KR20180098138A - 기존 토포그래피 위에 평탄화된 에칭 마스크 구조를 형성하는 방법 - Google Patents

기존 토포그래피 위에 평탄화된 에칭 마스크 구조를 형성하는 방법 Download PDF

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KR20180098138A
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Abstract

본 발명은 기존의 토포그래피 변화 위에 작은 패턴 피쳐를 생성하는 데 사용되는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 비-평면 표면 변화를 갖는 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계; 기판 위에 제1 탄소 층을 적용하고- 결과적인 제1 탄소 층은 하부 기판의 비-평면 표면 변화에 대응하는 비-평면 표면 변화를 가짐 - 후속하여 제1 탄소 층 위에 제2 평탄화 층을 적용함으로써, 기판 위에 다층 스택을 형성하는 단계; 다층 스택 상에 하드 마스크를 피착하는 단계; 하드 마스크 상에 패터닝된 층을 형성하는 단계- 형성된 패터닝된 층은 피쳐를 가짐 -; 및 형성된 패터닝된 층 피쳐를 다층 스택으로 에칭하기 위해 하나 이상의 에칭 단계를 수행하는 단계를 포함한다. 다층 스택은 최소 피쳐 압궤로 하나 이상의 에칭된 피쳐를 유지하기에 충분한 복합 유효 기계적 강성도(Eeff)를 갖는다.

Description

기존 토포그래피 위에 평탄화된 에칭 마스크 구조를 형성하는 방법{METHOD FOR FORMING PLANARIZED ETCH MASK STRUCTURES OVER EXISTING TOPOGRAPHY}
나노 제조는 대략 100 나노미터 또는 그 이하의 피쳐(feature)를 갖는 매우 작은 구조의 제조를 포함한다. 나노 제조가 상당한 영향을 미친 한 가지 응용은 집적 회로의 처리에 있다. 반도체 처리 산업은 기판 상에 형성된 단위 면적당 회로를 증가시키면서 더 큰 생산 수율을 위해 계속 노력하고 있으며; 따라서 나노 제조가 점차 중요해지고 있다. 나노 제조는 더 큰 프로세스 제어를 제공하면서 형성되는 구조물의 최소 피쳐 치수의 지속적인 감소를 허용한다.
이러한 구조를 형성하는 피쳐를 패터닝하기 위해 현재 사용되는 예시적인 나노 제조 기술은 광학 리소그래피, 포토리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 극 자외선 리소그래피 및 전자 빔 리소그래피 등을 포함한다. 그러나, 피쳐 크기가 100 나노미터 미만의 치수로 줄어들 때, 특히 기존의 기판 표면상의 토포그래피 변화와 같은 다른 요인이 도입될 때, 충실도 높은 패턴 전사에 필요한 종횡비를 유지하는 것이 더욱 어려워진다.
일 양태에서, 기존 토포그래피 변화 위에 작은 패턴 피쳐를 생성하는 데 방법이 사용될 수 있다. 이 방법은 비-평면(non-planar) 표면의 표면 변화를 갖는 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계; 기판 상에 다층 스택을 형성하는 단계로서, 이 단계는 결과적인 제1 기저층이 하부 기판의 비-평면 표면 변화에 대응하는 비-평면 표면 변화를 갖는 상태로 기판 위에 제1 기저층을 적용한 후에, 제1 기저층 위에 제2 평탄화 층을 적용하는 것에 의해 이루어지는, 단계; 다층 스택 상에 하드 마스크를 피착하는 단계; 및 하드 마스크 상에 패터닝된 층을 형성하는 단계로서, 형성된 패터닝된 층은 피쳐를 갖는, 단계를 포함하며; 다층 스택은 최소 피쳐 압궤(collapse)로 50nm 이하의 피쳐 치수 및 2.5:1 이상의 종횡비를 갖는 하나 이상의 에칭된 피쳐를 유지하기에 충분한 복합 유효 기계적 강성도(Eeff)를 갖는다. 다른 양태에서, 형성된 패터닝된 층 피쳐를 다층 스택으로 에칭하기 위해 하나 이상의 에칭 단계가 수행된다.
일 실시예에서, 제1 기저층은 탄소 층을 포함한다. 다른 실시예에서, 제1 기저층은 스핀-온 카본(SOC) 층을 포함한다.
다른 실시예에서, 제2 평탄화 층은 유기 재료를 포함한다.
특정 실시예에서, 하나 이상의 에칭된 피쳐는 5:1 이상의 종횡비를 갖는다.
다른 실시예에서, 다층 스택의 하나 이상의 에칭된 피쳐의 피쳐 압궤는, 동일한 조건 하에서 제2 평탄화 재료로 전체적으로 형성된 층으로 에칭된 동일한 피쳐와 비교하여 감소된다.
또 다른 실시예에서, 제2 평탄화 재료의 에칭 내성은 제1 기저층의 에칭 내성의 30 % 이내이다.
다른 실시예에서, 패터닝된 층의 피쳐는 특정 임계 치수(CD)를 가지며, 다층 스택의 에칭된 피쳐는 전체적으로 제1 기저층 재료로 형성된 층으로 에칭된 동일한 피쳐와 비교하여 더 높은 임계 치수(CD) 균일성을 유지한다.
다른 실시예에서, 제2 평탄화 층은 임프린트 리소그래피 기술에 의해 적용된다.
또 다른 실시예에서, 패터닝된 층은 임프린트 리소그래피 기술에 의해 형성된다.
다른 실시예에서, 패터닝된 층은 광학 또는 EUV 이미징 기술에 의해 형성된다.
다른 실시예에서, 형성된 패터닝된 층 피쳐를 기판으로 전사하기 위해 하나 이상의 추가 에칭 단계가 수행된다.
또 다른 특정 실시예에서, 다층 스택은 하나 이상의 에칭 단계를 수행하는 동안 피쳐 압궤없이 하나 이상의 에칭된 피쳐를 유지하기에 충분한 복합 유효 기계적 강성도(Eeff)를 갖는다.
다른 양태에서는, 다층 스택을 제공하며, 이것은, 비-평면 표면 변화를 갖는 표면을 갖는 기판; 기판 표면 위에 형성되고 기판 표면의 비-평면 표면 변화에 대응하는 비-평면 표면 변화를 갖는 제1 탄소 층, 및 제1 탄소 층 위에 형성되고 평면 표면을 갖는 제2 평탄화 층을 포함할 수 있으며, 다층 스택은 최소 피쳐 압궤로 2.5:1 이상의 종횡비에서 50nm 이하의 피쳐를 유지하기에 충분한 복합 유효 기계적 강성도(Eeff)를 갖는다.
일 실시예에서, 제1 탄소 층은 스핀-온 카본(SOC) 층을 포함한다.
다른 실시예에서, 제2 평탄화 층은 유기 재료를 포함한다.
특정 실시예에서, 다층 스택은 최소 피쳐 압궤로 5:1 이상의 종횡비에서 50nm 이하의 피쳐를 유지하기에 충분한 복합 유효 기계적 강성도(Eeff)를 갖는다.
다른 실시예에서, 제2 평탄화 재료의 에칭 내성은 제1 탄소 층의 에칭 내성의 30 % 이내이다.
또 다른 실시예에서, 기판은 반도체 웨이퍼를 더 포함한다.
다른 양태에서, 본원에서 제공된 방법에 따라 형성된 패터닝된 층의 피쳐를 기판으로 전사한 다음 기판을 처리하여 디바이스를 제조하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 기판은 반도체 웨이퍼를 더 포함하며, 제조된 디바이스는 반도체 디바이스이다.
본 명세서에서 설명된 주제의 하나 이상의 실시예의 세부 사항은 첨부 도면 및 이하의 설명에서 설명된다. 주제의 다른 잠재적인 특징, 양태 및 장점은 상세한 설명, 도면 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 특징 및 장점이 상세하게 이해될 수 있도록, 첨부 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명의 실시예에 대한 보다 상세한 설명이 이루어질 수 있다. 그러나, 첨부 도면은 본 발명의 전형적인 실시예를 예시하기 위한 것일 뿐이며, 따라서 본 발명은 다른 균등한 효과적 실시예를 허용할 수 있으므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
도 1은 기판으로부터 이격된 몰드 및 템플릿을 갖는 나노임프린트 리소그래피 시스템의 단순화된 측면도.
도 2는 고화된 패터닝된 층이 그 위에 형성된, 도 1에 도시된 기판의 단순화된 도면.
도 3은 도 2의 것과 유사한 패터닝된 층의 100nm 미만 피쳐의 기계적 강성도(영 모듈러스)의 단순화된 플롯.
도 4는 피쳐 종횡비의 함수로서 100nm 미만 피쳐를 지지하는데 필요한 기계적 강성도(영 모듈러스)의 단순화된 플롯.
또한, 도 5a 내지 도 5h는 다층 레지스트 스택 내로 그리고 그후 기판 내로의 패턴 전사 시퀀스의 단순화된 도면.
또한, 도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 레지스트 스택 내로의 그리고 그후 기판으로의 패턴 전사 시퀀스의 단순화된 도면.
도 7은 도 6g에 도시된 것과 유사한 다층 레지스트 스택에 형성된 피쳐의 단순화된 도면.
도 8은 그 재료 조성의 함수로서 도 7의 피쳐와 유사한 피쳐의 편향 비율의 단순화된 플롯.
도 9는 상이한 다층 레지스트 스택에 형성된 피쳐의 단순화된 도면.
도 10은 그 재료 조성의 함수로서의 도 9의 피쳐의 편향의 단순화된 플롯.
전술한 바와 같이, 패터닝된 피쳐는 포토 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 극 자외선 리소그래피 및 전자 빔 리소그래피 등을 포함하는 다수의 상이한 리소그래피 기술에 의해 형성될 수 있다. 패턴 피쳐는 하부 재료, 막 또는 기판으로 전사된 패턴을 정의하기 위한 에칭 마스크로서 사용된다. 예시적인 나노임프린트 리소그래피 시스템이 도 1에 도시되어 있다. 나노임프린트 리소그래피 시스템(10)은 기판(12) 상에 릴리프 패턴을 형성하는데 사용될 수 있다. 기판(12)은 기판 척(14)에 결합될 수 있다. 도시된 바와 같이, 기판 척(14)은 진공 척이다. 그러나, 기판 척(14)은 진공, 핀-유형, 홈-유형, 정전기, 전자기 및/또는 등등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 척일 수 있다. 예시적인 척은 미국 특허 제6,873,087호에 기재되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참조로 통합된다.
기판(12) 및 기판 척(14)은 스테이지(16)에 의해 더 지지될 수 있다. 스테이지 16은 x, y 및 z 축을 따라 병진 및/또는 회전 운동을 제공할 수 있다. 스테이지(16), 기판(12) 및 기판 척(14)은 또한 베이스(미도시) 상에 위치될 수 있다.
템플릿(18)이 기판(12)으로부터 이격되어 있다. 템플릿(18)은 제1 측면 및 제2 측면을 갖는 본체를 포함할 수 있으며, 한 측면은 기판(12)을 향해 그로부터 연장하는 메사(20)를 갖는다. 메사(20)는 패터닝 표면(22)을 그 위에 가질 수 있다. 또한, 메사(20)는 몰드(20)로 지칭될 수 있다. 대안적으로, 템플릿(18)은 메사(20) 없이 형성될 수 있다.
템플릿(18) 및/또는 몰드(20)는 융합 실리카, 석영, 실리콘, 유기 폴리머, 실록산 폴리머, 붕규산 유리, 플루오로카본 폴리머, 금속, 경화된 사파이어 및/또는 등등을 포함하는, 그러나 이들에 한정되지 않는 재료로 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 패터닝 표면(22)은 복수의 이격된 리세스(24) 및/또는 돌출부(26)에 의해 한정된 피쳐를 포함하지만, 본 발명의 실시예는 이러한 구성(예로서, 평면 표면)에 제한되지 않는다. 패터닝 표면(22)은 기판(12) 상에 형성될 패턴의 기초를 형성하는 임의의 원래 패턴을 정의할 수 있다. 템플릿(18)은 척(28)에 결합될 수 있다. 척(28)은 진공, 핀-유형, 홈-유형, 정전, 전자기 및/또는 다른 유사한 척 유형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 척(28)은 임프린트 헤드(30)에 결합될 수 있으며, 임프린트 헤드는 차례로 척(28), 임프린트 헤드(30) 및 템플릿(18)이 적어도 z-축 방향으로 이동 가능하도록 브릿지(36)에 이동 가능하게 결합될 수 있다.
나노임프린트 리소그래피 시스템(10)은 유체 분배 시스템(32)을 더 포함할 수 있다. 유체 분배 시스템(32)은 기판(12) 상에 성형 가능한 재료(34)(예로서, 중합 가능한 재료)를 피착시키는데 사용될 수 있다. 성형 가능한 재료(34)는 적하 분배(drop dispense), 스핀 코팅, 딥 코팅, 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 박막 피착, 후막 피착 및/또는 등등과 같은 기술을 사용하여 기판(12) 상에 위치될 수 있다. 성형 가능한 재료(34)는 설계 고려 사항에 따라 몰드(22)와 기판(12) 사이에 원하는 체적이 한정되기 전 및/또는 후에 기판(12) 상에 배치될 수 있다. 예로서, 성형 가능한 재료(34)는 미국 특허 제7,157,036호 및 미국 특허 제8,076,386호에 기술된 바와 같은 단량체 혼합물을 포함할 수 있으며, 이들 모두는 본원에 참고로 포함된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 나노임프린트 리소그래피 시스템(10)은 경로(42)를 따라 에너지(40)를 지향시키는 에너지 소스(38)를 더 포함할 수 있다. 임프린트 헤드(30) 및 스테이지(16)는 경로(42)와 중첩되게 템플릿(18) 및 기판(12)을 위치시키도록 구성될 수 있다. 카메라(58)가 마찬가지로 경로(42)와 중첩하여 위치될 수 있다. 나노임프린트 리소그래피 시스템(10)은 스테이지(16), 임프린트 헤드(30), 유체 분배 시스템(32), 소스(38) 및/또는 카메라(58)와 통신하는 프로세서(54)에 의해 조절될 수 있으며 메모리(56)에 저장된 컴퓨터 판독 가능 프로그램상에서 작동할 수 있다.
임프린트 헤드(30), 스테이지(16) 또는 둘 모두는 몰드(20)와 기판(12) 사이의 거리를 변화시켜 성형 가능한 재료(34)로 채워지는 그들 사이의 원하는 체적을 한정한다. 예로서, 임프린트 헤드(30)는 몰드(20)가 성형 가능한 재료(34)와 접촉하도록 템플릿(18)에 힘을 가할 수 있다. 원하는 체적이 성형 가능한 재료(34)로 채워진 후, 소스(38)는 성형 가능한 재료(34)가 응고 및/또는 가교 결합되어 기판(12)의 표면(44) 및 패터닝 표면(22)의 형상에 합치됨으로써 기판(12) 상의 패터닝된 층(46)을 형성하게 하도록, 에너지(40), 예를 들어, 자외선 방사선을 생성한다. 패터닝된 층(46)은 잔여 층(48) 및 돌출부(50) 및 후퇴부(52)로 도시된 복수의 피쳐를 포함할 수 있으며, 돌출부(50)는 두께 t1를 가지고 잔여 층은 두께 t2를 갖는다.
전술한 시스템 및 프로세스는 미국 특허 제6,932,934호, 미국 특허 제7,077,992호, 미국 특허 제7,179,396호 및 미국 특허 제7,396,475호에 언급된 임프린트 리소그래피 프로세스 및 시스템에 추가로 채용될 수 있으며, 이들 모두는 그 전체가 참고 문헌으로 포함된다.
후속하여, 패터닝된 층(46)의 패턴에 대응하는 릴리프 이미지를 기판(12)으로 전사하기 위해, 기판(12) 및 패터닝된 층(46)은 에칭 프로세스와 같은 추가적인 프로세스를 거친다. 이렇게 패터닝된 기판(12)은 그후 예로서 산화, 막 형성, 피착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 제거, 다이싱, 본딩 및 패키징 등을 포함하는 디바이스 제조를 위한 공지된 단계 및 프로세스를 추가로 거치게 된다. 유사하게, 광학 리소그래피, 포토 리소그래피, 극 자외선 리소그래피 및 전자 빔 리소그래피 등과 같은 다른 방법 또는 기술에 의해 패터닝된 기판은 마찬가지로 처리되어 기능적 디바이스를 산출할 수 있다.
현재, 많은 첨단 반도체 디바이스는 100nm 미만의 피쳐 치수를 갖는 고립 및 밀집 피쳐 모두의 패터닝을 필요로 할 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, "피쳐 치수" 또는 "피쳐 크기"라는 용어는 패터닝된 피쳐의 가장 좁은 측방향 치수, 예로서 패터닝된 피쳐가 그 폭보다 큰 길이를 갖는 피쳐 폭을 지칭한다. 예로서, 폭이 50nm이고 길이가 5 미크론인 라인 피쳐는 50nm의 피쳐 치수 또는 피쳐 크기를 갖는 것으로 간주된다. 패터닝된 피쳐의 두께(즉, 높이)는 제거하고자 하는 하부 재료, 막 또는 기판의 양, 즉, 달성될 원하는 에칭 깊이 및 하부 재료, 막 또는 기판에 대한 레지스트의 에칭 내성의 선택성에 의해 지정된다. 이전 세대의 리소그래피 기술에서 피쳐 치수가 100nm보다 클 때 밀집 라인 패턴과 같은 종횡비가 5:1 이상인 피쳐를 만들 수 있다(종횡비는 피쳐 폭에 대한 피쳐 높이의 비율로서 정의됨). 예로서, 500nm 라인은 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 폴리실리콘, 금속, 예컨대 탄탈, 텅스텐, 크롬 및 알루미늄 및 금속 실리사이드와 같은 하부 재료에 패턴을 에칭하기에 충분한 5:1의 종횡비에 해당하는 2.5 미크론의 두께(즉, 높이)를 가질 수 있다.
포토 리소그래피 응용에서, 이미징된 포토레지스트의 최대 두께는 일반적으로 2개의 방정식에 의해 결정된다. 첫 번째는 현상 중에 레지스트에 가해지는 힘을 나타낸다. 즉, 노광 후, 레지스트는 광이 레지스트 표면 상에 충돌하는 위치의 레지스트 재료를 선택적으로 제거하는(포지티브 작용 레지스트의 경우) 또는 광이 레지스트 표면 상에 충돌하는 위치의 레지스트 재료를 선택적으로 남기는(네거티브 작용 레지스트의 경우) 현상제 용액 내에 배치되게 된다. 그런 다음, 이런 현상 단계 후에 물 헹굼 및 그 후의 최종 건조 단계가 후속된다. 그러나, 건조 단계 동안 물의 제거는 인접한 레지스트 피쳐들 사이에 모세관 응력 σ를 부여하고, 이는 제1 수학식(수학식 1)에 의해 기술된다:
Figure pat00001
여기서, γ는 표면 장력이고, θ는 레지스트 피쳐 상단의 물의 접선 각도, H/W는 종횡비(높이 대 폭)이며, S1은 레지스트 패턴 사이의 간격이다. 수학식 1에서 알 수 있듯이, 피쳐 크기(W)가 작을수록 레지스트 패턴이 받는 모세관 응력이 더 높아진다.
피쳐가 직립 상태로 유지되는지 또는 피쳐에 부여된 응력이 일반적으로 피쳐 압궤라고 지칭되는 영구적인 굴곡을 일으키는지 여부는 레지스트 재료의 기계적 강성도에 의존한다. 건조 스테이지에서 모세관 응력으로 인해 야기되는 피쳐 압궤 외에도, 마찬가지로 습식 세정과 같은 다른 프로세스로 인해 피쳐가 굴곡되고, 맞닿고, 압궤되게 하는 힘이 생길 수 있다. 인접한 피쳐에서의 증기 제거는 유사한 효과를 갖는다. 나노임프린트 리소그래피의 경우, 레지스트를 경화한 후 템플릿과 웨이퍼를 분리하는 동안 겪게 되는 측방향 방향 힘으로 인해 피쳐 압궤가 발생할 수도 있다. 피쳐의 편향은 제2 수학식(수학식 2)에 의해 설명될 수 있다:
Figure pat00002
여기에서 δ은 피쳐의 측방향 이동의 양, F는 부여된 힘(예를 들어, 모세관 응력 σ 또는 기타 힘), E는 영 모듈러스, H는 피쳐의 높이 그리고, wl는 피쳐의 폭이다. 이 수학식에서 알 수 있듯이, 종횡비, H/wl 및 레지스트 막의 기계적 강성도(영 모듈러스)(E)는 모두, 피쳐 압궤에 중요한 역할을 한다. 따라서 임의의 주어진 종횡비에 대해 피쳐 굴곡의 양은 재료의 기계적 강성도에 반비례한다.
그러나 피쳐 크기가 100nm 미만의 치수로 줄어들면 대략 5:1 이상의 종횡비가 더 이상 유지될 수 없다. 이는 레지스트 재료의 기계적 특성이 그러한 더 작은 치수에서 그 벌크 특성으로부터 벗어나기 시작하기 때문이다. 일 예로서, 도 3은 50nm 미만의 폭을 갖는 라인 피쳐를 갖는 폴리스티렌으로 형성된 박막의 예측된 영 모듈러스를 플롯팅한다. 도시된 바와 같이, 피쳐의 실제 영 모듈러스(플롯 라인(304))는 라인 폭이 50nm 아래로 떨어짐에 따라 벌크 값 영 모듈러스(플롯 라인(302))로부터 벗어남으로써 피쳐의 실제 영 모듈러스는 30nm에서 벌크 값 영 모듈러스의 약 60 % 및 20nm에서 벌크 값 영 모듈러스의 40 % 미만까지 떨어진다. 결과적으로, 50nm 미만의 레지스트 피쳐에 대해, 보다 합리적인 가공 기대치는 사용된 리소그래피 방법에 관계없이 2.5:1 이하의 종횡비이다. 또한 라인 크기가 25nm 미만으로 떨어지면, 심지어 2.5:1의 종횡비도 과제가 될 수 있다.
이러한 작은 피쳐 크기(즉, 50nm 미만)에 요구되는 필요한 재료 강성도에 대한 지침은 도 3 및 수학식 2에 도시된 바와 같은 라인 플롯으로부터 외삽될 수 있다. 재료의 벌크 영 모듈러스가 1GPa 정도이지만 30nm 피쳐 크기에서 벌크 값의 약 60 %로 떨어져, 약 0.60GPa의 이러한 피쳐에 대한 실제 또는 유효 영 모듈러스를 생성하는 경우를 고려한다. 본원에서 사용되는 "유효 영 모듈러스" 또는 "Eeff"이라는 용어는 50nm 미만의 피쳐 크기에서 피쳐의 폭을 고려한 영 모듈러스 값을 의미하며, 그래서, 이는 이러한 피쳐를 형성하는 데 사용된 재료의 벌크 값 영 모듈러스의 약간 더 적은 백분율이다. 그 다음에, 임의의 피쳐의 부여된 편향이 피쳐의 종횡비의 3승에 비례하고 영 모듈러스에 반비례한다는 것을 설명하는 수학식 2를 적용함으로써, 주어진 원하는 종횡비에 대한 필요한 효과적인 유효 영 모듈러스를 설명하는 플롯이 도출될 수 있다. 그러한 플롯의 예가 도 4에 도시되어 있다. 여기서, 플롯(402)은 종횡비의 함수로서 유효 영 모듈러스의 거동을 도시한다. 종횡비가 2.5:1인 경우, 30nm 피쳐가 ~ 0.60GPa의 유효 영 모듈러스에 의해 지지될 수 있다. 그러나 3.5:1의 종횡비가 바람직한 경우, 유효 영 모듈러스는 ~1.65GPa까지 증가해야한다. 유사하게, 5:1의 종횡비가 바람직한 경우, 유효 영 모듈러스는 5GPa 바로 아래까지 증가되면 된다. 실제 유효 영 모듈러스는 실제 재료 및 피쳐의 크기에 따라 물론 변경될 수 있다. 그러나 어떤 경우에도 피쳐의 편향은 피쳐의 종횡비의 3승에 항상 비례하고 유효 영 모듈러스에 반비례한다.
그러나, 종횡비가 2.5:1 이하로 감소함에 따라, 하부 재료를 성공적으로 패터닝하기 위해 패터닝된 레지스트 층 자체를 사용하는 것은 불가능하지는 않지만 매우 어려워진다. 따라서, 하부 재료 또는 기판을 에칭하기 위해 사용되는 건식 에칭 플라즈마 기반 프로세스에 견딜 수 있는 보다 복잡한 구조가 일반적으로 사용된다. 이러한 구조 또는 "스택"은 일반적으로 두 개 이상의 재료로 구성되며 때때로 "다층 스택"이라고도 한다. 예로서, 다층 스택은 패터닝된 레지스트 층, 패터닝된 레지스트 층 아래의 스핀-온 글래스(SOG)와 같은 하드 마스크 층 및 예로서, 기판에 적용된 스핀 온 카본(SOC) 층 또는 다른 탄소 기반 유사 재료와 같은 탄소 층 같은 하부 막을 포함할 수 있다. 탄소 기반 재료 이외에, 하부 막은 우수한 에칭 내성을 제공하는 실리콘 또는 다른 무기 원소를 함유할 수 있다. 선택적으로, 하부 막 위에 적용된 하드 마스크 층이 하드 마스크와 하부 막 사이에 양호한 에칭 선택성을 제공하도록 적절히 선택되는 한, 하부 막은 전체적으로 무기질일 수 있다. 일 예로서, 하부 막은 실리콘 이산화물일 수 있고, 하드 마스크는 크롬일 수 있다. 탄소 기반 막을 포함하는 이러한 하부 막은 스퍼터 피착 및 화학 기상 증착 및 전자 빔 증발을 포함하는 진공 기반 방법을 사용하여 스핀-온 또는 적용될 수 있다. SOC의 경우, SOC 층은 일반적으로 높은 중량 %의 탄소를 함유하여, 에칭 내성적 및 기계적으로 강성화되게 한다. 예를 들면, 노볼락 레지스트 같은 다른 유기-기반 탄소 재료에 대하여, 하드 마스크 층을 적용하기 전에 베이크 프로세스를 통해 치밀화, 에칭 내성 및 강성도를 증가시키는 감열성 가교 결합 성분을 첨가할 수 있다. 탄소 층으로 전사된 패턴 피쳐가 기판 내로의 후속 패턴 전사에 사용될 것이기 때문에 탄소 층의 에칭 내성 및 강성도 모두가 중요하다.
이러한 다층 스택 솔루션은 다층 스택이 피착되는 표면이 평면이 아닌 상황을 제외하면 충분히 합리적으로 양호하게 작동한다. 사실, 어떠한 표면도 완벽하게 평탄하지 않으며, SOC와 같은 스핀 온 막은 기판의 기본 토포그래피를 완벽하게 평탄화시키지 못하며, 평탄화를 위한 성공적인 진공 기반 응용 방법도 아니라는 것이 잘 알려져 있다. 특히 주목되는 두 가지 비-평면 상황이 있다. 첫 번째는 "단파장" 평면 편위가 표면 상에 발생하는 경우(즉, 나노미터 또는 미크론의 스케일을 초과하여 발생하는 편위가 그러한 짧은 스케일에서 작은 평면 섭동을 야기하는 경우)이다. 임프린트 리소그래피 응용의 경우, 이는 잔여 층 두께의 작은 변화를 초래할 것이고, 이는 차례로 패턴 전사 후에 임계 치수(CD) 균일성 에러를 생성한다. 모든 유형의 광학 리소그래피에서, 스캐너는 그러한 짧은 스케일에 대한 높이 변화를 보정할 수 없으며, 결과적 평탄성의 편차는 스캐너 또는 스텝퍼에 대한 초점 심도 예산에 영향을 미치고, 이에 따라 마찬가지로 레지스트 이미징 동안 유사한 CD 에러를 도입한다.
토포그래피 변화가 기판의 수십 미크론 또는 심지어 수 밀리미터를 초과하여 존재할 때 두 번째 더 어려운 문제가 발생한다. 이러한 유형의 토포그래피의 예가 도 5a에 도시되어 있다. 도 5a는 토포그래피가 상승되거나 하강되는 큰 면적(수 미크론 또는 수 밀리미터 초과)을 갖는 기판(512)을 도시한다. 이러한 토포그래피 변화는 수 나노미터에서 수십 또는 심지어 수백 나노미터까지 어디에든 이를 수 있다. 수백 나노미터 수준의 토포그래피는 심각한 이미징 문제를 생성한다. 통상적으로 화학 기계 연마(CMP) 단계는 그러한 토포그래피 변화를 감소시키기 위해 적용된다. 그러나 CMP 단계로도 최종 토포그래피는 여전히 수십 나노미터의 변화를 가질 수 있다. 광학 리소그래피의 경우, 스캐너는 큰 면적에 걸친 이러한 토포그래피 변화의 일부를 보상할 수 있다. 그러나 전이 영역에서 초점 심도 문제가 심각해지고 이미징에 심각한 영향을 준다. 결과적으로, 디바이스 제조자는 관심 수준에 맞는 정확한 패턴을 생성하기 위해 두 개의 상이한 마스크를 사용하여 두 번의 별도 노광을 해야 할 수밖에 없으므로 디바이스 제조 프로세스에 상당한 비용이 추가된다. 나노임프린트 리소그래피의 경우, 이러한 토포그래피 문제는 마찬가지로 심각한 결과를 가질 수 있다. 즉, 평탄성의 큰 편위는 전술한 바와 같이 임계 치수(CD) 균일성에 영향을 미치는 잔여 층 두께 변화를 야기할 수 있다. 느린 레지스트 충전(공구 처리량 및 따라서 소유 비용에 영향을 미침) 및 일부 경우에 제조되는 디바이스의 기능성에 영향을 줄 수 있는 비 충전 결함 같은 더 근본적인 문제도 관찰될 수 있다.
전사된 피쳐에서 임계 치수 변동성의 결과적인 해로운 영향을 갖는 이러한 토포그래피에 대한 패턴 전사 체계가 도 5a 내지 도 5h에 도시되어 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 기판(512)은 큰 면적(예로서, 수 미크론 이상)에 걸쳐 연장되는 연관된 토포그래피를 갖는다. 도 5b에 도시된 바와 같이, SOC 층(514)은 기판(512) 상에 피착되어 있고, 표면(516)은 기판(512)의 하부 토포그래피와 연계된 토포그래피 상에서 취해진다. 즉, SOC 층(514)의 표면(516)의 토포그래피는 기판(512)의 하부 토포그래피에 대응한다. SOC 층(514)의 평탄성 변화는 하부 기판(512)의 것과 같이 두드러지지는 않지만 그럼에도 불구하고 이들은 평탄성 변화를 갖는 표면을 계속 나타낸다. 도 5c에서, 하드 마스크 층(518)은 SOC 층(514) 위에 피착되어 있다. 특히, 하드 마스크 층(518)은 SOC 층(514)의 토포그래피와 일치하는 표면(520)을 가지므로, 하드 마스크 층(518)은 SOC 층(514)의 표면(516)과 동일한 평탄성 변화를 갖는 표면(520)을 나타낸다. 도 5d에서, 균일한 피쳐(524 및 526)를 갖는 패터닝된 층(522)은 나노임프린트 프로세스에 의해 하드 마스크 층(518) 위에 적용된다. 하드 마스크 층(518)의 토포그래피 변화 때문에, 패터닝된 층(522)은 불균일한 잔여 층(528)을 갖는다. 도 5e는 하드 마스크 층(518)에 피쳐(534, 536)를 형성하기 위해 하드 마스크 층(518)으로의 패터닝된 층(522)의 결과적 패턴 전사를 도시한다. 잔여 층 비-균일성 때문에, 잔여 층(525)을 제거하기 위한 에칭 시간이 잔여 층(528)의 변화하는 두께의 함수로서 변하므로, 가장 작은 패터닝된 전사된 피쳐(534 및 536)("임계 피쳐"라고도 함)의 임계 치수(CD)는 더 이상 균일하지 않다. 패턴 전사가 도 5f에 도시된 바와 같이 SOC 층(514) 내로 계속 진행됨에 따라, 피쳐(534 및 536)의 비-균일성이 따라서 이전된다. 마지막으로, 하부 기판(512)이 에칭되고 남아있는 SOC 및 레지스트 재료가 제거되고(도 5g 내지 도 5h), 비-균일성을 갖는 최종 기판 피쳐(544 및 546)는 잔여 층(522)의 에칭 동안 도입된 비-균일성에 상응한다. 전술한 바와 같이, 이러한 임계 치수 비-균일성은 나노임프린트 리소그래피에 한정되지 않는다. 또한 토포그래피의 변화는 광학 및 극 자외선(EUV) 리소그래피에서 초점 심도에 영향을 미치며 마찬가지로 노광 프로세스 동안 도입되는 임계 피쳐 비-균일성을 초래한다.
대조적으로, 본 발명은 (1) 패터닝된 피쳐가 임계 피쳐의 비-균일성 에러 또는 다른 결함 문제를 발생시키거나 패터닝된 피쳐 모두를 형성하기 위해 다수의 리소그래피 단계의 사용을 필요로 하지 않고 쉽게 정의될 수 있도록 평면 표면을 생성하고, (2) 전사 에칭 후에 여전히 양호한 에칭 내성을 가지며 높은 종횡비 피쳐(종횡비 2.5:1 이상을 갖는 피쳐)가 표준 처리 조건 하에서 굴곡되거나 흔들리거나 압궤되지 않도록 기계적으로 안정한 구조를 초래하는 솔루션을 제공한다. 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이는 (1) 토포그래피 변화를 포함하는 기판 상에 예로서 SOC 층 같은 탄소 막 층을 먼저 적용하고, (2) 탄소 층의 상부에 얇은 유기 평탄화 막을 적용하고, (3) 탄소 층의 상부에 하드마스크 층을 적용하고, (4) 예로서, 임프린트 또는 광학 리소그래피 프로세스에 의해 하드 마스크 층 위에 패터닝된 층을 형성하며, (1) 내지 (4) 단계에서, 그에 의해, 탄소 막, 평탄화 막, 하드 마스크 및 패터닝된 층의 다층 스택을 형성하고, (5) 패터닝된 층의 패턴을 다층 스택으로 그리고 그후 하부 기판으로 전사하는 것에 의해 달성된다. 특정 예에서, 다층 스택은 전형적인 처리 조건 하에서 2.5:1 이상의 종횡비에서 50nm 이하의 피쳐를 유지할 수 있는 복합 유효 기계적 강성도(Eeff)를 갖는다. 이러한 프로세스의 일 실시예는 다음과 같이 도 6a 내지 도 6i에 상세히 설명된다.
도 6a를 참조하면, 기판(612)은 도 5a의 기판(512)과 동일한 비-평면 토포그래피를 갖는다. 도 6b에서, SOC 층(614)은 기판(612) 상에 피착되어, SOC 층(614)의 표면(616)이 도 5b와 유사한 기판(612)의 하부 토포그래피와 연관된 토포그래피를 취한다. 그 다음, 도 6c에 도시된 바와 같이, 평탄화 재료가 SOC 층(614) 위에 적용되어 평탄화 층(618)을 형성한다. 특히, 평탄화 층(618)의 상부 표면(620)은 사실상 평평하고, 즉, SOC 층(614)의 표면(616)의 하부 토포그래피와 연관된 어떠한 토포그래피도 취하지 않는다. 따라서, 예로서 광학 또는 임프린트 리소그래피를 사용하여 SOC 층(614) 위에 패터닝되는 피쳐는 전술한 바와 같이 표면 토포그래피 변화를 초래하는 임계 치수 변화 또는 다른 단점없이 전사될 수 있다. 도 6d 내지 도 6i는 추가 프로세스 단계를 나타낸다. 도 6d에서, 하드 마스크 층(622)은 평탄화 층(618) 위에 피착되고, 도 6e에서, 피쳐(624, 626)를 가지며 잔여 층(628)을 갖는 패터닝된 층(620)은 하드 마스크 층(622) 위에 형성된다. 도 6f는 피쳐(634 및 636)를 형성하기 위해 하드 마스크 층(622)으로의 패턴의 전사 에칭이 후속되는 잔여 층(628)의 균일한 에칭의 결과를 나타낸다. 다음으로, 도 6g에서, 패턴은 평탄화 층(618) 및 SOC 층(614) 모두에 에칭된다. 평탄화 층(618) 및 SOC 층(614)은 일반적으로 모두 유기성이기 때문에, 두 재료를 에칭하는데 사용되는 에칭 화학제는 동일할 수 있으며, 일반적으로 헬륨 또는 아르곤 같은 추가 가스와 조합된 산소, 일산화탄소, 이산화탄소와 같은 주요 에칭제 가스로 구성된다. 마지막으로, 도 6h 내지 도 6i에 도시된 바와 같이, 패턴은 기판(612)으로 전사되어 플라즈마 에칭 또는 습식 에칭 중 어느 하나에 의해 제거된 나머지 층과 함께 최종 피쳐(644 및 646)를 형성한다.
전술한 프로세스의 중요점은 도 6g에 도시된 패턴 전사 단계 후에, 기판(612)에 부착된 SOC의 비교적 두꺼운 층(SOC 층(614))이 남는다는 것이다. 본 명세서에 추가로 설명된 바와 같이, 기판(612)에 인접한 이 SOC 층(614)은 에칭된 피쳐(634 또는 636)에 기계적 강성도를 제공하여, 에칭된 피쳐의 굴곡이 최소화되게 하며, 이는 기판에 인접하게 위치된, 기계적 강성도가 훨씬 적은 평탄화 층을 갖는 경우와는 대조적이다. 또한, SOC 층(614)은 기판 내로의 후속 에칭을 위한 양호한 에칭 보호를 제공한다. 이는 평탄화 층(616)이 SOC 층(614)에 대해 등가의 에칭 내성을 갖지 않을 수도 있기 때문에 중요할 수 있다. 특정 경우에, 평탄화 층(616)은 SOC 층(614)에 비해 0 % 내지 30 %의 에칭 내성 강하를 가질 수 있다. 따라서, 소정 양태에서, 높은 종횡비의 구조의 제공시, SOC 및 평탄화 재료의 증착의 순서, 즉, 먼저 적용된 SOC 층을 적용한 후 평탄화 층을 적용하는 것이 유리하다. 이 방법을 채택함으로써 (1) 하드 마스크 층 및 후속하는 패터닝 층을 적용하기 전에 표면 토포그래피가 평탄화되어, 전사 에칭 동안 임계 치수의 최소 변화를 보장하고, (2) 평탄화 층을 적용하기 전에 SOC 층의 피착은 전체 다층 스택의 에칭 이후의 피쳐의 양호한 기계적 강성도를 보증하여 피쳐 압궤가 회피된다. 이러한 장점은 도 7 및 도 8를 참조하여 더 설명된다.
도 7은 SOC 층(714)이 기판(712) 상 및 평탄화 층(716) 아래에 적용되는 단일 전사 에칭 피쳐(710)의 단순화된 경우를 도시한다. 설명을 위해, 하드 마스크 층은 그 두께가 평탄화 층(716) 및 SOC 층(714)의 두께에 비해 무시할 수 있기 때문에 도시되지 않는다. 이 경우, 피쳐(710)의 상부에 적용된 측방향 힘(f)의 적용에 의해 야기된 피쳐(710)의 편향은 더 이상 단순히 영 모듈러스에 반비례하지 않는다. 대신, 고차 보정 항을 포함하고 다음 수학식(수학식 3)의 형태를 취한다.
Figure pat00003
여기서, δ는 피쳐의 측방향 편향의 양(또는 이동), f는 부여된 힘, I은 관성 모멘트, a는 SOC 층(714)의 두께(또는 높이), Ea는 SOC 층(714)의 영 모듈러스, b는 평탄화 층(716)의 두께(또는 높이)이고, Eb는 평탄화 층(716)의 영 모듈러스이다. 예시를 위해 Ea가 5GPa로 설정되고 Eb가 1GPa로 설정되므로 Ea와 Eb 사이의 비율은 5이다(즉, Ea/Eb = 5). 총 피쳐 두께(또는 높이)가 a + b = 1이 되도록 정규화되면 편향 δ은 다음 수학식(수학식 4)의 형태를 취한다.
Figure pat00004
수학식 4를 사용하여, 피쳐의 상대적인 측방향 편향의 양(또는 "편향 비율")은 복합재 피쳐의 전체 높이(a + b)의 비율로서의 SOC 층의 높이(a)의 함수로서 플롯화될 수 있다. 도 8에서, 플롯(820)은 Ea/Eb가 5와 같은 상황에 대한 편향 비율을 나타낸다. 이 상황에서, 피쳐가 전체적으로 SOC 층(714)으로 구성되어 a의 비율이 1.0과 같으면, 이때, 상대적 편향은 1.0의 최소 값이고, 피쳐가 전체적으로 재료 평탄화 층(716)(즉, 재료 b)으로 구성되어 a의 비율이 0이면 이때, 상대적 편향은 5x 배 초과 또는 5.0이다. 유사하게 플롯(830)은 Ea/Eb가 3과 같은 상황에 대한 편향 비율을 도시한다. 여기서, a의 비율이 1.0이 되도록 피쳐가 SOC 층(714)으로 전체적으로 구성되는 경우, 상대적 편향은 1.0의 최소 값이고, 피쳐가 전체적으로 재료(b)로 구성되어 a 비율이 0인 경우 상대적 편향은 3x 초과 또는 3.0이다.
이 편향 비율이 이러한 다층 스택의 재료 조성에 어떻게 영향을 주는지에 대한 예로서, SOC 층이 5의 영 모듈러스를 갖는 플롯(820)의 상황을 가정하면, 평탄화 층은 1의 영 모듈러스를 가지며, Ea/Eb는 5와 같으며, 추가로 5:1의 종횡비가 후속 에칭 단계에 필요하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이런 5:1 종횡비에서 작은 피쳐(예로서, 50nm 미만)를 지지하기 위해서는 5에 가까운 유효 모듈러스가 요구된다. 도 8의 플롯(820)을 다시 참조하면, 100 % SOC 층을 80 % SOC 및 20 % 평탄화 재료로 이루어진 복합재 스택으로 대체함으로써, 전체적으로 100 % SOC 재료로 이루어진 피쳐에 비해 편향 비율의 변화가 단지 3 %만큼 시프트된다는 것을 알 수 있다. 이 예의 SOC 재료가 5의 영 모듈러스를 가지기 때문에, 이때, 이런 3 %의 상대적 편향 비율의 시프트는 복합 재료의 유효 모듈러스를 동일한 3 %만큼 낮추어, 복합 재료에 대한 4.85GPa의 유효 모듈러스를 초래하며, 이는 원하는 5:1 종횡비 피쳐를 지지하기에 전체적으로 충분하다.
이제 동일한 상황에 대해, 피쳐 종횡비 비율과 더불어 토포그래피 변화의 추가적 문제를 추가로 고려한다. 예로서 임계 피쳐가 30nm 폭인 경우, 이때, 5:1 종횡비는 총 복합재 스택이 150nm이어야 한다는 것을 나타낸다. 스택의 20 %가 평탄화 층으로부터 유도되는 경우, 평탄화 층의 두께는 30nm가 될 것이다. 기판의 하부 토포그래피 변화가 30nm보다 작으면, 이때, 20 % 평탄화 층(30nm)은 이런 토포그래피를 평탄화하는데 충분할 것이다. 그러나, 실제로, SOC 막 자체가 먼저 기판 상에 스핀 다운되는 것에 의해 적용되고 그렇게 하는 과정에서 이미 토포그래피 변화의 일부를 감소시킴에 따라 평탄화 상황이 향상된다. 즉, 스핀 온 막은 일반적으로 하부 토포그래피 변화의 약 절반만큼 필요한 평탄화의 양을 감소시킬 수 있다(피쳐 간격에 의존함, 즉, 작은 피쳐 간격(~ 1 미크론 미만)은 큰 피쳐 간격보다 훨씬 효율적으로 평탄화됨). 결과적으로, 30nm의 시작 토포그래피 변화는 전술한 접근법에 의해 쉽게 평탄화될 수 있으며, 약 60nm까지의 시작 토포그래피 변화도 먼저 80 % 스핀-온 SOC 층을 적용한 다음, 20 % 평탄화 막을 적용함으로써 해결될 수 있다.
제2 예로서, 동일한 재료 조건(즉, 영 모듈러스가 5인 SOC 재료 및 영 모듈러스가 1인 평탄화 재료)에 대해 단지 4:1의 작은 피쳐 종횡비가 요구되며, 그 후, 도 5에 도시된 바와 같이, 유효 영 모듈러스는 2.46GPa 만큼 낮을 수 있다. 수학식 2의 연산에 의해, 2의 인자만큼 영 모듈러스를 감소시킴으로써(즉, 5GPa에서 2.46GPa까지), 허용 가능한 편향(d)의 양은 2의 인자만큼 증가된다. 이 경우, 도 8의 플롯(820)을 참조하면, 2의 편향 비율이 수용될 수 있다. 결과적으로, 4:1의 종횡비는 30 %만큼 작은 SOC와 복합 두께의 70%만큼 많은 낮은 모듈러스 평탄화 막으로부터 유래된 피쳐의 복합 두께에 의해 지지될 수 있다.
제3 예에서, 후속 피착된 평탄화 막(716)에 대한 2GPa의 영 모듈러스와 SOC 층(714)을 위한 6GPa의 영 모듈러스를 가정한다. 이 경우 두 막 사이의 영 모듈러스 비율은 3이다(Ea/Eb = 3). 이 상황에 대한 이 예의 편향 비율(도 8, 플롯(830))은 1.0 내지 3.0에서 변한다. 제1 예에서와 같이, 역시 유효 영 모듈러스가 적어도 5 바로 아래이어야 하는 경우에 해당하는 5:1의 피쳐 종횡비를 역시 목적으로 할 수 있다. 플롯(830)에 따르면, 단지 편향 비율을 약 10 %까지 증가시키면서, 복합재 스택의 30 %까지가 이제 평탄화 막(716)으로 구성될 수 있다. 이 예의 SOC 재료가 6의 영 모듈러스를 가지기 때문에, 상대적 편향 비율에서의 10 % 시프트는 유효 모듈러스의 유사한 양만큼의 감소에 대응하고, 5를 훨씬 더 초과한 유효 영 모듈러스를 초래하며, 이는 이전에 언급한 바와 같이 5:1의 종횡비를 완벽하게 지지할 수 있다.
제4 예로서, 예 3에서와 동일한 재료 조성을 사용하지만 단지 4:1의 종횡비가 대신 요구되는 경우, 이때, 도 5의 플롯에 따라, 유효 영 모듈러스는 2.46GPa만큼 낮을 수 있다. 영 모듈러스를 2의 인자보다 크게 감소시킴으로써(즉, 6GPa에서 2.46GPa까지 감소), 허용 가능한 편향(d)의 양은 2를 초과한 인자만큼 증가된다. 이 경우, 플롯(830)에 따르면, 2보다 큰 편향 비율이 수용될 수 있고, 결과적으로, 복합재 두께의 약 80 %가 낮은 모듈러스 평탄화 막으로부터 유래될 수 있으며, 20 %만큼 작은 복합 두께가 SOC 막에서 유래될 수 있다. 상당한 양의 평탄화 막이 복합재 스택에 통합될 수 있기 때문에, 고 종횡비 피쳐 구조를 달성하고 수십 나노미터 정도로 하부 토포그래피를 완전히 평탄화 할 수 있는 복합재 스택을 제공하는 두 문제점이 만족스럽게 해결된다.
통상의 숙련자는 복합 두께 및 유효 영 모듈러스의 다른 많은 조합이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 주요 기준은 라인 또는 피쳐 압궤를 피하기 위해 복합재 피쳐에서 충분한 유효 기계적 강성도를 유지하는 것이다. 전술한 바와 같이, 평탄화 층에 대한 1GPa의 적당한 영 모듈러스 및 SOC에 대한 5GPa의 영 모듈러스를 가정하면, 5:1 종횡비는 5 바로 아래의 유효 영 모듈러스를 필요로 한다. 종횡비가 감소함에 따라, 낮은 유효 영 모듈러스는 만족스럽고 복합 구조의 유효 기계적 강성도는 이에 따라 완화될 수 있다. 그러나, 피쳐 크기가 감소하고, 따라서 각 재료 성분에 대한 유효 영 모듈러스의 값이 감소되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 이때, 다층 스택의 유효 영 모듈러스는 그에 따라 증가할 필요가 있다.
물론 영 모듈러스의 값은 복합재 스택을 구축하기 위해 선택한 실제 재료에 따라 달라질 것이다. SOC 막의 영 모듈러스는 약 2 내지 10GPa 사이에서 다양하다. 스핀-온 기술을 사용하여 피착될 때 평탄화 재료의 범위는 대략 1-2GPa이다. 따라서, 복합재 피쳐의 최종 유효 기계적 강성도는 필요한 종횡비와 평탄화 층 및 SOC 층 복합재의 실제 유효 영 모듈러스에 따라 변할 것이다. 유효 영 모듈러스는 스핀 코팅되지 않고 대신에 스퍼터링, 화학 기상 증착 또는 전자 빔 피착과 같은 진공 기술을 사용하여 피착되는 평탄화 막을 사용함으로써 향상될 수 있다.
도 9는 피착 순서의 중요성을 보여주는 반례를 도시한다. 이 예에서, 피쳐(910)는 반대로, 즉, 먼저 기판(912) 상에 평탄화 층(916)을 피착하고, 후속하여 SOC 재료를 피착하여 SOC 층(914)을 형성함으로써 형성된다. 평탄화 층(916)의 두께 및 그 영 모듈러스는 각각 b 및 Eb로 표시된다. SOC 층(914)의 두께 및 그 영 모듈러스는 a 및 Ea로 각각 표시된다. 복합재 피쳐(910)에 부여된 힘은 f로 표시된다. (역시, 평탄화 층 및 SOC 층에 비해 그 두께가 무시가능할 정도로 매우 얇기 때문에, 하드 마스크 층은 도시되지 않는다). 이 경우, 측방향 힘(f)의 적용에 의해 야기되는 복합재 피쳐(910)의 편향 δ은 마찬가지로 더 이상 영 모듈러스에 단순히 반비례하지 않는다. 대신, 고차 보정 항을 포함하고 다음 수학식(수학식 5)의 형태를 취한다.
Figure pat00005
여기서 f는 피쳐에 부여된 힘이며 I은 관성 모멘트이다. 예시를 위해, Ea가 5GPa이고 Eb가 1GPa라고 가정하면 Ea와 Eb 사이의 비율은 5이다(즉, Ea/Eb = 5). 복합재 두께가 a + b = 1이 되도록 정규화되면 편향은 다음 수학식(수학식 6)의 형식을 취한다.
Figure pat00006
수학식 6을 사용하여, "편향 비율"또는 상대적 편향의 양이 도 10에 평탄화 재료의 높이(b)(즉, 도 10의 "b의 조성")의 함수로서 도 10의 그래프(플롯(1020))에 플롯화된다. 이 플롯으로부터, 평탄화 재료가 피쳐에 통합되지 않을 때, 즉 피쳐가 전체적으로 SOC 재료로 구성되는 경우, 상대적 편향은 1의 그 최소치라는 것을 알 수 있다. SOC 재료가 적용되지 않는 경우, 즉 피쳐가 전체적으로 평탄화 재료로 구성되는 경우, 이때, 편향은 5의 인자만큼 점프하고, 전술한 바와 같이, 그 자체로 사용될 때 평탄화 재료의 낮은 기계적 강성도로 인해, 2.5:1보다 양호한 종횡비를 지지할 수 없다.
그러나 여기에서 중요한 점은 다층 스택의 저부 층으로서 작은 양의 평탄화 재료를 통합해도 피쳐 압궤가 발생하는 상황이 발생한다는 것이다. 예로서, 다시 도 10을 참조하면, 전체 피쳐 두께의 10 %만이 평탄화 재료인 경우 편향 비율은 전체적으로 SOC를 사용하는 것에 비해 2배(2X)가 된다. 이런 편향 비율의 증가는 유효 모듈러스가 2의 인자만큼 감소함을 의미한다. SOC 영 모듈러스 원래 5GPa이고 평탄화 막이 1의 모듈러스를 갖는 경우, 그후, 평탄화 막의 10 % 만 저부 층으로서 추가함으로써, 유효 영 모듈러스는 단지 2.5로 떨어지며, 이는 도 4의 플롯(402)에 따라, 4:1보다 큰 종횡비를 유지하기에 불충분하다.
제2 예로서, 표적 종횡비가 4:1 바로 아래로 완화되는 경우, 이때, 저부 층으로서 10 % 평탄화 막을 갖는 복합재 스택은 4:1 미만의 종횡비를 지지하기 위한 기계적 강성도 요건을 충족시키도록 작동할 수 있다. 그러나, 예로서 15nm의 기존 토포그래피가 존재하고 30nm 임계 피쳐 크기가 필요한 경우, 이때, 복합재 막의 높이는 120nm가 된다. 따라서, 10 % 평탄화 막은 단지 12nm의 두께를 가지며, 이는 평탄화 막이 기존의 15nm의 토포그래피 변화를 평탄하게 하기 위해 충분한 평탄화 막이 피착되지 않을 것이라는 것을 의미한다. 결과적으로, 종횡비가 낮은 완화된 경우에도, 후속 에칭에 필요한 종횡비 그리고 또한 하부 토포그래피 문제를 해결하기에 충분한 두께의 평탄화 막 모두를 해결하는 복합재 막 스택이 제공될 수 없다. 증가된 토포그래피 변화가 도입됨에 따라, 보다 두꺼운 평탄화 막의 필요성이 생성될 때, 평탄화 층이 먼저 피착되는 경우의 연장으로서, 심지어 4:1보다 낮은 다수의 종횡비가 지지될 수 없다.
다양한 양태들의 추가의 수정 및 대안적인 실시예는 이 설명을 고려하여 통상의 숙련자에게 명백할 것이다. 따라서, 이 설명은 단지 예시적인 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 도시되고 설명된 형태는 실시예의 예로서 취해진 것으로 이해된다. 본 명세서에 도시되고 기술된 것들에 대해 요소들 및 재료들이 대체될 수 있으며, 이 설명의 이점을 얻은 후에 통상의 숙련자에게 명백한 바와 같이, 부품 및 프로세스들이 역전될 수 있고, 특정 특징들이 독립적으로 이용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 비-평면(non-planar) 표면 변화가 있는 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 위에 제1 기저층을 부착하는 단계로서, 형성되는 상기 제1 기저층이 아래에 있는 상기 기판의 비-평면 표면 변화에 대응하는 비평면 표면 변화를 갖는, 제1 기저층을 부착하는 단계, 및
    상기 제1 기저층 위에 제2 평탄화층을 부착하는 단계
    에 의해, 상기 기판 상에 다층 스택을 형성하는 단계;
    상기 다층 스택 상에 하드 마스크를 피착하는 단계; 및
    상기 하드 마스크 상에 패터닝된 층을 형성하는 단계를 포함하고,
    형성된 상기 패터닝된 층은 피쳐(features)를 갖고,
    상기 다층 스택은, 50nm 이하의 피쳐 치수 및 2.5:1 이상의 종횡비를 갖는 하나 이상의 에칭된 피쳐를 최소 피쳐 압궤(collapse)로 유지하는 데 충분한 복합 유효 기계적 강성도(Eeff)를 갖는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 에칭된 피쳐는 5:1 이상의 종횡비를 갖는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다층 스택의 하나 이상의 에칭된 피쳐의 피쳐 압궤는, 동일한 조건 하에서 전체적으로 제2 평탄화 재료로 형성된 층으로 에칭된 동일한 피쳐와 비교하여 감소되는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 제2 평탄화 재료의 에칭 내성은 상기 제1 기저층의 에칭 내성의 30 % 이내인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 패터닝된 층의 피쳐는 특정 임계 치수(CD)를 가지며, 상기 다층 스택의 에칭된 피쳐는 전체적으로 제1 기저층 재료로 형성된 층으로 에칭된 동일한 피쳐와 비교하여 더 높은 임계 치수(CD) 균일성을 유지하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다층 스택은 피쳐 압궤없이 상기 하나 이상의 에칭된 피쳐를 유지하는 데 충분한 복합 유효 기계적 강성도(Eeff)를 가지는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형성된 패터닝된 층의 피쳐를 상기 다층 스택으로 에칭하는 하나 이상의 에칭 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 형성된 패터닝된 층의 피쳐를 상기 기판으로 전사하기 위해 하나 이상의 추가 에칭 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 다층 스택이며,
    비-평면 표면 변화가 있는 표면을 갖는 기판;
    상기 기판의 표면 위에 형성되고, 상기 기판 표면의 비-평면 표면 변화에 대응하는 비-평면 표면 변화를 갖는 제1 탄소 층; 및
    상기 제1 탄소 층 위에 형성되고 평면 표면을 갖는 제2 평탄화 층을 포함하며,
    다층 스택은 2.5:1 이상의 종횡비에서 50nm 이하의 피쳐를 최소 피쳐 압궤로 유지하는 데 충분한 복합 유효 기계적 강성도(Eeff)를 갖는, 다층 스택.
  10. 제9항에 있어서, 상기 다층 스택은, 5:1 이상의 종횡비에서 50nm 이하의 피쳐를 최소 피쳐 압궤로 유지하는 데 충분한 복합 유효 기계적 강성도(Eeff)를 갖는, 다층 스택.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제2 평탄화 층의 에칭 내성은 제1 탄소 층의 에칭 내성의 30 % 이내인, 다층 스택.
  12. 디바이스를 제조하는 방법이며,
    제8항의 방법에 따라 형성된 패터닝된 층의 피쳐를 기판으로 전사하는 단계, 및
    상기 기판을 처리하여 디바이스를 제조하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼를 더 포함하며, 제조된 상기 디바이스는 반도체 디바이스인, 방법.
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