KR100770274B1 - 레지스트의 패턴형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열발생층의 일부분에 레이저를 조사하여 후굽기를 진행하는 레지스트의 패턴형성방법에 관한 것으로, 실리콘 기판을 제공하는 단계; 상기 실리콘 기판 상에 제 1 레지스트막을 형성하는 단계; 상기 제 1 레지스트막 상에 제 2 레지스트막을 형성하는 단계; 상기 제 2 레지스트막을 선굽기(pre-baking)하는 단계; 상기 선굽기된 제 2 레지스트막을 노광하는 단계; 상기 노광된 제 2 레지스트막 상에 열발생층을 라미네이션(lamination)하는 단계; 상기 열발생층의 일부분에 레이저를 조사하여 상기 노광된 제 2 레지스트의 선택영역을 후굽기(post exposure bake)하는 단계; 상기 후굽기 된 제 2 레지스트막을 현상하는 단계; 및 상기 제 2 레지스트막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제 1 레지스트막을 현상하여 제 1 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트의 패턴형성방법을 제공한다.
실리콘, 레지스트, 레이저

Description

레지스트의 패턴형성방법{Method for forming resist pattern}
도 1a 내지 1j는 본 발명의 일실시예의 의한 레지스트의 패턴형성방법을 설명하기 위한 단면도.
- 도면부호에 대한 간단한 설명-
10 : 기판 11 : 제 1 레지스트
12 : 제 2 레지스트 13 : 열발생층
13a: 기재층 13b: 광-열변환층
본 발명은 레지스트의 패턴형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 기판 상에 제 1 레지스트 및 제 2 레지스트를 형성하는 이중층 레지스트 구조의 상부에 라미네이션된 열발생층의 일부분에 레이저를 조사하여 제 2 레지스트의 선택영역에 후굽기를 진행하는 공정에 관한 것이다.
포토리소그래피 기술이 점점 미세 패턴화되면서 현재 사용되고 있는 노광원에서의 패턴 형성의 한계를 드러내게 되었다. 따라서 보다 짧은 파장 영역의 에너지를 가지는 새로운 노광원들이 등장하게 되었다. 이에 따라서 현재 반도체 공정에 사용되고 있는 KrF(248nm)엑시머 레이저에 비해 보다 단파장의 노광원인 ArF(193nm) 혹은 F2(157nm) 엑시머 레이저를 사용한 기술들이 등장하게 되었고, 이에 따른 레지스트 재료개발이 활발하게 연구되었다.
그러나 이러한 차세대 ArF 및 F2 레지스트 재료들은 구조적인 한계로 인하여 여러 가지 문제점을 가지고 있다. 특히, 패턴 사이즈가 미세화되면서 패턴 무너짐(pattern collapse) 현상에 따른 문제 및 건식 식각에 대한 내성에 따른 문제가 심각하게 대두되었다. 그에 따른 새로운 레지스트 재료 및 공정 개발이 필요하게 되었다.
포토리소그래피 공정을 행하는 데 있어서, SLR(single layer resist)공정 및 BLR(bi-layer resist)공정이 널리 이용된다. BLR공정은 SLR을 이용하는 공정에서의 단점을 보안하여 건식식각에 대한 내성을 확보할 수 있다. 따라서 BLR공정을 이용함으로써 높은 아스펙트 비(aspect ratio)를 가지는 패턴 형성이 가능하고 단파장 영역에서 고해상도를 제공할 수 있다.
BLR 공정을 행하는 데 있어서 지금까지는 Si 원자가 폴리머의 백본에 치환되어 있는 실리콘 함유 고분자와 PAG(photoacid generator)로 이루어지는 2 성분계 화학 증폭형 레지스트, 즉 포지티브형 레지스트가 주로 사용되었다. 또한, 노광 광원의 단파장화에 대응하여 BLR공정에 적합한 고감도 레지스트 재료의 개발도 포지티브형 화학 증폭형 레지스트가 주를 이루었다. 포지티브형 레지스트는 해상도 측면에서 유리한 면은 있으나, BLR공정을 위하여 개발된 실리콘 함유 레지스트 조성 물은 소수성(hydrophobicity)이 너무 강하여 하부 막질에 대한 접착 특성이 불량하며, 레지스트 재료에 적합한 실리콘 함량을 조절하기 어려웠다. 그래서 단파장 영역에서 높은 투광도를 나타내고, 실리콘을 함유함으로써 건식 식각에 대하여 우수한 내성을 제공할 수 있고 미세 패턴 형성에 유리한 네가티브형 레지스트 조성물 제조에 적합하게 사용될 수 있는 폴리머도 개발되었다.
종래의 BLR공정은 기판 위에 제 1 레지스트막을 형성하고, 상기 제 1 레지스트막 상에 실리콘 함유 레지스트인 제 2 레지스트막을 형성한다. 상기 제 2 레지스트를 선굽기(pre-baking)하고, 그 후 상기 제 2 레지스트막을 식각 마스크를 이용하여 선택 노광한다. 상기 노광된 제 2 레지스트를 후굽기(PEB:post exposure baking)를 하고, 상기 노광된 제 2 레지스트막을 현상하여 제 2 레지스트막 패턴을 형성한다. 상기 제 2 레지스트막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 제 1 레지스트막을 식각하여 제 1 레지스트막 패턴을 형성하고, 상기 제 1 레지스트막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 기판을 식각하는 단계를 포함한다.
그러나 종래의 BLR공정은 마스크를 사용하지 않고 패턴형성이 불가능하다는 단점이 있고, 이러한 마스크는 가격이 비싸 제조원가를 상승시키는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 마스크 없이 공정을 진행하여 제조원가를 절감시킬 수 있는 레지스트의 패턴형성방법을 제공한다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 실리콘 기판을 제공하는 단계; 상기 실리콘 기판 상에 제 1 레지스트막을 형성하는 단계; 상기 제 1 레지스트막 상에 제 2 레지스트막을 형성하는 단계; 상기 제 2 레지스트막을 선굽기(pre-baking)하는 단계; 상기 선굽기된 제 2 레지스트막을 노광하는 단계; 상기 노광된 제 2 레지스트막 상에 열발생층을 라미네이션(lamination)하는 단계; 상기 열발생층의 일부분에 레이저를 조사하여 상기 노광된 제 2 레지스트의 선택영역을 후굽기(post exposure bake)하는 단계; 상기 후굽기 된 제 2 레지스트막을 현상하는 단계; 및 상기 제 2 레지스트막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제 1 레지스트막을 현상하여 제 1 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트의 패턴형성방법을 제공한다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1a 내지 도 1j는 본 발명의 일실시예에 의한 레지스트의 패턴형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a 내지 도 1j를 참조하면, 실리콘 기판(10) 상에 제 1 레지스트막(11)을 형성한다.
상기 제 1 레지스트막(11)은 노보락(novolak)수지의 열산화를 이용한 유기 ARC(anti reflective coating)인 것을 특징으로 한다. 상기 제 2 레지스트막(12)과 혼합을 방지하기 위해 극성이 다른 용매를 사용할 수 있다. 또한, 평탄화 기능을 갖추고 있으며, 상기 실리콘 기판(10)의 단차이상으로 상기 제 2 레지스트(12)를 코팅하여 단차에 의해 발생하는 홈(notching), 브리징(bridging) 등에 의한 공정 마진을 극복할 수 있다. 또한, 노광원에 대하여 흡광도가 높고, 건식 식각 내성이 큰 물질인 것을 특징으로 한다. 예를 들면 사용하는 노광원이 ArF 또는 F2 인 경우 상기 제 1 레지스트(11)는 i-line 또는 ArF레지스트를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 제 1 레지스트(11)상에 제 2 레지스트(12)를 형성한다.
상기 제 2 레지스트(12)는 실리콘을 함유한 것을 특징으로 하며, 실리콘 함유비율은 5wt%이상인 것을 특징으로 한다. 왜냐하면 상기 제 1 레지스트(11)의 식각시에 선택비를 확보하기 위해서이다. 상기 제 2 레지스트(12)는 치환 또는 비치환된 셀룰로오스, 키틴 또는 키토산 등의 극성 하이드록시 그룹에 실리콘 화합물을 치환하여 제조한 감광성 고분자 일 수도 있다. 또한 감광성 고분자에 광산발생제(photoacid generator: PAG)를 포함할 수 있으며, 유기 염기를 더욱 포함할 수도 있다.
상기 광산발생제는 트리아리술포늄염(triarylsulfonium salts), 디아릴이오도늄염(diaryliodonium salt), 술포네이트(sulfonates) 또는 그 혼합물로 이루어질 수도 있다.
상기 유기 염기는 3차 아민(teriary amine)으로 이루어지는 화합물을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 이루어질 수도 있다. 상기 유기염기의 특정한 예로서 트리에틸아민, 트리이소부틸아민, 트리옥틸아민, 트리이소데실아민, 트리에탄올아민 또는 그 혼합물일 수도 있다.
이어서, 상기 제 2 레지스트막(12)을 선굽기(pre-baking)를 실시한다. 선굽기 방법으로는, 핫플레이트와 기판 사이에 간극을 두는 프록시미티 베이크를 행하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 선굽기된 제 2 레지스트막(12a)을 노광시킨다. 노광원으로는 ArF 또는 F2 엑시머 레이저를 사용한다. 노광에 의해 제 2 레지스트막내의 광산발생제(photoacid generator: PAG)로부터 산이 발생된다.
이어서, 상기 노광된 제 2 레지스트막(12b) 상에 기재층(13a) 및 광열변환층(13b)으로 구성된 열발생층(13)을 라미네이션(lamination)한다.
상기 기재층(13a)은 상기 광-열 변환층(13b)에 빛을 전달하기 위하여 투명성을 가져야 하며, 적당한 광학적 성질과 충분한 기계적 안정성을 가진 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리에폭시, 폴리에틸렌 및 폴리스틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 고분자 물질이거나 유리로 이루어질 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 기재층(13a)은 폴리에틸렌테레프탈레이트일 수 있다. 상기 기재층(13a)의 역할은 지지기판으로서의 역할을 수행하며 복합적인 다중계도 사용 가능하다.
상기 광-열변환층(13b)은 적외선-가시광선 영역의 빛을 흡수하여 상기 빛의 일부분을 열로 변환시키는 층으로서, 적당한 광학밀도(optical density)를 가져야 하며, 빛을 흡수하기 위한 광흡수성 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 광-열변환층(13b)은 Al, Ag 및 이들의 산화물 및 황화물로 이루어진 금속막이거나 카본 블랙, 흑연 또는 적외선 염료를 포함하는 고분자로 이루어진 유기막으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 금속막은 진공 증착법, 전자빔 증착법 또는 스퍼터링을 이용하여 형성할 수 있으며, 상기 유기막은 통상적인 필름 코팅 방법으로서, 그라비아(Gravure), 압출(extrusion), 스핀(spin) 및 나이프(knife) 코팅방법 중에 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다.
이어서, 상기 열발생층(13)의 일부분에 레이저를 조사하여 상기 노광된 제 2 레지스트막(12b)의 선택영역의 표면을 후굽기(post exposure bake)를 진행한다. 상기 후굽기를 진행함으로써, 상기 노광된 제 2 레지스트막(12b)에 생성된 산이 매트릭스 폴리머(matrix polymer)의 보호기를 탈리시킨 상기 후굽기된 제 2 레지스트막(12c)을 생성한다. 상기 후굽기된 제 2 레지스트 막(12c)을 CF4가스로 건식 현상한다. 상기 CF4가스는 Si 식각에 용이하다. 상기 제 2 레지스트 패턴(12d)를 식각 마스크로 이용하여 O2 플라즈마를 사용하여 상기 제 1 레지스트막(11)을 식각하여 제 1 레지스트 패턴(11a)을 형성한다. 상기 O2 플라즈마는 유기물질의 식각에 용이하다. 이때, 상기 제 2 레지스트 패턴(12d)내의 실리콘 원자가 글라스(glass)화되어 상기 제 2 레지스트 패턴(12d) 표면에 경화층이 형성된다. 따라서 상기 제 1 레 지스트 패턴(11a) 형성시 식각 마스크로서의 기능이 강화된다. 상기 제 2 레지스트 패턴(12d)을 제거한 후, 상기 제 1 레지스트 패턴(11a)을 식각마스크로 사용하여 이후의 패텅형성공정을 진행한다.
이와 같은 레지스트의 패턴형성방법은 마스크 없이 제조공정을 진행할 수 있어 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 열발생층을 이용하여 선택영역에만 레이저를 조사하여 레지스트의 패턴을 형성하는 것으로, 마스크 없이 레지스트의 패턴형성공정을 진행할 수 있어 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 실리콘 기판을 제공하는 단계;
    상기 실리콘 기판 상에 제 1 레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 레지스트막 상에 제 2 레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 제 2 레지스트막을 선굽기(pre-baking)하는 단계;
    상기 선굽기된 제 2 레지스트막을 노광하는 단계;
    상기 노광된 제 2 레지스트막 상에 열발생층을 라미네이션(lamination)하는 단계;
    상기 열발생층의 일부분에 레이저를 조사하여 상기 노광된 제 2 레지스트의 선택영역을 후굽기(post exposure bake)하는 단계;
    상기 후굽기 된 제 2 레지스트막을 현상하는 단계; 및
    상기 제 2 레지스트막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제 1 레지스트막을 현상하여 제 1 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트의 패턴형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 레지스트는 노보락(novolak)수지의 열산화를 이용한 유기물인 것을 특징으로 하는 레지스트의 패턴형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 레지스트는 실리콘 함유비율이 5wt% 이상인 것을 특징으로 하는 레지스트의 패턴형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열발생층은 광-열변환층 및 기재층을 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트의 패턴형성방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 레지스트의 현상방법은 O2 가스를 이용하여 건식 현상하는 것을 특징으로 하는 레지스트의 패턴형성방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 레지스트의 현상방법은 CF4 가스를 이용하여 건식 현상하는 것을 특징으로 하는 레지스트의 패턴형성방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 레지스트는 광산발생제 및 유기염기를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 레지스트의 패턴형성방법.
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