KR100604758B1 - 가소제를 포함하는 ｂａｒｃ용 조성물 및 이를 이용한미세 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가소제가 포함된 하부 반사방지막 (bottom anti-reflective coating; BARC)용 조성물 및 이를 이용한 포토레지스트 패턴 형성방법에 관한 것으로, BARC용 조성물에 가소제를 첨가하면 BARC 막을 평탄화 코팅할 수 있으므로 BARC 위에 도포하는 레지스트 두께가 동일하게 되어 모든 위치에서 패턴의 CD가 동일하게 되는 레지스트 두께가 주기적으로 존재하게 되고, 그 두께로 레지스트를 도포하면 웨이퍼 내 모든 위치에서 CD가 같아지게 되어 CD 균일도 (uniformity)를 향상시킬 수 있다.

Description

가소제를 포함하는 ＢＡＲＣ용 조성물 및 이를 이용한 미세 패턴 형성방법{BARC composition containing plasticizer and forming method of fine pattern using the same}

도 1은 칩 내의 관찰 위치 A 및 B에서, 레지스트 두께에 따른 CD 변화를 나타낸 그래프.

도 2a는 종래의 BARC 조성물을 콘포멀 (conformal) 코팅했을 때 웨이퍼 단차상에 도포된 BARC 및 레지스트를 나타내는 단면도.

도 2b는 도 2a와 같이 코팅되었을 때 레지스트 두께에 따른 CD 변화를 나타낸 그래프.

도 3a는 본 발명의 BARC 조성물을 코팅했을 때 웨이퍼 단차상에 도포된 BARC 및 레지스트를 나타내는 단면도.

도 3b는 도 3a와 같이 코팅되었을 때 레지스트 두께에 따른 CD 변화를 나타낸 그래프.

도 4는 반도체 기판 상의 평탄화 정도를 계산하기 위한 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 반도체 기판 12 : 미세 패턴

14 : 레지스트

Hd : 딤플 (dimple)의 깊이 Hs : 미세 패턴 (12)의 높이

본 발명은 가소제가 포함된 하부 반사방지막 (bottom anti-reflective coating; BARC)용 조성물 및 이를 이용한 포토레지스트 패턴 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 BARC용 조성물에 가소제를 첨가시켜 BARC 막을 평탄화 코팅할 수 있게 함으로써 궁극적으로 패턴의 CD 균일도 (uniformity)를 향상시킬 수 있게 하는 방법에 관한 것이다.

현상공정에서 CD의 균일도는 패턴의 크기 및 패턴의 밀도에 따라 크게 영향을 받는데, CD 균일도가 향상되면 반도체 설계 사양을 벗어나지 않고 그대로 회로를 구성할 수 있으므로 최상의 반도체 특성을 확보할 수 있다.

도 1은 최적의 레지스트 두께를 결정할 때 이용하는 그래프로서, 최상의 CD 균일도를 얻기 위해서는 칩 (chip) 내의 관찰 위치에 따른 위상이 같아야 하며, 진폭도 최소로 되어야 한다. 이때 위상은 레지스트 두께가 결정하며, 진폭은 BARC 두께에 의해 결정된다.

그러나, 종래의 BARC를 이용한 리소그래피 공정에서는 웨이퍼의 단차 (topology) 상에서 BARC 및 레지스트의 두께가 위치에 따라 다르다 (도 2a 참조). 이러한 BARC 및 레지스트의 두께 변화는 도 2b에서 보는 바와 같이 웨이퍼의 각 위치 (a, b 및 c)에서 CD 차이를 유발시킨다. 즉, 웨이퍼 단차상에서 CD 균일도가 감소된다. 다시 말해서, 종래에 BARC는 도 2a에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 단차를 따라가는 콘포멀 코팅 (conformal coating)이 되는데, 콘포멀 코팅된 BARC 위에 레지스트를 어떠한 두께로 코팅하더라도 평탄화되지 않은 웨이퍼 단차상에서는 레지스트 두께가 서로 다르게 되므로, 각 위치에서 CD가 달라질 수밖에 없다. 즉, 모든 위치에서 CD가 동일하게 되는 레지스트 두께가 존재하지 않는다.

한편, CD 균일도를 확보하기 위한 방법으로 OPC (Optical Proximity Correction) 또는 OAI (Off-Axis Illumination) 등의 복잡하고 고비용의 기술들이 사용되어 왔으나, 간단하고 경제적으로 CD 균일도를 확보할 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이다.

이에, 본 발명의 목적은 피식각층의 단차 평탄화를 통해 포토레지스트 패턴의 CD 균일도를 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 BARC용 조성물에 가소제를 첨가하여 BARC를 평탄화 코팅함으로써 CD 균일도를 향상시킬 수 있는 포토레지스트 패턴 형성방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

전술한 바와 같이, 종래에 BARC는 웨이퍼 단차를 따라가는 콘포멀 코팅을 하는데, 이때 레지스트를 어떠한 두께로 코팅하더라도 평탄화되지 않은 웨이퍼 단차상에서는 레지스트 두께가 서로 다르게 되므로, 각 위치에서 CD가 달라질 수밖에 없다.

그러나, 도 3b에 나타낸 바와 같이 피식각층의 각 위치에서 위상을 비슷하게 할 수만 있다면, 위치에 관계없이 CD가 모두 동일하게 되는 특정 레지스트 두께가 주기적으로 존재하게 되는데 (도 3b에서 점선으로 표시된 부분), 도 3a에서 볼 수 있는 바와 같이 BARC가 평탄화되면 단차상에서 레지스트 두께가 동일하게 되어, 모든 위치에서 CD가 같아지는 특정 레지스트 두께가 주기적으로 존재하게 되는 것이다.

이러한 특정 레지스트 두께로 코팅을 하면, 피식각층의 모든 위치에서 CD가 같아지기 때문에 CD 균일도가 향상되는 것이다. 즉, 본 발명은 도 3b와 같은 CD 변화 그래프를 얻기 위한 방법에 관한 것이라고도 할 수 있다.

본 발명에서 BARC를 이용하여 피식각층 단차를 평탄화하는 방법은 수백 Å 정도의 적은 단차를 평탄화할 때 적용하는 것이 바람직하고, 수천 Å 정도의 단차에 대한 평탄화는 보통 화학 기계적 연마 (Chemical Mechanical Polishing; CMP) 방법을 적용한다.

본 발명에서는 상기와 같은 BARC 이용한 평탄화 목적을 달성하기 위하여, 가소제가 BARC용 조성물 내의 매트릭스 수지 즉, 베이스 수지에 대하여 1∼40 중량%, 바람직하게는 1∼10 중량% 양으로 포함되는 BARC용 조성물을 제공한다.

BARC용 조성물에 가소제가 첨가되면 조성물 내의 매트릭스 레진의 유리전이온도가 낮아져서 변형되기 쉬운 상태가 되므로 공정에서 필요로 하는 최적의 평탄화 정도를 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 BARC 조성물에 포함될 수 있는 가소제는 특별히 한정되지는 않으나, 하기와 같은 화합물들을 예로 들 수 있다:

폴리(에틸 아크릴레이트/글리시딜 아크릴레이트);

<화학식 1>

폴리(에틸 아크릴레이트/하이드록시 에틸 아크릴레이트);

<화학식 2>

모노메틸 폴리에틸렌글라이콜;

<화학식 3>

1,3-비스(2,4-다이하이드록시페닐렌)-2-하이드록시-5-메틸 벤젠;

<화학식 4>

4,4-((3-하이드록시페닐)메틸렌)비스(2-사이클로헥실-5-메틸페놀);

<화학식 5>

1,3-다이하이드록시-4-(9-안트라세닐메틸)-2-메틸 벤젠;

<화학식 6>

상기 가소제는 프로필렌글라이콜 모노메틸 에틸 아세테이트 (PGMEA), 사이클 로헥사논, 아세톤, 이소프로필 알코올, 메틸에틸케톤 (MEK), 모노에탄올아민 (MEA), N-메틸-2-피롤리돈 (NMP), 에틸 아세테이트, 메탄올, 4-메틸-2-펜타논, 프로필렌글라이콜 모노메틸 에테르 (PGME), 부틸 카비톨 (butyl carbitol) 또는 이들의 혼합용매에 용해되어 용액 상태로 첨가되는 것이 바람직하며, 가소제는 상기 용매에 대하여 1∼10 중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 또한, 상기 BARC용 조성물을 이용한 포토레지스트 패턴 형성방법을 제공하는데, 구체적으로 본 발명의 패턴 형성방법은 하기와 같은 단계를 포함한다:

(a) 피식각층 상부에 가소제가 첨가된 본 발명의 BARC용 조성물을 이용하여 BARC 막을 형성하는 단계;

(b) 상기 BARC 막 위에 포토레지스트 막을 도포하는 단계; 및

(c) 상기 포토레지스트 막을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계.

상기 노광 공정의 광원은 g-line (436nm), i-line (365nm), KrF (248nm), ArF (193nm), VUV (157nm) 또는 EUV (13nm) 등을 사용할 수 있다.

한편, 피식각층 단차의 평탄화 정도 (Degree of Planarization; DOP)는 하기 수학식 1을 이용하여 백분율 (%)로 정량화 할 수 있다.

<수학식 1>

상기 식에서, Hs는 레지스트 하부 구조인 미세패턴 (12)의 높이이고, Hd는 딤플 (dimple)의 깊이이다.

상기 식에서, 평탄화 정도인 DOP는 평탄화 될수록 값이 커지게 되며, 완전히 평탄화 되었을 때, Hd가 0 이므로 DOP는 100%가 된다.

본 발명의 BARC 조성물을 이용한 경우 상기 DOP가 매우 높아진다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 BARC를 평탄화 코팅함으로써 레지스트의 두께가 균일해져서 CD 균일도를 향상될 뿐만 아니라, 단차가 완화되므로 초점 심도 (Depth of Focus)의 오차가 커져서 레지스트 패턴이 불량화되는 것도 방지할 수 있다. CD 균일도가 향상된다는 것은 반도체 설계 사양을 벗어나지 않고 그대로 회로를 구성할 수 있음을 의미하므로, CD 균일도 향상에 따라 최상의 반도체 특성을 확보할 수 있다.

Claims (6)

1. 폴리(에틸 아크릴레이트/글리시딜 아크릴레이트); 폴리(에틸 아크릴레이트/하이드록시 에틸 아크릴레이트); 모노메틸 폴리에틸렌글라이콜; 1,3-비스(2,4-다이하이드록시페닐렌)-2-하이드록시-5-메틸 벤젠; 4,4-[(3-하이드록시페닐)메틸렌]비스(2-사이클로헥실-5-메틸페놀); 및 1,3-다이하이드록시-4-(9-안트라세닐메틸)-2-메틸 벤젠 중에서 선택된 가소제를 베이스 수지에 대하여 1∼40중량% 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 하부 반사방지막 (bottom anti-reflective coating; BARC)용 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가소제는 베이스 수지에 대하여 1∼10중량% 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 BARC용 조성물.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가소제는 프로필렌글라이콜 모노메틸 에틸 아세테이트 (PGMEA), 사이클로헥사논, 아세톤, 이소프로필 알코올, 메틸에틸케톤 (MEK), 모노에탄올아민 (MEA), N-메틸-2-피롤리돈 (NMP), 에틸 아세테이트, 메탄올, 4-메틸-2-펜타논, 프 로필렌글라이콜 모노메틸 에테르 (PGME), 부틸 카비톨 (butyl carbitol) 및 이들의 혼합용매 중에서 선택되는 용매에 1∼10중량% 양으로 용해되어 첨가되는 것을 특징으로 하는 BARC용 조성물.
5. (a) 피식각층 상부에 제 1 항의 BARC용 조성물을 이용하여 BARC 막을 형성하는 단계;

   (b) 상기 BARC 막 위에 포토레지스트 막을 도포하는 단계; 및

   (c) 상기 포토레지스트 막을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 노광 공정의 광원은 g-line (436nm), i-line (365nm), KrF (248nm), ArF (193nm), VUV (157nm) 또는 EUV (13nm)인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.

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