KR102668037B1 - 패턴 형성 방법 - Google Patents

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KR102668037B1 KR1020160174956A KR20160174956A KR102668037B1 KR 102668037 B1 KR102668037 B1 KR 102668037B1 KR 1020160174956 A KR1020160174956 A KR 1020160174956A KR 20160174956 A KR20160174956 A KR 20160174956A KR 102668037 B1 KR102668037 B1 KR 102668037B1
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Abstract

본 발명은, 미세한 홀 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
레지스트막에 홀 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법으로서, 피처리체 상에 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성 공정과, 명시야 마스크를 이용하여 상기 레지스트막을 노광하는 제1 노광 공정과, 상기 제1 노광 공정 후, 상기 레지스트막에 제1 현상액을 공급하여 네거티브형 현상을 행함으로써, 상기 레지스트막의 미노광부를 제거하는 제1 현상 공정과, 상기 제1 현상 공정 후, 상기 레지스트막의 측벽부를 개질하는 개질 공정과, 상기 개질 공정 후, 상기 레지스트막에 제2 현상액을 공급하여 포지티브형 현상을 행함으로써, 상기 레지스트막의 노광부를 제거하는 제2 현상 공정을 포함하고, 상기 개질 공정은, 상기 제2 현상액에 대한 상기 레지스트막의 측벽부의 용해성을 작게 하는 처리를 포함하는 패턴 형성 방법에 의해 상기 과제를 해결한다.

Description

패턴 형성 방법{PATTERN FORMING METHOD}
본 발명은, 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
종래, 노광 마스크를 이용하여 레지스트막을 노광하고, 포지티브형 현상을 행한 후, 네거티브형 현상을 행함으로써, 노광부와 미노광부 사이에 형성되는 중간 노광부를 잔존시켜, 레지스트 패턴을 형성하는 방법이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 방법에서는, 노광 마스크의 패턴보다 피치가 좁은 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-199953호 공보
그런데, 상기 방법에서는, 미세한 홀 패턴을 형성하는 것이 곤란하다. 이것은, 상기 방법을 이용하여 홀 패턴을 형성하는 경우, 노광 마스크로서 암시야 마스크가 이용되지만, 암시야 마스크의 광학상 콘트라스트가 충분히 얻어지지 않기 때문이다.
그래서, 미세한 홀 패턴을 형성하는 경우, 암시야 마스크보다 광학상 콘트라스트가 우수한 명시야 마스크를 이용하여 레지스트막을 노광하고, 네거티브형 현상을 행한 후, 포지티브형 현상을 행하는 것이 유리한 경우가 있다.
그러나, 명시야 마스크를 이용하여 레지스트막을 노광하고, 네거티브형 현상을 행한 후, 포지티브형 현상을 행하면, 노광 후의 네거티브형 현상시에 중간 노광부가 크게 용해되어, 원하는 패턴이 잔존하지 않는 경우가 있다. 그 결과, 미세한 홀 패턴을 형성할 수 없다. 이것은, 네거티브형 현상이 포지티브형 현상에 비하여 중간 노광부를 용해하기 쉽기 때문이다.
그래서, 본 발명의 하나의 안에서는, 미세한 홀 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 따른 패턴 형성 방법은,
레지스트막에 홀 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법으로서,
피처리체 상에 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성 공정과,
명시야 마스크를 이용하여 상기 레지스트막을 노광하는 제1 노광 공정과,
상기 제1 노광 공정 후, 상기 레지스트막에 제1 현상액을 공급하여 네거티브형 현상을 행함으로써, 상기 레지스트막의 미노광부를 제거하는 제1 현상 공정과,
상기 제1 현상 공정 후, 상기 레지스트막의 측벽부를 개질하는 개질 공정과,
상기 개질 공정 후, 상기 레지스트막에 제2 현상액을 공급하여 포지티브형 현상을 행함으로써, 상기 레지스트막의 노광부를 제거하는 제2 현상 공정
을 포함하고,
상기 개질 공정은, 상기 제2 현상액에 대한 상기 레지스트막의 측벽부의 용해성을 작게 하는 처리를 포함한다.
개시된 패턴 형성 방법에 따르면, 미세한 홀 패턴을 형성할 수 있다.
도 1은 노광 마스크를 설명한 도면
도 2는 명시야 마스크와 암시야 마스크의 특성을 설명한 도면
도 3은 DTD법에 의해 형성된 패턴의 일례를 설명한 도면
도 4는 본 실시형태의 패턴 형성 방법을 예시한 흐름도
도 5는 본 실시형태의 패턴 형성 방법의 각 공정을 설명한 도면(1)
도 6은 본 실시형태의 패턴 형성 방법의 각 공정을 설명한 도면(2)
도 7은 본 실시형태의 패턴 형성 방법의 각 공정을 설명한 도면(3)
도 8은 본 실시형태의 패턴 형성 방법의 각 공정을 설명한 도면(4)
도 9는 본 실시형태의 패턴 형성 방법의 각 공정을 설명한 도면(5)
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 첨부한 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복된 설명을 생략한다.
본 실시형태의 패턴 형성 방법은, 듀얼·톤·디벨롭먼트(DTD: Dual Tone Development)법을 이용하여, 미세한 홀 패턴을 형성하는 것이다. DTD법이란, 노광 마스크를 이용하여 레지스트막을 노광하고, 네거티브형 현상 및 포지티브형 현상을 행함으로써, 노광부와 미노광부 사이에 형성되는 중간 노광부를 잔존시켜, 미세한 홀 패턴을 형성하는 것이다. 네거티브형 현상이란, 레지스트막에 현상액을 공급함으로써 레지스트막의 미노광부를 선택적으로 용해시켜 제거하는 것이다. 포지티브형 현상이란, 레지스트막에 현상액을 공급함으로써 레지스트막의 노광부를 선택적으로 용해시켜 제거하는 것이다.
우선, 노광 마스크에 대해서, 도 1 및 도 2에 기초하여 설명한다. 도 1은 노광 마스크를 설명한 도면으로서, 도 1의 (a)는 명시야 마스크(BFM: Bright Field Mask)를 나타내고, 도 1의 (b)는 암시야 마스크(DFM: Dark Field Mask)를 나타내고 있다. 도 2는 명시야 마스크와 암시야 마스크의 특성을 설명한 도면이다. 구체적으로는, 도 2는 명시야 마스크(BFM)를 이용한 경우의 홀 패턴의 하프 피치와 광학상 콘트라스트의 관계(실선) 및 암시야 마스크(DFM)를 이용한 경우의 홀 패턴의 하프 피치와 광학상 콘트라스트의 관계(파선)를 나타내고 있다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 명시야 마스크(20)는, 노광에 이용되는 광에 대하여 불투명한 차광부(22)가, 노광에 이용되는 광에 대하여 투명한 투광부(21)에 둘러싸인 패턴을 갖는 마스크이다.
도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 암시야 마스크(30)는, 노광에 이용되는 광에 대하여 투명한 투광부(31)가, 노광에 이용되는 광에 대하여 불투명한 차광부(32)에 둘러싸인 패턴을 갖는 마스크이다.
그런데, 노광 마스크를 이용한 노광에 의해 레지스트막에 패턴을 형성하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 노광 마스크로서 명시야 마스크(BFM)를 사용하는 쪽이 암시야 마스크(DFM)를 사용하는 것보다 우수한 광학상 콘트라스트를 얻을 수 있다. 이 때문에, 미세한 홀 패턴을 형성하는 경우, 암시야 마스크보다 광학상 콘트라스트가 우수한 명시야 마스크를 이용하는 쪽이 유리하다.
그러나, DTD법에 의해 미세한 홀 패턴을 형성하는 경우, 명시야 마스크를 노광 마스크로 하여 레지스트막을 노광하고, 네거티브형 현상을 행한 후, 포지티브형 현상을 행하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 레지스트막의 대부분이 제거되고, 패턴이 거의 잔존하지 않는다. 이것은, 네거티브형 현상이 포지티브형 현상에 비하여 중간 노광부를 용해하기 쉽기 때문이다. 또한, 도 3은 DTD법에 의해 형성된 패턴의 일례를 설명한 도면이다.
그래서, 본 실시형태의 패턴 형성 방법에서는, 명시야 마스크를 이용하여 레지스트막을 노광하고, 네거티브형 현상을 행한 후, 개질 처리를 행하며, 그 후, 포지티브형 현상을 행한다. 개질 처리는, 포지티브형 현상시에 사용되는 현상액에 대한 레지스트막의 측벽부의 용해성을 작게 하는 것이다. 이에 따라, 미세한 홀 패턴을 형성할 수 있다.
이하에서는, DTD법을 이용하는 패턴 형성에 있어서, 미세한 홀 패턴을 형성할 수 있는 본 실시형태의 패턴 형성 방법에 대해서 설명한다. 도 4는 본 실시형태의 패턴 형성 방법을 예시한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 패턴 형성 방법은, 레지스트막 형성 공정(단계 S101), 제1 노광 공정(단계 S102), 제1 현상 공정(단계 S103), 개질 공정(단계 S104) 및 제2 현상 공정(단계 S105)을 갖는다.
이하, 각각의 공정에 대해서, 도 5 내지 도 9에 기초하여 설명한다. 도 5 내지 도 9는, 본 실시형태의 패턴 형성 방법의 각 공정을 설명한 도면이다. 또한, 도 5 내지 도 9에 있어서의 (a)는 각 공정에 있어서의 개략 평면도이고, (b)는 (a)에 있어서의 일점쇄선 A-B에 있어서 절단한 개략 단면도이다.
단계 S101에서는, 피처리체 상에 레지스트막을 형성한다. 구체적으로는, 도 5에 도시된 바와 같이, 피처리체(11) 상에, 예컨대 스핀 도포에 의해, 레지스트막(12)을 형성한다. 피처리체(11)는, 예컨대 실리콘 기판이다. 실리콘 기판 상에는, 스핀온 카본(SOC: Spin-On Carbon), 실리콘 함유 반사 방지막(SiARC: Silicon-containing Anti-Reflective Coating) 등의 반사 방지막이 형성되어 있어도 좋다.
레지스트막(12)은, 화학 증폭형 포토레지스트에 의해 형성되어 있고, 예컨대 KrF 레지스트, ArF 레지스트, EUV(Extreme Ultra Violet) 레지스트에 의해 형성되어 있다. 레지스트막(12)은, 베이스 수지와, 광산발생제(PAG: Photo Acid Generator)를 포함한다. 베이스 수지는, 극성이 낮은 보호기를 갖는다. 이에 따라, 포지티브형 현상에 사용되는 현상액에 의해 용해되는 것이 억제된다. 광산발생제는, 노광됨으로써 산을 발생시킨다. 베이스 수지의 보호기는, 광산발생제로부터 발생한 산과 화학 반응함으로써 탈리(脫離)한다. 베이스 수지의 보호기가 탈리하면, 베이스 수지의 극성이 커져, 레지스트막(12)이 포지티브형 현상에 사용되는 현상액에 용해되기 쉬워진다.
단계 S102에서는, 명시야 마스크를 이용하여 레지스트막을 노광한다. 구체적으로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 노광에 이용되는 광에 대하여 투명한 투광부(21)와 불투명한 차광부(22)를 갖는 명시야 마스크(20)를 노광 마스크로 하여, 레지스트막(12)을 노광한다. 이에 따라, 투광부(21)의 하부의 영역이 노광되어, 레지스트막(12)에 노광량이 큰 노광부(12a)가 형성된다. 또한, 차광부(22)의 하부에는, 노광량이 제로 또는 노광량이 작은 미노광부(12b)가 잔존한다. 또한, 노광부(12a)와 미노광부(12b) 사이에는 노광부(12a)보다 노광량이 작고, 미노광부(12b)보다 노광량이 큰 중간 노광부(12c)가 형성된다. 중간 노광부(12c)는, 노광에 이용되는 광이 투광부(21)로부터 우회함으로써 형성된다. 노광에 이용되는 광원은, 레지스트막(12)의 재료에 따라 정해지고, 예컨대 KrF 엑시머 레이저(파장 248 ㎚), ArF 엑시머 레이저(파장 193 ㎚), EUV 엑시머 레이저(파장13.5 ㎚)이다. 또한, 레지스트막(12)을 노광한 후, 레지스트막(12)을 가열하는 노광 후 베이크(PEB: Post Exposure Bake)를 행하여도 좋다.
단계 S103에서는, 레지스트막에 제1 현상액을 공급하여 네거티브형 현상을 행함으로써, 레지스트막의 미노광부를 제거한다. 구체적으로는, 도 7에 도시된 바와 같이, 예컨대 레지스트막(12) 상에 제1 현상액을 스핀 도포함으로써, 레지스트막(12)의 미노광부(12b)를 제거하고, 노광부(12a) 및 중간 노광부(12c)를 잔존시킨다. 이에 따라, 미노광부(12b)가 개구된 홀 패턴이 형성된다. 제1 현상액은, 레지스트막(12)의 노광부(12a)를 제거할 수 있는 것이면 되고, 예컨대 아세트산부틸(NBA) 등의 극성이 낮은 유기 용매이다.
단계 S104에서는, 레지스트막의 측벽부를 개질한다. 구체적으로는, 도 8에 도시된 바와 같이, 포지티브형 현상에 사용되는 제2 현상액에 대한 레지스트막(12)의 측벽부(12s)의 용해성을 작게 함으로써, 중간 노광부(12c)를 증장(增長)시킨다. 제2 현상액에 대한 레지스트막(12)의 측벽부(12s)의 용해성을 작게 하는 처리는, 노광 공정에 있어서 레지스트막(12)에 포함되는 광산발생제로부터 발생한 산을 실활(失活)시킴으로써, 베이스 수지의 보호기의 탈리를 억제하는 처리이다.
산을 실활시키는 처리로서는, 예컨대 레지스트막(12)의 측벽부(12s)를, 암모니아(NH3)와 반응시키는 처리여도 좋다. 또한, 예컨대 레지스트막(12)의 측벽부(12s)를, 모노메틸아민(CH3NH2), 디메틸아민((CH3)2NH), 트리메틸아민((CH3)3N) 등의 유기 염기와 반응시키는 처리여도 좋다. 또한, 예컨대 레지스트막(12)의 측벽부(12s)를, 헥사메틸디실라잔(HMDS), 트리메틸실릴디메틸아민(TMSDMA) 등의 아미노기를 갖는 실란 커플링제와 반응시키는 처리여도 좋다. 아미노기를 갖는 실란 커플링제와 반응시키는 처리에서는, 산을 실활시킴과 더불어, 발수성도 얻어지기 때문에, 포지티브형 현상액에 대한 용해성을 특히 작게 할 수 있다. 또한, 레지스트막(12)의 측벽부(12s)를 암모니아, 유기 염기, 아미노기를 갖는 실란 커플링제와 반응시키는 경우, 이들 원료를 포함하는 수용액에 노출시키는 방법(액상 반응)이어도 좋고, 이들 원료의 증기를 포함하는 기체에 노출시키는 방법(기상 반응)이어도 좋다.
단계 S105에서는, 레지스트막에 제2 현상액을 공급하여 포지티브형 현상을 행함으로써, 레지스트막의 노광부를 제거한다. 구체적으로는, 도 9에 도시된 바와 같이, 예컨대 레지스트막(12) 상에 제2 현상액을 스핀 도포함으로써, 레지스트막(12)의 노광부(12a)를 제거하고, 중간 노광부(12c)를 잔존시킨다. 이에 따라, 미노광부(12b) 및 노광부(12a)가 개구된 홀 패턴이 형성된다. 이 때, 본 실시형태에서는, 개질 공정에 의해, 제2 현상액에 대한 레지스트막(12)의 측벽부(12s)의 용해성이 작아지고 있다. 이 때문에, 개질 공정이 행해지지 않은 경우와 비교하여, 레지스트막(12)의 측벽부(12s)가 잔존하기 쉽다. 제2 현상액은, 레지스트막(12)의 미노광부(12b)를 제거할 수 있는 것이면 되고, 예컨대 수산화테트라메틸암모늄(TMAH) 등의 극성이 높은 알칼리 수용액이다.
이상의 공정에 의해, 원하는 홀 패턴을 형성할 수 있다.
본 실시형태의 패턴 형성 방법에서는, 명시야 마스크(20)를 이용하여 레지스트막(12)을 노광하고, 네거티브형 현상 및 포지티브형 현상을 행함으로써, 중간 노광부(12c)를 잔존시키고, 노광부(12a) 및 미노광부(12b)를 제거한다. 이에 따라, 노광 마스크의 패턴보다 좁은 피치의 홀 패턴을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 노광 마스크의 패턴의 피치가 P1인 경우, 얻어지는 홀 패턴의 피치 P2는, 가 된다.
또한, 본 실시형태의 패턴 형성 방법에서는, 명시야 마스크(20)를 이용하여 레지스트막(12)을 노광한다. 이에 따라, 암시야 마스크를 이용하는 경우와 비교하여 우수한 광학상 콘트라스트를 얻을 수 있기 때문에, 미세한 홀 패턴을 형성할 때의 해상 성능이 향상된다.
또한, 본 실시형태의 패턴 형성 방법에서는, 네거티브형 현상을 행한 후, 포지티브형 현상시에 사용되는 제2 현상액에 대한 레지스트막(12)의 측벽부(12s)의 용해성을 작게 하는 개질 처리를 행하고, 그 후, 포지티브형 현상을 행한다. 이에 따라, 네거티브형 현상시에 중간 노광부(12c)가 크게 용해된 경우라도, 포지티브형 현상시에 개질 처리된 레지스트막(12)의 측벽부(12s)가 잔존한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이러한 특정한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 여러 가지의 변형·변경이 가능하다.
11 : 피처리체
12 : 레지스트막
12a : 노광부
12b : 미노광부
12c : 중간 노광부
12s : 측벽부
20 : 명시야 마스크

Claims (5)

  1. 레지스트막에 홀 패턴을 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서,
    피처리체 상에 레지스트막을 형성하는 레지스트막 형성 공정과,
    명시야 마스크를 이용하여 상기 레지스트막을 노광하는 제1 노광 공정과,
    상기 제1 노광 공정 후, 상기 레지스트막에 제1 현상액을 공급하여 네거티브형 현상을 행함으로써, 상기 레지스트막의 미(未)노광부를 제거하는 제1 현상 공정과,
    상기 제1 현상 공정 후, 상기 레지스트막의 측벽부를 개질하는 개질 공정과,
    상기 개질 공정 후, 상기 레지스트막에 제2 현상액을 공급하여 포지티브형 현상을 행함으로써, 상기 레지스트막의 노광부를 제거하는 제2 현상 공정
    을 포함하고,
    상기 개질 공정은, 상기 제2 현상액에 대한 상기 레지스트막의 측벽부의 용해성을 작게 하는 처리이고,
    상기 홀 패턴의 피치는 상기 명시야 마스크의 피치의 1/√2배인 것인, 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개질 공정은, 상기 레지스트막의 측벽부를, 암모니아와 반응시키는 처리를 포함하는 것인, 패턴 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개질 공정은, 상기 레지스트막의 측벽부를, 유기 염기와 반응시키는 처리를 포함하는 것인, 패턴 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개질 공정은, 상기 레지스트막의 측벽부를, 아미노기를 갖는 실란 커플링제와 반응시키는 처리를 포함하는 것인, 패턴 형성 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 노광 공정과 상기 제1 현상 공정 사이에, 상기 레지스트막을 가열하는 공정을 포함하는 것인, 패턴 형성 방법.
KR1020160174956A 2015-12-24 2016-12-20 패턴 형성 방법 KR102668037B1 (ko)

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