KR100546117B1 - 광산발생제를 포함하는 난반사 방지막을 이용한 초미세패턴의 형성방법 - Google Patents

광산발생제를 포함하는 난반사 방지막을 이용한 초미세패턴의 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 KrF, ArF, VUV, EUV, 전자선 (E-beam) 및 이온빔 (ion beam) 등의 광원을 이용한 리소그래피 공정에 있어서, 포토레지스트 수지가 광원으로 사용되는 파장의 빛을 흡수하여 경사진 패턴을 형성하는 것을 해결하기 위한 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명에서는 과량의 광산발생제를 첨가한 유기 난반사 방지막을 사용하여 패턴을 형성함으로써 광원에 대한 흡광도가 다소 큰 포토레지스트 수지를 사용하더라도 경사지지 않고 수직한 패턴을 얻을 수 있다.

Description

광산발생제를 포함하는 난반사 방지막을 이용한 초미세 패턴의 형성방법{Process for forming ultra fine pattern using bottom anti-reflective coating containing photoacid generator}
도 1a는 감광제의 광원에 대한 흡광도가 거의 없는 경우에 얻어지는 패턴의 모양을 도시한 것이고,
도 1b는 감광제의 광원에 대한 흡광도가 큰 경우 얻어지는 패턴의 모양을 도시한 것이며,
도 1c는 본 발명에서 얻어지는 패턴의 모양을 도시한 것이고,
도 2는 비교예에서 얻어진 패턴 사진이며,
도 3은 실시예 4에서 얻어진 패턴 사진이고,
도 4는 실시예 5에서 얻어진 패턴 사진이다.
본 발명은 수직한 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토레지스트 수지가 광원으로 사용되는 파장의 빛을 흡수하여 경사진 패턴을 형성하는 것을 해결하기 위하여, 과량의 광산발생제를 첨가한 유기 난 반사 방지막을 사용함으로써 광원에 대한 흡광도가 다소 큰 포토레지스트 수지를 사용하더라도 수직한 패턴을 얻을 수 있는 패턴 형성방법에 관한 것이다.
248nm 광원 (KrF)을 사용한 반도체 미세회로 제조공정에서는 이미 150nm L/S의 미세회로가 형성되었으며, 현재는 150nm 이하의 패턴을 형성하기 위한 노력이 계속되고 있다. 한편 보다 미세한 회로를 형성하기 위해서, ArF (193nm), F2 (157 nm), EUV (Extremely Ultraviolet; 13nm) 등의 낮은 파장의 광원을 사용하는 미세회로 제조공정에 대한 연구가 진행 중이다. 그러나 이들 파장에 대해 투과도가 좋은 감광제 수지의 개발이 쉽지 않다는 문제점이 있다. 예를 들면 i-라인 (365nm) 및 KrF (248nm)에 사용하는 감광제는 방향족 화합물로 수지가 구성되는데 이들은 193nm에 대한 흡광도가 너무 커서 사용할 수가 없다. 이러한 이유 때문에 방향족 화합물이 들어있지 않은 아크릴계 혹은 알리사이클릭계 수지를 사용하여 193nm용 감광제가 개발되고 있다. 그러나 이들 수지들도 193nm에 대한 흡광도가 비교적 커서 좋은 패턴을 형성하기가 어렵다.
도 1a는 감광제가 광원에 대한 흡광도가 거의 없을 때의 현상후 패턴 모양이다. 감광제의 윗부분과 아랫부분에 도달한 빛의 양이 거의 똑같기 때문에 수직한 (vertical) 패턴을 얻을 수 있다. 그러나 도 1b처럼 감광제의 광원에 대한 흡광도가 클 때는 감광제의 윗부분에 도달한 빛의 양이 아랫부분보다 많기 때문에 화학증폭형 감광제의 경우 윗부분에서 발생된 산의 양이 아랫부분보다 많아서 현상후 도 1b처럼 경사진 모양의 패턴이 형성될 수 있다. 즉, 노광에 의해 발생되는 산의 농 도 구배가 수직 방향에서 그 높이에 따라 상이하기 때문에 경사진 패턴이 형성되는 것이다.
따라서 이를 극복하기 위해서 대부분의 연구 방향은 광원에 대한 흡광도가 적은 수지를 개발하는데 치중되어 있으나, 특히 VUV (157nm) 혹은 EUV (13nm) 광원을 사용할 경우 이러한 수지의 개발은 한계에 도달해 있다.
이에 본 발명자들은 포토레지스트 수지가 광원에 대한 흡광도가 다소 높더라도 수직의 패턴을 얻을 수 있는 방법을 개발하기 위하여 노력하여 오던 중, 유기 난반사 방지막 (organic bottom anti-reflective coating; 이하 "BARC"라 약칭함)에 광산발생제를 과량으로 첨가하면 BARC에서 포토레지스트 수지의 하부로 산이 확산되어 수직의 패턴을 얻을 수 있다는 것을 알아내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 포토레지스트 수지가 광원에 대한 흡광도가 다소 높더라도 수직의 패턴을 얻을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 패턴 형성과정에서 사용하는 BARC에 광산발생제를 과량 포함시킴으로써 초미세 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서는 우선, 과량의 광산발생제가 포함된 BARC를 이용한 포토레지스 트 패턴 형성방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 패턴 형성방법은
(a) 광산발생제를 포함하는 난반사 방지막 조성물을 피식각층 상부에 도포하여 난반사 방지막을 형성하는 단계;
(b) 상기 난반사 방지막 위에 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계;
(c) 상기 결과물을 노광하는 단계; 및
(d) 상기 결과물을 현상하여 초미세 포토레지스트 패턴을 얻는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같이, 감광제가 광원에 대한 흡광도가 다소 클 때는 감광제의 윗부분에 도달한 빛의 양이 아랫부분보다 많기 때문에 화학증폭형 감광제의 경우, 감광제 내에 포함된 광산발생제에 의해 발생된 산의 양이 감광제의 윗부분에서 아래부분보다 많아서 현상후 도 1b처럼 경사진 모양의 패턴이 형성될 수 있다 (도 1b 참조). 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 BARC에 과량의 광산발생제를 첨가하는데, BARC에 첨가된 광산발생제로부터 발생된 산이 감광제 속으로 확산되어, 아랫부분에 적게 형성된 산을 보충해 줌으로써 도 1c와 같이 경사진 모양의 패턴을 수직의 모양으로 형성할 수 있다.
BARC에 포함될 수 있는 광산발생제는 빛에 의해 산을 발생할 수 있는 화합물이면 무엇이든 사용가능하며, 예를 들어 US 5,212,043 (1993. 5. 18), WO 97/33198 (1997. 9. 12), WO 96/37526 (1996. 11. 28), EP 0 794 458 (1997. 9. 10), EP 0 789 278 (1997. 8. 13), US 5,750,680 (1998. 5. 12), GB 2,340,830 A (2000. 3. 1), US 6,051,678 (2000. 4. 18), GB 2,345,286 A (2000. 7. 5), US 6,132,926 (2000. 10. 17), US 6,143,463 (2000. 11. 7), US 6,150,069 (2000. 11. 21), US 6,180,316 B1 (2001. 1. 30), US 6,225,020 B1 (2001. 5. 1), US 6,235,448 B1 (2001. 5. 22) 및 US 6,235,447 B1 (2001. 5. 22) 등에 개시된 것을 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서는 광산발생제로서 디페닐요도염 헥사플루오로포스페이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라-t-부틸페닐설포늄 트리플레이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트, 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트, 프탈이미도트리플루오로메탄술포네이트, 디니트로벤질토실레이트, n-데실디술폰 및 나프틸이미도트리플루오로메탄술포네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 광산발생제는 난반사 방지막 조성물에 포함된 난반사 방지용 수지에 대하여 0.1∼20 중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 또한, 전술한 본 발명의 패턴 형성방법에 의해 제조된 반도체 소자를 제공한다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단 실시예는 발명을 예 시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 흡광도 측정
석영 기판 위에 DHA1001 감광제 [(주)동진 세미켐]를 1㎛ 두께로 코팅하고 130℃에서 90초간 베이크한 후 23℃로 냉각시켰다. 코팅된 감광제의 투과도를 JASCO VUV 200 분광계 (spectrometer)를 이용하여 측정한 결과 46%이었다.
실시예 2. 본 발명의 유기 BARC 제조 (1)
BARC (Clariant 1C5D) 100㎖에 광산발생제인 트리페닐설포늄 트리플레이트 0.2g을 첨가한 다음 잘 용해시켜 본 발명의 유기 BARC를 제조하였다.
실시예 3. 본 발명의 유기 BARC 제조 (2)
BARC (Clariant 1C5D) 100㎖에 광산발생제인 디페닐요도염 헥사플루오로 안티모네이트 0.2g을 첨가한 다음 잘 용해시켜 본 발명의 유기 BARC를 제조하였다.
실시예 4. 패턴 형성 (1)
상기 실시예 2에서 제조된 BARC를 390Å의 두께로 기판 위에 도포하고 200 ℃에서 60초간 베이크한 후 23℃로 냉각시켜 BARC가 코팅된 기판을 준비하였다.
이 기판 위에 상기 실시예 1에서 사용한 감광제를 두께 0.30㎛로 코팅하고, 130℃에서 90초간 베이크한 후 23℃로 냉각시켰다. 그런 다음, ASML사의 ArF 노광장비 (PASS/900, NA=0.63)로 노광하고, 130℃에서 90초간 다시 베이크한 다음 2.38 중량% TMAH 수용액을 이용하여 현상한 결과 수직의 120nm L/S 패턴을 얻었다 (도 3 참조).
실시예 5. 패턴 형성 (2)
상기 실시예 3에서 제조된 BARC를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 수직의 120nm L/S 패턴을 얻었다 (도 4 참조).
비교예
실시예 1에서 사용한 감광제를 BARC (Clariant 1C5D)가 코팅된 기판 위에 0.4㎛의 두께로 도포하고, 130℃에서 90초간 베이크한 후 23℃로 냉각시켰다. 그런 다음, ASML사의 ArF 노광장비 (PASS/900, NA=0.63)로 노광하고, 130℃에서 90초간 다시 베이크한 다음 2.38 중량% TMAH 수용액을 이용하여 현상한 결과 도 2와 같이 경사진 120nm L/S 패턴을 얻었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 과량의 광산발생제를 첨가한 BARC을 사용하여 패턴을 형성함으로써 BARC 내에 포함된 광산발생제로부터 포토레지스트 하부로 산이 확산되어, 광원에 대한 흡광도가 다소 큰 포토레지스트 수지를 사용하더라도 즉, 포토레지스트 상부보다 하부에 빛이 도달하는 양이 적더라도 경사지지 않고 수직한 패턴을 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 난반사 방지막 (Bottom Anti Reflective Coating) 조성물을 이용한 포토레지스트 패턴 형성방법에 있어서, 상기 난반사 방지막 조성물은 광산발생제를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴 형성방법은
    (a) 광산발생제를 포함하는 난반사 방지막 조성물을 피식각층 상부에 도포하여 난반사 방지막을 형성하는 단계;
    (b) 상기 난반사 방지막 위에 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계;
    (c) 상기 결과물을 노광하는 단계; 및
    (d) 상기 결과물을 현상하여 초미세 패턴을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광산발생제는 디페닐요도염 헥사플루오로포스페이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라-t-부틸페닐설포늄 트리플레이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트, 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트, 프탈이미도트리플루오로메탄술포네이트, 디니트로벤질토실레이트, n-데실디술폰 및 나프틸이미도트리플루오로메탄술포네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광산발생제는 난반사 방지막 조성물에 포함된 난반사 방지용 수지에 대하여 0.1∼20 중량%의 양으로 사용하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
  5. 제 1 항의 방법에 의하여 제조된 반도체 소자.
  6. 반도체 소자 형성용 난반사 방지막 조성물에 있어서, 상기 조성물은 광산발생제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 난반사 방지막 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광산발생제는 난반사 방지막 조성물에 포함된 난반사 방지용 수지에 대하여 0.1∼20 중량%의 양으로 사용하는 것을 특징으로 하는 난반사 방지막 조성물.
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