KR20220080588A - 집적회로 소자의 제조 방법 - Google Patents

집적회로 소자의 제조 방법 Download PDF

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KR20220080588A KR1020200169840A KR20200169840A KR20220080588A KR 20220080588 A KR20220080588 A KR 20220080588A KR 1020200169840 A KR1020200169840 A KR 1020200169840A KR 20200169840 A KR20200169840 A KR 20200169840A KR 20220080588 A KR20220080588 A KR 20220080588A
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Abstract

집적회로 소자의 제조 방법은 피쳐층 위에 산 발생제를 포함하는 하층막을 형성하는 단계와, 상기 산 발생제로부터 제1 산을 발생시켜 산 함유 하층막을 형성하는 단계와, 상기 산 함유 하층막 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트막의 제1 영역을 노광하여 상기 제1 영역에서 제2 산을 발생시키는 단계와, 상기 제1 산을 상기 산 함유 하층막으로부터 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역으로 확산시키는 단계와, 상기 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

집적회로 소자의 제조 방법 {Method of manufacturing integrated circuit device}
본 발명의 기술적 사상은 집적회로 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 포토리소그래피 공정을 이용하는 집적회로 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
집적회로 소자의 다운-스케일링(down-scaling) 및 고집적화가 급속도로 진행됨에 따라, 포토리소그래피 공정을 이용하여 패턴을 형성할 때 형성하고자 하는 패턴의 치수 정밀도를 보장할 수 있는 새로운 기술이 필요하다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 집적회로 소자의 제조를 위한 포토리소그래피 공정에서 노광 영역과 비노광 영역에서 현상액에 대한 용해도 차이를 크게 함으로써 콘트라스트를 증가시키고 집적회로 소자에 필요한 패턴의 치수 정밀도를 향상시킴으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 집적회로 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서는 피쳐층(feature layer) 위에 산 발생제를 포함하는 하층막을 형성하는 단계와, 상기 산 발생제로부터 제1 산을 발생시켜 산 함유 하층막을 형성하는 단계와, 상기 산 함유 하층막 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트막의 제1 영역을 노광하여 상기 제1 영역에서 제2 산을 발생시키는 단계와, 상기 제1 산을 상기 산 함유 하층막으로부터 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역으로 확산시키는 단계와, 상기 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서는 피쳐층 위에 제1 산 발생제를 포함하는 하층막을 형성하는 단계와, 상기 제1 산 발생제로부터 복수의 제1 산이 발생되도록 상기 하층막의 적어도 일부 영역을 노광하여 산 함유 하층막을 형성하는 단계와, 상기 산 함유 하층막 위에 제2 산 발생제를 포함하는 포토레지스트막을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트막의 제1 영역에서 복수의 제2 산이 발생되도록 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역을 노광하는 단계와, 상기 복수의 제1 산 중 적어도 일부를 상기 산 함유 하층막으로부터 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역으로 확산시키는 단계와, 상기 제1 영역에 상기 복수의 제1 산 중 적어도 일부가 포함된 상태에서 상기 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 피쳐층을 가공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서는 기판 위에 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 마스크층 위에 제1 산 발생제를 포함하는 하층막을 형성하는 단계와, 상기 하층막을 제1 광으로 노광하여 복수의 산을 포함하는 산 함유 하층막을 형성하는 단계와, 상기 산 함유 하층막 위에 화학증폭형 폴리머 및 제2 산 발생제를 포함하는 포토레지스트막을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트막의 제1 영역을 상기 제1 광의 파장과 다른 파장을 가지는 제2 광으로 노광하는 단계와, 상기 복수의 산 중 적어도 일부를 상기 산 함유 하층막으로부터 상기 포토레지스트막의 상기 노광된 제1 영역으로 확산시키는 단계와, 상기 제1 영역에 상기 복수의 산 중 적어도 일부가 포함된 상태에서 상기 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 마스크층을 식각하여 복수의 홀을 포함하는 마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자의 제조 방법에 의하면, 포토리소그래피 공정에서 포토레지스트막을 형성하기 전에 하층막의 적어도 일부를 노광하여 하층막에 있는 산 발생제를 미리 활성화하여 산 함유 하층막을 형성한다. 따라서, 상기 산 함유 하층막 위에 포토레지스트막을 형성한 후 상기 포토레지스트막의 일부 영역을 노광하면, 상기 포토레지스트막의 노광 영역에서 발생된 산 뿐 만 아니라 산 함유 하층막으로부터 상기 포토레지스트막의 노광 영역으로 확산된 산에 의해 상기 포토레지스트막의 노광 영역 및 비노광 영역에서의 산도 차이가 극대화되어 노광 영역 및 비노광 영역에서 현상액에 대한 용해도 차이가 커지고 콘트라스트가 증가될 수 있다. 또한, 상기 노광된 포토레지스트막을 현상함으로써 얻어진 포토레지스트 패턴에서는 홀 패턴들의 임계 치수 균일성(critical dimension uniformity: CDU) 또는 라인 패턴들의 라인 폭 러프니스(line width roughness: LWR)의 열화를 억제할 수 있으며, 원하는 패턴들의 산포 불량을 억제하여 높은 패턴 충실도를 달성할 수 있다. 따라서, 집적회로 소자에 필요한 패턴의 치수 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 집적회로 소자의 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 3a는 도 2c의 일부 영역의 예시적인 확대 단면도이다.
도 3b는 도 2e의 일부 영역의 예시적인 확대 단면도다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서 채용 가능한 포토리소그래피 장치의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에 따라 구현 가능한 집적회로 소자의 셀 어레이 영역의 주요 구성들을 설명하기 위한 개략적인 평면 레이아웃이다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 도 1의 공정 P10에서, 피쳐층(feature layer)(110)을 준비할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 피쳐층(110)은 반도체 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 피쳐층(110)은 Si 또는 Ge과 같은 반도체 원소, 또는 SiGe, SiC, GaAs, InAs, 또는 InP와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 피쳐층(110)은 반도체 기판상에 형성된 도전막, 유전막, 절연막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 피쳐층(110)은 금속, 합금, 금속 탄화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물, 금속 산화탄화물, 반도체, 폴리실리콘, 산화물, 질화물, 산화질화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 공정 P20에서, 피쳐층(110) 위에 산 발생제를 포함하는 하층막(120)을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 하층막(120)에 포함된 산 발생제는 PAG(photoacid generator), TAG(thermoacid generator), 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 PAG는 자외선, KrF 엑시머 레이저(248 nm), ArF 엑시머 레이저(193nm), F2 엑시머 레이저(157nm), 및 EUV(13.5 nm) 중에서 선택되는 어느 하나의 광에 노광되면 산을 발생하는 것일 수 있다. 상기 PAG는, 예를 들면, 트리아릴술포늄염(triarylsulfonium salts), 디아릴이오도늄염 (diaryliodonium salts), 술포네이트 (sulfonates) 또는 그 혼합물로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 PAG는 트리페닐술포늄 트리플레이트 (triphenylsulfonium triflate), 트리페닐술포늄 안티모네이트 (triphenylsulfonium antimonate), 디페닐이오도늄 트리플레이트 (diphenyliodonium triflate), 디페닐이오도늄 안티모네이트 (diphenyliodonium antimonate), 메톡시디페닐이오도늄 트리플레이트 (methoxydiphenyliodonium triflate), 디-t-부틸디페닐이오도늄 트리플레이트 (di-t-butyldiphenyliodonium triflate), 2,6-디니트로벤질 술포네이트 (2,6-dinitrobenzyl sulfonates), 피로갈롤 트리스(알킬술포네이트) (pyrogallol tris(alkylsulfonates)), N-히드록시숙신이미드 트리플레이트 (N-hydroxysuccinimide triflate), 노르보르넨-디카르복스이미드-트리플레이트 (norbornene-dicarboximide-triflate), 트리페닐술포늄 노나플레이트 (triphenylsulfonium nonaflate), 디페닐이오도늄 노나플레이트 (diphenyliodonium nonaflate), 메톡시디페닐이오도늄 노나플레이트 (methoxydiphenyliodonium nonaflate), 디-t-부틸디페닐이오도늄 노나플레이트 (di-t-butyldiphenyliodonium nonaflate), N-히드록시숙신이미드 노나플레이트 (N-hydroxysuccinimide nonaflate), 노르보르넨-디카르복스이미드-노나플레이트 (norbornene-dicarboximide-nonaflate), 트리페닐술포늄 퍼플루오로부탄술포네이트 (triphenylsulfonium perfluorobutanesulfonate), 트리페닐술포늄 퍼플루오로옥탄술포네이트 (PFOS) (triphenylsulfonium perfluorooctanesulfonate), 디페닐이오도늄 PFOS (diphenyliodonium PFOS), 메톡시디페닐이오도늄 PFOS (methoxydiphenyliodonium PFOS), 디-t-부틸디페닐이오도늄 트리플레이트 (di-t-butyldiphenyliodonium triflate), N-히드록시숙신이미드 PFOS (N-hydroxysuccinimide PFOS), 노르보르넨-디카르복스이미드 PFOS (norbornene-dicarboximide PFOS), 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다.
상기 TAG는 지방족(aliphatic) 또는 지환식(alicyclic) 화합물로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 TAG는 카르보네이트 에스터(carbonate ester), 술포네이트 에스터 (sulfonate ester), 및 포스페이트 에스터 (phosphate ester)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물로 구성될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 상기 TAG는 시클로헥실 노나플루오로부탄술포네이트 (cyclohexyl nonafluorobutanesulfonate), 노르보르닐 노나플루오로부탄술포네이트 (norbornyl nonafluorobutanesulfonate), 트리시클로데카닐 노나플루오로부탄술포네이트 (tricyclodecanyl nonafluorobutanesulfonate), 아다만틸 노나플루오로부탄술포네이트 (adamantyl nonafluorobutanesulfonate), 시클로헥실 노나플루오로부탄카르보네이트 (cyclohexyl nonafluorobutanecarbonate), 노르보르닐 노나플루오로부탄카르보네이트 (norbornyl nonafluorobutanecarbonate), 트리시클로데카닐 노나플루오로부탄카르보네이트 (tricyclodecanyl nonafluorobutanecarbonate), 아다만틸 노나플루오로부탄카르보네이트 (adamantyl nonafluorobutanecarbonate), 시클로헥실 노나플루오로부탄포스페이트 (cyclohexyl nonafluorobutanephosphonate), 노르보르닐 노나플루오로부탄포스페이트 (norbornyl nonafluorobutanephosphonate), 트리시클로데카닐 노나플루오로부탄포스페이트 (tricyclodecanyl nonafluorobutanephosphonate), 및 아다만틸 노나플루오로부탄포스페이트 (adamantyl nonafluorobutanephosphonate)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물로 구성될 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다.
예시적인 실시예들에서, 하층막(120)을 형성하기 위하여 피쳐층(110) 위에 하층 조성물을 코팅할 수 있다. 상기 하층 조성물은 상기 산 발생제 외에 수지, 가교제, 및 필요에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 하층 조성물에서, 상기 산 발생제는 상기 하층 조성물에 포함된 상기 수지의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 10.0 중량%의 양으로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 하층 조성물에 포함될 수 있는 수지는 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 스타이렌 수지, 셀룰로스 수지, 페놀 수지, 방향족 폴리에스터 수지, 방향족 폴리이미드 수지, 폴리벤즈옥사졸(poly(benzoxazole)) 수지, 방향족 폴리아미드 수지, 아세나프틸렌(acenaphthalene) 계 수지, 이소시아눌산(isocyanuric acid) 계 수지, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 상기 하층 조성물에 포함될 수 있는 수지는 가교 반응기인 히드록실기를 함유하는 반복 단위를 포함할 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에서, 상기 하층 조성물에 포함될 수 있는 수지는 비가교성 모노머들의 공중합체로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 비가교성 모노머는 예를 들면, C1 내지 C10의 알킬아크릴레이트와 같은 아크릴산 에스터류; C1 내지 C10의 알킬메타크릴레이트 등과 같은 메타크릴산 에스터류; 아크릴아미드, N-알킬아크릴아미드, N-아릴아크릴아미드 등과 같은 아크릴아미드류; 메타크릴아미드, N-알킬메타크릴아미드, N-아릴메타크릴아미드 등과 같은 메타크릴아미드류; 알킬비닐에테르, 비닐아릴에테르 등과 같은 비닐에테르류; 비닐부틸레이트, 비닐이소부틸레이트, 비닐트리메틸아세테이트 등과 같은 비닐에스터류; 아세트산 알릴, 카프로산 알릴, 카프릴산 알릴, 라우르산 알릴, 팔미트산 알릴, 스테아르산 알릴, 벤조산 알릴, 아세토아세트산 알릴 등과 같은 알릴 화합물; 스타이렌, 알킬스타이렌, 알콕시스타이렌, 할로겐스타이렌 등과 같은 스타이렌류; 크로톤산 부틸(butyl crotonate), 크로톤산 헥실, 글리세린모노크로토네이트 등과 같은 크로톤산 에스터류 등으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예시적인 실시예들에서, 상기 하층 조성물은 탄소 원자들 중 일부가 할로겐 원자 또는 헤테로 원자 함유기로 치환된 C6 내지 C30의 아릴기를 포함하는 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 헤테로 원자는 산소 원자, 황 원자, 또는 질소 원자일 수 있다. 예를 들면, 상기 헤테로 원자 함유기는 -O-, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -C(=O)-, -O-C(=O)-O-, -C(=O)-NH-, -NH-, -S-, -S(=O)2-, 또는 -S(=O)2-O-일 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 상기 하층 조성물은 실리콘계 물질, 예를 들면 폴리실록산을 포함할 수 있다. 상기 폴리실록산은 실록산 결합을 갖는 중합체로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 폴리실록산은 모노실록산(monosiloxane), 디실록산(disiloxane), 트리실록산(trisiloxane), 및 시클로테트라실록산(cyclotetrasiloxane) 중에서 선택되는 적어도 하나의 반복 단위를 포함하는 중합체로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 상기 하층 조성물에 포함될 수 있는 상기 가교제는 멜라민, 우레아, 다가 알콜(polyhydric alcohol) 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 가교제는 4,4'-바이페닐다이올, 4,4'-메틸렌비스페놀, 4,4'-에틸리덴비스페놀, 비스페놀 A 등의 2핵 페놀류; 4,4',4"-메틸리덴트리스페놀, 4,4'-[1-[4-[1-(4-히드록시페닐)-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스페놀 등의 3핵 페놀류; 및 노볼락 등의 폴리페놀류에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
필요에 따라, 상기 하층 조성물은 계면활성제, 소포제, 보존 안정제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 하층막(120)을 형성할 때 코팅 균일성을 향상시키고 습윤성(wetting)을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 계면활성제는 황산 에스터염, 설폰산염, 인산 에스터, 비누, 아민염, 4급 암모늄염, 폴리에틸렌글리콜, 알킬페놀에틸렌옥사이드 부가물, 다가 알콜, 질소 함유 비닐 고분자, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 계면활성제는 알킬벤젠설폰산염, 알킬피리디늄염, 폴리에틸렌글리콜, 또는 제4 암모늄염을 포함할 수 있다.
하층막(120)을 형성하기 위하여, 피쳐층(110) 위에 상기 하층 조성물을 코팅한 후 열처리할 수 있다. 상기 코팅은 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 딥 코팅(deep coating) 등의 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기 열처리하는 공정은 약 80 ℃ 내지 약 150℃의 온도에서 약 10 초 내지 약 100 초 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 하층막(120)은 약 20 nm 내지 약 500 nm의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하층막(120)은 피쳐층(110)과 후속 공정에서 형성되는 포토레지스트막(130)과의 사이의 밀착성을 향상시키고, 포토레지스트막(130)의 현상시 발생할 수 있는 패턴의 무너짐 또는 박리를 방지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 하층막(120)은 산 발생제를 포함함으로써, 후속 공정에서 미세 패턴 형성 시 해상도 및 감도를 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2c를 참조하면, 공정 P30에서, 하층막(120)에 포함된 상기 산 발생제로부터 복수의 제1 산(AC1)을 발생시켜 산 함유 하층막(120A)을 형성할 수 있다. 산 함유 하층막(120A)을 형성하기 위하여 하층막(120)에 광, 열, 또는 이들의 조합을 인가할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 하층막(120)이 PAG를 포함하는 경우, 산 함유 하층막(120A)을 형성하기 위하여 하층막(120)의 적어도 일부 영역에 제1 파장의 제1 광(HV1)을 조사하여 상기 PAG로부터 제1 산(AC1)을 발생시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제1 광(HV1)은 약 100 nm 내지 약 300 nm의 범위 내에서 선택되는 파장을 가지는 자외선(ultraviolet: UV), 예를 들면, 약 100 nm 내지 약 200 nm의 범위 내에서 선택되는 파장을 가지는 자외선일 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 제1 광(HV1)은 KrF 엑시머 레이저(248 nm), ArF 엑시머 레이저(193nm), F2 엑시머 레이저(157nm), 및 EUV(13.5 nm) 중에서 선택될 수 있다.
도 3a는 도 2c의 일부 영역(Q1)의 예시적인 확대 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 하층막(120)이 PAG를 포함하는 경우, 도 1의 공정 P30에서 산 함유 하층막(120A)을 형성하기 위하여 하층막(120)의 적어도 일부 영역에 제1 파장의 제1 광(HV1)을 인가함으로써 하층막(120)에 포함된 PAG로부터 제1 산(AC1)을 발생시킬 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에서, 하층막(120)에 TAG가 포함된 경우에는 도 3a에 예시한 바와 달리 산 함유 하층막(120A)을 형성하기 위하여 하층막(120)에 열을 인가하여 상기 TAG로부터 복수의 제1 산(AC1)을 발생시킬 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예들에서, 하층막(120)이 PAG 및 TAG를 포함하는 경우, 산 함유 하층막(120A)을 형성하기 위하여 하층막(120)의 적어도 일부 영역에 제1 광(HV1) 및 열을 동시에 또는 순차적으로 인가하여 상기 PAG 및 상기 TAG로부터 복수의 제1 산(AC1)을 발생시킬 수 있다.
산 함유 하층막(120A)을 형성하기 위하여 하층막(120)의 적어도 일부 영역에 제1 광(HV1) 및/또는 열을 인가한 후, 산 함유 하층막(120A)의 냉각(cooling) 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 냉각 공정은 약 10 초 내지 약 500 초 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2d를 참조하면, 공정 P40에서, 산 함유 하층막(120A) 위에 포토레지스트막(130)을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 포토레지스트막(130)을 형성하기 위하여, 화학증폭형 폴리머, PAG, 및 용매를 포함하는 포토레지스트 조성물을 이용할 수 있다.
상기 화학증폭형 폴리머는 산의 작용에 의해 현상액에 대한 용해도가 변화될 수 있는 반복 단위를 포함하는 폴리머로 이루어질 수 있다. 상기 화학증폭형 폴리머는 블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 화학증폭형 폴리머는 포지티브형 포토레지스트로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 상기 화학증폭형 폴리머는 산의 작용에 의해 분해되어 알칼리 현상액에 대한 용해도를 증가시키는 반복 단위를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 상기 화학증폭형 폴리머는 산의 작용에 의해 분해되어 페놀산(phenolic acid), 또는 그에 상응하는 브뢴스테드 산(BrΨnsted acid)을 발생시키는 반복 단위를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 화학증폭형 폴리머는 히드록시스티렌(hydroxystyrene) 또는 히드록시스티렌 유도체로부터 유도되는 제1 반복 단위를 포함할 수 있다. 상기 히드록시스티렌 유도체는 히드록시스티렌의 α 위치의 수소 원자가 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 5의 할로겐화 알킬기로 치환된 것들과, 이들의 유도체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 반복 단위는 3-히드록시스티렌, 4-히드록시스티렌, 5-히드록시-2-비닐나프탈렌, 또는 6-히드록시-2-비닐나프탈렌으로부터 유래된 것일 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에서, 상기 화학증폭형 폴리머는 히드록시스티렌 또는 히드록시스티렌 유도체로부터 유도되는 상기 제1 반복 단위와, 산분해성 기(acid-labile group)를 가지는 적어도 하나의 제2 반복 단위가 공중합되어 있는 구조를 가질 수 있다. 상기 적어도 하나의 제2 반복 단위는 (메트)아크릴레이트계 폴리머로 이루어질 수 있다. 예들 들면, 상기 적어도 하나의 제2 반복 단위는 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리(t-부틸메타크릴레이트) (poly(t-butylmethacrylate)), 폴리(메타크릴산) (poly(methacrylic acid)), 폴리(노보닐메타크릴레이트) (poly(norbornylmethacrylate)), 또는 상기 (메트)아크릴레이트계 폴리머들의 반복단위들의 이원 또는 삼원 공중합체로 이루어질 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예들에서, 상기 화학증폭형 폴리머는 상기 제1 반복 단위를 가지는 제1 폴리머와, 상기 적어도 하나의 제2 반복 단위를 가지는 제2 폴리머와의 블렌드(blend)로 이루어질 수 있다.
상기 적어도 하나의 제2 반복 단위에 포함될 수 있는 상기 산분해성 기는 tert-부톡시카르보닐(tert-butoxycarbonyl, t-BOC), 이소노르보닐, 2-메틸-2-아다만틸, 2-에틸-2-아다만틸, 3-테트라히드로푸라닐(3-tetrahydrofuranyl), 3-옥소디클로헥실(3-oxocyclohexyl), γ-부틸락톤-3-일(γ-butyllactone-3-yl), 메발로닉락톤(mavaloniclactone), γ-부티로락톤-2-일(γ-butyrolactone-2-yl), 3-메틸-γ부티로락톤-3-일(3-methyl-γ-butyrolactone-3-yl), 2-테트라히드로피라닐(2-tetrahydropyranyl), 2-테트라히드로푸라닐(2-tetrahydrofuranyl), 2,3-프로필렌카르보네이트-1-일(2,3-propylenecarbonate-1-yl), 1-메톡시에틸(1-methoxyethyl), 1-에톡시에틸(1-ethoxyethyl), 1-(2-메톡시에톡시)에틸(1-(2-methoxyethoxy)ethyl), 1-(2-아세톡시에톡시)에틸(1-(2-acetoxyethoxy)ethyl), t-부톡시카르보닐메틸(t-buthoxycarbonylmethyl), 메톡시메틸(methoxymethyl), 에톡시메틸(ethoxymethyl), 트리메톡시실릴(trimethoxysilyl), 또는 트리에톡시실릴(triethoxysilyl) 기를 포함할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예시적인 실시예들에서, 상기 화학증폭형 폴리머는 히드록시 기(-OH)를 포함하는 아크릴레이트 유도체 치환기를 가지는 제3 반복 단위와, 불소로 치환된 보호기를 가지는 제4 반복 단위 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 화학증폭형 폴리머는 약 1,000 내지 약 500,000의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 상기 포토레지스트 조성물 내에서 상기 화학증폭형 폴리머의 함량은 상기 포토레지스트 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 25 중량%일 수 있다.
상기 포토레지스트 조성물에서, 상기 PAG는 상기 화학증폭형 폴리머의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 5.0 중량%의 양으로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 포토레지스트 조성물에 포함될 수 있는 상기 PAG의 종류는 도 2b를 참조하여 하층막(120)에 포함될 수 있는 PAG에 대하여 설명한 바와 대체로 동일하다.
상기 포토레지스트 조성물은 염기성 켄처(quencher)를 더 포함할 수도 있다. 상기 염기성 켄처는 도 2e를 참조하여 후술하는 공정에서 포토레지스트막(130)을 노광할 때 포토레지스트막(130)의 비노광 영역의 외부로부터 상기 비노광 영역으로 확산 또는 유입되는 산들을 트랩하는 역할을 할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 염기성 켄처는 일차 지방족 아민, 이차 지방족 아민, 삼차 지방족 아민, 방향족 아민, 복소환(heterocyclic ring) 함유 아민, 카르복실기를 갖는 질소 함유 화합물, 술포닐기를 갖는 질소 함유 화합물, 수산기를 갖는 질소 함유 화합물, 히드록시페닐기를 갖는 질소 함유 화합물, 알콜성 질소 함유 화합물, 아미드류, 이미드류, 카르바메이트류, 또는 암모늄염류로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 다른 예시적인 실시예들에서, 상기 염기성 켄처는 광분해성 염기로 이루어질 수 있다. 상기 광분해성 염기는 노광에 의해 산을 발생하고 노광 전에는 산을 중화하는 역할을 하는 화합물로 이루어질 수 있다. 상기 광분해성 염기는 광분해성 양이온의 카르복실레이트 또는 술포네이트 염을 포함할 수 있다.
상기 포토레지스트 조성물에서, 상기 용매는 유기 용매로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 용매는 에테르, 알콜, 글리콜에테르, 방향족 탄화수소 화합물, 케톤, 및 에스터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 포토레지스트 조성물은 지방족 아민으로 이루어지는 유기 염기를 더 포함할 수 있다. 상기 유기 염기는 일차 아민, 이차 아민, 및 삼차 아민 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 유기 염기는 트리에탄올아민(triethanol amine), 트리에틸 아민(triethyl amine), 트리부틸아민(tributyl amine), 트리프로필아민(tripropyl amine), 헥사메틸 디실라잔(hexamethyl disilazan), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다.
상기 포토레지스트 조성물은 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제에 대한 상세한 설명은 도 2b를 참조하여 하층막(120)에 포함될 수 있는 게면활성제에 대하여 설명한 바와 대체로 동일하다. 상기 포토레지스트 조성물에 상기 계면활성제가 포함되는 경우, 상기 계면활성제는 상기 포토레지스트 조성물의 코팅 균일성을 향상시키고 습윤성(wetting)을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에서, 도 1의 공정 P40 및 도 2d의 공정에서 포토레지스트막(130)을 형성하기 위하여, 유기 금속 화합물, 유기 금속 나노입자, 또는 유기 금속 클러스터를 포함하는 금속 구조물을 포함하는 금속 함유 포토레지스트 조성물을 이용할 수 있다. 상기 금속 구조물은 적어도 하나의 금속 원자를 포함하는 금속 코어와, 상기 금속 코어를 포위하는 적어도 하나의 유기 리간드를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 유기 리간드는 상기 금속 코어에 결합될 수 있다. 상기 금속 구조물에서, 상기 금속 코어와, 상기 유기 리간드와의 사이에는 이온 결합, 공유 결합, 금속 결합, 또는 반 데르 발스 결합이 존재할 수 있다. 상기 금속 코어는 적어도 하나의 금속 원소를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 금속 원소는 금속 원자, 금속성 이온, 금속 화합물, 금속 합금, 또는 이들의 조합의 형태를 가질 수 있다. 상기 금속 화합물은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물, 금속 규화물, 금속 탄화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 금속 코어는 Sn, Sb, In, Bi, Ag, Te, Au, Pb, Zn, Ti, Hf, Zr, Al, V, Cr, Co, Ni, Cu, Ga, 및 Fe 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 원소를 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기 리간드는 C1 내지 C30의 직쇄형 알킬, C1 내지 C30의 분기형 알킬, C3 내지 C30의 시클로알킬, C2 내지 C30의 알케닐, C2 내지 C30의 알키닐, C6 내지 C30의 아릴, C3 내지 C30의 알릴, C1 내지 C30의 알콕시, C6 내지 C30의 아릴옥시, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 유기 리간드는 산소 원자, 질소 원자, 할로겐 원소, 시아노, 티오, 실릴, 에테르, 카르보닐, 에스터, 니트로, 아미노, 또는 이들의 조합을 포함하는 적어도 하나의 헤테로 원자 작용기로 치환된 히드로카르빌기(hydrocarbyl group)를 포함할 수 있다. 상기 할로겐 원소는 F, Cl, Br, 또는 I일 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 상기 금속 구조물은 (tBu)Sn(NEt2)2(OtBu), (tBu)Sn(NEt2)(NH2)(OtBu), (tBu)Sn(NEt2)(OtBu)2, (Me)Sn(NEt2)(OtBu)2, (Me)Sn(NEt2)2(OtBu), (tBu)2Sn(NEt2)(OtBu), (Me)2Sn(NEt2)(OtBu), (Me)(tBu)Sn(NEt2)2, (Me)(tBu)Sn(NEt2)(OtBu), (iPr)(tBu)Sn(NMe2)(OtBu), 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 여기서, "Me"는 메틸, "Et"은 에틸, 그리고 "tBu"은 제3 부틸을 의미한다.
예시적인 실시예들에서, 도 1의 공정 P40 및 도 2d의 공정에서 산 함유 하층막(120A) 위에 포토레지스트막(130)을 형성하기 위하여, 산 함유 하층막(120A) 상에 상기 포토레지스트 조성물을 코팅한 후 열처리할 수 있다. 상기 코팅은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅 등의 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기 포토레지스트 조성물을 열처리하는 공정은 약 80 ℃ 내지 약 150℃의 온도에서 약 10 초 내지 약 100 초 동안 수행될 수 있다. 포토레지스트막(130)의 두께는 산 함유 하층막(120A)의 두께의 수 십 배 내지 수 백 배일 수 있다. 포토레지스트막(130)은 약 100 nm 내지 약 6 μm의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2e를 참조하면, 공정 P50에서, 포토레지스트막(130) 중 일부인 제1 영역(132)을 노광하여 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)에서 제2 산(AC2)을 발생시킬 수 있다.
도 3b는 도 2e의 일부 영역(Q2)의 예시적인 확대 단면도다.
도 3b를 참조하면, 도 1의 공정 P50에서 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 노광함으로써 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)에서 복수의 제2 산(AC2)이 발생될 수 있다.
포토레지스트막(130)이 화학증폭형 폴리머를 포함하는 경우, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)에서는 복수의 제2 산(AC2)에 의해 포토레지스트막(130)에 포함된 화학증폭형 폴리머가 탈보호될 수 있다.
포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 노광하기 위하여, 복수의 차광 영역(light shielding area)(LS) 및 복수의 투광 영역(light transmitting area)(LT)을 가지는 포토마스크(140)를 포토레지스트막(130) 상의 소정의 위치에 얼라인하고, 포토마스크(140)의 복수의 투광 영역(LT)을 통해 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 노광할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 노광하기 위하여, 도 3a를 참조하여 설명한 제1 광(HV1)의 상기 제1 파장보다 작은 제2 파장의 제2 광(HV2)을 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)에 조사할 수 있다. 예를 들면, 제2 광(HV2)은 EUV 광일 수 있다. 상기 EUV 광은 약 1 nm 내지 31 nm의 파장을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 EUV 광은 약 13.5 nm의 파장을 가질 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 노광하기 위하여 KrF 엑시머 레이저(248 nm), ArF 엑시머 레이저(193nm), 또는 F2 엑시머 레이저(157nm)를 이용할 수 있다.
포토마스크(140)는 투명 기판(142)과, 투명 기판(142) 위에서 복수의 차광 영역(LS)에 형성된 복수의 차광 패턴(144)을 포함할 수 있다. 투명 기판(142)은 석영으로 이루어질 수 있다. 복수의 차광 패턴(144)은 크롬(Cr)으로 이루어질 수 있다. 복수의 차광 패턴(144)에 의해 복수의 투광 영역(LT)이 정의될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 포토마스크(140)는 EUV 용 포토마스크일 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 노광한 후, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132) 내에서 복수의 제2 산(AC2)을 확산시키기 위하여 어닐링 공정을 수행할 수 있다. 예를 들면, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 노광한 직후 포토레지스트막(130)을 포함하는 결과물을 약 50 ℃ 내지 약 150 ℃의 온도로 어닐링하여, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)에 있는 복수의 제2 산(AC2)이 제1 영역(132) 내에서 비교적 균일하게 분산되도록 할 수 있다. 상기 어닐링 공정은 약 10 초 내지 약 100 초 동안 수행될 수 있다. 일 예에서, 상기 어닐링 공정은 약 100 ℃의 온도로 약 60 초 동안 수행될 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에서, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132) 내에서 복수의 제2 산(AC2)을 확산시키기 위하여 별도의 어닐링 공정을 수행하지 않을 수 있다. 이 경우, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 노광하는 동안 별도의 어닐링 공정 없이, 노광시의 열에 의해 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132) 내에서 복수의 제2 산(AC2)이 확산될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 노광하는 동안 제1 영역(132) 내에서 복수의 제2 산(AC2)이 확산되고, 이와 동시에 산 함유 하층막(120A) 내에 있던 복수의 제1 산(AC1) 중 적어도 일부도 화살표(AR) 방향을 따라 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)으로 확산되어 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132) 내에 존재하는 산의 양이 더 증가될 수 있다.
상기한 바와 같이, 포토레지스트막(130)의 노광 영역인 제1 영역(132)에는 복수의 제1 산(AC1) 및 복수의 제2 산(AC2)이 존재할 수 있다. 그 결과, 제1 영역(132) 내에서 복수의 제1 산(AC1) 및 복수의 제2 산(AC2)에 의해 포토레지스트막(130)을 구성하는 화학증폭형 폴리머에서 산분해성 기가 탈보호되어, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)이 알칼리 현상액에 쉽게 용해될 수 있는 상태로 변화될 수 있다. 따라서, 노광 영역인 제1 영역(132)과 비노광 영역인 제2 영역(134)에서의 산도 차이가 극대화되고, 이에 따라 포토레지스트막(130)의 노광 영역 및 비노광 영역에서 현상액에 대한 용해도 차이가 커질 수 있다. 따라서, 후속의 현상 공정시 해상도를 향상시킬 수 있으며, 도 2f를 참조하여 후술하는 공정에서 얻어지는 포토레지스트 패턴(130P)에서 임계 치수(critical dimension) 균일성을 향상시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 포토레지스트막(130)이 금속 구조물을 포함하는 경우, 도 1의 공정 P50 및 도 2e를 참조하여 설명한 공정에서 포토레지스트막(130)이 노광되는 동안, 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)에서 포토레지스트막(130)에 포함된 금속 원자들이 비교적 높은 밀도로 가교되어 금속 구조물의 네트워크가 조밀하게 형성될 수 있다. 따라서, 포토레지스트막(130)의 노광된 제1 영역(132)과 비노광된 제2 영역(134)의 현상액에 대한 용해도 차이가 커질 수 있다.
도 1 및 도 2f를 참조하면, 공정 P60에서, 노광된 포토레지스트막(130)을 현상하여 포토레지스트 패턴(130P)을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 포토레지스트 패턴(130P)을 형성하기 위하여 알칼리 현상액을 이용하여 PTD(positive-tone development) 공정으로 포토레지스트막(130)을 현상하여 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 제거할 수 있다. 그 결과, 비노광 영역인 제2 영역(134)으로 이루어지는 포토레지스트 패턴(130P)이 형성될 수 있다. 포토레지스트 패턴(130P)은 복수의 개구(OP)를 포함할 수 있다. 산 함유 하층막(120A) 중 복수의 개구(OP)를 통해 노출된 부분을 제거하여 산 함유 하층 패턴(120P)을 형성할 수 있다.
상기 알칼리 현상액은 2.38중량% 테트라메틸암모늄 히드록사이드(TMAH) 용액으로 이루어질 수 있다. 도 2e의 결과물에서 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)은 복수의 제1 산(AC1) 및 복수의 제2 산(AC2)에 의해 화학증폭형 폴리머가 탈보호된 상태일 수 있다. 따라서, 포토레지스트막(130)을 상기 알칼리 현상액으로 현상하는 동안 제1 영역(132)이 깨끗하게 제거될 수 있다. 따라서, 포토레지스트막(130)의 현상 후, 풋팅(footing) 현상 등과 같은 잔사성 결함이 발생되지 않고, 포토레지스트 패턴(130P)에서 버티컬(vertical)한 측벽 프로파일을 얻어질 수 있다. 또한, 포토레지스트 패턴(130P)을 이용하여 피쳐층(110)을 가공할 때 피쳐층(110)에서 의도하는 가공 영역의 임계 치수를 정밀하게 제어할 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에서, 포토레지스트막(130)이 금속 구조물을 포함하는 경우, 도 2e의 결과물에서 포토레지스트막(130)의 노광된 제1 영역(132)에서는 포토레지스트막(130)에 포함된 금속 원자들이 비교적 높은 밀도로 가교되어 금속 구조물의 네트워크가 조밀하게 형성될 수 있다. 따라서, 포토레지스트막(130)이 금속 구조물을 포함하는 경우에는 도 2f에 예시한 바와 달리, 도 2e의 결과물인 노광된 포토레지스트막(130)을 NTD(negative-tone development) 공정으로 현상하여 포토레지스트막(130)의 비노광된 제2 영역(134)을 제거하고, 포토레지스트막(130)의 노광된 제1 영역(132)으로 이루어지는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이 경우, 비노광된 제2 영역(134)이 제거된 후 형성되는 공간을 통해 노출되는 산 함유 하층막(120A)을 제거할 수 있고, 산 함유 하층막(120A) 중 일부는 포토레지스트막(130)의 노광된 제1 영역(132)의 하부에 남아 있을 수 있다. NTD 공정으로 포토레지스트막(130)을 현상할 때 포토레지스트막(130)의 노광된 제1 영역(132)과 비노광된 제2 영역(134)의 현상액에 대한 용해도 차이가 커질 수 있다.
포토레지스트막(130)을 NTD 공정으로 현상하기 위하여, 현상액으로서 노말-부틸 아세테이트(n-butyl acetate) 또는 2-헵타논(2-heptanone)을 사용할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예시적인 실시예들에서, 포토레지스트막(130)이 금속 구조물을 포함하는 경우, 노광된 포토레지스트막(130)을 PTD 공정으로 현상하여 포토레지스트막(130)의 비노광 영역으로 이루어지는 포토레지스트 패턴(도시 생략)을 형성할 수도 있다.
도 1 및 도 2g를 참조하면, 공정 P70에서, 도 2f의 결과물의 포토레지스트 패턴(130P)을 이용하여 피쳐층(110)을 가공할 수 있다.
예를 들면, 포토레지스트 패턴(130P)의 복수의 개구(OP)를 통해 피쳐층(110)에 불순물 이온을 주입하는 공정, 복수의 개구(OP)를 통해 피쳐층(110)을 식각하는 공정, 복수의 개구(OP)를 통해 피쳐층(110) 상에 추가의 막을 형성하는 공정, 복수의 개구(OP)를 통해 피쳐층(110)의 일부를 변형시키는 공정 등 다양한 공정들을 수행할 수 있다.
도 2g에는 복수의 개구(OP)를 통해 노출되는 피쳐층(110)을 가공하는 예시적인 공정으로서 이온 주입 공정을 수행하는 경우를 예시하였다. 도 2g에 예시한 바와 같이, 복수의 개구(OP)를 통해 피쳐층(110)에 불순물 이온(150)을 주입하여 피쳐층(110)에 복수의 웰(112)을 형성할 수 있다. 복수의 웰(112)은 각각 불순물 이온이 주입된 불순물 영역으로 이루어질 수 있다.
도 2h를 참조하면, 도 2g의 결과물에서 피쳐층(110) 상에 남아 있는 포토레지스트 패턴(130P) 및 산 함유 하층 패턴(120P)을 제거할 수 있다. 포토레지스트 패턴(130P) 및 산 함유 하층 패턴(120P)을 제거하기 위하여 애싱(ashing) 및 스트립(strip) 공정을 이용할 수 있다.
도 1과 도 2a 내지 도 2h를 참조하여 설명한 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자의 제조 방법에 의하면, 산 함유 하층막(120)을 형성한 후 산 함유 하층막(120) 위에 포토레지스트막(130)을 형성하기 전에, 산 함유 하층막(120)에 광, 열, 또는 이들의 조합을 인가하여 산 함유 하층막(120)에서 복수의 제1 산(AC1)을 발생시켜 산 함유 하층막(120A)을 형성한다. 따라서, 포토레지스트막(130)의 노광 공정 후, 포토레지스트막(130)의 노광 영역인 제1 영역(132)에는 복수의 제1 산(AC1)과, 산 함유 하층막(120A)으로부터 확산된 복수의 제2 산(AC2)이 존재할 수 있다. 따라서, 노광 영역인 제1 영역(132)과 비노광 영역인 제2 영역(134)에서의 산도 차이가 극대화되고, 이에 따라 포토레지스트막(130)의 노광 영역 및 비노광 영역에서 현상액에 대한 용해도 차이가 커질 수 있다.
약 13.5 nm 파장의 EUV에 의한 노광 공정을 이용하는 EUV 리소그래피 기술은 KrF 엑시머 레이저(248 nm) 및 ArF 엑시머 레이저(193 nm)에 의한 리소그래피 공정을 대체하기 위한 차세대 기술이다. EUV 리소그래피 공정은 KrF 엑시머 레이저 및 ArF 엑시머 레이저에 의한 리소그래피 공정과는 그 작용 기작이 상이하다. EUV 리소그래피 공정은 전 공정이 진공 하에서 행해진다. EUV 리소그래피 장비에서는 광원에서 레이저를 조사하는 데 필요한 파워(power)가 부족하여 노광시 포토레지스트 조성물의 구성 성분 중 PAG로부터 산을 필요한 양만큼 발생시킬 수 있도록 도즈(dose)를 충분히 크게 하는 데 한계가 있다. 따라서, 통상의 방법에 따라 EUV 리소그래피 공정을 수행할 때, EUV 리소그래피 장비의 광원으로부터 제공되는 비교적 낮은 도즈로 인해 산 발생 효율이 낮고 노광 속도가 낮아서 원하는 노광 감도를 얻기 어려울 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에 의하면, 포토레지스트막(130)을 형성하기 전에, 산 함유 하층막(120)에 광, 열, 또는 이들의 조합을 인가하여 산 함유 하층막(120)에서 복수의 제1 산(AC1)을 발생시키므로, 포토레지스트막(130)의 일부 영역이 노광된 후 노광 영역인 제1 영역(132)에는 복수의 제1 산(AC1) 및 복수의 제2 산(AC2)이 존재할 수 있다. 따라서, 포토레지스트막(130)의 노광 영역 및 비노광 영역에서의 산도 차이가 극대화되어 노광 영역 및 비노광 영역에서 현상액에 대한 용해도 차이가 커지고 콘트라스트가 증가될 수 있다. 따라서, 노광된 포토레지스트막(130)을 현상함으로써 얻어진 포토레지스트 패턴(130P)의 임계 치수의 산포 불량을 억제하여 높은 패턴 충실도를 달성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서 채용 가능한 포토리소그래피 장치(1000)의 주요 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 포토리소그래피 장치(1000)는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 발생 장치(1100)를 포함한다. 포토리소그래피 장치(1000)는 조영 광학계(1200), 레티클 스테이지(1300), 블라인더(blinder)(1400), 투영 광학계(1500), 및 웨이퍼 스테이지(1600)를 포함할 수 있다.
광 발생 장치(1100)에서 발생된 EUV 광(LT)은 조영 광학계(1200)로 조사될 수 있다. EUV 광(LT)은 약 1 nm 내지 31 nm의 파장을 가질 수 있다. 예를 들면, EUV 광(LT)은 약 13.5 nm의 파장을 가질 수 있다.
조영 광학계(1200)는 복수의 미러(1210, 1220, 1230, 1240)를 포함할 수 있다. 복수의 미러(1210, 1220, 1230, 1240)는 EUV 광(LT)의 손실을 줄일 수 있도록 EUV 광(LT)을 집광하여 전달할 수 있다. 복수의 미러(1210, 1220, 1230, 1240)는 EUV 광(LT)의 인텐시티 분포를 전체적으로 균일하게 조절할 수 있다. 복수의 미러(1210, 1220, 1230, 1240)는 EUV 광(LT)의 경로를 다양화할 수 있도록 오목 미러, 볼록 미러, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 도 4에는 조영 광학계(1200)에서 4 개의 미러(1210, 1220, 1230, 1240)를 포함하는 것으로 예시하였으나, 조영 광학계(1200)에 포함되는 미러들의 개수 및 위치는 도 4에 예시한 바에 한정되지 않으며, 다양한 변형 및 변경이 가능하다. 조영 광학계(1200)는 독립적인 진공 챔버를 포함할 수 있으며, 도 4에 예시되어 있지 않은 다양한 렌즈 및 광학 요소들을 더 포함할 수 있다.
레티클 스테이지(1300)는 정전 척(electrostatic chuck)을 이용하여 레티클(R)을 장착한 상태로 화살표(AR1, AR2)로 표시한 바와 같이 수평 방향으로 이동할 수 있다. 레티클(R)은 광학 패턴들이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록 레티클 스테이지(1300)의 저면에 장착될 수 있다. 레티클 스테이지(1300)의 하부에 블라인더(1400)가 배치될 수 있다. 블라인더(1400)는 슬릿(S)을 포함할 수 있다. 슬릿(S)은 조영 광학계(1200)로부터 레티클 스테이지(1300) 상에 장착된 레티클(R)로 전달되는 EUV 광(LT)의 형상을 성형할 수 있다. 조영 광학계(1200)로부터 전달된 EUV 광(LT)은 블라인더(1400)의 슬릿(S)을 통과하여 레티클(R)의 표면으로 조사될 수 있다.
레티클 스테이지(1300)에 고정된 레티클(R)로부터 반사되는 EUV 광(LT)은 슬릿(S)을 통과하여 투영 광학계(1500)로 전달될 수 있다. 투영 광학계(1500)는 슬릿(S)을 통과한 EUV 광(LT)을 받아 웨이퍼(W)로 전달할 수 있다. 투영 광학계(1500)는 레티클(R)에 형성된 패턴들을 기판(W) 상에 축소 투영시킬 수 있다.
투영 광학계(1500)는 복수의 미러(1510, 1520, 1530, 1540, 1550, 1560)를 포함할 수 있다. 복수의 미러(1510, 1520, 1530, 1540, 1550, 1560)는 다양한 수차들(aberrations)을 보정할 수 있다. 도 4에서는 투영 광학계(1500)에서 6 개의 미러(1510, 1520, 1530, 1540, 1550, 1560)를 포함하는 것으로 예시하였으나, 투영 광학계(1500)에 포함되는 미러들의 개수 및 위치는 도 4에 예시한 바에 한정되지 않으며, 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
웨이퍼 스테이지(1600)는 화살표(AR3, AR4)로 표시한 바와 같이 수평 방향으로 이동할 수 있다. 도 4에서, EUV 광(LT)의 이동 경로들은 예시에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술적 사상이 도 4에 예시한 바에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 도 2a 내지 도 2h, 도 4, 및 도 5를 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명한다.
도 5를 참조하면, 공정 P210에서, 피쳐층을 가지는 기판을 준비할 수 있다.
상기 기판은 Si 또는 Ge과 같은 반도체 원소, 또는 SiGe, SiC, GaAs, InAs, 또는 InP와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 상기 기판은 STI(shallow trench isolation) 구조와 같은 다양한 소자분리 구조를 가질 수 있다. 상기 기판은 반도체 웨이퍼 상에 절연막, 도전막, 반도체막, 금속막, 금속 산화막, 금속 질화막, 폴리머막, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 막이 형성된 구조를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 상기 기판은 반도체 웨이퍼로 이루어지고 상기 피쳐층은 상기 반도체 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 피쳐층은 도전층 또는 절연층일 수 있다. 예를 들면, 상기 피쳐층은 금속, 반도체, 또는 절연 물질로 이루어질 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 상기 피쳐층은 상기 기판의 일부일 수 있다.
도 5의 공정 P220에서, 도 2b를 참조하여 설명한 바와 유사하게, 상기 피쳐층 위에 PAG를 포함하는 하층막(120)을 형성할 수 있다.
도 5의 공정 P230에서, 도 2c를 참조하여 설명한 바와 같은 방법으로 도 5의 공정 P220에서 형성한 하층막(120)의 적어도 일부를 노광하여 하층막(120)에 포함된 PAG로부터 복수의 제1 산(AC1)을 발생시켜 산 함유 하층막(120A)을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 하층막(120)의 적어도 일부를 노광하기 위하여 약 100 nm 내지 약 300 nm의 범위 내에서 선택되는 파장을 가지는 자외선, 예를 들면, 약 100 nm 내지 약 200 nm의 범위 내에서 선택되는 파장을 가지는 자외선을 이용할 수 있다.
도 5의 공정 P240에서, 도 2d를 참조하여 설명한 바와 같은 방법으로, 산 함유 하층막(120A) 위에 포토레지스트막(130)을 형성할 수 있다. 포토레지스트막(130)은 EUV용 레지스트 재료로 이루어질 수 있다.
도 5의 공정 P250에서, 도 4에 예시한 포토리소그래피 장치(1000)의 레티클 스테이지(1300)에 도 2d에 예시한 바와 같이 포토레지스트막(130)이 형성된 기판을 로딩할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 공정 P260에서, 포토리소그래피 장치(1000)의 광 발생 장치(1100)에서 발생된 EUV 광(LT)을 이용하여 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)을 노광할 수 있다. 그 결과, 도 2e를 참조하여 설명한 바와 유사하게, 포토레지스트막(130)의 노광된 제1 영역(132)에서 복수의 제2 산(AC2)이 발생될 수 있다. 포토레지스트막(130)이 노광되는 동안, 또는 포토레지스트막(130)의 노광 후에, 제1 영역(132) 내에서 복수의 제2 산(AC2)이 확산되는 동안, 산 함유 하층막(120A) 내에 있던 복수의 제1 산(AC1) 중 적어도 일부가 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132)으로 확산되어 포토레지스트막(130)의 제1 영역(132) 내에 존재하는 산의 양이 더 증가될 수 있다.
도 5의 공정 P270에서, 도 2f를 참조하여 설명한 바와 같은 방법으로 노광된 포토레지스트막(130)을 현상하여 상기 기판 상에 포토레지스트 패턴(130P)을 형성할 수 있다.
도 5의 공정 P280에서, 도 2g를 참조하여 설명한 바와 유사한 방법으로 포토레지스트 패턴(130P)을 이용하여 상기 피쳐층을 가공할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 상기 피쳐층을 가공하기 위하여, 포토레지스트 패턴(130P)을 식각 마스크로 이용하여 상기 피쳐층을 식각하여 피쳐 패턴을 형성할 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 상기 피쳐층을 가공하기 위하여, 상기 포토레지스트 패턴(130P)을 이온주입 마스크로 이용하여 상기 피쳐층에 불순물 이온을 주입할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예들에서, 상기 피쳐층을 가공하기 위하여, 공정 P270에서 형성한 포토레지스트 패턴(130P)을 통해 노출되는 상기 피쳐층 위에 별도의 프로세스 막(process film)을 형성할 수 있다. 상기 프로세스 막은 도전막, 절연막, 반도체막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에 따라 구현 가능한 집적회로 소자(400)의 셀 어레이 영역의 주요 구성들을 설명하기 위한 개략적인 평면 레이아웃이다.
도 6을 참조하면, 집적회로 소자(400)는 복수의 활성 영역(ACT)을 포함할 수 있다. 복수의 활성 영역(ACT)은 X 방향 및 Y 방향에 대하여 사선 방향으로 길게 연장되도록 배치될 수 있다.
복수의 워드 라인(WL)이 복수의 활성 영역(ACT)을 가로질러 X 방향을 따라 상호 평행하게 연장될 수 있다. 복수의 워드 라인(WL) 위에는 복수의 비트 라인(BL)이 Y 방향을 따라 상호 평행하게 연장될 수 있다. 복수의 비트 라인(BL)은 다이렉트 콘택(DC)을 통해 복수의 활성 영역(ACT)에 연결될 수 있다.
복수의 비트 라인(BL) 중 상호 인접한 2 개의 비트 라인(BL) 사이에 복수의 베리드 콘택(BC)이 형성될 수 있다. 복수의 베리드 콘택(BC)은 X 방향 및 Y 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
복수의 베리드 콘택(BC) 위에는 복수의 하부 전극(LE)이 형성될 수 있다. 복수의 하부 전극(LE)은 복수의 베리드 콘택(BC)을 통해 활성 영역(ACT)에 연결될 수 있다.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 7a 내지 도 7g를 참조하여 도 6에 예시한 집적회로 소자(400)의 예시적인 제조 방법을 설명한다.
도 7a를 참조하면, 기판(102) 상에 식각 정지층(404), 몰드층(410), 지지층(412), 및 희생층(413)을 차례로 형성한 후, 희생층(413) 위에 마스크층(ML)을 형성할 수 있다.
기판(102)은 반도체 기판으로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 기판(102)은 Si 또는 Ge과 같은 반도체로 이루어질 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 기판(102)은 SiGe, SiC, GaAs, InAs, 또는 InP와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 기판(102)은 도전 영역, 예를 들면 불순물이 도핑된 웰(well), 또는 불순물이 도핑된 구조물을 포함할 수 있다. 또한, 기판(102)은 STI(shallow trench isolation) 구조와 같은 소자분리 구조를 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 기판(102)은 DRAM(dynamic random access memory)의 셀 어레이 영역을 포함할 수 있다.
기판(102)에는 복수의 활성 영역(ACT)(도 6 참조) 및 복수의 도전 영역이 형성되어 있을 수 있다.
식각 정지층(404)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 몰드층(410)은 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 지지층(412)은 실리콘 질화물, 실리콘 탄화질화물, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 희생층(413)은 BPSG(boro phospho silicate glass), PSG(phospho silicate glass), USG(undoped silicate glass), SOD(spin on dielectric), 또는 HDP(high density plasma) CVD 공정에 의해 형성된 산화물을 포함할 수 있다. 그러나, 상기 구성 물질들은 단지 예시를 위한 것으로서, 본 발명의 기술적 사상이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 예에서는 몰드층(410) 상에 1 개의 지지층(412)을 포함하는 구성을 예시하였으나, 몰드층(410)은 복수의 부분 몰드층으로 이루어지고, 상기 복수의 부분 몰드층 각각의 사이에 개재되는 적어도 하나의 중간 지지층을 더 구비할 수도 있다.
마스크층(ML)은 폴리실리콘 막, 실리콘 산화막, SiCN 막, SOH(spin-on hardmask) 재료로 이루어지는 탄소 함유막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 SOH 재료로 이루어지는 탄소 함유막은 그 총 중량을 기준으로 약 85 내지 99 중량%의 비교적 높은 탄소 함량을 가지는 유기 화합물로 이루어질 수 있다. 상기 유기 화합물은 방향족 환을 포함하는 탄화수소 화합물 또는 그 유도체로 이루어질 수 있다.
도 7b를 참조하면, 도 7a의 결과물에서 도 1의 공정 P20 내지 공정 P60과 도 2b 내지 도 2f를 참조하여 설명한 바와 유사한 공정들을 수행하여 마스크층(ML) 위에 포토레지스트 패턴(130P)을 형성할 수 있다. 포토레지스트 패턴(130P)이 형성된 후, 마스크층(ML)과 포토레지스트 패턴(130P)과의 사이에는 산 함유 하층 패턴(120P)의 일부가 남아 있을 수 있다.
포토레지스트 패턴(130P)에는 마스크층(ML)을 노출시키는 복수의 홀(130H)이 형성되어 있을 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 복수의 홀(130H)은 일정한 피치로 규칙적으로 배열되는 헥사고날 어레이를 이룰 수 있다.
도 7c를 참조하면, 도 7b의 결과물에서 포토레지스트 패턴(130P)을 식각 마스크로 이용하여 마스크층(ML)을 이방성 식각하여 마스크 패턴(M4)을 형성할 수 있다.
마스크 패턴(M4)에는 복수의 홀(M4H)이 형성될 수 있다. 마스크 패턴(M4)에 형성된 복수의 홀(M4H)을 통해 희생층(413)의 상면이 노출될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 복수의 홀(M4H)은 일정한 피치로 규칙적으로 배열되는 헥사고날 어레이를 이룰 수 있다.
도 7d를 참조하면, 도 7c의 결과물에서 마스크 패턴(M4)을 식각 마스크로 이용하고 식각 정지층(404)을 식각 종료점으로 이용하여 희생층(413), 지지층(412), 및 몰드층(410)을 차례로 식각하고, 과도 식각에 의해 식각 정지층(404)까지 연속적으로 식각하여, 기판(102)에 있는 복수의 도전 영역(도시 생략)을 노출시키는 복수의 하부 전극 홀(LH)을 형성할 수 있다. 복수의 하부 전극 홀(LH)이 형성된 후, 마스크 패턴(M4) 및 그 상부에 남아 있는 불필요한 막들을 제거하여 희생층(413)의 상면을 노출시킬 수 있다.
도 7e를 참조하면, 도 7d의 결과물에서 복수의 하부 전극 홀(LH) 각각의 내부를 채우면서 희생층(413)의 상면을 덮는 하부 전극 형성용 도전막을 형성한 후, 지지층(412)의 상면이 노출될 때까지 에치백(etchback) 또는 CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 이용하여 상기 하부 전극 형성용 도전막의 상측 일부와 희생층(413)을 제거하여, 복수의 하부 전극 홀(LH) 각각의 내부를 채우는 복수의 제1 도전 패턴(420)을 형성할 수 있다. 상기 하부 전극 형성용 도전막을 형성하기 위하여, CVD, MOCVD, PVD, 또는 ALD 공정을 이용할 수 있다. 복수의 제1 도전 패턴(420)은 도 6에 예시한 복수의 하부 전극(LE)을 구성할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 복수의 제1 도전 패턴(420)은 각각 금속, 금속 질화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 복수의 제1 도전 패턴(420)은 각각 TiN, TiAlN, TaN, TaAlN, W, WN, Ru, RuO2, SrRuO3, Ir, IrO2, Pt, PtO, SRO (SrRuO3), BSRO (Ba,Sr)RuO3), CRO (CaRuO3), LSCo ((La,Sr)CoO3), 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 7f를 참조하면, 도 7e의 결과물에서 지지층(412)의 일부 영역을 제거하여 복수의 개구(412H)를 가지는 지지 패턴(412P)을 형성할 수 있다. 그 후, 지지 패턴(412P)에 형성된 복수의 개구(412H)를 통해 몰드층(410)을 제거하여 복수의 제1 도전 패턴(420) 각각의 외측 벽과 식각 정지층(404)의 상면을 노출시킬 수 있다.
본 예에서는 몰드층(410) 상에 1 개의 지지 패턴(412P)을 포함하는 구성을 예시하였으나, 몰드층(410)이 복수의 부분 몰드층으로 이루어지고, 상기 복수의 부분 몰드층 각각의 사이에 개재되는 적어도 하나의 중간 지지층을 더 구비하는 경우, 식각 정지층(404)의 상면이 노출될 때까지 몰드층(410)을 구성하는 상기 부분 몰드층의 제거 공정과 상기 중간 지지층의 패터닝 공정을 상부로부터 순차적으로 수행할 수 있다.
도 7g를 참조하면, 도 7f의 결과물 상에 유전막(450) 및 제2 도전 패턴(460)을 형성할 수 있다. 유전막(450)은 도 7f의 결과물에서 복수의 제1 도전 패턴(420)의 노출 표면들과 지지 패턴(412P)의 노출 표면과 식각 정지층(404)의 상면을 컨포멀하게 덮도록 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(460)은 유전막(450)을 사이에 두고 복수의 제1 도전 패턴(420)에 대면하도록 형성될 수 있다. 복수의 제1 도전 패턴(420), 유전막(450), 및 제2 도전 패턴(460)은 복수의 커패시터(C4)를 구성할 수 있다.
유전막(450)은 질화물, 산화물, 금속 산화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전막(450)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, HfO2, ZrO2, Al2O3, La2O3, Ta2O3 및 TiO2 등과 같은 금속 산화물, STO (SrTiO3), BST ((Ba,Sr)TiO3), BaTiO3, PZT, PLZT 등과 같은 페브로스카이트(perovskite) 구조의 유전 물질, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 단일막, 또는 다중막 구조를 가질 수 있다. 유전막(450)은 약 50 Å 내지 약 150 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유전막(450)은 CVD, PVD, 또는 ALD 공정에 의해 형성될 수 있다.
제2 도전 패턴(460)은 도핑된 반도체, 도전성 금속 질화물, 금속, 금속 실리사이드, 도전성 산화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제2 도전 패턴(460)은 TiN, TiAlN, TaN, TaAlN, W, WN, Ru, RuO2, SrRuO3, Ir, IrO2, Pt, PtO, SRO (SrRuO3), BSRO (Ba,Sr)RuO3), CRO (CaRuO3), LSCo ((La,Sr)CoO3), 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 제2 도전 패턴(460)의 구성 물질이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 제2 도전 패턴(460)을 형성하기 위하여, CVD, MOCVD, PVD, 또는 ALD 공정을 이용할 수 있다.
도 7a 내지 도 7g를 참조하여 설명한 집적회로 소자(400)의 제조 방법에 따르면, 집적회로 소자(400)에 포함된 복수의 하부 전극(LE)(도 6 참조)을 형성하기 위하여 몰드층(410)에 하부 전극 홀(LH)을 형성하는 데 있어서, 식각 마스크로 사용되는 마스크 패턴(M4)을 형성하는 공정은 도 1의 공정 P20 내지 공정 P60과 도 2b 내지 도 2f를 참조하여 설명한 바와 유사한 공정들을 포함할 수 있다. 따라서, 마스크 패턴(M4)에 형성되는 복수의 홀(M4H)의 임계 치수의 산포 불량을 억제할 수 있으며, 집적회로 소자(400)에 필요한 패턴들의 치수 정밀도가 향상되어 집적회로 소자의 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서는 도 1의 공정 P20 내지 공정 P60과 도 2b 내지 도 2f를 참조하여 설명한 공정들을 집적회로 소자(400)에 포함된 복수의 하부 전극(LE)(도 6 참조)을 형성하는 공정에 적용하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 1의 공정 P20 내지 공정 P60과 도 2b 내지 도 2f를 참조하여 설명한 공정들은 도 6에 예시한 집적회로 소자(400)에 포함된 복수의 활성 영역(ACT), 복수의 워드 라인(WL), 복수의 비트 라인(BL), 및 복수의 다이렉트 콘택(DC) 등 집적회로 소자(400)를 구성하는 다양한 구성 요소를 형성하는 데 다양하게 적용될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
120: 하층막, 120A: 산 함유 하층막, 120P: 산 함유 하층 패턴, 130: 포토레지스트막, AC1: 제1 산, AC2: 제2 산.

Claims (10)

  1. 피쳐층(feature layer) 위에 산 발생제를 포함하는 하층막을 형성하는 단계와,
    상기 산 발생제로부터 제1 산을 발생시켜 산 함유 하층막을 형성하는 단계와,
    상기 산 함유 하층막 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트막의 제1 영역을 노광하여 상기 제1 영역에서 제2 산을 발생시키는 단계와,
    상기 제1 산을 상기 산 함유 하층막으로부터 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역으로 확산시키는 단계와,
    상기 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 집적회로 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산 발생제는 PAG(photoacid generator), TAG(thermoacid generator), 또는 이들의 조합으로 이루어지는 집적회로 소자의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산 함유 하층막을 형성하는 단계는 상기 산 발생제로부터 상기 제1 산을 발생시키기 위하여 상기 하층막의 적어도 일부 영역을 노광하는 단계를 포함하는 집적회로 소자의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산 함유 하층막을 형성하는 단계는 상기 산 발생제로부터 상기 제1 산을 발생시키기 위하여 상기 하층막의 적어도 일부 영역에 제1 파장의 제1 광을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 영역에서 제2 산을 발생시키는 단계는 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역에 상기 제1 파장보다 작은 제2 파장의 제2 광을 조사하는 단계를 포함하는 집적회로 소자의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산 함유 하층막을 형성하는 단계는 상기 산 발생제로부터 상기 제1 산을 발생시키기 위하여 상기 하층막의 적어도 일부 영역에 자외선을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 영역에서 제2 산을 발생시키는 단계는 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역에 EUV 광을 조사하는 단계를 포함하는 집적회로 소자의 제조 방법.
  6. 피쳐층 위에 제1 산 발생제를 포함하는 하층막을 형성하는 단계와,
    상기 제1 산 발생제로부터 복수의 제1 산이 발생되도록 상기 하층막의 적어도 일부 영역을 노광하여 산 함유 하층막을 형성하는 단계와,
    상기 산 함유 하층막 위에 제2 산 발생제를 포함하는 포토레지스트막을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트막의 제1 영역에서 복수의 제2 산이 발생되도록 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역을 노광하는 단계와,
    상기 복수의 제1 산 중 적어도 일부를 상기 산 함유 하층막으로부터 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역으로 확산시키는 단계와,
    상기 제1 영역에 상기 복수의 제1 산 중 적어도 일부가 포함된 상태에서 상기 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 피쳐층을 가공하는 단계를 포함하는 집적회로 소자의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 산 함유 하층막을 형성하는 단계는 상기 하층막의 적어도 일부 영역에 제1 파장의 제1 광을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역을 노광하는 단계는 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역에 상기 제1 파장보다 작은 제2 파장의 제2 광을 조사하는 단계를 포함하는 집적회로 소자의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 산 함유 하층막을 형성하는 단계는 상기 하층막의 적어도 일부 영역에 100 nm 내지 300 nm의 파장을 가지는 제1 광을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역을 노광하는 단계는 상기 포토레지스트막의 상기 제1 영역에 1 nm 내지 31 nm의 파장을 가지는 제2 광을 조사하는 단계를 포함하는 집적회로 소자의 제조 방법.
  9. 기판 위에 마스크층을 형성하는 단계와,
    상기 마스크층 위에 제1 산 발생제를 포함하는 하층막을 형성하는 단계와,
    상기 하층막을 제1 광으로 노광하여 복수의 산을 포함하는 산 함유 하층막을 형성하는 단계와,
    상기 산 함유 하층막 위에 화학증폭형 폴리머 및 제2 산 발생제를 포함하는 포토레지스트막을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트막의 제1 영역을 상기 제1 광의 파장과 다른 파장을 가지는 제2 광으로 노광하는 단계와,
    상기 복수의 산 중 적어도 일부를 상기 산 함유 하층막으로부터 상기 포토레지스트막의 상기 노광된 제1 영역으로 확산시키는 단계와,
    상기 제1 영역에 상기 복수의 산 중 적어도 일부가 포함된 상태에서 상기 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 마스크층을 식각하여 복수의 홀을 포함하는 마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 집적회로 소자의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 광은 자외선이고, 상기 제2 광은 EUV 광인 집적회로 소자의 제조 방법.
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