KR100658937B1 - Method of fabricating photoresist layer pattern - Google Patents

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Abstract

A method for forming a photoresist pattern is provided to restrain the fall-down of the photoresist pattern due to the increase of an aspect ratio by using a plurality of photoresist patterns with different aspect ratios. A plurality of photoresist layers are formed on a lower layer. The plurality of photoresist layers have different optimum exposure energies and etch rates. A plurality of photoresist patterns(302) are formed on the resultant structure by performing an exposing process on the plurality of photoresist layers. The plurality of photoresist patterns have different aspect ratios. An ARC(Anti-Reflective Coating) is capable of being formed between the lower layer and the photoresist layers.

Description

포토레지스트막패턴 형성방법{Method of fabricating photoresist layer pattern}Method of fabricating photoresist layer pattern

도 1 및 도 2는 일반적인 포토레지스트막패턴 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.1 and 2 illustrate the general method of forming a photoresist film pattern.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 포토레지스트막패턴 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.3 and 4 are views for explaining the method of forming a photoresist film pattern according to the present invention.

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패턴형성을 위해 사용되는 포토레지스트막패턴 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a photoresist film pattern used for pattern formation.

일반적으로 반도체소자를 제조하는데 있어서, 패턴 형성을 위한 포토리소그라피공정은 필수적으로 요구된다. 포토리소그라피공정을 위해서는 패턴을 형성하고자 하는 대상막 위에 포토레지스트막을 코팅하고, 통상의 노광 및 현상공정을 수행하여 포토레지스트막패턴을 형성한다. 이후에 형성된 포토레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각공정을 수행하여 대상막을 패터닝한다. 이와 같은 일련의 과정에서 원하는 패턴을 형성하기 위해서는 포토레지스트막패턴이 정확하게 형성되어야 한 다.In general, in manufacturing a semiconductor device, a photolithography process for forming a pattern is essentially required. For the photolithography process, a photoresist film is coated on a target film on which a pattern is to be formed, and a photoresist film pattern is formed by performing a normal exposure and development process. An object layer is patterned by performing an etching process using the formed photoresist pattern as an etching mask. In order to form a desired pattern in such a series of processes, the photoresist film pattern must be accurately formed.

도 1 및 도 2는 일반적인 포토레지스트막패턴 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.1 and 2 illustrate the general method of forming a photoresist film pattern.

도 1을 참조하면, 반도체기판(100) 위에 반사방지막(ARC; Anti Refractive Coating)(110) 및 포토레지스트막(120)을 순차적으로 형성한다. 다음에 마스크(130)를 이용한 노광을 수행한다. 마스크(130)는 광차단영역(131)과 광투과영역(132)을 가지며, 광(140)은 마스크(130)의 광투과영역(132)을 통과하여 포토레지스트막(120)을 노광한다.Referring to FIG. 1, an anti-refractive coating (ARC) 110 and a photoresist layer 120 are sequentially formed on the semiconductor substrate 100. Next, exposure using the mask 130 is performed. The mask 130 has a light blocking region 131 and a light transmitting region 132, and the light 140 passes through the light transmitting region 132 of the mask 130 to expose the photoresist film 120.

도 2를 참조하면, 노광이 이루어진 포토레지스트막(도 1의 120)에 대한 현상을 수행하면, 일부가 제거되어 하부의 반사방지막(110)의 일부표면을 노출시키는 포토레지스트막패턴(122)이 형성된다.Referring to FIG. 2, when the development is performed on the exposed photoresist film (120 of FIG. 1), a portion of the photoresist film pattern 122 is removed to expose a portion of the lower anti-reflection film 110. Is formed.

그런데 최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 요구되는 패턴의 선폭도 줄어들고 있다. 따라서 포토레지스트막패턴(122)의 두께(a)는 감소되지 않는 반면에 포토레지스트막패턴(122)의 선폭(b)은 감소되고, 결국 포토레지스트막패턴(122)의 어스펙트비(aspect ratio)는 점점 증가하고 있다. 통상적으로 0.18㎛ 공정에서는 포토레지스트막패턴(122)의 어스펙트비가 4:1이 넘게 되면 포토레지스트막패턴(122)이 붕괴(collapse)되는 현상이 발생할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 포토레지스트막패턴(122)이 붕괴되면, 최종적으로 얻고자 하는 패턴의 프로파일이 정상적이지 못하고, 결국 불량발생의 주요 원인으로 작용할 수 있다.However, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the line width of a required pattern is also decreasing. Therefore, while the thickness a of the photoresist film pattern 122 is not reduced, the line width b of the photoresist film pattern 122 is reduced, resulting in an aspect ratio of the photoresist film pattern 122. ) Is increasing. In general, when the aspect ratio of the photoresist pattern 122 is greater than 4: 1, the photoresist pattern 122 may collapse. When the photoresist film pattern 122 collapses as described above, the profile of the pattern to be finally obtained may not be normal, and thus may act as a main cause of defects.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체소자 제조를 위한 패턴형성과정에서, 포토레지스트막패턴이 높은 어스펙트비를 갖더라도 붕괴현상이 발생되지 않도록 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 collapse phenomenon does not occur even when the photoresist film pattern has a high aspect ratio in a pattern formation process for manufacturing a semiconductor device.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트막패턴 형성방법은, 하부막 위에 서로 다른 최적노광에너지 및 식각률을 갖는 제1 포토레지스트막 및 제2 포토레지스트막을 순차적으로 형성하는 단계; 및 상기 제1 포토레지스트막 및 제2 포토레지스트막에 대한 노광을 수행하여 서로 다른 어스펙트비를 가지면서 순차적으로 배치되는 제1 포토레지스트막패턴 및 제2 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the method of forming a photoresist film pattern according to an embodiment of the present invention, sequentially forming a first photoresist film and a second photoresist film having different optimum exposure energy and etching rate on the lower layer Doing; And exposing the first photoresist film and the second photoresist film to form first and second photoresist film patterns sequentially disposed with different aspect ratios. Characterized in that.

상기 제1 및 제2 포토레지스트막을 형성하기 전에 상기 하부막 위에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming an anti-reflection film on the lower layer before forming the first and second photoresist layers.

상기 최적노광에너지 및 식각률은, 제1 포토레지스트막패턴의 선폭이 상기 제2 포토레지스트막패턴의 선폭보다 크게 형성되는 조건으로 결정하는 것이 바람직하다.Preferably, the optimum exposure energy and the etching rate are determined under the condition that the line width of the first photoresist film pattern is larger than the line width of the second photoresist film pattern.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토레지스트막패턴 형성방법은, 하부막 위에 서로 다른 최적노광에너지 및 식각률을 갖는 포토레지스트막들을 복수층으로 형성하는 단계; 및 상기 복수층으로 형성된 포토레지스트막에 대한 노광을 수행하여 서로 다른 어스펙트비를 가지면서 복수층으로 형성되는 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of forming a photoresist film pattern according to another embodiment of the present invention, forming a plurality of photoresist films having different optimal exposure energy and etching rate on the lower layer; And forming a photoresist film pattern formed of a plurality of layers with different aspect ratios by performing exposure to the photoresist film formed of the plurality of layers.

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 및 도 4는 본 발명에 따른 포토레지스트막패턴 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.3 and 4 are views for explaining the method of forming a photoresist film pattern according to the present invention.

먼저 도 3을 참조하면, 반도체기판(200) 위에 반사방지막(ARC; Anti Refractive Coating)(210) 및 포토레지스트막(300)을 순차적으로 형성한다. 경우에 따라서는 반도체기판(200)과 반사방지막(210) 사이에 패터닝하고자 하는 다른 막, 예컨대 게이트도전막 등이 배치되어 있을 수도 있다. 포토레지스트막(300)은 하부의 제1 포토레지스트막(310) 및 상부의 제2 포토레지스트막(320)이 순차적으로 적층되는 구조로 형성한다. 이때 제1 포토레지스트막(310)의 최적노광에너지(EOP) 및 식각률(etch rate)은 제2 포토레지스트막(320)의 최적노광에너지 및 식각률과 상이하다. 비록 본 실시예에서는 두 개의 포토레지스트막으로 이루어진 이층구조를 예를 들었지만, 경우에 따라서는 두 개 이상의 포토레지스트막으로 이루어진 복수층구조로 포토레지스트막(300)을 형성할 수도 있다는 것은 당연하다.First, referring to FIG. 3, an anti-reflective coating (ARC) 210 and a photoresist film 300 are sequentially formed on the semiconductor substrate 200. In some cases, another film to be patterned, for example, a gate conductive film, may be disposed between the semiconductor substrate 200 and the anti-reflection film 210. The photoresist film 300 has a structure in which the lower first photoresist film 310 and the upper second photoresist film 320 are sequentially stacked. In this case, the optimal exposure energy (EOP) and etch rate of the first photoresist layer 310 are different from the optimal exposure energy and etch rate of the second photoresist layer 320. Although a two-layer structure consisting of two photoresist films is exemplified in this embodiment, it is natural that the photoresist film 300 may be formed in a multilayer structure composed of two or more photoresist films.

이와 같이 이층구조의 포토레지스트막(300)을 형성한 후에는, 마스크(230)를 이용한 노광을 수행한다. 마스크(230)는 광차단영역(231)과 광투과영역(232)을 가지며, 소정의 광원(미도시)으로부터 출사되는 광(240)은 마스크(230)의 광투과영역(232)과 소정의 렌즈시스템(미도시)을 통과하여 포토레지스트막(300)을 노광한다. 이때 제1 포토레지스트막(310) 및 제2 포토레지스트막(320)의 최적노광에너지가 상이하므로, 제1 포토레지스트막(310)의 노광되는 정도와 제2 포토레지스트막(320)의 노광되는 정도는 다르게 된다.After the photoresist film 300 having the two-layer structure is formed in this manner, the exposure using the mask 230 is performed. The mask 230 has a light blocking area 231 and a light transmitting area 232, and the light 240 emitted from a predetermined light source (not shown) is a light transmitting area 232 of the mask 230 and a predetermined light. The photoresist film 300 is exposed through a lens system (not shown). In this case, since the optimal exposure energy of the first photoresist film 310 and the second photoresist film 320 is different, the degree of exposure of the first photoresist film 310 and the second photoresist film 320 are exposed. The degree is different.

다음에 도 4를 참조하면, 노광이 이루어진 포토레지스트막(도 3의 300)에 대한 현상을 수행한다. 이때 제1 포토레지스트막(도 3의 310)의 노광된 정도와 제2 포토레지스트막(도 3의 320)의 노광된 정도가 상이하고, 제1 포토레지스트막(310)의 식각률과 제2 포토레지스트막(320)의 식각률이 상이하므로, 상기 현상에 의해 하부에 형성되는 제1 포토레지스트막패턴(312)의 어스펙트비와 상부에 형성되는 제2 포토레지스트막패턴(322)의 어스펙트비는 서로 다르게 된다. 구체적으로 제1 포토레지스트막패턴(312)의 선폭이 제2 포토레지스트막패턴(322)의 선폭보다 크며, 이는 포토레지스트막 선택시 최적노광에너지 및 식각률의 결정에 의해 조절될 수 있다. 이와 같이 이층구조의 포토레지스트막패턴(302)은, 단일층으로 된 포토레지스트막패턴(도 1의 122)에 비하여, 제1 포토레지스트막패턴(312)이나 제2 포토레지스트막패턴(322) 각각 감소된 어스펙트비를 나타내며, 따라서 포토레지스트막패턴의 높은 어스펙트비로 인한 붕괴현상이 억제된다.Next, referring to FIG. 4, a development is performed on the exposed photoresist film 300 (in FIG. 3). At this time, the exposed degree of the first photoresist film 310 of FIG. 3 and the exposed degree of the second photoresist film 320 of FIG. 3 are different, and the etch rate of the first photoresist film 310 and the second photo are different. Since the etching rate of the resist film 320 is different, the aspect ratio of the first photoresist film pattern 312 formed below and the aspect ratio of the second photoresist film pattern 322 formed above by the above phenomenon Are different. In detail, the line width of the first photoresist film pattern 312 is greater than the line width of the second photoresist film pattern 322, which may be controlled by determining an optimal exposure energy and an etch rate when selecting the photoresist film. As described above, the two-layered photoresist film pattern 302 has a first photoresist film pattern 312 and a second photoresist film pattern 322 as compared with a single layer photoresist film pattern (122 in FIG. 1). Each exhibits a reduced aspect ratio, so that the collapse phenomenon due to the high aspect ratio of the photoresist film pattern is suppressed.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토레지스트막패턴 형성방법에 따르면, 최적노광에너지 및 식각률이 서로 다른 포토레지스트막을 복수층으로 형성하여 노광 및 현상을 수행하고, 그 결과 어스펙트비가 서로 다른 복수층의 포토레지스트막패턴을 형성함으로써, 어스펙트비의 증가에 따른 포토레지스트막패턴 붕괴 현상을 억제할 수 있다는 이점이 제공된다.As described above, according to the method for forming a photoresist film pattern according to the present invention, the photoresist film having different optimum exposure energy and etching rate is formed in a plurality of layers to perform exposure and development, and as a result, a plurality of different aspect ratios. By forming the photoresist film pattern of the layer, the advantage that the photoresist film pattern collapse phenomenon due to the increase in the aspect ratio can be suppressed.

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 (4)

하부막 위에 서로 다른 최적노광에너지 및 식각률을 갖는 포토레지스트막들을 복수층으로 형성하는 단계; 및Forming a plurality of photoresist layers having different optimal exposure energies and etching rates on the lower layer; And 상기 복수층으로 형성된 포토레지스트막에 대한 노광을 수행하여 서로 다른 어스펙트비를 가지면서 복수층으로 형성되는 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트막패턴 형성방법.And exposing the photoresist film formed of the plurality of layers to form a photoresist film pattern having a plurality of layers having different aspect ratios. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 포토레지스트막들은 제1 및 제2 포토레지스트막을 포함하며,The plurality of photoresist films include first and second photoresist films, 상기 복수층으로 형성된 포토레지스트막에 대한 노광을 수행하여 서로 다른 어스펙트비를 가지면서 복수층으로 형성되는 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계는 Exposing the photoresist film formed of the plurality of layers to form a photoresist film pattern having a plurality of layers having different aspect ratios; 상기 제1 포토레지스트막 및 제2 포토레지스트막에 대한 노광을 수행하여 서로 다른 어스펙트비를 가지면서 순차적으로 배치되는 제1 포토레지스트막패턴 및 제2 포토레지스트막패턴을 형성하는 단계인 포토레지스트막패턴 형성방법.Exposing the first photoresist film and the second photoresist film to form a first photoresist film pattern and a second photoresist film pattern that are sequentially arranged with different aspect ratios. Film pattern formation method. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1 및 제2 포토레지스트막을 형성하기 전에 상기 하부막 위에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트막패턴 형성 방법.And forming an anti-reflection film on the lower layer prior to forming the first and second photoresist films. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 최적노광에너지 및 식각률은, 제1 포토레지스트막패턴의 선폭이 상기 제2 포토레지스트막패턴의 선폭보다 크게 형성되는 조건으로 결정하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트막패턴 형성방법.And the optimum exposure energy and etching rate are determined under the condition that the line width of the first photoresist film pattern is larger than the line width of the second photoresist film pattern.
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