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KR-20260061066-A - 원하는 임계 치수들을 달성하기 위해 하드마스크들 및 포토레지스트들의 개구부들을 수정하는 방법들

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Abstract

요망되는 임계 치수들을 달성하기 위해 마스크에 있는 개구를 수정하는 방법으로서, 방법은, 마스크에 도펀트 물질을 주입하기 위해 마스크에 대해 사전-주입을 수행하는 단계 ― 사전-주입을 수행하는 단계에서, 마스크의 물질은 치밀화되고 개구는 확장됨 ―, 개구의 제1 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 제1 측방향 측부에 제1 라디칼 빔을 지향시키는 단계, 및 제1 측방향 측부에 대향하는 개구의 제2 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 제2 측방향 측부에 제2 라디칼 빔을 지향시키는 단계를 포함한다.

Inventors

  • 나나약카라, 차리스
  • 하우타라, 존

Assignees

  • 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20240807
Priority Date
20230906

Claims (20)

  1. 요망되는 임계 치수들을 달성하기 위해 마스크에 있는 개구를 수정하는 방법으로서, 상기 개구의 제1 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 상기 제1 측방향 측부에 제1 라디칼 빔을 지향시키는 단계; 및 상기 제1 측방향 측부에 대향하는 상기 개구의 제2 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 상기 제2 측방향 측부에 제2 라디칼 빔을 지향시키는 단계 를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개구의 길이는 제1 양만큼 감소되고, 상기 개구의 폭은 제2 양만큼 감소되며, 상기 제2 양은 상기 제1 양보다 큰, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 개구의 상기 제1 측방향 측부에 상기 제1 라디칼 빔을 지향시키는 것과 상기 개구의 상기 제2 측방향 측부에 상기 제2 라디칼 빔을 지향시키는 것 사이에, 상기 마스크를 회전시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 라디칼 빔 및 상기 제2 라디칼 빔은 각각, 상기 마스크의 최상부 표면에 대해 30 도 내지 60 도의 범위 내의 각도들로 상기 개구의 상기 제1 측방향 측부에 그리고 상기 개구의 상기 제2 측방향 측부에 지향되는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 라디칼 빔 및 상기 제2 라디칼 빔 중 적어도 하나에 의해 증착되는 상기 물질은 탄소인, 방법.
  6. 요망되는 임계 치수들을 달성하기 위해 마스크에 있는 개구를 수정하는 방법으로서, 상기 마스크에 도펀트 물질을 주입하기 위해 상기 마스크에 대해 사전-주입을 수행하는 단계 ― 상기 사전-주입을 수행하는 단계에서, 상기 마스크의 물질은 치밀화되고 상기 개구는 확장됨 ―; 상기 개구의 제1 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 상기 제1 측방향 측부에 제1 라디칼 빔을 지향시키는 단계; 및 상기 제1 측방향 측부에 대향하는 상기 개구의 제2 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 상기 제2 측방향 측부에 제2 라디칼 빔을 지향시키는 단계 를 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 도펀트 물질은 아르곤 및 탄소 중 하나로부터 선택되는, 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 사전-주입은 방향성 사전-주입이며, 상기 방향성 사전 주입은, 상기 마스크에 도펀트 물질을 주입하기 위해 제1 이온 빔을 제1 방향으로 상기 마스크에 지향시키는 것; 및 상기 마스크에 도펀트 물질을 주입하기 위해 제2 이온 빔을 상기 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 상기 마스크에 지향시키는 것 을 포함하고, 상기 마스크의 물질은 치밀화되고, 상기 개구는 상기 제1 방향으로 그리고 상기 제2 방향으로 확장되는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 이온 빔은 상기 마스크의 최상부 표면에 대해 30 도 내지 60 도의 범위 내의 각도로 상기 마스크에 지향되는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 이온 빔은 상기 마스크의 최상부 표면에 대해 30 도 내지 60 도의 범위 내의 각도로 상기 마스크에 지향되는, 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 개구의 길이는 제1 양만큼 감소되고, 상기 개구의 폭은 제2 양만큼 감소되며, 상기 제2 양은 상기 제1 양보다 큰, 방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 개구의 상기 제1 측방향 측부에 상기 제1 라디칼 빔을 지향시키는 것과 상기 개구의 상기 제2 측방향 측부에 상기 제2 라디칼 빔을 지향시키는 것 사이에, 상기 마스크를 회전시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제6항에 있어서, 상기 제1 라디칼 빔 및 상기 제2 라디칼 빔은 각각, 상기 마스크의 최상부 표면에 대해 30 도 내지 60 도의 범위 내의 각도들로 상기 개구의 상기 제1 측방향 측부에 그리고 상기 개구의 상기 제2 측방향 측부에 지향되는, 방법.
  14. 제6항에 있어서, 상기 제1 라디칼 빔 및 상기 제2 라디칼 빔 중 적어도 하나에 의해 증착되는 상기 물질은 탄소인, 방법.
  15. 요망되는 임계 치수들을 달성하기 위해 마스크에 있는 개구를 수정하는 방법으로서, 상기 개구의 제1 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 상기 제1 측방향 측부에 제1 라디칼 빔을 지향시키는 단계; 상기 제1 측방향 측부에 대향하는 상기 개구의 제2 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 상기 제2 측방향 측부에 제2 라디칼 빔을 지향시키는 단계; 및 상기 마스크에 대해 사후-주입을 수행하는 단계 를 포함하며, 상기 사후-주입은, 상기 마스크에 도펀트 물질을 주입하기 위해 제1 이온 빔을 제1 방향으로 상기 마스크에 지향시키는 것, 및 상기 마스크에 도펀트 물질을 주입하기 위해 제2 이온 빔을 상기 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 상기 마스크에 지향시키는 것 을 포함하고, 상기 마스크의 물질은 치밀화되고, 상기 개구는 상기 제1 방향으로 그리고 상기 제2 방향으로 확장되는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 이온 빔에 의해 주입되는 도펀트 물질 및 상기 제2 이온 빔에 의해 주입되는 도펀트 물질 중 적어도 하나는 아르곤 및 탄소 중 하나로부터 선택되는, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제1 이온 빔은 상기 마스크의 최상부 표면에 대해 30 도 내지 60 도의 범위 내의 각도로 상기 마스크에 지향되는, 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 제2 이온 빔은 상기 마스크의 최상부 표면에 대해 30 도 내지 60 도의 범위 내의 각도로 상기 마스크에 지향되는, 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 개구의 길이는 제1 양만큼 감소되고, 상기 개구의 폭은 제2 양만큼 감소되며, 상기 제2 양은 상기 제1 양보다 큰, 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 개구의 상기 제1 측방향 측부에 상기 제1 라디칼 빔을 지향시키는 것과 상기 개구의 상기 제2 측방향 측부에 상기 제2 라디칼 빔을 지향시키는 것 사이에, 상기 마스크를 회전시키는 단계를 더 포함하는, 방법.

Description

원하는 임계 치수들을 달성하기 위해 하드마스크들 및 포토레지스트들의 개구부들을 수정하는 방법들 관련 출원들에 대한 상호-참조 본 출원은, "Methods of Modifying Openings in Hardmasks and Photoresists to Achieve Desired Critical Dimensions"라는 명칭으로 2023년 9월 6일자로 출원된 미국 출원 일련번호 제18/243,042호에 대한 우선권의 권익을 주장하며, 상기 출원 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다. 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 반도체 디바이스 제조 분야에 관한 것으로, 더 상세하게는, 요망되는 임계 치수들을 달성하기 위해 하드마스크들 및 포토레지스트들에 있는 개구들의 크기 및 형상을 수정하기 위한 방법들에 관한 것이다. 반도체 디바이스 제조는, 반도체 기판에 요망되는 피쳐들을 생성하기 위해 많은 이산적 프로세스들을 이용한다. 이러한 프로세스들 중 일부는 리소그래피, 식각, 증착, 및 이온 주입을 포함한다. 식각의 경우에, 하드마스크 또는 포토레지스트로 지칭되는 물질의 층이, 식각될 반도체 기판의 표면 상에 배치된다. 하드마스크에 있는 개구들은 아래에 놓인 기판을 노출시킨다. 반응성 플라즈마 이온들로 형성된 이온 빔이 하드마스크에 지향되고, 아래에 놓인 기판의 노출된 부분들이 이온 빔에 의해 식각되어 그 노출된 부분들에 요망되는 피쳐들(예컨대, 트렌치들)이 생성되는 한편, 기판의 다른 부분들은 하드마스크에 의해 이온 빔으로부터 차폐된다. 반도체 디바이스들이 더 작은 치수들로 계속 스케일링됨에 따라, 반도체 기판들에 표면 피쳐들을 패터닝하는 것은 제조 제약들로 인해 점점 더 어려워지고 있다. 예컨대, 낮은 변동성을 갖는 정밀한 나노미터-스케일의 임계 치수들을 갖는 개구들(예컨대, 10 나노미터 x 20 나노미터로 측정되는 개구들)을 갖는 하드마스크들을 제조하는 것은 어렵다. 요망되는 값들로부터 벗어난 임계 치수들을 갖는 개구들은 완성된 반도체 디바이스의 성능 및 신뢰성에 유해한 영향을 미칠 수 있다. 이들 및 다른 고려사항들과 관련하여, 본원의 개선들이 유용할 수 있다. 본 개요는, 상세한 설명에서 아래에 추가로 설명되는 개념들의 선택을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 본 개요는 청구된 주제의 핵심적인 특징들 또는 필수적인 특징들을 식별하도록 의도되지 않고, 본 개요가 청구된 주제의 범위를 결정하는 데 도움을 주기 위한 것으로서 의도되는 것도 아니다. 본 개시내용의 실시예에 따른, 요망되는 임계 치수들을 달성하기 위해 마스크에 있는 개구를 수정하는 방법은, 개구의 제1 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 제1 측방향 측부에 제1 라디칼 빔을 지향시키는 단계, 및 제1 측방향 측부에 대향하는 개구의 제2 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 제2 측방향 측부에 제2 라디칼 빔을 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 개시내용의 실시예에 따른, 요망되는 임계 치수들을 달성하기 위해 마스크에 있는 개구를 수정하는 다른 방법은, 마스크에 도펀트 물질을 주입하기 위해 마스크에 대해 사전-주입을 수행하는 단계 ― 사전-주입을 수행하는 단계에서, 마스크의 물질은 치밀화되고 개구는 확장됨 ―, 개구의 제1 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 제1 측방향 측부에 제1 라디칼 빔을 지향시키는 단계, 및 제1 측방향 측부에 대향하는 개구의 제2 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 제2 측방향 측부에 제2 라디칼 빔을 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 개시내용의 실시예에 따른, 요망되는 임계 치수들을 달성하기 위해 마스크에 있는 개구를 수정하는 다른 방법은, 개구의 제1 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 제1 측방향 측부에 제1 라디칼 빔을 지향시키는 단계, 제1 측방향 측부에 대향하는 개구의 제2 측방향 측부 상에 물질의 층을 증착하기 위해 제2 측방향 측부에 제2 라디칼 빔을 지향시키는 단계, 및 마스크에 대해 사후-주입을 수행하는 단계를 포함할 수 있으며, 사후-주입은, 마스크에 도펀트 물질을 주입하기 위해 제1 이온 빔을 제1 방향으로 마스크에 지향시키는 단계, 및 마스크에 도펀트 물질을 주입하기 위해 제2 이온 빔을 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 마스크에 지향시키는 단계를 포함하고, 마스크의 물질은 치밀화되고 개구는 제1 방향으로 그리고 제2 방향으로 확장된다. 이제, 예로서, 개시된 기법들의 다양한 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도 1a 내지 도 1c는 본 개시내용에 따른, 반도체 기판 및 마스크를 예시하는 평면도, 제1 단면도, 및 제2 단면도이다. 도 2a 내지 도 2c는 본 개시내용의 실시예에 따른 제1 방법을 예시하는 평면도, 제1 단면도, 및 제2 단면도이다. 도 3a 내지 도 3c는 본 개시내용의 실시예에 따른 제2 방법의 제1 단계를 예시하는 평면도, 제1 단면도, 및 제2 단면도이다. 도 4a 내지 도 4c는 본 개시내용의 실시예에 따른 제2 방법의 제2 단계를 예시하는 평면도, 제1 단면도, 및 제2 단면도이다. 도 5a 내지 도 5c는 본 개시내용의 실시예에 따른 제3 방법의 제1 단계를 예시하는 평면도, 제1 단면도, 및 제2 단면도이다. 도 6a 내지 도 6c는 본 개시내용의 실시예에 따른 제3 방법의 제2 단계를 예시하는 평면도, 제1 단면도, 및 제2 단면도이다. 도 7a 내지 도 7c는 본 개시내용의 실시예에 따른 제4 방법의 제1 단계를 예시하는 평면도, 제1 단면도, 및 제2 단면도이다. 도 8a 내지 도 8c는 본 개시내용의 실시예에 따른 제4 방법의 제2 단계를 예시하는 평면도, 제1 단면도, 및 제2 단면도이다. 이제, 일부 실시예들이 도시되는 첨부된 도면들을 참조하여 본원의 실시예들이 이하에서 더 완전히 설명될 것이다. 본 개시내용의 주제는 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에 기재된 실시예들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 이러한 실시예들은, 본 개시내용이 철저하고 완전해질 것이고 주제의 특정 예시적인 양상들을 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 전달할 것이도록 제공된다. 도면들에서, 전반에 걸쳐 동일한 번호들은 동일한 요소들을 지칭한다. 도 1a를 참조하면, 반도체 기판(12) 맨 위에 배치된 하드마스크 또는 포토레지스트(10)(이하에서, 일반적으로 "마스크(10)"로 지칭됨)를 예시하는 평면도가 도시된다. 도 1b 및 도 1c는 각각, 도 1a의 선들(A-A 및 B-B)을 따라 취해진 단면도를 예시한다. 마스크(10)에는, 아래에 놓인 기판(12)을 노출시키도록(즉, 위에서 볼 때 노출시키도록) 개구들(14)이 형성되어 있을 수 있다. 식각 프로세스 동안, 반응성 플라즈마 이온들로 형성된 이온 빔이 위로부터 마스크(10)에 지향될 수 있다. 아래에 놓인 기판(12)의 노출된 부분들(즉, 개구들(14) 바로 아래의 기판(12)의 부분들)이 이온 빔에 의해 식각되어, 그 노출된 부분들에 요망되는 피쳐들(예컨대, 트렌치들)이 생성되는 한편, 기판(12)의 다른 부분들은 마스크(10)에 의해 이온 빔으로부터 차폐된다. 다양한 실시예들에서, 마스크(10)는 이산화규소 또는 탄화규소로 형성될 수 있다. 본 개시내용은 이와 관련하여 제한되지 않으며, 마스크(10)는 대안적으로, 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 알려져 있는 다른 하드마스크 또는 포토레지스트 물질들로 형성될 수 있다. 마스크(10)가 제조될 때, 마스크(10)에 있는 개구들(14)은 이상적으로, 요망되는 식각 패턴을 기판에 전사하기 위해, 종종 "임계 치수(CD)들"로 지칭되는 요망되는 치수들을 갖는 요망되는 형상으로 형성된다. 그러나, 제조 제약들로 인해, 나노미터-스케일 치수들을 가진 특정 형상들을 갖는 개구들이 있는 마스크들을 신뢰성 및 정밀도를 갖추어 생성하는 것은 어렵거나 불가능할 수 있다("나노미터-스케일"은 본원에서 1000 나노미터 미만을 의미하는 것으로 정의될 것임). 예컨대, 10 나노미터 폭 x 20 나노미터 길이로 측정되는 슬롯들을 형성하는 것은 난제인 것으로 밝혀졌다. 본원에서 "폭"은 도 1a에 예시된 데카르트 좌표계(Cartesian coordinate system)의 Y 축과 평행한 방향으로 측정되는 치수를 의미하는 것으로 정의될 것이고, 본원에서 "길이"는 도 1a에 예시된 데카르트 좌표계의 X 축과 평행한 방향으로 측정되는 치수를 의미하는 것으로 정의될 것이다. 전술한 치수들은 제한적인 것으로 의도되는 것이 아니며 단지 예로서 제공된다. 본 개시내용의 실시예들은, 전통적인 제조 프로세스들을 사용하여 형성되는 개구들을 수정하기 위해 방향성 증착 및 주입 프로세스들을 사용함으로써, 정밀한 나노미터-스케일 치수들을 갖는 개구들을 생성하는 것과 연관된 난제들을 해결하는 것을 추구한다. 방법 1: 방향성 증착 본 개시내용의 제1 방법에서, 마스크(10) 및 아래에 놓인 기판(12)이 도 1a에 도시된 바와 같이 제공된다. 마스크(10)는, 극자외선(EUV) 리소그래피를 포함하지만 이에 제한되지 않는 전통적인 제조 기법들을 사용하여 형성되는 둥근 개구들을 가질 수 있다. 비-제한적인 예에서, 개구들(14)은 20 나노미터의 직경들을 가질 수 있다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 방향성 증착 프로세스가 수행될 수 있으며, 여기서, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 소스(도시되지 않음)로부터 방출되는 제1 라디칼 빔(16)은 도 2a에 예시된 데카르트 좌표계의 Y 축과 평행한 제1 방향으로 마스크(10) 상에 투사될 수 있고, PECVD 소스(도시되지 않음)로부터 방출되는 제2 라디칼 빔(16)은 도 2a에 예시된 데카르트 좌표계의 Y 축과 평행한 제2 방향으로 마스크(10) 상에 투사될 수 있으며, 여기서, 제2 방향은 제1 방향에 대향한다. 다양한 실시예들에서, 증착된 물질은 탄소일 수 있다. 본 개시내용은 이와 관련하여 제한되지 않는다. 제1 및 제2 라디칼 빔들(16, 18)은 2개의 별개의 PECVD 소스로부터 방출될 수 있거나, 또는 그 라디칼 빔들은 하나의 PECVD 소스로부터 순차적으로 방출될 수 있으며, 여기서,