KR20170066225A - 기상-증착된 금속 옥사이드-함유 하드마스크들의 euv 포토패터닝 - Google Patents

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Abstract

광 리소그래피와 기상 증착에 의한 막 형성의 단계들을 결합한 진공-통합된 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성 프로세스 및 관련된 진공-통합된 하드웨어는, 현재의 방법들에 대해 실질적으로 감소된 비용으로 금속 옥사이드-함유 하드마스크들의 집적 포토패터닝을 발생시킨다.

Description

기상-증착된 금속 옥사이드-함유 하드마스크들의 EUV 포토패터닝{EUV PHOTOPATTERNING OF VAPOR-DEPOSITED METAL OXIDE-CONTAINING HARDMASKS}
이 개시는 일반적으로 반도체 프로세싱의 분야에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 EUV 패터닝을 위한 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하기 위한 프로세스들에 관한 것이다.
반도체 프로세싱에서 박막들의 패터닝은 종종 반도체들의 제조에서 중요한 단계이다. 패터닝은 리소그래피를 수반한다. 193 ㎚ 포토리소그래피와 같은 종래의 포토리소그래피에서, 패턴들은 마스크 상으로 광자 소스로부터의 광자들을 방출하고 그리고 광민감성 포토레지스트 상에 패턴을 프린팅함으로써 프린팅되고, 이에 따라 현상 후에, 패턴을 형성하도록 포토레지스트의 특정한 부분들을 제거하는 포토레지스트의 화학적 반응을 유발한다.
진보된 기술 노드들 (International Technology Roadmap for Semiconductors에 의해 규정된 바와 같음) 은 22 ㎚, 16 ㎚, 그리고 그 이상의 노드들을 포함한다. 16 ㎚ 노드에서, 예를 들어, Damascene 구조체 내의 통상적인 비아 또는 라인의 폭은 통상적으로 약 30 ㎚보다 크지 않다. 다른 디바이스들 및 진보된 반도체 집적 회로들 (IC들) 상의 피처들의 스케일링은 해상도를 개선하도록 리소그래피를 구동한다. 이러한 일 방법은 EUV (extreme ultraviolet) 복사를 사용하는, 때때로 EUV 레지스트로 지칭되는 광민감성 막의 직접 패터닝이다.
통상적인 현재의 EUV 레지스트들은 폴리머계 CAR들 (chemically amplified resists) 이다. CAR들의 개선들은 레지스트 블러 (resist blur) (산 확산) 를 감소시킴으로써 행해지고 그리고 패턴 붕괴는 고 표면 접착력 및 구조적 무결성을 가진 박막들을 사용함으로써 행해진다. 그러나, 얇은 CAR들은 멀티-단계 패턴 전사를 지원하도록 부가적인 층들의 사용을 필요로 하는 복잡성 및 프로세스 윈도우에 영향을 준다.
CAR들에 대한 대안은 바로 포토패턴 가능한 금속 옥사이드 막들이다. 현재의 이러한 막들은 스핀-온 (spin-on) 기술들에 의해 생성되고, 그리고 상당한 양의 복잡한 금속 클러스터 전구체들을 소모하고, 매우 고 비용을 발생시킨다.
본 개시의 양태들은 기상-증착된 금속 옥사이드-함유 하드마스크들의 직접 EUV 포토패터닝을 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 이러한 방법들 및 장치들은 30 ㎚ 이하의 패터닝 해상도를 제공할 수 있다. 금속 옥사이드-함유 막은 진공 환경에서 EUV 노출에 의해 직접적으로 (즉, 별개의 포토레지스트를 사용하지 않고) 패터닝된다. 예를 들어, 패터닝의 EUV 노출은 EUV 리소그래피를 사용하여 수행된다. 방법, 및 연관된 장치는 필요한 하드마스크 전구체의 양을 크게 감소시키고 그리고 또한 보다 간단한 전구체들의 사용을 인에이블하여 CAR들에 비해 보다 저 순 (net) 비용을 발생시킨다.
일 구현예에서, EUV-민감성 금속 옥사이드-함유 막이 반도체 기판 상에 기상-증착된다. 이어서 금속 옥사이드-함유 막은 진공 환경에서 직접적으로 EUV 노출에 의해 패터닝되고, 그리고 패턴은 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하도록 현상된다. 이 방식으로, 상당히 감소된 비용의 금속 옥사이드-함유 하드마스크들의 직접 포토패터닝의 결과를 가진 광학적 리소그래피 및 기상 증착에 의한 막 형성의 단계들을 결합한 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성 프로세스가 제공된다. 또 다른 양태에서, 진공-통합된 하드웨어가 이러한 프로세스의 구현을 위해 제공된다.
다양한 실시예들에서, 기상 증착은 CVD 또는 ALD에 의해 수행될 수도 있다. 금속 옥사이드-함유 막은 광민감성 금속유기 옥사이드 막, 예컨대, 유기주석 옥사이드, 예를 들어 할로 알킬 Sn, 알콕시 알킬 Sn 또는 아미도 알킬 Sn일 수도 있다. 적합한 전구체들의 일부 특정한 예들은 트리메틸 주석 클로라이드, 디메틸주석 디클로라이드, 메틸주석 트리클로라이드, 트리스(디메틸아미노)메틸 주석(IV) 및 (디메틸아미노)트리메틸 주석(IV)을 포함한다. 증착은 RF 플라즈마 내에서 이산화탄소와 유기주석 옥사이드, 예를 들어 RF 플라즈마 내에서 이산화탄소와 Sn(Cl)3CH3의 CVD에 의해 형성된 CH3Sn(SnO)3의 반응을 포함할 수도 있다.
다양한 실시예들에서, EUV 노출은 증착된 유기주석 옥사이드 막의 노출된 부분에서 이합체화 반응을 유발하고, 예를 들어, 증착된 유기주석 옥사이드 막은 CH3Sn(SnO)3일 수도 있고 그리고 EUV 노출시 이합체화는 노출된 부분에서 Sn2((SnO)3)2를 생성할 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 노출 단계는 포토레지스트를 사용하지 않고, 진공 환경에서 직접적으로 EUV 노출에 의한 금속 옥사이드-함유 막의 패터닝 단계, 뒤이어 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하기 위한 현상 단계를 제공한다.
현상시, 금속 옥사이드-함유 막의 노출된 부분 또는 노출되지 않은 부분이 제거된다. 패턴 현상을 수행하도록 기판은 진공 환경 외부로 이송될 수도 있다. 예를 들어, Sn2((SnO)3)2 노출된 부분은 현상시 고온 에탄올 및 물에 의해 진공 환경 외부로 제거될 수도 있다.
또 다른 구현예에서, 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성을 수행하기 위한 장치가 기술된 프로세스들을 수행하도록 진공 통합을 제공할 수 있다. 장치는 금속 옥사이드-함유 막 기상 증착 모듈, 금속 옥사이드-함유 막 패터닝 모듈, 및 증착 모듈과 패터닝 모듈을 연결하는 진공 이송 모듈을 포함한다. 기상 증착 모듈은 PECVD 툴과 같은, 광민감성 유기주석 옥사이드 막을 기상 증착하기 위한 반응기 챔버를 포함할 수도 있다. 패터닝 모듈은 EUV 리소그래피 툴과 같은 30 ㎚ 이하의 파장 복사의 소스를 가진 포토리소그래피 툴을 포함할 수도 있다.
장치는 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함한 제어기를 더 포함할 수 있다. 인스트럭션들은: 금속 옥사이드-함유 막 기상-기반 증착 모듈 내에서, 반도체 기판 상에 EUV-민감성 금속 옥사이드-함유 막을 증착하기 위한 코드; 진공 하에서 기판을 금속 옥사이드-함유 막 패터닝 모듈로 이송하기 위한 코드; 금속 옥사이드-함유 막 패터닝 모듈 내에서, 진공 환경에서 직접적으로 EUV 노출에 의해 금속 옥사이드-함유 막을 패터닝하기 위한 코드; 및 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하도록 패턴을 현상하기 위한 코드를 포함한다. 인스트럭션들은 패턴 현상을 수행하도록 기판을 EUV 리소그래피 툴 외부로 이송하기 위한 코드를 더 포함할 수 있다.
이들 및 다른 특징들 및 본 개시의 이점들은 연관된 도면들에 대해 이하에 보다 상세히 기술될 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 기상-증착된 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성 프로세스에 대한 대표적인 프로세스 플로우를 예시한다.
도 2는 여기된 Sn 드롭릿들 (droplets) 을 사용하는 EUV 소스의 방출 스펙트럼을 제공한다.
도 3은 샘플 전구체들 및 연관된 반응들을 포함한, 개시된 증착, 노출/패터닝 및 현상 프로세스들의 실시예들에 대한 화학 반응을 예시한다.
도 4는 진공-통합된 장치에서 본 명세서에 기술된 프로세스들의 구현에 적합한, 진공 이송 모듈과 인터페이싱하는 기상 증착 및 패터닝 모듈들을 가진 반도체 프로세스 클러스터 아키텍처를 도시한다.
참조가 이제 본 개시의 특정한 실시예들에 대해 상세히 행해질 것이다. 특정한 실시예들의 예들은 첨부된 도면들에 예시된다. 본 개시는 이들 특정한 실시예들과 함께 기술될 것이지만, 본 개시를 이러한 특정한 실시예들로 제한하도록 의도되지 않음이 이해될 것이다. 대조적으로, 본 개시의 정신 및 범위 내에 포함될 수도 있는 것으로서 대안들, 수정들, 및 등가물들이 포함된다고 의도된다. 다음의 기술에서, 다수의 특정한 상세들이 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 본 개시는 이들 특정한 상세들 전부 또는 일부 없이 수행될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.
서론
EUV (extreme ultraviolet) 리소그래피는 작은 임계 치수 피처들을 패터닝하기 위해서 현재의 포토리소그래피 방법들을 사용하여 달성 가능한 보다 작은 이미징 소스 파장들로의 이동에 의해 리소그래픽 기술을 리소그래픽 기술의 광학적 제한들을 넘어 확장할 수 있다. 대략 13.5 ㎚ 파장의 EUV 광 소스들은 또한 스캐너들로 지칭되는 리딩-에지 리소그래피 툴들을 위해 사용될 수 있다. EUV 복사는 석영 및 수증기를 포함한 넓은 범위의 고체 및 유체 재료들에 강하게 흡수되고, 그래서 진공에서 동작한다.
EUV 리소그래피는 통상적으로 종래의 포토레지스트 프로세스를 사용하여 패터닝된 유기 하드마스크 (예를 들어, PECVD 비정질 수소화된 탄소의 애시가능한 하드마스크) 를 사용한다. 포토레지스트 노출 동안, EUV 복사는 레지스트 내에 그리고 이하의 기판 내에 흡수되고, 매우 에너제틱 (energetic) 광전자들 (약 100 eV) 을 생성하고 그리고 결국 측방향으로 수 나노미터만큼 확산하는 저-에너지 2차 전자들 (약 10 eV) 의 캐스케이드를 생성한다. 이들 전자들은 레지스트의 EUV 도즈 민감도를 증가시키는 레지스트 내의 화학적 반응들의 정도를 증가시킨다. 그러나, 본질적으로 랜덤인 2차 전자 패턴은 광학적 이미지 상에 겹쳐 놓인다. 이 원치 않은 2차 전자 노출은 해상도의 손실, 관찰 가능한 LER (line edge roughness) 및 패터닝된 레지스트 내의 라인 폭 변동을 발생시킨다. 이들 디펙트들은 차후의 패턴 전사 에칭 동안 패터닝될 재료에서 반복된다.
포토레지스트와 같은 절연체와 달리, 금속 옥사이드-함유 재료는 2차 전자들이 신속하게 에너지를 손실할 수 있고 그리고 전도 전자들과의 스캐터링에 의해 열중성자화할 (thermalize) 수 있기 때문에 2차 전자 노출 효과들에 덜 영향을 받는다. 그러나, 마스크 내로 블랭킷 (blanket) 금속 막을 패터닝하도록 사용된 포토레지스트 내 전자 스캐터링은 여전히 LER과 같은 받아들일 수 없는 결과들을 유발할 것이다.
상기에 주지된 바와 같이, 통상적인 현재의 금속 옥사이드-함유 EUV 레지스트들은 매우 고 비용으로 상당한 양의 복합 금속 클러스터 전구체들을 소모하는 액체-기반 스핀-온 기술들에 의해 생성된 폴리머계 CAR들 (chemically amplified resists) 이다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, CVD 또는 ALD에 의해 증착된 유기주석 옥사이드들과 같은, 기상 증착된 금속 옥사이드-함유 막들은 직접 EUV 포토패터닝에 특히 적합하다고 발견되었다. 일 구현예에서, EUV-민감성 금속 옥사이드-함유 막이 반도체 기판 상에 기상-증착된다. 이어서 금속 옥사이드-함유 막은 진공 환경에서 직접적으로 EUV 노출에 의해 패터닝되고, 그리고 패턴은 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하도록 현상된다. 이 방식으로, 상당히 감소된 비용의 금속 옥사이드-함유 하드마스크들의 직접 포토패터닝의 결과를 가진 광학적 리소그래피 및 기상 증착에 의한 막 형성의 단계들을 결합한 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성 프로세스가 제공된다.
다양한 실시예들에서, 기상-기반 증착 프로세스 (예를 들어, CVD 또는 ALD) 는 예를 들어 EUVL 광 소스의 파장 (예를 들어, 13.5 ㎚ = 91.8 eV) 에서, (예를 들어, 약 10 내지 20 ㎚의 파장들로) EUV 내 강한 흡수를 하는, 광민감성 금속-옥사이드 함유 유기 화합물 (유기금속성 옥사이드 화합물) 과 같은 금속-옥사이드 함유 막의 박막을 형성하도록 사용될 수 있는 Lam Vector®과 같은 PECVD 툴 내에서 수행될 수도 있다. 이 포토패터닝은 (예를 들어, Lam 2300® Kiyo®과 같은 전도체 에칭 툴 내에서) 차후의 에칭 동안 패턴 전사 층인 금속-옥사이드 함유 마스크를 형성한다.
일부 실시예들에서, 증착은 리소그래피 플랫폼 (예를 들어, 네덜란드 펠트호번 소재의 ASML에 의해 공급된 TWINSCAN NXE: 3300B® 플랫폼과 같은 웨이퍼 스텝퍼) 과 통합되고 그리고 노출 전에 반응하지 않도록 진공 하에서 이송되는 챔버 내에서 수행될 수 있다. 리소그래피 툴과의 통합은 EUVL이 또한 H2O, O2, 등과 같은 주위 가스들에 의해 입사한 광자들의 강한 광학적 흡수를 고려할 때 크게 감소된 압력을 필요로 한다는 사실에 의해 가능하게 된다.
기상-증착된 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성
도 1a 내지 도 1d는 기상-증착된 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성 프로세스에 대한 대표적인 프로세스 플로우를 예시한다. 일반적으로, 막이 EUV 노출에 의해 패터닝될 수 있도록, EUV-민감성 금속 옥사이드-함유 막은 반도체 기판 상에 증착된다. 이어서 금속-함유 막은 직접적으로 (즉, 포토레지스트를 사용하지 않고) EUV 노출에 의해 패터닝되고, 금속 옥사이드-함유 마스크를 형성하도록 패턴 현상이 이어진다. 이 기술은 주로 EUVL (EUV lithography) 에 의해 패터닝된, 금속 옥사이드-함유 막들, 특히 금속이 Sn인 경우에, 예를 들어 유기주석 옥사이드 막들을 참조하고, 특히 EUVL은 여기된 Sn 드롭릿들을 사용하는 EUV 소스를 갖는다. 이러한 막들은 본 명세서에서 EUV-민감성 막들로 지칭된다. 그러나, 다른 구현예들이 상이한 금속-함유 막들을 포함하여 가능한다는 것이 이해되어야 한다.
바람직한 하드마스크 금속은 강한 흡수체일 것이고 그리고 상대적으로 넓은 흡수 프로파일, 고 용해점, 저 가단성 (malleability)/고 물리적 안정성을 가질 것이고 그리고 쉽게 증착될 것이다. 이 개시의 목적들을 위해, 미리 결정된 에너지의 광자를 방출하는 재료가 또한 상기 에너지의 광자를 흡수할 것임을 주지하는 것이 중요하다. 강하게 흡수된 광은 목표된 분해를 발생시킬 것이고 또는 그렇지 않으면 노출된 영역들이 열, 습식 화학 반응, 등으로 제거될 수 있도록 막을 감광성이 되게 할 것이다 (sensitize). 도 2는 여기된 Sn 드롭릿들을 사용하는 EUV 소스의 방출 스펙트럼을 제공한다. 다양한 금속들의 방출/흡수 속성들과 관련된 이들 개시를 위한 참조로 본 명세서에 인용된, R.W. Coons, 등의, "Comparison of EUV spectral and ion emission features from laser produced Sn and Li plasmas", Proc. Of SPIE Vol. 7636 73636-1 (2010); R.C. Spitzer, 등의, "Conversion efficiencies from laser-produced plasmas in the extreme ultraviolet region", 79 J. Appl. Phys., 2251 (1996); 및 H.C. Gerritsen, 등의, "Laser-generated plasma as soft x-ray source", J. Appl. Phys. 59 2337 (1986)을 참조하라. 방출된 광자들은 약 13.5 ㎚ 또는 91.8 eV이다. 그러므로, Sn은 이 애플리케이션을 위한 바람직한 하드마스크 금속이다.
도 1a를 다시 참조하면, 패터닝될 반도체 기판 (100) 이 도시된다. 통상적인 예에서, 반도체 기판 (100) 은 부분적으로-형성된 집적 회로들을 포함한 실리콘 웨이퍼이다.
도 1b는 반도체 기판 (100) 상에 기상 증착된 EUV-민감성 금속 옥사이드-함유 막 (102) 을 예시한다. 일반적으로, 증착 전에, 반도체 기판 (100) 은 진공 하에서 금속 옥사이드-함유 막 기상 증착을 위해 반응기 챔버 내에 배치된다. 기상 증착은 CVD 또는 ALD에 의해 수행될 수도 있다. 금속 옥사이드-함유 막은 광민감성 금속유기 옥사이드 막, 예컨대, 유기주석 옥사이드, 예를 들어, 할로 알킬 Sn, 알콕시 알킬 Sn 또는 아미도 알킬 Sn일 수도 있다. 적합한 전구체들의 일부 특정한 예들은 트리메틸 주석 클로라이드, 디메틸주석 디클로라이드, 메틸주석 트리클로라이드, 트리스(디메틸아미노)메틸 주석(IV) 및 (디메틸아미노)트리메틸 주석(IV)을 포함한다. 막들은 예를 들어, Lam Vector® 툴을 사용하여 PECVD 또는 PEALD에 의해 증착될 수도 있고, ALD 구현예에서 O 전구체/플라즈마로부터 Sn 옥사이드 전구체를 분리한다. 증착 온도는 50 ℃ 내지 600 ℃일 수도 있다. 증착 압력은 100 내지 6000 mtorr로 가변할 수 있다. 금속 옥사이드-함유 막, 예를 들어, 유기주석 옥사이드 전구체들에 대한 전구체 액체 플로우 레이트들은 0.01 내지 10 ccm일 수 있고 그리고 가스 플로우 레이트들 (CO2, CO, Ar, N2) 은 100 내지 10000 sccm일 수 있다. 플라즈마 전력들은 고 주파수 플라즈마 (예를 들어, 13.56 ㎒, 27.1 ㎒, 또는 그 이상) 를 사용하여, 300 ㎜ 웨이퍼 스테이션당 200 내지 1000 W일 수 있다. 증착된 두께들은 100 내지 2000 Å일 수 있다.
일 구현예에서, 금속 옥사이드-함유 막 (102) 의 블랭킷은 캘리포니아 프리몬트 소재의 Lam Research Corporation로부터 입수 가능한, Vector® CVD 툴과 같은, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 반응기에서 적합한 전구체로부터의 증착에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 증착은 RF 플라즈마 내에서 이산화탄소와 Sn(Cl)3CH3의 CVD에 의해 형성된 CH3Sn(SnO)3과 같은, 유기주석 옥사이드의 RF 플라즈마 내에서 이산화탄소와의 반응을 포함할 수도 있다. 이 증착을 위해 적합한 프로세스 조건들은, 약 250 ℃ 내지 350 ℃, 예를 들어 약 350 ℃의 증착 온도, 및 6 Torr 미만, 예를 들어 350 ℃에서 1.5 내지 2.5 Torr로 유지되는 반응기 압력, 고 주파수 플라즈마 (예를 들어, 13.56 ㎒ 또는 그 이상) 를 사용하는 300 ㎜ 스테이션당 200 W의 플라즈마 전력/바이어스, 약 100 내지 500 ccm의 유기주석 옥사이드 전구체 플로우 레이트들 및 약 1000 내지 2000 sccm의 CO2 플로우 레이트들을 포함한다. 증착된 두께들은 약 250 내지 750 Å일 수 있다.
수증기에 기인한 열화를 방지하도록, 주석 옥사이드-함유 막들의 형성 및 이송이 진공 환경에서 수행된다. 도 1c 및 도 1d에 예시된 바와 같이, 형성된 막은 이어서 EUV 패터닝 툴로 이송되고 그리고 포토레지스트를 사용하지 않고 직접 노출을 통해 패터닝되고, 그리고 현상된다.
EUVL 툴은 통상적으로 증착 툴보다 고 진공에서 동작한다는 것이 주의되어야 한다. 이러한 경우라면, 기판 및 증착된 금속 옥사이드-함유 막이 패터닝 툴 내로의 진입 전에 탈기되게 (degas) 하도록, 증착 툴로부터 패터닝 툴로의 이송 동안 기판의 진공 분위기를 상승시키는 것이 바람직하다. 이것은 패터닝 툴의 광학 기기 부분들 (optics) 이 기판으로부터 배기 (off-gassing) 에 의해 오염되지 않도록 하기 위함이다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 패터닝은 재료의 노출되지 않은 금속-옥사이드 함유 막 구역들 (102a) 및 노출된 구역들 (102b) 을 발생시키고, 구역들 중 일 구역은 패턴 현상에 의해 제거된다. 다양한 실시예들에서, EUV 노출은 증착된 유기주석 옥사이드 막의 노출된 부분에서 이합체화 반응을 유발한다. 예를 들어, 증착된 유기주석 옥사이드 막은 CH3Sn(SnO)3일 수도 있고 그리고 EUV 노출시 이합체화는 노출된 부분에서 Sn2((SnO)3)2를 생성할 수도 있다. 다양한 실시예들에서, 노출 단계는 포토레지스트를 사용하지 않고, 진공 환경에서 직접적으로 EUV 노출에 의한 금속 옥사이드-함유 막의 패터닝 단계, 뒤이어 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하기 위한 현상 단계를 제공한다.
도 1d를 다시 참조하면, EUV 노출 후에, 이어서 패턴이 현상될 수 있다. 패턴 현상을 수행하도록 기판은 진공 환경 외부로 이송될 수도 있다. 예를 들어, Sn2((SnO)3)2 노출된 부분 (102b) 은 현상시 고온 에탄올 및 물에 의해 진공 환경 외부로 제거될 수도 있다. 금속 옥사이드-함유 막 분해의 임의의 양립할 수 없는 부산물들이 툴 광학 기기 부분들을 오염시키는 것을 방지하도록 패터닝 툴 외부에서 패턴 현상을 수행하는 것이 바람직할 수도 있다.
샘플 전구체들 및 연관된 반응들을 포함한, 이들 증착, 노출/패터닝 및 현상 프로세스들의 화학반응이 도 3에 예시된다.
장치
도 4는 본 명세서에 기술된 프로세스들의 구현에 적합한, 진공 이송 모듈과 인터페이싱하는 진공-통합된 금속 옥사이드-함유 막 기상 증착 및 패터닝 모듈들을 가진 반도체 프로세스 클러스터 툴 아키텍처를 도시한다. 프로세스들이 이러한 진공 통합된 장치 없이 수행될 수도 있지만, 이러한 장치는 일부 구현예들에서 유리할 수도 있다.
툴의 프로세싱 모듈들과 복수의 저장 설비들 사이에서 웨이퍼들을 "이송"하기 위한 이송 모듈들의 구성은 "클러스터 툴 아키텍처" 시스템으로 지칭될 수도 있다. 금속 옥사이드-함유 막 증착 및 패터닝 모듈들은 특정한 프로세스에 따라 진공-통합된다. VTM (vacuum transport module) (438) 은 다양한 제조 프로세스들을 수행하도록 개별적으로 최적화될 수도 있는, 4 개의 프로세싱 모듈들 (420a 내지 420d) 과 인터페이싱한다. 예로서, 프로세싱 모듈들 (420a 내지 420d) 은 응결, 증착, 기화, ELD, 에칭, 및/또는 다른 반도체 프로세스들을 수행하도록 구현될 수도 있다. 예를 들어, 모듈 (420a) 은 본 명세서에 기술된 바와 같이, 금속 옥사이드-함유 막들의 CVD 증착을 수행하기 위해 적합한 캘리포니아 프리모트 소재의 Lam Research Corporation으로부터 입수 가능한 Vector® 툴과 같은 PECVD 반응기일 수도 있다. 그리고 모듈 (420b) 은 본 명세서에 기술된 바와 같이, 금속 옥사이드-함유 막들의 ALD 증착을 수행하기 위해 적합한 Lam Vector® ALD Oxide 툴과 같은 PEALD 툴일 수도 있다. 도면은 반드시 스케일대로 도시될 필요가 없다는 것이 이해되어야 한다.
또한 로드록들 또는 이송 모듈들로 공지된, 에어록들 (442 및 446) 은 VTM (438) 및 패터닝 모듈 (440) 과 인터페이싱한다. 예를 들어, 적합한 패터닝 모듈은 네덜란드 펠트호번 소재의 ASML에 의해 공급된 TWINSCAN NXE: 3300B® 플랫폼일 수도 있다. 이 툴 아키텍처는 증착된 금속 옥사이드-함유 막들을 가진 기판들과 같은 워크피스들이 노출 전에 반응하지 않도록 진공 하에서 이송되게 한다. 리소그래피 툴과의 증착 모듈들의 통합은 EUVL이 또한 H2O, O2, 등과 같은 주위 가스들에 의한 입사 광자들의 강한 광학적 흡수를 고려할 때 크게 감소된 압력을 필요로 한다는 사실에 의해 가능하게 된다.
에어록 (442) 은 증착 모듈 (420a) 로 기능하는 VTM (438) 으로부터 패터닝 모듈 (440) 로의 기판의 이송과 관련 있는, "유출" 로드록일 수도 있고, 그리고 에어록 (446) 은 패터닝 모듈 (440) 로부터 다시 VTM (438) 내로의 기판의 이송과 관련 있는, "유입" 로드록일 수도 있다. 유입 로드록 (446) 은 또한 기판들의 진출 (egress) 및 액세스를 위해 툴의 외부에 인터페이스를 제공할 수도 있다. 프로세스 모듈 각각은 VTM (438) 에 모듈을 인터페이싱하는 패싯 (facet) 을 갖는다. 예를 들어, 증착 프로세스 모듈 (420a) 은 패싯 (436) 을 갖는다. 패싯 각각 내부에서, 센서들, 예를 들어, 도시된 바와 같은 센서들 (1 내지 18) 은 웨이퍼 (426) 가 스테이션들 각각 사이로 이동될 때 웨이퍼 (426) 의 통과를 검출하도록 사용된다. 패터닝 모듈 (440) 및 에어록들 (442 및 446) 은 유사하게, 도시되지 않은 부가적인 패싯들 및 센서들을 구비할 수도 있다.
주 VTM 로봇 (422) 은 에어록들 (442 및 446) 을 포함하여, 모듈들 사이에서 웨이퍼 (426) 를 이송한다. 일 실시예에서, 로봇 (422) 은 일 암을 갖고, 그리고 또 다른 실시예에서, 로봇 (422) 은 2 개의 암들을 갖고, 여기서 암 각각은 수송을 위해 웨이퍼 (426) 와 같은 웨이퍼들을 집기 위한 엔드 이펙터 (424) 를 갖는다. 프런트-엔드 로봇 (444) 은 웨이퍼들 (426) 을 유출 에어록 (442) 으로부터 패터닝 모듈 (440) 내로, 패터닝 모듈 (440) 로부터 유입 에어록 (446) 내로 이송하도록 사용된다. 프런트-엔드 로봇 (444) 은 또한 기판들의 진출 및 액세스를 위해 유입 로드록과 툴의 외부 사이에서 웨이퍼들 (426) 을 수송할 수도 있다. 유입 에어록 모듈 (446) 이 대기와 진공 사이에서 분위기를 매칭할 능력을 갖기 때문에, 웨이퍼 (426) 는 손상되지 않고 2 개의 압력 분위기들 사이에서 이동할 수 있다.
EUVL 툴은 통상적으로 증착 툴보다 고 진공에서 동작한다는 것이 주의되어야 한다. 이러한 경우라면, 기판 및 증착된 금속-함유 막이 패터닝 툴 내로의 진입 전에 탈기되게 (degas) 하도록, 증착 툴로부터 패터닝 툴로의 이송 동안 기판의 진공 분위기를 상승시키는 것이 바람직하다. 유출 에어록 (442) 은 시간 기간 동안 패터닝 모듈 (440) 내의 압력보다 높지 않은 보다 저압으로 이송된 웨이퍼들을 홀딩함으로써 그리고 패터닝 툴 (440) 의 광학 기기 부분들이 기판으로부터 배기 (off-gassing) 에 의해 오염되지 않도록, 모든 배기 가스를 배출함으로써 이 기능을 제공할 수도 있다. 유출, 배기 에어록을 위한 적합한 압력은 1E-8 Torr보다 크지 않다.
일부 실시예들에서, (하나 이상의 물리적 또는 논리적 제어기들을 포함할 수도 있는) 시스템 제어기 (450) 는 클러스터 툴 및/또는 클러스터 툴의 별개의 모듈들의 동작들의 일부 또는 전부를 제어한다. 제어기는 클러스터 아키텍처에 근접할 수 있거나, 제작 플로어에서 클러스터 아키텍처에 대해 외부에 위치될 수 있거나, 리모트 위치에 위치될 수 있고 그리고 네트워크를 통해 클러스터 아키텍처에 연결될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 시스템 제어기 (450) 는 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수도 있다. 프로세서는 CPU (central processing unit) 또는 컴퓨터, 아날로그 및/또는 디지털 입력/출력 연결부들, 스텝퍼 모터 제어기 보드들 등의 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 적절한 제어 동작들을 구현하기 위한 인스트럭션들은 프로세서 상에서 실행된다. 이들 인스트럭션들은 제어기와 연관된 메모리 디바이스들 상의 코드로서 저장될 수도 있거나 이들 인스트럭션들은 네트워크를 통해 제공될 수도 있다. 특정한 실시예들에서, 시스템 제어기는 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다.
시스템 제어 소프트웨어는 툴 또는 모듈 동작의 임의의 양태의 크기 및/또는 적용의 타이밍을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 프로세스 툴 컴포넌트 서브루틴들 또는 제어 객체들은 다양한 프로세스 툴 프로세스들을 수행하도록 필요한 프로세스 툴 컴포넌트들의 동작들을 제어하도록 작성될 수도 있다. 시스템 제어 소프트웨어는 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 프로그래밍 언어로 코딩될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어 소프트웨어는 상기 기술된 다양한 파라미터들을 제어하기 위한 IOC (input/output control) 시퀀싱 (sequencing) 인스트럭션들을 포함한다. 예를 들어, 반도체 제조 프로세스의 페이즈 각각은 시스템 제어기에 의한 실행을 위한 하나 이상의 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 증착, 패터닝 및/또는 현상 페이즈들을 위한 프로세스 조건들을 설정하기 위한 인스트럭션들은 예를 들어, 대응하는 레시피 페이즈에 포함될 수도 있다.
결론
EUV-민감성 금속 옥사이드-함유 막들은 반도체 기판 상에 기상-증착될 수도 있다. 이어서 이러한 금속 옥사이드-함유 막은 진공 환경에서 직접적으로 EUV 노출에 의해 패터닝되고, 그리고 패턴은 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하도록 현상될 수 있다. 이 방식으로, 상당히 감소된 비용의 금속 옥사이드-함유 하드마스크들의 직접 포토패터닝의 결과를 가진 광학적 리소그래피 및 기상 증착에 의한 막 형성의 단계들을 결합한 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성 프로세스가 제공된다.
본 명세서에 기술된 실시예들 및 예들이 단지 예시적인 목적들을 위한 것이고 그리고 본 명세서를 고려하여 다양한 수정들 또는 변화들이 당업자들에게 제안될 것임이 이해된다. 다양한 상세들이 명료성을 위해 생략되지만, 다양한 설계 대안들이 구현될 수도 있다. 그러므로, 제시된 예들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 간주되고, 그리고 본 개시는 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않지만, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (20)

  1. 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법에 있어서,
    기상-기반 증착 프로세스에 의해 반도체 기판 상에 EUV (extreme ultraviolet) -민감성 금속 옥사이드-함유 막을 증착하는 단계;
    상기 금속 옥사이드-함유 막 내에 패턴을 형성하도록 상기 금속 옥사이드-함유 막의 일부분을 EUV에 노출시키는 단계; 및
    상기 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하기 위해서 상기 노출된 부분 또는 노출되지 않은 부분 중 하나를 제거하도록 상기 금속 옥사이드-함유 막 내의 상기 패턴을 현상하는 단계를 포함하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착은 CVD 또는 ALD에 의해 수행되는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 옥사이드-함유 막은 광민감성 금속유기 옥사이드 막인, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속유기 옥사이드는 유기주석 옥사이드인, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 증착 단계는 할로 알킬 Sn, 알콕시 알킬 Sn 및 아미도 알킬 Sn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 유기주석 옥사이드 증착 전구체들을 포함하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 증착 단계는 트리메틸 주석 클로라이드, 디메틸주석 디클로라이드, 메틸주석 트리클로라이드, 트리스(디메틸아미노)메틸 주석(IV) 및 (디메틸아미노)트리메틸 주석(IV)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 증착 전구체들을 포함하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 증착 단계는 RF 플라즈마 내에서 이산화탄소와 상기 유기주석 옥사이드의 반응을 포함하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 증착된 유기주석 옥사이드 막은 RF 플라즈마 내에서 이산화탄소와 Sn(Cl)3CH3의 CVD에 의해 형성된 CH3Sn(SnO)3을 포함하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 EUV 노출은 상기 증착된 유기주석 옥사이드 막의 상기 노출된 부분에서 이합체화 반응을 유발하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 증착된 유기주석 옥사이드 막은 CH3Sn(SnO)3을 포함하고 그리고 EUV 노출시 상기 이합체화는 Sn2((SnO)3)2를 생성하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 현상시, 상기 Sn2((SnO)3)2 노출된 부분은 제거되는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 Sn2((SnO)3)2 노출된 부분은 상기 현상시 고온 에탄올 및 물에 의해 제거되는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 패턴 현상을 수행하도록 상기 기판은 진공 환경 외부로 이송되는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 노출 단계는 포토레지스트를 사용하지 않고, 진공 환경에서 직접적으로 EUV 노출에 의한 상기 금속 옥사이드-함유 막의 패터닝 단계, 뒤이어 상기 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하기 위한 현상 단계를 제공하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 부분적으로-형성된 집적 회로들을 포함한 실리콘 웨이퍼이고, 그리고
    상기 증착 전에, 금속 옥사이드-함유 막 증착을 위해 제 1 반응기 챔버 내에 상기 반도체 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 증착 후에, 패터닝을 위해 진공 하에서 리소그래피 프로세싱 챔버로 상기 기판을 이송하는 단계를 더 포함하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하는 방법.
  16. 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치는,
    금속 옥사이드-함유 막 기상-기반 증착 모듈;
    금속 옥사이드-함유 막 패터닝 모듈;
    상기 증착 모듈과 상기 패터닝 모듈을 연결하는 진공 이송 모듈; 및
    금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함한 제어기를 포함하고,
    상기 인스트럭션들은,
    상기 금속 옥사이드-함유 막 기상-기반 증착 모듈 내에서, 기상-기반 증착 프로세스에 의해 반도체 기판 상에 EUV-민감성 금속 옥사이드-함유 막을 증착하기 위한 코드;
    진공 하에서 상기 기판을 상기 금속 옥사이드-함유 막 패터닝 모듈로 이송하기 위한 코드;
    상기 금속 옥사이드-함유 막 패터닝 모듈 내에서, 진공 환경에서 직접적으로 EUV 노출에 의해 상기 금속 옥사이드-함유 막을 패터닝하기 위한 코드; 및
    상기 금속 옥사이드-함유 하드마스크를 형성하도록 상기 패턴을 현상하기 위한 코드를 포함하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성을 수행하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 증착 모듈은 광민감성 유기주석 옥사이드 막을 기상-증착하기 위한 반응기 챔버를 포함하고; 그리고
    상기 패터닝 모듈은 30 ㎚ 이하의 파장 복사의 소스를 가진 포토리소그래피 툴을 포함하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성을 수행하기 위한 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 증착 모듈은 PECVD 툴인, 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성을 수행하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 패터닝 모듈은 EUV 리소그래피 툴인, 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성을 수행하기 위한 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 인스트럭션들은 상기 패턴 현상을 수행하도록 상기 기판을 상기 EUV 리소그래피 툴 외부로 이송하기 위한 코드를 더 포함하는, 금속 옥사이드-함유 하드마스크 형성을 수행하기 위한 장치.
KR1020160152489A 2015-11-20 2016-11-16 기상-증착된 금속 옥사이드-함유 하드마스크들의 euv 포토패터닝 Active KR102779709B1 (ko)

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