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KR102156409B1 - 패턴 형성 방법 - Google Patents

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KR102156409B1
KR102156409B1 KR1020140123032A KR20140123032A KR102156409B1 KR 102156409 B1 KR102156409 B1 KR 102156409B1 KR 1020140123032 A KR1020140123032 A KR 1020140123032A KR 20140123032 A KR20140123032 A KR 20140123032A KR 102156409 B1 KR102156409 B1 KR 102156409B1
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김홍익
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에스케이하이닉스 주식회사
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Abstract

반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 현상 가능한 반사방지 물질(developable antireflective material)을 포함하고 상호 간에 이격된 간격 보다 좁은 크기의 선폭을 가지는 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하고, 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하고 어닐링(annealing)하여 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부들이 교번적으로 반복 위치하도록 유도하는 패턴 형성 방법을 제시한다.

Description

패턴 형성 방법{Method of forming pattern}
본 출원은 반도체 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 크기의 선폭을 가지는 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 산업이 급속히 성장되며, 보다 높은 소자 밀도를 갖는 집적 회로를 구현하고자 노력하고 있다. 평면적으로 단위 셀(cell)이 차지는 면적을 감소시켜, 보다 많은 수의 소자들을 제한된 면적 내에 집적시키기 위해서, 수 내지 수십 ㎚의 수준의 나노 스케일(nano scale)의 선폭(CD: Critical Dimension)을 가지는 패턴 구조를 구현하기 위해 다양한 기술들이 시도되고 있다.
반도체 소자의 미세 패턴을 단순히 포토리소그래피(photo lithography) 기술에 의존하여 형성할 때, 리소그래피 장비의 이미지(image) 분해능에 대한 한계로 보다 미세한 크기의 패턴을 구현하는 데 제약이 있다. 포토리소그래피 기술에 사용되는 광원의 파장 및 광학 시스템(system)의 해상 한계로 인한 분해능 제약을 극복하여 미세 패턴들의 배열을 형성하기 위해서, 폴리머(polymer) 분자들의 자기조립(self-assembly) 가능성을 이용한 미세 패턴들을 형성하는 방법이 고려될 수 있다.
본 출원은 노광 과정에서의 해상도 한계를 극복하여 미세한 크기의 선폭을 가지는 패턴을 형성하는 방법을 제시하고자 한다.
본 출원의 일 관점은, 반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)을 형성하는 단계; 상기 현상 가능한 반사방지층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층 및 상기 현상 가능한 반사방지층의 일부 영역들을 노광하는 단계; 상기 포토레지스트층의 비노광된 부분들을 제거하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 비노광된 부분들을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 선택적으로 제거하여 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계; 상기 가이드 패턴들 사이 부분을 채우는 중성층을 형성하는 단계; 상기 가이드 패턴들 및 중성층 상에 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하는 단계; 상기 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부(domains of polymeric blocks)들이 교번적으로 반복 위치하도록 유도하는 단계; 및 상기 제1폴리머 블록 도메인부들을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 다른 일 관점은, 반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)을 형성하는 단계; 상기 현상 가능한 반사방지층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층 및 상기 현상 가능한 반사방지층의 일부 영역들을 노광하여 라인(line) 형상의 비노광 부분들을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층의 비노광 부분들을 제거하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 비노광 부분들을 노출하는 트렌치(trench)부들을 제공하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 선택적으로 제거하여 사이의 이격 부분의 제1선폭에 비해 좁은 제2선폭을 가지는 라인(line) 형상의 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계; 상기 가이드 패턴들 사이의 이격 부분을 채우는 중성층을 형성하는 단계; 상기 가이드 패턴들 및 중성층 상에 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하는 단계; 상기 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부(domains of polymeric blocks)들이 각각 라인(line) 형상을 가지며 교번적으로 반복 위치하도록 유도하는 단계; 및 상기 제1폴리머 블록 도메인부들을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 다른 일 관점은, 반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)을 형성하는 단계; 상기 현상 가능한 반사방지층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층 및 상기 현상 가능한 반사방지층의 일부 영역들을 노광하여 섬(island) 형상의 비노광 부분들을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층의 비노광 부분들을 제거하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 비노광 부분들을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 선택적으로 제거하여 사이의 이격 부분의 제1선폭에 비해 좁은 제2선폭을 가지는 섬(island) 형상의 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계; 상기 가이드 패턴들 사이의 이격 부분을 채우는 중성층을 형성하는 단계; 상기 가이드 패턴들 및 중성층 상에 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하는 단계; 상기 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 제1폴리머 블록 도메인부들(domains of polymeric blocks) 및 상기 제1폴리머 블록 도메인부들을 에워싸 고립시키는 제2폴리머 블록 도메인부의 형성을 유도하는 단계; 및 상기 제1폴리머 블록 도메인부들을 선택적으로 제거하여 홀(hole)들의 배열을 형성하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 다른 일 관점은, 반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 중성층(neutral layer)을 형성하는 단계; 상기 중성층 상에 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)을 형성하는 단계; 상기 현상 가능한 반사방지층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트층 및 상기 현상 가능한 반사방지층의 일부 영역들을 노광하는 단계; 상기 포토레지스트층의 비노광된 부분들을 제거하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 비노광된 부분들을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 선택적으로 제거하여 사이 부분에 상기 중성층 부분을 노출하는 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계; 상기 가이드 패턴들 및 상기 중성층 부분 상에 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하는 단계; 상기 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부(domains of polymeric blocks)들이 교번적으로 반복 위치하도록 유도하는 단계; 및 상기 제1폴리머 블록 도메인부들을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 다른 일 관점은, 반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 현상 가능한 반사방지 물질(developable antireflective material)을 포함하고 상호 간에 이격된 간격 보다 좁은 크기의 선폭을 가지는 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계; 상기 가이드 패턴들을 덮도록 제1폴리머 블록 성분 및 제2폴리머 블록 성분을 포함하는 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하는 단계; 상기 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 상기 가이드 패턴 상에 상기 제1폴리머 블록 성분이 정렬되어 제1폴리머 블록 제1도메인부(domain of polymeric blocks)이 위치하도록 유도하고 상기 가이드 패턴들 사이 부분에 상기 제2폴리머 블록 성분을 포함하는 제2폴리머 블록 도메인부 및 상기 제1폴리머 블록 성분을 포함하는 제1폴리머 블록 제2도메인부들이 교번적으로 반복 위치하도록 유도하는 단계; 및 상기 제1폴리머 블록 제1 및 제2도메인부들을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 실시예들에 따르면, 블록코폴리머(block co-polymer)의 상분리 및 자기조립(self assembly)을 이용하여 나노 스케일 크기의 미세한 크기의 다마신 선폭을 가지는 패턴을 형성할 수 있다.
도 1 내지 도 13은 본 출원의 일 예에 의한 패턴 형성 방법을 보여주는 도면들이다.
도 14 및 도 15는 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)을 설명하기 위해서 제시한 도면들이다.
도 16 내지 도 18은 블록코폴리머(block copolymer)의 상분리를 설명하기 위해서 제시한 도면들이다.
도 19 내지 도 26은 본 출원의 일 예에 의한 라인 및 스페이스(line and space) 패턴 형성 방법을 보여주는 도면들이다.
도 27 내지 도 38은 본 출원의 일 예에 의한 홀(hole) 배열의 패턴 형성 방법을 보여주는 도면들이다.
도 39 내지 도 45는 본 출원의 다른 일 예에 의한 패턴 형성 방법을 보여주는 도면들이다.
본 출원의 실시예의 기재에서 "제1" 및 "제2"와 같은 기재는 부재를 구분하기 위한 것이며, 부재 자체를 한정하거나 특정한 순서를 의미하는 것으로 사용된 것은 아니다. 또한, 어느 부재의 "상"에 위치하거나 "상부", "하부", "측면" 또는 "내부"에 위치한다는 기재는 상대적인 위치 관계를 의미하는 것이지 그 부재에 직접 접촉하거나 또는 사이 계면에 다른 부재가 더 도입되는 특정한 경우를 한정하는 것은 아니다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들에서도 마찬가지의 해석이 적용될 수 있다.
본 출원의 실시예는 블록코폴리머(block co-polymer)의 상분리를 이용하여 라인 및 스페이스(line and space) 형상의 패턴을 형성 방법을 제시한다. 또한, 본 출원의 실시예는 블록코폴리머(block co-polymer)의 상분리를 이용하여 콘택을 위한 홀(hole)과 같은 홀들의 배열 형상의 패턴을 형성하는 방법을 제시한다. 블록코폴리머의 상분리를 이용한 직접적자기정렬 과정(direct self-assembly process)을 이용하여 리소그래피 노광 과정의 해상도 한계를 넘어서 보다 작은 선폭 크기의 패턴들을 형성할 수 있다. 블록코폴리머(BCP)의 특정 폴리머 블록이 정렬(ordering)되어 폴리머 블록들의 도메인(domain)부로 상분리되고, 상분리된 도메인부를 선택적으로 제거함으로써 나노 스케일(nano scale)의 선폭 크기를 가지는 형상(feature) 패턴을 형성할 수 있다. 나노 스케일(nano scale) 형상은 수㎚ 내지 수십 ㎚의 크기를 가지는 구조체를 의미할 수 있다.
블록코폴리머의 자기조립 구조는 블록코폴리머를 구성하는 각각의 폴리머 블록들의 부피 비율, 온도, 분자의 크기, 분자량 등에 따라, 실린더 형상(cylindric phase) 또는 라멜라(lamellar) 형상의 구조를 구성하도록 상분리될 수 있다. 폴리머 블록들이 상분리되어 이루어지는 폴리머 블록들의 도메인(domain)부들은 실린더 형상이나 라멜라 형상을 이룰 수 있다. 이러한 실린더 형상을 포함하는 구조는 홀(hole)들의 배열 패턴을 형성하는 데 이용될 수 있다. 또한, 라멜라 형상을 포함하는 구조는 라인 및 스페이스 형상의 반복 패턴을 형성하는 데 이용될 수 있다.
본 출원의 실시예들은 PcRAM 소자나 ReRAM 소자와 같이 셀 영역에 미세한 크기의 노드(node) 배열 및 노드들에 연결되는 배선 라인들을 구비하는 소자를 구현하는 데 적용될 수 있다. 본 출원의 실시예들은 SRAM, FLASH, MRAM 또는 FeRAM과 같은 메모리 소자나, 논리 집적회로가 집적된 로직(logic) 소자에도 적용될 수 있다.
도 20 내지 도 13은 본 출원의 일 예에 의한 패턴 형성 방법을 보여주는 도면들이다.
도 1 및 도 2는 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer: 301)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 식각 대상이 되는 피식각층(210)을 형성한다. 기판(100)은 집적회로 소자들이 형성될 반도체 기판일 수 있다. 기판(100) 상에 피식각층(210)은 선택적 식각에 의해서 패터닝될 층으로, 회로 배선을 이루는 도전층일 수 있다. 또는 피식각층(210)은 하부의 다른 층(도시되지 않음)을 패터닝하기 위해서 마련되는 식각 마스크(etch mask)를 위한 층으로 도입될 수도 있다. 피식각층(210)은 다양한 도전 물질이나 절연을 위한 유전 물질을 증착하거나 도포하여 형성될 수 있다. 알루미늄(Al)이나 구리(Cu), 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti)과 같은 금속층이나 이들 금속의 합금층 또는 금속 질화물층으로 피식각층(210)이 도입될 수 있다. 또는 피식각층(210)은 층간 절연층이나 또는 다른 패터닝을 위한 템플레이트(template)로 이용될 유전층, 예컨대, 실리콘산화물(SiO2)을 포함할 수도 있다.
피식각층(210) 상에 피식각층(210)을 식각할 때 식각 선택비를 제공하는 하드 마스크(hard mask)를 위한 층(230)을 더 형성할 수 있다. 하드 마스크층(230)은 피식각층(210)과 식각 선택비를 가지는 물질로 형성될 수 있으며, 실리콘질화물(Si3N4)이나 실리콘산질화물(SiON)층을 포함할 수도 있다. 하드 마스크층(230)은 피식각층(210)을 이루는 물질에 따라 피식각층(210)을 이루는 물질과 다른 물질의 층으로 도입되어 식각 선택비를 구현할 수 있다.
하드 마스크층(230)이나 피식각층(210)을 포함하는 하지층 구조를 형성하고, 하지층 구조 상에 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)의 코팅층(301)을 형성한다. 현상 가능한 반사방지층 또는 현상 가능한 반사방지물질은 도 14에 제시한 바와 같이 유기물인 폴리머(R'-OH)들을 가교제(cross linking agent)와 함께 용매에 녹인 코팅 용액으로 하드 마스크층(230) 상에 스핀 코팅(spin coating)될 수 있다. 현상 가능한 반사방지물질의 코팅층(301)은 가교되지 않은 상태로 용매에 녹을 수 있는 상태로 코팅된다. 현상 가능한 반사방지물질은 광산발생제(PAG: Photonic Acid Generator)나 열산발생제(TAG: Thermal Acid Generator)와 같은 산 발생제를 감광제를 포함하고 있다. 현상 가능한 반사방지물질의 코팅층(301)을 코팅하고, 가교 반응을 유도하여 도 2에 제시된 바와 같이 가교된 현상 가능한 반사방지층(300)을 형성한다. 이러한 가교 반응을 열적 어닐링(thermal annealing) 또는 베이크(bake) 과정과 같이 열을 인가하여 상온 보다 높은 온도를 유도하는 과정으로 수행될 수 있다. 가교된 현상 가능한 반사방지층(300)은 용매에 녹지 않는 상태로 변성된 상태이다. 현상 가능한 반사방지층(300)은 노광 후 현상액에 의해서 현상 가능한 것으로, 리소그래피 기술 분야에서 현상 가능한 바닥 반사방지 코팅 물질(D-BARC: Developable Bottom Antireflective Coating)으로 알려진 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 현상 가능하지 않은 일반적인 바닥반사 코팅 물질(BARC)은 사용되지 않는다.
도 3은 포토레지스트층(400)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 3을 참조하면, 현상 가능한 반사방지층(300) 상에 네거티브 톤 현상(negative tone develop)용 레지스트 물질을 도포하여 포토레지스트층(400)을 형성한다. 레지스트 물질을 도포하고 용매 함량을 줄이는 소프트 베이크(soft bake)를 수행할 수 있다. 소프트 베이크는 대략 90℃ 내지 150℃ 정도의 온도에서 대략 30초 내지 90초 정도 수행할 수 있다.
도 4는 포토레지스트층(300)을 노광하는 과정을 보여준다.
도 4를 참조하면, 포토레지스트층(300) 상에 포토마스크(500)를 도입하고 노광 광(hυ)를 선택적으로 제공하는 리소그래피의 노광 과정을 수행하여, 포토레지스트층의 노광 부분(410)을 노광한다. 광이 입사된 노광 부분(410)과 광이 입사되지 않은 비노광 부분(430)이 설정된다. 노광 광은 포토레지스트층(400) 하부의 현상 가능한 반사방지층(300) 부분 또한 노광하여 현상 가능한 반사방지층(300)에 광이 입사되어 노광된 노광 부분(310)과 광이 입사되지 않은 비노광 부분(330)이 설정된다. 이러한 노광 과정은 ArF 엑시머 레이저를 광원으로 이용하는 과정으로 수행될 수 있으며, 포토레지스트층(400)은 이러한 노광 광원에 의해 노광되는 레지스트 물질로 도입될 수 있다. 노광 과정은 극자외선(EUV)를 광원으로 이용하는 과정으로 수행될 수도 있으며, 포토레지스트층(400)은 이러한 노광 광원에 의해 노광되는 극자외선용 레지스트 물질로 도입될 수 있다.
포토레지스트층(400)의 노광 부분(410)에서 포토레지스트에 포함된 광산발생제가 입사된 광에 반응하여 산(H+) 또는 산 이온(acidic ion)이 발생될 수 있다. 또한, 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광 부분(310)에서 광산발생제가 입사된 광에 반응하여 산(H+) 또는 산 이온(acidic ion)이 발생될 수 있다. 포토레지스트층(400)의 노광 부분(410)과 비노광 부분(430)은 서로 다른 용해도를 나타내게 되고, 이러한 용해도 차이에 의해 후속 과정에서 비노광 부분(430)을 선택적으로 제거할 수 있다. 후속될 현상 과정을 수행하기 이전에 포토레지스트층(400)을 어닐링하는 노광 후 베이크 과정(PEB: Post Exposure Bake)이 수행될 수 있다. 노광 후 베이크 과정은 포토레지스트층(400)의 두께 및 조성물 종류 등에 의해 달리 수행될 수 있으며, 대략 80℃ 내지 150℃ 정도의 온도에서 대략 30초 내지 90초 정도 수행될 수 있다.
도 5는 포토레지스트 패턴(410)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 5를 도 4와 함께 참조하면, 포토레지스트층(400)의 노광 부분(410)과 비노광 부분(430)의 용해도 차이를 이용하여 비노광 부분(430)을 선택적으로 제거하는 네거티브 톤 현상(NTD: Negative Tone Develop)을 수행한다. 네거티브 톤 현상에 사용되는 네거티브 톤 현상액(negative tone developer)는 유기 현상제를 이용할 수 있다. 예컨대, 케톤, 에스테르, 에테르, 탄화수소 및 이들의 혼합물에서 선택되는 용매를 포함하는 유기 현상제를 사용할 수 있다. 케톤 용매는, 예를 들면 아세톤, 2-헥사논, 5-메틸-2-헥사논, 2-헵타논, 4-헵타논, 1-옥타논, 2-옥타논, 1-노나논, 2-노나논, 디이소부틸 케톤, 사이클로헥사논, 메틸사이클로헥사논, 페닐아세톤, 메틸 에틸 케톤 및 메틸 이소부틸 케톤 등이 이용될 수 있고, 에스테르 용매로는, 예를 들면 메틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, 아밀 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 3-메톡시부틸 아세테이트, 3-메틸-3-메톡시부틸 아세테이트, 메틸 포르메이트, 에틸 포르메이트, 부틸 포르메이트, 프로필 포르메이트, 에틸 락테이트, 부틸 락테이트 및 프로필 락테이트 등이 이용될 수 있다. 적합한 에테르 용매로는, 예를 들면 디옥산, 테트라하이드로푸란 및 글리콜 에테르 용매, 예를 들면 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 및 메톡시메틸 부탄올 등이 이용될 수 있다. 적합한 아미드 용매로는, 예를 들면 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드 및 N,N-디메틸포름아미드 등이 이용될 수 있다. 적합한 탄화수소 용매로는, 예를 들면 방향족 탄화수소 용매, 예를 들면 톨루엔, 크실렌 등이 이용될 수 있다. 또한, 이 용매들의 혼합물이 이용될 수 있다.
네거티브 톤 현상액을 스핀 코팅(spin coating)이나 퍼들(puddle) 코팅으로 기판(100) 상에 도입하고 이후에 린스(rinse)하여, 포토레지스트층의 비노광 부분(430)을 선택적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 포토레지스트층의 노광 부분(410)은 용해도 차이에 의해서 현상되지 않고 잔존하여 하부의 현상 가능한 반사방지층(300)의 비노광 부분(330)을 노출하는 포토레지스트 패턴(410)을 이룬다. 현상 가능한 반사방지층(300)의 비노광 부분(330)은 가교된 상태로 유지되고 있으므로, 네거티브 톤 현상액에 의해 현상되지 않은 상태, 즉, 용매에 용해되지 않은 상태로 유지되므로, 네거티브 톤 현상 과정에 의해 제거되지 않고 잔존할 수 있다.
도 6은 가이드 패턴(guide pattern: 330)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 6을 도 4와 함께 참조하면, 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광된 부분(310)을 선택적으로 제거한다. 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광된 부분(310)은 노광 과정에 입사된 광에 의해서 그 내부에 산이 발생되고, 이러한 산이 도 15에 제시된 바와 같이 노광된 부분(310) 내의 폴리머 가교 구조의 결합을 끊어주는 작용을 한다. 발생된 산(H+)은 노광 후 베이크 과정에서 인가되는 열이나 온도에 의해 제공되는 에너지 또는 노광 광에 의해서 제공되는 에너지에 의해 활성화되어, 폴리머 가교 결합을 끊어 노광된 부분(310)을 이루는 물질 구조가 용매에 녹을 수 있는 상태로 변성시킬 수 있다. 이에 비해 비노광 부분(330)에서는 이러한 산의 발생이나 산에 의한 결합을 끊어 분리하는 과정이 유도되지 않으므로, 비노광 부분(330)과 노광된 부분(310)은 서로 다른 용해도를 가지게 된다.
현상 가능한 반사방지층(300)의 노광된 부분(310)을 제거하기 위해서 포지티브 톤 현상(PTD: Positive Tone Develop)을 수행한다. 포지티브 톤 현상에 사용되는 포지티브 톤 현상액(positive tone developer)는 염기성 현상액을 이용할 수 있다. 염기성 현상액은 염기성 성분을 함유하는 수용액으로 예컨대, 예를들어, 테트라메틸암모늄히드록사이드(tetramethyl ammoniumhydroxide, TMAH) 수용액을 이용할 수 있다. TMAH 수용액은 대략 2 중량% 내지 5 중량%의 농도로 이용될 수 있다.
TMAH 현상액을 스핀 코팅 등의 방식으로 포토레지스트 패턴(410) 및 현상 가능한 반사방지층의 비노광 부분(330) 상에 도입하는 포지티브 톤 현상 과정에 의해서, 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광된 부분(310)이 녹아 제거되어 잔류하는 비노광 부분(330)으로 이루어지는 가이드 패턴(330)이 형성될 수 있다. 포토레지스트 패턴(410)이 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광된 부분(310)에 중첩되어 있지만, 노광 과정에서 설정된 현상 가능한 반사방지층(300)의 가장자리 부분은 포토레지스트 패턴(410)의 가장자리 부분에 정렬되어 있어, 이러한 가장자리 부분으로 PTD 현상액이 침투되어 포토레지스트 패턴(410) 하부의 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광된 부분(310)을 녹여 제거할 수 있다. 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광된 부분(310)이 녹아 제거되며 그 상에 중첩되어 있는 포토레지스트 패턴(410)은 리프트 오프(lift off)되어 제거될 수 있다. 이와 같은 PTD 현상 과정을 촉진시키기 위해서, 포토레지스트 패턴(410) 상에 신너(thinner)를 포함하는 유기 용매를 사용하는 포토레지스트 스트립(strip) 과정을 PTD 과정 전에 더 수행할 수도 있다. 신너와 같은 유기 용매를 이용하여 포토레지스트 패턴(410)의 표면 일부를 스트립하여, 포토레지스트 패턴(410)의 가장 자리 부분을 일부 축소 또는 제거하여 이에에 의해 가려져 있는 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광된 부분(310)의 가장 자리 부분 일부를 노출시킴으로써, 노출된 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광된 부분(310)으로 PTD 현상액의 침투가 보다 원활하게 이루어지도록 유도할 수 있다.
도 6을 도 5 및 도 4와 함께 다시 참조하면, 포토레지스트 패턴(410)은 PTD 현상 과정에서 잔류하는 비노광 부분(330)으로 이루어지는 가이드 패턴(330)의 패턴 붕괴(pattern collapse)를 방지하는 역할을 할 수 있다. 포토레지스트 패턴(410)이 PTD 현상으로 제거되는 노광 부분(310)에 중첩되어 위치하므로, PTD 현상 과정에서 과도한 현상 작용이 급속히 진행되는 것을 막아주어 TMAH 현상액에 의해 비노광 부분(330)이 휩쓸려 붕괴되는 현상을 완화시키거나 방지할 수 있다. 노광 부분(310)에 비해 비노광 부분(330)이 매우 협소한 선폭을 가지도록 설정되므로, 포토레지스트 패턴(410) 없이 직접적으로 TMAH 현상액이 전체 노광 부분(310)에 도입될 경우 과도한 표면 장력이 유도되어 이에 의해서 비노광 부분(330)이 붕괴되거나 휩쓸려 패턴이 왜곡 될 수 있으나, 포토레지스트 패턴(410)이 노광 부분(310)에 중첩되어 위치하므로 이러한 과도한 현상 과정이 급속히 진행되는 것을 완화시킬 수 있다.
포토레지스트 패턴(410)은 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광 부분(310)으로 산(H+) 또는 산 이온을 공급하는 역할을 할 수도 있다. 노광 과정에서 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광 부분(310)에서 노광 광에 의해서 직접적으로 생성되는 산의 농도는 상대적으로 낮을 수 있으나, 포토레지스트 패턴(410) 또는 포토레지스트층의 노광 부분(410)에서 발생된 산(H+) 또는 산 이온들이 하부에 중첩된 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광 부분(310)으로 확산하여 노광 부분(310)에서의 산 또는 산 이온의 농도를 증가시킬 수 있다. 이러한 산 또는 산 이온의 확산은 노광 후 베이크 과정에서 인가되는 열 또는 온도에 의해서 유도될 수 있다. 현상 가능한 반사방지층(300)의 노광 부분(310)에서의 산 또는 산 이온의 강화는 노광 부분(310)이 PTD 현상 과정에서 잔류 테일(tail) 부분없이 제거되는 데 유리할 수 있다.
PTD 현상 과정은 이전의 NTD 현상 과정에 이어 연속적으로 진행될 수 있다. PDT 현상 과정과 NTD 현상 과정 사이에 추가적인 어닐링이나 베이크 또는 식각 과정이 도입되지 않으므로, PDT 현상 과정과 NTD 현상 과정은 연속적으로 동일한 습식 장비 내에서 인 라인(in line)으로 진행될 수 있어, 공정 단계의 감소 및 공정 시간의 축소를 얻을 수 있다. 또한, PTD 현상 과정 이후에 린스 과정을 도입할 수도 있다.
도 7 및 도 8은 중성층(600)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 7을 참조하면, 상호 이격되어 위치하도록 형성된 가이드 패턴(330)들 사이의 이격 부분에 중성층(600)을 형성한다. 가이드 패턴(330)은 그 사이의 이격 부분 보다 매우 협소한 선폭을 가지도록 형성되어, 가이드 패턴(330) 사이 부분에 하부의 하지층 구조의 일부인 하드 마스크층(230) 표면 일부 부분을 노출한다. 노출된 하드 마스크층(230) 표면을 덮고 가이드 패턴(330)의 상측 표면을 노출하는 중성층(600)을 형성한다. 중성층(600)은 후속 도입되는 블록코폴리머(block copolymer)를 이루는 각각의 폴리머 블록(polymer block)들이 실린더 형상이나 라멜라 형상으로 교번적으로 반복되는 블록 도메인(block domain)부들로 상분리되도록 유도하는 역할을 할 수 있다. 중성층(600)은 각각의 폴리머 블록들이 재배열(re-ordering)하여 블록 도메인부들을 이루는 상분리 과정에서 폴리머 블록들의 배향(orientation)을 조절하여 블록 도메인부들이 교번적으로 반복되도록 유도하는 배향 조절층으로 작용할 수 있다.
중성층(600)은 블록코폴리머를 이루는 각각의 폴리머 블록 성분들 각각에 대해 유사한 친화도(affinity)를 가지는 물질층으로 형성될 수 있다. 예컨대, 중성층(600)은 블록코폴리머를 이루는 폴리머 블록 A 성분과 폴리머 블록 B 성분이 랜덤(random)하게 공중합된 랜덤 코폴리머(random copolymer)를 포함할 수 있다. 예컨대, 자기정렬 블록코폴리머로 폴리스티렌-폴리메틸메타아클릴레이트 블록코폴리머(PS-b-PMMA)를 사용할 경우, 중성층(600)은 폴리스티렌과 폴리메틸메타아클릴레이트의 랜덤 코폴리머, 즉, 랜덤 PS : PMMA(PS-r-PMMA)를 포함하여 이루어질 수 있다.
중성층(600)을 형성하기 위해서 예컨대 PS-r-PMMA와 같은 랜덤 코폴리머를 말단기로 하이드록실기(OH-)를 가지는 폴리머로 준비하고, 이를 용매에 녹인 코팅액을 준비하여 가이드 패턴(330) 및 하드 마스크층(230)의 노출된 부분을 코팅하여 코팅층(601)을 형성한다. 이후에, 폴리머의 하이드록실기가 하드 마스크층(230) 표면과 결합하도록 어닐링(annealing)하여 폴리머와 하드 마스크층(230) 표면이 결합하도록 유도한다. 하지층인 하드 마스크층(230)과 결합하지 않은 나머지 부분을 용매를 사용하여 제거함으로써, 하드 마스크층(230)의 노출된 부분만을 덮는 중성층(600)을 형성할 수 있다. 하드 마스크층(230)은 하이드록실기와 결합할 수 있는 표면 본드(bond)를 제공할 수 있는 물질, 예컨대, 실리콘산질화물과 같이 실리콘(Si)을 함유하는 층을 포함하여 이루어질 수 있다. 이와 같이 폴리머 브러시(polymer brush) 과정을 이용하여 중성층(600)이 가이드 패턴(330) 사이에 위치하도록 형성할 수 있다. 가이드 패턴(330)을 이루는 가교된 현상 가능한 반사방지 물질은 유기 폴리머 구조를 가져, 하이드록실기와 결합하는 반응이 억제될 수 있어, 가이드 패턴(330) 상에는 중성층(600) 성분이 결합하지 못하고 폴리머 브러시 과정에서 씻겨 제거될 수 있다. 이러한 폴리머 브러시 과정으로 형성된 중성층(600)은 가이드 패턴(330)의 표면과 실질적으로 대등한 표면 높이를 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 후속 자기정렬 블록코폴리머를 이용한 상분리 과정에서 표면 토폴로지(topology)에 의해 자기정렬 과정이 영향을 받아 불량이 유발되는 것을 유효하게 억제할 수 있다.
도 8을 참조하면, 가이드 패턴(330)의 선폭(W1)은 중성층(600)의 선폭(W2)에 비해 큰 선폭을 가지도록 유도될 수 있다. 가이드 패턴(330)은 후속 블록코폴리머의 상분리 과정에 블록코폴리머를 이루는 성분들 중 어느 하나의 폴리머 블록 성분들이 그 상에 위치하도록 유도하여, 가이드 패턴(330)들 사이에의 중성층(600) 상에 폴리머 블록 도메인부들이 교번적으로 반복되도록 유도할 수 있다. 중성층(600) 상에 다수의 폴리머 블록 도메인부들이 교번적으로 반복되도로 유도하므로, 가이드 패턴(330)의 선폭(W1)은 중성층(600)의 선폭(W2)에 비해 일정 크기로 작은 크기로 설정된다.
도 9는 블록코폴리머(700)를 형성하는 과정을 보여준다.
도 9를 참조하면, 가이드 패턴(330) 및 중성층(600)을 덮는 자기 정렬 블록코폴리머((self assembling block copolymer: 700)를 코팅(coating)한다. 블록코폴리머(700)는 폴리스티렌-폴리메틸메타아크릴레이트 블록코폴리머(PS-b-PMMA) 또는 폴리스티렌-폴리디메틸실록산(PS-PDMS) 블록코폴리머를 이용할 수 있다. 블록코폴리머(700)의 층은 PS와 PMMA의 블록코폴리머(PS-b-PMMA)로 형성될 경우, PS와 PMMA의 부피비는 대략 70: 30 의 비율 또는 50: 50의 비율로 조절될 수 있다. 이러한 부피비나 각각의 폴리머 블록 성분의 분자량 등은 공정에 부합되도록 조절될 수 있다. 예컨대, PS의 부피비는 대략 60% 내지 80% 부피 비율을 가질 수 있고, PMMA의 부피비는 대략 20% 내지 40%의 부피 비율로 조절될 수 있다.
블록코폴리머(BCP)는 도 16에 제시된 바와 같이 두 가지 또는 그 이상의 서로 다른 구조를 가지는 폴리머 블록(polymer block)들이 공유 결합을 통해 하나의 폴리머로 결합된 형태의 기능성 고분자이다. 단일 블록코폴리머를 보여주는 도 16에 제시된 바와 같이, 폴리머 블록 성분 A와 폴리머 블록 성분 B는 공유 결합에 의한 연결점에 연결된 사슬형 폴리머 형상을 가질 수 있다. 블록코폴리머(700)는 도 17에 제시된 바와 같이 균일한 하나의 상(homogenous phase)로 섞인 상태로 코팅될 수 있다.
블록코폴리머(700)를 구성하는 각 폴리머 블록들은 각각의 화학 구조의 차이로 인해 서로 다른 섞임 특성 및 서로 다른 선택적 용해도를 가질 수 있다. 폴리머 블록 성분들은 상호 섞이지 않는(immiscible) 특성을 가져 어닐링(annealing)에 의해서 상분리될 수 있으며, 이러한 상분리를 이용하여 자기정렬 구조를 구현할 수 있다. 상분리 현상을 보여주는 도 18에 제시된 바와 같이, 균일한 단일 상으로 코팅된 블록코폴리머(700)는 어닐링에 의해서 폴리머 블록 A들이 정렬(order)된 도메인 A와 폴리머 블록 B들이 정렬된 도메인 B로 상분리될 수 있다. 이와 같이, 블록코폴리머가 용액상 혹은 고체상에서 상분리 또는 선택적 용해를 제공할 수 있으므로, 이에 의해 자기조립 구조 (self-assembled structure)를 형성할 수 있다.
블록코폴리머가 자기조립을 통해 특정 형상의 미세 구조를 구성하는 것은 각각의 블록 폴리머의 물리 또는/ 및 화학적 특성에 영향을 받을 수 있다. 2 개의 서로 다른 폴리머로 이루어진 블록코폴리머가 기판 상에 자기 조립되는 경우, 블록코폴리머의 자기조립 구조는 블록코폴리머를 구성하는 각 폴리머 블록들의 부피 비율, 상분리를 위한 어닐링 온도, 블록 폴리머의 분자의 크기 등에 따라 3차원 구조인 큐빅(cubic) 및 이중 나선형, 그리고 2차원 구조인 조밀 육방 기둥 (hexagonal packed column) 구조 및 라멜라(lamella) 구조 등과 같은 다양한 구조들로 형성될 수 있다.
블록코폴리머는(700) 폴리부타디엔-폴리부틸메타크릴레이트 (polybutadiene-polybutylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리부타디엔-폴리디메틸실록산 (polybutadiene-polydimethylsiloxane) 블록코폴리머, 폴리부타디엔-폴리메틸메타크릴레이트(polybutadiene-polymethylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리부타디엔-폴리비닐피리딘 (polybutadienepolyvinylpyridine) 블록코폴리머, 폴리부틸아크릴레이트-폴리메틸메타크릴레이트 (polybutylacrylate-polymethylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리부틸아크릴레이트-폴리비닐피리딘 (polybutylacrylate-polyvinylpyridine) 블록코폴리머, 폴리이소프렌-폴리비닐피리딘 (polyisoprene-polyvinylpyridine) 블록코폴리머, 폴리이소프렌-폴리메틸메타크릴레이트(polyisoprene-polymethylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리헥실아크릴레이트-폴리비닐피리딘 (polyhexylacrylatepolyvinylpyridine) 블록코폴리머, 폴리이소부틸렌-폴리부틸메타크릴레이트 (polyisobutylene-polybutylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리이소부틸렌-폴리메틸메타크릴레이트 (polyisobutylene-polymethylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리이소부틸렌-폴리부틸메타크릴레이트 (polyisobutylene-polybutylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리이소부틸렌-폴리디메틸실록산 (polyisobutylenepolydimethylsiloxane) 블록코폴리머, 폴리부틸메타크릴레이트-폴리부틸아크릴레이트 (polybutylmethacrylatepolybutylacrylate) 블록코폴리머, 폴리에틸에틸렌-폴리메틸메타크릴레이트 (polyethylethylene-polymethylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리스티렌-폴리부틸메타크릴레이트 (polystyrene-polybutylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리스티렌-폴리부타디엔(polystyrene-polybutadiene) 블록코폴리머, 폴리스티렌-폴리이소프렌 (polystyrene-polyisoprene) 블록코폴리머, 폴리스티렌-폴리메틸실록산 (polystyrene-polydimethylsiloxane) 블록코폴리머, 폴리스티렌-폴리비닐피리딘 (polystyrene-polyvinylpyridine) 블록코폴리머, 폴리에틸에틸렌-폴리비닐피리딘 (polyethylethylene-polyvinylpyridine) 블록코폴리머, 폴리에틸렌-폴리비닐피리딘(polyethylene-polyvinylpyridine) 블록코폴리머, 폴리비닐피리딘-폴리메틸메타크릴레이트 (polyvinylpyridinepolymethylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리에틸렌옥사이드-폴리이소프렌 (polyethyleneoxide-polyisoprene) 블록코폴리머, 폴리에틸렌옥사이드-폴리부타디엔 polyethyleneoxide-polybutadiene) 블록코폴리머, 폴리에틸렌옥사이드-폴리스티렌(polyethyleneoxide-polystyrene) 블록코폴리머, 폴리에틸렌옥사이드-폴리메틸메타크릴레이트 (polyethyleneoxidepolymethylmethacrylate) 블록코폴리머, 폴리에틸렌옥사이드-폴리디메틸실록산 (polyethyleneoxide-polydimethylsiloxane) 블록코폴리머, 폴리스티렌-폴리에틸렌옥사이드 (polystyrene-polyethyleneoxide) 블록코폴리머 등을 사용할 수 있다.
도 10은 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부(domains of polymeric blocks: 710, 720)들을 형성하는 과정을 보여준다.
도 10을 참조하면, 블록코폴리머(도 9의 700)를 어닐링(annealing)하여 상분리를 유도하여 제1폴리머 블록 도메인부(710)들과 제2폴리머 블록 도메인부(720)들이 교번적으로 반복된 구조를 형성한다. 블록코폴리머(700)는 도 17에 제시된 바와 같이 제1폴리머 블록, 예컨대, PMMA 폴리머 블록 성분과 제2폴리머 블록, 예컨대 PS 폴리머 블록 성분이 섞여 혼재되어 균질한 동질의 상(homogenous phase)을 이루고 있는 상태에서 어닐링에 의해서 도 18에 제시된 바와 같이 도메인 A 부분일 수 있는 제1폴리머 블록 도메인부(710)와 도메인 B 부분일 수 있는 제2폴리머 블록 도메인부(720)로 상분리될 수 있다. 제1 또는 제2폴리머 블록 도메인부들(710, 720)은 실린더 형상을 가지거나 라멜라 형상을 가질 수 있다. 어닐링 과정은 열적 어닐링으로 수행될 수 있으며, 예컨대, 대략 100℃ 내지 190℃의 온도로 대략 1시간 보다 작은 시간에서 대략 100시간 정도 시간 동안 유지시키는 과정으로 수행될 수 있다. 도 18에 제시된 바와 같이 제1폴리머 블록 성분과 제2폴리머 블록 성분들이 재배열하여 제1폴리머 블록 성분들끼리 정렬(ordering)하고, 제2폴리머 블록 성분들끼리 정렬함으로써, 상분리가 유도될 수 있다.
이때, 가이드 패턴(330)을 이루는 현상 가능한 반사방지층 또는 현상 가능한 반사방지물질은 중성층(600)와 달리 어느 하나의 폴리머 블록 성분, 예컨대, 제1폴리머 블록 성분일 수 있는 PMMA 성분에 대한 친화도(affinity)가 PS 성분에 대한 친화도 보다 높은 친화도 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 가이드 패턴(330)은 블록코폴리머(700)를 이루는 폴리머 블록 성분들 중 제1폴리머 블록 성분들, 예컨대, PMMA 성분들이 상대적으로 우세하게 결합하여 재배열될 수 있다. 가이드 패턴(330) 상에는 PMMA 성분들이 재배열되어 제1폴리머 블록 제1도메인부(711)들이 형성될 수 있다. 가이드 패턴(330)과 이웃하는 다른 가이드 패턴(330) 사이의 중성층(600)은 PS 성분과 PMMA 성분에 대한 친화도가 대등하거나 실질적으로 동일하므로, 어느 한 폴리머 블록 성분과 우세하게 결합하지 않아, 제1폴리머 블록 제2도메인부(712)와 제2폴리머 블록 도메인부(720)이 교번적을 반복되는 구조가 형성될 수 있다. 이때, 가이드 패턴(330) 상에는 제1폴리머 블록 제1도메인부(711)가 우선적으로 결합되어 위치하므로, 제1폴리머 블록 제1도메인부(711)의 옆에는 제2폴리머 성분들이 재배열된 제2폴리머 블록 도메인부(720)가 우선적으로 위치하게 된다. 중성층(600)의 선폭(도 8의 W2)을 가이드 패턴(330)의 제1선폭(도 1의 8의 W1)에 대해 3보다 큰 홀수배, 즉, N을 자연수라 할 때, W2를 W1 * (2N-1)로 설정할 경우, 제1폴리머 블록 도메인부(710)와 제2폴리머 블록 도메인부(720)의 선폭이 실질적으로 동일하도록 유도할 수 있다.
도 11은 제1폴리머 블록 도메인부(710)를 제거하는 과정을 보여준다.
도 11을 참조하면, 제1폴리머 블록 도메인부(710)를 선택적으로 제거한다. 제1폴리머 블록 도메인부(710)를 예컨대 이루는 PMMA 블록 폴리머 성분을 용해하는 용매를 이용하여, 예컨대 PS 블록 폴리머 성분의 제2폴리머 블록 도메인부(720)를 잔존시키며 제1폴리머 블록 도메인부(710)를 습식 식각할 수 있다. 이때, 건식 식각 과정이 이용될 수도 있다. 제1폴리머 블록 도메인부(710)의 선택적인 제거에 의해서 실린더형 또는 트렌치(trench) 형상의 캐비티(cavity)를 사이에 가지는 제2폴리머 블록 도메인부(720)들의 배열 패턴을 형성할 수 있다.
도 12는 하드 마스크 패턴(235)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 12를 참조하면, 제2폴리머 블록 도메인부(720)를 식각 마스크로 이용하는 선택적 식각 과정을 수행하여, 캐비티의 바닥에 노출된 중성층(600) 부분을 선택적으로 식각 제거하여 중성층 패턴(610)을 형성하고, 중성층 패턴(610)에 노출되는 하드 마스크층(도 10의 230) 부분을 선택적으로 식각 제거하여 하드 마스크 패턴(235)를 형성한다. 하드 마스크 패턴(235)은 제2폴리머 블록 도메인부(720)의 배열 패턴 형상을 전사받고 있어, 후속되는 식각 과정에서 하부의 피식각층(210)을 식각하는 식각 마스크로 이용될 수 있다.
도 13은 피식각 패턴(215)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 13을 참조하면, 하드 마스크 패턴(235)에 노출된 피식각층 부분을 선택적으로 식각 제거하여 피식각 패턴(215)의 배열을 형성한다. 이러한 식각 과정 이전에 제2폴리머 블록 도메인부(720) 및 하부의 중성층 패턴(610) 부분을 선택적으로 제거하는 식각 과정을 더 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 출원의 일예에서는 가이드 패턴(330)을 PMMA 친화도를가질 수 있는 현상 가능한 반사방지층을 포함하여 형성하고 블록코폴리머의 상분리를 적용함으로써, 미세한 크기의 패턴들의 배열을 형성할 수 있다.
도 19 내지 도 26은 본 출원의 일 예에 의한 패턴 형성 방법을 보여주는 도면들이다. 본 출원의 일 예는 라인 및 스페이스(line and space)들이 반복 배치되는 배열의 패턴 형상을 구현하는 데 적용될 수 있다.
도 19는 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer: 2300) 및 포토레지스트층(2400)의 적층 구조를 형성하는 과정을 보여준다.
도 19를 참조하면, 기판(2100) 상에 식각 대상이 되는 피식각층(2210)을 형성한다. 기판(2100)은 집적회로 소자들이 형성될 반도체 기판일 수 있다. 기판(2100) 상에 피식각층(2210)은 선택적 식각에 의해서 패터닝될 층으로, 회로 배선을 이루는 도전층일 수 있다. 또는 피식각층(2210)은 하부의 다른 층(도시되지 않음)을 패터닝하기 위해서 마련되는 식각 마스크(etch mask)를 위한 층이나 또는 피식각층(2210)은 층간 절연층이나 또는 다른 패터닝을 위한 템플레이트(template)로 이용될 유전층, 예컨대, 실리콘산화물(SiO2)을 포함할 수도 있다.
피식각층(2210) 상에 피식각층(2210)을 식각할 때 식각 선택비를 제공하는 하드 마스크(hard mask)를 위한 층(2230)을 더 형성할 수 있다. 하드 마스크층(2230)은 피식각층(2210)과 식각 선택비를 가지는 물질로 형성될 수 있으며, 실리콘질화물(Si3N4)이나 실리콘산질화물(SiON)층을 포함할 수도 있다. 하드 마스크층(2230)은 피식각층(2210)을 이루는 물질에 따라 피식각층(2210)을 이루는 물질과 다른 물질의 층으로 도입되어 식각 선택비를 구현할 수 있다.
하드 마스크층(2230)이나 피식각층(2210)을 포함하는 하지층 구조를 형성하고, 하지층 구조 상에 현상 가능한 반사방지층(2300)을 형성한다. 현상 가능한 반사방지층 또는 현상 가능한 반사방지물질은 도 14에 제시한 바와 같이 유기물인 폴리머(R'-OH)들을 가교제(cross linking agent)와 함께 용매에 녹인 코팅 용액으로 하드 마스크층(2230) 상에 스핀 코팅(spin coating)하고 가교 반응을 유도하여 가교된 현상 가능한 반사방지층(2300)을 형성한다. 가교된 현상 가능한 반사방지층(300)은 용해도가 달라진 상태로 변성된 상태일 수 있다. 현상 가능한 반사방지층(300)은 노광 후 현상액에 의해서 현상 가능한 것으로, 리소그래피 기술 분야에서 현상 가능한 바닥 반사방지 코팅 물질(D-BARC: Developable Bottom Antireflective Coating)으로 알려진 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 현상 가능하지 않은 일반적인 바닥반사 코팅 물질(BARC)은 사용되지 않는다.
현상 가능한 반사방지층(2300) 상에 네거티브 톤 현상(negative tone develop)용 레지스트 물질을 도포하여 포토레지스트층(2400)을 형성한다.
도 20은 포토레지스트층(2300)을 노광하는 과정을 보여준다.
도 20을 참조하면, 포토레지스트층(2300) 상에 포토마스크를 도입하고 노광 광(hυ)를 선택적으로 제공하는 리소그래피의 노광 과정을 수행하여, 포토레지스트층의 노광 부분(2410)을 노광한다. 노광 부분(2410)은 길게 라인(line) 형상으로 연장된 부분으로 설정될 수 있다. 광이 입사된 노광 부분(2410)과 광이 입사되지 않은 비노광 부분(2430)이 설정된다. 노광 광은 포토레지스트층(2400) 하부의 현상 가능한 반사방지층(2300) 부분 또한 노광하여 현상 가능한 반사방지층(2300)에 광이 입사되어 노광된 노광 부분(2310)과 광이 입사되지 않은 비노광 부분(2340)이 설정된다.
포토레지스트층(2400)의 노광 부분(2410)에서 포토레지스트에 포함된 광산발생제가 입사된 광에 반응하여 산(H+) 또는 산 이온(acidic ion)이 발생될 수 있다. 또한, 현상 가능한 반사방지층(2300)의 노광 부분(2310)에서 광산발생제가 입사된 광에 반응하여 산(H+) 또는 산 이온(acidic ion)이 발생될 수 있다. 포토레지스트층(2400)의 노광 부분(2410)과 비노광 부분(2430)은 서로 다른 용해도를 나타내게 되고, 이러한 용해도 차이에 의해 후속 과정에서 비노광 부분(2430)을 선택적으로 제거할 수 있다. 후속될 현상 과정을 수행하기 이전에 포토레지스트층(2400)을 어닐링하는 노광 후 베이크 과정(PEB: Post Exposure Bake)이 수행될 수 있다. 노광 후 베이크 과정은 포토레지스트층(2400)의 두께 및 조성물 종류 등에 의해 달리 수행될 수 있으며, 대략 80℃ 내지 150℃ 정도의 온도에서 대략 30초 내지 90초 정도 수행될 수 있다.
도 21은 포토레지스트 패턴(2410)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 21을 참조하면, 포토레지스트층(2400)의 노광 부분(2410)과 비노광 부분(2430)의 용해도 차이를 이용하여 비노광 부분(2430)을 선택적으로 제거하는 네거티브 톤 현상(NTD: Negative Tone Develop)을 수행한다. 네거티브 톤 현상에 사용되는 네거티브 톤 현상액(negative tone developer)는 유기 현상제를 이용할 수 있다.
네거티브 톤 현상액을 스핀 코팅(spin coating)이나 퍼들(puddle) 코팅으로 기판(2100) 상에 도입하여, 포토레지스트층의 비노광 부분(2430)을 선택적으로 제거하여 라인 형상을 가지는 트렌치부(2411)를 제공하는 포토레지스트 패턴(2410)을 형성할 수 있다. 포토레지스트 패턴(2410)은 포토레지스트층의 노광 부분(2410)이 용해도 차이에 의해서 현상되지 않고 잔존하여 하부의 현상 가능한 반사방지층(2300)의 비노광 부분(2330)을 노출한다. 현상 가능한 반사방지층(2300)의 비노광 부분(2330)은 가교된 상태로 유지되고 있으므로, 네거티브 톤 현상액에 의해 현상되지 않은 상태, 즉, 용매에 용해되지 않은 상태로 유지되므로, 네거티브 톤 현상 과정에 의해 제거되지 않고 잔존할 수 있다.
도 22는 가이드 패턴(guide pattern: 2330)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 22를 참조하면, 현상 가능한 반사방지층(2300)의 노광된 부분(도 21의 2310)을 선택적으로 제거한다. 현상 가능한 반사방지층(2300)의 노광된 부분(2310)은 노광 과정에 입사된 광에 의해서 그 내부에 산이 발생되고, 이러한 산이 도 15에 제시된 바와 같이 노광된 부분(2310) 내의 폴리머 가교 구조의 결합을 끊어주는 작용을 한다. 발생된 산(H+)은 노광 후 베이크 과정에서 인가되는 열이나 온도에 의해 제공되는 에너지 또는 노광 광에 의해서 제공되는 에너지에 의해 활성화되어, 폴리머 가교 결합을 끊어 노광된 부분(2310)을 이루는 물질 구조가 용매에 녹을 수 있는 상태로 변성시킬 수 있다. 이에 비해 비노광 부분(2330)에서는 이러한 산의 발생이나 산에 의한 결합을 끊어 분리하는 과정이 유도되지 않으므로, 비노광 부분(2330)과 노광된 부분(2310)은 서로 다른 용해도를 가지게 된다.
현상 가능한 반사방지층(2300)의 노광된 부분(2310)을 제거하기 위해서 포지티브 톤 현상(PTD: Positive Tone Develop)을 수행한다. 포지티브 톤 현상에 사용되는 포지티브 톤 현상액(positive tone developer)는 염기성 현상액을 이용할 수 있다. 염기성 현상액은 염기성 성분을 함유하는 수용액으로 예컨대, 예를들어, 테트라메틸암모늄히드록사이드(tetramethyl ammoniumhydroxide, TMAH) 수용액을 이용할 수 있다. TMAH 수용액은 대략 2 중량% 내지 5 중량%의 농도로 이용될 수 있다.
TMAH 현상액을 스핀 코팅 등의 방식으로 포토레지스트 패턴(2410) 및 현상 가능한 반사방지층의 비노광 부분(2330) 상에 도입하는 포지티브 톤 현상 과정에 의해서, 현상 가능한 반사방지층(2300)의 노광된 부분(2310)이 녹아 제거되어 잔류하는 비노광 부분(2330)으로 이루어지는 가이드 패턴(2330)이 형성될 수 있다. 포토레지스트 패턴(2410)이 현상 가능한 반사방지층(2300)의 노광된 부분(2310)에 중첩되어 있지만, 노광 과정에서 설정된 현상 가능한 반사방지층(2300)의 가장자리 부분은 포토레지스트 패턴(2410)의 가장자리 부분에 정렬되어 있어, 이러한 가장자리 부분으로 PTD 현상액이 침투되어 포토레지스트 패턴(2410) 하부의 현상 가능한 반사방지층(2300)의 노광된 부분(2310)을 녹여 제거할 수 있다. 현상 가능한 반사방지층(2300)의 노광된 부분(2310)이 녹아 제거되며 그 상에 중첩되어 있는 포토레지스트 패턴(2410)은 리프트 오프(lift off)되어 제거될 수 있다.
PTD 현상 과정은 이전의 NTD 현상 과정에 이어 연속적으로 진행될 수 있다. PDT 현상 과정과 NTD 현상 과정 사이에 추가적인 어닐링이나 베이크 또는 식각 과정이 도입되지 않으므로, PDT 현상 과정과 NTD 현상 과정은 연속적으로 동일한 습식 장비 내에서 인 라인(in line)으로 진행될 수 있어, 공정 단계의 감소 및 공정 시간의 축소를 얻을 수 있다. 또한, PTD 현상 과정 이후에 린스 과정을 도입할 수도 있다.
도 23은 중성층(2600)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 23을 참조하면, 상호 이격되어 위치하도록 형성된 가이드 패턴(2330)들 사이의 이격 부분에 중성층(2600)을 형성한다. 가이드 패턴(2330)은 그 사이의 이격 부분 보다 매우 협소한 선폭을 가지도록 형성되어, 가이드 패턴(2330) 사이 부분에 하부의 하지층 구조의 일부인 하드 마스크층(2230) 표면 일부 부분을 노출한다. 노출된 하드 마스크층(2230) 표면을 덮고 가이드 패턴(2330)의 상측 표면을 노출하는 중성층(2600)을 형성한다. 중성층(2600)은 각각의 폴리머 블록들이 재배열(re-ordering)하여 블록 도메인부들을 이루는 상분리 과정에서 폴리머 블록들의 배향(orientation)을 조절하여 블록 도메인부들이 교번적으로 반복되도록 유도하는 배향 조절층으로 작용할 수 있다.
중성층(2600)은 블록코폴리머를 이루는 각각의 폴리머 블록 성분들 각각에 대해 유사한 친화도(affinity)를 가지는 물질층으로 형성될 수 있다. 예컨대, 중성층(2600)은 블록코폴리머를 이루는 폴리머 블록 A 성분과 폴리머 블록 B 성분이 랜덤(random)하게 공중합된 랜덤 코폴리머(random copolymer)를 포함할 수 있다. 예컨대, 자기정렬 블록코폴리머로 폴리스티렌-폴리메틸메타아클릴레이트 블록코폴리머(PS-b-PMMA)를 사용할 경우, 중성층(2600)은 폴리스티렌과 폴리메틸메타아클릴레이트의 랜덤 코폴리머, 즉, 랜덤 PS : PMMA(PS-r-PMMA)를 포함하여 이루어질 수 있다.
중성층(2600)을 형성하기 위해서 예컨대 PS-r-PMMA와 같은 랜덤 코폴리머를 말단기로 하이드록실기(OH-)를 가지는 폴리머로 준비하고, 이를 용매에 녹인 코팅액을 준비하여 가이드 패턴(2330) 및 하드 마스크층(2230)의 노출된 부분을 코팅하여 코팅층을 형성한다. 이후에, 폴리머의 하이드록실기가 하드 마스크층(2230) 표면과 결합하도록 어닐링(annealing)하여 폴리머와 하드 마스크층(2230) 표면이 결합하도록 유도한다. 하지층인 하드 마스크층(2230)과 결합하지 않은 나머지 부분을 용매를 사용하여 제거함으로써, 하드 마스크층(2230)의 노출된 부분만을 덮는 중성층(2600)을 형성할 수 있다.
가이드 패턴(2330)의 선폭(S1)은 중성층(2600)의 선폭(S2)에 비해 큰 선폭을 가지도록 유도될 수 있다. 중성층(2600)의 선폭(S2)을 가이드 패턴(2330)의 제1선폭(S1)에 대해 3보다 큰 홀수배, 즉, N을 자연수라 할 때, W2를 W1 * (2N-1)로 설정할 수 있다.
도 24는 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부(2710, 2720)들을 형성하는 과정을 보여준다.
도 24를 참조하면, 가이드 패턴(2330) 및 중성층(2600)을 덮는 자기 정렬 블록코폴리머를 코팅한다. 코팅된 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 상분리를 유도하여 제1폴리머 블록 도메인부(2710)들과 제2폴리머 블록 도메인부(2720)들이 교번적으로 반복된 구조를 형성한다. 블록코폴리머는 도 17에 제시된 바와 같이 제1폴리머 블록, 예컨대, PMMA 폴리머 블록 성분과 제2폴리머 블록, 예컨대 PS 폴리머 블록 성분이 섞여 혼재되어 균질한 동질의 상(homogenous phase)을 이루고 있는 상태에서 어닐링에 의해서 도 18에 제시된 바와 같이 도메인 A 부분일 수 있는 제1폴리머 블록 도메인부(2710)와 도메인 B 부분일 수 있는 제2폴리머 블록 도메인부(2720)로 상분리될 수 있다. 제1 또는 제2폴리머 블록 도메인부들(2710, 2720)은 라인 형상을 가지며 교번적으로 반복된 형상, 예컨대, 라멜라 형상을 가질 수 있다. 어닐링 과정은 열적 어닐링으로 수행될 수 있으며, 예컨대, 대략 100℃ 내지 190℃의 온도로 대략 1시간 보다 작은 시간에서 대략 100시간 정도 시간 동안 유지시키는 과정으로 수행될 수 있다. 도 18에 제시된 바와 같이 제1폴리머 블록 성분과 제2폴리머 블록 성분들이 재배열하여 제1폴리머 블록 성분들끼리 정렬(ordering)하고, 제2폴리머 블록 성분들끼리 정렬함으로써, 상분리가 유도될 수 있다.
이때, 가이드 패턴(2330)을 이루는 현상 가능한 반사방지층 또는 현상 가능한 반사방지물질은 중성층(2600)와 달리 어느 하나의 폴리머 블록 성분, 예컨대, 제1폴리머 블록 성분일 수 있는 PMMA 성분에 대한 친화도(affinity)가 PS 성분에 대한 친화도 보다 높은 친화도 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 가이드 패턴(2330)은 블록코폴리머를 이루는 폴리머 블록 성분들 중 제1폴리머 블록 성분들, 예컨대, PMMA 성분들이 상대적으로 우세하게 결합하여 재배열될 수 있다. 가이드 패턴(2330) 상에는 PMMA 성분들이 재배열되어 제1폴리머 블록 제1도메인부(2711)들이 형성될 수 있다. 가이드 패턴(2330)과 이웃하는 다른 가이드 패턴(2330) 사이의 중성층(2600)은 PS 성분과 PMMA 성분에 대한 친화도가 대등하거나 실질적으로 동일하므로, 어느 한 폴리머 블록 성분과 우세하게 결합하지 않아, 제1폴리머 블록 제2도메인부(2712)와 제2폴리머 블록 도메인부(2720)이 교번적을 반복되는 구조가 형성될 수 있다. 이때, 가이드 패턴(2330) 상에는 제1폴리머 블록 제1도메인부(2711)가 우선적으로 결합되어 위치하므로, 제1폴리머 블록 제1도메인부(2711)의 옆에는 제2폴리머 성분들이 재배열된 제2폴리머 블록 도메인부(2720)가 우선적으로 위치하게 된다. 제1폴리머 블록 도메인부(2710)와 제2폴리머 블록 도메인부(2720)의 선폭이 실질적으로 동일하도록 유도할 수 있다.
도 25는 제1폴리머 블록 도메인부(2710)를 제거하는 과정을 보여준다.
도 25를 참조하면, 제1폴리머 블록 도메인부(2710)를 선택적으로 제거한다. 제1폴리머 블록 도메인부(2710)를 예컨대 이루는 PMMA 블록 폴리머 성분을 용해하는 용매를 이용하여, 예컨대 PS 블록 폴리머 성분의 제2폴리머 블록 도메인부(2720)를 잔존시키며 제1폴리머 블록 도메인부(2710)를 습식 식각할 수 있다. 이때, 건식 식각 과정이 이용될 수도 있다. 제1폴리머 블록 도메인부(2710)의 선택적인 제거에 의해서 트렌치(trench) 형상의 캐비티(cavity)를 사이에 가지는 제2폴리머 블록 도메인부(2720)들의 배열 패턴을 형성할 수 있다.
도 26은 하드 마스크 패턴(2235) 및 피식각 패턴(2215)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 26을 참조하면, 제2폴리머 블록 도메인부(2720)를 식각 마스크로 이용하는 선택적 식각 과정을 수행하여, 트렌치의 바닥에 노출된 중성층(2600) 부분을 선택적으로 식각 제거하고, 잔류하는 중성층(2600)에 노출되는 하드 마스크층(도 25의 2230) 부분을 선택적으로 식각 제거하여 하드 마스크 패턴(2235)를 형성한다. 하드 마스크 패턴(2235)에 노출된 피식각층 부분을 선택적으로 식각 제거하여 피식각 패턴(2215)의 배열을 형성한다. 이러한 식각 과정 이전에 제2폴리머 블록 도메인부(2720) 및 하부의 중성층 패턴(2610) 부분을 선택적으로 제거하는 식각 과정을 더 수행할 수 있다.
도 27 내지 도 38은 본 출원의 일 예에 패턴 형성 방법을 보여주는 도면들이다. 본 출원의 일 예는 콘택홀(contact hole)과 같은 홀들이 배열된 패턴 형상을 구현하는 데 적용될 수 있다.
도 27는 포토레지스트층(3400)의 비노광된 부분(3430)의 형상을 보여주는 평면도이고, 도 28은 도 27의 A-A' 절단선을 따르는 단면도를 보여준다.
도 27 및 도 28을 함께 참조하면, 기판(3100) 상에 식각 대상이 되는 피식각층(3210)을 형성한다. 피식각층(3210) 상에 피식각층(3210)을 식각할 때 식각 선택비를 제공하는 하드 마스크(hard mask)를 위한 층(3230)을 더 형성할 수 있다. 하드 마스크층(3230)이나 피식각층(3210)을 포함하는 하지층 구조를 형성하고, 하지층 구조 상에 현상 가능한 반사방지층(3300)을 형성한다. 현상 가능한 반사방지층(3300)은 노광 후 현상액에 의해서 현상 가능한 것으로, 리소그래피 기술 분야에서 현상 가능한 바닥 반사방지 코팅 물질(D-BARC: Developable Bottom Antireflective Coating)으로 알려진 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 현상 가능한 반사방지층(3300) 상에 네거티브 톤 현상(negative tone develop)용 레지스트 물질을 도포하여 포토레지스트층(3400)을 형성한다.
포토레지스트층(3300) 상에 포토마스크를 도입하고 노광 광(hυ)를 선택적으로 제공하는 리소그래피의 노광 과정을 수행하여, 포토레지스트층의 노광 부분(3410)을 노광한다. 노광 부분(3410)은 길게 라인(line) 형상으로 연장된 부분으로 설정될 수 있다. 광이 입사된 노광 부분(3410)은 비노광 부분(3430)이 고립된 패턴, 예컨대, 섬(island) 형상을 가지며 반복 배치되도록 설정될 수 있다. 비노광 부분(3430)들이 상호 간에 사각형 형상을 이루는 꼭지점들에 위치하도록 설정될 수 있다. 도시하지는 않았으나 경우에 따라, 비노광 부분(3430)들이 상호 간에 삼각형 형상을 이루는 꼭지점들에 위치하도록 설정될 수 있다.
노광 광은 포토레지스트층(3400) 하부의 현상 가능한 반사방지층(3300) 부분 또한 노광하여 현상 가능한 반사방지층(3300)에 광이 입사되어 노광된 노광 부분(3310)과 광이 입사되지 않은 비노광 부분(3340)이 설정된다. 비노광 부분(3340)은 비노광 부분(3430)에 정렬되어 고립된 패턴, 예컨대, 섬(island) 형상을 가지며 반복 배치되도록 설정될 수 있다. 비노광 부분(3330)들이 상호 간에 사각형 형상을 이루는 꼭지점들에 위치하도록 설정될 수 있다. 도시하지는 않았으나 경우에 따라, 비노광 부분(3330)들이 상호 간에 삼각형 형상을 이루는 꼭지점들에 위치하도록 설정될 수 있다.
포토레지스트층(3400)의 노광 부분(3410)과 비노광 부분(3430)은 서로 다른 용해도를 나타내게 되고, 이러한 용해도 차이에 의해 후속 과정에서 비노광 부분(3430)을 선택적으로 제거할 수 있다. 후속될 현상 과정을 수행하기 이전에 포토레지스트층(3400)을 어닐링하는 노광 후 베이크 과정(PEB: Post Exposure Bake)이 수행될 수 있다.
도 29는 포토레지스트 패턴(3410)을 형성하는 과정을 보여주는 평면도이고, 도 30은 도 29의 A-A' 절단선을 따르는 단면도를 보여준다.
도 29 및 도 30을 참조하면, 포토레지스트층(3400)의 노광 부분(3410)과 비노광 부분(3430)의 용해도 차이를 이용하여 비노광 부분(3430)을 선택적으로 제거하는 네거티브 톤 현상(NTD: Negative Tone Develop)을 수행한다. 네거티브 톤 현상에 사용되는 네거티브 톤 현상액(negative tone developer)는 유기 현상제를 이용할 수 있다.
네거티브 톤 현상액을 스핀 코팅(spin coating)이나 퍼들(puddle) 코팅으로 기판(2100) 상에 도입하여, 포토레지스트층의 비노광 부분(3430)을 선택적으로 제거하여 고립된 패턴으로 홀 형상을 가지는 오프닝(opening)의 배열을 제공하는 포토레지스트 패턴(3410)을 형성할 수 있다. 포토레지스트 패턴(3410)은 포토레지스트층의 노광 부분(3410)이 용해도 차이에 의해서 현상되지 않고 잔존하여 하부의 현상 가능한 반사방지층(3300)의 비노광 부분(3330)을 노출한다.
도 31는 가이드 패턴(guide pattern: 3330)을 형성하는 과정을 보여주는 평면도이고, 도 32는 도 31의 A-A' 절단선을 따르는 단면도를 보여준다.
도 31 및 도 32를 참조하면, 현상 가능한 반사방지층(3300)의 노광된 부분(도 30의 3310)을 선택적으로 제거한다. 현상 가능한 반사방지층(3300)의 노광된 부분(3310)은 노광 과정에 입사된 광에 의해서 그 내부에 산이 발생되고, 이러한 산이 도 15에 제시된 바와 같이 노광된 부분(2310) 내의 폴리머 가교 구조의 결합을 끊어주는 작용을 한다. 발생된 산(H+)은 노광 후 베이크 과정에서 인가되는 열이나 온도에 의해 제공되는 에너지 또는 노광 광에 의해서 제공되는 에너지에 의해 활성화되어, 폴리머 가교 결합을 끊어 노광된 부분(3310)을 이루는 물질 구조가 용매에 녹을 수 있는 상태로 변성시킬 수 있다. 이에 비해 비노광 부분(3330)에서는 이러한 산의 발생이나 산에 의한 결합을 끊어 분리하는 과정이 유도되지 않으므로, 비노광 부분(3330)과 노광된 부분(3310)은 서로 다른 용해도를 가지게 된다.
현상 가능한 반사방지층(3300)의 노광된 부분(3310)을 제거하기 위해서 포지티브 톤 현상(PTD: Positive Tone Develop)을 수행한다. 포지티브 톤 현상에 사용되는 포지티브 톤 현상액(positive tone developer)는 염기성 현상액을 이용할 수 있다. 염기성 현상액은 염기성 성분을 함유하는 수용액으로 예컨대, 예를들어, 테트라메틸암모늄히드록사이드(tetramethyl ammoniumhydroxide, TMAH) 수용액을 이용할 수 있다. TMAH 수용액은 대략 2 중량% 내지 5 중량%의 농도로 이용될 수 있다.
TMAH 현상액을 스핀 코팅 등의 방식으로 포토레지스트 패턴(3410) 및 현상 가능한 반사방지층의 비노광 부분(3330) 상에 도입하는 포지티브 톤 현상 과정에 의해서, 현상 가능한 반사방지층(3300)의 노광된 부분(3310)이 녹아 제거되어 잔류하는 비노광 부분(3330)으로 이루어지는 가이드 패턴(3330)이 형성될 수 있다. 가이드 패턴(3330)은 섬 형상의 고립된 패턴들의 배열을 제공한다.
PTD 현상 과정은 이전의 NTD 현상 과정에 이어 연속적으로 진행될 수 있다. PDT 현상 과정과 NTD 현상 과정 사이에 추가적인 어닐링이나 베이크 또는 식각 과정이 도입되지 않으므로, PDT 현상 과정과 NTD 현상 과정은 연속적으로 동일한 습식 장비 내에서 인 라인(in line)으로 진행될 수 있어, 공정 단계의 감소 및 공정 시간의 축소를 얻을 수 있다. 또한, PTD 현상 과정 이후에 린스 과정을 도입할 수도 있다.
도 33은 중성층(3600)을 형성하는 과정을 보여주는 평면도이고, 도 34는 도 33의 A-A' 절단선을 따르는 단면도를 보여준다.
도 33 및 도 34를 참조하면, 상호 이격되어 위치하도록 형성된 가이드 패턴(3330)들 사이의 이격 부분에 중성층(3600)을 형성한다. 가이드 패턴(3330)은 그 사이의 이격 부분 보다 매우 협소한 선폭을 가지도록 형성되어, 가이드 패턴(3330) 사이 부분에 하부의 하지층 구조의 일부인 하드 마스크층(3230) 표면 일부 부분을 노출한다. 노출된 하드 마스크층(3230) 표면을 덮고 가이드 패턴(3330)의 상측 표면을 노출하는 중성층(3600)을 형성한다. 중성층(3600)은 각각의 폴리머 블록들이 재배열(re-ordering)하여 블록 도메인부들을 이루는 상분리 과정에서 폴리머 블록들의 배향(orientation)을 조절하여 블록 도메인부들이 교번적으로 반복되도록 유도하는 배향 조절층으로 작용할 수 있다.
중성층(3600)은 블록코폴리머를 이루는 각각의 폴리머 블록 성분들 각각에 대해 유사한 친화도(affinity)를 가지는 물질층으로 형성될 수 있다. 중성층(2600)을 형성하기 위해서 예컨대 PS-r-PMMA와 같은 랜덤 코폴리머를 말단기로 하이드록실기(OH-)를 가지는 폴리머로 준비하고, 폴리머 브러시 과정을 수행하여 중성층(2600)이 노출된 하드 마스크층(3230) 표면과 결합한 형태로 형성되도록 유도한다. 가이드 패턴(3330)의 직경 선폭(D1)은 중성층(3600)의 선폭(D2), 즉, 가이드 패턴(3330)들 사이의 대각선 거리에 비해 큰 선폭을 가지도록 유도될 수 있다. 도 33에서는 중성층(3600)의 선폭(D2)을 가이드 패턴(3330)의 제1선폭(D1)에 대해 3보다 큰 크기로 묘사하지만, 중성층(3600)의 선폭(D2)을 가이드 패턴(3330)의 제1선폭(D1)에 대해 3보다 큰 홀수배, 즉, N을 자연수라 할 때, W2를 W1 * (2N-1)로 설정할 수 있다.
도 35는 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부(3710, 3720)들을 형성하는 과정을 보여주는 평면도이고, 도 36은 도 35의 A-A' 절단선을 따르는 단면도를 보여준다.
도 35 및 도 36을 참조하면, 가이드 패턴(3330) 및 중성층(3600)을 덮는 자기 정렬 블록코폴리머를 코팅한다. 코팅된 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 상분리를 유도하여 제1폴리머 블록 도메인부(3710)들과 제2폴리머 블록 도메인부(3720)들이 교번적으로 반복된 구조를 형성한다. 블록코폴리머는 도 17에 제시된 바와 같이 제1폴리머 블록, 예컨대, PMMA 폴리머 블록 성분과 제2폴리머 블록, 예컨대 PS 폴리머 블록 성분이 섞여 혼재되어 균질한 동질의 상(homogenous phase)을 이루고 있는 상태에서 어닐링에 의해서 도 18에 제시된 바와 같이 도메인 A 부분일 수 있는 제1폴리머 블록 도메인부(3710)와 도메인 B 부분일 수 있는 제2폴리머 블록 도메인부(3720)로 상분리될 수 있다. 제1폴리머 블록 도메인부들(3710)은 실린더 형상을 가지며 반복 배치되는 형상을 가질 수 있다. 어닐링 과정은 열적 어닐링으로 수행될 수 있으며, 예컨대, 대략 100℃ 내지 190℃의 온도로 대략 1시간 보다 작은 시간에서 대략 100시간 정도 시간 동안 유지시키는 과정으로 수행될 수 있다. 도 18에 제시된 바와 같이 제1폴리머 블록 성분과 제2폴리머 블록 성분들이 재배열하여 제1폴리머 블록 성분들끼리 정렬(ordering)하고, 제2폴리머 블록 성분들끼리 정렬함으로써, 상분리가 유도될 수 있다.
이때, 가이드 패턴(3330)을 이루는 현상 가능한 반사방지층 또는 현상 가능한 반사방지물질은 중성층(3600)와 달리 어느 하나의 폴리머 블록 성분, 예컨대, 제1폴리머 블록 성분일 수 있는 PMMA 성분에 대한 친화도(affinity)가 PS 성분에 대한 친화도 보다 높은 친화도 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 가이드 패턴(3330)은 블록코폴리머를 이루는 폴리머 블록 성분들 중 제1폴리머 블록 성분들, 예컨대, PMMA 성분들이 상대적으로 우세하게 결합하여 재배열될 수 있다. 가이드 패턴(3330) 상에는 PMMA 성분들이 재배열되어 제1폴리머 블록 제1도메인부(3711)들이 형성될 수 있다. 가이드 패턴(3330)과 이웃하는 다른 가이드 패턴(3330) 사이의 중성층(3600)은 PS 성분과 PMMA 성분에 대한 친화도가 대등하거나 실질적으로 동일하므로, 어느 한 폴리머 블록 성분과 우세하게 결합하지 않아, 제1폴리머 블록 제2도메인부(3712)와 제2폴리머 블록 도메인부(3720)이 교번적을 반복되는 구조가 형성될 수 있다. 이때, 가이드 패턴(3330) 상에는 제1폴리머 블록 제1도메인부(3711)가 우선적으로 결합되어 위치하므로, 제1폴리머 블록 제1도메인부(3711)의 옆에는 제2폴리머 성분들이 재배열된 제2폴리머 블록 도메인부(3720)가 우선적으로 위치하게 된다. 이에 따라, 제1폴리머 블록 제1도메인부(3711)들 사이 공간의 중앙 부분에 제1폴리머 블록 제2도메인부(3712)가 유도될 수 있다. 가이드 패턴(3330)의 제1선폭(D1)과 그 사이의 제2선폭(D2)의 크기를 달리 조합할 경우, 제1폴리머 블록 제1도메인부(3711)들 사이에 보다 많은 수의 제1폴리머 블록 제2도메인부(3712)가 생성될 수 있다..
도 37은 제1폴리머 블록 도메인부(3710)를 제거하는 과정을 보여주는 평면도이고, 도 38은 도 37의 A-A' 절단선을 따르는 단면도를 보여준다.
도 37 및 도 38을 참조하면, 제1폴리머 블록 도메인부(3710)를 선택적으로 제거한다. 제1폴리머 블록 도메인부(3710)를 예컨대 이루는 PMMA 블록 폴리머 성분을 용해하는 용매를 이용하여, 예컨대 PS 블록 폴리머 성분의 제2폴리머 블록 도메인부(3720)를 잔존시키며 제1폴리머 블록 도메인부(3710)를 습식 식각할 수 있다. 이때, 건식 식각 과정이 이용될 수도 있다. 제1폴리머 블록 도메인부(3710)의 선택적인 제거에 의해서 제2폴리머 블록 도메인부(3720)들에 의해 에워싸인 콘택홀과 같은 홀(3800) 형상의 캐비티(cavity)들의 배열을 형성할 수 있다. 가이드 패턴(3330)에 정렬되는 제1홀(3811)들과 중성층(3600) 상에 형성되어 제1홀(3811)들 사이에 배열되는 제2홀(3812)들의 배열을 구현할 수 있다.
이후에, 제2폴리머 블록 도메인부(3720)를 식각 마스크로 이용하는 선택적 식각 과정을 수행하여, 홀(3800)의 바닥에 노출된 중성층(3600) 및 가이드 패턴(3330) 부분을 선택적으로 식각 제거하고, 노출되는 하드 마스크층(3230) 부분을 선택적으로 식각 제거하여 하드 마스크 패턴을 형성할 수 있다. 하드 마스크 패턴에 노출된 피식각층 부분을 선택적으로 식각 제거하여 홀들의 배열을 제공하는 피식각 패턴을 형성할 수 있다.
도 39 내지 도 45는 본 출원의 일 예에 의한 패턴 형성 방법을 보여주는 도면들이다. 본 출원의 일 예는 중성층 상에 가이드 패턴을 구현하는 데 적용될 수 있다.
도 39는 중성층(4260), 현상 가능한 반사방지층(4300) 및 포토레지스트층(4400)의 적층 구조를 형성하는 과정을 보여준다.
도 39를 참조하면, 기판(4100) 상에 식각 대상이 되는 피식각층(4210)을 형성한다. 기판(4100)은 집적회로 소자들이 형성될 반도체 기판일 수 있다. 기판(4100) 상에 피식각층(4210)은 선택적 식각에 의해서 패터닝될 층으로 도입될 수 있다. 피식각층(4210) 상에 피식각층(4210)을 식각할 때 식각 선택비를 제공하는 하드 마스크(hard mask)를 위한 층(4230)을 더 형성할 수 있다.
하드 마스크층(4230)이나 피식각층(4210)을 포함하는 하지층 구조를 형성하고, 하지층 구조 상에 중성층(4260)을 형성한다. 중성층(4260)은 각각의 폴리머 블록들이 재배열(re-ordering)하여 블록 도메인부들을 이루는 상분리 과정에서 폴리머 블록들의 배향(orientation)을 조절하여 블록 도메인부들이 교번적으로 반복되도록 유도하는 배향 조절층으로 작용할 수 있다. 중성층(4260)은 블록코폴리머를 이루는 각각의 폴리머 블록 성분들 각각에 대해 유사한 친화도(affinity)를 가지는 물질층으로 형성될 수 있다. 예컨대, 중성층(4260)은 블록코폴리머를 이루는 폴리머 블록 A 성분과 폴리머 블록 B 성분이 랜덤(random)하게 공중합된 랜덤 코폴리머(random copolymer)를 포함할 수 있다. 예컨대, 자기정렬 블록코폴리머로 폴리스티렌-폴리메틸메타아클릴레이트 블록코폴리머(PS-b-PMMA)를 사용할 경우, 중성층(2600)은 폴리스티렌과 폴리메틸메타아클릴레이트의 랜덤 코폴리머, 즉, 랜덤 PS : PMMA(PS-r-PMMA)를 포함하여 이루어질 수 있다.
중성층(4260)을 형성하기 위해서 예컨대 PS-r-PMMA와 같은 랜덤 코폴리머를 말단기로 하이드록실기(OH-)를 가지는 폴리머로 준비하고, 이를 용매에 녹인 코팅액을 준비하여 가이드 패턴(4330) 및 하드 마스크층(4230)의 노출된 부분을 코팅하여 코팅층을 형성한다. 이후에, 폴리머의 하이드록실기가 하드 마스크층(4230) 표면과 결합하도록 어닐링(annealing)하여 폴리머와 하드 마스크층(4230) 표면이 결합하도록 유도한다. 하지층인 하드 마스크층(4230)과 결합하지 않은 나머지 부분을 용매를 사용하여 제거함으로써, 폴리머 브러시 과정을 이용하여 중성층(2600)을 형성할 수 있다.
중성층(4260) 상에 현상 가능한 반사방지층(4300)을 형성한다. 현상 가능한 반사방지층(4300)은 노광 후 현상액에 의해서 현상 가능한 것으로, 리소그래피 기술 분야에서 현상 가능한 바닥 반사방지 코팅 물질(D-BARC: Developable Bottom Antireflective Coating)으로 알려진 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 현상 가능한 반사방지층(4300) 상에 네거티브 톤 현상(negative tone develop)용 레지스트 물질을 도포하여 포토레지스트층(4400)을 형성한다.
도 41은 포토레지스트층 패턴(4300)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 41을 참조하면, 포토레지스트층(도 39의 4400) 상에 포토마스크를 도입하고 노광 광(hυ)를 선택적으로 제공하는 리소그래피의 노광 과정을 수행하여, 포토레지스트층의 노광 부분을 노광하여, 광이 입사된 노광 부분과 광이 입사되지 않은 비노광 부분이 설정된다. 노광 광은 포토레지스트층 하부의 현상 가능한 반사방지층(4300) 부분 또한 노광하여 현상 가능한 반사방지층(4300)에 광이 입사되어 노광된 노광 부분(4310)과 광이 입사되지 않은 비노광 부분(4340)이 설정된다.
포토레지스트층(4400)의 노광 부분에서 포토레지스트에 포함된 광산발생제가 입사된 광에 반응하여 산(H+) 또는 산 이온(acidic ion)이 발생될 수 있다. 또한, 현상 가능한 반사방지층(4300)의 노광 부분(4310)에서 광산발생제가 입사된 광에 반응하여 산(H+) 또는 산 이온(acidic ion)이 발생될 수 있다. 포토레지스트층(4400)의 노광 부분과 비노광 부분은 서로 다른 용해도를 나타내게 되고, 이러한 용해도 차이를 이용한 현상 과정으로 비노광 부분을 선택적으로 제거하여 포토레지스트 패턴(4410)을 형성한다.
포토레지스트 패턴(4410)은 네거티브 톤 현상(NTD: Negative Tone Develop)을 수행하여 형성할 수 있다. 네거티브 톤 현상에 사용되는 네거티브 톤 현상액(negative tone developer)는 유기 현상제를 이용할 수 있다. 네거티브 톤 현상액을 스핀 코팅(spin coating)이나 퍼들(puddle) 코팅으로 기판(4100) 상에 도입하여, 포토레지스트층의 비노광 부분을 선택적으로 제거하고, 노광 부분이 용해도 차이에 의해서 현상되지 않고 잔존하여 하부의 현상 가능한 반사방지층(4300)의 비노광 부분(4330)을 노출한다.
도 41은 가이드 패턴(guide pattern: 4330)을 형성하는 과정을 보여준다.
도 41을 참조하면, 현상 가능한 반사방지층(4300)의 노광된 부분(도 40의 4310)을 선택적으로 제거한다. 현상 가능한 반사방지층(4300)의 노광된 부분(4310)은 노광 과정에 입사된 광에 의해서 그 내부에 산이 발생되고, 이러한 산이 노광된 부분(4310) 내의 폴리머 가교 구조의 결합을 끊어주는 작용을 한다. 발생된 산(H+)은 노광 후 베이크 과정에서 인가되는 열이나 온도에 의해 제공되는 에너지 또는 노광 광에 의해서 제공되는 에너지에 의해 활성화되어, 폴리머 가교 결합을 끊어 노광된 부분(4310)을 이루는 물질 구조가 용매에 녹을 수 있는 상태로 변성시킬 수 있다. 이에 비해 비노광 부분(4330)에서는 이러한 산의 발생이나 산에 의한 결합을 끊어 분리하는 과정이 유도되지 않으므로, 비노광 부분(4330)과 노광된 부분(4310)은 서로 다른 용해도를 가지게 된다.
현상 가능한 반사방지층(4300)의 노광된 부분(4310)을 제거하기 위해서 포지티브 톤 현상(PTD: Positive Tone Develop)을 수행한다. 포지티브 톤 현상에 사용되는 포지티브 톤 현상액(positive tone developer)는 염기성 현상액을 이용할 수 있다. 염기성 현상액은 염기성 성분을 함유하는 수용액으로 예컨대, 예를들어, 테트라메틸암모늄히드록사이드(tetramethyl ammoniumhydroxide, TMAH) 수용액을 이용할 수 있다. TMAH 현상액을 스핀 코팅 등의 방식으로 포토레지스트 패턴(4410) 및 현상 가능한 반사방지층의 비노광 부분(4330) 상에 도입하는 포지티브 톤 현상 과정에 의해서, 현상 가능한 반사방지층(4300)의 노광된 부분(4310)이 녹아 제거되어 잔류하는 비노광 부분(4330)으로 이루어지는 가이드 패턴(4330)이 형성될 수 있다. 포토레지스트 패턴(4410)이 현상 가능한 반사방지층(4300)의 노광된 부분(4310)에 중첩되어 있어, 포토레지스트 패턴(4410)은 리프트 오프(lift off)되어 제거될 수 있다.
PTD 현상 과정은 이전의 NTD 현상 과정에 이어 연속적으로 진행될 수 있다. PDT 현상 과정과 NTD 현상 과정 사이에 추가적인 어닐링이나 베이크 또는 식각 과정이 도입되지 않으므로, PDT 현상 과정과 NTD 현상 과정은 연속적으로 동일한 습식 장비 내에서 인 라인(in line)으로 진행될 수 있어, 공정 단계의 감소 및 공정 시간의 축소를 얻을 수 있다. 또한, PTD 현상 과정 이후에 린스 과정을 도입할 수도 있다.
가이드 패턴(4330)들은 상호 이격되어 위치하도록 형성되고, 사이의 이격 부분에 중성층(4260) 부분이 노출된다. 가이드 패턴(4330)은 그 사이의 이격 부분 보다 매우 협소한 선폭을 가지도록 형성되어, 가이드 패턴(4330) 사이 부분에 하부의 중성층(4260) 표면 일부 부분을 노출한다. 가이드 패턴(4330)의 선폭(W3)은 노출된 중성층(4260) 부분의 선폭(W4)에 비해 큰 선폭을 가지도록 유도될 수 있다. 중성층(4260)의 노출된 선폭(W2)을 가이드 패턴(4330)의 제3선폭(W1)에 대해 3보다 큰 홀수배, 즉, N을 자연수라 할 때, W2를 W1 * (2N-1)로 설정할 수 있다.
도 42는 블록코폴리머(4700)를 형성하는 과정을 보여준다.
도 42를 참조하면, 가이드 패턴(4330) 및 중성층(4260)을 덮는 자기 정렬 블록코폴리머(4700)를 코팅(coating)한다. 블록코폴리머(4700)는 폴리스티렌-폴리메틸메타아크릴레이트 블록코폴리머(PS-b-PMMA) 또는 폴리스티렌-폴리디메틸실록산(PS-PDMS) 블록코폴리머를 이용할 수 있다.
도 43은 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부(4710, 4720)들을 형성하는 과정을 보여준다.
도 43을 참조하면, 가이드 패턴(4330) 및 중성층(4260)을 덮는 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 상분리를 유도한다. 이에 따라, 제1폴리머 블록 도메인부(4710)들과 제2폴리머 블록 도메인부(4720)들이 교번적으로 반복된 구조를 형성할 수 있다. 블록코폴리머는 제1폴리머 블록, 예컨대, PMMA 폴리머 블록 성분과 제2폴리머 블록, 예컨대 PS 폴리머 블록 성분이 섞여 혼재되어 균질한 동질의 상(homogenous phase)을 이루고 있는 상태에서 어닐링에 의해서 제1폴리머 블록 도메인부(4710)와 제2폴리머 블록 도메인부(4720)로 상분리될 수 있다. 제1 또는 제2폴리머 블록 도메인부들(4710, 4720)은 라인 형상을 가지며 교번적으로 반복된 형상을 가지거나, 또는, 제2폴리머 블록 도메인부(4720) 내에 실린더 형상으로 제1폴리머 블록 도메인부(4710)들이 생성될 수 있다.
가이드 패턴(4330)을 이루는 현상 가능한 반사방지층 또는 현상 가능한 반사방지물질은 중성층(4260)과 달리 어느 하나의 폴리머 블록 성분, 예컨대, 제1폴리머 블록 성분일 수 있는 PMMA 성분에 대한 친화도(affinity)가 PS 성분에 대한 친화도 보다 높은 친화도 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 가이드 패턴(4330)은 블록코폴리머를 이루는 폴리머 블록 성분들 중 제1폴리머 블록 성분들, 예컨대, PMMA 성분들이 상대적으로 우세하게 결합하여 재배열될 수 있다. 가이드 패턴(4330) 상에는 PMMA 성분들이 재배열되어 제1폴리머 블록 제1도메인부(4711)들이 형성될 수 있다. 가이드 패턴(4330)과 이웃하는 다른 가이드 패턴(4330) 사이의 중성층(4260) 부분은 PS 성분과 PMMA 성분에 대한 친화도가 대등하거나 실질적으로 동일하므로, 어느 한 폴리머 블록 성분과 우세하게 결합하지 않아, 제1폴리머 블록 제2도메인부(4712)와 제2폴리머 블록 도메인부(4720)가 교번적으로 반복되는 구조가 형성될 수 있다. 이때, 가이드 패턴(4330) 상에는 제1폴리머 블록 제1도메인부(4711)가 우선적으로 결합되어 위치하므로, 제1폴리머 블록 제1도메인부(4711)의 옆에는 제2폴리머 성분들이 재배열된 제2폴리머 블록 도메인부(4720)가 우선적으로 위치하게 된다.
도 44는 제1폴리머 블록 도메인부(4710)를 제거하는 과정을 보여준다.
도 44를 참조하면, 제1폴리머 블록 도메인부(4710)를 선택적으로 제거한다. 제1폴리머 블록 도메인부(4710)를 예컨대 이루는 PMMA 블록 폴리머 성분을 용해하는 용매를 이용하여, 예컨대 PS 블록 폴리머 성분의 제2폴리머 블록 도메인부(4720)를 잔존시키며 제1폴리머 블록 도메인부(4710)를 습식 식각할 수 있다. 이때, 건식 식각 과정이 이용될 수도 있다. 제1폴리머 블록 도메인부(4710)의 선택적인 제거에 의해서 트렌치(trench) 형상 또는 홀 형상의 캐비티(cavity)를 사이에 가지는 제2폴리머 블록 도메인부(4720)의 패턴을 형성할 수 있다.
도 45는 하드 마스크층(4230)의 패턴을 형성하는 과정을 보여준다.
도 45를 참조하면, 제2폴리머 블록 도메인부(4720)를 식각 마스크로 이용하는 선택적 식각 과정을 수행하여, 캐비티 바닥에 노출된 중성층(4260) 부분을 선택적으로 식각 제거하고, 잔류하는 중성층(4260)에 노출되는 하드 마스크층(4230) 부분을 선택적으로 식각 제거하여 하드 마스크층(4230)의 패턴을 형성한다. 하드 마스크층(4230)의 패턴에 노출된 피식각층 부분을 선택적으로 식각 제거하여 피식각층(4210)의 패턴을 형성할 수 있다.
본 출원에 따르면, 대면적의 기판 상에 블록 코폴리머를 이용하여 용이하게 나노 스케일 크기의 구조물 또는 나노 구조체를 형성할 수 있다. 나노 구조체는, 선격자를 포함하는 편광판의 제조, 반사형 액정표시장치의 반사 렌즈의 형성 등에 이용할 수 있다. 나노 구조체는 독립적인 편광판의 제조에 사용될 뿐만 아니라, 표시 패널과 일체형인 편광부의 형성에도 이용할 수 있다. 예컨대, 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이(array) 기판이나, 컬러필터 기판 상에 직접적으로 편광부를 형성하는 공정에 이용할 수 있다. 나노 구조체는 나노 와이어 트랜지스터, 메모리의 제작을 위한 주형, 나노 스케일의 도선 패터닝을 위한 나노 구조물과 같은 전기 전자 부품의 주형, 태양 전지와 연료 전지의 촉매 제작을 위한 주형, 식각 마스크와 유기 다이오드(OLED) 셀 제작을 위한 주형 및 가스 센서 제작을 위한 주형에 이용할 수 있다.
상술한 본 출원에 따른 방법 및 구조체들은 집적 회로 칩(integrated circuit chip) 제조에 사용될 수 있다. 결과의 집적 회로 칩은 웨이퍼 형태(raw wafer form)나 베어 다이(bare die) 또는 패키지 형태(package form)으로 제조자에 의해 배포될 수 있다. 칩은 단일 칩 패키지(single chip package)나 멀티칩 패키지 chip package) 형태로 제공될 수 있다. 또한, 하나의 칩은 다른 집적 회로 칩에 집적되거나 별도의 회로 요소(discrete circuit element)에 집적될 수 있다. 하나의 칩은 마더보드(mother board)와 같은 중간 제품(intermediate product)이나 최종 제제품(end product) 형태의 한 부품으로 다른 신호 프로세싱 소자(signal processing device)를 이루도록 집적될 수 있다. 최종 제품은 집적 회로 칩을 포함하는 어떠한 제품일 수 있으며, 장난감이나 저성능 적용 제품(application)으로부터 고성능 컴퓨터 제품일 수 있으며, 표시장치(display)나 키보드(keyboard) 또는 다른 입력 수단(input device) 및 중앙연산장치(central processor)를 포함하는 제품일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 출원의 실시 형태들을 도면들을 예시하며 설명하지만, 이는 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 설명하기 위한 것이며, 세밀하게 제시된 형상으로 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 한정하고자 한 것은 아니다. 본 출원에서 제시한 기술적 사상이 반영되는 한 다양한 다른 변형예들이 가능할 것이다.
100: 반도체 기판, 330: 가이드 패턴,
700: 블록코폴리머.

Claims (52)

  1. 반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)을 형성하는 단계;
    상기 현상 가능한 반사방지층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층 및 상기 현상 가능한 반사방지층의 일부 영역들을 노광하는 단계;
    상기 포토레지스트층의 비노광된 부분들을 제거하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 비노광된 부분들을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 선택적으로 제거하여 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계;
    상기 가이드 패턴들 사이 부분을 채우는 중성층을 형성하는 단계;
    상기 가이드 패턴들 및 중성층 상에 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하는 단계;
    상기 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부(domains of polymeric blocks)들이 교번적으로 반복 위치하도록 유도하는 단계; 및
    상기 제1폴리머 블록 도메인부들을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는
    네거티브 톤 현상액(negative tone developer)을 사용하여 상기 비노광된 부분들을 제거하는 패턴 형성 방법.
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 가이드 패턴을 형성하는 단계는
    포지티브 톤 현상액(phositive tone developer)을 사용하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 현상하는 패턴 형성 방법.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제3항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액은
    테트라메틸암모늄하이드록사이드(tetramethylammoniumhydroxide)를 포함하는 염기성 현상액을 사용하는 패턴 형성 방법.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제3항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액(phositive tone developer)에 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분이 용해될 수 있도록,
    상기 노광 과정에서 상기 포토레지스트층의 노광된 부분에서 발생되는 산 성분은 하부의 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분으로 확산되는 패턴 형성 방법.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제5항에 있어서,
    상기 산 성분이 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분으로 확산되도록 유도하는 노광후 베이크(PEB) 과정을 더 포함하는 패턴 형성 방법.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제3항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액을 사용하는 현상 과정에서
    상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분이 제거되며 상측에 중첩되어 위치하는 상기 포토레지스트 패턴이 함께 제거되는 패턴 형성 방법.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제3항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액을 사용하는 현상 과정 이전에
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하기 위한 신너(thinner)를 포함하는 유기 용매를 사용하는 스트립(strip) 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 자기 정렬 블록코폴리머는
    상호 섞이지 않아(immiscible) 상분리될 수 있는 제1폴리머 블록 성분과 제2폴리머 블록 성분을 포함하고,
    상기 어닐링에 의해서 상기 제1폴리머 블록 성분들이 배열(order)되어 상기 제1폴리머 블록 도메인부를 형성하고, 상기 제2폴리머 블록 성분들이 배열되어 상기 제2폴리머 블록 도메인부를 형성하는 상분리 과정이 유도되는 패턴 형성 방법.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제9항에 있어서,
    상기 현상 가능한 반사방지층은
    상기 중성층에 비해 상기 제1폴리머 블록 성분에 대한 친화도(affinity)가 높아
    상기 가이드 패턴 상에 상기 제1폴리머 블록 성분들이 배열되도록 유도하는 패턴 형성 방법.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제9항에 있어서,
    상기 자기 정렬 블록코폴리머는
    폴리스티렌-폴리메틸메타아클릴레이트 블록코폴리머(PS-b-PMMA)를 포함하고
    상기 현상 가능한 반사방지층은
    폴리스티렌(PS) 폴리머 성분에 대한 친화도보다 폴리메틸메타아클릴레이트(PMMA) 폴리머 성분에 대한 친화도가 높은 유기물층을 포함하는 패턴 형성 방법.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제9항에 있어서,
    상기 중성층은
    상기 제1 및 제2폴리머 블록 성분들 각각에 대해 유사한 친화도들을 가져 상기 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부들이 교번적으로 위치하도록 유도하는 패턴 형성 방법.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제9항에 있어서,
    상기 중성층을 형성하는 단계는
    상기 가이드 패턴들에 의해 노출되는 상기 하지층의 표면과 결합하는 하이드록실기(OH-)를 말단기로 가지는 폴리머들을 도입하는 단계;
    상기 폴리머들이 상기 하지층과 결합하도록 어닐링(annealing)하는 단계; 및
    상기 하지층과 결합하지 않은 나머지 폴리머들을 용매를 사용하여 제거하는 단계를 포함하는 폴리머 브러시(polymer brush) 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 중성층은
    상기 가이드 패턴의 표면과 실질적으로 대등한 표면 높이를 가지도록 형성되는 패턴 형성 방법.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 가이드 패턴들은
    상기 가이드 패턴의 선폭에 비해 3배 이상의 홀수배 크기의 이격 간격을 가지며 상호 이격되어 위치하도록 형성되는 패턴 형성 방법.
  16. 반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)을 형성하는 단계;
    상기 현상 가능한 반사방지층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층 및 상기 현상 가능한 반사방지층의 일부 영역들을 노광하여 라인(line) 형상의 비노광 부분들을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층의 비노광 부분들을 제거하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 비노광 부분들을 노출하는 트렌치(trench)부들을 제공하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 선택적으로 제거하여 사이의 이격 부분의 제1선폭에 비해 좁은 제2선폭을 가지는 라인(line) 형상의 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계;
    상기 가이드 패턴들 사이의 이격 부분을 채우는 중성층을 형성하는 단계;
    상기 가이드 패턴들 및 중성층 상에 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하는 단계;
    상기 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부(domains of polymeric blocks)들이 각각 라인(line) 형상을 가지며 교번적으로 반복 위치하도록 유도하는 단계; 및
    상기 제1폴리머 블록 도메인부들을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제16항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는
    네거티브 톤 현상액(negative tone developer)을 사용하여 상기 비노광된 부분들을 제거하는 패턴 형성 방법.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제16항에 있어서,
    상기 가이드 패턴을 형성하는 단계는
    포지티브 톤 현상액(phositive tone developer)을 사용하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 현상하는 패턴 형성 방법.
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제18항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액은
    테트라메틸암모늄하이드록사이드(tetramethylammoniumhydroxide)를 포함하는 염기성 현상액을 사용하는 패턴 형성 방법.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제18항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액(phositive tone developer)에 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분이 용해될 수 있도록,
    상기 노광 과정에서 상기 포토레지스트층의 노광된 부분에서 발생되는 산 성분은 하부의 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분으로 확산되는 패턴 형성 방법.
  21. ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제20항에 있어서,
    상기 산 성분이 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분으로 확산되도록 유도하는 노광후 베이크(PEB) 과정을 더 포함하는 패턴 형성 방법.
  22. ◈청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제18항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액을 사용하는 현상 과정에서
    상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분이 제거되며 상측에 중첩되어 위치하는 상기 포토레지스트 패턴이 함께 제거되는 패턴 형성 방법.
  23. ◈청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제18항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액을 사용하는 현상 과정 이전에
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하기 위한 신너(thinner)를 포함하는 유기 용매를 사용하는 스트립(strip) 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
  24. ◈청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제16항에 있어서,
    상기 자기 정렬 블록코폴리머는
    상호 섞이지 않아(immiscible) 상분리될 수 있는 제1폴리머 블록 성분과 제2폴리머 블록 성분을 포함하고,
    상기 어닐링에 의해서 상기 제1폴리머 블록 성분들이 배열(order)되어 상기 제1폴리머 블록 도메인부를 형성하고, 상기 제2폴리머 블록 성분들이 배열되어 상기 제2폴리머 블록 도메인부를 형성하는 상분리 과정이 유도되는 패턴 형성 방법.
  25. ◈청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제24항에 있어서,
    상기 현상 가능한 반사방지층은
    상기 중성층에 비해 상기 제1폴리머 블록 성분에 대한 친화도(affinity)가 높아
    상기 가이드 패턴 상에 상기 제1폴리머 블록 성분들이 배열되도록 유도하는 패턴 형성 방법.
  26. ◈청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제24항에 있어서,
    상기 자기 정렬 블록코폴리머는
    폴리스티렌-폴리메틸메타아클릴레이트 블록코폴리머(PS-b-PMMA)를 포함하고
    상기 현상 가능한 반사방지층은
    폴리스티렌(PS) 폴리머 성분에 대한 친화도보다 폴리메틸메타아클릴레이트(PMMA) 폴리머 성분에 대한 친화도가 높은 유기물층을 포함하는 패턴 형성 방법.
  27. ◈청구항 27은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제24항에 있어서,
    상기 중성층은
    상기 제1 및 제2폴리머 블록 성분들 각각에 대해 유사한 친화도들을 가져 상기 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부들이 교번적으로 위치하도록 유도하는 패턴 형성 방법.
  28. ◈청구항 28은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제24항에 있어서,
    상기 중성층을 형성하는 단계는
    상기 가이드 패턴들에 의해 노출되는 상기 하지층의 표면과 결합하는 하이드록실기(OH-)를 말단기로 가지는 폴리머들을 도입하는 단계;
    상기 폴리머들이 상기 하지층과 결합하도록 어닐링(annealing)하는 단계; 및
    상기 하지층과 결합하지 않은 나머지 폴리머들을 용매를 사용하여 제거하는 단계를 포함하는 폴리머 브러시(polymer brush) 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  29. ◈청구항 29은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제16항에 있어서,
    상기 중성층은
    상기 가이드 패턴의 표면과 실질적으로 대등한 표면 높이를 가지도록 형성되는 패턴 형성 방법.
  30. ◈청구항 30은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제16항에 있어서,
    상기 가이드 패턴들은
    상기 가이드 패턴의 선폭에 비해 3배 이상의 홀수배 크기의 이격 간격을 가지며 상호 이격되어 위치하도록 형성되는 패턴 형성 방법.
  31. 반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)을 형성하는 단계;
    상기 현상 가능한 반사방지층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층 및 상기 현상 가능한 반사방지층의 일부 영역들을 노광하여 섬(island) 형상의 비노광 부분들을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층의 비노광 부분들을 제거하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 비노광 부분들을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 선택적으로 제거하여 사이의 이격 부분의 제1선폭에 비해 좁은 제2선폭을 가지는 섬(island) 형상의 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계;
    상기 가이드 패턴들 사이의 이격 부분을 채우는 중성층을 형성하는 단계;
    상기 가이드 패턴들 및 중성층 상에 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하는 단계;
    상기 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 제1폴리머 블록 도메인부들(domains of polymeric blocks) 및 상기 제1폴리머 블록 도메인부들을 에워싸 고립시키는 제2폴리머 블록 도메인부의 형성을 유도하는 단계; 및
    상기 제1폴리머 블록 도메인부들을 선택적으로 제거하여 홀(hole)들의 배열을 형성하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  32. ◈청구항 32은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제31항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는
    네거티브 톤 현상액(negative tone developer)을 사용하여 상기 비노광된 부분들을 제거하는 패턴 형성 방법.
  33. ◈청구항 33은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제32항에 있어서,
    상기 가이드 패턴을 형성하는 단계는
    포지티브 톤 현상액(phositive tone developer)을 사용하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 현상하는 패턴 형성 방법.
  34. ◈청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제33항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액(phositive tone developer)에 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분이 용해될 수 있도록,
    상기 노광 과정에서 상기 포토레지스트층의 노광된 부분에서 발생되는 산 성분은 하부의 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분으로 확산되는 패턴 형성 방법.
  35. ◈청구항 35은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제33항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액을 사용하는 현상 과정에서
    상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분이 제거되며 상측에 중첩되어 위치하는 상기 포토레지스트 패턴이 함께 제거되는 패턴 형성 방법.
  36. ◈청구항 36은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제31항에 있어서,
    상기 중성층을 형성하는 단계는
    상기 가이드 패턴들에 의해 노출되는 상기 하지층의 표면과 결합하는 하이드록실기(OH-)를 말단기로 가지는 폴리머들을 도입하는 단계;
    상기 폴리머들이 상기 하지층과 결합하도록 어닐링(annealing)하는 단계; 및
    상기 하지층과 결합하지 않은 나머지 폴리머들을 용매를 사용하여 제거하는 단계를 포함하는 폴리머 브러시(polymer brush) 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  37. ◈청구항 37은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제31항에 있어서,
    상기 중성층은
    상기 가이드 패턴의 표면과 실질적으로 대등한 표면 높이를 가지도록 형성되는 패턴 형성 방법.
  38. ◈청구항 38은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제31항에 있어서,
    상기 가이드 패턴들은
    상호 간에 삼각형 형상이나 사각형의 형상을 이루는 꼭지점들에 위치하는 패턴 형성 방법.
  39. 반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 중성층(neutral layer)을 형성하는 단계;
    상기 중성층 상에 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)을 형성하는 단계;
    상기 현상 가능한 반사방지층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층 및 상기 현상 가능한 반사방지층의 일부 영역들을 노광하는 단계;
    상기 포토레지스트층의 비노광된 부분들을 제거하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 비노광된 부분들을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 선택적으로 제거하여 사이 부분에 상기 중성층 부분을 노출하는 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계;
    상기 가이드 패턴들 및 상기 중성층 부분 상에 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하는 단계;
    상기 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부(domains of polymeric blocks)들이 교번적으로 반복 위치하도록 유도하는 단계; 및
    상기 제1폴리머 블록 도메인부들을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  40. ◈청구항 40은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제39항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는
    네거티브 톤 현상액(negative tone developer)을 사용하여 상기 비노광된 부분들을 제거하는 패턴 형성 방법.
  41. ◈청구항 41은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제39항에 있어서,
    상기 가이드 패턴을 형성하는 단계는
    포지티브 톤 현상액(phositive tone developer)을 사용하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 현상하는 패턴 형성 방법.
  42. ◈청구항 42은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제41항에 있어서,
    상기 포지티브 톤 현상액을 사용하는 현상 과정에서
    상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분이 제거되며 상측에 중첩되어 위치하는 상기 포토레지스트 패턴이 함께 제거되는 패턴 형성 방법.
  43. ◈청구항 43은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제39항에 있어서,
    상기 자기 정렬 블록코폴리머는
    상호 섞이지 않아(immiscible) 상분리될 수 있는 제1폴리머 블록 성분과 제2폴리머 블록 성분을 포함하고,
    상기 어닐링에 의해서 상기 제1폴리머 블록 성분들이 배열(order)되어 상기 제1폴리머 블록 도메인부를 형성하고, 상기 제2폴리머 블록 성분들이 배열되어 상기 제2폴리머 블록 도메인부를 형성하는 상분리 과정이 유도되는 패턴 형성 방법.
  44. ◈청구항 44은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제43항에 있어서,
    상기 현상 가능한 반사방지층은
    상기 중성층에 비해 상기 제1폴리머 블록 성분에 대한 친화도(affinity)가 높아
    상기 가이드 패턴 상에 상기 제1폴리머 블록 성분들이 배열되도록 유도하는 패턴 형성 방법.
  45. ◈청구항 45은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제43항에 있어서,
    상기 자기 정렬 블록코폴리머는
    폴리스티렌-폴리메틸메타아클릴레이트 블록코폴리머(PS-b-PMMA)를 포함하고
    상기 현상 가능한 반사방지층은
    폴리스티렌(PS) 폴리머 성분에 대한 친화도보다 폴리메틸메타아클릴레이트(PMMA) 폴리머 성분에 대한 친화도가 높은 유기물층을 포함하는 패턴 형성 방법.
  46. ◈청구항 46은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제43항에 있어서,
    상기 중성층은
    상기 제1 및 제2폴리머 블록 성분들 각각에 대해 유사한 친화도들을 가져 상기 제1 및 제2폴리머 블록 도메인부들이 교번적으로 위치하도록 유도하는 패턴 형성 방법.
  47. ◈청구항 47은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제43항에 있어서,
    상기 중성층을 형성하는 단계는
    상기 가이드 패턴들에 의해 노출되는 상기 하지층의 표면과 결합하는 하이드록실기(OH-)를 말단기로 가지는 폴리머들을 도입하는 단계;
    상기 폴리머들이 상기 하지층과 결합하도록 어닐링(annealing)하는 단계; 및
    상기 하지층과 결합하지 않은 나머지 폴리머들을 용매를 사용하여 제거하는 단계를 포함하는 폴리머 브러시(polymer brush) 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  48. 반도체 기판 상에 형성된 하지층 상에 현상 가능한 반사방지 물질(developable antireflective material)을 포함하고 상호 간에 이격된 간격 보다 좁은 크기의 선폭을 가지는 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계;
    상기 가이드 패턴들을 덮도록 제1폴리머 블록 성분 및 제2폴리머 블록 성분을 포함하는 자기 정렬 블록코폴리머(self assembling block copolymer)를 도입(applying)하는 단계;
    상기 자기 정렬 블록코폴리머를 어닐링(annealing)하여 상기 가이드 패턴 상에 상기 제1폴리머 블록 성분이 정렬되어 제1폴리머 블록 제1도메인부(domain of polymeric blocks)이 위치하도록 유도하고 상기 가이드 패턴들 사이 부분에 상기 제2폴리머 블록 성분을 포함하는 제2폴리머 블록 도메인부 및 상기 제1폴리머 블록 성분을 포함하는 제1폴리머 블록 제2도메인부들이 교번적으로 반복 위치하도록 유도하는 단계; 및
    상기 제1폴리머 블록 제1 및 제2도메인부들을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  49. ◈청구항 49은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제48항에 있어서,
    상기 가이드 패턴을 형성하는 단계는
    상기 하지층 상에 현상 가능한 반사방지층(developable antireflective layer)을 형성하는 단계;
    상기 현상 가능한 반사방지층 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층 및 상기 현상 가능한 반사방지층의 일부 영역들을 노광하는 단계;
    상기 포토레지스트층의 비노광된 부분들을 제거하여 상기 현상 가능한 반사방지층의 비노광된 부분들을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 현상 가능한 반사방지층의 노광된 부분을 선택적으로 제거하여 가이드 패턴(guide pattern)들을 형성하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  50. ◈청구항 50은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제49항에 있어서,
    상기 현상 가능한 반사방지층 하부에
    중성층을 형성하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
  51. ◈청구항 51은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제49항에 있어서,
    상기 가이드 패턴들 사이의 이격 부분을 채우는 중성층을 형성하는 단계를 더 포함하는 패턴 형성 방법.
  52. ◈청구항 52은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제51항에 있어서,
    상기 중성층을 형성하는 단계는
    상기 가이드 패턴들에 의해 노출되는 상기 하지층의 표면과 결합하는 하이드록실기(OH-)를 말단기로 가지는 폴리머들을 도입하는 단계;
    상기 폴리머들이 상기 하지층과 결합하도록 어닐링(annealing)하는 단계; 및
    상기 하지층과 결합하지 않은 나머지 폴리머들을 용매를 사용하여 제거하는 단계를 포함하는 폴리머 브러시(polymer brush) 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
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