KR20240011641A - 마스크 형성을 위한 이차 레지스트 표면 기능화를 이용하는패터닝 방법 - Google Patents

마스크 형성을 위한 이차 레지스트 표면 기능화를 이용하는패터닝 방법 Download PDF

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Abstract

기판을 패터닝하는 방법은, 기판 상의 포토레지스트 층을 화학 방사선의 패턴으로 노광시켜 화학 반응성 표면 패턴을 형성하는 단계, 및 트랙 시스템에서, 스핀-온-재료를 코팅하여 화학 반응성 표면 패턴을 포토레지스트 표면 마스크 패턴으로 변환하는 단계를 포함한다. 방법은 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 제1 에칭 마스크로서 이용하여 포토레지스트 층을 에칭하여 포토레지스트 마스크 패턴을 형성하는 단계, 및 제2 에칭 마스크로서 포토레지스트 마스크 패턴을 이용하여, 에칭하고자 하는 층을 에칭하는 단계를 추가로 포함한다.

Description

마스크 형성을 위한 이차 레지스트 표면 기능화를 이용하는 패터닝 방법{PATTERNING METHOD USING SECONDARY RESIST SURFACE FUNCTIONALIZATION FOR MASK FORMATION}
본원은, 2022년 7월 19일자로 출원된 미국 가출원 제63/390,415호의 이익을 주장하며, 이 출원은 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 반도체 기판의 패터닝에 관련된 공정뿐만 아니라, 집적 회로의 미세 가공(microfabrication) 공정을 포함하는 미세 가공에 관한 것이다.
재료 공정 처리 방법론(예를 들어, 포토리소그래피)에서, 패터닝된 층을 생성하는 것은, 일반적으로 포토레지스트와 같은 화학 방사선-감응성 재료의 얇은 층을 기판의 상부 표면에 도포하는 것을 포함한다. 이러한 화학 방사선-감응성 재료는 패턴을 에칭하거나 또는 패턴을 기판 상의 하부 층에 전사하기 위해서 사용될 수 있는 패터닝된 마스크로 변환된다. 일반적으로, 화학 방사선-감응성 재료의 패터닝은, 예를 들어 포토리소그래피 시스템을 사용하여, 방사선원을 레티클(및 관련 광학장치)을 통해 화학 방사선-감응성 재료에 노광시키는 것을 포함한다. 이러한 노광은, 그 후에 현상될 수 있는 화학 방사선-감응성 재료 내에서 잠재 패턴을 생성한다. 현상이란, 화학 방사선-감응성 재료의 일부를 용해 및 제거하여 토포그래픽(topographi) 또는 릴리프(relief) 패턴을 생성하는 것을 지칭한다. 예를 들어, 현상은 현상 용매 또는 현상 에천트(etchant) 가스를 사용하여, 화학 방사선-감응성 재료의 조사된(irradiated) 영역(포지티브 포토레지스트(positive photoresist)의 경우), 또는 비-조사된 영역(네거티브 레지스트의 경우)을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 그런 다음, 릴리프 패턴이 마스크 층으로서 기능할 수 있다.
기판을 패터닝하는 방법은, 트랙 시스템에서, 에칭하고자 하는 층 위에 포토레지스트 층을 포함하는 기판을 수용하는 단계로서, 포토레지스트 층은 화학 방사선에 대해서 감응성을 가지는, 단계; 포토레지스트 층을 화학 방사선의 패턴에 노광시켜 화학 방사선에 노광된 포토레지스트 층의 부분 상에 화학 반응성 표면 패턴을 형성하는 단계로서, 화학 반응성 표면 패턴과 에칭하고자 하는 층 사이의 포토레지스트 층의 더 깊은 부분은 노광 후에 화학 방사선에 노광되지 않은 상태로 남겨지는, 단계; 트랙 시스템에서, 스핀-온-재료(spin-on-material)를 코팅하여 화학 반응성 표면 패턴을 포토레지스트 표면 마스크 패턴으로 변환하는 단계로서, 화학 반응성 표면 패턴은 변환 중에 마스킹 화학물질과 상호 작용하는, 단계; 트랙 시스템에서, 포토레지스트 표면 마스크 패턴으로 변환되지 않은 스핀-온-재료의 부분을 제거하는 단계; 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 제1 에칭 마스크로서 사용하여 포토레지스트 층을 에칭하여 포토레지스트 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 포토레지스트 마스크 패턴을 제2 에칭 마스크로서 이용하여 에칭하고자 하는 층을 에칭하는 단계를 포함한다.
기판을 패터닝하는 방법은, 에칭하고자 하는 층 위에 스핀 코팅된 포토레지스트 층을 포함하는 기판을 수용하는 단계로서, 포토레지스트 층의 주 표면이 극자외선 방사선에 노광된 포토레지스트 층의 제1 부분 상에 화학 반응성 표면 패턴을 포함하고, 화학 반응성 표면 패턴과 에칭하고자 하는 층 사이에 배치된 포토레지스트 층의 제2 부분이 극자외선 방사선에 노광되지 않는, 단계; 마스킹 화학물질 및 용매를 포함하는 마스크 전구체 용액을 포토레지스트 층 위에 스핀 코팅하여 마스크 전구체 용액 층을 형성하는 단계; 마스크 전구체 용액 층과 화학 반응성 표면 패턴 사이의 화학 반응을 기초로, 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는 단계; 미반응 마스크 전구체 용액을 제거하는 단계; 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 제1 에칭 마스크로서 이용하여 포토레지스트 층을 패터닝하여 패터닝된 포토레지스트 층을 형성하는 단계; 및 패터닝된 포토레지스트 층을 제2 에칭 마스크로서 이용하여 에칭하고자 하는 층을 에칭하는 단계를 포함한다.
기판을 패터닝하는 방법은, 에칭하고자 하는 층 위에 배치된 포토레지스트 층 및 포토레지스트 층과 에칭하고자 하는 층 사이에 배치된 중간 층을 포함하는 기판을 수용하는 단계; 포토레지스트 층을 화학 방사선의 패턴으로 노광시켜 화학 방사선에 노광된 포토레지스트 층의 부분 상에 화학 반응성 표면 패턴을 형성하는 단계; 화학 반응성 표면 패턴을 변환하여 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는 단계; 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 제1 에칭 마스크로서 이용하여 중간 층을 에칭하여 중간 층 패턴을 형성하는 단계; 및 중간 층 패턴을 제2 에칭 마스크로서 이용하여 에칭하고자 하는 층을 에칭하는 단계를 포함한다.
본 발명 및 그 장점을 보다 완전하게 이해하기 위해서, 이제, 첨부 도면과 함께 이하의 설명을 참조한다.
도 1은 실시형태에 따른, 기판 상에 패턴을 형성하기 위한 반도체 장치의 블록도이다.
도 2는 실시형태에 따른, 마스크 형성을 위해서 이차 레지스트 표면 기능화를 이용하는 패터닝 방법을 설명하는 블록을 이용한 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3g는 실시형태에 따른, 패턴을 기판에 형성하기 위한 공정 단계의 3차원적인 등각 투영도이다.
도 4는 실시형태에 따른, 기판 상에 패턴을 형성하기 위한 반도체 장치의 블록도이다.
도 5는 실시형태에 따른, 마스크 형성을 위해서 이차 레지스트 표면 기능화를 이용하는 패터닝 방법을 설명하는 블록을 이용한 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6g는 실시형태에 따른, 패턴을 기판에 형성하기 위한 공정 단계의 3차원적인 등각 투영도이다.
도 7a 내지 도 7h는 실시형태에 따른, 패턴을 기판에 형성하기 위한 공정 단계의 3차원적인 등각 투영도이다.
본 발명이 예시적인 실시형태를 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명이 제한적인 의미로 해석된다는 것을 의미하지는 않는다. 본 발명의 다른 실시형태뿐만 아니라, 예시적인 실시형태의 다양한 수정 및 조합이, 상세한 설명을 참조할 경우, 당업자에 있어서는 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 임의의 그러한 수정 또는 실시형태를 포함하는 것으로 의도된다.
큰 개구수(NA) 극자외선(EUV) 포토리소그래피를 위한 현재의 선도적인 레지스트 후보는 금속 산화물-기반 레지스트가 있으며, 여기에서 클러스터 형성 및 네트워크 가교결합은 용해도 또는 에칭 저항의 변화를 생성한다. 포토 속력(감응성), LWR(선 폭 조도), 해상도 및 결함은 여전히 주요 과제이다. 본원에서 표면 이미징, 톤 반전 접근 방식(tone reversal approach)은 통상의 화학적 증폭(CAR) EUV 레지스트를 사용할 수 있게 한다. 본원에서 그러한 기술은 큰 NA EUV용 금속 산화물 레지스트의 대안이며, 반도체 제조를 위한 패턴 형성에 대한 고유한 접근 방식을 제공함으로써 해상도/선 연부 조도/감응도(RLS)의 삼각 관계를 깨뜨릴 수 있는 능력을 가능하게 한다.
본원에서 설명된 기술은 EUV 레지스트 또는 기타 레지스트의 표면 이미징 만을 필요로 하고, 즉 주어진 화학 방사선의 패턴이 주어진 레지스트 층 두께를 완전히 노광시킬 필요가 없다. 표면 이미징은, 전체 포토레지스트 층 두께를 통해 이미징하는 것보다, 더 적은 수의 EUV 광자(따라서 더 적은 선량 및 더 빠른 스캐닝 시간)를 필요로 한다. 본원의 기술은 더 긴 파장의 레지스트, UV 레지스트, DUV 레지스트, EUV 레지스트 및 e-빔 레지스트와 같은 다른 레지스트와 함께 사용할 수 있다는 점에 주목하여야 한다. 일반적으로, 약 40 nm 미만 그리고 심지어 약 10 나노미터 미만의 매우 작은 치수에서 패턴 붕괴를 방지하기 위해서 본원에서 설명된 기술을 사용할 때 보다 유리하다. 포토레지스트가 화학 방사선에 노출된 영역에서, 화학적 활성기의 표면 잠재 이미지가 형성된다. 이어서, 표면 잠재 이미지는, 포토레지스트와 상이한 에칭 선택비를 갖는, 하드마스크 화학물질, 중합, 또는 기타 마스킹 재료를 위한 선택적 증착 템플릿(selective deposition template)으로 사용될 수 있다.
따라서, 본원에서 설명된 기술은 패터닝된 재료를 제거하기 위해서 이방성 건식 에칭을 이용하여 릴리프 패턴을 포토레지스트 층으로부터 생성하는 방법을 제공한다. 본원의 실시형태는, 통상적인 화학적 증폭(CAR) 포토레지스트로 구현될 수 있는 건식 에칭 현상 용액을 제공한다. 실시형태는 포토레지스트 층의 상단 표면에서 극성 변화를 사용하여, 노광 영역과 비노광 영역 사이에서 화학적 선택비 차별화를 제공한다. 표면 상의 극성 차별화는 포토레지스트의 전체 깊이를 노광시켜야 하는 필요성을 경감하고, 습식 현상의 필요성을 경감한다. 마스킹 화학물질을 갖는 하드마스크 전구체 용액이 화학적 활성기의 표면 잠재 이미지 상에 증착될 수 있다. 마스킹 화학물질은 화학적 활성기와 반응하여 포토레지스트의 노광 표면에서 하드마스크를 형성할 수 있다. 대안적으로, 마스킹 화학물질은 포토레지스트의 표면 상에 기상 증착될 수 있고, 화학적 활성기와 반응하여 하드마스크를 형성할 수 있다. 기체 마스킹 화학물질은 화학적 활성기와 반응하여 이러한 노광된 포토레지스트 영역에 걸쳐 하드 마스크를 선택적으로 형성할 수 있다. 마스킹 화학물질은 화학적 활성기의 극성과 정전기적으로 반응하거나, 화학적으로 반응하여 공유 결합을 형성할 수 있다. 이어서, 이방성 건식 에칭 단계를 실행하여 포토레지스트 층의 피복되지 않은 부분을 제거할 수 있고, 하드마스크 재료에 의해서 덮인 영역은 보호되고 손상 없이 유지된다.
이해되는 바와 같이, 본원의 실시형태의 기술이 제공하는 몇몇 이점이 있다. 스핀-온된 레지스트 층보다 몇 배 더 얇을 수 있는 포토레지스트 층의 상단 표면만이 이미지화된다. 이는 화학적 초점 심도 및 노광 선량 요건을 상당히 경감시킨다. 실시형태의 기술은 통상적인 CAR(유기) 레지스트를 사용할 수 있다. 통상적인 레지스트의 콘트라스트 및 해상도가 실시형태의 기술로 개선될 수 있다. 마스킹 화학물질은 적은 수의 -COOH 또는 -OH 반응기와 반응할 수 있고, 여전히 전체 연부를 수정(이미지 구배 증가)하여 원본 에어리얼 이미지(aerial image)보다 더 양호한 패턴을 만들 수 있다. 건식 현상 에칭은 더 두꺼운 포토레지스트 층이 사용될 때 패턴 붕괴 위험을 감소시킨다. 향상된 LWR이 선택된 표면 중합체 또는 건식 에칭 조건의 사용을 통해서 제공된다. 포토레지스트의 표면만이 이미지화되기 때문에, 화학 방사선의 투명도(transparency)는 필요치 않다. 마스크 형성을 위해서 이차 레지스트 표면 기능화를 이용하는 실시형태의 패터닝 방법은 통합 패터닝 시스템에서 수행될 수 있다.
이제 도 1, 도 2, 및 도 3a 내지 도 3g를 참조하여 예시적인 실시형태를 설명할 것이다. 도 1은 패터닝 시스템(100)의 블록도이다. 도 2는 실시형태에 따른 패턴 형성의 주요 단계를 갖는 흐름도이다. 도 3a 내지 도 3g는 도 2의 흐름도에서의 공정 단계를 예시하는 3차원적인 등각 투영도이다.
도 1은 웨이퍼 운반 시스템(118)과 함께 커플링된 다양한 제조 툴을 보여 주는 패터닝 시스템(100)의 블록도이다. 도 1의 패터닝 시스템(100)은 포토레지스트 층을 스핀-코팅하기 위한 포토레지스트 코팅/현상 트랙, 용매를 스핀-코팅된 층으로부터 제거하기 위한 또는 열적으로 활성화된 화학 반응을 개시하기 위한 베이크 챔버(bake chamber)(104), 포토레지스트를 화학 방사선의 패턴으로 노광시키기 위한 포토리소그래피 스캐너(106), 마스킹 재료 층을 노광된 포토레지스트 층 상에 형성하기 위한 마스킹 화학물질 코팅 트랙(108), 미반응 마스킹 화학물질을 제거하기 위한 습식 세정 챔버(110), 포토레지스트 층을 통해서 하드마스크 패턴을 에칭하기 위한 포토레지스트 에칭 챔버, 에칭하고자 하는 층을 통해서 패턴을 에칭하기 위한 플라즈마 에칭 챔버(114), 및 포토레지스트와 같은 유기 층을 제거하기 위한 플라즈마 애시 챔버(plasma ash chamber)(116)를 포함한다. 툴의 일부가 트랙 시스템 내로 통합될 수 있거나, 웨이퍼 운반 시스템(118)에 의해서 트랙에 커플링된 독립형 툴일 수 있다. 트랙 시스템에서, 복수의 웨이퍼가 순차적으로 공정 처리될 수 있다. 순차적 공정이 웨이퍼에서 자동적으로 실행되도록, 트랙 시스템은 전술한 챔버 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 트랙 시스템에서, 웨이퍼는, 각각의 챔버에서 공정 처리되고 웨이퍼 운반 시스템(118)에 의해서 운반되는 동안, 트랙 상에서 지지된다. 트랙 시스템은 진공 상태가 아닌 모든 공정 처리 챔버를 통과할 수 있다. 예를 들어, 베이크 챔버(104)는 독립형 베이크 챔버일 수 있거나, 포토레지스트 코팅/현상 트랙(102) 내로 통합된 핫 플레이트일 수 있다. 포토리소그래피 스캐너(106)는 248 nm 또는 193 nm 방사선의 심자외선 스캐너(DUV), 13.5 nm 방사선의 극자외선 스캐너(EUV), 또는 e-빔 방사선 툴과 같은 스캐너일 수 있다.
도 2 및 도 3a의 블록(120)을 참조하면, 포토레지스트 층(144)이 도 1의 포토레지스트 코팅/현상 트랙(102)을 이용하여 반도체 기판(140) 위에 놓인 에칭하고자 하는 층(142) 상에 증착된다. 이러한 예시적인 실시형태에서 포토레지스트 층(144)은 화학적으로 증폭된 EUV 포토레지스트(CAR)와 같은 EUV 포토레지스트일 수 있다.
일반적으로, 본원에서 사용된 바와 같은 "기판"은 일반적으로 공정 처리되는 물체를 지칭한다. 기판(140)은 디바이스, 특히 반도체 또는 기타 전자 디바이스의 구조물의 임의의 재료 부분을 포함할 수 있고, 예를 들어, 기부 기판 구조물, 예를 들어 반도체 웨이퍼, 리소그래픽 레티클, 또는 기부 기판 구조물 상의 또는 위의 층, 예를 들어 유전체 박막, 금속 박막, 또는 전자 디바이스일 수 있다. 따라서, 기판은 패터닝되거나 또는 패터닝되지 않은, 임의의 특정 기부 구조물, 하부 층 또는 상부 층으로 제한되는 것이 아니라, 오히려 임의의 그러한 층 또는 기부 구조물, 그리고 층 및/또는 기부 구조물의 임의의 조합을 포함하는 것으로 고려된다. 설명에서는 특정 유형의 기판이 언급될 수 있지만, 이는 단지 예시적인 목적만을 위한 것이다.
도 3b와 함께 도 2의 블록(122)에서, 포토레지스트 층(144)의 표면은 포토리소그래피 스캐너(106)(도 1) 내에서 포토마스크를 통해서 투영된 화학 방사선으로 노광된다. 통상적인 CAR 포토레지스트를 이용할 때, 이는, 예를 들어, 포토레지스트에서 사용되는 재료에 따라 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH) 또는 기타 극성 또는 화학적 변화와 같은 화학적 활성기의 형성을 포함하는 레지스트 표면의 변화를 초래할 수 있다. 예를 들어, 다른 포토레지스트 제형이 포토레지스트 층의 표면 상에서 아세틸기, 설포네이트기, 에테르기, 하이드록실기, 에스테르기, 알데히드기, 카르복실기, 아민기 또는 아미드기를 초래할 수 있다. 도 3b는 화학적 반응성 표면 패턴(146)의 형성을 도시하고, 여기에서 포토레지스트 층(144)은 화학 방사선에 노광된다.
포토레지스트 층(144)을 통해서 패턴을 완전히 노광시키는 대신 화학 반응성 표면 패턴(146)을 포토레지스트의 표면에 형성하는 것은 많은 수의 상당한 장점을 제공한다. 유리하게는, 화학 반응성 표면 패턴(146)을 형성하는 데 필요한 화학 방사선의 선량은, 포토레지스트 층(144)의 전체 두께를 통해서 패턴을 노광시키는 데 필요한 선량보다 적다. 예를 들어, 이러한 적은 선량은, EUV 포토리소그래피 툴에서 매시간 프린트될 수 있는 웨이퍼 수의 상응하는 증가를 가능하게 할 수 있다. 또한, 유리하게는, 화학 반응성 표면 패턴(146)이 포토레지스트 층(144)의 표면 상에만 형성되기 때문에, 포토리소그래피 스캐너(106)를 위한 초점 심도 요건이 상당히 완화된다. 화학 반응성 표면 패턴(146)이 포토레지스트 층(144)의 표면에만 형성되기 때문에, 포토레지스트 층(144)은, 패턴이 포토레지스트 층(144)의 전체를 통해서 노광될 때 요구되는 것과 같이 화학 방사선에 대해서 투명할 필요는 없다. 노광 후에, 노광 후 베이크를 수행하여 과다 용매를 제거하고 화학적으로 증폭된 레지스트 내에서 화학 반응을 향상시킬 수 있다.
도 2 및 도 3c의 블록(124)에서, 마스킹 전구체 재료 용액이 노광된 포토레지스트 층(144)의 표면 상에서 스핀-코팅되어 마스킹 전구체 재료 층(147)을 형성할 수 있다. 마스킹 화학물질 코팅 트랙(108)(도 1)을 이용하여, 마스킹 전구체 재료 용액이 스핀 코팅될 수 있다. 마스킹 전구체 재료는 무기질일 수 있거나 그렇지 않으면 포토레지스트와 상이할 수 있다.
도 2 및 도 3d의 블록(126)에서, 마스킹 전구체 재료 층(147) 내의 마스킹 화학물질은 화학 반응성 표면 패턴(146) 내의 반응기와 반응하여 포토레지스트 표면 마스크 패턴(148)이 될 수 있다. 마스킹 전구체 재료 층(147)은, 화학 반응성 표면 패턴(146)과 반응하여 비노광 포토레지스트와 상이한 에칭 비저항/선택비를 갖는 하드마스크를 형성하는 마스킹 전구체 화학물질을 포함할 수 있다. 예시적인 마스킹 재료는, 에칭 선택비가 포토레지스트와 상이한, 규소 질화물, 규소 산화물, 및 다른 유전체 또는 금속-함유 재료, 예를 들어 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 티타늄 텅스텐을 포함한다. 많은 마스킹 재료는 포토레지스트에 비해서 상당히 더 큰 에칭 선택비를 가지며, 이는 비교적 얇은 포토레지스트 표면 마스크 패턴(148)(약 5 nm 내지 150 nm)이 에칭 마스크로서 충분할 수 있다는 것을 의미한다. 마스킹 전구체 화학물질과 반응기 사이의 화학 반응은 상온에서 발생될 수 있거나, 베이크 챔버(104)(도 1) 내의 상승된 온도에서 발생될 수 있다.
도 2 및 도 3d의 블록(128)에서, 마스킹 전구체 재료 층(147) 내의 미반응 마스킹 화학물질이 제거될 수 있다. 미반응 마스킹 화학물질은 포토레지스트 코팅/현상 트랙(102)(도 1)의 현상제 부분을 이용하여, 습식 세정 챔버(110)를 이용하여, 또는 도 1의 패터닝 시스템(100)의 스핀/린스/건조 챔버를 이용하여 제거될 수 있다.
도 2 및 도 3e의 블록(130)에서, 포토레지스트 표면 마스크 패턴(148)을 제1 에칭 마스크 형성 포토레지스트 마스크 패턴(145)으로서 이용하여, 이방성 건식 에칭 단계를 수행하여 포토레지스트 층(144)의 전체 두께를 통해서 에칭을 수행할 수 있다. 이러한 이방성 에칭 단계는 도 1의 패터닝 시스템(100) 내의 포토레지스트 에칭 챔버(112)와 같은 통상적인 플라즈마-기반 에칭기에서 실행될 수 있다.
포토레지스트 마스크 패턴(145)은, 도 2 및 도 3f의 블록(132)에서 설명된 바와 같이, 에칭하고자 하는 하부 층(142) 내로 패턴을 에칭하기 위한 제2 에칭 마스크로서 이용될 수 있다. 패터닝된 기하형태(150)가 에칭하고자 하는 층(142) 내에 형성된다. 이러한 에칭은 도 1의 패터닝 시스템(100) 내의 플라즈마 에칭 챔버(114)에서 수행될 수 있다. 대안적으로, 패턴을 반전시켜, 포토레지스트 마스크 패턴(145)의 개구부를 충진 재료로 충진하는 것, 평탄화하는 것, 이어서 포토레지스트 마스크 패턴(145)을 제거하는 것에 의해서 역 릴리프 패턴을 형성할 수 있다. 이중 패터닝 기술을 또한 실행할 수 있다.
도 2 및 도 3g의 블록(134)에서, 포토레지스트 마스크 패턴(145)이 플라즈마 애싱 챔버(116)(도 1)에서 제거되어 패터닝된 기하형태(150)를 기판(140) 상에 남길 수 있다.
일부 실시형태에서, 에칭하고자 하는 층(142)은, 에칭하고자 하는 하부 재료와 상이한 에칭 선택비를 갖는 하드마스크 재료일 수 있다. 이러한 실시형태에서, 포토레지스트 표면 마스크 패턴(148)/포토레지스트 마스크 패턴(145)은, 하드마스크 재료 내에서 패터닝된 기하형태(150)를 형성하는 패턴을 에칭하기 위한 제1 에칭 마스크일 수 있다. 이어서, 포토레지스트 표면 마스크 패턴(148)/포토레지스트 마스크 패턴(145)은 플라즈마 애시 챔버(116)(도 1) 내의 애싱에 의해서 제거될 수 있다. 패터닝된 기하형태(150)는 패턴을 기판(140) 상의 하부 층 또는 층들로 에칭하기 위한 제2 에칭 마스크로서 사용될 수 있다.
포토레지스트 층의 전체 두께가 EUV 스캐너에서 노광되는 통상적인 EUV 포토레지스트는 매우 감응적이 되도록 설계된다. EUV 방사선으로 노광된 EUV 포토레지스트의 부분은, EUV 포토레지스트가 네거티브 또는 포지티브 톤(positive tone)인지에 따라, 액체 또는 기체 현상제 내에서 가용성 또는 불용성이 된다. 또한, 전형적인 EUV 포토레지스트는, 현상된 EUV 포토레지스트 기하형태(특히 폭이 40 nm 이하인 고종횡비 기하형태)가 패턴 왜곡 및 패턴 붕괴에 대해서 양호한 구조적 무결성을 갖도록 설계되어야 한다. 이러한 엄격한 기준을 동시에 만족시키기 위해서, 통상적인 EUV 포토레지스트는 일반적으로 매우 고가이다.
이제, 도 4, 도 5, 도 6a 내지 도 6g, 및 도 7a 내지 도 7h를 참조하여, 얇은 포토레지스트 표면 에칭 마스크의 형성을 설명하는 실시형태를 설명할 것이다. 도 4는 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 얇은 포토레지스트 표면 에칭 마스크 패턴을 형성하기 위한 패터닝 시스템(115)을 설명하는 블록도이다. 도 5는 실시형태에 따른 얇은 포토레지스트 표면 에칭 마스크 패턴을 형성하기 위한 주요 단계를 설명하는 블록을 갖는 흐름도이다. 도 6a 내지 도 6g는, 선택적인 중간 층(200)을 생략한, 도 5의 흐름도에서의 공정 단계를 예시하는 3차원적인 등각 투영도이다. 도 7a 내지 도 7h는, 선택적인 중간 층이 포함된, 도 5의 흐름도에서의 공정 단계를 예시하는 3차원적인 등각 투영도이다.
이차 레지스트 표면 기능화 패터닝 방법은, EUV 포토레지스트가 노광된 표면에서만 화학 반응기를 형성한다. 이어서, 포토레지스트 표면 마스크 패턴이 이러한 노광된 영역 상에 형성된다. 일부 적용예에서, 에칭 중의 레지스트 침식을 보상하기 위해서 또는 수직 측벽을 갖는 고종횡비 트렌치의 에칭을 가능하게 하기 위해서, 두꺼운 포토레지스트 층이 필요할 수 있다. 두꺼운 EUV 포토레지스트의 층이 사용되는 경우, 표면 아래에서 그리고 포토레지스트 층(144) 전체에 걸쳐 고가의 광활성 중합체가 노광 및 반응이 되지 않은 상태로 남는다. 이러한 고가의 광활성 중합체는 포토레지스트 표면 마스크 패턴(148)에 의해서 보호되지 않는 영역에서 에칭으로 제거된다. 포토레지스트 표면 에칭 마스크(148)가 하부의 에칭하고자 하는 층(142)에 대해서 충분히 큰 에칭 선택비를 갖는 경우, 50 nm 이하의 포토레지스트 두께로 충분할 수 있다. EUV 포토레지스트는 100 nm 이하의 두께로 스핀-온 증착될 수 있다. EUV 포토레지스트는 30 nm의 두께로 스핀-온 증착될 수 있고, 미래에는 보다 더 얇아질 수 있다. 약 5 nm 내지 150 nm 범위의 얇은광활성 중합체의 층이 포토레지스트 증착 또는 포토레지스트 기상 중합 장비 및 기술을 이용하여 기상 증착될 수 있다.
에칭 중의 손실을 보상하기 위해서 또는 고종횡비 트렌치의 에칭을 가능하게 하기 위해서 두꺼운 패턴이 요구되는 경우에, 얇은(5 nm 내지 150 nm) 고가의 EUV 포토레지스트의 층이 두꺼운(1,000 nm 내지 5,000 nm 또는 그 초과) 저렴한 비-광활성 중합체의 중간 층(200)의 상단에 증착될 수 있다. 비-광활성 중합체는 패턴의 구조적 무결성을 개선하기 위해서 그리고 비용을 절감하기 위해서 고가의 EUV 포토레지스트 중합체보다 훨씬 더 유연하게 설계될 수 있다. 비-광활성 중합체 층 내의, 예를 들어 선택적 중간 층(200) 내의 고종횡비 기하형태는 양호한 구조적 무결성을 갖고 그에 따라 고종횡비 패턴의 왜곡을 방지하도록 설계될 수 있으나, 광활성적이거나 EUV에 대해서 투명할 필요가 없기 때문에 상당히 저렴할 수 있다.
대안적으로, 중간 층(200)은, 에칭하고자 하는 하부 층과 에칭 선택비가 상이한, 하드마스크 재료, 예를 들어 규소 질화물, 규소 산화물, 및 다른 유전체 재료 또는 금속-함유 재료, 예를 들어 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 및 티타늄 텅스텐을 포함할 수 있다.
도 4의 패터닝 시스템(115)의 블록도는 웨이퍼 운반 시스템(118)과 함께 커플링된 다양한 제조 툴을 도시한다. 툴의 일부가 트랙 내로 통합될 수 있거나, 웨이퍼 운반 시스템(118)에 의해서 트랙에 커플링된 독립형 툴일 수 있다. 도 4의 패터닝 시스템(115)은 중간 층을 스핀-코팅하기 위한 중간 층 트랙, 용매를 스핀-코팅된 층으로부터 제거하기 위한 또는 열적으로 활성화된 화학 반응을 개시하기 위한 베이크 챔버(104), 얇은 포토레지스트 층을 증착하기 위한 포토레지스트 증착 챔버(188), 포토레지스트를 화학 방사선의 패턴으로 노광시키기 위한 포토리소그래피 스캐너, 마스킹 화학물질 증착 챔버(182), 미반응 마스킹 화학물질을 제거하기 위한 습식 세정 챔버(110), 및 포토레지스트와 같은 유기 층을 제거하기 위한 플라즈마 애시 챔버(116)를 포함한다. 포토레지스트 증착 챔버(188)는 스핀-온 포토레지스트 트랙, 포토레지스트 기상 증착 챔버, 또는 포토레지스트 기상 중합 챔버일 수 있다. 베이크 챔버(104)는 독립형 베이크 챔버일 수 있거나, 중간 층 코팅 트랙(180)에 통합된 핫 플레이트일 수 있다. 포토리소그래피 스캐너(106)는 248 nm 또는 193 nm 방사선의 심자외선 스캐너(DUV), 13.5 nm 방사선의 극자외선 스캐너(EUV), 또는 e-빔 방사선 스캐너와 같은 스캐너일 수 있다.
도 5 및 도 7a의 블록(160)을 참조하면, 선택적 중간 층(200)은 반도체 기판(140) 위의 에칭하고자 하는 층(142) 상에 증착될 수 있다. 도 6a는, 얇은 포토레지스트 표면 에칭 마스크(210)(도 6f)가 에칭하고자 하는 층(142)에 대해서 충분한 선택비를 가지고 그에 따라 중간 층(200)이 생략될 수 있는 실시형태를 도시한다. 중간 층(200)이 중합체 층일 때, 이는 도 4의 패터닝 시스템(115)의 중간 층 코팅 트랙(180)에서 에칭하고자 하는 층(142) 상으로 스핀-코팅될 수 있다. 중간 층(200)은, 고종횡비의 패터닝된 기하형태에서 구조적 무결성을 갖도록 설계되고, 상부의 얇은 포토레지스트 표면 에칭 마스크(210)(도 8e)에 대한 선택비를 갖도록 설계된 중합체일 수 있다. 대안적으로, 중간 층(200)은 CVD 또는 PVD 기술을 이용하여 증착된 유전체 또는 금속과 같은 하드마스크 재료로 구성될 수 있다.
도 6a 및 도 7a와 함께, 도 5의 블록(160)에서, 얇은 포토레지스트 층(202)이 에칭하고자 하는 층(도 6b) 상에 또는 선택적인 중간 층(200)(도 7b) 상에 증착될 수 있다. 얇은 포토레지스트 층(202)은 도 4의 패터닝 시스템(115) 내의 포토레지스트 증착 챔버(188) 내에서 증착될 수 있다. 얇은(약 5 nm 내지 150 nm) 포토레지스트 박막이 스핀-온, 포토레지스트 기상 증착 챔버 내의 증착과 같은 기술을 이용하여, 또는 포토레지스트 기상 중합 챔버 내의 현장에서의 중합에 의해서 증착될 수 있다.
도 5의 블록(162)에서, 그리고 도 6b 및 도 7b에서, 얇은 포토레지스트 층(202)은 포토마스크를 통해서 투영되는 화학 방사선으로 노광되어, 얇은 포토레지스트 층(202) 상에 화학적 활성기를 갖는 패터닝된 영역(246)을 형성할 수 있다. 얇은 포토레지스트 층(202)의 두께가 통상적인 포토레지스트 층보다 얇을 수 있기 때문에, 얇은 포토레지스트 층(202)의 두께를 통해서 완전히 노광시키는 데 필요한 화학 방사선의 선량이 또한 상응하게 감소될 수 있다. 이는 스캐닝 중에 상당한 시간을 절감하여, 스캐닝의 처리량을 개선시킬 수 있다.
도 5의 블록(164)에서, 그리고 도 6c 및 도 7c에서, 패터닝된 영역(246) 내의 화학적 활성기와 반응하는 마스킹 화학물질을 함유하는 층(206)이 PVD 및 CVD와 같은 기술을 이용하여 얇은 포토레지스트 층(202) 상에 증착될 수 있다. 대안적으로, 마스킹 화학물질 층(206)은 전술한 실시형태에서 설명된 바와 같이 스핀 코팅에 의해서 증착될 수 있다.
도 5의 블록(166)에서, 그리고 도 6d 및 도 7d에서, 마스킹 화학물질은 얇은 포토레지스트 층(202)의 표면 상의 패터닝된 영역(246) 내의 화학적 활성기와 반응하여 포토레지스트 표면 에칭 마스크(210)를 형성할 수 있다. 마스킹 화학물질은 화학적 활성기의 표면 극성과 정전기적으로 반응할 수 있거나, 표면 극성과 화학적으로 반응하여 공유 결합을 형성할 수 있다. 마스킹 화학물질과 화학적 활성기 사이의 반응은 상온에서 발생될 수 있거나, 도 4의 패터닝 시스템(115) 내의 베이크 챔버(104) 내에서 열적으로 활성화될 수 있다.
도 6e 및 도 7e와 함께, 도 5의 블록(168)에서, 미반응 마스킹 화학물질이 제거될 수 있다. 이러한 동작은 코팅/현상 트랙의 현상 섹션에서 또는 습식 세정 챔버에서 또는 스핀-린스-건조 챔버에서 수행될 수 있다. 기체 유기금속 마스킹 화학물질과 같은 마스킹 화학물질이 화학적 활성기와 반응하고 포토레지스트 표면 에칭 마스크(210)를 패터닝 영역(246) 상에서만 선택적으로 증착시키는 일부 실시형태에서, 이러한 단계는 필요하지 않을 수 있다.
도 7f와 함께, 도 5의 블록(170)에서, 포토레지스트 표면 에칭 마스크(210)는, 패턴을 중간 층(200) 내로 에칭하여 중간 층 에칭 마스크(215)를 형성하기 위한 제1 에칭 패턴으로서 사용된다. 이러한 단계는 포토레지스트 표면 에칭 마스크(210)가 중간 층(200)이 없이 에칭하고자 하는 층(142) 상에 직접 형성되는 도 6a 내지 도 6g에서 설명된 실시형태에서는 수행되지 않는다. 이러한 단계는 도 4의 패터닝 시스템(115) 내의 이방성 플라즈마 에칭 챔버(중간 에칭 챔버(190))에서 수행될 수 있다. 포토레지스트 표면 에칭 마스크(210)는 중간 층 에칭 마스크(215)의 형성 후에 제거될 수 있다.
도 5의 블록(172)에서, 그리고 도 7g에서, 중간 층 에칭 마스크(215)는, 패턴을 에칭하고자 하는 하부 층(142) 내로 에칭하여 에칭된 기하형태(250)의 패턴을 기판(140) 상에 형성하기 위한 제2 에칭 패턴으로서 이용될 수 있다.
도 5의 블록(172)에서, 그리고 도 6f에서, 포토레지스트 표면 에칭 마스크(210)는, 패턴을 에칭하고자 하는 층(142) 내로 에칭하여 에칭된 기하형태(250)의 패턴을 기판(140) 상에 형성하기 위한 제1 에칭 패턴으로서 이용된다.
도 6g 및 도 7h와 함께, 도 5의 블록(174)에서, 중간 층 에칭 마스크(215)(도 7h) 및 포토레지스트 표면 에칭 마스크(210)(도 6g 및 도 7h)을 제거하여, 에칭된 기하형태(250)의 패턴을 기판(140) 상에 남길 수 있다. 중간 층이 중합체일 때, 패터닝 시스템(115) 내의 플라즈마 애시 챔버(116)를 이용하여 중간 층 에칭 마스크(215)를 제거할 수 있다.
이해되는 바와 같이, 본원의 실시형태의 많은 변경 및 수정이 고려된다. 예를 들어, 극성 변화를 갖는 표면의 노광 영역 대신, 초기 포토레지스트 층은 희망 표면 에너지를 가질 수 있고, 이어서 선택적 증착 또는 선택적 수정이 비노광 영역에서 발생되도록, 화학 방사선의 패턴이 표면 에너지를 변경할 수 있다. 선택적 증착에서, 많은 상이한 이용 가능 재료들이 사용될 수 있다. 선택적 수정에서, 추가적인 화학물질을 사용한 표면 처리뿐만 아니라 베이킹, 레이저 어닐링, 실릴레이션(silylation), 가교-결합 등을 포함하는 다양한 처리 기술을 사용할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태가 다음과 같이 요약된다. 또한, 다른 실시형태가 명세서뿐만 아니라 본 명세서에 제출된 청구범위의 전체로부터 이해될 수 있을 것이다.
실시예 1. 기판을 패터닝하는 방법으로서, 트랙 시스템에서, 에칭하고자 하는 층 위에 포토레지스트 층을 포함하는 기판을 수용하는 단계로서, 상기 포토레지스트 층은 화학 방사선에 대해서 감응성을 가지는, 단계; 상기 포토레지스트 층을 상기 화학 방사선의 패턴에 노광시켜 화학 방사선에 노광된 포토레지스트 층의 부분 상에 화학 반응성 표면 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 화학 반응성 표면 패턴과 상기 에칭하고자 하는 층 사이의 포토레지스트 층의 더 깊은 부분은 노광 후에 화학 방사선에 노광되지 않은 상태로 남겨지는, 단계; 트랙 시스템에서, 스핀-온-재료(spin-on-material)를 코팅하여 상기 화학 반응성 표면 패턴을 포토레지스트 표면 마스크 패턴으로 변환하는 단계로서, 상기 화학 반응성 표면 패턴은 변환 중에 마스킹 화학물질과 상호 작용하는, 단계; 트랙 시스템에서, 포토레지스트 표면 마스크 패턴으로 변환되지 않은 스핀-온-재료의 부분을 제거하는 단계; 상기 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 제1 에칭 마스크로서 사용하여 상기 포토레지스트 층을 에칭하여 포토레지스트 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 마스크 패턴을 제2 에칭 마스크로서 사용하여 상기 에칭하고자 하는 층을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 2. 실시예 1에 있어서, 상기 화학 방사선은 UV, DUV, EUV, 또는 e-빔 방사선인, 방법.
실시예 3. 실시예 1 또는 실시예 2에 있어서, 상기 포토레지스트 층은 화학적으로 증폭된 포토레지스트이고, 상기 포토레지스트 층을 노광시키는 것은 카르복실기 또는 하이드록실기를 형성하는 광 화학 반응을 유발하며, 상기 카르복실기 또는 하이드록실기는 상기 포토레지스트 층의 주 표면의 극성을 변경하고 화학 반응성 표면 패턴을 형성하는, 방법.
실시예 4. 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 화학 반응성 표면 패턴 상의 화학 반응기는 아세틸기, 설포네이트기, 에테르기, 하이드록실기, 에스테르기, 알데히드기, 카르복실기, 아민기 또는 아미드기를 포함하는, 방법.
실시예 5. 실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 포토레지스트 마스크 패턴은 이산화규소, 규소 질화물, 티타늄, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 또는 알루미늄 산화물을 포함하는, 방법.
실시예 6. 실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 트랙 시스템에서 상기 스핀-온-재료를 코팅하는 것은 마스킹 화학물질을 포함하는 마스크 전구체 용액으로 상기 기판을 스핀 코팅하여 마스킹 전구체 재료 층을 형성하는 것을 포함하고, 상기 마스킹 전구체 재료 층은 상기 화학 반응성 표면 패턴과 상호 작용하여 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는, 방법.
실시예 7. 기판을 패터닝하는 방법으로서 에칭하고자 하는 층 위에 스핀 코팅된 포토레지스트 층을 포함하는 기판을 수용하는 단계로서, 상기 포토레지스트 층의 주 표면이 극자외선 방사선에 노광된 포토레지스트 층의 제1 부분 상에 화학 반응성 표면 패턴을 포함하고, 상기 화학 반응성 표면 패턴과 상기 에칭하고자 하는 층 사이에 배치된 포토레지스트 층의 제2 부분이 극자외선 방사선에 노광되지 않는, 단계; 마스킹 화학물질 및 용매를 포함하는 마스크 전구체 용액을 상기 포토레지스트 층 위에 스핀 코팅하여 마스크 전구체 용액 층을 형성하는 단계; 상기 마스크 전구체 용액 층과 상기 화학 반응성 표면 패턴 사이의 화학 반응을 기초로, 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는 단계; 미반응 마스크 전구체 용액을 제거하는 단계; 상기 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 제1 에칭 마스크로서 이용하여 상기 포토레지스트 층을 패터닝하여 패터닝된 포토레지스트 층을 형성하는 단계; 및 상기 패터닝된 포토레지스트 층을 제2 에칭 마스크로서 이용하여 상기 에칭하고자 하는 층을 에칭하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 8. 실시예 7에 있어서, 상기 포토레지스트 층은 화학적으로 증폭된 포토레지스트이고, 상기 극자외선 방사선에 노광된 상기 포토레지스트 층의 제1 부분은 상기 극자외선 방사선에 노광되지 않은 상기 포토레지스트 층의 제2 부분과 상이한 극성을 포함하는, 방법.
실시예 9. 실시예 7 또는 실시예 8에 있어서, 상기 화학 반응성 표면 패턴 상의 화학 반응기는 아세틸기, 설포네이트기, 에테르기, 하이드록실기, 에스테르기, 알데히드기, 카르복실기, 아민기, 및 아미드기를 포함하는, 방법.
실시예 10. 실시예 7 내지 실시예 9 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 스핀 코팅하는 것, 상기 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는 것, 상기 미반응 마스크 전구체 용액을 제거하는 것, 상기 포토레지스트 층을 패터닝하는 것이 트랙 시스템에서 수행되는, 방법.
실시예 11. 기판을 패터닝하는 방법으로서, 에칭하고자 하는 층 위에 배치된 포토레지스트 층 및 상기 포토레지스트 층과 상기 에칭하고자 하는 층 사이에 배치된 중간 층을 포함하는 기판을 수용하는 단계; 상기 포토레지스트 층을 화학 방사선의 패턴으로 노광시켜 화학 방사선에 노광된 포토레지스트 층의 부분 상에 화학 반응성 표면 패턴을 형성하는 단계; 상기 화학 반응성 표면 패턴을 변환하여 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 제1 에칭 마스크로서 이용하여 상기 중간 층을 에칭하여 중간 층 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 중간 층 패턴을 제2 에칭 마스크로서 이용하여 상기 에칭하고자 하는 층을 에칭하는 단계를 포함한다.
실시예 12. 실시예 11에 있어서, 상기 포토레지스트 층은, 상기 트랙 시스템에서, 상기 중간 층 상으로 스핀 코팅되고, 상기 포토레지스트 층은 화학 방사선에 노광된 상기 포토레지스트 층의 제1 부분에 화학 반응성 표면 패턴을 추가로 포함하고, 상기 제1 부분과 상기 에칭하고자 하는 층 사이에 배치된 상기 포토레지스트 층의 제2 부분은 상기 화학 방사선에 노광되지 않는, 방법.
실시예 13. 실시예 11 또는 실시예 12에 있어서, 상기 포토레지스트 층은 상기 트랙 시스템의 기상 증착 챔버 내에서 또는 상기 트랙 시스템의 기상 중합 챔버 내에서 증착되고, 상기 포토레지스트 층의 두께는 약 5 nm 내지 150 nm 범위인, 방법.
실시예 14. 실시예 11 내지 실시예 13 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 포토레지스트 층은 화학적으로 증폭된 포토레지스트를 포함하고, 상기 화학 방사선에 노광된 상기 포토레지스트 층의 제1 부분은 상기 화학 방사선에 노광되지 않은 상기 포토레지스트 층의 제2 부분과 상이한 극성을 포함하는, 방법.
실시예 15. 실시예 11 내지 실시예 14 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 화학 반응성 표면 패턴 상의 화학 반응기는 아세틸기, 설포네이트기, 에테르기, 하이드록실기, 에스테르기, 알데히드기, 카르복실기, 아민기 또는 아미드기를 포함하는, 방법.
실시예 16. 실시예 11 내지 실시예 15 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 포토레지스트 표면 마스크 패턴은 이산화규소, 규소 질화물, 티타늄, 이산화티타늄, 티타늄 질화물, 또는 알루미늄 산화물을 포함하는, 방법.
실시예 17. 실시예 11 내지 실시예 16 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 트랙 시스템에서, 상기 중간 층을 스핀 코팅하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시예 18. 실시예 11 내지 실시예 17 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 화학 반응성 표면 패턴을 변환하는 것은, 상기 트랙 시스템의 기상 반응 챔버에서, 상기 화학 반응성 표면 패턴을, 규소 및 할로겐 원자를 포함하는 가스 분자; 규소, 수소 및 할로겐 원자를 포함하는 가스 분자; 규소, 산소 및 수소 원자를 포함하는 가스 분자; 규소, 수소, 산소 및 할로겐 원자를 포함하는 가스 분자; 또는 유기금속 가스 분자를 포함하는 가스 분자와 반응시키는 것을 포함하는, 방법.
실시예 19. 실시예 11 내지 실시예 18 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 변환시키는 것은, 상기 트랙 시스템의 기상 증착 챔버에서, 기상 증착 공정을 실행하여 마스킹 전구체 재료를 상기 화학 반응성 표면 패턴의 주 표면 위에 선택적으로 증착시키는 것 그리고 상기 마스킹 전구체 재료와 상기 화학 반응성 표면 패턴을 반응시켜 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는 것을 포함하는, 방법.
실시예 20. 실시예 11 내지 실시예 19 중 어느 한 실시예에 있어서, 기상 증착 공정을 실행하는 것은, 열 증착 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자 층 증착 공정, 또는 플라즈마 보조 화학 기상 증착 공정을 수행하는 것을 포함하는, 방법.
전술한 설명에서, 공정 처리 시스템의 구체적인 구조 그리고 그 구조에서 사용되는 다양한 구성요소 및 공정에 대한 설명과 같은, 구체적인 상세 사항이 설명되었다. 그러나, 본원에서의 기술은 이러한 구체적인 상세 사항으로부터 벗어나는 다른 실시형태로 실시될 수 있으며, 이러한 상세 사항은 설명을 위한 목적이지 이를 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 본원에 개시되는 실시형태를 첨부 도면들을 참조하여 설명하였다. 마찬가지로 설명을 위한 목적으로, 완전한 이해를 제공하기 위해 구체적인 수, 재료 및 구성이 제시되었다. 그럼에도 불구하고, 실시형태는 그러한 구체적인 상세 사항 없이 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능적 구성을 갖는 구성 요소에는 유사한 참조부호를 부여하였고, 임의의 중복 설명은 생략될 수 있다.
다양한 실시형태의 이해를 돕기 위해 다양한 기술이 복수의 개별 작업으로서 설명되었다. 설명의 순서는, 이들 작업이 반드시 순서에 의존하는 것임을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 실제로, 이들 작업은 제시된 순서로 수행될 필요는 없다. 설명된 작업은 설명된 실시형태와 다른 순서로 실시될 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 다양한 추가적인 동작이 수행될 수 있고/있거나 설명된 동작이 생략될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같은 "기판" 또는 "타겟 기판"은 일반적으로 본 개시 내용에 따라 처리되는 대상물을 지칭한다. 기판은 디바이스, 특히 반도체 또는 기타 전자 디바이스의 임의의 재료 부분 또는 구조물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 레티클과 같은 베이스 기판 구조물, 또는 박막과 같은 베이스 기판 구조물 상에 있거나 또는 위에 놓이는 층일 수 있다. 따라서, 기판은 패터닝되거나 또는 패터닝되지 않은, 임의의 특정 기부 구조물, 하부 층 또는 상부 층으로 제한되는 것이 아니라, 오히려 임의의 그러한 층 또는 기부 구조물, 그리고 층 및/또는 기부 구조물의 임의의 조합을 포함하는 것으로 고려된다. 설명에서는 특정 유형의 기판이 언급될 수 있지만, 이는 단지 예시적인 목적만을 위한 것이다.
또한, 당업자라면 본 발명의 동일한 목적을 여전히 달성하면서 위에서 설명된 기술의 작업에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러한 변경은 본 개시 내용의 범위에 포함되는 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명의 실시형태의 전술한 설명은 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 본 발명의 실시형태에 대한 임의의 제한 사항은 이하의 청구범위에서 제시된다.

Claims (20)

  1. 기판을 패터닝하는 방법으로서,
    트랙 시스템에서, 에칭하고자 하는 층 위에 포토레지스트 층을 포함하는 기판을 수용하는 단계로서, 상기 포토레지스트 층은 화학 방사선에 대해서 감응성을 가지는, 단계;
    상기 포토레지스트 층을 상기 화학 방사선의 패턴에 노광시켜 화학 방사선에 노광된 포토레지스트 층의 부분 상에 화학 반응성 표면 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 화학 반응성 표면 패턴과 상기 에칭하고자 하는 층 사이의 포토레지스트 층의 더 깊은 부분은 노광 후에 화학 방사선에 노광되지 않고 유지되는, 단계;
    트랙 시스템에서, 스핀-온-재료를 코팅하여 상기 화학 반응성 표면 패턴을 포토레지스트 표면 마스크 패턴으로 변환하는 단계로서, 상기 화학 반응성 표면 패턴은 변환 중에 마스킹 화학물질과 상호 작용하는, 단계;
    트랙 시스템에서, 포토레지스트 표면 마스크 패턴으로 변환되지 않은 스핀-온-재료의 부분을 제거하는 단계;
    상기 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 제1 에칭 마스크로서 사용하여 상기 포토레지스트 층을 에칭하여 포토레지스트 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 포토레지스트 마스크 패턴을 제2 에칭 마스크로서 사용하여 상기 에칭하고자 하는 층을 에칭하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학 방사선은 UV, DUV, EUV, 또는 e-빔 방사선인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트 층은 화학적으로 증폭된 포토레지스트이고, 상기 포토레지스트 층을 노광시키는 것은 카르복실기 또는 하이드록실기를 형성하는 광 화학 반응을 유발하며, 상기 카르복실기 또는 하이드록실기는 상기 포토레지스트 층의 주 표면의 극성을 변경하고 화학 반응성 표면 패턴을 형성하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학 반응성 표면 패턴 상의 화학 반응기는 아세틸기, 설포네이트기, 에테르기, 하이드록실기, 에스테르기, 알데히드기, 카르복실기, 아민기 또는 아미드기를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트 마스크 패턴은 이산화규소, 규소 질화물, 티타늄, 티타늄 산화물, 티타늄 질화물, 또는 알루미늄 산화물을 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 트랙 시스템에서 상기 스핀-온-재료를 코팅하는 것은 마스킹 화학물질을 포함하는 마스크 전구체 용액으로 상기 기판을 스핀 코팅하여 마스킹 전구체 재료 층을 형성하는 것을 포함하고, 상기 마스킹 전구체 재료 층은 상기 화학 반응성 표면 패턴과 상호 작용하여 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는, 방법.
  7. 기판을 패터닝하는 방법으로서,
    에칭하고자 하는 층 위에 스핀 코팅된 포토레지스트 층을 포함하는 기판을 수용하는 단계로서, 상기 포토레지스트 층의 주 표면이 극자외선 방사선에 노광된 포토레지스트 층의 제1 부분 상에 화학 반응성 표면 패턴을 포함하고, 상기 화학 반응성 표면 패턴과 상기 에칭하고자 하는 층 사이에 배치된 포토레지스트 층의 제2 부분이 극자외선 방사선에 노광되지 않는, 단계;
    마스킹 화학물질 및 용매를 포함하는 마스크 전구체 용액을 상기 포토레지스트 층 위에 스핀 코팅하여 마스크 전구체 용액 층을 형성하는 단계;
    상기 마스크 전구체 용액 층과 상기 화학 반응성 표면 패턴 사이의 화학 반응을 기초로, 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    미반응 마스크 전구체 용액을 제거하는 단계;
    상기 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 제1 에칭 마스크로서 이용하여 상기 포토레지스트 층을 패터닝하여 패터닝된 포토레지스트 층을 형성하는 단계; 및
    상기 패터닝된 포토레지스트 층을 제2 에칭 마스크로서 이용하여 상기 에칭하고자 하는 층을 에칭하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 포토레지스트 층은 화학적으로 증폭된 포토레지스트이고, 상기 극자외선 방사선에 노광된 상기 포토레지스트 층의 제1 부분은 상기 극자외선 방사선에 노광되지 않은 상기 포토레지스트 층의 제2 부분과 상이한 극성을 포함하는, 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 화학 반응성 표면 패턴 상의 화학 반응기는 아세틸기, 설포네이트기, 에테르기, 하이드록실기, 에스테르기, 알데히드기, 카르복실기, 아민기, 및 아미드기를 포함하는, 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 스핀 코팅하는 것, 상기 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는 것, 상기 미반응 마스크 전구체 용액을 제거하는 것, 상기 포토레지스트 층을 패터닝하는 것이 트랙 시스템에서 수행되는, 방법.
  11. 기판을 패터닝하는 방법으로서,
    에칭하고자 하는 층 위에 배치된 포토레지스트 층 및 상기 포토레지스트 층과 상기 에칭하고자 하는 층 사이에 배치된 중간 층을 포함하는 기판을 수용하는 단계;
    상기 포토레지스트 층을 화학 방사선의 패턴으로 노광시켜 화학 방사선에 노광된 포토레지스트 층의 부분 상에 화학 반응성 표면 패턴을 형성하는 단계;
    상기 화학 반응성 표면 패턴을 변환하여 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 제1 에칭 마스크로서 이용하여 상기 중간 층을 에칭하여 중간 층 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 중간 층 패턴을 제2 에칭 마스크로서 이용하여 상기 에칭하고자 하는 층을 에칭하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 포토레지스트 층은, 상기 트랙 시스템에서, 상기 중간 층 상으로 스핀 코팅되고, 상기 포토레지스트 층은 화학 방사선에 노광된 상기 포토레지스트 층의 제1 부분에 화학 반응성 표면 패턴을 추가로 포함하고, 상기 제1 부분과 상기 에칭하고자 하는 층 사이에 배치된 상기 포토레지스트 층의 제2 부분은 상기 화학 방사선에 노광되지 않는, 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 포토레지스트 층은 상기 트랙 시스템의 기상 증착 챔버 내에서 또는 상기 트랙 시스템의 기상 중합 챔버 내에서 증착되고, 상기 포토레지스트 층의 두께는 약 5 nm 내지 150 nm 범위인, 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 포토레지스트 층은 화학적으로 증폭된 포토레지스트를 포함하고, 상기 화학 방사선에 노광된 상기 포토레지스트 층의 제1 부분은 상기 화학 방사선에 노광되지 않은 상기 포토레지스트 층의 제2 부분과 상이한 극성을 포함하는, 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 화학 반응성 표면 패턴 상의 화학 반응기는 아세틸기, 설포네이트기, 에테르기, 하이드록실기, 에스테르기, 알데히드기, 카르복실기, 아민기 또는 아미드기를 포함하는, 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 포토레지스트 표면 마스크 패턴은 이산화규소, 규소 질화물, 티타늄, 이산화티타늄, 티타늄 질화물, 또는 알루미늄 산화물을 포함하는, 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    트랙 시스템에서, 상기 중간 층을 스핀 코팅하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 화학 반응성 표면 패턴을 변환하는 것은, 상기 트랙 시스템의 기상 반응 챔버에서, 상기 화학 반응성 표면 패턴을, 규소 및 할로겐 원자를 포함하는 가스 분자; 규소, 수소 및 할로겐 원자를 포함하는 가스 분자; 규소, 산소 및 수소 원자를 포함하는 가스 분자; 규소, 수소, 산소 및 할로겐 원자를 포함하는 가스 분자; 또는 유기금속 가스 분자를 포함하는 가스 분자와 반응시키는 것을 포함하는, 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 변환시키는 것은, 상기 트랙 시스템의 기상 증착 챔버에서, 기상 증착 공정을 실행하여 마스킹 전구체 재료를 상기 화학 반응성 표면 패턴의 주 표면 위에 선택적으로 증착시키는 것 그리고 상기 마스킹 전구체 재료와 상기 화학 반응성 표면 패턴을 반응시켜 포토레지스트 표면 마스크 패턴을 형성하는 것을 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    기상 증착 공정을 실행하는 것은, 열 증착 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자 층 증착 공정, 또는 플라즈마 보조 화학 기상 증착 공정을 수행하는 것을 포함하는, 방법.
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