파일에 영향을 미친다. 화학 성분들에서의 불균형은 광산 발생제(PAG), 켄처를 비롯한 염기, 및/또는 다른 화학 성분을 포함할 수 있다. 도 1, 2, 3 및 4의 각 프로파일은 하기 추가의 상세한 설명에 의해 논의된다.
도 1에 관하여, 디바이스(100)는 풋팅 프로파일 이슈를 예시한다. 포토레지스트 층의 노출에서 방사선 세기가 그 층의 바텀 영역에 충분히 이르지 못할 때, 패턴화된 피처의 풋팅 프로파일이 결과로 생성될 수 있다. 유사하게, 잔류 포토레지스트가 현상 후에 여전히 남아 있을 정도로, 포토레지스트 층의 바텀 영역에서 불충분한 양의 산이 존재할 때(또는 그 산이 포획되어 있을 때), 풋팅 프로파일이 결과로 생성될 수 있다. 디바이스(100)는 풋팅 프로파일(106)을 갖는 레지스트 피처(104)를 포함한다.
포토레지스트 층의 바텀 영역에서 약한 방사선 세기는 그 레지스트에 의해 흡수된 방사선; 밑에 있는 기판(기판(102))에 의해 흡수된 방사선 또는 밑에 있는 기판의 상이한 영역에 의해 상이하게 흡수된 방사선; 기판(102)의 토폴로지에 기인한 포토레지스트 층의 바텀 영역에서 불충분한 세기를 갖는 방사선; 산의 양을 감소시키는, 기판(102)으로부터 위에 놓인 포토레지스트 층 내로의 독의 도입; 및/또는 다른 작용에 기인할 수 있다. 예를 들면, PAG가 약한 방사선 세기에 기인하여 개시되지 못한다면, CAR 반응은 감소될 것이고, ALG는 PEB 후에 이탈되지 않을 것이다. 이는 풋팅 프로파일, 예컨대 풋팅 프로파일(106)을 야기함으로써 패턴 충실도에 영향을 미칠 수 있다. 다른 예에서, 기판의 일부가 보다 낮은 반사계수(reflectivity)를 갖는다면, 그 영역에서 또는 부근에서 레지스트는 보다 낮은 방사선 세기로 곤란을 겪게 될 수 있고 지꺼기(scum) 또는 풋팅 프로파일, 예컨대 풋팅 프로파일(106)을 방치할 수 있다(예를 들면, 피처(104)를 개재하는 기판의 일부가 보다 낮은 반사계수를 갖는다면, 그 피처(104)의 측벽은 기판(102)의 그 개재 영역 위에 있는 풋팅 프로파일(106)로 곤란을 겪을 수 있다). 또다른 예에서, 트렌치 구조가 포토레지스트 피처(104)를 개재하는 기판(102)에 배치된다면, 포토레지스트는 그 트렌치 영역에 도달하는 보다 낮은 방사선 세기에 기인하여 그 트렌치의 측벽으로부터 충분히 제거될 수 없다. 다른 예에서, 기판(102)은 포토레지스트 층에서 광산을 흡수할 수 있고 CAR 반응을 감소시킬 수 있는 필름을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(102)의 질화물 필름은 포토레지스트 층으로부터 산의 흡수를 야기할 수 있는 댕글링 질소 결합(dangling nitrogen bond)을 제공할 수 있다.
도 2에 관하여, 디바이스(200)는 T-톱 프로파일 이슈(또한 톱 브리지라고도 칭함)를 예시한다. 그 디바이스(200)는 T-톱 프로파일(202)을 갖는 레지스트 피처(104)를 포함한다. PAG 농도가 포토레지스트 층의 톱 영역에서 감소될 때, T-톱 프로파일이 결과로 생성될 수 있다. 예를 들면, PAG 농도는 포토레지스트 센터 영역과 포토레지스트 톱 영역 사이의 광학 세기 차이; 함침 용액(예를 들면, 물) 내로 삼출하는 표면 PAG; 표면 켄처 농도의 증가; 포토레지스트 층의 센터 영역과 비교하여 그 포토레지스트 층의 톱 영역에서의 상이한 포토레지스트 중합체(예를 들면, 상이한 포토레지스트 중합체는 현상제에 대한 상이한 용해 속도를 가질 수 있음); 및/또는 다른 작용에 기인하여 포토레지스트 층의 표면에서 감소될 수 있다.
도 3에 관하여, 디바이스(300)는 언더컷 프로파일 이슈를 예시한다. PAG 농도가, 포토레지스트 층의 바텀 영역에서, 상대적으로, 너무 클 때, 언더컷 프로파일이 결과로 생성될 수 있다. 그 디바이스(300)는 언더컷 프로파일(302)을 갖는 레지스트 피처(104)를 포함한다. 언더컷 프로파일(302)은 PAG/켄처 로딩 균형에 영향을 미칠 수 있는 보다 낮은 필름 밀도를 갖는 기판으로부터 결과로 생성될 수 있다. 예를 들면, 기판(102)은 감광성 층의 바텀 영역에서 산/염기의 불균형( 예를 들면, 켄처 또는 염기 농도의 감소)을 제공하는 감광성 층의 켄처를 흡수할 수 있다. 레지스트를 현상하자 바로, 언더컷(302)이 결과로 생성된다. 다른 예에서, 기판(102)은 레지스트 내로 삼출되며 그리고 감광성 층의 바텀 영역에서 산/켄처의 불균형을 야기하는(예를 들면, 산 농도를 증가시키는) CAR 반응을 보충하는 추가 산을 보유할 수 있다. 이어서, 언더컷(302)은 추가 산 농도로부터 결과로 생성된다. 또다른 예에서, 기판(102)이 상이한 반사계수를 갖는 층(예를 들면, 포토레지스트 피처(104) 밑에 있는 필름이 그 피처(104)에 인접한 필름보다 더 높음)을 포함한다면, 보다 높은 반사계수 영역 상의 피처의 프로파일은 증가된 반사계수에 해 제공된 보다 강한 광학 세기에 기인하여 언더컷으로 될 수 있다.
도 4에 관하여, 디바이스(400)는 톱-라운딩 프로파일 이슈를 예시한다. PAG 농도가 포토레지스트 층의 톱 영역에서 켄처 농도보다 더 높을 때, 결과로 생성된 피처의 프로파일은 톱-라운딩 작용을 나타낼 것이다. 디바이스(400)는 톱-라운딩 프로파일(402)을 갖는 레지스트 피처(104)를 포함한다. 그 톱-라운딩 프로파일(402)은 레지스트 피처(104)가 패턴화되는 감광성 재료의 다양한 구성에 의해 야기될 수 있다. 예를 들면, 광산 발생제(PAG) 농도가 감광성 층의 톱 영역에서 켄처 농도보다 더 높을 때, 톱-라운딩 프로파일(202)이 결과로 생성될 수 있다. 위에 놓인 층(예를 들면, 함침 톱 코트 또는 톱 반사방지 코팅(TARC: top antireflective coating) 필름)으로부터 유래된 산 오염은 감광성 층의 톱 영역에서 산 농도를 증가시킬 수 있으며, 그리고 또한 톱-라운딩 프로파일, 예컨대 톱-라운딩 프로파일(402)을 결과로 생성할 수 있다. 함침 리소그래피를 이용할 때, 함침 유체(예를 들면, 물)가 감광성 재료에 의해 흡수된다면, 그 유체(예를 들면, 물)는 산 확산 길이를 변경할 수 있고 또한 그 프로파일에 영향을 미칠 수 있다. 산이 높은 확산 길이를 갖는다면, 라인-폭 프로파일이 보다 더 얇아질 수 있거나, 또는 톱-라운딩 프로파일이 결과로 생성될 수 있다.
본 개시내용은 산 또는 PAG 로딩과 염기 또는 켄처 로딩 간의 적당한 균형을 제공하는데 사용될 수 있는 몇 가지 방법 및 조성물을 논의하고 있다. 이들 방법 및/또는 조성물은 조합으로 또는 개별로 이용되어 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 패턴화할 수 있다. 방법 및/또는 조성물이 특정 이슈, 예컨대 특정 프로파일 이슈를 목적으로 하여 논의될 수 있지만, 그 방법 및/또는 조성물이 매우 제한되어 있지 않으며, 당업자가 그 개시내용으로부터 이익을 얻는 다른 용도를 인지한다는 점을 유의해야 한다.
임의 실시양태에서, 감광성 재료(502)를 갖는 디바이스(500)에 의해 도 5에 예시된 바와 같은 균일한 조성물을 갖는 감광성 재료가 침착된다. 그 감광성 재료(502)가 기판(102) 상에 배치된다. 기판(102)은 반도체 기판(예를 들면, 웨이퍼)일 수 있다. 임의 실시양태에서, 기판(102)은 결정질 구조의 규소이다. 대안적인 실시양태에서, 기판(102)은 다른 원소 반도체, 예컨대 게르마늄을 포함할 수 있거나, 또는 화합물 반도체, 예컨대 탄화규소, 비소화갈륨, 비소화인듐, 및 인화인듐을 포함할 수 있다. 기판(102)은 절연체 상의 규소(SOI: silicon on insulator) 기판을 포함할 수 있고/있거나, 성능 강화를 위해 변형/응력 처리될 수 있고/있거나, 에피탁시 성장된 영역을 포함할 수 있고/있거나, 절연 영역을 포함할 수 있고/있거나, 도핑된 영역을 포함할 수 있고/있거나, 하나 이상의 반도체 디바이스 또는 이의 일부를 포함할 수 있고/있거나, 전도성 및/또는 절연성 층을 포함할 수 있고/있거나, 다른 적합한 피처 및 층을 포함할 수 있다. 임의 실시양태에서, 기판(102)은 반사방지 코팅, 하드 마스크 재료, 및/또는 감광성 층(502)에 의한 패턴화를 위한 다른 표적 층을 포함한다. 임의 실시양태에서, 기판(102)은 CMOS 공정 기술의 전형적인 것이다. 그러나, 반도체 웨이퍼의 형태로 존재하는 기판을 처리하는 것이 기술될 수 있지만, 기판 및 공정의 다른 예, 예를 들면 인쇄 회로판용 기판, 다마신 공정, 및 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD: thin film transistor liquid crystal display) 기판 및 공정 등이 본 발명으로부터 이익을 얻을 수 있다는 점을 이해되어야 한다.
감광성 재료(502)는 포지티브 톤 레지스트 또는 네거티브 톤 레지스트일 수 있다. 임의 실시양태에서, 감광성 재료(502)는 화학 증폭 레지스트(CAR: chemical amplified resist)이다. 도 5에 예시되어 있는 바와 같이, 감광성 재료(502)는 켄처 및/또는 산의 실질적인 균일한 분포를 갖는다. 예를 들면, 감광성 재료(502)는 초기 침착된 재료(예를 들면, 섹션의 절반 또는 부분)를 예시할 수 있다. 그러나, 도 1 내지 4에 대하여, 상기 논의된 이슈들 때문에, 그러한 정상 분포를 변경하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 기술된 도 1에서, 풋팅 프로파일(106)을 갖는 레지스트 피처(104)가 기술되어 있다. 그러한 프로파일에 대한 한가지 보정은 감광성 재료 층의 바텀 영역에 존재하는 염기 또는 켄처의 농도를, 그 층의 형성 후에 그리고 그 층의 처리 또는 패턴화 전에(예를 들면, 노광 전에, 기타), 감소시키는 것이다. 그러한 보정은 감광성 재료 층의 톱 영역에 존재하는 염기 또는 켄처의 농도를 증가시킬 수 있다.
임의 실시양태에서, 켄처는 이것이 감광성 재료의 톱 표면을 향해 "부유"하거나 달리 이동하도록 한 조성물을 갖게 변성된다면, 그것은 감광성 층의 바텀 영역에서 이용가능한 켄처 성분을 감소시킬 것이다. 이는 도 6의 디바이스(600) 및 감광성 재료 층(602)에 의해 예시된다. (도트에 의해 예시된) 켄처는 감광성 재료(602)의 상부 영역으로, 감소된 양의 켄처를 지닌 하부 영역(604)을 이탈하여, 이동한다. 이러한 톱 표면을 향한 켄처의 "부유" 또는 이동은 몇 가지 방식으로 달성할 수 있다. 이러한 "부유(floating)"는 하기 논의되어 있는 바와 같이 감광성 재료의 조성물 및/또는 그 재료의 성분(예를 들면, 켄처 화학식)에 기인하여 자동적으로 일어날 수 있다. 그 "부유"는 그 층의 형성 직후에(예를 들면, 0.1초) 실질적으로 일어날 수 있다.
임의 실시양태에서, 불소 원자(들)가 켄처 구조에 도입된다. 다른 실시양태에서, 다른 비활성의 비교적 가벼운 원자가 불소 대신에 또는 그 불소 이외에 첨가된다. 불소 원자(들)는 알킬 플루오라이드(CxFy)로서 제공될 수 있다. 임의 실시양태에서, CxFy에서 x 계수는 1 내지 10이다. 임의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다. 도 6의 디바이스(600)의 구성을 결과로 형성할 수 있는, 켄처 구조식을 포함하는 감광성 재료 조성물의 예시적인 실시양태는 하기 논의되어 있다. 불소 또는 다른 비활성 원자는, 상기 논의되어 있는 바와 같이, 그것이 결합되어 있는 성분을 형성된 층의 상부로 부유하게 할 수 있다.
임의 실시양태에서, 켄처는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00001
상기 식 중에서, R3은 불소 원자 또는 알킬 플루오라이드를 포함한다. 임의 실시양태에서, R3은 알킬 플루오라이드 CxFy를 포함하고, 여기서 x는 1 내지 10이다. 임의의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다. R3은 선형, 분지형 또는 환형 구조를 지닌 복수개의 탄소 원자(예를 들면, x는 1 내지 10임)의 알킬 기일 수 있다. 그 알킬 기는 또한 헤테로 원자, 예컨대 질소 또는 산소를 포함할 수 있다.
다른 실시양태에서, 켄처는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00002
상기 식 중에서, R4, R5 및/또는 R6은 불소 원자 또는 알킬 플루오라이드를 포함한다. R4, R5 및/또는 R6은 선형, 분지형 또는 환형 구조를 지닌 복수개의 탄소 원자(x는 1 내지 10임)의 알킬 기일 수 있다. 임의 실시양태에서, R4, R5 및/또는 R6은 알킬 플루오라이드 CxFy를 포함한다. 임의 실시양태에서, x는 1 내지 10이다. 임의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다. 그 알킬 기는 또한 헤테로 원자, 예컨대 질소 또는 산소를 포함할 수 있다.
임의 실시양태에서, 켄처는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00003
상기 식 중에서, R12는 불소 원자 또는 알킬 플루오라이드를 포함한다. R12는 선형, 분지형 또는 환형 구조를 지닌 복수개의 탄소 원자(x는 1 내지 10임)를 갖는 알킬 작성 구조일 수 있다. 임의 실시양태에서, R12는 알킬 플루오라이드를 포함하고, 여기서 x는 1 내지 10이다. 임의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다.
임의 실시양태에서, 켄처는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00004
상기 식 중에서, R 기 중 하나 이상은 불소 원자 또는 알킬 플루오라이드를 포함한다. R 기 중 하나 이상은 선형, 분지형 또는 환형 구조를 지닌, 복수개의 탄소 원자(x는 1 내지 10임)를 갖는 알킬 작용성 구조일 수 있다. 임의 실시양태에서, R 기 중 하나 이상은 알킬 플루오라이드 CxFy를 포함하고, 여기서 x는 1 내지 10이다. 임의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다.
임의 실시양태에서, 켄처는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00005
상기 식 중에서, R 기 중 하나 이상은 불소 또는 알킬 플루오라이드를 포함한다. R 기 중 하나 이상은 선형, 분지형 또는 환형 구조를 지닌, 복수개의 탄소 원자(x는 1 내지 10임)를 갖는 알킬 작용성 구조일 수 있다. 임의 실시양태에서, R 기 중 하나 이상은 알킬 플루오라이드 CxFy를 포함하고, 여기서 x는 1 내지 10이다. 임의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다.
임의 실시양태에서, 다른 중합체(들)를 지닌 켄처 공중합체("결합된(associated) 중합체") 및 결합된 중합체(들)의 변형은 켄처의 이동 또는 부유를 제공하기에 충분하다. 예를 들면, 임의 실시양태에서, 그 공중합체 화학식은 다음과 같이 제공된다:
Figure pat00006
그 중합체 단위 y는 켄처를 제공할 수 있다. 그 중합체 단위 x는 부유 성능 조절을 제공할 수 있다. 중합체 단위 z는 현상제 용해도 조절을 제공할 수 있다. 따라서, 불소 원자(예컨대, 알킬 플루오라이드)를 포함하도록 R1 또는 R5의 변형은 침착된 층의 바텀 영역에서 감소하고/하거나, 톱 표면에서 증가하는 켄처 분배를 허용할 수 있다.
임의 실시양태에서, 불소(알킬 플루오라이드)는 중합체 x에 결합되고, 따라서 부유 중합체 단위라고 칭한다. 그러한 실시양태에서, 부유 중합체 단위 x는 공중합체의 3% 내지 90%일 수 있다. 임의 실시양태에서, 중합체 단위 x는 공중합체의 30% 내지 70%일 수 있다. R1은 불소 원자를 포함할 수 있다. R1 불소는 CmFn 작용기를 포함할 수 있다. 임의 실시양태에서, m은 1 내지 10이다.
작용기 R5는 용해도 조절을 제공할 수 있다. 임의 실시양태에서, R5는 락톤 구조, 알콜 구조, 카르복실산 구조 및/또는 다른 구조, 예를 들면 현상제 및 물에 친수 성질을 제공하는 것을 포함한다. 켄처 구조 y는 또한 R2, R3 및 R4 작용기를 포함한다. R2, R3 및 R4는 H 또는 알킬 기를 포함할 수 있다. 그 알킬 기는 구조상 선형, 분지형 또는 환형인 탄소 사슬을 포함할 수 있다. 임의 실시양태에서, 탄소 사슬은 1 내지 10개의 탄소 원자를 포함한다. 그 알킬 기는 질소 또는 산소 헤테로 원자를 포함할 수 있다. 임의 실시양태에서, 알킬 기는 이중 결합 알킬 구조를 포함한다.
다른 실시양태에서, 감광성 재료용 용매는 이것이 켄처 구조에 대한 보다 높은 친화성을 갖도록 제공된다. 그 켄처는 보다 높은 휘발성을 가질 수 있다. 따라서, 그 켄처는 층 형성 후에, 예를 들면 용매 증발 중에, 감광성 재료 층의 톱 영역으로 부유될 수 있다.
또다른 실시양태에서, 켄처 조성물은 감광성 재료의 다른 중합체에 대한 상이한 극성 및/또는 친화성을 제공할 수 있다. 따라서, 결합된 중합체가 그 층의 영역으로 이동(예를 들면, 부유)할 때, 그 켄처는 또한 그 영역으로 이동할 수 있다. 이는 켄처 제제를 유지하면서 다른 중합체를 변형시킬 수 있게 한다.
상기 논의된 실시양태들은 논의된 프로파일 이슈, 예를 들면 도 1의 디바이스(100)의 풋팅 프로파일(106) 및/또는 도 4의 디바이스(400)의 톱-라운딩 프로파일(402)을 개선시키는 작용을 할 수 있다. 예를 들면, 부유 켄처는 형성된 포토레지스트 피처의 프로파일 영역의 염기 양을 증가시키고, 따라서 그 영역에서 보다 강한 상대적 산 로딩을 보정하게 된다. 따라서, 도 6에 예시된 디바이스(600)의 결과로서, 직선 피처, 예컨대 도 7의 피처(702)가 제공될 수 있다.
염기 또는 켄처가 임의 층의 임의 영역(예를 들면, 톱 표면)으로 이동 또는 "부유"하도록 허용하는 상기 감광성 재료 조성물 이외에도 또는 그 대신에, 이하 논의사항이 감광성 재료 및 이 감광성 재료의 산 또는 광산 발생제(PAG)의 이동 및 "부유"에 적용된다.
상기 논의된 도 2에서, 레지스트 피처(104)는 T-톱 프로파일(202)을 나타낸다. 그러한 프로파일을 위한 한가지 보정은 감광성 재료 층의 형성 후에 그리고 그 재료 층의 처리 후에(예를 들면, 노광 전에, 기타) 감광성 재료 층의 톱 영역에 존재하는 산의 농도를 증가시키는 것이다. 상기 논의된 도 3에는, 언더컷 프로파일(302)을 나타내는 레지스트 피처(104)가 예시되어 있다. 그러한 프로파일에 대한 한가지 보정은 감광성 재료 층의 형성 후에 그리고 그 재료 층의 처리 전에(예를 들면, 노광 전에, 기타) 감광성 재료 층의 바텀 영역에 존재하는 산의 농도를 감소시키는 것이다.
임의 실시양태에서, 산 또는 PAG가 감광성 재료의 톱 표면을 향하여 "부유" 또는 달리 이동하도록 한 조성물을 갖게 감광성 재료가 변형된다면, 그것은 감광성 재료 층의 바텀 영역에서 이용가능한 PAG 성분을 감소시킬 것이다. 이는 도 8 및 감광성 층(802)을 갖는 디바이스(800)에 의해 예시되어 있다. 그 산 또는 PAG(도트(808)에 의해 예시된 것)는 감소된 양의 산 또는 PAG를 지닌 하부 영역(804)을 이탈하여 감광성 층(802)의 상부 영역(806)으로 이동하게 된다. 이는 또한 도 9 및 감광성 층(902)을 갖는 디바이스(900)에 의해 예시되어 있다. 그 산 또는 PAG(도트(808)에 의해 예시된 것)는 감소된 양의 산 또는 PAG를 지닌 하부 영역(804)을 이탈하여 감광성 층(902)의 상부 영역(806)으로 이동하게 된다. 예시되어 있는 디바이스(800) 및 디바이스(900)를 비교하면, 영역들의 상대 크기는 감광성 재료의 농도 및/또는 조성에 따라 좌우된다. 예를 들면, 임의 실시양태에서, 톱 영역(예를 들면, 806)은 그 층의 대략 80%일 수 있다. 다른 실시양태에서, 톱 영역(예를 들면, 806)은 그 층의 대략 20%일 수 있다. 임의 조합이 가능하고, 본 개시내용의 영역에 속한다(2개의 "영역"으로서 예시되어 있지만, 성분의 농도가 등급화될 수 있다는 점을 유의해야 한다). 톱 표면을 향한 산 또는 PAG의 "부유" 또는 이동은 몇 가지 방식으로 달성될 수 있다. 이 "부유"는 감광성 재료의 조성물 및/또는 그 재료의 성분(예를 들면, PAG 또는 산 화학식)에 기인하여 자동적으로 발생할 수 있다는 점을 유의해야 한다. 그 "부유"는 그 층의 형성 직후에(예를 들면, 0.1 초) 실질적으로 발생할 수 있다.
임의 실시양태에서, 불소 원자(들)는 그 산 또는 PAG 구조에 도입된다. 다른 실시양태에서, 다른 비활성의 비교적 가벼운 원자가 불소 대신에 또는 그 불소 이외로 도입된다. 그 불소 원자(들)는 알킬 플루오라이드(CxFy)로서 제공될 수 있다. 임의 실시양태에서, 그 알킬 플루오라이드는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다. 디바이스(800) 및/또는 디바이스(900)의 구성에서 결과로 생성될 수 있는, 산 또는 PAG 화학식을 포함하는 감광성 재료 조성물의 예시적인 실시양태는 하기 논의되어 있다.
임의 실시양태에서, PAG는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00007
상기 식 중에서, R1-는 음이온 단위이다. R1-은 선형 구조, 분지형 구조, 환형 구조 및/또는 다른 적합한 구조일 수 있다. 하나 이상의 알킬 플루오라이드 작용성 단위는 R1-에 결합되어 있다. 그 알킬 플루오라이드 작용기는 산을 그렇게 형성된 층의 톱 영역으로 부유시키는데 도움을 줄 수 있다. 임의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다. 임의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드는 2개 이상의 탄소 원자를 포함한다. 임의 실시양태에서, C2F5는 R1- 내에 제공된다. 임의 실시양태에서, 2개의 알킬 플루오라이드 기가 R1- 내에 포함된다. 임의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드 기는 부유 개선을 위해 -CH2- 기 중 하나에 결합된다.
상기 PAG에서 R2, R3 및 R4 기는 각각 독립적으로 수소일 수 있거나, 또는 선형, 분지형 또는 환형 1가 C1-C20 탄화수소 기일 수 있다. 임의 실시양태에서, R2, R3 및 R4는 알킬 기 또는 알콕시 기를 포함하고, 이들은 헤테로 원자를 포함할 수 있다. 헤테로 원자를 포함하는 탄화수소 기의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, tert-부틸, tert-메틸, n-펜틸, 시클로펜틸, 및/또는 다른 탄화수소가 포함되지만, 이들에 국한되는 것은 아니다. PAG 성분에 대한 추가 설명은 본원에 참고 인용되어 있는 미국 특허 번호 7,670,751에 제공되어 있다.
임의 실시양태에서, PAG는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00008
그 PAG는 선형 음이온성 PAG일 수 있다. 예시되어 있는 바와 같이, 그 음이온성 단위는 C4F9SO3 -이고; 하지만 다른 조성이 가능하다. 임의 실시양태에서, PAG의 부유 성능을 개선시키기 위해서, 카본 플루오라이드 농도가 C5F10SO3 -로 증가된다.
임의 실시양태에서, 감광성 재료의 PAG는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00009
PAG는 선형 음이온성 PAG일 수 있다. R1은 선형, 분지형, 환형 또는 다른 구조일 수 있다. 임의 실시양태에서, -(CH2)n-의 n 단위는 1 내지 10일 수 있다. R2, R3, R4는 벤질 기 또는 치환기를 지닌 벤질기일 수 있다. 예를 들면, 양이온(R2, R3, R4)은 트리페닐술포늄(TPS) 또는 바이페닐술포늄(BPS)일 수 있다. PAG에 부유성을 제공하기 위해서, 하나 이상의 알킬 플루오라이드 작용성 단위가 R1에 결합된다. 예를 들면, 임의 실시양태에서, R1에는 하기 화학식을 갖는 시클로헥산 고리 내에 부착된 2개의 알킬 플루오라이드 기가 제공된다.
Figure pat00010
Rf1 및 Rf2는 그 고리내 서로 오르토, 메타 및/또는 파라 위치에 결합될 수 있다. 그 알킬 플루오라이드 기는 또한 CH2 기에 부착될 수 있다. 임의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드, RF1 및/또는 RF2는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다.
임의 실시양태에서, PAG는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00011
PAG는 선형 음이온성 PAG일 수 있다. R은 알킬 또는 알킬 플루오라이드일 수 있다. 임의 실시양태에서, R은 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함한다. R은 알킬, O, N 또는 S 헤테로원자를 지닌 알킬을 갖는 선형, 분지형, 환형, 및/또는 다른 구조일 수 있다. 임의 실시양태에서, -(CH2)n-의 n 단위는 1 내지 10일 수 있다. A1은 에스테르 결합, 에테르 결합, 티오에테르 결합, 아미드 결합, 카르보네이트 결합 및/또는 다른 적합한 결합일 수 있다. R2, R3, R4는 벤질기 또는 치환기를 지닌 벤질기일 수 있다. 예를 들면, 양이온(R2, R3, R4)은 트리페닐술포늄(TPS) 또는 바이페닐술포늄(BPS)일 수 있다. 부유 성능을 위해서, 알킬 플루오라이드(예를 들면, 2개 이상의 알킬 플루오라이드)는 R 기에 부착될 수 있다. 예를 들면, 알킬 플루오라이드 부착된 음이온성 PAG는 하기 화학식 1을 포함할 수 있거나, 또는 대안으로 하기 화학식 2를 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure pat00012
[화학식 2]
Figure pat00013
상기 식 중에서, 상기 화학식 각각은 아다만틸 기에 부착된 2개의 알킬 플루오라이드를 보유하여 그 성분에 추가적인 부유 특성을 제공한다. 화학식들에서 알킬 플루오라이드의 부착된 위치는 적합한 설계 선택에 기초하여 달라진다.
상기 논의된 PAG의 실시양태들에서, 불소 원자 또는 알킬 플루오라이드 기를 포함하는 음이온 단위가 제공된다. 이는 PAG의 부유성을 강화시킬 수 있다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 불소 원자 또는 알킬 플루오라이드 기를 포함하는 양이온 구조가 제공될 수 있다. 또한 이것도 PAG의 부유성을 강화시킬 수 있다. 예시적인 실시양태가 하기 논의되어 있다.
임의 실시양태에서, TPS 또는 BPS 양이온은 불소 원자를 포함하도록 변형될 수 있다. 예를 들면, 2개 이상의 알킬 플루오라이드 기가 TPS 또는 BPS 구조 상에 합성된다. 그 알킬 플루오라이드 기들은 벤질 기에 결합될 수 있다.
예를 들면, 임의 실시양태에서, PAG는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00014
예시되어 있는 바와 같이, PAG는 양이온 PAG에 결합된 알킬 플루오라이드 기를 포함한다. 그 알킬 플루오라이드 기는 임의의 알킬 플루오라이드 CxFy를 포함할 수 있고, 여기서 x는 1 내지 10이다. 임의 실시양태에서, 그 알킬 플루오라이드는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다.
다른 예로서, 임의 실시양태에서, PAG는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pat00015
예시되어 있는 바와 같이, PAG는 양이온 PAG에 결합된 알킬 플루오라이드 기를 포함한다. 그 양이온 PAG는 알킬 기를 포함한다. 알킬 플루오라이드 기는 임의의 알킬 플루오라이드 CxFy를 포함할 수 있으며, 여기서 x는 1 내지 10이다. 임의 실시양태에서, 알킬 플루오라이드는 CF3, C2F5, C3F7 및/또는 다른 적합한 기를 포함할 수 있다.
상기 논의된 실시양태들은 PAG 성분에 결합될 수 있는 불소 또는 알킬 플루오라이드 기를 제공한다. 특정 실시양태에서, 알킬 플루오라이드 기는 음이온 단위에 결합된다. 다른 실시양태에서, 알킬 플루오라이드 기는 양이온 기에 결합된다. 알킬 플루오라이드 기의 첨가는 형성된 그대로의 감광성 재료 층의 PAG 성분의 분포를 변형시키는 작용을 할 수 있다. 이는 논의된 프로파일 이슈들, 예를 들면 도 3의 다비이스(300)의 언더컷 프로파일(302) 및/또는 도 2의 디바이스(200)의 T-톱 프로파일(202)을 개선시키는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 부유 PAG는 형성된 포토레지스트 피처의 톱 프로파일 영역에서 산의 양을 증가시키고 이로써 그 영역에서 보다 강한 산 로딩을 보정한다. 따라서, 결과로서, 도 7의 피처(702)와 같은 직선 벽 피처가 제공될 수 있다.
임의 실시양태에서, PAG의 2 이상의 조성물이 감광성 재료에 제공될 수 있다. PAG의 조성물은 특정한 기능에 따라 변할 수 있고/있거나, 유도될 수 있다. 예를 들면, 임의 실시양태에서는, 결합된 알킬 플루오라이드 기를 지닌 PAG가 부유 목적으로 제공되고, 또한 통상적인 PAG가 감광성 재료 내에 포함된다.
상기 논의된 켄처 및/또는 PAG 조성물은 단지 예시적인 실시양태를 제공하는 것으로 본 개시내용의 적용을 한정하기 위한 것이 아님을 유의해야 한다. 예를 들면, 현재 공지되거나 최근에 개발된 불소 및/또는 알킬 플루오라이드 기의 치환 및/또는 제공으로부터 이익을 얻을 수 있는 추가의 구조가 인지될 수 있다. 다양한 예들, 예를 들면 본원에 참고 인용되어 있는 미국 특허 출원 번호 2008/0153036에 기술된 것들이 제공된다.
유사하게도, 본 개시내용은 켄처 또는 PAG 조성물에 제한되는 것이 아니라 감광성 재료에 포함된 다양한 성분에도 적용된다. 이들 성분은, 예를 들면 광염기 발생제(PBG), 광분해 켄처(PDQ) 및/또는 다른 성분을 포함한다. 임의 실시양태에서,부유 특성을 개선하기 위해서 알킬 플루오라이드 기를 포함하는 질소 함유 유기 염기 화합물이 제공될 수 있다. 추가적인 예들이, 본원에 논의된 바와 같은 알킬 플루오라이드 기를 포함하도록 변형될 수 있는 성분들을 기술하고 있는, 본원에 참고 인용되어 있는 미국 특허 출원 번호 2010/0304297에 제공되어 있다.
본 개시내용의 또다른 적용은 일명 사이드 로브 인쇄 현상(side lobe printing out phenomena)을 감소시킬 수 있는 처리 방법이다. 디바이스의 임계 치수가 수축함에 따라, 이는 리소그래피에 대한 공정 영역을 감소시키며, 그리고 적당한 레지스트 피처를 생성하는데 있어 그 리소그래피 공정에 보다 많은 문제점을 야기하도록 만든다. 예를 들면, 임의 패턴에서 작은 피처는 사이드 로브 작용을 야기할 수 있으며, 이는 기판 상에 이미지화된 바람직하지 못한 피처를 결과로서 초래한다. 기판에 인쇄하고자 하는 주요 피처를 조사하는 동안, 그 사이드 로브 작용은 원하지 않은 영역에서 기판 상에 입사될 수 있는 방사선(주요 이미지화된 피처보다 더 약하다고 할지라도)을 제공할 수 있다. 이는 원하지 않는 영역에서(예를 들면, 포토레지스트 층의 표면 부근에서) 발생될 수 있는 소량의 광산을 제공한다. 이러한 광산은 미반응 상태로 잔류하기 때문에 바람직하지 못하고, 현상된 레지스트에서 원하지 않은 피처를 형성할 것이다.
따라서, 본 발명 방법 및 조성물은 원하지 않은 산을 중화시키는데 제공될 수 있다. 예를 들면, 감광성 재료내 추가적인 부유 염기 성분은 사이드 로브 현상으로 형성된 산을 켄칭하는 작용을 할 수 있다. 그 산은 부유 켄처, 부유 아민 성분, 부유 PDQ, 부유 PBG 및/또는 다른 염기성 성분을 제공함으로써 켄칭될 수 있다.
이하 도 10을 참조할 때, 도 10에는 감광성 재료 층에서 임의 패턴을 형성시키는 공정을 제공하는 방법(1000)이 예시되어 있다. 그 방법(1000)은 결과로 생성되는 감광성 층에 대한 프로파일 이슈가 결정되는 블록(1002)에서 시작한다. 그 프로파일 이슈는 도 1-4에 관하여 상기 논의된 프로파일 중 하나 이상과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들면, 임의 실시양태에서, 감광성 재료는 풋팅 프로파일 이슈를 갖는 것으로 결정된다(예를 들면, 도 1을 참조하여 상기 기술된 디바이스(100)를 참고한다). 임의 실시양태에서, 감광성 층은 T-톱 프로파일 이슈를 갖는 것으로 결정된다(예를 들면, 도 2를 참조하여 상기 기술된 디바이스(200)를 참고한다). 임의 실시양태에서 감광성 층은 언더컷 프로파일 이슈를 갖는 것으로 결정된다(예를 들면, 도 3을 참조하여 상기 기술된 디바이스(300)를 참고한다). 임의 실시양태에서, 감광성 층은 톱-라운딩 프로파일 이슈를 갖는 것으로 결정된다(예를 들면, 도 4를 참조하여 상기 기술된 디바이스(400)를 참고한다).
프로파일 이슈는 감광성 재료, 포토리소그래피 장비, 밑에 있는 층(들), 예컨대 바텀 반사방지 코팅, 위에 놓인 층(들), 예컨대 톱 반사방지 코팅, 패턴 유형(예를 들면, 종횡비), 및/또는 다른 인자, 예컨대 도 1-4를 참조하여 상기 논의된 것들로부터 제기될 수 있다. 프로파일 이슈는 시험 칩, 이전 제품 결과, 모의실험 결과, 데이타 분석, 및/또는 다른 적합한 방법으로부터 결정될 수 있다. 프로파일 이슈는 방법(1000)에서 기술된 디바이스 상에서의 층 형성 전에 결정된다는 점을 유의해야 한다.
이어서, 방법(1000)은 보정 전략이 결정되는 블록(1004)으로 진행된다. 그 보정 전략은 상기 기술된 프로파일 이슈의 감소 및/또는 교정을 제공하는 감광성 재료 조성물에 대한 변경을 포함할 수 있다. 에를 들면, 그 보정 전략은 패턴화된 감광성 재료의 충실도를 증가시키고/시키거나, 패턴화된 감광성 층의 피처의 개선된 측부 측벽을 제공하도록 구비될 수 있다. 임의 실시양태에서, 그 보정 전략은 침착된 감광성 층의 하나의 부분에서(예를 들면, 상부 또는 하부에서) 산 또는 PAG 농도를 증가 또는 감소시키는 것을 포함한다. 임의 실시양태에서, 보정 전략은 침착된 감광성 층의 하나의 부분에서(예를 들면, 상부 또는 하부에서) 켄처 또는 염기 농도를 증가 또는 감소시키는 것을 포함한다.
이어서, 방법(1000)은 감광성 재료 제제(예를 들면, 조성물)가 결정되어 그 보정 전략을 해소하는데 제공되는 블록(1006)으로 진행된다. 임의 실시양태에서, 침착된 감광성 재료의 톱 표면에서 증가된 산 또는 PAG를 제공하는 감광성 재료 제제가 결정된다. 임의 실시양태에서, 침착된 감광성 재료 층의 바텀 부분에서 증가된 산 또는 PAG를 제공하는 감광성 재료 제제가 결정된다. 임의 실시양태에서, 감광성 재료 층의 톱 부분에서 증가된 염기 또는 켄처를 제공하는 감광성 재료 제제가 결정된다. 임의 실시양태에서, 침착된 감광성 재료 층의 바텀 부분에서 증가된 염기 또는 켄처를 제공하는 감광성 재료 제제가 결정된다.
블록(1006)에 제공된 감광성 재료 조성물 또는 제제는 도 5, 6, 7, 8 및 9 및 수반되는 설명(들)을 참조하여 상기 논의된 조성물과 실질적으로 유사할 수 있다.
이어서, 방법(1000)은 감광성 재료가 기판에 도포되어 있는 블록(1008)로 진행된다. 도포된 감광성 재료는 상기 기술된 방법(1000)의 블록(1006)에서 현상되는 제제를 포함할 수 있다.
기판은 반도체 기판(예를 들면, 웨이퍼)일 수 있다. 임의 실시양태에서, 기판은 결정질 구조의 규소일 수 있다. 대안적인 실시양태에서, 기판은 다른 원자 반도체, 예컨대 게르마늄을 포함할 수 있거나, 또는 화합물 반도체, 예컨대 탄화규소, 비소화갈륨, 비소화인듐, 및 인화인듐을 포함할 수 있다. 기판은 절연체 상의 규소(SOI) 기판을 포함할 수 있고/있거나, 성능 강화를 위해 변형/응력 처리될 수 있고/있거나, 에피탁시 성장 영역을 포함할 수 있고/있거나, 절연 영역을 포함할 수 있고/있거나, 도핑된 영역을 포함할 수 있고/있거나, 하나 이상의 반도체 디바이스 또는 이의 부분을 포함할 수 있고/있거나, 전도성 및/또는 절연성 층을 포함할 수 있고/있거나, 다른 적합한 피처 및 층을 포함할 수 있다. 임의 실시양태에서, 기판은 CMOS 공정 기법의 전형이다. 그러나, 반도체 웨이퍼의 형태로 존재하는 기판을 처리하는 것이 기술되어 있긴 하지만, 기판 및 공정의 다른 예들, 예컨대 인쇄 회로판용 기판, 다마신 공정, 및 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD) 기판 및 공정 등이 본 발명으로부터 이익을 얻을 수 있다는 점을 이해해야 한다.
감광성 재료 층은 코팅(예를 들면, 스핀-온 코팅) 및 소프트 베이킹과 같은 공정에 의해 형성될 수 있다. 임의 실시양태에서, 감광성 재료 층은 바텀 반사방지 코팅 층(BARC: bottom anti-reflective coating layer) 상에 형성된다.
이어서, 방법(1000)은 기판이 조사되는 블록(1010)으로 진행된다. 그 방법은 블록(1006) 및 (1008)에 관해서 상기 설명된, 에너지 민감성인 감광성 층을 노출시키는데 다양하고/하거나 변하는 파장의 방사선을 사용할 수 있다. 임의 실시양태에서, 기판은 자외선(UV) 또는 극자외선(EUV) 방사선을 사용하여 조사된다. 그 방사선 빔은 추가적으로 또는 대안적으로 다른 방사선 빔, 예컨대 이온 빔, x-선, 극자외선, 심자외선, 및 다른 적당한 방사선 에너지를 포함할 수 있다. 예시적인 방사선은 크립톤 플루오라이드(KrF) 엑시머 레이저로부터 유래된 248 nm 빔, 아르곤 플루오라이드(ArF) 엑시머 레이저로부터 유래된 193 nm 빔, 및/또는 다른 적당한 파장 방사선을 포함한다. 임의 예에서, 노출 공정 동안 산을 발생시키는 광산 발생제(PAG)는 노출/비노출 재료의 용해도를 변경한다. 감광성 재료 층을 패턴화하는데 사용된 리소그래피 공정은 함침 리소그래피, 포토리소그래피, 광학 리소그래피 및/또는 감광성 층 상에 패턴을 전사할 수 있는 다른 패턴화 방법을 포함한다.
노출 후, 노광후 가열(PEB) 공정이 수행될 수 있다. 그 가열 공정 동안, 포토레지스트 층이 상승된 온도에서 제공된다. 이는 보다 많은 산이 화학 증폭 공정을 통해 광 발생된 산으로부터 발생될 수 있게 한다.
패턴에 노출된 후, 감광성 재료 층은 현상될 수 있다. 현상은 도 7에 관하여 상기 기술된 바와 같은 복수의 마스킹 부재 또는 피처를 포함하는 패턴화된 포토레지스트 층을 형성할 수 있다. 현상 공정 동안, 현상 용액은 감광성 재료 층에 도포된다. 하나의 실시양태에서, 방사선에 노출되는 감광성 재료는 현상 용액(현상제)에 의해 제거된다. 그러나, 네가티브 유형 레지스트가 또한 가능하다. 현상 용액은 포지트브 톤 현상제 또는 네가티브 톤 현상제일 수 있다. 한가지 예시적인 현상제는 수성 테트라메틸암모늄 히드록사이드(TMAH)이다.
그 방법은 세정, 건조 및/또는 다른 적합한 공정으로 진행될 수 있다. 그 패턴화된 감광성 층은 밑에 있는 층 상에서 하나 이상의 공정, 예컨대 에칭, 이온 주입, 침착 및/또는 CMOS 상용성 공정의 유형인 것을 비롯한 다른 적합한 공정을 수행할 때 마스킹 부재로서 사용될 수 있다. 이어서, 감광성 재료 층은 기판으로부터 제거될 수 있다.
요약하건대, 본원에 개시된 방법 및 디바이스는 감광성 재료에 의해 형성된 층의 원하는 영역으로 다성분 감광성 재료의 성분을 이동시키는 것을 제공한다. 그렇게 할 때, 본 개시내용의 실시양태는 종래 기술의 디바이스에 비하여 이점을 제공한다. 본 개시내용의 일부 실시양태의 이점은 패턴, 및 감광성 재료로부터 패턴화된 피처의 실질적으로 선형인 측벽의 증가된 충실도를 제공하는 것을 포함한다. 예를 들면, 산 및/또는 염기는 성분들 간의 원하는 균형이 패턴화 전에 임의 층 내로 제공되도록 이동될 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시양태는 또한 하나의 성분이 비균일하게 분포되거나, 성분들 간의 자연 발생의 원하지 않은 분포를 설명하는 것이 유리할 수 있는지에 관한 이슈를 해소하는데 적용될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 피처의 톱 부근에 위치하고자 하는 성분에는 형성된 층의 톱으로 그 성분이 "부유"되게 하는 알킬 플루오라이드 기의 형태에서와 같은 불소 원자가 제공된다. 설계 고려사항에 기초하여, "부유" 및 요구되는 특성을 위해 선택된 성분이 결정될 수 있다. 본원에 개시된 상이한 실시양태들이 상이한 개시내용을 제공한다는 점, 및 그 실시양태들이 본 개시내용의 사상 및 영역으로부터 벗어나는 일 없이 본원에서 다양한 변경예, 치환예 및 변형예를 구성할 수 있다는 점을 이해해야 한다. 따라서, 하나의 실시양태에는 용매; 광산 발생제(PAG) 성분; 및 켄칭 성분을 포함하는 감광성 재료가 제공된다. PAG 및 켄처 중 하나 이상은 알킬 플루오라이드 기를 포함할 수 있다. 감광성 재료의 다른 실시양태에서, 다른 성분(PAG 또는 켄처 이외에 또는 그 대신에)이 형성된 그대로의 층의 상부 영역으로 "부유"하도록 결정되고, 그 성분에는 불소 또는 알킬 플루오라이드 기가 제공된다.
다른 실시양태에서, 기판 상에 패턴을 형성시키는 방법이 제공된다. 그 방법은 반도체 기판을 제공하는 단계 및 그 반도체 기판 상에 감광성 층을 형성시키는 단계를 포함한다. 그 감광성 층은 불소 원자를 함유하는 제1 성분을 포함한다. 감광성 층을 형성한 후, 제1 성분은 감광성 층의 톱 표면으로 부유된다. 이후, 감광성 층이 패턴화된다. 제1 성분은 광산 발생제(PAG), 켄처, 광염기 발생제(PBG), 광분해 켄처(PDQ), 알킬 플루오라이드 기, C2F5 기, 및/또는 상기 기술된 바와 같은 다른 적합한 성분들을 포함할 수 있다. 또다른 실시양태에서, 반도체 디바이스를 제조하는 방법이 제공된다. 그 방법은 제1 피처의 형성과 관련된 프로파일 이슈를 결정하는 것을 포함한다. 이어서, 그 결정된 프로파일 이슈를 보정하기 위한 감광성 재료에 대한 형성이 결정된다. 기판 상의 결정된 감광성 재료 형성을 갖는 감광성 재료의 층이 형성된다. 이어서, 감광성 재료의 층은 제1 피처를 제공하도록 패턴화된다.

Claims (8)

  1. 용매, 광산 발생제(PAG: photoacid generator), 및 켄처(quencher)에 결합되어 있는 C2F5의 알킬 플루오라이드 기를 갖는 상기 켄처를 포함하는 감광성 재료를 제공하는 단계;
    반도체 기판 상에 상기 감광성 재료를 침착하는 단계;
    상기 감광성 재료가 반도체 기판 상에 배치되는 동안, 감광성 재료를 포함하는 층의 하부 영역에서 상부 영역으로 C2F5의 알킬 작용기를 갖는 켄처가 부유하는 단계로서, 부유하는 켄처가 하기 화학식을 갖는 것인 단계:
    Figure pat00016

    (상기 식 중에서, R4, R5 및 R6은 알킬 플루오라이드이고, R4, R5 및 R6 중 하나는 C2F5 성분이다);
    이후, 감광성 재료의 층을 방사선 빔에 노출시키는 단계로서, 상부 영역은 상기 층의 노출 후 하부 영역보다 더 적은 양의 광산 발생제로부터의 산을 가지는 것인 단계; 및
    노출된 층을 현상하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 현상하는 단계가 수직 측벽을 형성하는 것을 포함하도록 켄처의 농도를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, R4가 C2F5 성분인 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, R5가 C2F5 성분인 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, R6이 C2F5 성분인 것인 방법.
  6. 용매, 광산 발생제, 및 켄처에 결합되어 있는 알킬 플루오라이드 기를 갖는 상기 켄처를 포함하는 감광성 재료를 제공하는 단계;
    반도체 기판 상에 상기 감광성 재료를 침착하는 단계;
    상기 감광성 재료가 반도체 기판 상에 배치되는 동안, 감광성 재료를 포함하는 층의 하부 영역에서 상부 영역으로 C2F5의 알킬 작용기를 갖는 켄처가 부유하는 단계로서, 부유하는 켄처가 하기 화학식을 갖는 것인 단계:
    Figure pat00017

    (상기 식 중에서, R12는 C2F5 성분이다);
    이후, 감광성 재료의 층을 방사선 빔에 노출시키는 단계로서, 상부 영역은 상기 층의 노출 후 하부 영역보다 더 적은 양의 산을 가지는 것인 단계; 및
    노출된 층을 현상하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 현상하는 단계가 수직 측벽을 형성하는 것을 포함하도록 켄처의 농도를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 감광성 재료는 용매를 더 포함하는 것인 방법.

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