KR100653534B1 - Method of fabricating photoresist layer pattern and method of fabricating the fine pattern using the same - Google Patents

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Abstract

A photoresist pattern forming method and a fine pattern forming method using the same are provided to restrain the generation of standing waves without the use of a high cost lower ARC(Anti-Reflective Coating) and to control easily reflectivity by changing viscosity of a photoresist pattern using an ion implantation. A first photoresist pattern is coated on a lower layer(300). The viscosity of the first photoresist pattern is changed by performing an ion implantation on the resultant structure. A second photoresist layer(500) is coated on the first photoresist pattern. A second photoresist pattern is formed by an exposing and a developing process on the second photoresist layer using the first resist pattern as a lower ARC. The thickness of the first photoresist layer is in a predetermined range of 300 to 500 angstrom.

Description

포토레지스트막패턴 형성방법 및 이를 이용한 미세패턴 형성방법{Method of fabricating photoresist layer pattern and method of fabricating the fine pattern using the same}Method of fabricating photoresist layer pattern and method of fabricating the fine pattern using the same}

도 1은 하부반사방지막을 사용하지 않고 형성한 포토레지스트막패턴의 프로파일을 나타내 보인 샘(SEM) 사진이다.1 is a SEM photograph showing a profile of a photoresist film pattern formed without using a lower anti-reflection film.

도 2는 하부반사방지막을 사용하여 형성한 포토레지스트막패턴의 프로파일을 나타내 보인 샘 사진이다.2 is a photograph showing a profile of a photoresist film pattern formed using a lower antireflection film.

도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 포토레지스트막패턴 형성방법 및 이를 이용한 미세패턴 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of forming a photoresist film pattern and a method of forming a fine pattern using the same according to the present invention.

본 발명은 반도체소자 제조방법에 관한 것으로서, 특히 포토레지스트막패턴 형성방법 및 이를 이용한 미세패턴 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a photoresist film pattern and a method of forming a fine pattern using the same.

최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 자외선(UV :Ultra Violet) 광원의 사용에서 KrF 광원으로 바뀌면서 하부반사방지막(BARC; Bottom AntiRefractive Coating)이 사용되고 있다. 하부반사방지막을 사용하게 되면서, 포토레지스트막만 을 코팅하는 경우보다 포토레지스트막의 두께를 더 크게 하여야 한다는 단점은 있지만, 노광시 조사되는 광과 반사되는 광의 간섭에 의해 패턴 프로파일이 찌그러지는 스탠딩 웨이브(standing wave)를 억제할 수 있다는 장점 때문에 그 사용은 필수적이라고 할 수 있다.In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices increases, a bottom antireflective coating (BARC) has been used as a switch from using an ultraviolet (UV) ultra violet light source to a KrF light source. As a lower anti-reflection film is used, the thickness of the photoresist film must be larger than that of coating only the photoresist film, but a standing wave in which the pattern profile is distorted due to interference of the irradiated light and the reflected light during exposure ( Its use is essential because of its ability to suppress standing waves.

도 1은 하부반사방지막을 사용하지 않고 형성한 포토레지스트막패턴의 프로파일을 나타내 보인 샘(SEM) 사진이다. 그리고 도 2는 하부반사방지막을 사용하여 형성한 포토레지스트막패턴의 프로파일을 나타내 보인 샘 사진이다.1 is a SEM photograph showing a profile of a photoresist film pattern formed without using a lower anti-reflection film. FIG. 2 is a photograph showing a profile of a photoresist film pattern formed using a lower antireflection film.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 하부반사방지막을 사용하지 않은 경우, 형성된 포토레지스트막패턴(110)은 스탠딩 웨이브로 인해 찌그러진 프로파일을 나타낸다(도 1 참조). 반면에 하부반사방지막을 사용한 경우, 형성된 포토레지스트막패턴(120)의 프로파일은 스탠딩 웨이브의 억제로 찌그러지지 않은 프로파일을 나타내고 있다(도 2 참조).As shown in Figs. 1 and 2, when the lower anti-reflection film is not used, the formed photoresist film pattern 110 shows a distorted profile due to the standing wave (see Fig. 1). On the other hand, when the lower antireflection film is used, the profile of the formed photoresist film pattern 120 shows a profile that is not crushed due to the suppression of the standing wave (see FIG. 2).

이와 같이 하부반사방지막은 포토레지스트막을 통과한 광을 흡수함으로써 스탠딩 웨이브 현상을 억제한다. 그러나 하부반사방지막이 광을 흡수하는 정도는 하부반사방지막의 두께와 하부반사방지막 하부의 막질 종류에 따라 많은 차이를 나타낸다. 예컨대 하부반사방지막은 어느 특정한 두께에서 반사도가 최소가 되며, 더욱이 하부막질이 달라지면 반사도가 가장 낮아지도록 하는 하부반사방지막 두께가 변경된다. 이와 같은 하부반사방지막의 특성으로 인하여 동일한 하부반사방지막을 사용하게 되더라도 하부막질에 따라서 그 두께를 다르게 하여야 한다. 통상적으로 하부반사방지막의 두께는 코팅시에 조절이 가능하지만, 하부반사방지막의 점도에 따 라서 형성할 수 있는 하부반사방지막의 두께에는 제한이 있다. 또한 동일한 하부반사방지막을 다른 하부막질이 있는 곳에 사용하게 되면 반사도가 최소가 되는 하부반사방지막의 두께를 사용할 수 없다는 제약도 있다.As such, the lower antireflection film absorbs the light passing through the photoresist film, thereby suppressing the standing wave phenomenon. However, the extent to which the lower anti-reflective coating absorbs light varies according to the thickness of the lower anti-reflective coating and the kind of film quality under the lower anti-reflective coating. For example, the lower antireflection film has a minimum reflectivity at a certain thickness, and if the lower film quality is changed, the lower antireflection film thickness is changed so that the reflectivity is lowest. Due to the characteristics of the lower antireflection film, even if the same lower antireflection film is used, the thickness of the lower antireflection film should be different according to the lower film quality. Typically, the thickness of the lower anti-reflection film is adjustable at the time of coating, but there is a limit to the thickness of the lower anti-reflection film that can be formed according to the viscosity of the lower anti-reflection film. In addition, when the same lower anti-reflection film is used where there is another lower film quality, there is a restriction that the thickness of the lower anti-reflection film with minimum reflectivity cannot be used.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 하부반사방지막의 사용 없이도 스탠딩 웨이브가 억제되도록 하는 포토레지스트막패턴 형성방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of forming a photoresist film pattern in which a standing wave is suppressed without using a lower antireflection film.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기와 같은 포토레지스트막패턴 형성방법을 이용한 미세패턴 형성방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of forming a fine pattern using the method of forming a photoresist film as described above.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포토레지스트막 형성방법은, 하부막 위에 제1 포토레지스트막을 코팅하는 단계; 상기 제1 포토레지스트막패턴에 대한 불순물이온주입으로 상기 제1 포토레지스트막패턴의 점도를 변화시키는 단계; 점도가 변화된 상기 제1 포토레지스트막 위에 제2 포토레지스트막을 코팅하는 단계; 및 상기 제1 포토레지스트막을 하부반사방지막으로 상기 제2 포토레지스트막에 대한 노광 및 현상을 수행하여 제2 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of forming a photoresist film according to the present invention comprises the steps of: coating a first photoresist film on the lower film; Changing the viscosity of the first photoresist film pattern by implanting impurity ions into the first photoresist film pattern; Coating a second photoresist film on the first photoresist film having a changed viscosity; And forming a second photoresist film pattern by performing exposure and development on the second photoresist film using the first photoresist film as a lower anti-reflection film.

상기 제1 포토레지스트막은 300-500Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.The first photoresist film is preferably formed to a thickness of 300-500 kPa.

상기 불순물이온주입은 n형 불순물이온을 주입하는 것이 바람직하다.The impurity ion implantation is preferably implanted n-type impurity ions.

상기 불순물이온주입은, 상기 제2 포토레지스트막에 대한 노광 수행시 상기 제1 포토레지스트막이 스탠딩 웨이브 현상을 억제하는 정도의 반사율을 갖도록 하 는 불순물이온의 주입양 및 가속에너지 조건으로 수행하는 것이 바람직하다.The impurity ion implantation may be performed under conditions of implantation and acceleration energy of impurity ions such that when the exposure to the second photoresist film is performed, the first photoresist film has a reflectance such that a standing wave phenomenon is suppressed. Do.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 미세패턴 형성방법은, 미세패턴을 형성하고자 하는 패턴대상막 위에 제1 포토레지스트막을 코팅하는 단계; 상기 제1 포토레지스트막패턴에 대한 n형 불순물이온주입으로 상기 제1 포토레지스트막패턴의 점도를 변화시키는 단계; 점도가 변화된 상기 제1 포토레지스트막 위에 제2 포토레지스트막을 코팅하는 단계; 상기 제1 포토레지스트막을 하부반사방지막으로 상기 제2 포토레지스트막에 대한 노광 및 현상을 수행하여 제2 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 포토레지스트막패턴을 식각장벽층으로 한 식각으로 상기 제1 포토레지스트막 및 패턴대상막의 노출부분을 제거하여 미세패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제2 포토레지스트막패턴 및 제1 포토레지스트막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above another technical problem, the method for forming a micropattern according to the present invention comprises the steps of: coating a first photoresist film on the pattern target film to form a micropattern; Changing the viscosity of the first photoresist film pattern by implanting n-type impurity ions into the first photoresist film pattern; Coating a second photoresist film on the first photoresist film having a changed viscosity; Forming a second photoresist film pattern by performing exposure and development on the second photoresist film using the first photoresist film as a lower anti-reflection film; Forming a fine pattern by removing exposed portions of the first photoresist layer and the pattern target layer by etching using the second photoresist layer pattern as an etch barrier layer; And removing the second photoresist film pattern and the first photoresist film.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.

도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 포토레지스트막패턴 형성방법 및 이를 이용한 미세패턴 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of forming a photoresist film pattern and a method of forming a fine pattern using the same according to the present invention.

도 3을 참조하면, 반도체기판(200) 위의 패턴을 형성하고자 하는 패턴대상막(300) 위에 제1 포토레지스트막(400)을 형성한다. 비록 도면상에는 나타내지 않았지만, 반도체기판(200)과 패턴대상막(300) 사이에는 다른 절연막들이 배치될 수 있 다는 것은 당연하다. 패턴대상막(300)은 알루미늄(Al)막(310) 및 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)막(320)이 순차적으로 적층되는 구조를 갖지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다른 도전막이거나 또는 절연막일 수도 있다. 제1 포토레지스트막(400)은 하부반사방지막으로 사용될 것이므로, 비교적 얇은 두께, 예컨대 대략 300-500Å의 얇은 두께를 갖도록 형성한다.Referring to FIG. 3, the first photoresist film 400 is formed on the pattern target film 300 on which the pattern on the semiconductor substrate 200 is to be formed. Although not shown in the drawings, it is a matter of course that other insulating films may be disposed between the semiconductor substrate 200 and the pattern target film 300. The pattern target film 300 has a structure in which an aluminum (Al) film 310 and a titanium / titanium nitride (Ti / TiN) film 320 are sequentially stacked, but is not necessarily limited thereto and may be another conductive film. It may be an insulating film. Since the first photoresist film 400 will be used as the lower antireflection film, the first photoresist film 400 is formed to have a relatively thin thickness, for example, a thin thickness of approximately 300-500 Å.

도 4를 참조하면, 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 제1 포토레지스트막(도 3의 400)에 대한 불순물이온주입을 수행한다. 불순물이온주입은 n형 불순물이온이 주입되도록 수행한다. 제1 포토레지스트막(400)에 n형 불순물이온이 주입되면, 제1 포토레지스트막(400)이 경화되어 점도가 변화되고, 이로 인하여 변화된 반사율을 갖는 제1 포토레지스트막(410)이 얻어진다. 제1 포토레지스트막(410)의 반사율은 후속의 제2 포토레지스트막에 대한 노광시 스탠딩 웨이브의 발생을 억제할 정도의 반사율이면 충분하며, 이는 n형 불순물이온주입시 주입되는 n형 불순물이온의 주입양(dose)과 가속에너지를 조절함으로써 얻을 수 있다.Referring to FIG. 4, impurity ion implantation is performed on the first photoresist film 400 (see FIG. 3), as indicated by arrows in the figure. Impurity ion implantation is performed to inject n-type impurity ions. When the n-type impurity ion is implanted into the first photoresist film 400, the first photoresist film 400 is cured to change the viscosity, thereby obtaining a first photoresist film 410 having a changed reflectance. . The reflectance of the first photoresist film 410 may be sufficient to suppress the generation of standing waves during subsequent exposure to the second photoresist film. Can be obtained by adjusting the dose and acceleration energy.

도 5를 참조하면, 반사율이 변화된 제1 포토레지스트막(410) 위에 제2 포토레지스트막(500)을 형성한다. 제2 포토레지스트막(500)은 최종적으로 얻고자 하는 포토레지스트막패턴을 위한 것이며, 따라서 제1 포토레지스트막(410)보다 충분히 두껍게 형성한다.Referring to FIG. 5, a second photoresist film 500 is formed on the first photoresist film 410 having a changed reflectance. The second photoresist film 500 is for the photoresist film pattern to be finally obtained, and is thus formed thicker than the first photoresist film 410.

도 6을 참조하면, 통상의 포토리소그라피방법을 사용하여 제2 포토레지스트막(도 5의 500)에 대한 노광 및 현상을 수행한다. 즉 광원으로부터의 광이 레티클을 통과하여 제2 포토레지스트막(500)에 대해 조사되도록 하고, 이후 적절한 현상 액을 사용하여 노광된 제2 포토레지스트막(500)을 현상하면, 반사율이 변화된 제1 포토레지스트막(410)의 일부 표면을 노출시키는 제2 포토레지스트막패턴(510)이 만들어진다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 노광이 이루어지기 전에 반사율이 변화된 제1 포토레지스트막(410)이 스탠딩 웨이브를 억제할 정도의 반사율을 갖도록 n형 불순물이온주입이 수행되었으므로 노광이 이루어지는 동안에는 반사율이 변화된 제1 포토레지스트막(410)이 하부반사방지막으로서의 역할을 수행한다.Referring to FIG. 6, exposure and development are performed on the second photoresist film 500 (FIG. 5) using a conventional photolithography method. That is, when the light from the light source passes through the reticle and is irradiated to the second photoresist film 500, and then the exposed second photoresist film 500 is developed using an appropriate developer, the first reflectance is changed. A second photoresist film pattern 510 is formed to expose a portion of the surface of the photoresist film 410. As mentioned above, since the n-type impurity ion implantation was performed so that the first photoresist film 410 having the changed reflectance had a reflectance that suppressed the standing wave before the exposure was performed, the reflectance changed during the exposure. 1 The photoresist film 410 serves as a lower antireflection film.

도 7을 참조하면, 제2 포토레지스트막패턴(510)을 식각마스크로 한 식각으로 반사율이 변화된 제1 포토레지스트막(410)의 노출부분 및 패턴대상막(300)의 노출부분을 순차적으로 제거하여 미세패턴(300')을 형성한다. 미세패턴(300')은 알루미늄(Al)막패턴(330) 및 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)막패턴(340)이 순차적으로 적층되는 구조로 형성된다. 미세패턴(300')을 형성한 후에는 통상의 애싱방법 등을 사용하여 제2 포토레지스트막패턴(510) 및 반사율이 변화된 제1 포토레지스트막(410)을 제거한다.Referring to FIG. 7, the exposed portion of the first photoresist layer 410 and the exposed portion of the pattern target layer 300 whose reflectance is changed by etching using the second photoresist layer pattern 510 as an etch mask are sequentially removed. To form a fine pattern 300 '. The fine pattern 300 ′ has a structure in which an aluminum (Al) film pattern 330 and a titanium / titanium nitride (Ti / TiN) film pattern 340 are sequentially stacked. After the fine pattern 300 'is formed, the second photoresist film pattern 510 and the first photoresist film 410 having the changed reflectance are removed using a conventional ashing method or the like.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토레지스트막패턴 및 이를 이용한 미세패턴 형성방법에 따르면, 얇은 두께의 포토레지스트막패턴을 형성한 후 불순물이온주입으로 점도를 변화시켜 하부반사방지막으로서의 역할을 수행하게 함으로써, 상대적으로 고가인 하부반사방지막의 사용 없이도 스탠딩 웨이브를 억제할 수 있으며, 특히 불순물이온주입시 불순물 주입양과 주입에너지의 조절로 반사도를 용이하게 조절할 수 있다는 이점에 제공된다.As described so far, according to the photoresist film pattern according to the present invention and the method for forming a micropattern using the same, the thin film photoresist film pattern is formed and then the viscosity is changed by impurity ion injection to serve as a lower antireflection film. By doing so, the standing wave can be suppressed without using a relatively expensive lower antireflection film, and in particular, the reflectance can be easily controlled by controlling the amount of impurity implantation and the amount of implantation energy during impurity ion injection.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.

Claims (5)

하부막 위에 제1 포토레지스트막을 코팅하는 단계;Coating a first photoresist film on the lower film; 상기 제1 포토레지스트막패턴에 대한 불순물이온주입으로 상기 제1 포토레지스트막패턴의 점도를 변화시키는 단계;Changing the viscosity of the first photoresist film pattern by implanting impurity ions into the first photoresist film pattern; 점도가 변화된 상기 제1 포토레지스트막 위에 제2 포토레지스트막을 코팅하는 단계; 및Coating a second photoresist film on the first photoresist film having a changed viscosity; And 상기 제1 포토레지스트막을 하부반사방지막으로 상기 제2 포토레지스트막에 대한 노광 및 현상을 수행하여 제2 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트막 형성방법.And exposing and developing the second photoresist film using the first photoresist film as a lower anti-reflection film to form a second photoresist film pattern. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 포토레지스트막은 300-500Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트막패턴 형성방법.The first photoresist film is a photoresist film pattern forming method, characterized in that formed to a thickness of 300-500Å. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 불순물이온주입은 n형 불순물이온을 주입하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트막패턴 형성방법.The impurity ion implantation method is characterized in that for implanting n-type impurity ions. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 불순물이온주입은, 상기 제2 포토레지스트막에 대한 노광 수행시 상기 제1 포토레지스트막이 스탠딩 웨이브 현상을 억제하는 정도의 반사율을 갖도록 하는 불순물이온의 주입양 및 가속에너지 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트막 형성방법.The impurity ion implantation may be performed under conditions of implantation and acceleration energy of impurity ions such that when the exposure to the second photoresist film is performed, the first photoresist film has a reflectance such that a standing wave phenomenon is suppressed. A photoresist film forming method. 미세패턴을 형성하고자 하는 패턴대상막 위에 제1 포토레지스트막을 코팅하는 단계;Coating a first photoresist film on a pattern target film to form a fine pattern; 상기 제1 포토레지스트막패턴에 대한 n형 불순물이온주입으로 상기 제1 포토레지스트막패턴의 점도를 변화시키는 단계;Changing the viscosity of the first photoresist film pattern by implanting n-type impurity ions into the first photoresist film pattern; 점도가 변화된 상기 제1 포토레지스트막 위에 제2 포토레지스트막을 코팅하는 단계;Coating a second photoresist film on the first photoresist film having a changed viscosity; 상기 제1 포토레지스트막을 하부반사방지막으로 상기 제2 포토레지스트막에 대한 노광 및 현상을 수행하여 제2 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계;Forming a second photoresist film pattern by performing exposure and development on the second photoresist film using the first photoresist film as a lower anti-reflection film; 상기 제2 포토레지스트막패턴을 식각장벽층으로 한 식각으로 상기 제1 포토레지스트막 및 패턴대상막의 노출부분을 제거하여 미세패턴을 형성하는 단계; 및Forming a fine pattern by removing exposed portions of the first photoresist layer and the pattern target layer by etching using the second photoresist layer pattern as an etch barrier layer; And 상기 제2 포토레지스트막패턴 및 제1 포토레지스트막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.And removing the second photoresist film pattern and the first photoresist film.
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