KR20010015280A

KR20010015280A - 포토레지스트패턴의 형성방법

Info

Publication number: KR20010015280A
Application number: KR1020000039535A
Authority: KR
Inventors: 다키자와마사하루
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛본 덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2001-02-26
Also published as: US6472127B1; CN1280315A; JP2001023893A; TW469521B

Abstract

화학증폭계 포토레지스트의 보호율(blocking level)이 증가되더라도 현상결함들(development defects)이 감소되도록 하기 위해, 개시된 포토레지스트 패턴의 형성방법에 따라 화학증폭계 포토레지스트로 만들어진 포토레지스트막(12)을 반도체기판(11)에 도포하고, 그리고 그후, 포토레지스트막(12)으로부터의 보호기들 제거반응을 촉진하는 PEB처리 전에, 친수기를 함유하는 계면활성제 수용액을 포토레지스트막(12)에 도포하여 계면활성제층(18)을 형성한다.

Description

포토레지스트패턴의 형성방법{A method of forming a photoresist pattern}

본 발명은 포토레지스트패턴의 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DRAM과 같은 반도체장치의 제조방법에 적용되는 것이 바람직한 화학증폭계 포토레지스트를 이용하는 포토레지스트패턴의 형성방법에 관한 것이다.

LSI들(대규모집적회로들)로 대표되는 반도체장치들의 제조에 있어서, 포토리소그래피기술은, 반도체기판 위에 형성되는 산화실리콘막 또는 질화실리콘막과 같은 절연막 및 알루미늄합금막 또는 구리합금막과 같은 전도막을 포함하는 다양한 형태의 박막들을 원하는 형상으로 패터닝하는데 필수적이다.

포토리소그래피 기술에서, 종래에는, 자외선에 감광하는 포토레지스트가 포토레지스트막을 형성하기 위해 박막에 도포되고, 그 후 자외선이 마스크패턴을 통해 포토레지스트막에 조사(노광)되어, 자외선으로 조사된 영역이 가용화(양화형)영역으로 전환되거나 자외선으로 조사되지 않은 영역이 가용화(음화형)영역으로 전환된다. 그 다음, 포토레지스트막은 현상되고 가용화영역은 용매로 부분적으로 제거되어 레지스트 패턴이 형성된다. 그 후, 박막은 박막을 패터닝하기 위한 마스크로서 레지스트 패턴을 이용하여 선택적으로 에칭된다.

상술된 포토레지스트의 재료로서, 일반적으로 종래에는 양화형 노볼락기반(novolac-based) 포토레지스트가 사용되고 있다. 양화형 포토레지스트가 음화형 포토레지스트 보다 높은 해상도를 가지므로, 상술된 종류의 포토레지스트들의 대부분은 양화형이다. 포토레지스트의 노광광원으로서, 고압수은등이 사용되고, 고압수은등에 의해 발생되는 g선(대략 436nm의 파장을 가짐) 및 i선(대략 365nm의 파장을 가짐)과 같은 자외선이 이용된다.

LSI들의 집적도가 증가됨에 따라, 미세가공이 가능한 포토리소그래피 기술이 필요하게 되고, 따라서 포토레지스트를 위한 노광광원은 고해상도를 얻을 수 있는 짧은 파장을 갖는 자외선을 이용하는 경향이 있다. 그 결과, 상술한 i선의 파장보다 더 짧은 파장을 갖는 원자외선을 발생하는 엑시머레이저를 광원(예를 들어, KrF(krypton fluoride)가 레이저매질로서 사용될 때, 파장이 대략 248nm이다)으로 이용하는 포토리소그래피 기술이 실현되었다.

상술된 노볼락기반 포토레지스트가 상술된 KrF 엑시머레이저 광원에 의해 노광되었을 때, 노볼락기반 포토레지스트는 다량의 광을 흡수하기 때문에, 좋은 레지스트패턴을 얻기가 어렵다. 그래서, 상술된 대로 원자외선을 얻을 수 있는 광원과 결합되어 미세공정을 할 수 있게 하는 포토리소그래피기술을 실현할 수 있는 포토레지스트로서, 예를 들어, 일본공고특허공보 평2-27660호에 기재된 화학증폭계 포토레지스트가 제안되었다.

화학증폭계 포토레지스트는 상기 문헌에 기재된 것과 같이 산촉매반응이 응용되는 포토레지스트이고, 개략적으로 보호기들이 소정의 부분에 결합되었을 때 알칼리에 대해서 불용성이고 보호기들이 소정의 부분에 없을 때에는 알칼리에 용해성인 폴리하이드록시스틸렌(PHS)과 같은 베이스수지, 광조사에 의해 수소이온(산)을 발생하는 광학적(optical) 산발생제, 성능조정을 위한 소량의 첨가제 및 스피너도포법(spinner coating)을 위한 유기용매로 구성된다.

이 화학증폭계 포토레지스트는 반도체기판에 도포되고, 건조 및 고화되고, 광원인 엑시머레이저에서 방사된 원적외선은 얻어진 반도체 기판위의 포토레지스트막에 조사된다. 그런 다음, 광학적 산발생제는 화학증폭계의 개시종(trigger species)으로서 소용되는 수소이온을 발생시킨다. 상기 수소이온은 노광후에 행해진 포스트익스포저베이크(post exposure bake, PEB)처리동안 베이스수지에 결합된 보호기들을 치환하여, 보호기들이 제거된다. 그러므로 알칼리에 불용성인 포토레지스트는 알칼리에 가용성으로 변화하게 된다. 또한, 수소이온은 이 처리동안 부차적으로 생성되었기 때문에, 베이스수지로부터 보호기들을 제거하기 위한 연쇄반응이 진행된다. 이 반응은 산촉매증감반응(acid catalyst sensitization reaction)이라고 불리운다. 이 산촉매증감반응은 포토레지스트의 용해선택성을 증가시키기 때문에, 높은 광감성 특징이 실현될 수 있다. 그러므로, 노광후 만약 이 포토레지스트가 알칼리 현상액에 의해 현상된다면, 원하는 매우 미세한 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.

도 1은 상술된 화학증폭계 포토레지스트를 이용하여 포토레지스트패턴을 형성하는 종래의 방법을 공정순으로 보인 공정도이다. 이 포토레지스트패턴 형성방법은 도 1를 참조하면서 공정순으로 설명될 것이다.

도 1의 단계 A에 보인 것처럼, 포토레지스트패턴이 형성될 원하는 박막을 가지는 반도체기판의 표면은, 포토레지스트의 점착력을 증가시키기 위해 소수화처리가 된다. 단계 B에 보인 것처럼, 예를 들어 화학식 1에 나타난 것과 같은 터폴리머(terpolymer) 구조를 가지는 폴리머화합물들로 형성된 베이스수지, 및 화학식 2에 나타난 것과 같은 구조의 광학적 산발생제를 함유하는 화학증폭계 포토레지스트로 구성된 양화형 포토레지스트가 회전도포법에 따라 반도체기판에 도포되어서 포토레지스트막이 형성된다.

그 다음, 도 1의 단계 C에 보인 것처럼, 포토레지스트막으로부터 용매를 제거하기 위해 포토레지스트막은 프리베이크(prebake)된다. 반도체기판은, 단계 D에 보인 것처럼 상온까지 냉각되고, 단계 E에 보인 것처럼 포토레지스트막이 원하는 패턴으로 그려진 마스크패턴을 통해서 KrF 엑시머레이저와 같은 원적외선으로 조사되어 노광된다. 그런 다음, 단계 F에 나타난 것과 같이, 포토레지스트막으로부터 보호기하는 제거반응(산촉매증감반응)을 촉진하기 위해 포토레지스트막은 PEB(Post Exposure Bake)처리된다.

그런 다음, 도 1의 단계 G에 나타난 것과 같이, 반도체기판은 상온까지 다시 냉각되고, 단계 H에 나타난 것과 같이 포토레지스트막은 레지스트패턴을 형성하기 위해 알칼리 현상액에 의해 현상된다. 단계 I에 나타난 것과 같이, 레지스트 패턴을 형성하는 포토레지스트막은 현상에 의해 생성된 수분을 제거하도록 포스트-베이크된다.

그 다음, 반도체기판위의 박막은, 마스크로서 상술된 레지스트패턴을 이용하여 박막을 패턴하기 위해 선택적으로 에칭된다.

포토레지스트패턴이 화학증폭계 포토레지스트를 이용하여 형성될 때, 최근 반도체장치에서는, 생산량을 증가시키기 위해 초점심도(S)가 약 0.7㎛이상으로 설정되어야 한다. 초점심도(S)는 이용된 포토레지스트의 보호율(blocking level)(C)에 의해 좌우된다. 보호율(C)은 상술된 화학식 1에서 반복단위들의 수 x, y 및 z의 비율에 의해 결정되고, 다음과 같이 표현된다:

보호율(C) = ((x + y)/(x + y + z)) x 100 (%)

도 4는 초점심도(S)(종축)와 보호율(C)(횡축)간의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 도 4에 도시된 예에서, 직경 0.2㎛의 접촉홀(contact hole)을 가지는 포토레지스트패턴이 형성된다. 도 4로부터 명백한 바와 같이, 초점심도(S)는, 보호율(C)이 대략 42% 범위내로 내려가는 곳에서는 선형적으로 비례해서 증가하지만, 보호율(C)이 대략 42%를 초과했을 때에는 점점 포화되는 경향이 있다. 상술된 바와 같이 0.7㎛이상의 초점심도(S)를 얻기 위해서, 보호율(C)은 대략 40% 이상까지 증가되어야 한다.

상술된 종래의 포토레지스트패턴의 형성방법에서, 증가된 보호율을 가지는 화학증폭계 포토레지스트가 사용될 때, 현상결함들(development defects)이 증가된다.

보다 상세하게는, 상술된 바와 같이, 포토레지스트패턴이, 초점심도(S)가 약 0.7㎛ 이상으로 설정되도록 약 42% 이상의 증가된 보호율을 가지는 화학증폭계 포토레지스트를 이용하여 노광 및 현상에 의해 형성될 때, 많은 결함들이 현상중에 형성된다. 도 2는 현상결함들의 수(N)와 보호율(C)간의 관계를 나타냄으로써 이들 결함들을 보인다. 도 2로부터 명백한 바과 같이, 현상결함들의 수(N)는, 보호율(C)이 약 38%를 초과함에 따라 거의 1,000까지 급격히 증가한다. 만약 이러한 많은 현상결함들의 수(N)가 이와 같이 포토레지스트패턴에 존재하면, 이 패턴은 불량이 된다.

그러므로, 도 4로부터 명백한 바와 같이, 종래에는 약 38%이하의 보호율(C)에 상응하는 약 0.45㎛이하의 초점심도(S)가 얻어질 수 있을 뿐이고, 생산량의 감소를 피할 수 없었다. 도 3은 레지스트패턴 사이즈(종축)와 초점위치(횡축)간의 관계를 나타냄으로써 더욱 상세하게 이 종래의 단점을 나타내며, 0.2㎛ 직경의 접촉홀이 형성되는 예를 설명한다. 점선들인 L1 및 L2에 의해 정해진 범위 M은 타겟접촉홀의 허용가능한 범위를 나타낸다. 도 3은 0㎛의 초점위치를 중심으로 해서 0.3㎛의 초점심도가 얻어질 수 있을 뿐이라는 것을 나타낸다.

종래에는, 보호율이 증가될 때, 현상결함들이 증가된다. 이것은 다음과 같은 이유 때문이라고 추측된다. 즉, 종래 포토레지스트패턴의 형성방법에서 사용된 화학증폭계 포토레지스트는 소수성이 높아, 현상에 의해 용해된 성분이 포토레지스트막에 재부착되어 현상결함을 일으킬 수 있기 때문이다.

본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 화학증폭계의 보호율이 증가하더라도 현상결함들을 억제할 수 있는 포토레지스트패턴의 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 포토레지스트패턴의 형성방법을 공정순으로 보인 흐름도,

도 2는 이 포토레지스트패턴의 형성방법에 의해 발생되는 결점을 설명하기 위한 그래프,

도 3은 이 포토레지스트패턴의 형성방법에 의해 발생되는 결점을 설명하기 위한 그래프,

도 4는 본 발명이 필요하게 된 배경을 설명하기 위한 그래프,

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 포토레지스 패턴의 형성방법을 공정순으로 보인 흐름도,

도 6은 이 포토레지스트패턴의 형성방법의 주요단계를 상세하게 보인 도면,

도 7은 이 포토레지스트패턴의 형성방법의 주요단계를 상세하게 보인 도면,

도 8은 이 포토레지스트패턴의 형성방법에 의한 작용을 개략적으로 설명하기 위한 도면,

도 9는 이 포토레지스트패턴의 형성방법에 의해 얻어진 효과를 보인 그래프,

도 10은 이 포토레지스트패턴의 형성방법에 의해 얻어진 효과를 보인 그래프,

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법을 공정순으로 보인 흐름도,

도 12는 이 포토레지스트패턴 형성방법의 주요 단계를 상세하게 보인 도면.

상기 문제점을 해결하기 위해서, 청구항 1의 본 발명에 따르면, 포토레지스트패턴을 형성하는 방법이 제공되며, 이 방법은, 포토레지스트막을 형성하는 기판위에 광학적 산발생제를 함유하는 화학증폭계 레지스트 패턴을 도포하는 단계, 상기 도포단계에서 형성된 포토레지스트막을 소정의 패터닝노광하는 단계, 상기 포토레지스트막의 전체영역중 노광영역내에서 산촉매증감반응을 촉진시키기 위해 상기 포토레지스트막 위에 PEB처리(포스트 익스포저 베이크 처리)를 실시하는 단계, 상기 PEB처리 단계를 거친 상기 포토레지스트막을 현상하여 원하는 형상의 포토레지스트패턴을 얻는 단계를 포함하며, 상기 포토레지스트막이 도포에 의해 형성된 후 현상전에 상기 포토레지스트막에 소수성기 및 친수성기를 함유하는 결함방지제를 도포하는 단계를 특징으로 한다.

청구항 2에 따른 발명은 청구항 1에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법과 관련이 있다. 청구항 2에서, 결함방지제는 노광단계 전에 도포된다.

청구항 3에 따른 발명은 청구항 1에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법과 관련이 있다. 청구항 3에서, 결함방지제는 노광단계 후에 도포된다.

청구항 4에 따른 발명은, 청구항 1에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법과 관련이 있다. 청구항 4에서, 결함방지제는 냉각단계 후에 도포된다.

청구항 5에 따른 발명은, 청구항 1, 2 또는 3에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법과 관련이 있다. 청구항 5에서, 계면활성제가 결함방지제로서 사용된다.

청구항 6에 따른 발명은, 청구항 5에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법과 관련이 있다. 청구항 6에서, 계면활성제는 카본플루오라이드기(carbon fluoride group) 또는 디메틸폴리실옥산기(dimethylpolysiloxane group)를 함유한다.

청구항 7항에 따른 발명은, 청구항 5에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법과 관련이 있다. 청구항 7에서, 계면활성제는 회전도포법에 의해 도포된다.

청구항 8항에 따른 발명은, 청구항 1 내지 7 중 어느 하나에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법과 관련이 있다. 청구항 8에서, 화학증폭계 포토레지스트는 38% 내지 100%의 보호율을 가진다.

청구항 9에 따른 발명은, 청구항 8에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법과 관련이 있다. 청구항 9에서, 화학증폭계 포토레지스트는 터폴리머(terpolymer) 구조를 가지는 폴리머 화합물을 함유한다.

본 발명의 상기 및 많은 다른 목적들, 특징들 및 장점들은, 본 발명의 원리를 통합한 바람직한 실시예들이 예시적 예로서 보여진 이하의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참조하면 기술분야에서의 당업자에게 명백하게 파악될 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하면서 기술될 것이다. 그 설명은 실시예들을 통해 구체적으로 될 것이다.

제1실시예

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법을 공정순으로 보인 흐름도이다. 도 6 및 7은 이 포토레지스트패턴의 형성방법의 주요단계를 상세하게 보인 도면들이다. 도 8은 이 포토레지스트패턴의 형성방법의 작용을 간략하게 설명하기 위한 도면이다. 도 9 및 10은 이 포토레지스트패턴의 형성방법에 의해 얻어지는 효과를 보인 그래프들이다.

이 실시예의 포토레지스트패턴의 형성방법은 DRAM과 같은 반도체장치의 제조방법에 적용된다. 이 포토레지스트패턴의 형성방법은 도 5 내지 10을 참조하면서 공정순으로 설명될 것이다.

도 5의 단계 A에 나타난 것과 같이, 포토레지스트패턴이 형성되는 원하는 박막을 갖는 반도체기판은, 포토레지스트의 점착성을 증가시키기 위해 헥사메틸디실라잔(HMDS) 분위기에서 그 표면을 노출시켜 소수화처리된다.

도 5의 단계 B에 나타난 것과 같이, 양화형 포토레지스트는 포토레지스트막을 형성하기 위해 회전도포법에 따라 반도체 기판에 도포된다. 도 6은 이 포토레지스트 도포단계를 보인 도면이다.

도 6에 나타난 것과 같이, 반도체기판(11)은, 모터(16)에 의해 회전구동되고 레지스트 현상단위의 현상조(15) 안에 마련된 지지판(14) 위에 지지된다. 예를 들어, 화학식 1에 나타난 것과 같은 터폴리머를 갖는 고분자화합물로 형성된 베이스수지와 화학식 2에 나타난 것과 같은 광학적 산발생제를 포함하는 화학증폭계 포토레지스트로 구성된 양화형 포토레지스트는, 노즐(13)로부터 공급되고, 모터(16)에 의해 2,000rpm(revolutions per minute) 내지 4,000rpm에서 회전도포법에 따라 반도체기판(11) 위에 도포되어서, 약 500nm의 두께의 포토레지스트막(12)을 형성한다. 포토레지스트막(12)으로는, 약 35%이상의 보호율을 가지는 것이 사용된다.

그 다음, 도 5의 단계 C에 나타난 것과 같이, 상기와 같이 도포되어 형성된 포토레지스트막(12)은, 용매를 제거하기 위해서 60초 내지 90초 동안 80℃ 내지 130℃의 온도의 대기중에서 프리베이크된다. 그런 다음, 도 5의 단계 D에 나타난 것과 같이, 반도체기판(11)은 약 23℃의 상온까지 60초 내지 90초동안 냉각된다.

도 5의 단계 E에 나타난 것과 같이, 친수성기를 함유한 결함방지제로서 제공되는 계면활성제는 회전도포법에 의해 반도체기판(11) 위의 포토레지스트막(12)에 도포된다. 도 7은 이 계면활성제 도포단계를 보인다.

도 7에 나타난 것과 같이, 포토레지스트막(12)으로 도포된 반도체기판(11)은 지지판(14)에 의해 지지되고, 화학식 3에 나타난 것과 같은 구조를 가지는 카본플루오라이드기를 함유하는 계면활성제의 수용액이 노즐(17)로부터 공급되고, 모터(16)에 의해 2,000rpm 내지 4,000rpm에서 회전도포법에 의해 포토레지스트막(12)에 도포되어 포토레지스트막(12)의 표면 위에 단분자 또는 다분자막의 계면활성제층(18)이 형성된다.

결과적으로, 도 8에 나타낸 것과 같이, 계면활성제의 소수성기들(19)은 포토레지스트(12)의 표면에 부착하고, 또한 친수성기들(20)은 소수성기들(19)에 부착한다. 그러므로, 포토레지스트막(12)의 표면은 친수성으로 변화된다. 현상중(후에 기술될 것임), 포토레지스트막(12)의 표면에 현상용매성분이 재부착되는 것이 완화되어, 보호율이 증가해도 현상결함들이 억제된다. 도 8에서, 소수성기들(19) 및 친수성기들(20)은 단분자막들이다.

도 5의 단계 F에 나타낸 것과 같이, 포토레지스트막(12)은, 그것을 노광시키기 위해서 원하는 패턴으로 그려진 마스크패턴을 통해서 예를 들어 KrF 엑시머레이저로부터의 약 193nm 파장의 원-적외선으로 조사된다.

그런 다음, 도 5의 단계 G에 나타난 것과 같이, 포토레지스트막(12)은, 포토레지스트막(12)으로부터의 보호기들의 제거반응을 촉진시키기 위해 60초 내지 90초 동안 90℃ 내지 160℃에서 PEB처리된다. 그런 다음, 도 5의 단계 H에 나타난 것과 같이, 반도체기판(11)은 약 23℃의 상온까지 60초 내지 90초동안 다시 냉각된다.

그런 다음, 도 5의 단계 I에 나타난 것과 같이, 포토레지스트막(12)은 현상된다. 이 현상은 회전도포법에 따라 반도체기판(11) 위의 포토레지스트막(12)에 알칼리현상액으로서 예를 들어 테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH)의 약 2.38%를 함유하는 수용액을 도포함으로써 수행된다. 이 현상에서, 포토레지스트막(12)의 표면은, 친수성기를 함유한 계면활성제층(18)이 도포에 의해 미리 형성되어 있기 때문에 친수성이다. 그러므로, 현상용매성분의 재부착은 완화된다.

상기 현상에 의해, 포토레지스트막(12)의 가용영역은 알칼리 현상액에 의해 제거되고, 마스크패턴(상술됨)에 상응하는 원하는 형상의 레지스트패턴이 형성된다.

도 5의 단계 J에 나타난 것과 같이, 레지스트패턴을 구성하는 포토레지스트막(12)은 현상에 의해 생성된 수분을 제거하기 위해 120초 내지 240초 동안 110℃ 내지 120℃의 대기중에서 프리베이크된다.

그 다음에, 반도체기판(11) 위의 박막이, 마스크로서 레지스트패턴(상술됨)을 이용하여 선택적으로 에칭되어, 패터닝된다.

도 9는 이 실시예에 의한 얻어진 현상결함들의 수(N)(횡축)와 보호율(C) 간의 관계를 보인 그래프이다. 도 9로부터 명백한 것과 같이, 현상결함들의 수(N)는 수개까지의 한자리수로 격감되어, 보호율(C)이 약 100%까지 증가될더라도 거의 증가되지 않는다. 약 0.7㎛ 이상으로 초점심도(S)를 설정하기 위한 상술된 요건은 충분히 만족될 수 있고, 반도체장치의 생산량은 증가될 수 있다. 즉, 친수성기들을 함유하는 결함방지제로서 계면활성제가 포토레지스트막(12)에 도포될 때, 현상결함들은 거의 제거될 수 있다.

이와 같이, 만약 보호율(C)이 증가되더라도, 현상결함들은 격감된다. 이것은, 포토레지스트막(12)이 도포에 의해 형성된 후, 친수성기들을 함유한 계면활성제 수용액이 포토레지스트막(12)의 표면에 도포되어 계면활성제층(18)을 형성하였기 때문이다. 그런 다음, 친수성기들은 포토레지스트막(12)에 영향을 미쳐, 그 표면을 친수성으로 변화시킨다.

도 10은, 이 실시예에 의해 얻어진 레지스트패턴 사이즈와 초점위치간의 관계를 보여주는 그래프이다. 도 10에서 도 3과의 비교에 의해 명백해지는 것과 같이, 0.75㎛의 초점심도(S)는 초점위치 "0"을 중심으로 해서 얻어질 수 있고, 그래서 이 실시예는 종래기술에 비해 우수하다.

이런 식으로, 이 구성을 갖는 실시예에 따르면, 화학증폭계 레지스트를 포함한 포토레지스트막(12)이 반도체기판(11)에 도포되고, 그 후 포토레지스트막(12)으로부터의 보호기들의 제거작용을 촉진하는 PEB처리 전에 계면활성제층(18)이 도포에 의해 포토레지스트막(12) 위에 형성된다. 그러므로, 포토레지스트막(12)은 친수성으로 변화될 수 있다.

따라서, 화학증폭계 레지스트의 보호율이 증가되더라도, 현상결함들은 감소될 수 있다.

제2실시예

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 포토레지스트패턴의 형성방법을 공정순으로 보인 흐름도이다. 이 포토레지스트패턴의 형성방법은, 계면활성제의 수용액이 포토레지스트막의 노광 후에 도포된다는 점에서 상술된 제1실시예와 크게 다르다.

더욱 상세하게는, 도 11의 단계 B에서, 포토레지스트막(12)은, 제1실시예를 보여주는 도 5의 단계 B와 거의 동일한 조건들하에서 형성된다. 도 11의 단계 E에서, 노광은 제1실시예를 보인 도 5의 단계 F와 거의 동일한 조건들하에서 실시된다. 그런 다음, 도 11의 단계 F에서, 친수성기들을 함유하는 결함방지제로서 소용되는 계면활성제는 제1실시예를 보인 도 5의 단계 E에서와 거의 동일한 조건들하에서 도포된다.

더욱 상세하게는, 도 11의 단계 F에서 나타난 것과 같이, 노광된 반도체기판(21)은, 도 12에 나타난 것과 같이 현상조(15)에서 지지판(14) 위에 지지된다. 예를 들어, 화학식 3에 나타난 것과 같은 구조를 가지는 카본플루오라이드기들을 함유한 계면활성제 수용액이 노즐(17)로부터 공급되고, 모터(16)로 2,000rpm 내지 4,000rpm에서 회전도포법에 의해 반도체기판(21)에 도포된다. 계면활성제의 수용액은 약 30nm의 두께로 포토레지스트막(12)의 표면에 도포되어서, 계면활성제층(18)을 형성한다.

계면활성제층(18)을 구성하는 친수성기들은, 제1실시예에서와 동일한 원리에의해 아래에 있는 포토레지스트막(12)에 영향을 미쳐, 포토레지스트막(12)의 표면을 친수성으로 변화시킨다. 후의 단계 I에서의 현상중, 포토레지스트막(12) 표면에로의 현상용매성분의 재부착이 완화된다. 그러므로, 보호율이 증가되더라도, 현상결함들이 감소된다.

이 실시예에 따르면, 계면활성제의 수용액이 노광후에 도포된다. 계면활성제의 수용액의 도포하는 동안, 만약 결함이 아래에 있는 포토레지스트막(12)의 표면에 부착되더라도, 노광후 포토레지스트막(12)의 표면에 부착되기 때문에 포토레지스트막(12)의 표면으로 전사되지 않는다. 결과적으로, 결함있는 포토레지스트패턴의 형성이 방지될 수 있다. 게다가, 이 결함은 나중의 현상중 용이하게 제거될 수 있다.

이와 같이, 이 실시예의 구성에 의해서도 제1실시예에서 설명된 것과 거의 동일한 효과가 얻어질 수 있다.

게다가, 이 실시예의 구성에 따르면, 노광은 포토레지스트막에 영향을 미치지 않기 때문에, 결함있는 포토레지스트패턴의 형성이 방지될 수 있다.

제3실시예

이 실시예에서, 화학식 4에 나타난 것과 같은 구조를 가지는 디메틸폴리실옥산기들은 제1실시예에서 계면활성제의 수용액에 함유된 카본플루오라이드기들 대신에 사용된다.

이 실시예에서도, 포토레지스트막(12)이 도포된 후, 디메틸폴리실옥산기들(12)을 함유하는 계면활성제 수용액이, 계면활성제층(18)을 형성하기 위해 포토레지스트막(12)의 표면에 도포된다. 디메틸폴리실옥산기들의 친수성기들은, 포토레지스트막(12)에 영향을 미쳐, 포토레지스트막(12)의 표면을 친수성으로 변화시킨다.

이것을 제외하면, 제3실시예의 구성은 상술된 제1실시예의 것과 실질적으로 동일하다. 그러므로, 도 11에서, 도 5에서 구성부분과 일치하는 부분들은 도 5와 동일한 단계명으로 표시되고, 그것의 상세한 설명은 생략될 것이다.

이와 같이, 이 실시예의 구성에 의해서도, 제1실시예에서 설명된 효과와 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다.

제4실시예

이 실시예에서, 상술된 화학식 4에 나타난 것과 같은 구조를 가지는 디메틸폴리실옥산기들은 제2실시예에서 계면활성제의 수용액에 함유된 카본플루오라이드기들 대신에 사용된다.

이 실시예에서도, 포토레지스트막(12)이 도포되고 노광된 후, 디메틸폴리실옥산기들을 함유한 계면활성제의 수용액이 포토레지스트막(12)의 표면에 도포되어 계면활성제층(18)을 형성하게 된다. 디메틸폴리실옥산기들의 친수성기들은 포토레지스트막(12)에 영향을 미쳐 포토레지스트막(12)의 표면을 친수성으로 변화시킨다.

이와같이, 이 실시예의 구성에 의해서도, 제2실시예에서 설명된 것과 거의 동일한 효과가 얻어질 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명되었다. 실재 구성은 이들 실시예들로 한정되지 않고, 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않은 범위내에서 어떠한 설계변경도 본 발명에 포함된다. 예를 들어, 화학증폭계 포토레지스트를 이용한 포토레지스트패턴의 형성은 반도체기판의 예로 한정되지않고, 포토마스크기판과 같은 다른 기판에도 적용될 수 있다. 계면활성제는 카본플루오라이드기들 또는 디메틸폴리실옥산기들을 함유하는 것으로 한정되는 것이 아니고, 다음의 많은 다른 계면활성제들이 사용될 수 있다. R은 알킬기들의 다양한 종류를 나타내는 것임을 주의해야 한다.

(1) 음이온 계면활성제

(2) 양이온 계면활성제

(3) 양성 계면활성제

(4) 비이온성 계면활성제

상술된 것과 같은 실시예들에서, 결함방지제는 포토레지스트막의 형성후이면서 PEB처리 전에 포토레지스트막에 도포된다. 그러나, 결함방지제의 도포는 포토레지스트막의 형성후 현상공정전, 바람직하게는 냉각단계 H 및 현상단계 I 사이에 실시될 수 있다.

화학증폭계 포토레지스트는, 상기에서 설명된 것들에 한정되지 않고, 현상결함이 형성되는 약 38%이상의 보호율을 갖는 어떤 물질도 유사하게 사용될 수 있다. 화학증폭계는 양화형 포토레지스트에 한정되지않고, 음화형 포토레지스트일 수도 있다. 포토레지스트막의 회전도포법, 계면활성제의 수용액의 회전도포법과, 온도, 시간과 같은 조건들 및 프리베이크, PEB처리, 포스트베이크등에서의 상기 조건들은 단지 예들이고, 용도, 목적등에 따라 변화될 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 포토레지스트패턴의 형성방법에 따라, 화학증폭계 포토레지스트를 포함하는 포토레지스트막은 기판에 도포되고, 그 후, 포토레지스트막으로부터의 보호기들 제거반응을 촉진시키는 PEB처리 전, 친수성기들을 함유하는 계면활성제의 수용액이 도포법에 의해 포토레지스트막에 도포된다. 그러므로, 포토레지스트막의 표면은 친수성으로 변화될 수 있다.

본 발명의 다른 포토레지스트패턴의 형성방법에 의하면, 화학증폭계를 포함하는 포토레지스트막은 기판에 도포되고, 그후 노광단계 후, PEB처리 전에, 친수성기들을 함유하는 계면활성제 수용액이 도포법에 의해 포토레지스트막에 도포된다. 그러므로, 포토레지스트막의 표면이 친수성으로 변화될 수 있다.

따라서, 화학증폭계의 보호율이 증가되더라도, 현상결함들이 감소될 수 있다.

Claims

광학적 산발생제를 함유하는 화학증폭계 포토레지스트를 기판위에 도포하여 포토레지스트막을 형성하는 도포단계, 상기 도포단계에서 형성된 상기 포토레지스트막에 소정의 패터닝 노광을 실시하는 노광단계, 상기 포토레지스트막의 전체영역중 노광영역 내에서 산촉매증감반응을 촉진하기 위해 상기 포토레지스트막 위에 PEB처리(post-exposure bake process)를 실시하는 PEB처리 단계와, 원하는 형상으로 포토레지스트패턴을 얻기 위하여 PEB처리 단계가 실시된 상기 포토레지스트막을 현상하는 단계들을 포함하는 포토레지스트패턴의 형성방법에 있어서,

상기 포토레지스트막이 도포법에 의해 형성된 후이나 현상전에 소수성기 및 친수성기를 함유하는 결함방지제를 상기 포토레지스트막에 도포하는 단계를 특징으로 하는 포토레지스트패턴의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 결함방지제는 노광단계 전에 도포되는 포토레지스트패턴의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 결함방지제는 노광단계 후에 도포되는 포토레지스트패턴의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 결함방지제는 냉각단계후에 도포되는 포토레지스트패턴의 형성방법.
제1항에 있어서, 계면활성제가 상기 결함방지제로서 사용되는 포토레지스트패턴의 형성방법.
제5항에 있어서, 상기 계면활성제는 카본플루오라이드기 또는 디메틸폴리실옥산기를 함유하는 포토레지스트패턴의 형성방법.
제5항에 있어서, 상기 계면활성제는 회전도포법에 의해 도포되는 포토레지스트패턴의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 화학증폭계 포토레지스트는 38% 내지 100%의 보호율을 가지는 포토레지스트패턴의 형성방법.
제8항에 있어서, 상기 화학증폭계 포토레지스트는 터폴리머구조를 가지는 폴리머화합물을 함유하는 포토레지스트패턴의 형성방법.