KR20240003444A - 습식-건식 이중층 레지스트 - Google Patents

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KR20240003444A
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안톤 데빌리어스
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판을 패터닝하는 방법은 기판 상에 다층 포토레지스트 스택을 형성하는 단계를 포함한다. 다층 포토레지스트 스택은 스핀-온 증착에 의해 증착된 습식 포토레지스트층 위에 기상 증착에 의해 증착된 건식 포토레지스트층을 포함한다. 제1 릴리프 패턴은, 제1 파장의 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광하고 제1 현상 공정을 사용하여 습식 포토레지스트층의 현상가능 부분을 현상함으로써 습식 포토레지스트층에 형성된다. 제1 릴리프 패턴은 건식 포토레지스트층의 부분을 노출한다. 제2 릴리프 패턴은, 제2 파장의 화학 방사선의 제2 패턴으로 노광하고 제2 현상 공정을 사용하여 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분을 현상함으로써 건식 포토레지스트층에 형성된다. 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분은 화학 방사선의 제2 패턴과 제1 릴리프 패턴에 의해 정의된다.

Description

습식-건식 이중층 레지스트
인용에 의한 포함
본 개시내용은 2021년 5월 3일에 출원된 미국 가특허출원번호 제63/183,128호, 제63/183,129호 및 제63/183,130호의 이점을 주장하며, 이들 우선권의 각각의 전문은 본원에 참고로 원용된다.
본 개시내용은 일반적으로 미세가공 방법에 관한 것으로서 더욱 구체적으로는 리소그래피 및 패터닝에 관한 것이다.
(포토리소그래피와 같은) 재료 처리 방법에서, 패터닝된 층을 생성하는 것은 포토레지스트와 같은 방사선-감응성 재료의 박층을 기판의 작업면에 도포하는 것을 포함한다. 이러한 방사선-감응성 재료는 패턴을 기판 상의 기저층에 에칭하거나 전사하는 데 사용될 수 있는 패턴 마스크로 변환된다. 방사선-감응성 재료의 패터닝은, 일반적으로, 예를 들어, 스캐너 또는 스텝퍼 도구와 같은 포토리소그래피 시스템을 사용하여 방사선-감응성 재료를 레티클(및 연관된 광학 장치)을 통해 방사선 소스에 의해 노광하는 것을 포함한다. 이러한 노광 후에는 포토레지스트 톤 및 현상제 톤에 따라 현상 용매를 사용하여 방사선-감응성 재료의 조사된 영역 또는 조사되지 않은 영역의 제거가 후속할 수 있다. 이 마스크층은 다수의 하위층을 포함할 수 있다.
본 개시내용은 기판을 패터닝하는 방법에 관한 것이다.
양태 (1)은 기판을 패터닝하는 방법을 포함한다. 이 방법은 기판 상에 다층 포토레지스트 스택을 형성하는 단계를 포함한다. 다층 포토레지스트 스택은 기상 증착에 의해 증착된 건식 포토레지스트층 및 스핀-온 증착에 의해 증착된 습식 포토레지스트층을 포함한다. 습식 포토레지스트층은 건식 포토레지스트층 위에 위치한다. 제1 릴리프 패턴은, 제1 파장의 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광하고 제1 현상 공정을 사용하여 습식 포토레지스트층의 현상가능 부분을 현상함으로써 습식 포토레지스트층에 형성된다. 제1 릴리프 패턴은 건식 포토레지스트층의 부분을 노출한다. 제2 릴리프 패턴은, 제2 파장의 화학 방사선의 제2 패턴으로 노광하고 제2 현상 공정을 사용하여 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분을 현상함으로써 건식 포토레지스트층에 형성된다. 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분은 화학 방사선의 제2 패턴과 제1 릴리프 패턴의 조합에 의해 정의된다. 제1 릴리프 패턴과 제2 릴리프 패턴은 조합된 릴리프 패턴을 함께 형성한다.
양태 (2)는 양태 (1)의 방법을 포함하며, 여기서 제1 파장은 124 nm 내지 400 nm이다.
양태 (3)은 양태 (2)의 방법을 포함하며, 여기서 제1 파장은 198 nm이다.
양태 (4)는 양태 (1)의 방법을 포함하며, 여기서 제2 파장은 10 nm 내지 124 nm이다.
양태 (5)는 양태 (4)의 방법을 포함하며, 여기서 제2 파장은 13.5 nm이다.
양태 (6)은 양태 (1)의 방법을 포함하며, 여기서 습식 포토레지스트층은, 제1 파장의 화학 방사선이 제1 현상 공정에 관하여 습식 포토레지스트층의 현상가능성을 변화시킨다는 점에서 제1 파장의 화학 방사선에 감응한다.
양태 (7)은 양태 (1)의 방법을 포함하고, 여기서 건식 포토레지스트층은, 제2 파장의 화학 방사선이 제2 현상 공정에 관하여 건식 포토레지스트층의 현상가능성을 변화시킨다는 점에서 제2 파장의 화학 방사선에 감응한다.
양태 (8)은 양태 (1)의 방법을 포함하며, 여기서 화학 방사선의 제2 패턴의 적어도 하나의 노광 영역은 노광 동안 제1 릴리프 패턴과 부분적으로 중첩되도록 구성된다.
양태 (9)는 양태 (8)의 방법을 포함하며, 적어도 하나의 노광 영역에서 제1 릴리프 패턴에 의해 덮인 건식 포토레지스트층의 일부의 현상가능성은 제2 현상 공정에 관하여 변하지 않는다.
양태 (10)은 양태 (8)의 방법을 포함하며, 적어도 하나의 노광 영역에서 제1 릴리프 패턴에 의해 덮이지 않은 건식 포토레지스트층의 일부의 현상가능성은 제2 현상 공정에 관하여 변화된다.
양태 (11)은 양태 (1)의 방법을 포함하며, 제2 현상 공정은 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분의 기상 제거를 포함하거나 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분을 제거하기 위한 액체 현상제의 사용을 포함한다.
양태 (12)는 양태 (1)의 방법을 포함하며, 제1 릴리프 패턴을 형성하는 단계는 안티-스페이서 공정에 의해 개구를 형성하는 단계를 포함한다.
양태 (13)은 양태 (1)의 방법을 포함하며, 제1 릴리프 패턴을 형성하는 단계는, 습식 포토레지스트층 및 습식 포토레지스트층과 건식 포토레지스트층에 대해 상이한 에칭 저항성을 갖는 제3 재료를 포함하는 다중-라인 층을 형성하는 단계를 포함한다.
양태 (14)는 양태 (1)의 방법을 포함하며, 제1 릴리프 패턴, 제2 릴리프 패턴, 및 제2 릴리프 패턴 아래에 위치한 기저층 중 하나의 노출된 부분 상에 제4 재료를 선택적으로 증착하는 단계를 더 포함한다.
양태 (15)는 양태 (1)의 방법을 포함하며, 조합된 릴리프 패턴을 건식 포토레지스트층 아래에 위치하는 기저층으로 전사하는 이방성 에칭 공정을 실행하는 단계를 더 포함한다.
양태 (16)은 양태 (1)의 방법을 포함하고, 여기서 건식 포토레지스트층의 부분을 노출하는 제1 릴리프 패턴은 제1 릴리프 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여 습식 포토레지스트층과 건식 포토레지스트층 사이의 하나 이상의 중간층을 에칭하는 단계를 포함한다.
양태 (17)은 양태 (16)의 방법을 포함하며, 여기서 하나 이상의 중간층을 에칭하는 단계는 반사-방지 코팅층을 에칭하는 단계를 포함한다.
양태 (18)은 양태(1)의 방법을 포함하며, 여기서 기상 증착은 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD), 원자층 증착(ALD), 또는 에피택셜 성장을 포함한다.
양태 (19)는 기판을 패터닝하는 방법을 포함한다. 이 방법은 스핀-온 증착에 의해 기판 상에 제1 포토레지스트막을 증착하는 단계를 포함한다. 제1 포토레지스트막은, UV 방사선이 특정 현상제에 관하여 제1 포토레지스트막의 용해도를 변화시킨다는 점에서 자외선(UV) 방사선에 감응한다. 제2 포토레지스트막은 기상 증착에 의해 기판 상에 증착된다. 제2 포토레지스트막은, EUV 방사선에 의한 노광이 특정 현상 공정에 관하여 제2 포토레지스트막의 현상가능성을 변화시킨다는 점에서 극자외선(EUV) 방사선에 감응한다. 제2 포토레지스트막은 제1 포토레지스트막 아래에 위치한다. 제1 릴리프 패턴은, UV 방사선의 제1 패턴으로 노광하고 특정 현상제를 사용하여 제1 포토레지스트막의 용해가능 부분을 현상함으로써 제1 포토레지스트막에 형성된다. 제1 릴리프 패턴을 형성하는 단계는 제2 포토레지스트막의 부분을 노출하는 단계를 포함한다. 제2 릴리프 패턴은, EUV 방사선의 제2 패턴으로 노광하고 특정 현상 공정을 사용하여 제2 포토레지스트막의 현상가능 부분을 현상함으로써 제2 포토레지스트막에 형성된다. 제2 포토레지스트막의 현상가능 부분은 EUV 방사선의 제2 패턴과 제1 릴리프 패턴에 기초한다. 제1 릴리프 패턴과 제2 릴리프 패턴은 조합된 릴리프 패턴을 함께 형성한다.
양태 (20)은 양태 (19)의 방법을 포함하며, UV 방사선의 제1 패턴을 이용한 노광은 193 nm 파장의 광을 사용하는 노광을 포함하고, EUV 방사선의 제2 패턴을 이용한 노광은 13.5 nm 파장의 광을 사용하는 노광을 포함한다.
이 개요 섹션은 본 개시내용 또는 청구된 발명의 모든 실시예 및/또는 점진적으로 신규한 양태를 특정하지 않는다는 점에 주목한다. 대신, 이 개요는 다양한 실시예 및 해당 신규점에 대한 예비 논의만을 제공한다. 본 발명 및 실시예의 추가 세부사항 및/또는 가능한 관점에 대해, 독자는 아래에서 추가로 논의되는 본 발명의 상세한 설명 섹션 및 해당 도면을 참조해야 한다.
본 개시내용의 양태는 첨부된 도면과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 업계의 표준 관행에 따라서, 다양한 특징부(feature)가 축척대로 그려지지 않았다는 점에 주목한다. 실제로는, 논의의 명확성을 위해 다양한 특징부의 치수가 증가되거나 감소될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따라 기판을 패터닝하는 공정의 흐름도를 도시한다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 패터닝의 다양한 중간 단계에서 기판의 수직 단면도를 도시한다.
도 2d'은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 도 2d의 기판의 평면도를 도시한다.
도 2e'은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 도 2e의 기판의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 다른 실시예에 따라 기판을 패터닝하는 공정의 흐름도를 도시한다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는, 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라, 패터닝의 다양한 중간 단계에서, 기판의 수직 단면도를 나타내고, 도 4e'은 기판의 평면도를 도시한다.
도 4c'은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 도 4c의 기판의 평면도를 도시한다.
도 4d'은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 도 4d의 기판의 평면도를 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따라 기판을 패터닝하는 공정의 흐름도를 도시한다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d 및 도 6e는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 패터닝의 다양한 중간 단계에서 기판의 수직 단면도를 도시한다.
도 6b'은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 도 6b의 노광 강도의 파형 표현을 도시한다.
도 6ei는 본 개시내용의 다른 실시예에 따라 도 6e의 기판의 수직 단면도를 도시한다.
도 6eii는 본 개시내용의 또 다른 실시예에 따라 도 6e의 기판의 수직 단면도를 도시한다.
다음에 따르는 개시 내용은 제공된 주제의 다양한 특징부를 구현하기 위한 다양한 실시예 또는 예를 제공한다. 본 개시내용을 단순화하기 위해 구성요소 및 배열의 특정 예가 아래에 설명된다. 물론, 이는 단지 예시일 뿐 제한하려는 의도는 아니다. 예를 들어, 이하의 설명에서 제2 특징부 위에 또는 제2 특징부 상에 제1 특징부를 형성하는 것은, 제1 특징부와 제2 특징부가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있고, 추가 특징부가 제1 및 제2 특징부 사이에 형성될 수 있어 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하지 않을 수 있는 실시예도 포함할 수 있다. 또한, 본 개시내용은 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순성과 명확성을 위한 것이며, 그 자체로 논의된 다양한 실시예 및/또는 구성 간의 관계를 지시하지 않는다. 또한, 본원에서는 도면에 예시된 바와 같이 한 요소 또는 특징부의 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 관계를 설명하도록 설명의 편의를 위해 "상부", "하부", "밑", "아래", "하측", "위", "상측" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들이 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면에 도시된 방향에 더하여 사용 중이거나 동작 중인 장치의 다양한 배향을 포괄하도록 의도된 것이다. 장치는 다르게 (90도 회전되거나 다른 배향으로) 배향될 수 있고, 본원에서 사용되는 공간적으로 관련된 설명도 마찬가지로 이에 따라 해석될 수 있다.
본원에 설명된 바와 같은 다양한 단계의 논의 순서는 명확성을 위해 제시되었다. 일반적으로, 이러한 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 추가로, 본원의 다른 특징부, 기술, 구성 등의 각각은 본 개시내용의 서로 다른 부분에서 논의될 수 있지만, 각각의 개념은 서로 독립적으로 또는 서로 조합하여 실행될 수 있도록 의도된 것이다. 이에 따라, 본 발명은 다양한 방식으로 구현되고 고려될 수 있다.
기판 상에 방사선 또는 광의 패턴을 노광하기 위한 종래의 리소그래피 기술에는, 노광된 특징부의 크기를 제한하고 노광된 특징부들 사이의 피치 또는 간격을 제한하는 다양한 과제가 있다. 리소그래피 패터닝을 확장하는 한 가지 기술은 극자외선(EUV) 리소그래피(EUVL)이다. EUVL은 대량 제조에 광범위하게 사용되는 것을 방해하는 많은 과제를 안고 있다. 한 가지 과제는 사용할 포토레지스트막의 종이다. EUV 포토레지스트막은, "습식 레지스트"(습식 포토레지스트, 습식 증착된 레지스트, 및 습식 증착된 포토레지스트라고도 함) 및 "건식 레지스트"(건식 포토레지스트, 건식 증착된 레지스트, 및 건식 증착된 포토레지스트라고도 함)를 포함한다. 습식 포토레지스트막은 스핀-온 증착에 의해 증착된다. (액체 또는 습식 형태의) 용매에 있는 포토레지스트가 웨이퍼의 표면 상에 증착된다. 웨이퍼는, 분배된 포토레지스트가 웨이퍼의 표면을 덮도록 빠른 회전 속도로 회전된다. 용매가 증발하고 스핀-온 레지스트막이 베이킹된다. 이 시점에서, 습식 레지스트막은 EUV 방사선 패턴으로 노광될 수 있다. 이어서, 습식 레지스트 내의 용해도-전환제는 EUV 방사선을 이용한 노광에 반응하여 용해도의 전환 또는 변화를 일으킬 수 있다. 용해도 변화는, 사용되는 현상제와 레지스트의 톤에 따라 불용성에서 가용성으로 또는 가용성에서 불용성으로 바뀔 수 있다. 습식 레지스트막을 현상하면 릴리프 패턴이 생성된다. 그러나, 이 패턴은 라인 붕괴와 상대적으로 짧은 막 높이로 인해 어려움을 겪을 수 있다.
EUVL과 함께 사용될 수 있는 다른 종의 포토레지스트는 소위 건식 레지스트이다. 건식 레지스트는 액체 조성물을 스핀 코팅하지 않고 기상 증착에 의해 증착되는 포토레지스트이다. 기상 증착은 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 원자층 증착, 에피택셜 성장(예를 들어, 분자빔 에피택시) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 습식 및 건식 EUV 레지스트는 통상적으로 금속 또는 금속 산화물을 포함한다. 건식 레지스트의 기상 증착 후, 건식 레지스트는 EUV 방사선 패턴으로 노광될 수 있다. 이는 건식 레지스트의 현상될 수 있는 능력에 전환을 야기하고, 즉, 이는 EUV 레지스트의 현상가능성을 변화시킨다. 현상가능성은 건식 레지스트의 부분을 현상하거나 제거하는 임의의 기술을 포함한다. 건식 EUV 레지스트막을 현상하는 방식에는 여러 가지가 있다. 이는 EUV 노광이 가교결합을 생성하는지 또는 결합을 끊는지 여부에 따라 달라질 수 있다. 한 가지 기술은 노광된 건식 레지스트를 용해하거나 노출되지 않은 건식 레지스트를 용해하는 현상제(액체)를 사용하는 것이다. 또 다른 기술은 기상 제거 공정이나 건식 에칭(예를 들어, 플라즈마 에칭, 이온 빔 에칭, 반응성 이온 에칭 등)을 실행하는 것이다. 건식 레지스트는, 패턴 재료 강도 측면에서 장점이 있지만, 여전히 EUVL 노광의 아티팩트로 인한 문제를 겪는다.
EUVL 패터닝의 한 가지 과제는 화상 충실도이다. 컷(cut)에 대한 EUVL 노광은 정사각형 또는 직사각형으로 의도되지만, 그 결과는 일반적으로 선명한 직사각형이 아니며 단부가 흐릿하면서 세장형이거나 늘어진 젤리빈으로서 종종 설명된다. 인식할 수 있는 바와 같이, 단부가 흐릿한 형상으로 인쇄되면 인쇄된 형상이 너무 길거나 너무 짧아질 수 있다. 이로 인해 트랜지스터와 같이 미세하게 가공되는 해당 장치에 고장이 발생할 수 있다.
그러나, 본원의 기술은 모호하고 신뢰할 수 없는 EUV 패터닝 문제를 해결한다. 본원의 기술은 다층 포토레지스트 스택 또는 적어도 두 개의 상이한 종의 포토레지스트를 포함한다. 구체적으로, 이는, 건식 레지스트막이 증착된 다음 습식 레지스트막이 건식 레지스트막 위에 증착되는 다층 레지스트 스택을 포함한다. 습식 레지스트막은 EUV 방사선 또는 193 nm 노광과 같은 UV 방사선에 감응할 수 있다. 건식 레지스트와 습식 레지스트를 조합하면 EUV 리소그래피가 정확하고 안정적으로 패터닝할 수 있다. 습식 레지스트막이 없으면, EUV 패턴 단부가 흐릿하고 부정확할 수 있다. 일 실시예에서, 습식 레지스트막은 노광되어 릴리프 패턴으로 현상된다. 예를 들어, 습식 (침지 리소그래피) 또는 건식의 193 nm 노광이 실행될 수 있다. 이제 습식 레지스트막이 릴리프 패턴을 형성하는 상태에서, 건식 레지스트의 일부가 노출된다. 이 시점에서, 기판은 EUV 방사선 패턴으로 노광된다. 습식 레지스트 릴리프 패턴의 (트렌치와 같은) 개구는 상대적으로 작을 수 있으며, 이는 20 nm 내지 190 nm일 수 있다. 이 간격은 193 nm 방사선이 통과하기에는 너무 작지만, EUV 노광의 파장(통상적으로 13.5 nm)은 (습식 레지스트의 라인들 사이의) 트렌치에서 이동하기에 충분히 짧다. 습식 포토레지스트의 라인들은 EUV 노광의 흐릿한 단부들을 자르거나 차단하는 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, EUV 라인 또는 직사각형은 습식 레지스트 재료의 트렌치 폭보다 길게 연장되도록 설계된다. 이어서, EUV 라인의 중앙 본체가 노출된 건식 레지스트에 대하여 노광되는 한편, 습식 레지스트 릴리프 패턴은 흐릿한 단부가 인쇄되는 것을 차단한다. 이어서, 건식 레지스트막이 현상될 수 있다. 이어서, 조합된 패턴은 기저층으로 전사되거나 위치별 선택적 증착에 사용될 수 있다.
본 개시내용은 기판 상의 박막 및 다양한 층을 패터닝하는 것에 관한 것이다. 이러한 패터닝은 포토리소그래픽 패터닝 방식 내에서 반도체 장치를 가공하기 위한 패터닝을 포함한다.
본 개시내용의 일부 양태에 따르면, 본 발명은 패턴을 기판에 전사하는 효율을 개선하는 패터닝 기술을 포함한다. 이 패터닝 기술은, 하나 초과의 레지스트 기술 또는 레지스트 종으로부터 다층화되고 이중 패터닝 방식에서 함께 사용되는 레지스트 종을 포함할 수 있다. 예를 들어, 건식 증착된 레지스트층이 기판 상에 증착된 다음, 습식 증착된 레지스트층이 건식 레지스트 상에 증착된다.
이러한 이중층 레지스트 스택은, 습식 증착된 레지스트가 통상적인 193 nm 노광에 의해 노광될 수 있는 한편 그 아래의 건식 증착된 레지스트는 193 nm 노광에 의해 영향을 받지 않거나 그대로 유지될 수 있기 때문에 유익하다. 이어서, 예를 들어, EUV 노광을 사용하여 컷 마스크가 완료될 수 있으며, 이에 따라 습식 증착된 레지스트가 1차원 라인과 공간을 제공하는 건식 증착된 레지스트에 컷을 현장에서 위치시킬 수 있으며, 이는 조명을 최적화하기 위한 촬상 조건에서 선호될 수 있다. 이어서, EUV 노광이 그 강점을 활용하여, 즉, 컷을 제공하는 데 사용될 수 있다. 이 예에서, 최종 전사 에칭이 실행될 수 있거나, 패턴을 반전시키거나 부분적으로 반전시키기 위해 하나 이상의 선택적 패터닝 공정(예를 들어, 선택적 증착, 선택적 제거, 선택적 교체 등)가 실행될 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 이러한 습식 및 건식 이중층 레지스트 스택은 많은 대체 흐름, 공정 방식, 및 다층 구조를 갖는다.
습식 증착된 포토레지스트막(습식 레지스트막이라고도 함)은 알려져 있다. 습식 레지스트막은 스핀 코팅에 의해 증착된다. 습식 증착된 포토레지스트막은 습식 레지스트를 포함하며, 통상적으로 광활성제뿐만 아니라 폴리머, 에폭시, 또는 수지도 포함하는 유기 막이다. 습식 레지스트는, 광이나 화학 방사선에 반응하여, 중합, 분해, 또는 가교결합할 수 있거나 그 외에는 특정 용매에 관한 용해도를 변화시킬 수 있다.
건식 증착된 포토레지스트막(건식 레지스트막이라고도 함)은 알려져 있다. 건식 레지스트막이라고 불리는 것은, 건식 레지스트막이 (습식 레지스트와 같은) 액체 형태로 증착되지 않고 습식 레지스트막에서처럼 베이킹될 용매 없이 레지스트막에서 기체 또는 증기 형태로부터 증착되어 레지스트막을 생성하기 때문이다. 건식 레지스트막의 증착은 원자층 증착(ALD), 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD) 또는 기타 건식 증착 기술에 의해 달성될 수 있다. 건식 레지스트막은 통상적으로 공기 및 가시광선에 대하여 안정적인 균질 막이며, EUV 광자에 반응하는 데 도움이 되는 금속을 함유하는 경우가 많다. 가교결합 및 치밀화를 유도하려면 후속 베이킹 또는 어닐링 단계가 필요할 수 있다. 건식 레지스트의 현상가능 영역은 액체 현상제에 용해될 수 있다. 건식 레지스트의 현상가능 영역은, 또한, 제거를 위한 기상 화학 혼합물에 반응하거나 현상될 수 있다. 통상적인 스핀-온 공정과는 대조적으로, 건식 증착된 막의 두께는 증착 시간에 따라 선형적으로 증가할 수 있으므로, 쉽게 제어될 수 있다.
본원의 기술은 하나 초과의 레지스트 종이 스택(패터닝 스택 또는 층 스택) 내에서 사용되는 임의의 방법 또는 구조에 적용된다. 일부 실시예에서, 건식 레지스트층은 습식 레지스트층 아래에 위치하고, 단 하나의 마스크 대신 다중 컷 마스크와 같이 다중 마스크와 조합하여 사용된다. 상부 패턴은 하부 마스크를 보강하기 위해 2차원(2D) 형상을 가질 수 있다. 본원의 기술은 피치 이중 상부 마스크를 생성하기 위해 안티-스페이서 흐름과 같은 다른 기술과 조합될 수 있으며, 이러한 마스크는 이어서 제2 또는 후속 마스크에 의해 정리되거나 추가로 정의될 수 있다. 제2 마스크는 두 개의 노광 사이에 일반적으로 사용되는 193 nm 및 13.5 nm 방사선으로 인한 화학 방사선 차이에 의해 변조될 수 있다. 필요에 따라 다른 파장이 포함될 수 있다. 대안으로, 특정 선량이 (예를 들어) 2개의 193 nm 노광에서 이중층 레지스트막 스택의 제2 막에 영향을 주지 않고 제1 패턴/막에 영향을 미치도록 선량이 변조될 수 있다. 이 예에서는, 상대적으로 고 선량의 193 nm 방사선이 컷을 드러내거나 생성하는 것이며, 이어서 1차원 193 nm 노광이 라인과 공간에 사용된다.
이에 따라, 본원의 기술은 레지스트의 2개의 상이한 장르 또는 종 또는 기술이 함께 사용되는 임의의 패터닝 방식, 순열, 또는 조합에 적용될 수 있다. 레지스트의 두 개의 상이한 종은 역학적으로 다르다는 점에서 상이하다. 예를 들어, 건식 레지스트는, 이중층 레지스트 방식을 형성하기 위해 종래의 스핀-코팅된 습식 레지스트 아래에 배치된, 선택적 에피택셜 층, 기체-도포된 레지스트, 단층 레지스트 및/또는 선택적 촉매 레지스트를 포함할 수 있다. 이러한 종 조합들의 계열이 본원에서 사용될 수 있다.
예시적인 실시예는, 선택적 증착, 촉매화된 선택적 증착, 선택적 증착을 위한 촉매화된 기저층의 변화, 직접 에칭, 금속 에칭 또는 두 개의 층 종(습식 레지스트와 건식 레지스트)을 포함하는 다양한 패터닝으로부터 발생하는 유전체 에칭 또는 기판 에칭으로부터 직접 온 것인지 여부에 관계없이 다층 레지스트의 임의의 2차원 전사를 기판에 제공한다. 바람직한 실시예에서, 습식 레지스트는 건식 레지스트의 상부에 위치하지만, 실시예는 조합된 패터닝을 위해 습식 레지스트 상에 위치하는 건식 레지스트를 포함할 수 있다. 실시예들은, 또한, 제2 건식 레지스트 상에 위치하는 제1 건식 레지스트를 포함할 수 있으며, 이러한 제2 건식 레지스트는, 또한, 제3 건식 레지스트 상에 위치할 수 있다. 여기서, 제1 건식 레지스트는 패터닝된 193 nm 방사선에 노광되어 라인들 및 라인들 사이의 트렌치들을 형성할 수 있다. 제2 건식 레지스트 또는 제3 건식 레지스트는, 예를 들어, 컷을 형성하기 위해 패터닝된 EUV 방사선에 노광될 수 있다.
비제한적인 예로서, 건식 레지스트 종은 타겟층 상에 형성된다. 이 타겟 층은, 임시 기억층, 전사층, 하드마스크층, 또는 장치/구조를 형성하기 위한 다른 기능 또는 중간 층일 수 있다. 이어서, 건식 레지스트층 상에 종래의 포토레지스트 스택이 형성된다. 종래의 포토레지스트 스택은, 하부 반사-방지 코팅(BARC) 층 상에 형성된 (스핀-코팅된) 습식 증착된 포토레지스트막을 갖는 BARC 층을 포함할 수 있다. 따라서, 스택에는 3개 이상의 층이 있을 수 있다. 반사-방지 코팅(ARC)은 리소그래피 패터닝을 위한 개선된 화상 충실도와 해상도를 위한 양호한 완화를 제공하지만, ARC 층은 이 레지스트 스택(건식 레지스트, 건식 레지스트 상의 BARC, 및 BARC 상의 습식 레지스트)에 대하여 선택 사항이다. 이때, 193 nm 패터닝된 노광이 수행/실행되는데, 이는 습식 레지스트막 내에 잠상 패턴(latent pattern)을 형성함으로써 습식 레지스트막에 영향을 미친다.
임의의 193 nm(건식 또는 침지) 또는 기타 노광 파장이 여기서 실행될 수 있다. 일례로, 간섭계 1차원 촬상을 이용하는 리소그래피 도구인 "scan 1D" 도구를 사용하여 습식 레지스트막을 패터닝할 수 있다. 그 결과 노광 영역에 걸쳐 1차원 라인이 발생한다. 이들 라인은 매우 정밀한 라인일 수 있다. 일부 193 nm 스캐너는 37 nm 또는 약 37 nm에서 수행되는 간섭계 유형 격자 패턴을 제공할 수 있다. 이 예의 시작점에서, 레지스트층 스택은 노광되고 현상되어 습식 포토레지스트(습식 증착된 포토레지스트)층으로부터 릴리프 패턴을 형성한다. BARC를 사용하는 실시예의 경우, 건식 레지스트층을 노출하기 위해 BARC 에칭이 실행될 수 있다. 대안으로, 현상 용매 및 코터-현상기 도구를 사용하여 노출된 BARC 영역이 제거될 수 있도록 현상가능 BARC(D-BARC) 층이 사용될 수 있다. 이때, 습식 레지스트층은 제1 릴리프 패턴을 형성하고 BARC 층의 노출된 부분도 제거되어, 제1 릴리프 패턴이 제1 릴리프 패턴에 의해 노출된 건식 레지스트층의 부분과 함께 건식 레지스트층 위에 형성된다.
건식 레지스트는 EUV 광자들 또는 상이한 파장의 광자들과 반응하도록 제조된다. 습식 레지스트 릴리프 패턴을 형성하는 공정 동안, 건식 레지스트층은 영향을 받지 않는다. 다시 말하면, 건식 레지스트층은 더 적은 에너지의 광자를 사용하는 습식 레지스트층의 노광을 본질적으로 무시하였다. 이때, 레지스트층 스택은, 건식 레지스트층 위에 습식 레지스트 릴리프 패턴을 정의하는 습식 레지스트층을 갖는 온전한 건식 레지스트층을 포함한다. 알려진 바와 같이, ARC 층은 EUV 노광에 전혀 필요하지 않다.
일부 실시예에서는, 제2 패터닝된 리소그래피 노광 또는 EUV 노광이 실행된다. 이러한 제2 노광은, (층 스택을 포함하는) 기판이 화학 방사선의 제2 패턴으로 노광된다는 점에서 리소그래피 패터닝된 노광이다. 방사선 노광의 패터닝은 마스크-기반이거나 직접 기록일 수 있다. 더 고해상도 촬상의 경우에는, 통상적으로 마스크-기반(포토마스크) 노광이 실행된다. 이러한 제2 노광은 복합 패턴, 이중 패턴, 또는 다중 패턴에 대한 패턴을 추가로 정의하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, EUV는 컷이나 라인 단부에 사용될 수 있다. 종래에, 라인과 컷을 형성하는 것은, 전사 매체에 컷을 형성하고 층과 막의 스택 내로 컷을 형성하여 막 스택을 기록한 다음 포토레지스트 스택을 재구축하여 라인을 형성하는 복잡한 공정이다. 그러나, 본원의 기술을 사용하면, 이러한 종래의 공정이 필요하지 않다. 본원의 기술을 사용하면, 건식 레지스트는 이미 습식 레지스트 아래에 위치하고 있으며 접촉되지 않고 또는 변경되지 않는다. 또한, 건식 레지스트는 습식 레지스트 릴리프 패턴의 라인들 사이에서 접근가능하다. 즉, 습식 레지스트 릴리프 패턴의 트렌치, 구멍, 또는 다른 개구를 통해, (위로부터 또는 하향식 관점에서) 건식 레지스트층에 접근할 수 있다. 이는 상측 릴리프 패턴(라인)이 EUV 노광으로부터의 컷에 대한 자체-정렬을 제공한다는 것을 의미한다. 따라서, 일 실시예는 이중층 레지스트 스택에 자체-정렬된 컷을 직접적으로 제공한다.
일부 실시예에서, EUV로부터의 컷 또는 기타 노광은 상측 릴리프 패턴의 습식 증착된 포토레지스트 재료로 "확장"될 수 있다. 다시 말하면, 타겟 위치를 커버할 뿐만 아니라 타겟 위치를 넘어 확장되는, 예를 들어, 상측/습식 릴리프 패턴의 포토레지스트 재료의 라인들 내로 또는 아래로 확장되는 비교적 큰 노광(또는 상대적으로 저해상도의 노광)이 실행될 수 있다. 이는 약 13.5 nm에서 더 많은 에너지를 갖는 광자의 EUV 노광일 수 있다. 이어서, 상측 릴리프 패턴에 의해 정의된 개구를 통해 건식 레지스트막에 닿는 EUV 노광은 후속 건식 현상 단계에서 "용해가능" 또는 "현상가능"해지거나 그 외에는 제거가능해진다. EUV 레지스트 조성에 따라, 노광된 영역은 가교결합되거나 불용성으로 되거나 그 외에는 대안으로서 특정 현상 공정에서 제거할 수 없게 될 수 있다. 건식 현상 챔버 또는 모듈에서, 습식 포토레지스트 재료는, 습식 레지스트 현상과 건식 레지스트 현상이 상이한 메커니즘을 사용하기 때문에 건식 현상 공정에 의해 본질적으로 무시될 수 있다. 이에 따라, 건식 현상 공정은, EUV 방사선 패턴으로 노광되었으며 상측 릴리프 패턴의 개구를 통해 접근가능한 건식 레지스트의 부분을 제거한다.
따라서, 자체-정렬된 컷 또는 기타 개구가 건식 레지스트층과 함께 또는 건식 레지스트층에 형성된다. 이러한 컷 또는 기타 개구는, 정렬을 돕기 위해 상측 릴리프 패턴을 사용하여 습식 릴리프 패턴과 정렬되거나 습식 릴리프 패턴에 대해 위치/형성된다. 그 결과, 동일한 스택이 193 nm 노광과 EUV 노광 모두에 사용되기 때문에 동일한 받침층 및 동일한 평탄화층에서 동일한 패턴 또는 색상(재료) 방식으로 자체-정렬되는 컷을 얻게 된다. 이에 따라, 최종 결과는 뛰어난 이중 패터닝 공정을 위해 건식 증착된 막과 습식 증착된 막을 모두 사용하는 완벽하게 통합된 이중 패터닝 기술이다. 본원의 기술 이전에는, 양측 레지스트 막이 모두 습식 증착된 레지스트막이었고 한 막으로부터 방출된 산이 다른 막에 영향을 미치기 때문에 이중 패터닝이 문제가 되었다. 건식 막 자체의 EUV 컷은 고충실도 촬상에 문제가 될 수 있지만, 건식 레지스트막의 상부에 습식 레지스트막이 사용되면, 최종적으로 선명한 EUV 컷이 가능해진다. 건식 EUV 레지스트막의 상부에 습식 증착된 레지스트막이 없으면, EUV 컷이 부정확하고 일관성이 없을 수 있다.
이에 따라, 건식 레지스트는 습식 레지스트 릴리프 패턴의 트렌치에서 현상될 수 있다. EUV 광자는 상대적으로 작은 트렌치 공간 내에서 이동할 수 있으며 트렌치 공간 내에서 노출된 건조 레지스트를 노광할 수 있다. 이는 193 nm 광이 두 개의 라인 폭을 보고 제1 193 nm 노광에 의한 193 nm 인쇄된 라인이 제2 193 nm 노광을 차단할 수 있기 때문에 통상으로 트윈 또는 두 개의 193 nm 노광으로는 행해지지 않는다. 13.5 nm(소프트 X선) 노광의 한 가지 장점은 13.5 nm 노광이 본질적으로 선행 193 nm 노광에 의해 형성된 격자 및 막힘을 무시할 수 있다는 점이다. 즉, 격자가 기판 상에 형성되더라도, 격자(예를 들어, 193 nm 인쇄된 라인)는 EUV의 파장(13.5 nm)보다 훨씬 더 크며, 이는 EUV 파장이 개구 폭 때문에 전술한 특징부를 무시하면서 건식 레지스트막을 매우 깨끗하고 효과적으로 노광할 수 있음을 의미하며, EUV 노광은 아래의 트렌치 내의 건식 포토레지스트만을 노광한다. 다시 말하면, EUV 노광은 건식 포토레지스트의 노출된 부분만을 노광할 것이므로 자체-정렬된다. EUV 방사선이 트렌치를 횡단할 수 있는 동안, 습식 레지스트의 라인은 EUV 방사선을 차단하거나 충분히 감쇠시켜 EUV 방사선이 습식 레지스트 바로 아래에서 현상가능성 전환을 일으키지 않도록 구성될 수 있다.
습식 레지스트를 사용하는 이러한 자체-정렬은 EUV 인쇄의 바람직하지 않은 영향을 완화할 수 있다. 예를 들어, 컷을 위한 EUV 노광은 정사각형이나 직사각형으로 의도되지만, 관련 예에서 건조한 레지스트 패턴 그 자체로 인쇄된 결과는 선명한 정사각형이나 직사각형이 아닌 경우가 많다. 대신, 인쇄된 결과는 단부가 흐릿하면서 세장형이거나 늘어진 젤리빈으로서 묘사되는 경우가 많다. 이 형상은 선호되지 않으며, 건식 EUV 레지스트 자체가 신뢰할 수 없는 이유 중 하나이다. 그러나, 습식 레지스트막을 상부에 사용하면, 흐릿한 단부가 절단되어, 자체-정렬된 컷을 제공하게 된다. 그 결과는 EUV 건식 레지스트막의 자체-정렬된 컷이며, 트렌치의 최하부만이 선명한 슬롯에 노출된다. 종래의 EUV는 라인 엔드 풀백 및 라인 엔드 가변성으로 인해 어려움을 겪는다. EUV 컷은 통상적으로 짧은 라인이며, 해당 라인의 팁(또는 단부)에 대부분의 가변성이 있다. 이는 EUV 촬상의 일부인 아티팩트이다. 젤리빈의 단부를 193 nm 레지스트 라인 상에 또는 아래에 두는 것은, 젤리빈의 허리 부분, 또는 라인 컷 세그먼트의 중앙/중간 부분만이 EUV 노광에 의해 전사됨을 의미한다. 즉, EUV 노광 패턴은 젤리빈의 단부에 해당하는 영역에서 193 nm 레지스트 패턴과 중첩된다. EUV 노광 동안, 젤리빈의 허리부분에 해당하는 건식 레지스트의 노출되지 않은 부분은 노광되는 한편, 젤리빈의 단부에 해당하는 건식 레지스트의 부분은 193 nm 레지스트 라인에 의해 덮여 노광되지 않는다. 이에 따라, 컷을 정의하는 것은 젤리빈의 매우 잘 정의된 허리 부분이다. 따라서, 건식 레지스트 막의 상부에 습식 레지스트막을 사용함으로써, 사용가능한 또는 잘 정의된 EUV 컷을 실현할 수 있다. 관련 기술에서, EUV 컷의 단부는 가변적이고, 흐릿하며, 기판 상에 위치될 곳을 예측하기 어렵지만, 본원의 기술은 이러한 가변성을 제거한다. 기존의 많은 기술이 해당 컷의 종횡비에 적용된다. 흐릿한 단부를 완화하는 데 도움이 되는 많은 에칭 기술이 사용되지만, 건식 레지스트만으로는, 이러한 기술이 만족스럽지 않을 수 있다. 그러나, 습식 레지스트와 건식 레지스트를 조합하면, 이는 라인 엔드 변동성이 무마되거나 무시됨을 의미한다. 본원의 기술을 사용하면, 어떤 의미에서는 허용오차가 완화된다. 컷(짧은 노광 라인)은 일반적으로 인쇄되는 것보다 약간 더 길게 설계될 수 있으며, 이에 따라 그러한 가변적이며 흐릿한 단부가 193 nm 레지스트 패턴의 위/아래에 놓이게 되므로, 유효한 EUV 패터닝된 노광을 본질적으로 선명하게 한다.
이해될 수 있는 바와 같이, 본원의 기술은 많은 미세가공 패터닝 목적에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본원의 방법은 EUV 및 193 nm 리소그래피를 사용하는 금속화를 위한 자체-정렬된 트윈-레지스트-종 자체-정렬된 컷 공정을 제공한다. 본원의 기술은 폴리실리콘 금속화에도 적용될 수 있다. 다른 예는, 장치의 활성 패턴을 위한 패터닝 기술뿐만 아니라 구리 및 기타 재료를 사용한 이중 다마신 금속화, 또는 루테늄의 직접 에칭을 포함한다. 넘버 1 금속 및 넘버 2 금속과 비아에 대한 자체-정렬은 또 다른 적용 사례이다. 본원의 기술은, 핀 형성 전체에 걸쳐 얕은 트렌치 형성 모듈의 엔드 쿼드 정의부(end quad definition)나 제1 금속 넘버 1 피치를 완료하기 위한 백엔드 정의 쿼드 상의 컷 마스크, 또는 금속 피치 기능을 향상시키기 위한 임의의 N개의 금속 층 또는 금속 층들 사이로부터 이점을 얻는 응용분야 및 핀과 확산 브레이크의 절단에 적용될 수 있다. 본원의 기술은 접촉에도 사용될 수 있고 또는 해당 장치에 유용한 임의의 특정한 2차원 전사에도 사용될 수 있다.
일부 EUV 광자는 습식 레지스트막을 통과하여 건식 레지스트막에 영향을 줄 수 있지만, 퍼지 단부가 위에 놓이는 습식 레지스트막의 존재가 후속 단계에서 조합된 레지스트막의 방향성 에칭 전사를 차단하기 때문에 여기서의 노광은 중요하지 않을 수 있다는 점에 주목한다. 또한, 습식 레지스트는 완전한 투과성이 아니므로, EUV 노광이 감쇠된다. 공기조차도 EUV에 대하여 투명하지 않기 때문에, EUV 챔버로부터 공기가 제거된다. 따라서, 습식 레지스트는 인쇄가 요망되지 않는 EUV 패턴의 부분을 감쇠시키고 절단하는 데 도움이 될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 여기서 노광의 에지에서의 찌꺼기(scumming)를 줄이기 위해 일부 EUV 침투가 바람직할 수 있다. 그러나, 상당한 두께의 대부분의 재료는 EUV를 감쇠시킨다.
이해될 수 있는 바와 같이, 많은 다층 레지스트 스택이 본원에서 적용가능하다. 본원의 대체 기술은, 습식 레지스트 상에 위치하는 건식 레지스트 상에 위치하는 습식 레지스트; 건식 레지스트 상의 습식 레지스트 상의 습식 레지스트; 건식 레지스트 상의 습식 레지스트 상의 습식 레지스트 상의 습식 레지스트를 포함한다. 따라서, 광 화합물의 임의의 N개의 스택(즉, N개의 레지스트층의 스택, 여기서 N은 스택의 레지스트층의 수를 나타냄)은 본원의 기술에 의해 레지스트 다수의 종의 조합과 함께 포함될 수 있다. 습식 세계의 한 종(습식 레지스트)과 건식 세계의 한 종(건식 레지스트)이 임의의 순열로 있다. 예를 들어, 습식 레지스트 상의 건식 레지스트 상의 습식 레지스트의 경우, 건식 레지스트막은 밑에 있는 습식 레지스트막에 영향을 미치는 산으로부터 상부의 습식 레지스트 막을 보호한다. 인식될 수 있는 바와 같이, 더 많은 이점이 실현되고, 레지스트 스택이 해당 미세가공 공정에 맞게 조정될 수 있다.
본원의 다층 레지스트 스택은 기억층, ARC 필름 등과 같은 중간층 및 계면막을 포함할 수 있다. 관련 예에서, 상부에 트윈 레지스트 스택이 있는 경우, 직류 중첩 동결은 습식 레지스트의 한 층을 동결하여 습식 레지스트의 기저층을 사용할 수 있다. 이에 따라, 본원의 기술에서는 공지된 포토레지스트 트릭이 건식 레지스트층 위에 사용될 수 있다. 습식 레지스트와 건식 레지스트를 사용하면, 이제 동결 없이 트윈 노광 기능이 있다. 종래의 동결이 상부에서 수행될 수 있다. 종래의 다른 기술은 가교결합 열 동결, 포지티브 톤 안티-스페이서를 사용한 네거티브 톤 현상 트렌치 등을 포함한다. 이러한 모든 패터닝 기술은 건식 증착된 레지스트층 상부에서 실행될 수 있다. 이어서, 이러한 자체-정렬된 자체-절단이 건조 증착된 포토레지스트층의 상부(또는 아래)에 형성된 임의의 다중 패터닝 기술이나 마스크와 조합될 수 있다. 인식할 수 있듯이, 본원에서는 도포 공간의 다양한 계열과 장르가 가능해질 수 있다. 본원의 많은 실시예에서는, 포토레지스트의 건식 종들의 하나의 계열과 상호작용하는 포토레지스트의 습식 종들의 적어도 하나의 계열이 있는데, 그 이유는 건식 레지스트의 상부의 습식 레지스트가 건식 레지스트 노광을 유용하게 만들 수 있기 때문이다.
본원의 다른 실시예에서는 에칭 전사가 반드시 필요하지 않을 수도 있다. 에칭 전사 대신, 복합 패턴을 형성한 후의 다음 패터닝 단계는 선택적 증착, 선택적 에칭, 및 선택적 교체와 같은 선택적 패터닝 공정을 실행하는 것이다. 재료의 선택적 증착은, 또한 노광된 다른 재료(또는 또 다른 재료)의 표면 상에 증착되지 않고 기판 상의 하나(또는 그 이상)의 재료의 표면 상에 특정 재료가 증착되는 공정이다. 다른 재료는 증착된 재료와 접촉할 수 있고/있거나 이러한 증착된 재료로부터 이격될 수 있다. 이러한 공정 및 재료는 알려져 있다. 새로운 선택적 증착 공정도 개발되고 있다. 선택적 증착에서는 통상적으로 전구체를 사용하는 기상 증착을 사용하는 경우가 많다. 예를 들어, 단층이 증착되는 종이 있을 수 있다. 단층은 선택적 증착을 위한 촉매 또는 시드층이 되고 이어서 패터닝이 계속된다.
습식 증착된 레지스트막과 건식 증착된 레지스트막 모두가 패터닝되고 현상된 후에, 습식 레지스트, 건식 레지스트 및 기저층을 포함하여 적어도 세 개의 상이한 재료의 노출된 표면이 있다. 따라서, 세 개의 상이한 재료 중 임의의 한 개 또는 두 개에 증착되도록 선택적 증착 공정이 현상될 수 있다. 일 실시예에서는, 선택적 증착 종이 기저층에 도포된다. 이어서, 습식 및 건식 레지스트가 발굴되어, 기판 상에 선택적으로 증착된 종을 남긴다. 다른 일 실시예에서, 재료는 건식 레지스트의 노출된 부분 상에 선택적으로 증착된다. 이어서, 습식 레지스트가 제거되고 건식 레지스트의 새롭게 노출된 부분이 제거되는 한편 건식 레지스트의 일부는 남겨져 선택적으로 증착된 재료에 의해 덮인다. 이는 자체-정렬된 유지 마스크를 생성하는 한 기술이다. 따라서, 본원에서의 조합된 패턴을 사용하는 선택적 증착은 톤 반전을 가능하게 할 수 있다. 이에 따라, 본원에서는 다양한 통합 방식이 고려된다.
소위 자체-정렬된 블록 기술도 본원에서 사용될 수 있다. 습식 레지스트와 건식 레지스트는 두 개의 색상(재료)으로서 사용될 수 있다. 안티-스페이서 흐름으로부터의 습식 레지스트의 라인들 사이의 충전 재료는 추가 선택성을 제공할 수 있고 다중-라인 층과 같은 다색 층을 형성할 수 있다. 이러한 다른 색상/재료(예를 들어, 충전 재료)가 도입되자마자, A-B-C-B-A와 같은 다색 패터닝 방식이 가능해질 수 있다. 예를 들어, B는 건식 레지스트일 수 있다. 재료 A는 습식 레지스트일 수 있고, 재료 C는 충전 재료일 수 있다.
자체-정렬된 3색 방식은, EUV 노광에 의해 추가로 패터닝될 수 있는 193 nm 노광에 의해 A-B-C-B-A 블록 패턴을 생성함으로써 3/4 자체-정렬을 초래할 수 있다. 예를 들어, 193 nm 노광은 레지스트 라인들 사이의 거리를 정의할 수 있다. 예를 들어, 습식 레지스트의 두 개의 라인 사이에 넓은 트렌치가 형성되어, 아래의 건식 레지스트를 개방한다. EUV 노광은, 건식 레지스트를 메사로 만드는 데 사용되며, 이제 두 번의 노광을 통해 상대적으로 더 넓은 193 특징부들이 EUV에 의해 트렌치 내에서 가교될 수 있어 더 높은 선명도를 얻을 수 있으며, 두 번의 노광을 통해 A-B-C-B-A 자체-정렬된 블록 패턴이 형성될 수 있다. 즉, 컷 마스크와 포지티브 건식 레지스트를 사용하면, 193 nm 노광에 의해 정의된 두 개의 라인 사이에 라인 컷이 형성될 수 있다. 그러나, 동일한 컷 마스크와 네거티브 건식 레지스트를 사용하면, 두 개의 라인을 연결하거나 가교하는 메사가 대신 형성될 수 있다. 컷을 사용하는 응용분야는 단지 예시이며, 여기서는 어떠한 리소그래피 패터닝도 사용될 수 있다는 점에 주목한다. 건식 레지스트층의 상부에 두 개의 상이한 재료의 라인을 사용하면, 이는 제3 마스크와 수직으로 라인이 교차할 때 3/4 오버레이 향상이 있는 자체-정렬된 블록을 제공한다. 습식-건식 이중층 레지스트 스택으로부터 형성된 다중-라인 층은, 자체-정렬된 절단, 또는 1/4 피치, 1/2 피치, 및 3/4 피치 자체-정렬을 위해 격리된 영역에서의 유지를 제공할 수 있다. 이에 따라, 자체-정렬된 블록 구조가 트윈 노광으로부터 바로 나올 수 있다.
실시예는 건식 레지스트 아래의 SiN과 같은 이중층 스택 아래에 다양한 재료를 포함할 수 있다. 또한, 193 nm 노광은 건식 레지스트에 영향을 주지 않기 때문에 건식 레지스트에는 반사-방지 코팅이 필요하지 않으며, EUV 광자의 반사율이 거의 존재하지 않으므로 EUV 레지스트에는 반사-방지 코팅이 필요하지 않다. 다른 실시예는 N 및 K가 조정된 하드마스크 층을 아래에 가질 수 있다. 아래에 TiOx와 같은 무기 반사-방지 코팅이 사용될 수 있다.
일부 포토레지스트 조성물은 두 개의 상이한 파장에 대하여 반응성/감응성이다. 예를 들어, 일부 포토레지스트 조성물은 EUV 및 193 nm 노광 모두에 대하여 반응성/감응성이다. 본원의 기술은 다양한 선량 범위를 포함한다. 따라서, 완전한 믹스 앤 매치가 가능해진다. 이전에는, 한 특징부가 다른 특징부에 근본적으로 영향을 미치는 것을 방지할 수 있는 방법이 없었다. 그러나, 이제는 습식 및 건식 레지스트를 사용하면, 패터닝 기술들이 선량 및/또는 산에 의해 분리될 수 있다. 이제 포토레지스트를 일회용으로 전락시킬 수 있는 플라즈마 노광에 대한 우려가 없다. 포토레지스트 유형에 기초하여 위치별 관심 영역이 제공된다. 예시적인 실시예는 유지해야 할 회로 요소를 정의하는 마스크 또는 유지 마스크를 제공하기 위한 EUV 피치 이중 금속화이다.
이중층 레지스트 스택의 또 다른 이점은, 레지스트 스택이 여전히 건식 레지스트를 갖기 때문에 증가된 선량이 건식 레지스트에 영향을 미칠 수 있다는 점이다. 무효화(defeat) 마스크에 비해 유지 마스크에 대하여 다른 선량이 사용될 수 있다. 실시예는 선택적 증착을 가능하게 하거나 선택적 증착을 무효화하는 데 사용될 수 있다.
다른 실시예는 단일 노광으로 포토레지스트의 양측 층을 모두 패터닝하기 위한 이중 톤 노광을 포함한다. 본 실시예에서, 포토레지스트 스택은 건식 증착된 레지스트층 위에 형성된 습식 증착된 레지스트층으로 형성된다. 포토레지스트 스택은 공간 위치에 기초하여 다양한 선량을 갖는 마스크-기반 노광으로 노광된다. 이로 인해 일부 영역은 고 선량의 방사선을 받고, 다른 영역은 중간 선량의 방사선을 받고, 다른 영역은 저 선량(또는 선량 없음)의 방사선을 받게 되며, 선량들은 서로 상대적이다. 포토레지스트 반응은 선량 제어에 따라 달라질 수 있으며, 수용된 선량은 포토레지스트 스택의 층들에 용해도/현상가능성 전환이 있는지 여부를 제어한다.
현상가능성 또는 용해도의 전환은, 레지스트가 화학 방사선에 노광된 후 현상가능하게 되는지 아니면 현상 불가능하게 되는지에 대한 레지스트의 조성에 따라 달라진다. 본 실시예에서, 양측 레지스트층 모두는 EUV 방사선과 같은 동일한 파장에 감응하도록 구성될 수 있다. 이어서, 단일 노광으로 파지티브 톤과 네거티브 톤을 동시에 구분할 수 있다. 본원의 기술 이전에 이중 톤 노광 시도가 성공하지 못한 이유는, 포토레지스트 시스템들을 서로 간섭하지 않는 영역들로 분리하는 것이 불가능했기 때문이다. 단일 광산(photo acid)이 있었고, 이는 양측의 습식 레지스트층을 통해 함께 혼합되고 확산되어, 이중 톤 노광 시도를 무효화하였다. 그러나, 본원의 기술을 사용하면, 하나의 레지스트는 건식 증착된 레지스트인 한편 다른 하나의 레지스트는 습식 증착된 레지스트이다. 이러한 두 개의 레지스트는 역학적으로 상이하여 간섭이 없다. 예를 들어, 폴리머계 습식 포토레지스트로부터 확산된 광산은 아래에 있는 금속계 또는 금속-산화물계 건식 포토레지스트에 영향을 미치지 않을 것이다.
이에 따라, 본 개시내용은 다양한 레지스트 종을 사용하는 이중 톤 노광 방법을 제공한다. 충분히 강한 선량을 사용하면, 고 선량 영역이 습식 증착된 레지스트를 통해 아래의 건식 증착된 레지스트에 도달하고 영향을 미친다. 중간 선량 영역은 건식 증착된 레지스트층의 용해도/현상가능성에 영향을 미칠 만큼 강한 강도를 갖지 않지만, 중간 선량 영역은 포토레지스트의 습식 증착된 층에 영향을 미치기에 충분한 선량을 갖는다. 이어서, 저 선량 영역은 포토레지스트의 층 모두에 영향을 미치기에는 방사선량이 부족하다. 예를 들어, 이 노광은 정현파인 선량 구배를 포함할 수 있다. 이러한 정현파 양태는 소규모 마스크-기반 노광에 내재되어 있다. 이에 따라, 두 개의 상이한 레지스트층의 복합 패턴 또는 릴리프 패턴이 단일 이중-톤 EUV 노광으로부터 형성될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 기판을 패터닝하기 위한 공정(100)의 흐름도를 도시한다. 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 공정(100)과 같은 패터닝 공정의 다양한 중간 단계에서의 기판(200)의 수직 단면도를 도시한다.
공정(100)은 다층 포토레지스트 스택이 기판 상에 형성되는 단계(S110)로 시작된다. 다층 포토레지스트 스택은 기상 증착에 의해 증착된 건식 포토레지스트층과 스핀-온 증착에 의해 증착된 습식 포토레지스트층을 포함한다. 습식 포토레지스트층은 건식 포토레지스트층 위에 위치한다.
도 2a는 단계(S110)의 일부 실시예를 도시할 수 있다. 예시된 바와 같이, 기판(200)은 웨이퍼(201)(또는 웨이퍼의 세그먼트) 및 웨이퍼(201) 위에 형성된 다층 포토레지스트 스택(210)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 다층 포토레지스트 스택(210)의 건식 포토레지스트층(211)은 기상 증착에 의해 웨이퍼(201) 위에 형성된다. 이어서, 다층 포토레지스트 스택(210)의 습식 포토레지스트층(215)이 스핀-온 증착에 의해 건식 포토레지스트층(211) 위에 형성된다. 따라서, 다층 포토레지스트 스택(210)은 이 예에서 이중층 포토레지스트 스택(210)이라고도 지칭된다.
본원에서 사용되는 바와 같은 "기상 증착"은, 일반적으로 기판 상에서 반응, 분해 및/또는 응축되어 원하는 재료를 기판 상에 증착하는 하나 이상의 기체 종에 기판(또는 웨이퍼 등)이 노출되는 증착 공정을 가리킨다. 기상 증착은, 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD), 원자층 증착(ALD), 에피택셜 성장(예를 들어, 분자빔 에피택시) 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않다. 스핀-온 증착과 달리, 기상 증착은 통상적으로 포토레지스트를 액체나 용매에 용해시키는 것을 수반하지 않다. 따라서, 기상 증착에 의해 증착된 레지스트 재료는 건식 레지스트, 건식 포토레지스트, 건식 증착된 레지스트, 또는 건식 증착된 포토레지스트라고 칭하는 반면, 스핀-온 증착에 의해 증착된 레지스트 재료는 습식 레지스트, 습식 포토레지스트, 습식 증착된 레지스트, 또는 습식 증착된 포토레지스트라고 칭한다.
도 2a의 예에서, 반사-방지 코팅(ARC)층(213)은 건식 포토레지스트층(211)과 습식 포토레지스트층(215) 사이에 형성된다. 다른 예(도시하지 않음)에서, 습식 포토레지스트층(215)은 건식 포토레지스트층(211)의 바로 위에(또는 직접 접촉하여) 형성될 수 있다. 다른 중간층 및 평탄화막이 선택적으로 형성될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 또한, 본 실시예에서, 기저층(203)은 웨이퍼(201) 위에 그리고 이중 층 포토레지스트 스택(210) 아래에 형성된다. 대체 실시예(도시하지 않음)에서, 이중층 포토레지스트 스택(210)은 웨이퍼(201) 상에 직접 형성될 수 있다. 예를 들어, 이중층 포토레지스트 스택(210)은 벌크 실리콘 상에 직접 형성될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 다층 포토레지스트 스택(210)은, 대체 실시예에서 다른 조합 또는 순열로 배열된 적어도 하나의 건식 포토레지스트층과 적어도 하나의 습식 포토레지스트층을 포함하는 두 개 이상의 포토레지스트층을 포함할 수 있다. 여기서, 건식 포토레지스트층(211)과 습식 포토레지스트층(215)을 포함하는 이중층 포토레지스트 스택(210)은 도 2a 내지 도 2e의 예 전체에 걸쳐 예시적인 목적으로 사용된다.
다시 도 1을 참조하면, 이어서, 공정(100)은, 제1 파장의 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광하고 제1 현상 공정을 사용하여 습식 포토레지스트의 현상가능 부분을 현상하여 습식 포토레지스트층에 제1 릴리프 패턴을 형성함으로써 단계(S120)로 진행한다. 제1 릴리프 패턴은 건식 포토레지스트층의 일부를 노출한다.
도 2b 및 도 2c는 단계(S120)의 일부 실시예를 도시할 수 있다. 도 2b에서는, 제1 파장을 사용하여 마스크-기반 노광이 실행된다. 즉, 습식 포토레지스트층(215)은 제1 마스크(205)를 통해 제1 파장의 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광된다. 예를 들어, 제1 파장은 124 nm 내지 400 nm일 수 있다. 특히, I-라인, H-라인, G-라인 등의 종래의 임의의 파장이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 폭이 193 nm보다 실질적으로 작은 특징부(예를 들어 라인 또는 트렌치)를 형성할 수 있는 193 nm 노광이 사용된다. 예시적인 목적을 위해, 화학 방사선의 라인 패턴이 도시된다. 단순화를 위해, ARC 층(213)은 도 2b 및 이하에서는 도시되지 않는다.
도 2c에서, 습식 포토레지스트층(215)은 바람직하게 현상제를 사용하는 습식 에칭 또는 건식 에칭과 같은 제1 현상 공정을 사용하여 현상되어, 제1 릴리프 패턴(230)(또는 습식 증착된 레지스트 릴리프 패턴)을 생성한다. 따라서, 제1 릴리프 패턴(230)은 건식 포토레지스트층(211)을 노출한다. 예를 들어, 제1 릴리프 패턴(230)은 라인(231)(예를 들어 습식 포토레지스트층(215)의 나머지 부분)을 포함할 수 있으며, 이때 트렌치(233)는 라인들(231) 사이에 형성된다. 그 결과, 건식 포토레지스트층(211)은 트렌치(233)를 통해 노출된다. 일부 실시예에서, 하부 ARC(BARC) 층이 사용될 때, BARC 층은 건식 포토레지스트층(211)이 노출되도록 제1 릴리프 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여 에칭 또는 현상될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 유사하게, 일부 실시예에서, 습식 포토레지스트층(215)과 건식 포토레지스트층(211) 사이의 하나 이상의 중간층은 제1 릴리프 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여 제거될 수 있다.
도 1에서, 단계(S130)에서는, 제2 릴리프 패턴이, 제2 파장의 화학 방사선의 제2 패턴으로 노광하고 제2 현상 공정을 사용하여 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분을 현상함으로써 건식 포토레지스트층에 형성된다. 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분은 화학 방사선의 제2 패턴과 제1 릴리프 패턴의 조합에 의해 정의된다. 제1 릴리프 패턴과 제2 릴리프 패턴은 조합된 릴리프 패턴을 함께 형성한다.
도 2d 및 도 2e는 단계(S130)의 일부 실시예를 도시할 수 있다. 도 2d' 및 도 2e'은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 도 2d 및 도 2e의 기판(200)의 평면도를 각각 도시한다.
일부 실시예에서, 도 2d는 도 2d'의 절단선 AA'을 따라 취한 수직 단면도를 도시한다. 여기서, 제2 파장의 화학 방사선의 제2 패턴이 제2 마스크(207)를 통해 실행된다. 예를 들어, 제2 파장은 10 nm 내지 124 nm일 수 있다. 특히, 13.5 nm 노광이 실행될 수 있다.
평면도(도 2d')에서, 노광 영역(예를 들어, 244a, 244b 및 244c)은 검정색으로 도시된다. 노광 영역은 각각의 트렌치(233)를 가로질러 확장될 수 있다는 점에 주목한다. 예를 들어, 노광 영역(244a)을 고려해본다. 노광 영역(244a)은 중간 부분(243a)과 대향하는 두 개의 단부 부분(241a)을 포함한다. 대향하는 두 개의 단부 부분(241a)은 노광 동안 제1 릴리프 패턴(230)과 중첩되도록 구성된다. 즉, 대향하는 두 개의 단부 부분(241a)은 각각의 라인(231)과 중첩되는 한편, 중간 부분(243a)은 각 라인(231) 사이의 트렌치(233)에 대응하는 영역에 위치한다. 그 결과, 화학 방사선의 제2 패턴으로 노광되는 건식 포토레지스트층(211)의 노출된 부분(예를 들어, 211a)의 현상가능성은 (예를 들어 현상액을 사용하는) 습식 에칭 또는 건식 에칭(예를 들어, 플라즈마 에칭, 이온 빔 에칭 또는 반응성 이온 에칭) 등의 제2 현상 공정에 비해 변화된다. 대조적으로, 건식 포토레지스트층(211)의 덮인 부분(예를 들어, 211b)의 현상가능성은, 노광 영역(예를 들어 244a)에 있더라도, 제2 현상 공정에 비해 변하지 않은 채로 유지될 수 있다. 이는 각각의 라인(231)이 EUV 방사선을 차단하거나 충분히 감쇠시키도록 구성되어 아래에서 현상가능성 전환이 유도되지 않을 수 있기 때문이다.
일부 실시예에서, 도 2e는 도 2e'의 절단선 BB'을 따라 취한 수직 단면도를 도시한다. 여기서, 제2 현상 공정이 실행된다. 이 예에서, 건식 포토레지스트층(211)은 포지티브 레지스트 재료를 포함한다. 결과적으로, 건식 포토레지스트층(211)의 노출된 부분(예를 들어 211a)(즉, 노광 영역(예를 들어 244a)에 있고 제1 릴리프 패턴(230)에 의해 덮이지 않은 영역)은 제2 현상 공정에 의해 제거된다. 대조적으로, 노광 영역(예를 들어, 244a)에서 건식 포토레지스트층(211)의 덮인 부분(예를 들어, 211b)은 제거되지 않는다. 따라서, 건식 포토레지스트층(211)의 현상가능 부분은 화학 방사선의 제2 패턴과 제1 릴리프 패턴(230)의 조합에 의해 정의된다.
그 결과, 제2 릴리프 패턴(240)이 건식 포토레지스트층(211)에 형성된다. 제2 릴리프 패턴(240)은 각각의 라인(231) 사이에 자체-정렬된 컷(예를 들어, 245a, 245b 및 245c)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컷(245a)은 노광 영역(244a)의 중간 부분(243a)에 해당한다. 노광 영역(244a)이 절단되어 있다는 점은 주목할만하며, 두 개의 대향하는 단부 부분(241a)은 건식 포토레지스트층(211)에 인쇄되지 않는 반면 중간 부분(243a)의 패턴은 건식 포토레지스트층(211)으로 전사된다. 따라서, 관련 기술에서 흔히 발생하는 문제인 EUV 컷의 흐릿한 단부 부분이 본원의 기술을 사용하여 절단될 수 있다.
또한, 함께 조합된 제1 릴리프 패턴(230)과 제2 릴리프 패턴(240)은, 추가 처리, 예를 들어, 매우 정확하고 자체-정렬된 형상 또는 컷을 에칭 전사하기 위한 조합된 릴리프 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 조합된 릴리프 패턴을 건식 포토레지스트층(211) 아래에 위치하는 기저층(203)과 같은 기저층으로 전사하는 이방성 에칭 공정이 실행될 수 있다.
도 2a 내지 도 2e 및 도 2d' 내지 도 2e'을 다시 참조하면, 198 nm인 제1 파장과 13.5 nm인 제2 파장은 여기서 단지 예시적인 목적으로 사용된다. 앞서 언급한 바와 같이, 제1 파장은 124 nm 내지 400 nm일 수 있고, 제2 파장은 10 nm 내지 124 nm일 수 있다. 물론, 다른 파장들 또는 파장들의 다른 조합도 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 파장과 제2 파장은 모두 13.5 nm와 같은 EUV 범위에 있을 수 있다. 이에 따라, 제1 릴리프 패턴은 라인 단부에서 결함을 가질 수 있지만, 라인의 중간 부분을 이용하여 화학 방사선의 제2 패턴을 절단할 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 다른 실시예에 따라 기판을 패터닝하기 위한 공정(300)의 흐름도를 도시한다. 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는, 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라, 공정(300)과 같은 패터닝 공정의 다양한 중간 단계에서, 기판(400)의 수직 단면도를 도시하고, 도 4e'은 기판(400)의 평면도를 도시한다.
공정(300)은 다층 포토레지스트 스택이 기판 상에 형성되는 단계(S310)로 시작된다. 다층 포토레지스트 스택은, 스핀-온 증착에 의해 증착된 습식 포토레지스트의 제1 층 및 기상 증착에 의해 증착된 건식 포토레지스트의 제2 층을 포함한다. 제1 층은 제2 층 위에 위치한다. 일부 실시예에서, 단계(S310)는 단계(S110)에 대응할 수 있다.
도 4a는 단계(S310)의 일부 실시예를 도시할 수 있다. 예시된 바와 같이, 기판(400)은 웨이퍼(401) 및 웨이퍼(401) 위에 형성된 다층 포토레지스트 스택(410)을 포함한다. 구체적으로, 다층 포토레지스트 스택(410)의 건식 포토레지스트층(411)은 기상 증착에 의해 기판(400) 상에 형성된다. 이어서, 다층 포토레지스트 스택(410)의 습식 포토레지스트층(415)이 스핀-온 증착에 의해 건식 포토레지스트층(411) 위에 형성된다. 따라서, 다층 포토레지스트 스택(410)은 이 예에서 이중층 포토레지스트 스택(410)이라고도 칭한다. 또한, 다층 포토레지스트 스택(410)은 ARC 층(413)(후속 도면에는 도시되지 않음)을 더 포함할 수 있고, 기저층(403)은 선택적으로 다층 포토레지스트 스택(410) 아래에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 4a는 도 2a에 대응할 수 있다. 구체적으로, 웨이퍼(401)는 웨이퍼(201)에 대응한다. 기저층(403)은 기저층(203)에 대응한다. 다층 포토레지스트 스택(410)은 다층 포토레지스트 스택(210)에 대응한다. 건식 포토레지스트층(411)은 건식 포토레지스트층(211)에 대응한다. 습식 포토레지스트층(415)은 습식 포토레지스트층(215)에 대응한다. ARC 층(413)은 ARC 층(213)에 대응한다. 습식 포토레지스트층(415)은 습식 포토레지스트(415')를 포함하고 습식 포토레지스트(415')의 제1 층(415)이라고도 칭한다는 점에 주목한다. 건식 포토레지스트층(411)은 건식 포토레지스트(411')를 포함하며, 건식 포토레지스트(411')의 제2 층(411)이라고도 칭한다.
이어서, 도 3의 공정(300)은, 제1 파장의 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광하고 제1 현상 공정을 사용하여 제1 층의 현상가능 부분을 현상하여 제1 릴리프 패턴을 제1 층에 형성함으로써 단계(S320)로 진행한다. 제1 릴리프 패턴은 제2 층의 일부를 노출한다. 일부 실시예에서, 단계(S320)는 단계(S120)에 대응할 수 있다.
도 4b는 단계(S320)의 일부 실시예를 도시할 수 있다. 이에 따라, 도 4b는 도 2c에 대응될 수 있다. 즉, 다층 포토레지스트 스택(410)은 도 2b 및 도 2c에 도시된 공정과 유사한 공정을 거칠 수 있다. 설명은 위에 제공되었으며 단순화를 위해 여기서는 생략된다. 그 결과, 제1 릴리프 패턴(230)에 대응하는 제1 릴리프 패턴(430)이 제1 층(415)에 형성된다. 제1 릴리프 패턴(430)은 라인(231)에 대응하는 라인(431)을 포함할 수 있다. 라인들(431) 사이에는 트렌치(233)에 대응하는 트렌치(433)가 형성된다.
다시 도 1을 참조하면, 단계(S330)에서는, 제1 릴리프 패턴의 다색(다중-재료)층이 형성된다. 다색 층은 습식 포토레지스트 및 습식 포토레지스트와 건식 포토레지스트와는 다른 제3 재료를 포함한다.
도 4c 및 도 4c'은 단계(S330)의 일부 실시예를 도시할 수 있다. 특히, 도 4c는 도 4c'의 절단선 CC'을 따라 취한 수직 단면도를 도시할 수 있다. 도시된 바와 같이, 습식 포토레지스트(415') 및 습식 포토레지스트(415')와 건식 포토레지스트(411')와는 다른 제3 재료(417')를 포함하는 다색 층이 형성된다. 예를 들어, 제3 재료(417')는 습식 포토레지스트(415') 및 건식 포토레지스트(411')에 관하여 특정 에칭 공정에 대해 상이한 에칭 저항성을 가질 수 있다. 또한, 제3 재료(417)는 선택적 증착 공정에서 습식 포토레지스트(415') 및 건식 포토레지스트(411')에 관하여 상이한 증착 선택성을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 다색 층은 평면도(도 4c')에서 설명된 바와 같이 습식 포토레지스트(415')의 라인과 제3 재료(417')의 라인을 포함하는 다중-라인 층이다. 습식 포토레지스트(415')의 라인과 제3 재료(417')의 라인은 다색 층에서 교대로 배열되고 서로 이격되어, 건식 포토레지스트(411')의 부분을 노출된 상태로 둔다. 그 결과, 평면도 또는 방향성 에칭 관점에서 재료의 세 개의 선 또는 색상에 접근할 수 있다. 이러한 라인 또는 재료 중 어느 것이라도 나머지와 독립적으로 에칭될 수 있다. 예를 들어, 건식 포토레지스트(411')는 매우 얇은 라인(또는 개구)을 균질한 건식 레지스트 재료 또는 기저층으로 전사하기 위해 이때 에칭될 수 있다. 이러한 다중-라인 층을 자체-정렬된 블록이라고 칭한다. 본 실시예에서, 습식 포토레지스트는 재료 A, 건식 포토레지스트는 재료 B, 및 제3 재료는 C이다. 따라서, A-B-C-B-A(A-B-C-B가 반복됨) 패턴으로 교번하는 라인들의 반복 패턴이 형성된다. A에서 A로 또는 C에서 C로 이동하려면, 세 개의 중간 재료 라인이 있다. B에서 B로 이동하려면, 하나의 중간 재료 라인이 있다. 따라서, 3/4 피치 자체-정렬 또는 1/4 피치 자체-정렬이 이 방식으로 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 다색 층은 안티-스페이서 공정(도시하지 않음)에 의해 형성된다. 안티-스페이서 공정은, 습식 포토레지스트(415')의 개구(예를 들어, 도 4b의 트렌치(433))를 오버코트 재료(예를 들어, 제3 재료(417'))로 충전하고, 용해도-전환제(예를 들어, 산)를 습식 포토레지스트(415')의 경계에 걸쳐 확산시키고, 습식 포토레지스트(415')의 현상가능 부분 또는 오버코트 재료(예를 들어 제3 재료(417'))의 현상가능 부분을 현상하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 193 nm 레지스트 라인(예를 들어 습식 포토레지스트(415')의 라인)이 형성된 후, 현상가능한 오버코트(도시하지 않음)가 증착된다. 이어서, 193 nm 인쇄된 라인 내의 산이 라인 밖으로 확산되어 오버코트 재료로 들어갈 수 있다. 즉, 산은 습식 포토레지스트(415')의 라인으로부터 오버코트 재료로 확산된다. 확산 길이는 베이킹 시간과 온도에 의해 정밀하게 제어될 수 있다. 193 nm 라인의 경계로부터 오버코트 재료로의 확산 길이는 가용성이 되고 그 후 현상된다. 이는 습식 포토레지스트(415')와 제3 재료(417')의 교번하는 라인을 남기고, 이때 건식 포토레지스트(411')는 라인들 사이에서 접근가능하다(노출된다).
다른 일 실시예에서, 습식 포토레지스트(415')의 라인이 형성된 후, 제3 재료(417')로부터 습식 포토레지스트(415')의 라인으로 산이 확산될 수 있다. 193 nm 라인의 경계로부터 193 nm 라인으로의 확산 길이는 가용성이 되고 이후 현상된다. 또 다른 일 실시예에서, 습식 포토레지스트(415')의 라인이 형성된 후, 안티-스페이서 생성기(Anti-Spacer Generator; ASG) 코팅(도시되지 않음)이 기판(400) 상에 형성될 수 있다. 용해도-전환제는 ASG 코팅으로부터 습식 포토레지스트(415')의 라인으로 확산되고 베이킹된 후, ASG 코팅이 헹구어지고 제3 재료(417')가 기판(400) 상에 형성된다.
또한, 일부 예에서, 습식 포토레지스트(415')의 내부 또는 외부로 습식 포토레지스트(415')의 경계를 가로지르는 용해도-전환제의 확산은 (제2) 패터닝된 193 nm 노광(도시하지 않음)에 의해 공간적으로 추가로 제어될 수 있다.
이어서, 도 3의 공정(300)은, 습식 포토레지스트, 건식 포토레지스트, 및 제3 재료 중 하나 또는 둘의 노출되지 않은 부분에 대해 선택적 패터닝 공정을 실행함으로써 단계(S340)로 진행한다. 일부 실시예에서는, 선택적 패터닝 공정으로부터 기판의 소정의 영역을 보호하기 위해 패터닝된 층이 기판 상에 형성된다.
도 4d, 도 4d', 및 도 4e'은 단계(S340)의 일부 실시예를 도시할 수 있다. 특히, 도 4d'은 도 4d의 절단선 DD'을 따라 취한 단면도를 도시할 수 있다. 예시된 바와 같이, 자체-정렬된 블록은, 다중-라인 층의 섹션을 개방하기 위해 기판(400) 상에 형성된 또 다른 에칭 마스크를 사용하여 추가로 기능화될 수 있다. 즉, 패터닝된 층(404)(예를 들어 릴리프 패턴 또는 에칭 마스크)이 기판(400) 상에 형성될 수 있다. 결과적으로, 제1 릴리프 패턴(430)은 일부 개구(예를 들어, 450a, 450b, 450c)로 부분적으로 덮인다. 예시적인 목적을 위해 3개의 상이한 길이의 슬롯이 본원에 도시되어 있지만, 임의의 형상의 개구가 형성될 수 있다는 점에 주목한다.
이어서, 자체-정렬된 블록에 대해 선택적 패터닝 공정이 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 선택적 패터닝 공정은, 습식 포토레지스트(415'), 건식 포토레지스트(411'), 및 제3 재료(417') 중 하나 또는 둘의 노출된 부분 상에 제4 재료를 선택적으로 증착하는 것을 포함한다. 다른 일 실시예에서, 선택적 패터닝 공정은 습식 포토레지스트(415'), 건식 포토레지스트(411'), 및 제3 재료(417') 중 한 개 또는 두 개의 노출된 부분을 선택적으로 에칭하는 것을 포함한다. 또 다른 일 실시예에서, 선택적 패터닝 공정은 습식 포토레지스트(415'), 건식 포토레지스트(411'), 및 제3 재료(417') 중 한 개 또는 두 개의 노출된 부분을 제4 재료로 선택적으로 교체하는 것을 포함한다. 다시 말하면, 제4 재료가 형성되거나 증착되기 전에 선택적 제거 공정이 실행된다.
도 4e'은 선택적 패터닝 공정의 예시적인 결과를 도시한다. 개구(450a)에서, 흑색 형상(455a)으로 도시된 바와 같이, 습식 포토레지스트(415')의 라인은 에칭 제거, 선택적 증착, 또는 선택적 교체의 대상이 될 수 있다. 개구(450b)에서, 흑색 형상(455b)으로 도시된 바와 같이, 건식 포토레지스트(411')의 라인은 에칭 제거, 선택적 증착, 또는 선택적 교체의 대상이 될 수 있다. 개구(450c)에서, 흑색 형상(455c)으로 도시된 바와 같이, 제3 재료(417')의 라인은 에칭 제거, 선택적 증착, 또는 선택적 교체의 대상이 될 수 있다. 개구(450a, 450b 및 450c)에 도시된 결과들은 서로 독립적이며, 이는 검정색 형상(455a, 455b 및 455c)이 (동시가 아니라) 별도의 공정에서 형성되고 예시적인 목적으로 함께 도시됨을 의미한다는 점에 주목한다.
도시하지는 않았지만, 일부 실시예에서, 제2 릴리프 패턴은, 제2 파장의 화학 방사선의 제2 패턴으로 노광하고 제2 현상 공정을 사용하여 제2 층(411)의 현상가능 부분을 현상함으로써 제2 층(411)에 형성된다. 예를 들어, 제2 릴리프 패턴은 도 2d, 도 2d', 도 2e, 및 도 2e'에 도시된 공정과 유사한 공정에 의해 형성될 수 있다. 설명은 위에 제공되었으며, 단순화를 위해 여기서는 생략된다. 또한, 제2 릴리프 패턴은, 도 3의 단계(S340) 전에 또는 후에, 예를 들어, 도 4d, 도 4d', 및 도 4e'의 선택적 패터닝 공정의 전에 또는 후에 형성될 수 있다.
본원에 설명된 기술은 여러 장점을 제공한다. 예를 들어, 본원의 기술은, 매립형 전원 레일, 자체-정렬된 컷, 타겟 형상들(예를 들어, 제조 중의 더미 금속) 간의 격리 등을 형성하는 데 사용될 수 있다. 본원의 기술은, 또한, 습식-건식 이중층 포토레지스트 스택을 사용하여 자체-정렬된 블록 구조 또는 다색 패터닝을 형성할 수 있으므로, 가공 공정을 단순화할 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 또 다른 일 실시예에 따라 기판을 패터닝하기 위한 공정(500)의 흐름도를 도시한다. 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d 및 도 6e는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따라 공정(500)과 같은 패터닝의 다양한 중간 단계에서의 기판(600)의 수직 단면도를 도시한다. 특히, 도 6a 내지 도 6e는 2-종 이중층 포토레지스트 스택의 이중-톤 이점을 예시할 수 있다.
공정(500)은 다층 포토레지스트 스택이 기판 상에 형성되는 단계(S510)로 시작된다. 다층 포토레지스트 스택은 스핀-온 증착에 의해 증착된 습식 포토레지스트의 제1 층 및 기상 증착에 의해 증착된 건식 포토레지스트의 제2 층을 포함한다. 제1 층은 제2 층 위에 위치한다. 본원의 단계(S510)는 도 1의 단계(S110) 및 도 3의 단계(310)에 대응할 수 있다.
도 6a는 단계(S510)의 일부 실시예를 도시할 수 있다. 예시된 바와 같이, 기판(600)은 웨이퍼(601) 및 웨이퍼(601) 위에 형성된 다층 포토레지스트 스택(610)을 포함한다. 구체적으로, 다층 포토레지스트 스택(610)의 건식 포토레지스트층(611)은 기상 증착에 의해 기판(600) 상에 형성된다. 이어서, 다층 포토레지스트 스택(610)의 습식 포토레지스트층(615)이 스핀-온 증착에 의해 건식 포토레지스트층(611) 위에 형성된다. 따라서, 다층 포토레지스트 스택(610)은 이 예에서 이중층 포토레지스트 스택(610)이라고도 칭한다. 또한, 다층 포토레지스트 스택(610)은 ARC 층(613)(후속 도면에서는 도시하지 않음)을 더 포함할 수 있고, 제3 재료(603')의 기저층(603)은 선택적으로 다층 포토레지스트 스택(610) 아래에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 6a는 도 2a(및 도 4a)에 대응할 수 있다. 구체적으로, 웨이퍼(601)는 웨이퍼(201)에 대응한다. 기저층(603)은 기저층(203)에 대응한다. 다층 포토레지스트 스택(610)은 다층 포토레지스트 스택(610)에 대응한다. 건식 포토레지스트층(611)은 건식 포토레지스트층(211)에 대응한다. 습식 포토레지스트층(615)은 습식 포토레지스트층(215)에 대응한다. ARC 층(613)은 ARC 층(213)에 대응한다. 습식 포토레지스트층(615)은 습식 포토레지스트(615')를 포함하고 습식 포토레지스트(615')의 제1 층(615)이라고도 칭한다는 점에 주목한다. 건식 포토레지스트층(611)은 건식 포토레지스트(611')를 포함하며, 건식 포토레지스트(611')의 제2 층(611)이라고도 칭한다.
이어서, 도 5의 공정(500)은, 다층 포토레지스트 스택을 화학 방사선의 상대적이고 공간적으로 변하는 선량을 포함하는 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광함으로써 단계(S520)로 진행한다. 화학 방사선의 제1 패턴은 고 선량 영역, 중간 선량 영역 및 저 선량 영역을 포함한다. 특히, 다층 포토레지스트 스택 및 화학 방사선의 제1 패턴은, 다층 포토레지스트 스택을 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광한 후, 고 선량 영역에서는 제1 층과 제2 층 모두의 현상가능성이 변하고, 중간 선량 영역에서는 제1 층의 현상가능성이 변화하는 반면 제2 층의 현상가능성은 변하지 않고, 저 선량 영역에서는 제1 층과 제2 층 모두의 현상가능성이 변하지 않도록 구성된다.
도 6b는 단계(S520)의 일부 실시예를 도시할 수 있다. 이중층 포토레지스트 스택(610)을 형성한 후, 이중층 포토레지스트 스택(610)은 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광된다. 화학 방사선의 제1 패턴의 선량 구배는 다양한 밀도의 점선들에 의해 표현된다. 도시된 바와 같이, 화학 방사선의 제1 패턴은 고 선량 영역(661), 중간 선량 영역(663), 및 저 선량 영역(665)과 같은 화학 방사선의 상대적이고 공간적으로 변하는 선량을 포함할 수 있다. 방사선의 고 선량 영역(661)은, 예를 들어, 현상가능성을 변화시킴으로써 습식 포토레지스트층(615)과 건식 포토레지스트층(611) 모두에 영향을 미치기에 충분한 에너지를 갖는다. 중간 선량 영역(663)은, 습식 포토레지스트층(615)에 영향을 미칠 수 있지만, 그러한 위치 아래의 건식 포토레지스트층(611)에 영향을 주기에는 선량이 불충분하다. 저 선량 영역(665)은, 습식 포토레지스트층(615) 또는 건식 포토레지스트층(611)에 영향을 미치기에는 방사선이 충분하지 않거나 방사선이 없을 수 있다(예를 들어, 선량 없음 영역). 비제한적인 예에서, 선량 구배는, 도 6b의 기판 세그먼트에 걸친 노광 강도를 나타내는 파형을 도시하는 도 6b'에 예시된 바와 같이 XZ 평면에서 본질적으로 또는 실질적으로 정현파 프로파일을 포함한다.
또한, 습식 포토레지스트층(615)과 건식 포토레지스트층(611)은 동일한 파장(제1 파장이라고도 함)의 화학 방사선에 감응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 동일한 파장은 10 nm 내지 124 nm, 예를 들어, 13.5 nm일 수 있다. 다시 말하면, 화학 방사선의 제1 패턴은 EUV 방사선의 패턴을 포함할 수 있다.
도 6c에서는, 이중층 포토레지스트 스택(610)이 현상된다. 먼저, 습식 포토레지스트층(615)은, 바람직하게는 상응하는 액체 현상제를 사용하여 습식 에칭 또는 건식 에칭과 같은 제1 현상 공정에 의해 현상되어 제1 릴리프 패턴(630)을 형성한다. 다음으로, 건식 포토레지스트층(611)은, (예를 들어, 현상액을 사용하는) 습식 에칭 또는 건식 에칭(예를 들어, 플라즈마 에칭, 이온 빔 에칭 또는 반응성 이온 에칭)과 같은 제2 현상 공정에 의해 현상되어 제2 릴리프 패턴(640)을 형성한다. 제1 릴리프 패턴(630)과 제2 릴리프 패턴(640)은 단일 노광(즉, 화학 방사선의 제1 패턴)으로 형성되는 조합된 릴리프 패턴을 함께 형성한다는 점에 주목한다.
비제한적인 예에서, 습식 포토레지스트층(615)과 건식 포토레지스트층(611)은 모두 포지티브 레지스트 재료를 포함한다. 결과적으로, 고 선량 영역(661) 및 중간 선량 영역(663)에서는, 습식 포토레지스트층(615)이 제1 현상 공정에 의해 제거되고, 고 선량 영역(661)에서는, 건식 포토레지스트층(611)이 제2 현상 공정에 의해 제거된다. 그 결과, 기저층(603)의 부분이 노출된다. 또한, 3개의 재료(즉, 습식 포토레지스트(615'), 건식 포토레지스트(611'), 및 제3 재료(603'))가 노광되어 평면도 또는 방향성 에칭 관점에서 접근가능하다.
또한, 일부 실시예에서, 습식 포토레지스트층(615)과 건식 포토레지스트층(611) 사이의 하나 이상의 중간 층(예를 들어, ARC 층(613))은, 건식 포토레지스트층(611)이 현상되기 전에 제1 릴리프 패턴(630)을 에칭 마스크로서 사용하여 에칭되거나 현상된다.
후속하여, 도 4c' 내지 도 4e'에 대해 설명된 것과 유사하게 추가 마스킹 및 패터닝이 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 습식 포토레지스트(615'), 건식 포토레지스트(611'), 및 제3 재료(603') 중 하나 또는 둘의 노출된 부분에 대해 선택적 패터닝 공정이 실행될 수 있다. 일부 실시예에서는, 선택적 패터닝 공정으로부터 기판(600)의 소정의 영역을 보호하기 위해 패터닝된 층이 기판(600) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6d에서, 패터닝된 층(606)(예를 들어, 다른 릴리프 패턴 또는 후속 마스크)은 조합된 릴리프 패턴의 선택된 부분(예를 들어, 611a)을 개방하기 위해 기판(600) 상에 형성될 수 있다.
후속하여, 다양한 패터닝 공정이 가능해질 수 있다. 일례(도 6e)로, 도 6d의 기판(600)은 건식 포토레지스트(611')의 추가 부분(예를 들어, 노출된 부분(611a))을 제거하는 데 사용될 수 있다. 그 결과, (참조번호(603a)로 도시된 바와 같이) 제3 재료(603')가 더 노출된다. 다른 일례(도 6ei)로, 제4 재료(608')는 건식 포토레지스트(611')의 노출된 부분(예를 들어, 611a) 상에만 선택적으로 증착된다. 또 다른 일례(도 6eii)로, 제3 재료(603')의 노출된 부분(예를 들어, 603a)은 선택적으로 에칭되고, 컷 또는 개구(예를 들어, 657a)가 기저층(603)에 형성된다. 따라서, 패턴의 부분(예를 들어 조합된 릴리프 패턴 및 패터닝된 층(606))이 기저층(603)으로 전사된다. 도 6e, 도 6ei, 및 도 6eii는 단지 패터닝 선택 사항의 몇 가지 예이다. 인식될 수 있는 바와 같이, 임의의 수의 추가 패터닝 기술이 본원에서 두 개의 상이한 레지스트 종의 이중층 레지스트 스택(예를 들어, 610)과 조합될 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 이중층 포토레지스트 스택(610)은 화학 방사선의 제2 패턴으로 노광되고 현상되어 조합된 릴리프 패턴을 변화시킬 수 있다. 화학 방사선의 제2 패턴은 패터닝된 층(606)을 사용하거나 사용하지 않고 실행될 수 있다. 화학 방사선의 제2 패턴은 선택적 패터닝 공정 전에 또는 후에 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 습식 포토레지스트(615')와 건식 포토레지스트(611') 중 적어도 하나는 두 개의 상이한 파장(예를 들어 198 nm 및 13.5 nm)에 감응하도록 구성된다. 이에 따라, 화학 방사선의 제2 패턴은 제1 파장과는 다른 파장을 사용하는 것 또는 제1 파장과 동일한 파장을 사용하는 것을 포함할 수 있다.
앞선 설명에서는, 처리 시스템의 특정한 기하학적 구조 및 여기에 사용되는 다양한 구성요소 및 공정에 대한 설명과 같은 특정 세부 사항이 설명되었다. 그러나, 본원의 기술은 이러한 특정 세부사항으로부터 벗어나는 다른 실시예에서 실시될 수 있으며, 이러한 세부사항은 설명을 위한 것이지 제한하기 위한 것이 아니라는 점을 이해해야 한다. 본원에 개시된 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하였다. 마찬가지로, 설명을 위해, 철저한 이해를 제공하도록 특정 숫자, 재료, 및 구성이 제시되었다. 그럼에도 불구하고, 이러한 구체적인 세부사항 없이도 실시예가 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능적 구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.
다양한 실시예의 이해를 돕기 위해 다양한 기술이 다중 개별 동작으로서 설명되었다. 설명의 순서는 이러한 동작들이 반드시 순서에 따른다는 것을 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 실제로, 이러한 동작들은 제시된 순서대로 수행될 필요가 없다. 설명된 동작들은 설명된 실시예와는 다른 순서로 수행될 수 있다. 추가 실시예에서는 다양한 추가 동작들이 수행될 수 있고/있거나 설명된 동작들이 생략될 수 있다.
본원에 사용되는 바와 같은 "기판" 또는 "웨이퍼"는 일반적으로 본 발명에 따라 처리되는 물체를 지칭한다. 기판은, 장치, 특히 반도체 또는 기타 전자 장치의 임의의 재료 부분 또는 구조를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 레티클, 또는 박막과 같이 베이스 기판 상에 있거나 베이스 기판과 중첩되는 층과 같은 베이스 기판 구조일 수 있다. 따라서, 기판은, 패터닝되거나 패터닝되지 않은 임의의 특정 베이스 구조, 기저층, 또는 상부층으로 제한되지 않고, 오히려, 임의의 이러한 층 또는 베이스 구조, 및 층 및/또는 베이스 구조의 임의의 조합을 포함하는 것으로 고려된다. 설명에서는 특정 유형의 기판을 언급할 수 있지만, 이는 단지 예시적인 목적을 위한 것이다.
기판은 실리콘(Si) 기판, 게르마늄(Ge) 기판, 실리콘-게르마늄(SiGe) 기판, 및/또는 실리콘-온-절연체(SOI) 기판과 같은 임의의 적합한 기판일 수 있다. 기판은 IV 족 반도체, III-V 족 화합물 반도체, 또는 II-VI 족 산화물 반도체 등의 반도체 재료를 포함할 수 있다. IV 족 반도체는 Si, Ge, SiGe를 포함할 수 있다. 기판은 벌크 웨이퍼 또는 에피택셜 층일 수 있다.
통상의 기술자는, 또한, 본 발명의 동일한 목적을 여전히 달성하면서 전술한 기술의 동작에 많은 변형이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 변형은 본 개시내용의 범위에 포함되도록 의도된 것이다. 이처럼, 본 발명의 실시예에 대한 전술한 설명은 제한하려는 의도가 아니다. 오히려, 본 발명의 실시예에 대한 임의의 제한은 다음의 청구범위에 제시되어 있다.

Claims (60)

  1. 기판을 패터닝하는 방법으로서,
    기판 상에 다층 포토레지스트 스택을 형성하는 단계로서, 상기 다층 포토레지스트 스택은, 기상 증착에 의해 증착된 건식 포토레지스트층 및 스핀-온 증착에 의해 증착된 습식 포토레지스트층을 포함하고, 상기 습식 포토레지스트층이 상기 건식 포토레지스트층 위에 위치하는, 단계;
    제1 파장의 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광하고 제1 현상 공정을 사용하여 상기 습식 포토레지스트층의 현상가능 부분을 현상함으로써 상기 습식 포토레지스트층에 제1 릴리프 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 제1 릴리프 패턴은 상기 건식 포토레지스트층의 부분을 노출하는, 단계; 및
    제2 파장의 화학 방사선의 제2 패턴으로 노광하고 제2 현상 공정을 사용하여 상기 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분을 현상함으로써 상기 건식 포토레지스트층에 제2 릴리프 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분은 상기 화학 방사선의 제2 패턴과 상기 제1 릴리프 패턴의 조합에 의해 정의되고, 상기 제1 릴리프 패턴과 상기 제2 릴리프 패턴은 조합된 릴리프 패턴을 함께 형성하는, 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 파장은 124 nm 내지 400 nm인, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 파장은 198 nm인, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 파장은 10 nm 내지 124 nm인, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 파장은 13.5 nm인, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 습식 포토레지스트층은, 상기 제1 파장의 화학 방사선이 상기 제1 현상 공정에 관하여 상기 습식 포토레지스트층의 현상가능성을 변화시킨다는 점에서 상기 제1 파장의 화학 방사선에 감응하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 건식 포토레지스트층은, 상기 제2 파장의 화학 방사선이 상기 제2 현상 공정에 관하여 상기 건식 포토레지스트층의 현상가능성을 변화시킨다는 점에서 상기 제2 파장의 화학 방사선에 감응하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 화학 방사선의 제2 패턴의 적어도 하나의 노광 영역은 노광 동안 상기 제1 릴리프 패턴과 부분적으로 중첩하도록 구성된, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 노광 영역에서 상기 제1 릴리프 패턴에 의해 덮인 상기 건식 포토레지스트층의 일부의 현상가능성은 상기 제2 현상 공정에 관하여 변하지 않는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 노광 영역에서 상기 제1 릴리프 패턴에 의해 덮이지 않은 상기 건식 포토레지스트층의 일부의 현상가능성은 상기 제2 현상 공정에 관하여 변하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 현상 공정은 상기 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분의 기상 제거를 포함하거나, 상기 건식 포토레지스트층의 현상가능 부분을 제거하기 위한 액체 현상제의 사용을 포함하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 릴리프 패턴을 형성하는 단계는 안티-스페이서(anti-spacer) 공정에 의해 개구를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 릴리프 패턴을 형성하는 단계는, 상기 습식 포토레지스트층 및 상기 습식 포토레지스트층과 상기 건식 포토레지스트층에 관하여 다른 에칭 저항성을 갖는 제3 재료를 포함하는 다중-라인 층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 릴리프 패턴, 상기 제2 릴리프 패턴, 및 상기 제2 릴리프 패턴 아래에 위치하는 기저층 중 하나의 노출된 부분 상에 제4 재료를 선택적으로 증착하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 조합된 릴리프 패턴을 상기 건식 포토레지스트층 아래에 위치하는 기저층으로 전사하는 이방성 에칭 공정을 실행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 릴리프 패턴이 상기 건식 포토레지스트층의 부분을 노출하는 것은, 상기 제1 릴리프 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여 상기 습식 포토레지스트층과 상기 건식 포토레지스트층 사이의 하나 이상의 중간층을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 중간층을 에칭하는 단계는 반사-방지 코팅층을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 기상 증착은, 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD), 원자층 증착(ALD), 또는 에피택셜 성장을 포함하는, 방법.
  19. 기판을 패터닝하는 방법으로서,
    스핀-온 증착에 의해 기판 상에 제1 포토레지스트막을 증착하는 단계로서, 상기 제1 포토레지스트막은 자외선(UV) 방사선이 특정 현상제에 관하여 상기 제1 포토레지스트막의 용해도를 변화시킨다는 점에서 UV 방사선에 감응하는, 단계;
    기상 증착에 의해 상기 기판 상에 제2 포토레지스트막을 증착하는 단계로서, 상기 제2 포토레지스트막은, 극자외선(EUV) 방사선을 이용한 노광이 특정 현상 공정에 관하여 상기 제2 포토레지스트막의 현상가능성을 변화시킨다는 점에서 EUV 방사선에 감응하고, 상기 제2 포토레지스트막이 상기 제1 포토레지스트막 아래에 위치하는, 단계;
    UV 방사선의 제1 패턴으로 노광하고 상기 특정 현상제를 사용하여 상기 제1 포토레지스트막의 용해가능 부분을 현상함으로써 상기 제1 포토레지스트막에 제1 릴리프 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 제1 릴리프 패턴의 형성은 상기 제2 포토레지스트막의 부분의 노출을 포함하는, 단계; 및
    EUV 방사선의 제2 패턴으로 노광하고 상기 특정 현상 공정을 사용하여 상기 제2 포토레지스트막의 현상가능 부분을 현상함으로써 상기 제2 포토레지스트막에 제2 릴리프 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 제2 포토레지스트막의 현상가능 부분은 상기 EUV 방사선의 제2 패턴과 상기 제1 릴리프 패턴에 기초하고, 상기 제1 릴리프 패턴과 상기 제2 릴리프 패턴은 조합된 릴리프 패턴을 함께 형성하는, 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 UV 방사선의 제1 패턴으로의 노광은 193 nm 파장의 광을 사용하는 노광을 포함하고, 상기 EUV 방사선의 제2 패턴으로의 노광은 13.5 nm 파장의 광을 사용하는 노광을 포함하는, 방법.
  21. 기판을 패터닝하는 방법으로서,
    기판 상에 다층 포토레지스트 스택을 형성하는 단계로서, 상기 다층 포토레지스트 스택은 스핀-온 증착에 의해 증착된 습식 포토레지스트의 제1 층 및 기상 증착에 의해 증착된 건식 포토레지스트의 제2 층을 포함하고, 상기 제1 층이 상기 제2 층 위에 위치하는, 단계;
    제1 파장의 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광하고 제1 현상 공정을 사용하여 상기 제1 층의 현상가능 부분을 현상함으로써 상기 제1 층에 제1 릴리프 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 제1 릴리프 패턴이 상기 제2 층의 부분을 노출하는, 단계;
    상기 제1 릴리프 패턴의 다색 층을 형성하는 단계로서, 상기 다색 층은 습식 포토레지스트 및 상기 습식 포토레지스트와 상기 건식 포토레지스트와는 다른 제3 재료를 포함하는, 단계; 및
    상기 습식 포토레지스트, 상기 건식 포토레지스트, 및 상기 제3 재료 중 하나 또는 둘의 노출된 부분에 대하여 선택적 패터닝 공정을 실행하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 기판 상에 패터닝된 층을 형성하여 상기 기판의 선택된 영역들을 상기 선택적 패터닝 공정에 대하여 노광하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 선택적 패터닝 공정을 실행하는 단계는 상기 습식 포토레지스트, 상기 건식 포토레지스트, 및 상기 제3 재료 중 하나 또는 둘의 노출된 부분 상에 제4 재료를 선택적으로 증착하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 선택적 패터닝 공정을 실행하는 단계는 상기 습식 포토레지스트, 상기 건식 포토레지스트, 및 상기 제3 재료 중 하나 또는 둘의 노출된 부분을 선택적으로 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 선택적 패터닝 공정을 실행하는 단계는 상기 습식 포토레지스트, 상기 건식 포토레지스트, 및 상기 제3 재료 중 하나 또는 둘의 노출된 부분을 제4 재료로 선택적으로 교체하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기 다색 층을 형성하는 단계는 안티-스페이서 공정을 실행하는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 안티-스페이서 공정을 실행하는 단계는,
    상기 습식 포토레지스트의 개구를 오버코트 재료로 채우는 단계;
    상기 습식 포토레지스트의 경계에 걸쳐 용해도-전환제를 확산시키는 단계; 및
    상기 습식 포토레지스트의 현상가능 부분 또는 상기 오버코트 재료의 현상가능 부분을 현상하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제21항에 있어서, 상기 다색 층은, 교대로 배열되고 서로 이격된 상기 습식 포토레지스트의 라인과 상기 제3 재료의 라인을 포함하는 다중-라인 층을 포함하여, 상기 건식 포토레지스트의 부분을 노출 상태로 두는, 방법.
  29. 제21항에 있어서, 제2 파장의 화학 방사선의 제2 패턴으로 노광하고 제2 현상 공정을 사용하여 상기 제2 층의 현상가능 부분을 현상함으로써 상기 제2 층에 제2 릴리프 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 층의 현상가능 부분은 상기 화학 방사선의 제2 패턴과 상기 제1 릴리프 패턴의 조합에 의해 정의되고, 상기 제1 릴리프 패턴과 상기 제2 릴리프 패턴은 조합된 릴리프 패턴을 함께 형성하는, 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제2 파장은 10 nm 내지 124 nm인, 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제2 파장은 13.5 nm인, 방법.
  32. 제29항에 있어서, 상기 제2 층은, 상기 제2 파장의 화학 방사선이 상기 제2 현상 공정에 관하여 상기 제2 층의 현상가능성을 변화시킨다는 점에서 상기 제2 파장의 화학 방사선에 감응하는, 방법.
  33. 제29항에 있어서, 상기 제2 현상 공정은 상기 제2 층의 현상가능 부분의 기상 제거를 포함하거나, 상기 제2 층의 현상가능 부분을 제거하기 위한 액체 현상제의 사용을 포함하는, 방법.
  34. 제29항에 있어서, 상기 건식 포토레지스트의 노출된 부분은 상기 조합된 릴리프 패턴 위에 형성된 제3 릴리프 패턴을 사용하여 부분적으로 덮이는, 방법.
  35. 제21항에 있어서, 상기 제1 파장은 124 nm 내지 400 nm인, 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 제1 파장은 198 nm인, 방법.
  37. 제21항에 있어서, 상기 제1 층은, 상기 제1 파장의 화학 방사선이 상기 제1 현상 공정에 관하여 상기 제1 층의 현상가능성을 변화시킨다는 점에서 상기 제1 파장의 화학 방사선에 감응하는, 방법.
  38. 제21항에 있어서, 상기 선택적 패터닝 공정은 상기 건식 포토레지스트의 노출된 부분에 대하여 실행되는, 방법.
  39. 기판을 패터닝하는 방법으로서,
    스핀-온 증착에 의해 기판 상에 제1 포토레지스트막을 증착하는 단계로서, 상기 제1 포토레지스트막은 자외선(UV) 방사선이 특정 현상제에 관하여 상기 제1 포토레지스트막의 용해도를 변화시킨다는 점에서 UV 방사선에 감응하는, 단계;
    기상 증착에 의해 상기 기판 상에 제2 포토레지스트막을 증착하는 단계로서, 상기 제2 포토레지스트막은, 극자외선(EUV) 방사선을 이용한 노광이 특정 현상 공정에 관하여 상기 제2 포토레지스트막의 현상가능성을 변화시킨다는 점에서 EUV 방사선에 감응하고, 상기 제2 포토레지스트막이 상기 제1 포토레지스트막 아래에 위치하는, 단계;
    UV 방사선의 제1 패턴으로 노광하고 상기 특정 현상제를 사용하여 상기 제1 포토레지스트막의 용해가능 부분을 현상함으로써 상기 제1 포토레지스트막에 제1 릴리프 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 제1 릴리프 패턴의 형성은 안티-스페이서 공정에 의한 다색 층의 형성을 포함하고, 상기 다색 층은, 상기 제1 포토레지스트막, 및 상기 제1 포토레지스트막 및 상기 제2 포토레지스트막과는 다른 제3 재료를 포함하는, 단계;
    EUV 방사선의 제2 패턴으로 노광하고 상기 특정 현상 공정을 사용하여 상기 제2 포토레지스트막의 현상가능 부분을 현상함으로써 상기 제2 포토레지스트막에 제2 릴리프 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 제2 포토레지스트막의 현상가능 부분은 상기 EUV 방사선의 제2 패턴과 상기 제1 릴리프 패턴에 기초하고, 상기 제2 릴리프 패턴은 기저층의 부분을 노출하고, 상기 제1 릴리프 패턴과 상기 제2 릴리프 패턴은 조합된 릴리프 패턴을 함께 형성하는, 단계; 및
    상기 제1 릴리프 패턴, 상기 제2 릴리프 패턴, 및 상기 기저층 중 하나의 노출 부분 상에 제4 재료를 선택적으로 증착하는 단계를 포함하는, 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 UV 방사선의 제1 패턴으로의 노광은 193 nm 파장의 광을 사용하는 노광을 포함하고, 상기 EUV 방사선의 제2 패턴으로의 노광은 13.5 nm 파장의 광을 사용하는 노광을 포함하는, 방법.
  41. 기판을 패터닝하는 방법으로서,
    기판 상에 다층 포토레지스트 스택을 형성하는 단계로서, 상기 다층 포토레지스트 스택은, 스핀-온 증착에 의해 증착된 습식 포토레지스트의 제1 층 및 기상 증착에 의해 증착된 건식 포토레지스트의 제2 층을 포함하고, 상기 제1 층은 상기 제2 층 위에 위치하는, 단계; 및
    상기 다층 포토레지스트 스택을, 화학 방사선의 공간적으로 가변되는 상대적 선량을 포함하는 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광하는 단계로서, 상기 화학 방사선의 제1 패턴은 고 선량 영역, 중간 선량 영역, 및 저 선량 영역을 포함하는, 단계를 포함하고,
    상기 다층 포토레지스트 스택 및 상기 화학 방사선의 제1 패턴은, 상기 다층 포토레지스트 스택을 상기 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광한 후,
    상기 고 선량 영역에서, 상기 제1 층과 상기 제2 층 모두의 현상가능성이 변하고,
    상기 중간 선량 영역에서, 상기 제1 층의 현상가능성이 변하는 한편 상기 제2 층의 현상가능성은 변하지 않고,
    상기 저 선량 영역에서, 상기 제1 층과 상기 제2 층 모두의 현상가능성이 변하지 않도록 구성되는, 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 제1 층과 상기 제2 층은 동일한 파장의 화학 방사선에 감응하는, 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 동일한 파장은 10 nm 내지 124 nm인, 방법.
  44. 제43항에 있어서, 상기 동일한 파장은 13.5 nm인, 방법.
  45. 제41항에 있어서, 상기 제1 층을 현상하여 제1 릴리프 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 층을 현상하여 제2 릴리프 패턴을 형성하여, 제3 재료의 기저층의 노출 부분을 발생시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 릴리프 패턴과 상기 제2 릴리프 패턴은 조합된 릴리프 패턴을 함께 형성하는, 방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 습식 포토레지스트, 상기 건식 포토레지스트, 및 상기 제3 재료 중 하나 또는 둘의 노출 부분에 대하여 선택적 패터닝 공정을 실행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 기판 상에 패터닝된 층을 형성하여 상기 기판의 선택된 영역을 상기 선택적 패터닝 공정에 노광하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  48. 제46항에 있어서, 상기 선택적 패터닝 공정을 실행하는 단계는, 상기 습식 포토레지스트, 상기 건식 포토레지스트, 및 상기 제3 재료 중 하나 또는 둘의 노출 부분 상에 제4 재료를 선택적으로 증착하는 단계를 포함하는, 방법.
  49. 제46항에 있어서, 상기 선택적 패터닝 공정을 실행하는 단계는, 상기 습식 포토레지스트, 상기 건식 포토레지스트, 및 상기 제3 재료 중 하나 또는 둘의 노출 부분을 선택적으로 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  50. 제46항에 있어서, 상기 선택적 패터닝 공정을 실행하는 단계는, 상기 습식 포토레지스트, 상기 건식 포토레지스트, 및 상기 제3 재료 중 하나 또는 둘의 노출 부분을 제4 재료로 선택적으로 교체하는 단계를 포함하는, 방법.
  51. 제46항에 있어서, 상기 조합된 릴리프 패턴을 이방성 에칭에 의해 상기 기저층으로 전사하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  52. 제46항에 있어서, 상기 선택적 패터닝 공정은 상기 건식 포토레지스트의 노출 부분에 대하여 실행되는, 방법.
  53. 제45항에 있어서, 상기 제1 릴리프 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 하나 이상의 중간층을 에칭하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  54. 제53항에 있어서, 상기 하나 이상의 중간층을 에칭하는 단계는 반사-방지 코팅층을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
  55. 제45항에 있어서, 상기 다층 포토레지스트 스택을 화학 방사선의 제2 패턴으로 노광하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  56. 제45항에 있어서, 상기 제1 층을 현상하는 단계는 상기 제1 층의 현상가능 부분의 기상 제거를 포함하거나, 상기 제1 층의 현상가능 부분을 제거하기 위한 액체 현상제의 사용을 포함하고,
    상기 제2 층을 현상하는 단계는 상기 제2 층의 현상가능 부분의 기상 제거를 포함하거나, 상기 제2 층의 현상가능 부분을 제거하기 위한 액체 현상제의 사용을 포함하는, 방법.
  57. 제41항에 있어서, 상기 다층 포토레지스트 스택을 상기 화학 방사선의 제1 패턴으로 노광하는 단계 후,
    상기 고 선량 영역과 상기 중간 선량 영역에서는, 상기 제1 층이 현상가능해지도록 구성되고,
    상기 고 선량 영역에서는, 상기 제2 층이 현상가능해지도록 구성되는, 방법.
  58. 제41항에 있어서, 상기 화학 방사선의 제1 패턴은 상기 기판의 작업면에 수직인 평면에서 실질적으로 정현파인 선량 구배를 포함하는, 방법.
  59. 기판을 패터닝하는 방법으로서,
    기판 상에 다층 포토레지스트 스택을 형성하는 단계로서, 상기 다층 포토레지스트 스택은, 기상 증착에 의해 증착된 건식 포토레지스트층 및 스핀-온 증착에 의해 증착된 습식 포토레지스트층을 포함하고, 상기 습식 포토레지스트층은 상기 건식 포토레지스트층 위에 위치하는, 단계; 및
    상기 다층 포토레지스트 스택을 화학 방사선의 패턴으로 노광하는 단계로서, 기판 상의 공간적 위치에서 화학 방사선의 상이한 상대적 선량들을 포함하는 상기 화학 방사선의 패턴은 고 선량 영역, 중간 선량 영역 및 저 선량 영역을 포함하는, 단계를 포함하고,
    상기 다층 포토레지스트 스택의 조성은, 상기 화학 방사선의 패턴으로의 노광의 결과로,
    상기 고 선량 영역에서는, 상기 건식 포토레지스트층과 상기 습식 포토레지스트층 모두의 현상가능성이 변하지 않고,
    상기 중간 선량 영역에서는, 상기 습식 포토레지스트층의 현상가능성이 변하는 한편 상기 건식 포토레지스트층의 현상가능성이 변하지 않고,
    상기 저 선량 영역에서는, 상기 건식 포토레지스트층과 상기 습식 포토레지스트층 모두의 현상가능성이 변하도록 선택되는, 방법.
  60. 제59항에 있어서, 상기 습식 포토레지스트층과 상기 건식 포토레지스트층은 13.5 nm 파장의 광을 사용하는 화학 방사선에 대하여 모두 감응하는, 방법.
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