KR101555397B1 - 포토레지스트 마스크 전처리를 갖는 플라즈마 프로세스 - Google Patents

포토레지스트 마스크 전처리를 갖는 플라즈마 프로세스 Download PDF

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Abstract

포토레지스트 (PR) 마스크를 통해 유전체층에 피쳐를 에칭하는 방법이 제공된다. 상기 PR 마스크가 193 ㎚ 이하의 파장을 가진 레이저 광을 사용하여 패터닝된다. 희가스 플라즈마로 상기 PR 마스크가 전처리된 다음에, 복수 사이클의 플라즈마 프로세스가 제공된다. 각 사이클은 상기 PR 마스크 위에, 상기 PR 마스크의 상면 및 마스크 피쳐의 측벽을 덮는 증착층을 증착하는 증착 페이즈, 및 상기 PR 마스크 위에 증착된 증착층을 성형하는 성형 페이즈를 포함한다.

Description

포토레지스트 마스크 전처리를 갖는 플라즈마 프로세스{PLASMA PROCESS WITH PHOTORESIST MASK PRETREATMENT}
본 발명은 반도체 디바이스의 형성에 관한 것이다. 더욱 상세히 설명하면, 본 발명은 포토레지스트 (photoresist; PR) 마스크를 통해 에칭층에 피쳐 (feature) 를 에칭하는 것에 의한 반도체 디바이스의 형성에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 처리 동안, 주지의 패터닝 및 에칭 프로세스를 이용하여 반도체 디바이스의 피쳐가 웨이퍼에 한정된다. 이들 프로세서에서, 포토레지스트 (PR) 재료는 웨이퍼 상에 증착된 다음에 레티클에 의해 필터링된 광으로 노광된다. 레티클은 광이 레티클을 통해 전파되는 것을 차단하는 전형적인 피쳐 형상으로 패터닝된 유리판이어도 된다.
레티클을 통해 통과한 후, 포토레지스트 재료의 표면에 광이 접촉한다. 광이 포토레지스트 재료의 화학적 조성을 변화시켜서 현상액이 포토레지스트 재료의 일부분을 제거할 수 있다. 포지티브 포토레지스트 재료인 경우, 노광된 영역이 제거되고, 네거티브 포토레지스트 재료인 경우에는, 비노광된 영역이 제거된다. 그 후에, 포토레지스트 재료에 의해 더 이상 보호되지 않는 영역으로부터 그 밑에 있는 재료를 제거하기 위해 웨이퍼가 에칭되고, 그에 의해 원하는 피쳐가 웨이퍼에 한정된다.
193 ㎚ 의 파장을 가진 불화 아르곤 (ArF) 엑시머 레이저는 서브 0.04 ㎛ 디바이스와 같은 대부분의 고집적 회로를 제조하는데 사용되었다. 액침 리소그래피 (ArF 리소그래피) 와 결합된 이러한 기술은 110 ㎚ 노드 이하의 프로세스를 가능하게 한다. 패터닝 화상의 초점 심도 (피사계 심도) 제한 때문에 이러한 소형 회로 피쳐는 더 높은 해상도를 요구할수록 더 얇은 포토레지스트를 요구한다. 예를 들어, 비트라인과 같은, 특정 DRAM 프로세스용 ArF 리소그래피는 100 ㎚ 보다 작은 두께를 갖는 매우 얇은 포토레지스트를 사용한다. 또한, 포토레지스트 재료가 더 연화되고 더 약해져서, 이러한 얇고 연화된 포토레지스트 마스크는 패터닝된 포토레지스트 마스크가 제공된 후의 플라즈마 프로세스 동안 쉽게 그리고 바람직스럽지 않게 에칭되거나 손상될 수 있다.
전술한 바를 본 발명의 목적에 따라 달성하기 위해, 포토레지스트 (PR) 마스크를 통해 유전체층의 피쳐를 에칭하는 방법이 제공된다. 193 ㎚ 이하의 파장을 가진 레이저 광을 사용하여 PR 마스크를 패터닝한다. 희가스 플라즈마로 PR 마스크를 전처리한 다음에, 복수 사이클의 플라즈마 프로세스를 제공하다. 각 사이클은 PR 마스크 위에, PR 마스크의 상면 및 마스크 피쳐의 측벽을 덮는 증착층을 증착하는 증착 페이즈, 및 PR 마스크 위에 증착된 증착층을 성형하는 성형 페이즈 (shaping phase) 를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 희가스는 Ar 을 포함할 수도 있다. PR 마스크를 전처리하는 단계는 희가스를 제공하는 단계, 희가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계, 및 희가스의 유동을 중단시키는 단계를 포함할 수도 있다. 플라즈마를 형성하는 단계에서, 60 ㎒ 이상의 고주파가 제공될 수도 있다. 본 발명의 일 양태에 있어서, 플라즈마를 형성하는 단계는 50 ㎒ 보다 작은 주파수를 갖는 RF 에너지를 제공하지 않는다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 유전체층의 피쳐를 포토레지스트 (PR) 마스크를 통해 에칭하는 장치가 제공된다. PR 마스크는 193 ㎚ 이하의 파장을 가진 레이저 광을 사용하여 패터닝된다. 상기 장치는 플라즈마 처리 챔버를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버는 플라즈마 처리 챔버 인클로저를 형성하는 챔버 벽, 플라즈마 처리 챔버 인클로저 내에서 기판을 지지하는 기판 지지체, 플라즈마 처리 챔버 인클로저 내의 압력을 조절하는 압력 조절기, 플라즈마를 유지하기 위해 플라즈마 처리 챔버 인클로저에 전력을 제공하는 적어도 하나의 전극, 플라즈마 처리 챔버 인클로저에 가스를 제공하는 가스 유입구, 및 플라즈마 처리 챔버 인클로저로부터 가스를 배기하는 가스 유출구를 포함한다. 또한, 장치는 가스 유입구와 유체 연결된 가스 공급원을 포함하고, 상기 가스 공급원은 에칭 가스 공급원, 증착 페이즈 가스 공급원, 성형 페이즈 가스 공급원, 및 전처리 가스 공급원을 포함한다. 제어기는 가스 공급원과 적어도 하나의 전극에 제어가능하게 연결된다. 제어기는 적어도 하나의 프로세서, 및 (a) 희가스 플라즈마로 PR 마스크를 전처리하고, 전처리 가스 공급원으로부터 희가스를 제공하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드, 희가스로부터 플라즈마를 형성하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드, 및 희가스의 유동을 중단시키기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드를 포함하는 컴퓨터 판독가능한 코드 및 (b) 각각의 사이클이 증착 페이즈 및 성형 페이즈를 포함하는 복수의 사이클을 제공하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드를 포함하는 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능한 코드 (b) 는 증착 페이즈 가스 공급원으로부터 증착 페이즈 가스를 제공하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드, PR 마스크 위에, PR 마스크의 상면 및 마스크 피쳐의 측벽을 덮는 증착층을 증착하기 위해 증착 페이즈 가스로부터 플라즈마를 형성하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드, 증착 페이즈 가스의 유동을 중단시키기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드, 성형 페이즈 가스 공급원으로부터 성형 페이즈 가스를 제공하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드, PR 마스크 위에 증착된 증착층을 성형하기 위해 성형 페이즈 가스 공급원으로부터 플라즈마를 형성하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드, 및 성형 페이즈 가스의 유동을 중단시키기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드를 포함한다.
본 발명의 이들 특징 및 다른 특징은 다음의 도면과 관련하여 본 발명의 상세한 설명에서 보다 상세히 후술될 것이다.
본 발명은 동일한 참조부호가 동일한 엘리먼트를 지칭하는 첨부 도면에서 제한적이 아니라 예시적으로 설명된다:
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 PR 마스크 전처리를 갖는 플라즈마 프로세스의 고레벨 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2d 는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티-사이클 플라즈마 프로세스를 이용한 유전체층의 피쳐 형성의 단면도를 개략적으로 예시한다.
도 3a 내지 도 3d 는 본 발명의 실시형태에 따른 멀티-사이클, 2-상 (phase) 플라즈마 프로세스의 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 4 는 PR 마스크 전처리, 후속의 플라즈마 프로세스, 스트리핑 (stripping) 에 사용될 수도 있는 플라즈마 처리 챔버의 개략도이다.
도 5a 내지 도 5b 는 본 발명의 실시형태에 사용된 제어기를 구현하는데 적합한 컴퓨터 시스템을 예시한다.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 PR 마스크 전처리의 상세 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7d 는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티-사이클 플라즈마 프로세스를 이용하여 처리된 마스크 피쳐의 개략 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티-사이클 플라즈마 프로세스를 이용하여 처리된 마스크 피쳐의 개략 단면도이다.
도 9a 내지 도 9d 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티-사이클 플라즈마 프로세스를 이용하여 처리된 마스크 피쳐 및 ARL 의 개략 단면도이다.
이하, 본 발명은 첨부 도면에 예시된 바와 같이 그 몇몇 바람직한 실시형태를 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 다음의 설명에서, 수많은 구체적인 세부사항들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 개시된다. 그러나, 당업자에게는, 본 발명이 이러한 구체적인 세부사항 중 일부 또는 전부 없이도 실시될 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 다른 실시예에서, 공지된 프로세스 단계 및/또는 구조는 본 발명을 불필요하게 애매하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 PR 마스크 전처리를 갖는 플라즈마 프로세스의 고레벨 흐름도이다. 패터닝된 포토레지스트 (PR) 마스크는 에칭층 위에 제공된다 (단계 102).
도 2a 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 처리된 스택 (200) 의 일 실시예의 단면도이다. 스택 (200) 은 웨이퍼 (210) 위에 형성된 배리어층 (212) 위에 형성된 에칭층 (220) 을 포함한다. 본 실시예에서, 층 (208) 은 배리어층 (212) 및 웨이퍼 (210) 사이에 배치된다. 층 (208) 이 웨이퍼 (210) 에 형성된 것으로 도시되어 있지만, 에칭층 (220) 과 웨이퍼 (210) 사이에 형성된 층들이 얼마든지 존재할 수도 있다. 본 실시예에서, 배리어층 (212) 은 탄화 규소 (SiC) 층일 수도 있고 또는 SiN 일 수도 있다. 에칭층 (220) 은 캘리포니아 새너제이 소재의 노벨러스에서 제조된 CORALTM; 캘리포니아 샌타클래라 소재의 어플라이드 머티리얼스에서 제조된 Black DiamondTM; 네덜란드, 에이에스엠 인터내쇼날 엔.브이. 에서 제조된 AuroraTM; 캘리포니아 샌타클래라, 스미토모 케미컬 어메리카 인코포레이티드에서 입수가능한 Sumika Film®; 뉴저지 모리스타운 소재의 얼라이드 시그날에서 제조된 HOSPTM; 다우 케미칼 캄파니에서 제조된 SiLKTM 또는 진보된 다공성 SiLK; 트리콘에서 제조된 OrionR FlowfillTM; 및 제이에스알 가부시끼가이샤에서 제조된 LKDTM 를 포함하는, 유기실리케이트 (organosilicate) 및 다공성 유전체와 같은 로우-k 유전체일 수도 있다.
마스크 피쳐 (224) 의 형성은 에칭층 (220) 위에 반사방지층 (antireflective layer; ARL) (216) 을 형성함으로써 수행될 수도 있다. ARL (216) 은 스핀-온 (spin-on) 증착에 의해 형성될 수도 있다. 포토레지스트 마스크 (232) 는 ARL (216) 위에 제공된다 (단계 102). 포토레지스트층을 패터닝된 광으로 노광시킨 다음에 포토레지스트층 (232) 을 현상함으로써 포토레지스트 마스크 (232) 가 패터닝되어 포토레지스트층에 마스크 피쳐 (224) 를 획득할 수도 있다. 액침 리소그래피 (ArF 리소그래피 기술) 와 결합된 ArF (193 ㎚) 포토레지스트를 사용하여 PR 마스크를 형성하는 것이 바람직하다. ArF PR 은 서브 0.04 ㎛ 디바이스와 같은 대부분의 고집적 회로를 제조하는데 적합하다. 더욱 일반적으로는, 193 ㎚ 이하의 파장을 가진 레이저 광을 사용하여 PR 마스크 (232) 가 패터닝될 수도 있다.
ArF PR 마스크가 얇고 약하기 때문에, 후속의 플라즈마 프로세스는 전형적으로 PR 마스크의 손상 또는 위글링 (wiggling) 을 방지하기 위해 저이온 에너지를 갖는 고밀도 플라즈마를 사용한다. 전형적으로, 본 출원인은 PR 마스크 형상 및/또는 프로파일을 제어하는 것이 가능한 멀티-사이클 2-상 플라즈마 프로세스를 이용한다. 그러나, 이러한 고밀도 저에너지 플라즈마에서, PR 재료의 용매의 배기를 증가시키도록 다수의 저에너지 이온이 PR 마스크에 충격을 가하여, PR 마스크의 "블리스터링 (blistering)" (박리) 을 야기한다. 블리스터링된 PR 마스크는 플라즈마 프로세스 동안 PR 재료 (입자) 가 플라즈마로 방출되기 쉬워서, 웨이퍼를 오염시키고 그 결과 집적 회로를 오염시키는 것으로 생각된다. 193 ㎚ ArF PR 을 사용하는 플라즈마 에칭 프로세스에서의 오염 입자 문제 및 바람직하지 않은 입자의 공급원은 오랜 연구가 되어 왔고, 본 출원인은 결국 PR 마스크의 블리스터링이 입자 문제의 주요 원인이었다는 것을 발견하였다. 또한, 본 출원인은 특정 조건 하에서 희가스 플라즈마로 PR 마스크를 전처리하는 것이 후속의 플라즈마 프로세스 또는 프로세스들에서의 PR 마스크의 블리스터링을 예기치 않게 감소시켰다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 블리스터링 및 그 결과로서 생기는 입자 문제를 감소시키거나 또는 최소화하기 위하여, 도 1 에 도시된 바와 같이, 스택 (200) 이 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (단계 106) 에 의해 처리되기 전에 희가스 플라즈마로 PR 마스크 (232) 가 전처리된다 (단계 104). 희가스는 순아르곤 (pure argon; Ar) 이 바람직하나, 헬륨 (He), 크세논 (Xe) 또는 다른 희가스가 사용될 수도 있다.
전처리 (단계 104) 후, 멀티 사이클 플라즈마 프로세스 (단계 106) 가 동일 플라즈마 챔버 내에서 행해지는 것이 바람직하며 이점이 있다. 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (단계 106) 는 복수의 사이클을 제공하고, 각 사이클은 증착 페이즈 (108) 및 성형 페이즈 (110) 를 포함한다. 증착 페이즈 (108) 는 PR 마스크 위에 증착층을 증착하고, 상기 증착층은 PR 마스크의 상면 및 마스크 피쳐의 측벽을 적어도 덮는다. 성형 페이즈 (110) 는 PR 마스크 위에 증착된 증착층을 성형한다. 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (106) 후에, 추가의 에칭 프로세스 (들) 가 수행될 수도 있고 (단계 112), PR 마스크가 임의의 스트리핑 또는 애싱 프로세스를 이용하여 스트리핑될 수도 있다 (단계 114).
도 2b 내지 도 2d 에 도시된 본 발명의 일 실시예에서, 피쳐 (234) 는 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (106) 에 의해 에칭층 (220) 으로 선택적으로 에칭된다. 도 3a 는 본 실시예의 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (선택적 에칭 프로세스 (106a)) 를 개략적으로 예시한다. 도 3a 에 도시된 바와 같이, 증착 페이즈 (108) 는 PR 마스크 (232) 에 대하여 에칭층 (220) 을 선택적으로 에칭하는 증착-에칭 페이즈 (108a) 이고 PR 마스크 (232) 위 및 에칭된 피쳐 (234) 의 측벽에 증착층 (폴리머) 을 증착한다. 도 2b 는 증착-에칭 페이즈 (108a) 후에 스택 (200) 의 단면도를 개략적으로 예시한다. 하나 이상의 에칭 사이클은 도 2b 에 도시된 구조를 획득하기 위해 미리 수행되었을 수도 있다. 증착-에칭 페이즈 (108a) 는 에칭된 피쳐 (234) 의 측벽 위 및 포토레지스트 마스크 (232) 위에 폴리머층 (236) 을 증착하는 동안, 피쳐 (234)의 일부를 에칭한다. 이러한 페이즈는 포토레지스트 마스크 (232) 를 에칭하지 않고 그 대신에 포토레지스트 마스크 (232) 위에 폴리머층 (236) 을 형성하여 에칭층 (220) 을 에칭하기 때문에, 이러한 증착-에칭 페이즈는 무한 선택도를 제공하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서, 도 3a 에 도시된 바와 같이, 성형 페이즈 (110) 는 증착된 폴리머 (236) 를 제거하는 폴리머 세정 페이즈 (110a) 이다. 도 2c 는 폴리머 세정 페이즈 (110a) 후의 스택 (200) 의 단면도이다. 2-상 프로세스의 하나 이상의 사이클은 도 2c 에 도시된 구조를 획득하기 위해 미리 수행되었을 수도 있다. 폴리머 세정 페이즈 (110a) 는 에칭된 피쳐 (234) 의 측벽 및 마스크 피쳐 (224) 에 증착된 폴리머 (236) 를 제거한다. 바람직한 실시형태에서, 에칭층 (220) 은 폴리머 세정 페이즈 (110a) 동안 에칭층 (220) 이 에칭되지 않는다. 다른 실시형태에서, 폴리머 세정 페이즈 (110a) 는 피쳐 (234) 의 저면 (bottom) 에서 에칭층 (220) 을 에칭할 수도 있다.
멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (106a) 는 10 내지 100 사이클 동안 수행되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (106a) 는 15 내지 50 사이클 동안 수행된다. 가장 바람직하게는, 멀티-사이클 플라즈마 프로세스가 약 20 사이클 동안 수행된다.
도 2d 는 선택적 에칭 프로세스 (단계 106a) 가 완료된 후의 스택 (200) 의 단면도이다. 본 실시예에서, 피쳐 (234) 는 에칭층 (220) 을 통하여 전적으로 에칭된다. 무한 선택도를 제공하여, 포토레지스트 마스크 (232) 는 에칭되지 않았다.
그 다음에, 포토레지스트 마스크 (232) 는 스트리핑된다 (도 1, 단계 114).
에칭된 피쳐 (234) 의 측벽은 수직인 것이 바람직하다. 수직 측벽은 하부에서부터 상부까지 피쳐의 저면과 88°내지 90°사이의 각도를 이루는 측벽인 것이 바람직하다. 폴리머 세정 페이즈 (단계 110a) 없이, 연속된 증착-에칭 페이즈 (108a) 는 피쳐 (234) 의 측벽에 폴리머를 계속 더 추가할 것이라는 것에 주목해야 한다. 그 결과, 수직 측벽 대신에 테이퍼형 측벽이 생성되어 피쳐의 폭이 감소될 것이다. 이러한 프로세스는 중단 에칭을 야기하게 될 것이고 에칭의 깊이를 제한하게 될 것이다.
에칭층 (220) 은 유전체층인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 에칭층은 로우-k 유전체층이다. 유전체층은 로우-k 산화 규소 기반 유전체층일 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태의 일 실시예에서, 기판 (210) 은 실리콘 웨이퍼이고 유전체 에칭층 (220) 은 OSG (organosilicate glass) 또는 Coral 이다. 바람직한 실시형태에서, 배리어층 (212) 은 SiC 이다. 마스크는 ArF (193 ㎚ PR) 포토레지스트를 사용하여 형성된다 (단계 104). 바람직한 실시형태에서, ARC층은 저부 반사방지막 (BARC) 이다.
도 4 는 에칭 및 스트리핑에 사용될 수도 있는 플라즈마 처리 챔버 (400) 의 단면도이다. 플라즈마 처리 챔버 (400) 는 감금링 (402), 상부 전극 (404), 하부 전극 (408), 가스 공급원 (410), 및 배기 펌프 (420) 를 포함한다. 가스 공급원 (410) 은 에칭 가스 공급원 (412), 증착 페이즈 가스 공급원 (414), 성형 페이즈 가스 공급원 (416), 및 전처리 가스 공급원 (418) 을 포함할 수도 있다. 플라즈마 처리 챔버 (400) 내에서, 기판 (210) 은 하부 전극 (408) 위에 위치 결정된다. 하부 전극 (408) 은 기판 (210) 을 유지하기 위한 적합한 기판 척고정 기구 (예를 들면, 정전형, 기계적 클램핑 등) 와 일체화된다. 리액터 상부 (428) 는 하부 전극 (408) 바로 가까이에 대향하게 배치된 상부 전극 (404) 과 일체화된다. 상부 전극 (404), 하부 전극 (408), 및 감금링 (402) 은 한정된 플라즈마 체적 (440) 을 한정한다. 가스가 가스 공급원 (410) 에 의해 한정된 플라즈마 체적 (440) 에 공급되고 배기 펌프 (420) 에 의해 한정된 플라즈마 체적 (440) 으로부터 감금링 (402) 및 배기 포트를 통해 배기된다. 제 1 RF 공급원 (444) 은 상부 전극 (404) 에 전기적으로 연결된다. 제 2 RF 공급원 (448) 은 하부 전극 (408) 에 전기적으로 연결된다. 챔버 벽 (452) 은 감금링 (402), 상부 전극 (404), 및 하부 전극 (408) 을 둘러싸고 있다. 제 1 RF 공급원 (444) 및 제 2 RF 공급원 (448) 양쪽은 27 ㎒ 전력 공급원, 60 ㎒ 전력 공급원, 및 2 ㎒ 전력 공급원을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 캘리포니아 프리몬트 소재의 램 리써치 코퍼레이션 (LAM Research CorporationTM) 에 의해 제조된, Exelan® Series 와 같은 램 리써치 코퍼레이션의 유전체 에칭 시스템이 본 발명의 바람직한 실시형태로 사용될 수도 있다. RF 전력의 전극과의 연결의 상이한 조합이 가능하다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 60 ㎒ 전력 공급원만이 하부 전극에 연결된 제 2 RF 전력 공급원 (448) 으로서 전처리에 사용되고, 상부 전극은 접지된다. 제어기 (435) 는 RF 공급원 (444, 448), 배기 펌프 (420), 및 가스 공급원 (410) 에 제어가능하게 연결된다. 이러한 디바이스는 챔버의 압력, 가스 유동, 가스 조합, RF 전력, 및 각 페이즈에 대한 시간 기간을 조절할 수 있다.
도 5a 및 도 5b 는 본 발명의 실시형태에서 사용된 제어기 (435) 를 구현하는데 적합한 컴퓨터 시스템 (500) 을 예시한다. 도 5a 는 컴퓨터 시스템의 하나의 가능한 물리적 형태를 도시한다. 물론, 컴퓨터 시스템은 집적 회로, 인쇄 회로 기판, 및 소형의 휴대용 디바이스로부터 거대한 슈퍼 컴퓨터까지의 범위에 이르는 다수의 물리적 형태를 가질 수도 있다. 컴퓨터 시스템 (500) 은 모니터 (502), 디스플레이 (504), 하우징 (506), 디스크 드라이브 (508), 키보드 (510), 및 마우스 (512) 를 포함한다. 디스크 (514) 는 컴퓨터 시스템 (500) 으로 및 컴퓨터 시스템 (500) 으로부터 데이터를 전송하는데 사용되는 컴퓨터-판독가능한 매체이다.
도 5b 는 컴퓨터 시스템 (500) 용 블록도의 일 실시예이다. 시스템 버스 (520) 에 부착된 것은 다양한 종류의 서브시스템이다. 프로세서(들) (522) (중앙 처리 유닛, 또는 CPU 라고도 칭함) 는 메모리 (523) 를 포함하는 저장 디바이스에 결합된다. 메모리 (524) 는 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 및 리드 온리 메모리 (ROM) 를 포함한다. 당업계에서 주지된 바와 같이, ROM 은 CPU 로 데이터 및 명령들을 단방향성으로 전송하도록 동작하고 RAM 은 전형적으로 데이터 및 명령들을 양방향성으로 전송하는데 사용된다. 이들 타입의 메모리 양쪽은 후술되는 컴퓨터-판독가능한 매체 중 어떤 적합한 것을 포함할 수도 있다. 또한, 고정 디스크 (526) 는 CPU (522) 에 양방향성으로 결합되고; 추가의 데이터 저장 용량을 제공하고 또한 후술되는 컴퓨터-판독가능한 매체 중 어떤 임의의 것을 포함할 수도 있다. 고정 디스크 (526) 는 프로그램, 데이터 등을 저장하는데 사용될 수도 있고 전형적으로는 주기억 장치보다 느린 보조 기억 매체 (하드 디스크 등) 이다. 적절한 경우에, 고정 디스크 (526) 내에서 유지된 정보가 메모리 (524) 내의 가상 메모리로서 표준 방식으로 일체화될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 이동식 디스크 (514) 는 후술되는 컴퓨터-판독가능한 매체의 형태를 취할 수도 있다.
또한, CPU (522) 는 디스플레이 (504), 키보드 (510), 마우스 (512), 및 스피커 (530) 와 같은 다양한 입출력 디바이스에 결합된다. 일반적으로, 입출력 디바이스는 비디오 디스플레이, 트랙 볼, 마우스, 키보드, 마이크로폰, 터치 감지 디스플레이, 변환기 카드 판독기, 자기 또는 종이 테이프 판독기, 태블릿, 스타일러스, 음성 또는 필기 인식기, 생체 인식 판독기, 또는 다른 컴퓨터 중 어떤 임의의 것일 수도 있다. CPU(522) 는 옵션으로 네트워크 인터페이스 (540) 를 사용하여 다른 컴퓨터 또는 전기 통신 네트워크에 결합될 수도 있다. 이러한 네트워크 인터페이스에 의해, CPU 는 네트워크로부터 정보를 수신할 수도 있고, 또는 상기 설명한 방법 단계를 수행하는 동안에 정보를 네트워크에 출력할 수도 있다고 생각할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법 실시형태는 CPU (522) 단독으로 실행될 수도 있고 또는 처리의 일부를 공유하는 원격 CPU 와 함께 인터넷과 같은 네크워크로 실행될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시형태는 또한 다양한 컴퓨터 구현 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 코드를 갖는 컴퓨터-판독가능한 매체를 갖는 컴퓨터 저장 제품에 관한 것이다. 매체 및 컴퓨터 코드는 본 발명의 목적을 위해 특별히 설계되고 구성된 것일 수도 있고, 또는 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 주지되고 이용가능한 종류일 수도 있다. 실재하는 컴퓨터-판독가능한 매체의 예는, 제한되지 않고, 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 테이프와 같은 자기 매체; CD-ROM 및 홀로그래피 디바이스와 같은 광학 매체; 플롭티컬 디스크와 같은 광 자기 매체; 및 특정 용도의 집적 회로 (ASIC), 프로그램가능한 논리 디바이스 (PLD) 및 ROM 및 RAM 디바이스와 같은, 프로그램 코드를 저장 및 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 디바이스를 포함한다. 컴퓨터 코드의 예는 컴파일러에 의해 생성되는 것과 같은 기계 코드, 및 인터프리터를 사용하는 컴퓨터에 의해 실행되는 고레벨 코드를 포함하는 파일을 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능한 매체는 반송파에 포함된 컴퓨터 데이터 신호에 의해 전송되고 프로세서에 의해 실행가능한 명령의 시퀀스를 나타내는 컴퓨터 코드일 수도 있다.
도 6 은 PR 마스크의 전처리 (단계 104) 의 상세한 프로세스 흐름을 개략적으로 예시한다. 전형적으로, PR 마스크가 그 위에 패터닝된 층들의 스택을 갖는 기판 (210) 은 상기 설명한 플라즈마 처리 챔버 (400)와 같은 플라즈마 처리 챔버 내에 배치된다 (단계 132). 희가스가 공급되고 (단계 134), 플라즈마가 희가스로부터 형성되어 (단계 136) PR 마스크를 처리한 다음에, 희가스의 유동이 중단된다 (단계 138). 프로세스 가스 또는 다른 플라즈마 조건 파라미터를 변경시킴으로써, 플라즈마를 소멸시키지 않고 후속의 멀티-사이클 플라즈마 프로세스가 수행될 수도 있다.
저이온 에너지를 가진 고밀도 플라즈마를 제공하여 PR 마스크가 전처리 동안 에칭되거나 손상되지 않도록 하는 것이 바람직하지만, PR 마스크가 다수의 저에너지 이온에 의해 "타격"을 받아서 부드럽거나 또는 얇은 PR 마스크가 더 단단해져서 더욱 고형 구조를 갖게 된다. 전처리 가스는 Ar 을 함유하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 전처리 가스는 오직 Ar 만을 함유한다. 예를 들면, 100 내지 1,000 sccm Ar 가스, 바람직하게는 700 sccm Ar 가스가 제공될 수도 있다. 다른 방법으로는, 전처리 가스는 Ar, He, 및/또는 Xe, 또는 그 혼합물을 함유할 수도 있다.
전처리 가스로부터 플라즈마를 형성할 때 (단계 136), 60 ㎒ 이상의 고주파가 100 내지 500 W 의 전력 범위에서 제공될 수도 있다. 전력은 300 W 에서 설정되는 것이 바람직하다. 플라즈마 형성 단계 136 은 50 ㎒ 보다 작은 주파수를 갖는 RF 에너지를 제공하지 않는다. 이온 에너지가 직접적으로 제어될 수 없을 때, 300 W 의 전력 범위 및 60 ㎒ 이상의 고주파가 저이온 에너지를 충분히 보장한다. 플라즈마 챔버는 100 mTorr 이상에서 설정될 수도 있다. 압력은 약 200 mTorr 에서 설정되는 것이 바람직하다.
저에너지 희가스 이온이 PR 마스크의 상면을 타격하여 PR 마스크를 가압 및 경화하는 것으로 생각할 수 있다. 이는 물리적 반응을 일으키지만, 즉, 압축에 의해 경화되는 PR 마스크 재료의 속성을 물리적으로 변화시키지만, 화학적 반응을 일으키지는 않는다. PR 마스크를 경화 및/또는 가압함으로써, PR 마스크의 블리스터링이 감소하여서 후속의 멀티-사이클 플라즈마 프로세스에서의 입자 오염을 회피하게 한다.
주요한 실리콘 에칭 프로세스 후에 에칭된 피쳐의 선폭 거칠기 (LWR) 또는 라인에지 거칠기 (LER) 을 감소시키기 위해 실리콘 에칭 프로세스 전에 193 ㎚ PR 에 대해 Ar 플라즈마 전처리를 이용하는 것을 제안하였다는 것에 주목해야 한다. 에칭되는 스택은 Si 기판, SiO2 하드마스크, 저부 반사방지막 (BARC), 및 PR 을 포함한다. 그러나, Ar 플라즈마 전처리는 단지 PR 마스크 및/또는 에칭된 실리콘 피쳐의 형상을 제어할 뿐이고, 고밀도, 저에너지 플라즈마를 이용한 특정 멀티-사이클 2-상 에칭 프로세스 동안의 입자 오염에 관한 어떤 문제도 해결하지 않는다.
상기 설명한 바와 같이, 멀티-사이클 선택적 에칭 프로세스는 복수의 사이클을 포함하고, 각 사이클은 증착 페이즈 (단계 108) 및 성형 페이즈 (단계 110) 를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 증착 페이즈는 50 ㎒ 보다 작은 주파수를 갖는 RF 에너지를 제공하지 않는다. 증착 페이즈는 60 ㎒ 이상의 고주파를 제공하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 본 발명의 일 실시형태에 의하면, 성형 페이즈는 50 ㎒ 보다 작은 주파수를 갖는 RF 에너지를 제공하지 않는다. 성형 페이즈는 60 ㎒ 이상의 고주파를 제공하는 것이 바람직하다.
도 3a 에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (106) 는 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (106a) 에 의해 에칭층 (220) 에 피쳐를 선택적으로 에칭한다. 증착 페이즈 (108) 는 PR 마스크에 대하여 에칭층을 선택적으로 에칭하고, 에칭된 피쳐의 측벽 및 PR 마스크 위에 폴리머 (증착층) 를 증착하는 증착-에칭 페이즈 (108a) 이다. 성형 페이즈 (110) 는 증착된 폴리머를 제거하는 폴리머 세정 페이즈 (110a) 이다.
이 선택적-에칭 프로세스 (106a) 에서, 증착-에칭 페이즈 (단계 108a) 에 대한 실시예 방법은 다음과 같다: 40 sccm 의 CF4 및 90 sccm 의 H2 의 증착-에칭 페이즈 가스가 제공된다. 챔버 압력은 90 mTorr 로 설정되었다. 27 ㎒ RF 공급원에 의해 1,200 W 가 제공되었고, 2 ㎒ 전력 공급원에 의해 400 W 가 제공되었다. 본 실시예에서, 증착-에칭은 단일 단계로서 동시에 행해진다. 폴리머 세정 페이즈 (단계 110a) 에 대한 실시예 방법은 다음과 같다: 300 sccm 의 O2 의 폴리머 세정 페이즈 가스가 제공된다. 챔버 압력은 250 mTorr 로 설정되었다. 27 ㎒ RF 공급원에 의해 100 W 가 제공되었고, 2 ㎒ 전력 공급원에 의해 전력이 공급되지 않았다.
그 다음에, PR 마스크가 스트리핑된다 (단계 114, 도 1). 마스크 스트리핑의 일 실시예는 10 내지 3,000 sccm 의 O2 의 스트리핑 가스를 제공한다. 챔버 압력은 5 내지 500 mTorr 로 설정되었다. 2 ㎒, 27 ㎒ RF 공급원 또는 2 ㎒ 및 27 ㎒ RF 전력 공급원 양쪽의 조합에 의해 100 내지 1,000 W 가 제공되었다.
도 3b 는 PR 마스크의 임계 치수 (critical dimension; CD) 가 감소되는 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (106b) 의 다른 실시예를 개략적으로 예시한다. 본 실시예에서, 도 7a 에 도시된 바와 같이, 증착 페이즈 (108b) 는 PR 마스크 (312) 위 뿐만 아니라, 마스크 피쳐 (314) 의 저면 (332) 에 증착층 (302) 을 더 증착한다. 성형 페이즈 (110) 는, 도 7b 에 도시된 바와 같이, 그 밑에 있는 유전체층을 에칭하지 않고 측벽 (304) 을 남긴 채 마스크 피쳐의 저면 (332) 으로부터 증착층 (302) 을 제거하여 PR 마스크 (312) 의 CD 를 축소시키는 프로파일 성형 페이즈 (110b) 이다. 도 7c 및 도 7d 에 도시된 바와 같이, 원하는 마스크 피쳐 (314) 의 CD 를 획득할 때까지, 2-상 사이클이 반복된다 그 다음에, 복수의 사이클을 제공함으로써 축소된 CD 를 갖는 성형된 PR 마스크 (312) 를 사용하여 유전체층이 에칭된다 (도 1, 단계 112). 에칭 프로세스 후에 PR 마스크 (312) 가 스트리핑될 수도 있다 (단계 114).
증착 페이즈 (108b) 의 일 실시예는 터보 펌프의 Vat 밸브를 1,000 으로 설정함으로써 확립된, 70 mTorr 의 압력에서 60 sccm Ar, 75 sccm CF4, 및 100 sccm H2 의 화학 작용을 이용한 CF4 증착일 수도 있다. 60 ㎒ RF 공급원은 200 내지 800 와트의 전력을 제공한다. 이러한 페이즈는 약 12 초 동안 유지된다. 성형 페이즈 (110b) 의 일 실시예는 터보 펌프의 Vat 밸브를 1,000 으로 설정함으로써 확립된, 25 mTorr 의 압력에서 87 sccm CF4 의 화학 작용을 이용할 수도 있다. 60 ㎒ RF 공급원은 200 내지 800 와트의 전력을 제공한다. 이러한 페이즈는 약 3 초 동안 유지된다. 증착 페이즈 (108b) 및 그 다음의 성형 페이즈 (110b) 를 이용한 순환식 프로세스가 8 개의 사이클 동안 수행된다.
증착 페이즈 (108b) 및 프로파일 성형 페이즈 (110b) 의 시간 비율을 제어하는 능력은 다른 제어 변수를 제공한다. 적절한 비율은 실질적으로 수직 및 등각의 측벽을 제공한다. 또한, 이러한 증착층은 포토레지스트 마스크를 보호하여 에칭 선택도를 증가시킬 수 있다. 증착 프로파일을 제어하는데 사용될 수 있는 본 발명에 의해 제공된 다른 제어 파라미터는, 사이클의 개수, 전체 증착 시간, 증착/프로파일 성형 시간비, 가스 화학비 (CF4/H2 등) 이다. CF4/H2 대신에 C4F6/O2 또는 CH3F/N2, CF4 대신에 CH3F/O2 또는 CH3F/N2 등과 같은 다른 가스 화학 작용이 이용될 수도 있다.
도 3c 는 PR 마스크가 트리밍된 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (106c) 의 다른 실시예를 개략적으로 예시한다. 본 실시예에서, 증착 페이즈 (108c) 는 PR 마스크 위 뿐만 아니라, 마스크 피쳐의 저면에 증착층을 더 증착한다. 성형 페이즈 (110) 는 마스크 피쳐의 측벽이 트리밍되도록 유전체층을 에칭하지 않고, 마스크 피쳐의 저면 및 측벽으로부터 증착층을 제거하는 트리밍-에칭 페이즈 (110c) 이다.
도 8a 내지 도 8d 는 각 사이클에서 마스크 피쳐 (314) 의 단면도를 개략적으로 예시한다. 도 8a 에 도시된 바와 같이, 패터닝된 마스크 (312) 가 유전체층 위에 형성된다. 전형적으로, ARL (310) 은 유전체층의 상면에 제공되고, 마스크 피쳐 (314) 의 저면 (332) 에서 노출된다. 본 실시예에서, 도 8b 에 도시된 바와 같이, 증착 페이즈 (108c) 는 PR 마스크 (312) 위 뿐만 아니라, 마스크 피쳐 (314) 의 저면 (332) 에 증착층 (330) 을 더 증착한다. 즉, 증착층 (330) 은 마스크 피쳐 (314) 의 측벽 (315) 뿐만 아니라, 마스크 피쳐 (314) 의 저면 (332) 을 덮는다. 증착층은 폴리머일 수도 있다. 각 증착 페이즈 (108c) 에서, 일반적으로, 마스크 (312) 의 상면에 증착된 증착층 (330) 의 두께 및 마스크 피쳐의 저면 (332) 에 증착된 증착층 (330) 의 두께는 마스크 피쳐의 측벽 (315) 에 증착된 증착층의 두께보다 두껍다.
도 8c 에 도시된 바와 같이, 트리밍-에칭 페이즈 (110c) 는 마스크 피쳐의 측벽을 트리밍하도록 유전체층을 에칭하지 않고 마스크 피쳐의 저면 (332) 및 측벽 (315) 으로부터 증착층 (330) 을 제거한다. 마스크 (312) 의 상면 (334) 의 증착층 (330) 이 트리밍-에칭 페이즈 (110c) 에서 실질적으로 제거된다. 증착층 (330) 이 마스크의 상면 및 마스크 피쳐의 저면에서보다 측벽에서 더 얇기 때문에, 증착층 (330) 이 측벽으로부터 제거된 후에 측벽 증착이 마스크 피쳐의 측벽에 오버 에칭된다. 마스크의 상면 및 마스크 피쳐의 저면에 대하여, 트리밍-에칭 페이즈는 이전의 증착 페이즈 (평탄화함) 에서 증착된 증착층만을 제거하고, 마스크 (312) 또는 ARL (310) 을 에칭하지 않는 것이 바람직하다. 2 개의 페이즈를 제어함으로써, 마스크 피쳐의 측벽 (315) 이 트리밍되어 그 CD 가 확대되는 반면, 마스크 (312) 의 두께는 실질적으로 각 사이클에서 유지된다.
도 8d 는 복수 사이클의 마스크 트리밍 프로세스 후에 마스크 피쳐 (314) 의 단면도를 개략적으로 예시한다. 증착 페이즈 (108c) 및 트리밍-에칭 페이즈 (110c) 를 반복함으로써, 마스크 피쳐의 측벽 (315) 이 원하는 프로파일로 조금씩 트리밍된다. 트리밍-에칭 페이즈 (110c) 는 마스크 피쳐의 밀집 영역에 대하여 고립 영역에서의 마스크 피쳐의 측벽 (315) 을 선택적으로 에칭 백 하는 것이 바람직하다. 따라서, 고립 영역에서는 마스크 피쳐의 측벽이 트리밍되는 반면, 밀집 영역에서는 마스크 피쳐가 실질적으로 본래 형상을 유지할 수도 있다.
각 사이클 (멀티-사이클 프로세스) 에서 얇은 증착층을 증착하고 소량의 측벽을 트리밍함으로써 복수의 사이클을 반복하는 것은 두꺼운 증착층을 한번에 증착하고 다량의 측벽을 트리밍하는 것에 비해 여러 가지 이점을 갖는다는 것에 주목해야 한다. 우선, 멀티-사이클 프로세스가 더 나은 프로파일 조정을 제공한다. 두꺼운 폴리머층을 증착하는 단일의 긴 증착 단계는 소위 "빵 덩어리 (bread-loaf)" 프로파일을 제조하기 쉽고 극단의 경우에는 피쳐가 오히려 핀치오프 될 수도 있다. 한편, 단일의 긴 에칭 단계는 패싯화 프로파일 (faceted profile) 을 생성할 것이다. 복수 사이클의 다른 증착 단계 및 에칭 단계는 최소로 또는 빵 덩어리화 없이 더 일직선의 측벽을 갖는 더 나은 프로파일 제어를 부여한다. 또한, 폴리머층은 고밀도화, 층간분리 (delamination) 의 최소화, 스트리에이션 (striation), 또는 블리스터링 (박리) 된다. 예를 들면, 1,000 Å 보다 큰 두꺼운 증착층은 마스크 피쳐의 에지에서 특히 마스크로부터 박리되기 쉽다. 또한, 디자인 룰의 요구로 인해 본래 마스크의 CD 를 변화시키는 것은 바람직하지 않고 또는 실용적이지 않다는 것에 주목해야 한다.
추가의 페이즈가 각 사이클에 추가될 수도 있다. 멀티-사이클 마스크 트리밍 프로세스는 적어도 3 개의 사이클을 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 이러한 마스크 트리밍 프로세스는 4 개 내지 5 개의 사이클을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 증착 페이즈 (단계 108c) 는 탄화 수소 성분을 포함하는 증착 가스를 사용한다. 증착 가스는 C2H4 를 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 증착 가스는 N2 와 같은 캐리어 가스를 더 포함한다. 트리밍-에칭 페이즈 (단계 110c) 는 O2 를 포함하는 에칭 가스를 사용한다.
증착 페이즈 (단계 108c) 에서의 증착 가스의 일 실시예는 100 내지 500 sccm C2H4, 100 내지 500 sccm N2, 및 100 내지 200 sccm Ar 조정 가스의 유동을 제공한다. 증착 페이즈가 일반적으로 중앙보다 웨이퍼의 에지에서 더 많이 증착되기 때문에, Ar 조정 가스는 웨이퍼의 에지부에 선택적으로 제공되어 증착 프로세스의 균일성을 제어할 수도 있다. 압력이 350 내지 750 mTorr 로 설정된다. 기판은 0 내지 60 ℃ 의 온도에서, 예를 들면, 약 20 ℃ 에서 유지된다. 제 2 RF 공급원은 60 ㎒ 의 주파수에서 200 내지 400 와트를 공급한다. 다른 실시예에서, 증착 페이즈는 60 ㎒ 의 주파수에서 740 mTorr 의 압력 및 200 와트 또는 400 와트의 전력으로 500 sccm C2H4, 150 sccm N2, 및 150 sccm Ar 조정 가스의 유동을 챔버에 제공한다.
트리밍-에칭 페이즈 (단계 110c) 의 일 실시예는 100 내지 1,000 sccm O2 를 제공한다. 본 실시예에서, O2 는 조정 가스 없이 선택적 에칭 페이즈 동안에 제공된 유일한 가스이다. O2 조정 가스는 트리밍-에칭 페이즈에서 사용될 수도 있고 프로세스 및 화학 작용에 따라 에지 또는 중앙부에서 제공될 수 있다. 350 내지 750 mTorr 의 압력이 챔버에 제공된다. 제 2 RF 공급원이 60 ㎒ 의 주파수에서 200 내지 400 와트를 제공한다. 예를 들면, 하나의 바람직한 실시형태에 의하면, 트리밍-에칭 페이즈는 60 ㎒ 의 주파수에서 750 sccm O2 의 유동, 740 mTorr 의 압력, 및 200 와트의 전력을 챔버에 제공한다. 다른 바람직한 실시형태에 의하면, 트리밍-에칭 페이즈는 60 ㎒ 의 주파수에서 750 sccm O2 의 유동, 740 mTorr 의 압력, 및 400 와트의 전력을 챔버에 제공한다. 또 다른 바람직한 실시형태에 의하면, 트리밍-에칭 페이즈는 60 ㎒ 의 주파수에서 200 sccm O2 의 유동, 380 mTorr 의 압력, 및 200 와트의 전력을 챔버에 제공한다.
도 1 로 되돌아와서, 마스크의 트리밍 후에, 트리밍된 마스크를 통해 유전체층으로 피쳐가 에칭된다 (단계 112). 그 다음에, 마스크 (312) 및 ARL (310) 이 스트리핑된다 (단계 114).
도 3d 는 마스크를 트리밍하고 마스크 피쳐의 저면에 형성된 반사방지층 (ARL) 을 또한 개구하는 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (106) 의 또 다른 실시예이다. 본 실시예에서, 도 9a 에 도시된 바와 같이, 패터닝된 마스크 (312) 가 유전체층 위의 ARL (310) 위에 형성된다. 전형적으로는, ARL (310) 은 유기 BARC (311) 및 무기 DARC (313) 를 포함한다. BARC (311) 는 마스크 피쳐의 저면 (332) 에서 노출된다.
본 실시예에서, 성형 페이즈 (110) 는, 도 9b 에 도시된 바와 같이, 마스크 피쳐 (314) 의 저면 (332) 의 ARL (310) 을 먼저 에칭하고 각 사이클에서 PR 마스크 (312) 를 트리밍하는 트리밍-에칭 페이즈 (110d) 이다. 즉, 본 실시예에서, 트리밍-에칭 페이즈 (110d) 는 증착-에칭 페이즈 (108d) 이전에 수행된다. 트리밍-에칭 페이즈 (110d) 에서, ARL (310) 은 부분적으로 에칭되고 1 개의 사이클에서 완전히 제거되지 않는다. 또한, 도 9b 에 도시된 바와 같이, 마스크 (312) 의 상면 (334) 및 마스크 피쳐 (314) 의 측벽 (315) 이 부분적으로 제거된다. 그 다음에, 도 9c 에 도시된 바와 같이, 증착-에칭 페이즈 (108d) 가 PR 마스크 (312) 위에 증착층 (330) 을 증착하고 각 사이클에서 마스크 피쳐 (314) 의 저면 (332) 에서 ARL (310) 을 더 에칭한다. 마스크 피쳐 (314) 의 저면 (332) 에서 ARL (310) 을 더 에칭하는 동안, 증착층 (330) 이 마스크 피쳐 (314) 의 측벽 (315) 뿐만 아니라 마스크 피쳐 (314) 의 상면 (334) 을 덮는다. 마스크 트리밍 및 ARL 개구 프로세스는 2 개 이상의 사이클, 바람직하게는 적어도 3 개의 사이클을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 이 프로세스는 4 개 내지 12 개의 사이클을 포함한다. 가장 바람직하게는, 상기 프로세스는 6 개 내지 7 개의 사이클을 반복한다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 각 증착-에칭 페이즈 (108d) 는, 도 9c 에 도시된 바와 같이, 마스크 (312) 의 상면 (334) 에, 이전의 트리밍-에칭 페이즈 (110d) 에 의해 제거된 마스크의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 갖는 증착층 (330) 을 증착한다. 즉, 각 사이클의 종단에서, 마스크 (312) 의 본래 두께가 증착층 (330) 에 의해 실질적으로 유지된다. 그러나, 마스크 피쳐 (314) 의 측벽에 대해, 마스크 피쳐 (314) 의 측벽 (315) 의 증착층 (330) (특히 고립 영역에서) 이 이전의 트리밍-에칭 페이즈 (110d) 동안 손실된 측벽을 완전히 회복하기에 충분하지 않다. 따라서, 도 9c 에 도시된 바와 같이, 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (106d) 는 마스크의 측벽을 감소시키는 반면 마스크의 본래 두께를 실질적으로 유지하여, 마스크의 최종 트리밍으로 된다. 또한, 마스크 피쳐의 저면 (332) 에서의 ARL (310) 은 트리밍-에칭 페이즈 (110d) 및 증착-에칭 페이즈 (108d) 동안 에칭된다. 따라서, 도 9d 에 도시된 바와 같이, 트리밍-에칭 페이즈 (110d) 및 증착-에칭 페이즈 (108d) 를 반복함으로써, 마스크 피쳐 (314) 의 측벽 (315) 이 원하는 프로파일로 조금씩 트리밍되는 반면, 마스크 피쳐 (314) 의 저면 (332) 에서의 ARL (310) 은 유전체층의 후속의 에칭 프로세스 동안 개구된다.
도 1 로 되돌아가서, 멀티-사이클 플라즈마 프로세스 (단계 106) 에 의한 트리밍 및 개구 후에, 트리밍된 마스크를 통해 유전체층으로 피쳐가 에칭되고 ARL 이 개구된다 (단계 112). PR 마스크가 스트리핑될 수도 있다 (단계 114).
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 트리밍-에칭 페이즈 (단계 110d) 는 NF3 를 포함하는 트리밍-에칭 가스를 사용한다. 더욱 바람직하게는, 트리밍-에칭 가스는 N2 및/또는 Ar 과 같은 캐리어 가스를 더 포함한다. 본 실시형태에서, 증착-에칭 페이즈 (단계 118d) 는 CF4 를 포함하는 증착-에칭 가스를 사용하고, 증착층으로서 폴리머 재료를 증착한다. 증착-에칭 가스는 CF4, H2 및 Ar 의 조성물, 또는 CF4, H2, N2 및 Ar 의 조성물일 수도 있다. NF3 를 함유하는 트리밍-에칭 가스는 밀집 영역보다 고립 영역에서 높은 에칭 레이트를 가질 수도 있어서, 고립 영역에서의 마스크 피쳐의 측벽은 밀집 영역에서의 마스크 피쳐의 측벽보다 더 많이 감소된다. 증착층은 폴리머가 포함된 탄화 수소 (주성분으로서 탄화 수소를 함유하는 폴리머) 일 수도 있다.
트리밍-에칭 페이즈 (단계 110d) 의 일 실시예는 100 내지 500 sccm, 바람직하게는 300 sccm NF3 의 유동을 제공한다. 압력은 140 mTorr 로 설정된다. 기판은 20 ℃ 의 온도에서 유지된다. 제 2 RF 공급원은 60 ㎒ 의 주파수에서 400 와트를 공급하는 것이 바람직하다. 다른 실시형태에서, 제 2 RF 공급원은, 웨이퍼 및 애플리케이션에 따라, 2 ㎒ 의 주파수에서 100 내지 500 와트, 또는 27 ㎒ 의 주파수에서 100 내지 500 와트를 제공할 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, NF3 는 캐리어 또는 조정 가스 없이 트리밍-에칭 가스의 유일한 성분이다. 각 트리밍-에칭 페이즈에서, NF3-함유 트리밍-에칭 가스가 챔버로 도입된 후에, 상기 설명한 바와 같이, 트리밍-에칭 플라즈마가 그로부터 형성되어 마스크를 선택적으로 트리밍하고 ARL 을 에칭한다. 트리밍-에칭 가스의 유동이 중단되어 마스크 피쳐의 측벽이 사이클 동안 원하는 양만큼 감소된다. 감소된 측벽의 양이, 주어진 설정에 대한 트리밍-에칭 페이즈의 시간 기간만큼, ARL 의 두께 뿐만 아니라, 가스 유속, 압력, 및 RF 전력과 같은 파라미터가 제어될 수도 있다.
증착-에칭 페이즈 (단계 108d) 의 일 실시예는 증착-에칭 가스로서의 20 내지 200 sccm CF4 및 20 내지 200 sccm H2 와 같은 CF4 함유 가스, 및 20 내지 200 sccm N2 및/또는 50 내지 500 sccm Ar 을 함유하는 캐리어 가스를 제공한다. 증착-에칭 가스는 120 sccm Ar 의 캐리어 가스와 함께, 60 sccm CF4, 70 sccm H2, 30 sccm N2 를 포함하는 것이 바람직하다. 40 내지 200 mTorr, 바람직하게는 80 mTorr 의 압력이 챔버에 제공된다. 제 2 RF 공급원은 600 ㎒ 의 주파수에서 100 내지 500 와트, 바람직하게는 400 와트를 제공한다. 다른 실시형태에서, 제 2 RF 공급원은 웨이퍼 및 애플리케이션에 따라, 2 ㎒ 의 주파수에서 100 내지 500 와트, 또는 27 ㎒ 의 주파수에서 100 내지 500 와트를 제공할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 각 사이클은 추가의 증착 및/또는 프로파일 성형 페이즈를 더 포함할 수도 있다. 각 증착-에칭 페이즈에서, CF4-함유 에칭 가스가 챔버에 도입된 후에, 상기 설명한 바와 같이 플라즈마가 그로부터 형성되어 증착층을 증착하고 ARL 을 더 에칭한다. CF4-함유 에칭 가스의 유동이 중단되어 증착층이 이전의 트리밍-에칭 페이즈에서 손실된 마스크의 두께를 회복한다. 사이클의 최종 트리밍의 양이, 주어진 설정에 대한 트리밍-에칭 페이즈 및 증착-에칭 페이즈의 시간 기간만큼, ARL 의 두께 뿐만 아니라, 가스 유속, 압력, 및 RF 전력과 같은 파라미터가 제어될 수도 있다. 일반적으로, 트리밍-에칭 페이즈가 길수록 증착-에칭 페이즈가 길다. 사이클의 개수 뿐만 아니라 각 사이클의 2 개의 페이즈를 제어함으로써, 트리밍 및 개구 단계의 종단에서, 마스크 피쳐의 저면에서의 ARL 이 제거되고 고립 영역에서의 피쳐의 측벽이 트리밍되어 후속의 유전체 에칭에서 마이크로 로딩 효과를 보상한다.
이들 실시예에서, 플라즈마 처리 챔버는 챔버의 압력, 가스 유동, 가스 조합, RF 전력, 및 각 페이즈에 대한 시간 기간을 조절하는 것이 가능해야 한다.
본 발명은 수개의 바람직한 실시형태의 관점에서 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에 있는 변경, 치환, 및 다양한 대용 균등물이 있다. 또한, 본 발명의 장치 및 방법을 구현하는 많은 다른 방식이 있다는 것에 주목해야 한다. 따라서, 다음의 첨부된 청구항은 본 발명의 범위 및 진정한 사상 내에 있는 이러한 모든 변경, 치환, 및 다양한 대용 균등물을 포함하는 것으로서 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (31)

193 ㎚ 이하의 파장을 가진 레이저 광을 사용하여 패터닝되는 포토레지스트 (photoresist; PR) 마스크를 통해 유전체층의 피쳐 (feature) 를 에칭하는 방법으로서,
희가스 플라즈마로 상기 PR 마스크를 전처리하는 단계; 및
복수의 사이클을 제공하는 단계를 포함하고,
각 사이클은,
상기 PR 마스크 위에, 상기 PR 마스크의 상면 및 마스크 피쳐의 측벽을 덮는 증착층을 증착하는 증착 페이즈; 및
상기 PR 마스크 위에 증착된 상기 증착층을 성형하는 성형 페이즈 (shaping phase) 를 포함하고,
반사방지층 (antireflection layer; ARL) 은 패터닝된 PR 마스크 아래의 상기 유전체층 위에 형성되고,
각 사이클에서, 상기 성형 페이즈는 상기 마스크 피쳐의 저면의 ARL 을 먼저 에칭하고 상기 PR 마스크를 트리밍하고, 상기 증착 페이즈는 상기 PR 마스크에 상기 증착층을 증착하고 상기 마스크 피쳐의 저면의 상기 ARL 을 더 에칭하는, 피쳐 에칭 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 희가스는 Ar 을 포함하는, 피쳐 에칭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 PR 마스크를 전처리하는 단계는,
상기 희가스를 제공하는 단계;
상기 희가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 및
상기 희가스의 유동을 중단시키는 단계를 포함하는, 피쳐 에칭 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 플라즈마를 형성하는 단계는, 60 ㎒ 이상의 고주파를 제공하는 단계를 포함하는, 피쳐 에칭 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 플라즈마를 형성하는 단계는, 50 ㎒ 보다 작은 주파수를 갖는 RF 에너지를 제공하지 않는, 피쳐 에칭 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 플라즈마를 형성하는 단계는,
500 W 보다 작은 전력을 제공하는 단계를 더 포함하는, 피쳐 에칭 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 희가스의 가스 유동은 100 sccm 이상을 갖는, 피쳐 에칭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 증착 페이즈는 60 ㎒ 이상의 고주파를 제공하는, 피쳐 에칭 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 증착 페이즈는 50 ㎒ 보다 작은 주파수를 갖는 RF 에너지를 제공하지 않는, 피쳐 에칭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 성형 페이즈는 60 ㎒ 이상의 고주파를 제공하는, 피쳐 에칭 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 성형 페이즈는 50 ㎒ 보다 작은 주파수를 갖는 RF 에너지를 제공하지 않는, 피쳐 에칭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 증착 페이즈는 또한 상기 유전체층 내로 피쳐를 에칭하고, 상기 에칭된 피쳐의 측벽에 상기 증착층을 더 증착하며,
상기 성형 페이즈는 상기 증착층을 제거하는, 피쳐 에칭 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 증착 페이즈는 상기 PR 마스크에 대하여 상기 유전체층을 선택적으로 에칭하고,
상기 성형 페이즈는 상기 유전체층에 대하여 상기 측벽의 상기 증착층을 선택적으로 제거하는, 피쳐 에칭 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 증착 페이즈의 에칭은 무한 선택도를 제공하여, 상기 포토레지스트 마스크를 제거하지 않는, 피쳐 에칭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 증착 페이즈는 상기 마스크 피쳐의 저면 (bottom) 에 상기 증착층을 더 증착하고,
상기 성형 페이즈는 측벽을 남긴 채, 상기 마스크 피쳐의 저면 아래에 있는 상기 유전체층을 에칭하지 않고 상기 마스크 피쳐의 저면으로부터 상기 증착층을 더 제거하여 상기 PR 마스크의 임계 치수 (critical dimension; CD) 를 축소시키며,
상기 피쳐 에칭 방법은,
상기 복수의 사이클을 제공함으로써 축소된 상기 CD 를 갖는 상기 PR 마스크를 사용하여 상기 유전체층을 에칭하는 단계를 더 포함하는, 피쳐 에칭 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 증착 페이즈는 상기 마스크 피쳐의 저면에 상기 증착층을 더 증착하고,
상기 성형 페이즈는 상기 측벽을 트리밍하기 위해 상기 마스크 피쳐의 저면 아래에 있는 상기 유전체층을 에칭하지 않고 상기 마스크 피쳐의 저면 및 측벽으로부터 상기 증착층을 더 제거하며,
상기 피쳐 에칭 방법은,
상기 복수의 사이클을 제공함으로써 트리밍된 상기 PR 마스크를 사용하여 상기 유전체층을 에칭하는 단계를 더 포함하는, 피쳐 에칭 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 성형 페이즈는 상기 마스크 피쳐의 밀집 영역에 대하여 고립 영역에서의 상기 마스크 피쳐의 측벽을 선택적으로 에칭 백 하는, 피쳐 에칭 방법.
삭제
193 ㎚ 이하의 파장을 가진 레이저 광을 사용하여 패터닝되는 포토레지스트 (photoresist; PR) 마스크를 통해 유전체층의 피쳐 (feature) 를 에칭하는 장치로서,
플라즈마 처리 챔버,
가스 유입구와 유체 연결된 가스 공급원, 및
상기 가스 공급원 및 적어도 하나의 전극에 제어가능하게 연결된 제어기를 포함하고,
상기 플라즈마 처리 챔버는,
플라즈마 처리 챔버 인클로저를 형성하는 챔버 벽;
상기 플라즈마 처리 챔버 인클로저 내에서 기판을 지지하는 기판 지지체;
상기 플라즈마 처리 챔버 인클로저 내의 압력을 조절하는 압력 조절기;
플라즈마를 유지하기 위해 상기 플라즈마 처리 챔버 인클로저에 전력을 제공하는 적어도 하나의 전극;
상기 플라즈마 처리 챔버 인클로저에 가스를 제공하는 상기 가스 유입구; 및
상기 플라즈마 처리 챔버 인클로저로부터 가스를 배기하는 가스 유출구를 포함하며,
상기 가스 공급원은,
에칭 가스 공급원;
증착 페이즈 가스 공급원;
성형 페이즈 가스 공급원; 및
전처리 가스 공급원을 포함하며,
상기 제어기는,
적어도 하나의 프로세서; 및
컴퓨터 판독가능한 매체를 포함하며,
상기 컴퓨터 판독가능한 매체는,
희가스 플라즈마로 상기 PR 마스크를 전처리하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드; 및
각 사이클이 증착 페이즈 및 성형 페이즈를 포함하는 복수의 사이클을 제공하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드를 포함하며,
상기 전처리하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드는,
상기 전처리 가스 공급원으로부터 희가스를 제공하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드;
상기 희가스로부터 플라즈마를 형성하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드; 및
상기 희가스의 유동을 중단시키기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드를 포함하고,
상기 복수의 사이클을 제공하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드는,
상기 증착 페이즈 가스 공급원으로부터 증착 페이즈 가스를 제공하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드;
상기 PR 마스크 위에, 상기 PR 마스크의 상면 및 마스크 피쳐의 측벽을 덮는 증착층을 증착하기 위해 상기 증착 페이즈 가스로부터 플라즈마를 형성하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드;
상기 증착 페이즈 가스의 유동을 중단시키기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드;
상기 성형 페이즈 가스 공급원으로부터 성형 페이즈 가스를 제공하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드;
상기 PR 마스크 위에 증착된 상기 증착층을 성형하기 위해 상기 성형 페이즈 가스로부터 플라즈마를 형성하기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드; 및
상기 성형 페이즈 가스의 유동을 중단시키기 위한 컴퓨터 판독가능한 코드를 포함하고,
반사방지층 (antireflection layer; ARL) 은 패터닝된 PR 마스크 아래의 상기 유전체층 위에 형성되고,
각 사이클에서, 상기 성형 페이즈는 상기 마스크 피쳐의 저면의 ARL 을 먼저 에칭하고 상기 PR 마스크를 트리밍하고, 상기 증착 페이즈는 상기 PR 마스크에 상기 증착층을 증착하고 상기 마스크 피쳐의 저면의 상기 ARL 을 더 에칭하는, 피쳐 에칭 장치.
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