KR20220066261A

KR20220066261A - 좁은 트렌치 형성 방법

Info

Publication number: KR20220066261A
Application number: KR1020227006311A
Authority: KR
Inventors: 안톤 제이. 데빌리어스; 조디 그르제스코위악; 다니엘 풀포드; 리차드 에이. 파렐; 제프리 스미스
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2022-05-24
Also published as: US20210088904A1; WO2021055542A8; JP2022548863A; CN114585969A; TW202125107A; WO2021055542A1; US11841617B2

Abstract

기판 상에 패턴을 형성하는 방법이 제공된다. 방법은 기판의 하부 층 상에 제1 층을 형성하는 단계를 포함하고, 제1 층은 제1 구조물을 갖도록 패터닝된다. 방법은 또한 제1 구조물의 측면 상에, 용해도 변화 재료를 포함하는 그래프팅 재료를 퇴적하는 단계를 포함한다. 방법은 용해도 변화 재료를 용해도 변화 재료와 접하고 있는 이웃 구조물 내로 미리 결정된 거리만큼 확산시키는 단계 ― 용해도 변화 재료는 현상제 내에서 이웃 구조물의 용해도를 변화시킴 ―, 및 현상제를 사용하여 이웃 구조물의 가용성 부분을 제거하여 제2 구조물을 형성하는 단계를 더 포함한다.

Description

좁은 트렌치 형성 방법

본 개시 내용은 2019년 9월 19일 출원된 미국 가출원 번호 제62/902,434호의 우선권을 주장하며, 이 미국 가출원의 전체 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.

본 개시 내용은 반도체 기판을 패터닝하는 것과 관련된 공정 뿐만 아니라 집적 회로의 미세 가공을 포함하는 미세 가공에 관한 것이다.

(포토리소그래피와 같은) 재료 처리 방법론에서, 패터닝된 층을 생성하는 것은 일반적으로 기판의 상부 표면에 포토레지스트와 같은 방사선 감지 재료의 얇은 층을 도포하는 것을 포함한다. 이 방사선 감지 재료는 패터닝된 마스크로 변형되고, 이러한 패터닝된 마스크는 기판의 하부 층 내로 패턴을 에칭하거나 전사하는 데 사용될 수 있다. 방사선 감지 재료의 패터닝은 일반적으로, 예를 들어, 포토리소그래피 시스템을 사용하여, 레티클(및 관련 광학계)을 통해 방사선 감지 재료 상으로 방사선 소스를 노광시키는 것을 포함한다. 이러한 노광은 방사선 감지 재료 내에 잠재 패턴(latent pattern)을 생성하며, 이는 이후 현상될 수 있다. 현상은 토포그래픽 또는 릴리프 패턴(topographic or relief pattern)을 생성하기 위해 방사선 감지 재료의 일부를 용해 및 제거하는 것을 지칭한다. 예를 들어, 현상은 현상 용매를 사용하여 (포지티브 포토레지스트의 경우에서와 같이) 방사선 감지 재료의 조사 영역(irradiated region)을 제거하거나, 또는 (네거티브 레지스트의 경우에서와 같이) 비조사 영역(non-irradiated region)을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 그 후 릴리프 패턴은 마스크 층으로서 기능할 수 있다.

본 개시 내용은 기판 상에 패턴을 형성하는 것에 관련된 것이다.

제1 양태는 기판 상에 패턴을 형성하는 방법이다. 방법은 기판의 하부 층 상에 제1 층을 형성하는 단계를 포함하고, 제1 층은 제1 구조물을 갖도록 패터닝된다. 제1 구조물의 측면에는 그래프팅 재료(grafting material)가 퇴적되며, 그래프팅 재료는 용해도 변화 재료(solubility-shifting material)를 포함한다. 용해도 변화 재료는 용해도 변화 재료와 접하고 있는(abut) 이웃 구조물 내로 미리 결정된 거리만큼 확산되고, 용해도 변화 재료는 현상제 내에서 이웃 구조물의 용해도를 변화시킨다. 이웃 구조물의 가용성 부분(soluble portion)은 현상제를 사용하여 제거되어 제2 구조물을 형성하게 된다.

일부 실시예에서, 제1 구조물은 제1 층의 제1 개구부를 포함한다. 이웃 구조물은 제1 층의 일부일 수 있고, 제1 층은 포토레지스트 재료를 포함할 수 있다. 제2 구조물은 제1 층의 제2 개구부를 포함하며, 여기서 제2 개구부의 잠재 패턴은 용해도 변화 재료를 확산시키기 전에 화학 방사선에 대한 제1 층의 패터닝된 노광에 의해 형성된다. 일 예에서, 용해도 변화 재료는 이웃 구조물이 현상제에 대해 불용성이 되도록 하고, 제1 개구부는 제2 개구부로부터 적어도 미리 결정된 거리만큼 이격된다. 다른 예에서, 용해도 변화 재료는 이웃 구조물이 현상제에 대해 가용성이 되도록 하고, 제1 개구부는 제2 개구부와 접합된다.

일부 실시예에서, 제1 구조물은 맨드릴 또는 라인을 포함한다. 이웃 구조물은 제1 층의 일부일 수 있다. 그래프팅 재료의 퇴적은 그래프팅 재료를 갖는 용액으로 기판을 코팅함으로써 달성되며, 여기서, 그래프팅 재료는 기판의 피복되지 않은 모든 표면 상에 퇴적된다. 방법은, 용해도 변화 재료를 확산시킨 후, 기판으로부터 그래프팅 재료를 제거하는 단계와, 제2 구조물의 잠재 패턴을 형성하기 위해 기판 위에 포토레지스트 재료를 퇴적하는 단계를 포함하며, 여기서 포토레지스트 재료는 제1 구조물과 접하고 있다. 예를 들어, 용해도 변화 재료는 충전제 재료의 접한 부분이 현상제에 대해 가용성이 되도록 하고, 제1 구조물은 제2 구조물로부터 적어도 미리 결정된 거리만큼 이격될 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 구조물은 맨드릴 또는 라인을 포함하고, 이웃 구조물은 그래프팅 재료를 퇴적한 후 기판에 퇴적되는 포토레지스트 재료일 수 있다.

제2 양태는 기판 상에 패턴을 형성하는 방법이다. 방법은 기판의 하부 층 상에 패터닝된 제1 층을 형성하는 단계를 포함하고, 여기서, 패터닝된 제1 층은 제1 재료를 포함하고, 하부 층은 제1 재료와는 화학적으로 상이한 제2 재료를 포함한다. 패터닝된 제1 층은 제1 구조물을 갖는다. 그래프팅 재료가 기판 상에 퇴적되고, 그래프팅 재료는 제1 구조물의 피복되지 않은 표면에 선택적으로 부착된다. 그래프팅 재료는 용해도 변화 재료를 포함한다. 충전제 재료는 기판 상에 퇴적되고, 충전제 재료는 그래프팅 재료와 접하고 있다. 용해도 변화 재료는 충전제 재료의 접한 부분 내로 미리 결정된 거리만큼 확산되고, 용해도 변화 재료는 현상제 내에서 충전제 재료의 접한 부분의 용해도를 변화시킨다. 충전제 재료의 가용성 부분은 현상제를 사용하여 제거되어, 충전제 재료의 나머지 부분은 제2 구조물을 형성하게 된다.

일부 실시예에서, 용해도 변화 재료는 충전제 재료의 접한 부분이 현상제에 대해 가용성이 되도록 하고, 제1 구조물은 제2 구조물로부터 적어도 미리 결정된 거리만큼 이격된다. 대안적인 실시예에서, 용해도 변화 재료는 충전제 재료의 접한 부분이 현상제에 대해 불용성이 되도록 하고, 제1 구조물은 제2 구조물과 접촉하게 된다.

일부 실시예에서, 용해도 변화 재료는 열산 발생제(thermal acid generator)를 포함하고, 방법은 용해도 변화 재료를 충전제 재료 내로 확산시키기 전에 열에 의해 열산 발생제를 활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 용해도 변화 재료는 광산 발생제(photo acid generator)를 포함하고, 방법은 용해도 변화 재료를 충전제 재료 내로 확산시키기 전에 화학 방사선에 의해 광산 발생제를 활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 화학 방사선은 포토마스크와 함께 수행될 수 있고, 그에 따라 용해도 변화 재료는 화학 방사선의 패터닝된 노광에 의해 활성화된다. 일부 실시예에서, 용해도 변화 재료는 산을 중화시키는 염기를 포함한다.

일부 실시예에서, 충전제 재료는 포토레지스트 재료를 포함한다. 방법은 용해도 변화 재료를 충전제 재료 내로 확산시키기 전에, 화학 방사선의 패터닝된 노광을 통해 포토레지스트 재료 내에 제2 구조물의 잠재 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 예에서, 잠재 패턴은 포토레지스트 재료의 접한 부분과 중첩할 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 구조물은 맨드릴 또는 라인을 포함한다. 맨드릴 또는 라인은 기판 상에 그래프팅 재료를 퇴적하기 전에 경화될 수 있다.

제3 양태는 기판 상에 패턴을 형성하는 방법이다. 방법은 기판의 하부 층 상에 패터닝된 제1 층을 형성하는 단계를 포함하고, 패터닝된 제1 층은 제1 구조물을 갖는다. 기판 상에는 그래프팅 재료가 퇴적되고, 그래프팅 재료는 제1 구조물의 피복되지 않은 표면에 선택적으로 부착되어, 결과적으로 제1 구조물의 측벽 상에 미리 결정된 두께의 그래프팅 재료를 형성한다. 기판 상에는 포토레지스트로부터 제2 구조물이 형성되고, 제2 구조물은 그래프팅 재료와 접하고 있다. 그래프팅 재료는 제거되고, 그에 따라 제1 구조물은 제2 구조물로부터 미리 결정된 두께에 해당하는 거리만큼 이격된다.

본 개시 내용의 양태는 첨부된 도면과 함께 읽게 되면 다음의 상세한 설명으로부터 최상으로 이해된다. 주목할 것은 본 업계의 표준 관행에 따라 다양한 피처가 축척대로 도시되는 것은 아니라는 것이다. 실제로, 다양한 피처의 치수는 설명의 명확성을 위해 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따라 기판 상에 패턴을 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따라 기판 상에 패턴을 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 3aa, 도 3ba, 도 3ca, 도 3da 및 도 3ea와, 도 3ab, 도 3bb, 도 3cb, 도 3db 및 도 3eb는 본 개시 내용의 실시예에 따른 열산 발생제(TAG)를 이용한 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판의 개략적인 단면도 및 평면도를 도시한 것이다.
도 4aa, 도 4ba, 도 4ca, 도 4da, 도 4ea 및 도 4fa와, 도 4ab, 도 4bb, 도 4cb, 도 4db 도 4eb 및 도 4fb는 본 개시 내용의 실시예에 따른 광산 발생제(PAG)를 이용한 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판의 개략적인 단면도 및 평면도를 도시한 것이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 도 5e, 도 5f, 도 5m, 도 5n, 도 5p 및 도 5q와, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e, 도 6f, 도 6m, 도 6n, 도 6p 및 도 6q와, 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7m, 도 7n, 도 7p 및 도 7q와, 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8m 및 도 8n은 본 개시 내용의 실시예에 따라, 오버레이 오차 또는 포토리소그래피 오정렬에도 불구하고, 구조물들 또는 개구부들 사이에 갭 또는 접속부를 생성하기 위해 작용성 그래프팅 재료(functional grafting material)를 사용하는 실시예를 도시한 것이다.
도 9aa, 도 9ba, 도 9ca, 도 9da, 도 9ea 및 도 9fa와, 도 9ab, 도 9bb, 도 9cb, 도 9db, 도 9eb 및 도 9fb는 본 개시 내용의 실시예에 따른 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판의 개략적인 3차원(3D) 도면 및 평면도를 도시한 것이다.
도 10a, 도 10b, 및 도 10c는 도 9의 예시적인 공정에 따른 기판 상의 패턴 형성을 도시한 것이다.
도 11은 본 개시 내용의 일 실시예에 따라 기판 상에 패턴을 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 도 12d, 도 12e, 및 도 12f는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판의 개략적인 3D 도면 및 평면도를 도시한 것이다.

이하의 개시 내용은 제공된 발명의 대상의 다양한 피처를 구현하기 위한 많은 다양한 실시예 또는 예를 제공한다. 이하에서는 본 개시 내용을 단순화하기 위해 특정 예의 컴포넌트 및 배열체가 기술된다. 이들은 물론 예에 불과할 뿐이며 제한하려는 것이 아니다. 예를 들어, 이하의 설명에서 제2 피처 위에 또는 제2 피처 상에 제1 피처를 형성하는 것은 제1 피처와 제2 피처가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있고, 또한 제1 피처와 제2 피처가 직접 접촉하지 않을 수 있도록 제1 피처와 제2 피처 사이에 추가적인 피처가 형성될 수 있는 실시예를 포함할 수 있다. 또한, 본 개시 내용은 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순성 및 명확성을 위한 것이며, 그 자체가 논의된 다양한 실시예들 및/또는 구성들 간의 관계를 나타내는 것은 아니다. 또한, "상단", "하단","바로 아래", "아래", "하부", "위", "상부" 등과 같은 공간 관련 용어는 본원에서 하나의 요소 또는 피처의 다른 요소(들) 또는 피처(들)에 대한 관계를 도면에 도시한 바와 같이 기술하기 위한 설명의 편의를 위해 사용될 수 있다. 이들 공간 관련 용어는 도면에 도시된 방향 외에도 사용 중인 또는 동작 중인 디바이스의 다양한 방향을 포함하도록 의도된다. 장치는 다른 방식으로 배향될 수 있고(90도 또는 다른 방향으로 회전될 수 있고), 그에 따라 본원에서 사용되는 공간 관련 서술자가 마찬가지로 해석될 수 있다.

본원에 기술된 다양한 단계의 논의 순서는 명확성을 위해 제시되었다. 일반적으로, 이들 단계는 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 추가적으로, 본원의 다양한 특징, 기법, 구성 등의 각각이 본 개시 내용의 다양한 위치에서 논의될 수 있지만, 각각의 개념이 서로 독립적으로 또는 서로 조합적으로 실행될 수 있다는 것이 의도된다. 따라서, 본 발명은 많은 다양한 방식으로 구현 및 보여질 수 있다.

피처를 서브 분해능 피치(sub-resolution pitch)로 인쇄하는 한 가지 접근 방식은, 패턴을 2개의 마스크 사이에 완화된 피치로 분할하고, 연속적인 리소그래피 및 에칭 단계에서 재결합하는 것이다. 그러나, 이 접근 방식은 오버레이 오차(overlay error) 및 에지 배치 오차(edge placement error)(EPE)를 겪을 수 있다. 이 접근 방식의 한 가지 단점은 패터닝을 2개의 노광 및 에칭으로 분할하면 처리량이 감소한다는 것이다. 제2의 단점은 다중 패터닝으로 인한 오정렬이다. 스페이서 방지(anti-spacer)는 이러한 두 가지 문제를 한 번에 해결하는 분해능 제한이 없는 자체 정렬 공정이다. 또한, 스페이서 방지 형성을 위해 본원에 기술된 유사한 기법이 "스냅 투(snap to)" 및 "스냅 어웨이(snap away)" 기술에 사용될 수 있다. 스냅 기술은 또한 설정된 에지에 대해 반응성 종(reactive species)을 사용하여 오버레이의 영향을 완화시킨다.

스페이서 방지 기술은, 예를 들어, 좁은 트렌치 또는 슬롯 컨택트를 생성하는 임계 치수(CD)를 정의하기 위해 반응성 종의 확산 길이를 사용한다. 이 CD는 반응성 종의 분자량 수정, 반응성 종의 분자 구조, 및 베이킹 온도/시간을 통해 조정될 수 있다. 마스크를 통한 노광 또는 선택적 퇴적을 통해 반응성 종을 공간적으로 제어할 수 있다면, 좁은 트렌치 대신 좁은 슬롯 컨택트가 형성될 수 있다. 좁은 슬롯 컨택트를 생성하는 또 다른 접근 방식은 좁은 트렌치를 형성한 후 유지/절단 마스크(keep/cut mask)를 사용하는 것이다. 그러나, 이 기법은 또 다른 리소그래피 노광 및 필름 스택을 도입하게 된다. 설명의 편의를 위해 본 개시 내용에서는 반응성 종으로서 산을 사용하는 예에 초점이 맞추어질 것이다.

본원의 기법은, 인접한 구조물 또는 개구부 사이에 좁은 트렌치를 형성하거나 완충제(buffer)를 제공하기 위해(즉, 슬롯 컨택트(slot contact)를 형성하기 위해), 용해도 변화 재료의 확산 길이를 사용하여 기판을 패터닝하는 공정 흐름을 포함한다. 본원의 기법은, 제1 구조물을 갖는 패터닝된 제1 층을 형성하는 것, 용해도 변화 재료를 포함하는 그래프팅 재료를 제1 구조물의 측면 상에 퇴적하는 것, 용해도 변화 재료를 이웃 구조물 내로 확산시키는 것, 및 이웃 구조물의 가용성 부분을 제거하는 것을 포함한다. 확산 조건과 지속 시간을 제어하게 되면, 서브 분해능 CD가 정의될 수 있고, "스냅 투" 및 "스냅 어웨이" 기술에 활용될 수 있다.

도 1는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따라 기판 상에 패턴을 형성하는 방법(100)의 흐름도이다. 방법(100)은 단계 S101에서 시작하며, 여기서는, 기판의 하부 층 상에 제1 층을 형성하고, 제1 층은 제1 구조물을 갖도록 패터닝된다. 제1 구조물은, 예를 들어, 제1 층의 맨드릴/라인(예컨대, 도 3 내지 도 6 및 도 9 내지 도 10) 또는 개구부(예컨대, 도 7 내지 도 8)를 포함할 수 있다.

단계 S102에서, 용해도 변화 재료를 포함하는 그래프팅 재료를 제1 구조물의 측면 상에 퇴적한다. 일부 실시예에서, 그래프팅 재료는 제1 구조물 라인의 피복되지 않은 표면에 선택적으로 부착된다(예컨대, 도 3 내지 도 6). 다른 실시예에서, 그래프팅 재료는 기판의 피복되지 않은 모든 표면 상에 비선택적으로 퇴적된다(예컨대, 도 7 내지 도 10). 예를 들어, 그래프팅 재료는 개구부의 측면 및 하단 표면 상에, 그리고 패터닝된 제1 층의 상단 표면 상에 퇴적될 수 있다(예컨대, 도 7 내지 도 8). 다른 예에서, 그래프팅 재료는 맨드릴의 측면 및 상단 표면 상에, 그리고 하부 층의 상단 표면 상에 퇴적될 수 있다(예컨대, 도 9 내지 도 10).

단계 S103 및 S104에서, 용해도 변화 재료는 용해도 변화 재료와 접하고 있는 이웃 구조물 내로 미리 결정된 거리만큼 확산되고, 이어서 이웃 구조물의 가용성 부분은 현상제를 사용하여 제거되어 제2 구조물을 형성하게 된다. 용해도 변화 재료는 특정 현상제 내에서 이웃 구조물의 용해도를 변화시키도록 설계되었다. 일부 실시예에서, 용해도 변화 재료는 이웃 구조물이 특정 현상제에 대해 가용성이 되도록 하고, 그에 따라 제1 구조물은 제2 구조물로부터 적어도 미리 결정된 거리만큼 이격된다(예컨대, 도 3 내지 도 6 및 도 9 내지 도 10). 일부 실시예에서, 용해도 변화 재료는 이웃 구조물이 특정 현상제에 대해 불용성이 되도록 하고, 그에 따라 제1 구조물은 제2 구조물과 접촉된다(예컨대, 도 5 내지 도 6). 일부 실시예에서, 용해도 변화 재료는 이웃 구조물이 특정 현상제에 대해 가용성이 되도록 하고, 그에 따라 제1 구조물은 제2 구조물과 접촉된다(예컨대, 도 7 내지 도 8). 일부 실시예에서, 용해도 변화 재료는 이웃 구조물이 특정 현상제에 대해 불용성이 되도록 하고, 그에 따라 제1 구조물은 제2 구조물로부터 적어도 미리 결정된 거리만큼 이격된다(예컨대, 도 7 내지 도 8). 추가적으로, 일부 실시예에서, 용해도 변화 재료는 단계 S103 이전에 활성화될 수 있다.

여전히 단계 S103 및 S104를 참조하면, 이웃 구조물은 제1 구조물이 제1 층의 개구부인 예에서 제1 층의 일부이다(예컨대, 도 7 내지 도 8). 그 결과, 제2 구조물은 제1 개구부와 이격되거나 접촉하는 제2 개구부일 수 있다. 제1 구조물이 맨드릴 또는 라인인 다른 예에서, 이웃 구조물은 제1 층의 일부일 수 있거나(예컨대, 도 9 내지 도 10), 또는 그래프팅 재료를 퇴적한 후 기판에 퇴적되는 포토레지스트 재료 층일 수 있다(예컨대, 도 3 내지 도 6). 사실, 방법(100)은 다양한 공정 흐름을 나타내는 적어도 11개의 실시예(예컨대, 도 3 내지 도 10)를 포함하고, 각각에 대해서는 나중에 상세히 설명될 것이다.

도 2는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따라 기판 상에 패턴을 형성하는 방법(200)의 흐름도이다. 방법(200)은 도 1의 방법(100)에 대한 적어도 6개의 실시예(예컨대, 도 3 내지 도 6)를 포함할 수 있다. 단계 S201에서, 기판의 하부 층 상에 패터닝된 제1 층을 형성한다. 패터닝된 제1 층은 제1 재료를 포함하고, 하부 층은 제1 재료와는 화학적으로 상이한 제2 재료를 포함한다. 패터닝된 제1 층은 또한 맨드릴 또는 라인과 같은 제1 구조물을 가질 수 있다. 예를 들어, 맨드릴은 제1 포토레지스트 재료로 만들어질 수 있다. 주목할 것은 방법(200)에 대한 논의는 제1 포토레지스트 재료 및 맨드릴에 대해 초점이 맞추어질 것이지만, 제1 재료는 또한 하드마스크 재료일 수 있고, 제1 구조물은 다른 구조물을 포함할 수 있다는 점이다.

단계 S202에서, 용해도 변화 재료를 포함하는 그래프팅 재료를 기판 상에 퇴적하며, 여기서 그래프팅 재료는 제1 구조물의 피복되지 않은 표면에 선택적으로 부착된다. 그래프팅 재료(또한 브러시라고 지칭되기도 함)는 부착기(attachment group)가 있는 중합체 또는 단사슬 중합체(short chain polymer)이다. 선택된 특정 헤드기(head group)에 기반하여, 그래프팅 재료는 다른 재료의 표면에 부착되지 않고 특정 재료의 표면에 부착될 수 있다. 그래프팅 재료는 자가 조립 단층막(self-assembled monolayer)(SAM)일 수 있다. 일부 실시예에서, 그래프팅 재료는 바람직하게는 탄화수소 사슬로 제형화되는 것보다 더 중합체성이다. 그래프팅 재료는 스핀-온 퇴적(spin-on deposition), 물리 기상 증착(physical vapor deposition) 등을 통해 도포될 수 있다. 일부 실시예에서, 특정 그래프팅 재료의 퇴적 후에, 베이킹 공정(bake process)이 실행된다. 베이킹은 그래프팅 재료를 하부 층에 본딩시키지 않고 제1 포토레지스트 재료에 본딩시킨다. 그 후 (플로어 재료(floor material)와 같은) 본딩되지 않은 재료는 용매 스트립 공정(solvent strip process)을 사용하여 제거될 수 있다. 그래프팅 재료의 다른 측면은 열산 발생제(TAG), 광산 발생제(PAG), 염기, 또는 다른 용해도 변화 재료와 같은 작용기(functional group)를 포함할 수 있다.

단계 S203에서, 기판 상에 충전제 재료를 퇴적하고, 여기서 충전제 재료는 그래프팅 재료와 접하게 된다. 예를 들어, 충전제 재료의 오버코트(overcoat)는 패터닝된 제1 층 위에 퇴적될 수 있다. 충전제 재료는 제2 포토레지스트 재료일 수 있거나, 또는 용해도 변화 재료에 반응하는 다른 충전제 재료일 수 있다. 일부 실시예에서, 이 충전제 재료는 본질적으로 산과 반응하여 현상제 내에서 가용성이 되도록 선택된다. 본 개시 내용에서 주로 사용되는 충전제 재료의 일 예는, 산과 반응하여 주어진 현상제 내에서 가용성이 되는 보호기(protecting group)를 갖는 중합체이다.

단계 S204에서, 용해도 변화 재료는 충전제 재료의 접한 부분 내로 미리 결정된 거리만큼 확산되고, 그에 따라 용해도 변화 재료는 특정 현상제 내에서 충전제 재료의 접한 부분의 용해도를 변화시킨다. 단계 S205에서, 충전제 재료의 가용성 부분은 현상제를 사용하여 제거되고, 그에 따라 충전제 재료의 나머지 부분은 제2 구조물을 형성하게 된다. 일부 실시예에서, 용해도 변화 재료는 충전제 재료의 접한 부분이 현상제에 대해 가용성이 되도록 한다. 그 결과, 제1 구조물은 제2 구조물로부터 적어도 미리 결정된 거리만큼 이격된다. 다른 실시예에서, 용해도 변화 재료는 충전제 재료의 접한 부분이 현상제에 대해 불용성이 되도록 하고, 그에 따라 제1 구조물은 제2 구조물과 접촉하게 된다. 추가적으로, 용해도 변화 재료를 활성화하는 활성화 단계는 일부 실시예에서 단계 S204 이전에 실행될 수 있다.

도 3은 본 개시 내용의 실시예에 따른 TAG를 이용한 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판(300)의 개략적인 단면도 및 평면도를 도시한 것이다. 특히, 도 3은, TAG이고 도 2의 방법(200)의 실시예일 수 있는 작용기를 갖는 그래프팅 재료를 사용하여 좁은 트렌치 및 슬롯 컨택트를 형성하는 방법을 도시한 것이다. 따라서, 일부 설명은 위에서 제공되었으며, 단순화를 위해 여기에서는 생략될 것이다.

도 3ab 내지 도 3eb는 기판(300)의 평면도이고, 도 3aa 내지 도 3ea는 z 방향으로 절단선 Aa 내지 Ee를 따라 취한 대응하는 단면도이다. 도 3aa에 도시된 바와 같이, 패터닝된 제1 층(310)은 기판(300)의 하부 층(320) 상에 형성된다. 패터닝된 제1 층(310)은 맨드릴(311)과 같은 제1 구조물을 포함한다. 예를 들어, 도 3aa 및 도 3ab는 제1 포토레지스트 층의 노광 및 현상 후 유입되는 토포그래픽 패턴을 도시할 수 있다. 주목할 것은 포토레지스트가 본원에서 주요 예로서 사용되지만, 초기 패턴은 포토레지스트일 수 있거나, 또는 하드마스크 재료와 같은 다른 재료일 수 있다는 점이다.

도 3ba 및 도 3bb에서, 그래프팅 재료(321)는 맨드릴(311)의 피복되지 않은 표면 상에 선택적으로 퇴적된다. 그 결과, 그래프팅 재료(321)는 하부 층(301)의 피복되지 않은 상단 표면(301')에 부착되지 않고 맨드릴(311)의 상단 표면(311') 및 측면(311'')에 부착된다. 도 2의 단계 S202에서의 그래프팅 재료에 대응하여, 그래프팅 재료(321)는 예시적인 용해도 변화 재료로서 TAG를 포함한다.

도 3ca 및 도 3cb에서, 충전제 재료(331)는 맨드릴(311) 위에 오버코트를 형성하기 위해 기판 상에 퇴적된다. 유사하게, 충전제 재료(331)는, 산과 반응하여 주어진 현상제 내에서 가용성이 더 높아지는 보호기(protecting group)를 갖는 중합체일 수 있다. 스핀 코팅은 이러한 오버코트를 퇴적하는 일반적인 방식이며, 결과적인 오버코트는 일반적으로 공간을 충전할 뿐만 아니라 제1 패터닝된 제1 층을 완전히 피복할 것이다. 오버코트는 평탄화될 수 있거나(도시된 바와 같이 편평할 수 있거나) 또는 비평탄화(도시되지 않음)될 수 있다. 또한, 충전제 재료는 용해도 변화 재료가 실질적으로 없어야 하며, 이는 충전제 재료가 용해도 변화 재료를 포함하지 않는다는 것을 의미하거나, 불충분한 양의 용해도 변화 재료를 포함하여 용해도 변화를 감소시킨다는 것을 의미한다.

도 3da 및 도 3db에서, 그래프팅 재료(321) 내에 포함된 TAG는 충전제 재료(341)의 접한 부분 내로 미리 결정된 거리만큼 확산되고, 그에 따라 TAG는 현상제 내에서 충전제 재료의 접한 부분의 용해도를 변화시킨다. 일부 실시예에서, 산이 충전제 재료(331) 내로 확산되게 하여 이 확산된 부분(341)을 가용성으로 만드는 베이킹 단계가 실행된다. 산이 충전제 재료(331)와 선택된 거리까지 반응한 후, 기판(300)은 맨드릴(311) 내의 가교제(cross-linker)를 분해하여 맨드릴(311)의 용해도를 추가로 감소시키도록 보다 높은 온도에서 베이킹될 수 있다. 예를 들어, 특정 레지스트에 대한 노광 후 베이킹(post-exposure bake)(PEB)은 약 90℃일 수 있는 반면 TAG는 120 내지 130℃에서 활성화되고 확산될 수 있다. 주어진 가교제는 150 내지 160ºC의 베이킹으로 활성화될 수 있다. 일부 실시예에서, 초기 패턴 형성(즉, 패터닝된 제1 층(310))의 PEB 동안 분해되지 않는 TAG가 선택되어야 한다. 일부 실시예에 따르면, 가교제는 PEB 및 TAG 모두가 베이킹된 후까지는 분해되어서는 안 된다.

이 예에서, TAG는 충전제 재료(341)의 접한 부분이 현상제에 대해 가용성이 되도록 한다. 그 결과, 충전제 재료(341)의 접한 부분은 도 3ea 및 도 3eb에서 제거된다. 구체적으로, 충전제 재료(341)의 가용성 부분(즉, 접한 부분)을 제거하는 현상 단계가 실행된다. 이것은 맨드릴(311)의 측벽(311'')에 좁은 트렌치(351)를 남기며, 그에 따라 제1 구조물(즉, 맨드릴(311))은 제2 구조물(즉, 나머지 충전제 재료(331))로부터 적어도 미리 결정된 거리만큼 이격된다. 그 후, 하부 층으로 선택적으로 전사하기 위해 좁은 트렌치의 일부를 마스킹하는 것과 같은 임의의 후속 패터닝이 계속될 수 있다.

도 4는 본 개시 내용의 실시예에 따른 PAG를 이용한 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판(400)의 개략적인 단면도 및 평면도를 도시한 것이다. 도 3과 유사하게, 도 4는, PAG이고 또한 도 2의 방법(200)의 실시예일 수 있는 작용기를 갖는 그래프팅 재료를 사용하여 좁은 트렌치 및 슬롯 컨택트를 형성하는 방법을 도시한 것이다. TAG와 비교하여, PAG는 열적으로 더 안정적이며, 화학 방사선의 제어된 노광을 통해 공간 제어를 제공할 수 있다.

유사하게, 도 4ab 내지 도 4fb는 기판(400)의 평면도이고, 도 4aa 내지 4fa는 z 방향으로 절단선 A'a' 내지 E'e'를 따라 취한 대응하는 단면도이다. 도 4aa 및 도 4ab는 하부 층(401) 상에 맨드릴(411)을 갖는 패터닝된 제1 층(410)을 도시한 것이다. 도 4ba 및 도 4bb는 PAG를 포함하는 그래프팅 재료(421)를 맨드릴(411)에 부착한 것을 도시한 것이다. 도 4ca 및 도 4cb는 충전제 재료(431)의 오버코트를 도시한 것이다. 도 4da 및 도 4db에서, 패터닝된 포토리소그래피 노광이 실행되며, 여기서 기판(400) 위에는 포토마스크(441)가 위치된다. 화살표는 자외선광과 같은 입사광을 나타낸다. 도 4ea 및 도 4eb에서, 베이킹 단계에 의해, 노광으로부터 생성된 산은 충전제 재료(451) 내로 미리 결정된 거리만큼 확산된다. 이 미리 결정된 거리는 (예를 들어) 생성된 산의 양, 베이킹 시간, 및 베이킹 온도의 함수이며, 따라서 이 거리는 정확하게 제어될 수 있다. 도 4fa 및 도 4fb는 현상 단계 후의 좁은 슬롯(예컨대, 좁은 트렌치) 형성(461)을 도시한 것이다.

도 5 내지 도 8은, 오버레이 오차 또는 포토리소그래피 오정렬에도 불구하고, 구조물들 또는 개구부들 사이에 갭(예컨대, 좁은 트렌치) 또는 접속부(예컨대, 슬롯 컨택트)을 생성하기 위해 작용성 그래프팅 재료(예컨대, TAG, PAG, 또는 염기)를 사용하는 실시예를 예시한 것으로, 이는 도 2의 방법(200)의 실시예일 수 있다. 따라서, 일부 설명은 위에서 제공되었으며, 단순화를 위해 여기에서는 생략될 것이다.

도 5는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판(500)의 개략적인 3D 도면 및 평면도를 도시한 것이다. 도 5a는 기판(500)의 하부 층(501) 상에서, 방법(200)의 제1 구조물에 대응하는 유입되는 패터닝된 라인(구조물)(511)을 도시한 것이다. 이 예에서, 라인(511)은 제1 포토레지스트 재료로 만들어지고, 포토리소그래피에 의해 형성된다. 이 라인(511)은 포지티브 톤 현상제(positive tone developer)(PTD)를 사용하여 현상될 수 있다. 형성 후, 포토레지스트 라인(511)이 가용성이 되는 것을 방지하기 위해 포토레지스트 라인(511)을 경화시키도록 하는 직류 중첩(direct-current superposition)(DCS)의 공정 단계가 실행될 수 있다. DCS는 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마 챔버의 상부 전극에 네거티브 직류 전력을 연결하여 기판(500)을 공격하는 탄도 전자 플럭스(a flux of ballistic electrons)를 생성함으로써 달성될 수 있다. 결과적으로, 상부 표면(511') 및 2개의 측면(511'')을 포함하는 라인(511)의 노광된 표면은, 물리적 특성이 변화하고, 용매에서 불용성이 되고, 라인(511)을 둘러싸는 새로운 필름(513)을 형성한다. 가교(cross-linking)는 DCS 공정 동안 필름(513) 내에서 발생할 수 있다. 추가적으로, 열 동결, 기체 동결 등과 같은 다른 처리가 또한 이용될 수 있다.

다음으로, 도 5b에서, 산 작용기(acid functional group)를 갖는 그래프팅 재료(521)가 라인(511) 상에 (또는 보다 정확하게는, 필름(513) 상에) 코팅된다. 그 후, 도 5c에서 제2 포토레지스트 재료(531)가 퇴적될 수 있다. 도 5d에서, 기판(500)은 화학 방사선의 제2 패턴에 노광된다. (화살표로 표시되는) 화학 방사선은 기판(500) 위에 위치된 포토마스크(543)를 통해 인가되고, 그에 따라 제2 잠재 패턴(도시되지 않음)이 제2 포토레지스트 재료(531) 내에 형성된다. 그 후, 산 작용기가 활성화되고 제2 포토레지스트 재료(531) 내로 미리 결정된 거리만큼 확산되어, 확산층(541)을 형성하게 된다. 확산층(541) 내에서, 산은 충분한 산을 수용한 제2 포토레지스트(531)의 용해도를 변화시킨다. 여기서, 산은 확산층(541)이 가용성이 되도록 한다. 산 작용기가 TAG인 일 실시예에서, 활성화 및 확산 모두에 대해 베이킹 단계가 실행된다. 산 작용기가 PAG인 다른 실시예에서, 활성화를 위해 화학 방사선(예컨대, 제2 포토레지스트 재료(531)가 감지되지 않는 특정 파장에서의 플러드 노광(flood exposure) 또는 패터닝된 노광(patterned exposure))이 수행되고, 확산을 위해 후속 베이킹이 수행된다.

도 5e에서, 예를 들어, PTD를 이용하여 제2 패턴을 현상하여, 확산층(541)을 포함하는 제2 포토레지스트 층(531)의 가용성 부분을 제거한다. 결과적으로, 나머지 불용성 제2 포토레지스트 재료(531)에 의해 제2 구조물(551)이 형성된다. 또한, 제1 구조물(511)과 제2 구조물(551) 사이에는 갭(553)이 형성된다. 일부 실시예에서, 그래프팅 재료(521)는 도 5f에 도시된 바와 같이 갭(553)을 더 넓히기 위해 제거될 수 있다.

도 5m 및 도 5n은 각각 도 5d 및 도 5e의 평면도이다. 도 5m에서, 화살표는 확산 과정을 나타내지만 점선은 도 5d에서 화학 방사선에 노광된 구역을 나타내고, 잠재 패턴은 533으로 표시되며, 결국에는 제2 구조물(551)이 될 것이다. 도 5m은, 노광(즉, 점선 구역)이 오정렬되어 라인들(즉, 513 및 533)이 너무 가까워지게 되더라도, 그래프팅 재료(521)로부터의 확산(즉, 541)이 제2 라인(533)이 제1 라인(513)에 접근하는 것을 근본적으로 단축시켜 제1 라인(513)으로부터 "스냅 어웨이"하도록 한다는 것을 도시한 것이다. 다시 말해서, 이 실시예에서, 산은 제2 라인(533) 내로 확산되어 도 5n에서의 갭(553)이 존재하도록 보장한다. 이것은 구조물들 사이의 단락 전류 경로를 방지하는 것과 같은 많은 패터닝 이점을 제공할 수 있다.

도 5p 및 도 5q는 "스냅 투" 구조물이 형성되는 다른 실시예에 따른, 도 5d 및 도 5e와 각각 유사한 구조물의 평면도이다. 이 실시예는, 그래프팅 재료(521)가 산 발생제 대신 염기를 포함하는 것을 제외하고는, 도 5a 내지 도 5f에 대해 이미 설명된 것과 유사하다. 확산층(541)은 제2 포토레지스트 층(531)의 가용성 부분을 제거하는 PTD에서 염기에 의해 불용성으로 된다. 주목할 것은, 도 5m에서, 제2 라인(551)(즉, 잠재 패턴(533))의 노광이 제1 라인(513)에 도달하지 못함에도 불구하고, 제1 라인(513)은, 확산(즉, 541) 후, 본질적으로 더 넓어지게 되고, 그에 따라 2개의 라인은 이들 라인을 분리하는 갭 없이 만나게 된다는 점이다.

도 6은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판(600)의 개략적인 3D 도면 및 평면도를 도시한 것이다. 도 6은 도 5와 유사하므로, 차이점에 중점을 두고 설명이 제공될 것이다. 여기서는, 포토마스크(643)와 포토마스크(543)가 서로 상보적이도록 역 포토마스크(643)가 사용된다. 즉, 본 실시예에서, 포토마스크(543)의 노광된 구역은 포토마스크(643)의 차단된 구역이고, 포토마스크(643)의 노광된 구역은 포토마스크(543)의 차단된 구역이다. 또한, 제2 포토레지스트 재료(631)는 포지티브 대신 네거티브이다.

도 6m 및 도 6n은 "스냅 어웨이" 구조물이 형성되는 일 실시예에 따른, 도 6d 및 도 6e의 각각의 평면도이다. 유사하게, 도 6m에서, 화살표는 확산 과정을 나타내지만 점선은 도 6d에서 화학 방사선에 노광된 구역을 나타내고, 잠재 패턴은 633으로 표시되며, 결국에는 제2 구조물(651)이 될 것이다. 이 실시예에서, 그래프팅 재료(621)는 염기(과량의 산을 중화할 수 있음)를 포함한다. 제1 라인(611)은 PTD를 이용하여 현상되고, 제2 라인(651)은 NTD를 사용하여 현상된다. 노광 후, 주목할 것은, 도 6m에서 잠재 패턴(633)은 (두 개의 라인이 접촉하도록) 그래프팅 재료(621)까지 연장될 수 있지만, 그 다음 제1 라인(613)으로부터 멀어지게 염기를 확산시키는 것은 제2 라인(633)의 잠재 패턴에서 산을 중화하여 이 재료(즉, 확산층(641))가 NTD에 대해 불용성으로 유지되도록 할 수 있고, 그리고 도 6n에서의 제1 라인(613)과 제2 라인(651) 사이의 갭(653)을 보장하도록 후속적으로 제거될 수 있다는 점이다.

도 6p 및 도 6q는 "스냅 투" 구조물이 형성되는 다른 실시예에 따른, 도 6d 및 도 6e와 각각 유사한 구조물의 평면도이다. 이 실시예에서, 그래프팅 재료(621)는 산 작용기(예컨대, TAG 또는 PAG)를 포함한다. 제1 라인(611)은 PTD 또는 NTD에 의해 현상될 수 있고, 제2 라인(651)은 NTD에 의해 현상될 수 있다. 유사하게, 오버레이 오차에도 불구하고, 구조물의 접합이 보장될 수 있다. 기판(600) 상에 퇴적된 제2 포토레지스트(631)에 잠재 패턴(633)이 형성된다. 그런 다음 제1 라인(613)으로부터의 확산(즉, 641)은 두 개의 라인이 접합되도록 보장한다. 다시 말해서, 본 실시예에서, 산은 제1 라인(611)으로부터 확산되어 제1 라인 주변의 영역(641)이 NTD에 대해 불용성으로 되게 할 수 있다. 제2 라인(651)의 현상 후, 제1 라인(611)과 제2 라인(651)이 접합된다. 확산 단계가 없으면, 결과적으로 두 개의 구조물 사이에는 갭이 발생할 것이다.

도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6에 도시된 라인 대신에 개구부(예컨대, 트렌치)가 있는 "스냅 투" 및 "스냅 어웨이" 구조물을 도시한 것이다. 도 7은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판(700)의 개략적인 3D 도면 및 평면도를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 제1 트렌치(711)는 기판(700)의 하부 층(701) 상의 패터닝된 제1 층(710) 내의 2개의 라인(713) 사이에서 이미지화되고, 그 후 제1 트렌치(711)는 염기 작용기를 갖는 그래프팅 재료(721)로 코팅된다. 주목할 것은 그래프팅 재료(721)는 제1 트렌치(711)의 측벽(711''), 하단 표면(711'), 및 라인(713)의 상단 표면(713')을 포함하는 모든 피복되지 않은 표면 상에 비선택적으로 퇴적될 수 있다는 점이다. 선택적으로, 스페이서 개방 에칭(spacer-open etch)이 실행될 수 있다. 이것은, 수평 표면(즉, 제1 트렌치(711)의 하단 표면(711') 및 라인(713)의 상단 표면(713'))으로부터 그래프팅 재료(721)를 제거하고, 제1 트렌치(711)(도시되지 않음) 내에 측벽(즉, 711') 퇴적물을 남겨 두는 지향성 에칭이다. 그 후, 화학 방사선, 확산, 및 현상 공정 단계는 도 5 및 도 6의 해당 단계와 유사하지만, 확산층은 도 7c에 도시되어 있지 않다. 결과적으로, 제2 트렌치(741)가 형성되고, 라인(713)의 영역(743)만큼 제1 트렌치(711)로부터 이격된다.

도 7m 및 도 7n은 "스냅 어웨이" 구조물이 형성되는 일 실시예에 따른, 도 7c 및 도 7d의 각각의 평면도이다. 도 7m에서, 화살표는 확산 과정을 나타내지만 점선은 도 6d에서 화학 방사선에 노광된 구역을 나타내고, 잠재 패턴은 733으로 표시되며, 결국에는 제2 구조물(741)이 될 것이다. 이 실시예에서, 염기를 가진 그래프팅 재료(721)가 사용된다. 도 7m 및 도 7n은 제1 및 제2 트렌치(즉, 711 및 741)가 병합되게 하는 오버레이 오차가 있는 포토 노광(photo exposure)을 도시한 것이다. 즉, 포토마스크(731)를 통한 화학 노광에 의해 생성된 잠재 패턴(715)은 제1 트렌치(711)를 피복하고 있는 그래프팅 재료(721)와 접촉한다. 그러나, 그래프팅 재료(721)로부터의 확산(즉, 743)은 이들 트렌치 사이의 영역(743)이 불용성이 되도록 하고, 그에 따라 현상 후 2개의 트렌치는 분리된다. 추가적으로, 제1 트렌치(711) 및 제2 트렌치(741)는 모두 PTD를 사용하여 형성될 수 있다.

도 7p 및 도 7q는 "스냅 투" 구조물이 형성되는 다른 실시예에 따른, 도 7c 및 도 7d의 것과 각각 유사한 구조물의 평면도이다. 유사하게, 화살표는 확산 과정을 나타내지만 점 구역은 도 7c에서 화학 방사선에 노광된 구역을 나타내고, 잠재 패턴은 733으로 표시되며, 결국에는 제2 구조물(741)이 될 것이다. 이 실시예에서, 염기 대신 산을 가진 그래프팅 재료(721)가 사용된다. 도 7p는 잠재 패턴(733)이 제1 트렌치(711)와 만나지 않는다는 것을 도시한 것이다. 그래프팅 재료(721)로부터 산이 확산되어 포토레지스트의 분리 부분(743)이 가용성이 되도록 하며, 그에 따라 현상 후 두 트렌치는 만나게 된다. 즉, 본 실시예에서, 잠재 패턴(715)은 제1 트렌치(711)로부터 포토마스크(731)에 의해 정의되는 점선 구역에 따라 이격된다. 그럼에도 불구하고, 그래프팅 재료(721)로부터의 산은 제1 트렌치(711)와 제2 트렌치(741)가 병합되는 것을 보장하도록 제1 트렌치(711)를 효과적으로 "넓히기" 위해 미리 결정된 거리만큼 확산된다. 추가적으로, 제1 트렌치(711) 및 제2 트렌치(741)는 모두 PTD를 사용하여 형성될 수 있다.

도 8은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판(800)의 개략적인 3D 도면 및 평면도를 도시한 것이다. 도 8은 도 7과 유사한 공정을 예시한 것이지만, 대신에 역 포토마스크(831)에 의해 입증된 바와 같은 역 포토 패턴을 사용한다. 따라서, PTD는 제1 트렌치(711)를 현상하는 데 사용될 수 있고, NTD는 제2 트렌치(741)를 현상하는 데 사용될 수 있다. 다른 설명은 위에서 제공되었으며, 단순화를 위해 여기에서는 생략될 것이다. 주목할 것은 도 8이 "스냅 투" 구조물이 형성된 실시예만을 보여주지만, "스냅 어웨이" 구조물이 이 역 포토 패턴을 사용하여 형성될 수도 있음을 이해해야 한다는 점이다.

도 9는 산 세척(acid wash)을 사용하여 좁은 트렌치를 형성하기 위한 추가 실시예를 도시한 것으로, 이는 도 1의 방법(100)의 실시예일 수 있다. 도 9ab 내지 도 9fb는 예시적인 방법의 다양한 중간 단계에서의 기판(900)의 평면도이고, 도 9aa 내지 9fa는 z 방향으로 절단선 A"a" 내지 F"f"를 따라 취한 대응하는 단면도이다. 산 세척 흐름은, 자체 정렬 이중 패턴(self-aligned double pattern)(SADP)을 생성하기 위해 기판을 반응성 종의 용액에 담가서 반응성 종을 맨드릴로 유입시키는 3가지 재료 공정이다.

도 9aa 및 도 9ab에 도시된 바와 같이, 기판(900)은 하부 층(901) 상의 패터닝된 제1 층(910)을 포함한다. 패터닝된 제1 층(910)은 이 예에서 제1 포토레지스트 재료로 만들어진 라인(911)을 포함한다. 포토레지스트 라인(911)을 형성한 후, 도 9ba 및 도 9bb에서 기판(900) 상에 산이 퇴적된다. 도 9ca 및 도 9cb에서, 라인(911) 내로 산을 확산시킴으로써 보호 해제 구역(931)에서 보호 해제를 활성화하기 위한 베이킹 단계가 실행될 수 있다. 이것은 특정 두께의 라인(즉, 보호 해제 구역(931))이 주어진 현상제 내에서 가용성이 되도록 한다. 그런 다음, 임의의 잔류 산을 제거하기 위해 용매 헹굼 단계가 필요하다. 그 후, 도 9da 및 도 9db에서 제2 포토레지스트 재료와 같은 충전제 재료(941)가 퇴적된다. 충전제 재료(941)는, 보호 해제 구역(931) 및 라인(911)이, 예를 들어, 전형적인 스핀 코팅 공정에 의해, 충전제 재료(941)를 퇴적한 후 기판(900) 상에 남도록 하는 방식으로, 제1 포토레지스트 용매 시스템과 호환성이 있어야 한다. 충전제 재료(941)는 또한 도 9ea 및 도 9eb에서 과도한 부담이 제거될 수 있도록 설계되었다. 가용성 재료(931)는 그 후 도 9fa 및 도 9fb에 도시된 바와 같이 라인(911)(제1 구조물)과 나머지 충전제 재료(941)(제2 구조물) 사이에 좁은 트렌치(961)를 남기면서 현상될 수 있다.

도 10은 도 9의 예시적인 공정에 따른 기판 상의 패턴 형성을 도시한 것이다. 도 10은 구조물들 사이에 충분한 거리를 유지하면서 기판 상에 두 개의 패턴을 형성하는 방법을 예시하고 있다. 도 10은 구조물들이 병합되지 않도록 하기 위해 산 세척을 사용하는 이 실시예를 예시하지만, 오버레이 오차에도 구조물들이 접합되지 않도록 보장하기 위해 그래프팅 재료를 사용할 수도 있다.

이 접근 방식에서, 패턴은 두 개의 마스크로 분할되고, 연속적인 리소그래피 및 에칭 단계에서 재결합되며, 라인 또는 공간 너비는 별도의 마스크에 배치된 에지에 의해 정의된다. 본원의 기법의 이점은 확산 기반 완충 및 적절한 레지스트를 통해 오차의 영향을 최소화하는 것이다. 다중 노광 단계를 위한 레이아웃 분해는 자동화된 이중 패터닝 리소그래피(double patterning lithography)(DPL) 설계 흐름에서 해결해야 할 과제이다. 다각형에서는 최적의 절단점을 식별하는 데 어려움이 있다. 따라서, 본원의 기법은 레이아웃 분해 또는 패턴 스티칭(pattern stitching)에서 직면한 문제를 극복할 수 있다.

이 방법에서는 포토리소그래피 Raleigh 기준에 의한 분해능 제한으로 인한 오버레이 문제와 산 확산으로 인한 서브 분해능 트렌치 사이의 트레이드 오프를 적용하여 레이아웃 사후 분해(post-layout decomposition) 문제를 해결하고 있다. 산 확산 스핀 온 재료(acid diffusion spin-on material)와 2-층 패터닝을 사용함으로써 근거리 노광으로 인한 피들링 패턴 중첩(fiddling pattern overlap)을 방지할 수 있다.

도 10a는 도 9의 예시적인 공정을 사용하여 패턴을 형성한 후의 기판(1000)의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 충돌 없는 레이아웃(즉, 구조물들 사이의 충분한 거리를 보장하는 레이아웃)을 생성하기 위해, 초기 포토레지스트 패턴(L1)이 기판(1000) 상에 인쇄된다(L1은 점선으로 정의된 구역에 의해 표시된다). 그런 다음 인쇄된 패턴 L1은 산 세척제로 코팅된다(예컨대, 도 9ba). 초기 포토레지스트 패턴 L1 위에 산 세척액을 코팅하고 보호 해제 구역에서 보호 해제를 활성화하도록 베이킹한 후, 임의의 잔류 산을 제거하기 위해 용매 헹굼 단계가 사용된다(예컨대, 도 9ca). 그 결과, 나머지 포토레지스트 패턴 L1은 라인(1010)을 형성한다. 그 후, 패턴 L1은 레지스트의 제2 레지스트 층(1020)(또한 층 2 또는 L2로 지칭되기도 함)으로 코팅된다(예컨대, 도 9da). L2 재료는 L1 포토레지스트 용매 시스템과 호환성이 있어야 한다. L2 재료는, L2 층에 상단 코트(즉, 도 9ea에 도시된 바와 같은 전술한 과도한 부담)가 없기 때문에, L2의 현상 손실로 오버코트 구역이 제거되는 방식으로 설계되었다. 주목할 것은 L2 설계의 요인은 L2 현상 중에 L2의 오버코트 구역을 제거하는 능력과 L2 현상 중에 발생할 피처 축소의 양을 정의하는 능력 모두에 대한 용해 속도에 있다는 점이다. 이 기법은 L2에 대한 상단 코트 프리 베어 손실(top coat free bare loss)과 L1의 확산 길이(예컨대, 도 9fa)로부터의 높이 프로파일의 일관성이 있으면 더 성공적일 수 있다. 현상 손실은 L2 재료의 현상 전후의 두께의 차이로 측정된다. 현상 손실은 산 세척으로 인한 확산 손실과 동일하게 설계되는 이점이 있다. 확산 구역은 서브 분해능 트렌치(예컨대, 도 9fa의 트렌치(961))가 있는 갭 구역을 정의하며, 분해능은 약 7㎚인 산 확산 길이에 의해 제한된다.

도 10b는 도 10a의 원 CirA의 확대도이고, 도 10c는 z 방향으로 절단선 Gg를 따라 취한 단면도이다. 도 10b 및 도 10c는 라인(1010)(L1)과 라인(1020)(L2) 사이의 갭 구역을 추가로 보여주는 것이다. 특히, 갭 구역의 너비 D는 베이킹 공정 동안 산에 의해 미리 결정된 확산 길이를 나타낸다. 패턴 분해에 의해 보호 해제 층 흐름을 생성하기 위해 산 세척을 도입하는 것은 근접 상호 작용으로 인한 오버레이 오차를 줄이는 고유한 방식이다. 따라서, 본원의 목적은 Rayleigh 기준에 의한 분해능 제한으로 인한 오버레이 오차를 줄이도록 도움을 주는 데 있다. 이것은 서브 분해능 트렌치에 사용될 수 있다. 분해능은 약 7㎚의 산 확산 길이에 의해 제한된다.

도 11은 본 개시 내용의 일 실시예에 따라 기판 상에 패턴을 형성하는 방법(1100)의 흐름도이다. 방법(1100)은 단계 S1101에서 시작하며, 여기서는 기판의 하부 층 상에 패터닝된 제1 층을 형성한다. 패터닝된 제1 층은 제1 구조물을 갖는다. 단계 S1102에서, 기판 상에 그래프팅 재료를 퇴적하고, 그에 따라 그래프팅 재료는 제1 구조물의 피복되지 않은 표면에 선택적으로 부착되어, 결과적으로 제1 구조물의 측벽 상에 미리 결정된 두께의 그래프팅 재료를 형성하게 된다. 단계 S1103에서, 그래프팅 재료와 접하는, 포토레지스트로부터의 제2 구조물을 기판 상에 형성한다. 방법(1100)은 그 후 단계 S1104로 진행하며, 여기서는 그래프팅 재료를 제거하고, 그에 따라 제1 구조물은 제2 구조물로부터 미리 결정된 두께에 해당하는 거리만큼 이격된다.

도 12는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 패턴 형성의 다양한 중간 단계에서의 기판(1200)의 개략적인 3D 도면 및 평면도를 도시한 것이다. 도 12에는 도시되지 않았지만, 라인(1211)을 경화시키기 위한 DCS 공정을 또한 실행하여 라인(1211)이 가용성이 되는 것을 방지하고 도 5에 도시된 것처럼 라인(1211)을 피복하는 필름을 형성할 수 있다. 도 12의 공정 흐름의 예시적인 실시예는 도 5의 공정 흐름의 예시적인 실시예와 유사하기 때문에, 차이점에 중점을 두고 설명이 제공될 것이다. 본원에서, 그래프팅 재료(1221)는 용해도 변화 재료를 포함할 필요가 없을 수 있다. 그 결과, 제2 구조물(1251)은 도 12e에 도시된 바와 같이, 그래프팅 재료(1221)와의 사이에 갭 없이 접촉하게 형성되었다. 그 후, 그래프팅 재료(1221)가 제거되어 도 12f의 두 라인(즉, 1221 및 1251) 사이에 갭(1261)을 남기게 된다. 도 12는 노광 패턴이 오정렬되어 그래프팅 재료 영역(1221)과 중첩되더라도, 그래프팅 재료(1221)가 라인들 사이에 원하는 갭(1261)을 남기도록 제거 가능한 상태로 남아 있음을 예시한 것이다. 대안적으로, 그래프팅 재료(1221)는 용해도 변화 재료를 포함할 수 있지만, 확산을 유발하는 어떠한 확산 과정도 수행되지 않는다. 다른 예에서, 그래프팅 재료(1221)는 용해도 변화 재료를 포함할 수 있지만, 용해도 변화 재료의 양이 용해도를 변화시키기에 불충분하거나, DCS 공정 동안 형성된 필름이 용해도 변화 재료의 확산을 방해할 수 있다.

다른 실시예는 선택적 코팅 흐름이다. 선택적 코팅 흐름에서, 초기 패턴(예컨대, 맨드릴)은 포토레지스트일 수 있거나 하드 마스크 재료일 수 있다. 이 초기 패턴 상에서, 플로어 재료에 대해 선택적인 재료가 맨드릴에 부착된다. 그런 다음 이 패턴은 유기 또는 무기 기반의 다른 재료로 오버코팅된다. 그런 다음 재료 매트릭스에 따른 RIE 에칭 또는 현상을 통해, 선택적 코팅 재료가 제거되어 좁은 트렌치 피처를 생성하게 된다.

관련된 흐름은 원자층 퇴적(ALD) 흐름이다. ALD 재료는 기판에 컨포멀하게 퇴적된다. 스페이서 개방 에칭은 수직 표면을 제외한 모든 표면에서 ALD 재료를 제거하여, 측벽 스페이서를 남겼다. 이 스페이서 재료는 상이한 마스크들로부터의 구조물들이 접합되는 것을 방지하는 완충제를 제공한다. 두 구조물이 모두 노광되고 현상된 후, 스페이서 재료는, 예를 들어, 에칭 공정에 의해, 제거되어, 특정 구조물들 사이에 원하는 갭을 남길 수 있다.

본원의 다양한 실시예는 다양한 최적화 기법으로부터 이익을 얻을 수 있다. 예를 들어, 분해 온도가 상이하고 중첩하지 않는 컴포넌트(예컨대, TGA 및 가교제)를 이용하여 재료를 선택할 수 있다. 초기 패턴(예컨대, 제1 포토레지스트 및 제2 포토레지스트)을 제거하지 않고 오버코트를 도포하려면 용매 호환성을 체킹해야 한다. 포토레지스트의 초기 패턴은 후속 현상제(예컨대, DCS)에서 맨드릴 용해를 방지하기 위해 가교를 사용하여 "동결"되거나 불용성이 되도록 만들어질 수 있다.

본원에 설명된 다양한 실시예는 몇 가지 이점을 제공한다. 예를 들어, 포토마스크의 오정렬에도 불구하고, 용해도 변화 재료의 확산에 의해 두 구조물 사이에 좁은 트렌치 또는 슬롯 컨택트가 형성될 수 있다. 확산 과정은 Rayleigh 기준에 의한 분해능 제한으로 인한 오버레이 오차를 줄여서, 서브 분해능의 "스냅 투" 및 "스냅 어웨이" 구조물을 형성할 수 있다.

이전의 설명에서, 본원에 사용되는 처리 시스템의 특정 기하학적 구조 및 다양한 컴포넌트 및 공정에 대한 설명과 같은 특정 세부 사항이 설명되었다. 그러나, 본원의 기법은 이러한 특정 세부 사항에서 벗어나는 다른 실시예에서 실시될 수 있고, 그러한 세부 사항은 설명의 목적을 위한 것이며 제한이 아님을 이해해야 한다. 본원에 개시된 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 기술되었다. 유사하게, 설명의 목적으로, 특정의 개수, 재료, 및 구성이 제시되어, 완전한 이해를 제공하게 되었다. 그럼에도 불구하고, 실시예는 그러한 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 컴포넌트는 유사한 참조 문자에 의해 표시되고, 따라서 임의의 중복되는 설명은 생략될 수 있다.

다양한 실시예를 이해하는 것을 돕기 위해 다양한 기법이 다수의 개별 동작으로 설명되었다. 설명의 순서는 이들 동작이 반드시 순서 의존적임을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 실제로, 이들 동작은 표시 순서대로 수행될 필요는 없다. 설명된 동작은 설명된 실시예와는 다른 순서로 수행될 수 있다. 다양한 추가 동작이 수행될 수 있고/있거나 설명된 동작은 추가적인 실시예에서 생략될 수 있다.

본원에 사용된 "기판" 또는 "타겟 기판"은 일반적으로 본 발명에 따라 처리되는 물체를 지칭한다. 기판은, 디바이스, 특히 반도체 또는 다른 전자 디바이스의 임의의 재료 부분 또는 구조물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 베이스 기판 구조물, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 레티클, 또는 얇은 필름과 같은 베이스 기판 구조물 상에 있거나 위에 놓이는 층일 수 있다. 따라서, 기판은 패터닝되거나 패터닝되지 않은 임의의 특정 베이스 구조물, 하부 층 또는 상부 층으로 제한되지 않으며, 오히려 그러한 층 또는 베이스 구조물, 및 층 및/또는 베이스 구조물의 임의의 조합을 포함하는 것으로 고려된다. 설명은 특정 타입의 기판을 참조할 수 있지만, 이것은 단지 예시적인 목적에 불과하다.

본 기술 분야의 기술자는 또한 본 발명과의 동일한 목적을 여전히 달성하면서 위에서 설명된 기법의 동작에 대해 많은 변형을 행한 것이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 변형은 본 개시 내용의 범위에 의해 커버되도록 의도된다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 대한 전술한 설명은 제한하는 것으로 의도되지는 않는다. 오히려, 본 발명의 실시예에 대한 임의의 제한은 다음의 청구항에 제시된다.

Claims

기판 상에 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
상기 기판의 하부 층(underlying layer) 상에 제1 층을 형성하는 단계 ― 상기 제1 층은 제1 구조물을 갖도록 패터닝됨 ―;
상기 제1 구조물의 측면 상에, 용해도 변화(solubility-shifting) 재료를 포함하는 그래프팅(grafting) 재료를 퇴적하는 단계;
상기 용해도 변화 재료를 상기 용해도 변화 재료와 접하고 있는(abut) 이웃 구조물 내로 미리 결정된 거리만큼 확산시키는 단계 ― 상기 용해도 변화 재료는 현상제 내에서 상기 이웃 구조물의 용해도를 변화시킴 ―; 및
상기 현상제를 사용하여 상기 이웃 구조물의 가용성 부분을 제거하여 제2 구조물을 형성하는 단계
를 포함하는, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 구조물은 상기 제1 층의 제1 개구부를 포함하고;
상기 이웃 구조물은 상기 제1 층의 일부이고;
상기 제1 층은 포토레지스트 재료를 포함하고;
상기 제2 구조물은 상기 제1 층의 제2 개구부를 포함하고, 상기 제2 개구부의 잠재 패턴은 상기 용해도 변화 재료를 확산시키기 전에 화학 방사선에 대한 상기 제1 층의 패터닝된 노광에 의해 형성되는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 용해도 변화 재료는 상기 이웃 구조물이 상기 현상제에 대해 불용성이 되게 하고;
상기 제1 개구부는 상기 제2 개구부로부터 적어도 상기 미리 결정된 거리만큼 이격되는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 용해도 변화 재료는 상기 이웃 구조물이 상기 현상제에 대해 가용성이 되게 하고;
상기 제1 개구부는 상기 제2 개구부와 접합(join)되는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 구조물은 맨드릴 또는 라인을 포함하고;
상기 이웃 구조물은 상기 제1 층의 일부이고;
상기 그래프팅 재료를 퇴적하는 단계는 상기 그래프팅 재료를 갖는 용액으로 상기 기판을 코팅함으로써 달성되고, 상기 그래프팅 재료는 상기 기판의 피복되지 않은 모든 표면 상에 퇴적되고;
상기 방법은, 상기 용해도 변화 재료를 확산시킨 후:
상기 기판으로부터 상기 그래프팅 재료를 제거하는 단계; 및
상기 제1 구조물에 접하는 포토레지스트 재료를 상기 기판 위에 퇴적하여, 상기 제2 구조물의 잠재 패턴을 형성하는 단계
를 더 포함하는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제5항에 있어서,
상기 용해도 변화 재료는 충전제 재료의 접한 부분이 상기 현상제에 대해 가용성이 되게 하고;
상기 제1 구조물은 상기 제2 구조물로부터 적어도 상기 미리 결정된 거리만큼 이격되는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 구조물은 맨드릴 또는 라인을 포함하고;
상기 이웃 구조물은 상기 그래프팅 재료를 퇴적한 후 상기 기판에 퇴적된 포토레지스트 재료인 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
기판 상에 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
상기 기판의 하부 층 상에 패터닝된 제1 층을 형성하는 단계 ― 상기 패터닝된 제1 층은 제1 재료를 포함하고, 상기 하부 층은 상기 제1 재료와는 화학적으로 상이한 제2 재료를 포함하고, 상기 패터닝된 제1 층은 제1 구조물을 가짐 ―;
상기 기판 상에 그래프팅 재료를 퇴적하는 단계 ― 상기 그래프팅 재료는 상기 제1 구조물의 피복되지 않은 표면에 선택적으로 부착되고, 상기 그래프팅 재료는 용해도 변화 재료를 포함함 ―;
상기 기판 상에, 상기 그래프팅 재료에 접하는 충전제 재료를 퇴적하는 단계;
상기 용해도 변화 재료를 상기 충전제 재료의 접한 부분 내로 미리 결정된 거리만큼 확산시키는 단계 ― 상기 용해도 변화 재료는 현상제 내에서 상기 충전제 재료의 접한 부분의 용해도를 변화시킴 ―; 및
상기 충전제 재료의 나머지 부분이 제2 구조물을 형성하도록, 상기 현상제를 사용하여 상기 충전제 재료의 가용성 부분을 제거하는 단계
를 포함하는, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 용해도 변화 재료는 상기 충전제 재료의 접한 부분이 상기 현상제에 대해 가용성이 되게 하고;
상기 제1 구조물은 상기 제2 구조물로부터 적어도 상기 미리 결정된 거리만큼 이격되는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 용해도 변화 재료는 상기 충전제 재료의 접한 부분이 상기 현상제에 대해 불용성이 되게 하고;
상기 제1 구조물은 상기 제2 구조물과 접촉하는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 용해도 변화 재료는 열산 발생제를 포함하고;
상기 방법은 상기 용해도 변화 재료를 상기 충전제 재료 내로 확산시키기 전에 열에 의해 상기 열산 발생제를 활성화시키는 단계를 더 포함하는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 용해도 변화 재료는 광산 발생제를 포함하고;
상기 방법은 상기 용해도 변화 재료를 상기 충전제 재료 내로 확산시키기 전에 화학 방사선에 의해 상기 광산 발생제를 활성화시키는 단계를 더 포함하는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 화학 방사선은, 상기 용해도 변화 재료가 화학 방사선의 패터닝된 노광에 의해 활성화되도록 포토마스크를 이용해 수행되는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 용해도 변화 재료는 산을 중화시키는 염기를 포함하는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 충전제 재료는 포토레지스트 재료를 포함하는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 용해도 변화 재료를 상기 충전제 재료 내로 확산시키기 전에, 화학 방사선의 패터닝된 노광을 통해 상기 포토레지스트 재료에 상기 제2 구조물의 잠재 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제16항에 있어서,
상기 잠재 패턴은 상기 포토레지스트 재료의 접한 부분과 중첩되는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 제1 구조물은 맨드릴 또는 라인을 포함하는 것인, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 기판 상에 상기 그래프팅 재료를 퇴적하기 전에, 상기 맨드릴 또는 상기 라인을 경화시키는 단계를 더 포함하는, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.
기판 상에 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
상기 기판의 하부 층 상에 패터닝된 제1 층을 형성하는 단계 ― 상기 패터닝된 제1 층은 제1 구조물을 가짐 ―;
상기 기판 상에 그래프팅 재료를 퇴적하는 단계 ― 상기 그래프팅 재료는, 상기 제1 구조물의 측벽 상에 상기 그래프팅 재료가 미리 결정된 두께를 가지도록, 상기 제1 구조물의 피복되지 않은 표면에 선택적으로 부착됨 ―;
포토레지스트로부터 상기 기판 상에 제2 구조물을 형성하는 단계 ― 상기 제2 구조물은 상기 그래프팅 재료와 접함 ―; 및
상기 제1 구조물이 상기 제2 구조물로부터 상기 미리 결정된 두께에 해당하는 거리만큼 이격되도록, 상기 그래프팅 재료를 제거하는 단계
를 포함하는, 기판 상에 패턴을 형성하는 방법.