KR20020002903A - Method for forming minute patterns of semiconductor device by using organic bottom anti-reflective coating - Google Patents

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KR20020002903A
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Abstract

PURPOSE: A fine pattern formation method of a semiconductor device is provided to obtain a profile of a stable fine pattern by irradiating an electron beam on an entire surface after coating an organic bottom anti-reflective coating layer to hard thereof. CONSTITUTION: An organic bottom anti-reflective coating layer(102) is coated on a substrate(100). The organic bottom anti-reflective coating layer(102) is hardened by irradiating an electron beam on an entire surface. A photoresist layer is formed on the organic bottom anti-reflective coating layer. Any of pattern is formed by patterning the photoresist layer and etching the organic bottom anti-reflective coating layer and the substrate using a photo-lithography process. The photoresist layer is removed, thereby forming a fine pattern of a semiconductor device.

Description

유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법{Method for forming minute patterns of semiconductor device by using organic bottom anti-reflective coating}Method for forming minute patterns of semiconductor device by using organic bottom anti-reflective coating}

본 발명은 반도체소자의 미세 패턴 형성방법에 관한 것으로서, 특히 유기 하부 반사방지막(BARC:bottom anti-reflective coating; 이하 'BARC'라 함)을 코팅한 후에 전자빔 전면 조사 공정으로 BARC를 가교함으로써 포토레지스트 코팅 공정시 일어날 수 있는 BARC와 포토레지스트의 혼합을 막아 안정된 패턴의 프로파일을 얻을 수 있는 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a fine pattern of a semiconductor device, and in particular, after coating an organic bottom anti-reflective coating (BARC), the photoresist is crosslinked by electron beam front irradiation. The present invention relates to a method of forming a fine pattern of a semiconductor device using organic BARC, which can prevent a mixture of BARC and photoresist that may occur during a coating process to obtain a stable pattern profile.

현재 반도체 소자의 집적도가 증가해짐에 따라 소자의 CD(Critical Demension)도 비례하여 작아지고 있다. 일반적으로 1M급에서는 CD가 0.81㎛, 64M급에서는 0.351㎛, 256M급에서는 0.251㎛ 그리고 1G급에서는 0.181㎛로 점차 작아지고 있다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the critical dimension (CD) of the devices also decreases in proportion. In general, CDs are gradually decreasing to 0.81 μm in the 1M class, 0.351 μm in the 64M class, 0.251 μm in the 256M class, and 0.181 μm in the 1G class.

도 1은 종래 기술에 의한 노광 공정시 발생되는 빛의 반사효과를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a reflection effect of light generated during the exposure process according to the prior art.

도 1을 참조하면, 현재까지의 리소그래피 공정은 패턴 대상의 기질(10) 위에 포토레지스트(20)를 코팅한 후에 노광 및 현상 공정을 거쳐 원하는 패턴을 형성하였다. 그러나, 이러한 종래의 기술은 반도체 소자의 CD가 약 0.25㎛ 이하로 축소될 경우 노광 공정시 기질(10)로부터 반사된 반사율로 인해 미세한 패턴을 확보하는데 어려움이 있었다.Referring to FIG. 1, the lithography process to date has formed a desired pattern through an exposure and development process after coating the photoresist 20 on the substrate 10 to be patterned. However, this conventional technique has a difficulty in securing a fine pattern due to the reflectance reflected from the substrate 10 during the exposure process when the CD of the semiconductor device is reduced to about 0.25 μm or less.

그러므로, 반도체소자의 CD가 점차 축소됨에 따라 미세 패턴을 확보하기 위한 새로운 기술이 제안되고 있는데, 그중에서도 노광 공정시 반사방지 효과가 큰 BACR을 이용한 제조 방법이 널리 사용되고 있다.Therefore, as the CD of the semiconductor device is gradually reduced, a new technique for securing a fine pattern has been proposed. Among them, a manufacturing method using BACR having a large antireflection effect during the exposure process is widely used.

도 2는 종래 기술에 의한 노광 공정시 빛의 반사를 줄이기 위해 포토레지스트 하부에 BARC를 이용한 것을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating the use of BARC under the photoresist to reduce reflection of light during the exposure process according to the prior art.

도 2를 참조하면, BARC(15)는 포토레지스트(20)를 코팅하기에 앞서 패턴 대상의 기질(10) 위, 즉 포토레지스트 하부에 형성되는 반사방지막을 일컫는 것이다.Referring to FIG. 2, the BARC 15 refers to an antireflection film formed on the substrate 10 to be patterned, that is, below the photoresist, before the photoresist 20 is coated.

대개 유기 또는 무기 반사방지막(ARC : Anti-reflective coatings)은 아르메틱 폴리설폰 구조(Aromaticpolysulfone structure)를 갖고 있기 때문에 리소그래피공정시 반사방지 효과가 크다. BARC(15)는 노광 공정시 발생되는 정현파와 반사 노칭과 기질로부터의 후면 회절 빛의 영향을 방지하는 역할을 하므로 안정된 포토레지스트 패턴을 확보할 수 있다.In general, organic or inorganic anti-reflective coatings (ARC) have an aromatic polysulfone structure, so the anti-reflective effect during the lithography process is great. The BARC 15 prevents the influence of sinusoidal wave, reflection notching and back diffracted light from the substrate during the exposure process, thereby ensuring a stable photoresist pattern.

그러나, 유기 BARC의 경우에는 유기 BARC 코팅 후에 BARC 물질의 가교를 위하여 180℃∼210℃의 고온에서 경화를 장시간 실시하고 있다.However, in the case of organic BARC, curing is performed for a long time at a high temperature of 180 ° C to 210 ° C for crosslinking of the BARC material after the organic BARC coating.

이러한 고온의 열 경화공정시 일부 BARC막이 충분히 경화되지 않은 상태에서포토레지스트를 코팅할 경우에 BARC와 포토레지스트가 혼합되는 현상이 발생하게 된다. 이로 인해, 도 3a 및 도 3b와 같이 포토레지스트 패턴이 불량하게 발생된다.When the photoresist is coated in a state in which some BARC films are not sufficiently cured during the high temperature heat curing process, the BARC and the photoresist are mixed. As a result, the photoresist pattern is poorly generated as shown in FIGS. 3A and 3B.

도 3a 및 도 3b는 반도체소자의 패턴 제조 공정시 BARC를 코팅한 후에 실시되는 경화 공정시 BARC가 충분히 경화되지 않을 때 푸팅(footing;F)과 언더커팅(undercutting;U) 현상이 발생된 포토레지스트 패턴의 프로파일을 각각 나타낸 단면도들이다.3A and 3B illustrate a photoresist in which footing (F) and undercutting (U) occur when BARC is not sufficiently cured in a curing process performed after coating BARC in a pattern manufacturing process of a semiconductor device. Cross-sectional views each showing a profile of a pattern.

그러므로, 상기와 같이 일부 경화가 되지 않은 유기 BARC를 이용할 경우 안정된 포토레지스트 패턴을 얻을 수 없어 결국 반도체소자의 미세 패턴을 형성하는 것이 매우 어렵게 된다.Therefore, when the organic BARC is not partially cured as described above, a stable photoresist pattern cannot be obtained, and thus, it is very difficult to form a fine pattern of the semiconductor device.

이러한 유기 BARC의 한계를 극복하기 위하여 충분한 열가교 반응이 일어날 수 있도록 열광산 발생제(thermal acid generator)를 사용하고 있지만, 이 경우에도 열광산 발생제로부터 발생되는 화학 가스(fume)로 인해 노광 렌즈가 오염되어 정상적인 노광 작업을 진행하는데 어려움이 있었다.In order to overcome the limitations of the organic BARC, a thermal acid generator is used so that a sufficient thermal crosslinking reaction can occur, but in this case, the exposure lens due to the chemical gas generated from the thermal photoacid generator is used. Was contaminated, making it difficult to carry out normal exposure work.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 BARC를 코팅한 후에 전자빔 전면 조사 공정을 실시함으로써 BARC내 매트릭스 수지의 활발한 라디칼 결합을 유도하여 완전히 BARC를 경화하여 이후 포토레지스트 코팅 공정시 일어날 수 있는 BARC와 포토레지스트의 혼합을 막아 안정된 포토레지스트 패턴을 확보하는 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법을 제공하는데 있다.In order to solve the problems of the prior art, the object of the present invention is to conduct active electron beam irradiation after coating BARC to induce vigorous radical bonding of matrix resin in BARC to completely cure BARC and then during photoresist coating process. The present invention provides a method of forming a fine pattern of a semiconductor device using an organic BARC which prevents mixing of BARC and photoresist that may occur to secure a stable photoresist pattern.

도 1은 종래 기술에 의한 노광 공정시 발생되는 빛의 반사효과를 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view showing a reflection effect of light generated during the exposure process according to the prior art,

도 2는 종래 기술에 의한 노광 공정시 빛의 반사를 줄이기 위해 포토레지스트 하부에 BARC를 이용한 것을 나타낸 단면도,2 is a cross-sectional view showing the use of BARC under the photoresist to reduce the reflection of light during the exposure process according to the prior art,

도 3a 및 도 3b는 반도체소자의 패턴 제조 공정시 BARC를 코팅한 후에 실시되는 경화 공정시 BARC가 충분히 경화되지 않을 때 푸팅과 언더커팅 현상이 발생된 포토레지스트 패턴의 프로파일을 각각 나타낸 단면도들,3A and 3B are cross-sectional views illustrating profiles of a photoresist pattern in which a footing and an undercut phenomenon occur when BARC is not sufficiently cured in a curing process performed after coating BARC in a pattern manufacturing process of a semiconductor device;

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법을 설명하기 위한 단면도들,4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device using an organic BARC according to the present invention;

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 방법을 적용하여 BARC를 코팅한 후에 전자빔 전면 조사공정을 실시할 경우 얻어진 안정된 소자 패턴의 프로파일을 나타낸 단면도들.Figures 5a and 5b are cross-sectional views showing the profile of the stable device pattern obtained when the electron beam front irradiation step after coating the BARC by applying the method of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *

100 : 기질 102 : 유기 BARC막100 substrate 102 organic BARC film

104 : 포토레지스트막104: photoresist film

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 패터닝 대상의 기질과 포토레지스트막 사이에 유기 BARC막을 추가해서 반도체소자의 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 기질 상부에 유기 BARC막을 코팅하는 단계와, 전자빔 전면 조사공정을 실시하여 유기 BARC막을 경화시키는 단계와, 유기 BARC막 상부에 포토레지스트막을 형성하는 단계와, 사진 공정을 진행하여 포토레지스트막을 패터닝하고 포토레지스트 패턴에 의해 드러난 유기 BARC막과 기질을 식각해서 소정의 패턴을 형성하는 단계와, 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a fine pattern of a semiconductor device by adding an organic BARC film between the substrate to be patterned and the photoresist film, coating the organic BARC film on the substrate, electron beam front irradiation Performing a process to cure the organic BARC film, forming a photoresist film on the organic BARC film, and performing a photo process to pattern the photoresist film, and etching the organic BARC film and the substrate exposed by the photoresist pattern. Forming a pattern of and removing the photoresist pattern.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법을 설명하기 위한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 방법을 설명하면 다음과 같다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device using an organic BARC according to the present invention. Referring to this, the method of the present invention will be described below.

우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판에서 선택적으로 식각하고자 하는 기질(100) 상부에 유기 BARC막(102)을 200Å∼1500Å으로 코팅하고 전자빔 전면 조사공정을 실시하여 유기 BARC막(102)을 경화시킨다.First, as shown in FIG. 4A, the organic BARC film 102 is coated with 200 1 to 1500 Å on the substrate 100 to be selectively etched in the semiconductor substrate, and an electron beam front irradiation process is performed to perform the organic BARC film 102. Harden.

여기서, 전자빔 전면 조사공정은 원하는 패턴의 CD를 확보하기 위해서 전자 빔 조사 조건과 균일한 전면 조사 조건이 매우 중요하다. 이를 위한 공정 조건은 공정 압력을 10mmTorr∼50mmTorr, 가속 전압을 1keV∼50keV, 전자 영역을 0.1㎛∼12㎛, 공정 온도를 20℃∼400℃로 하고 질소, 산소, 아르곤, 헬륨의 분위기하에서 진행하고 조사 조절 조건을 다중 조사 또는 다중 전압으로 한다.In the electron beam front irradiation process, electron beam irradiation conditions and uniform front irradiation conditions are very important in order to secure a CD having a desired pattern. Process conditions for this are 10mmTorr-50mmTorr, 1keV-50keV acceleration voltage, 0.1㎛-12㎛ electron region, process temperature 20 ℃ -400 ℃, and proceed under the atmosphere of nitrogen, oxygen, argon and helium. The irradiation control condition is set to multiple irradiation or multiple voltage.

그 다음 도 4b에 도시된 바와 같이, 유기 BARC막(102) 상부에 포토레지스트막(104)을 형성하고 통상의 사진 공정을 진행하여 포토레지스트막(104)을 패터닝한다. 상기 전자빔 전면 조사 공정에 의해 유기 BARC막(102)은 매트릭스 수지의 활발한 라디칼 결합이 유도된다. 즉, 유기 BARC막 내 매트릭스 수지의 주쇄 또는 단말기의 절단에 의해 새로운 형태의 라디칼 결합이 발생하게 되고 이들 라디칼 사이의 결합에 의해 매트릭스 수지의 가교가 일어나서 유기 BARC막은 완전한 경화 상태를 갖게 된다. 이에 따라 본 발명의 유기 BARC막은 광 밀도와 굴절률이 증가되어 이후 패터닝 공정시 발생되는 정현파 반사 노칭과 기질로부터의 후면 회절 빛의 영향을 제거할뿐만 아니라 포토레지스트 코팅 공정시 경화된 BARC와 포토레지스트의 혼합이 일어나지 않아 안정된 포토레지스트 패턴을 얻을 수 있다.Next, as shown in FIG. 4B, the photoresist film 104 is formed on the organic BARC film 102, and the photoresist film 104 is patterned by performing a normal photographic process. Active radical bonding of the matrix resin is induced in the organic BARC film 102 by the electron beam front irradiation process. That is, a radical bond of a new type is generated by the cleavage of the main chain or the terminal of the matrix resin in the organic BARC film, and crosslinking of the matrix resin occurs by the bond between these radicals, so that the organic BARC film has a completely cured state. Accordingly, the organic BARC film of the present invention increases the optical density and refractive index, thereby eliminating the influence of sinusoidal reflection notching and back diffraction light from the substrate, which is generated during the patterning process, as well as of the cured BARC and photoresist during the photoresist coating process. No mixing occurs to obtain a stable photoresist pattern.

도면에 도시되지는 않았지만, 안정된 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 유기 BARC막과 기질을 식각한 후에 포토레지스트 패턴을 제거한다. 그러면, 안정된 포토레지스트 패턴의 프로파일에 의해 반도체 소자의 미세 패턴또한 안정되게 형성할 수 있다.Although not shown in the figure, the organic BARC film and the substrate are etched using the stable photoresist pattern as a mask, and then the photoresist pattern is removed. Then, the fine pattern of the semiconductor element can also be stably formed by the profile of the stable photoresist pattern.

본 발명에 사용된 유기 BARC막은 폴리 비닐 페놀계, 폴리 하이드록시 스타이렌계, 폴리 노르보넨계. 폴리 아다만계, 폴리 이미드계, 폴리 아크릴레이트계, 폴리메타 아크릴레이트계, 폴리 플루오린계로 이루어진 단중합체 또는 공중합체가 바람직하다. 또는 유기 BARC막은 에틸 3-에록시 프로피오네이트. 메틸 3-메톡시 프로피오네이트, 사이클로헥사논, 프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 메틸에틸케톤, 벤젠, 톨루엔, 디옥산, 디메텔 포름아미드로 이루어진 단독 용매 또는 이들의 혼합 용매가 바람직하다.Organic BARC membranes used in the present invention are polyvinyl phenolic, polyhydroxy styrene, polynorbornene-based. Preference is given to homopolymers or copolymers composed of poly adamant series, polyimide series, polyacrylate series, polymethacrylate series, polyfluorine series. Or the organic BARC membrane is ethyl 3-ethoxy propionate. Preference is given to single solvents or mixtures thereof consisting of methyl 3-methoxy propionate, cyclohexanone, propylene glycol methyl ether acetate, methylethylketone, benzene, toluene, dioxane, dimethel formamide.

그리고, 본 발명에서 이용된 유기 BARC막은 열광산 발생제가 함유되거나 일차 아민, 이차 아민 또는 삼차 아민류 첨가제가 함유되어 있는 것을 사용한다. 또한 노광 파장에 대한 광을 흡수하는 안트라센이 함유된 것을 사용한다. 이때, 본 발명의 제조 공정에서 열광산 발생제를 사용하지 않아도 되는데, 그 이유는 전자빔 전면 조사 공정에 의해서도 충분히 열가교 결합을 유도하기 때문에 열광산 발생제의 사용시 발생되는 화학 가스의 생성을 막아 노광 장비의 오염과 공정의 열화를 예방할 수 있다.The organic BARC film used in the present invention uses a thermal photoacid generator or a primary amine, secondary amine or tertiary amine additive. Moreover, the thing containing anthracene which absorbs light with respect to an exposure wavelength is used. In this case, the thermal photoacid generator does not need to be used in the manufacturing process of the present invention, because the thermal crosslinking bond is sufficiently induced even by the electron beam front irradiation process, thereby preventing the generation of chemical gases generated when the thermal photoacid generator is used. Contamination of equipment and process deterioration can be prevented.

다음은 본 발명의 다양한 실시예에 대해 설명한다.The following describes various embodiments of the present invention.

[실시예 1]Example 1

실시예 1에는 폴리 아클릴 레이트계의 유기 BARC막을 기질 위에 1000Å 정도 코팅한 후에 상온에서 50keV의 전압 조건으로 10초씩 4단계로 나누어 전자빔 전면 노광 공정을 실시한다. 전면 조사된 전자빔에 의해 유기 BARC막은 충분히 열가교된다. 열가교된 유기 BARC막 상부에 화학증폭형의 KrF용 폴리하이드록시 스타일렌계의 레지스트를 0.56㎛ 두께로 코팅한 후에 90℃에서 90초동안 소프트 베이킹을 하여 레지스트내의 용매를 제거한다. 그런 다음 KrF 노광기를 이용한 180nm 라인과 스페이스의 패턴을 형성하기 위하여 노광 공정을 실시하고 노출 베이킹 공정을 110℃에서 90초동안 실시한 후에 2.38wt%의 TMAH 현상을 이용하여 폴리 하이드록시 스타일렌계의 레지스트를 현상함으로써 180nm 라인과 스페이스를 갖는 안정된 프로파일의 포토레지스트 패턴을 형성한다.In Example 1, an organic BARC film of polyacrylate was coated on a substrate at about 1000 mV, and the electron beam full exposure process was performed in four steps of 10 seconds at a temperature of 50 keV at room temperature. The organic BARC film is sufficiently thermally crosslinked by the front-irradiated electron beam. The chemically amplified polyhydroxy styrene-type resist for KrF was coated on the thermally crosslinked organic BARC film to a thickness of 0.56 μm, followed by soft baking at 90 ° C. for 90 seconds to remove the solvent from the resist. Then, an exposure process was performed to form a pattern of 180 nm lines and spaces using a KrF exposure machine, and an exposure baking process was performed at 110 ° C. for 90 seconds, and then a polyhydroxy styrene-based resist was formed using a 2.38 wt% TMAH phenomenon. By developing, a stable profile photoresist pattern having a 180 nm line and space is formed.

[실시예 2]Example 2

실시예 2에는 폴리 메타아클릴레이트계의 유기 BARC막을 기질 위에 1200Å 정도 코팅한 후에 30℃에서 50keV의 전압 조건으로 12초씩 4단계로 나누어 전자빔 전면 노광 공정을 실시하여 유기 BARC막을 충분히 열가교시킨다. 열가교된 유기 BARC막 상부에 화학증폭형의 KrF용 폴리하이드록시 스타일렌계의 레지스트를 0.76㎛ 두께로 코팅한 후에 90℃에서 90초동안 소프트 베이킹을 하여 레지스트내의 용매를 제거한다. 그런 다음 KrF 노광기를 이용한 140nm 라인과 스페이스의 패턴을 형성하기 위하여 노광 공정을 실시하고 노출 베이킹 공정을 110℃에서 90초동안 실시한 후에 2.38wt%의 TMAH 현상을 이용하여 상기 레지스트를 현상함으로써 140nm 라인과 스페이스를 갖는 안정된 프로파일의 포토레지스트 패턴을 형성한다.In Example 2, after coating the poly methacrylate organic BARC film on the substrate at about 1200 Å, the organic BARC film was sufficiently thermally crosslinked by performing an electron beam all-over exposure process in 12 seconds at 30 ° C. under a voltage condition of 50 keV. The chemically amplified polyhydroxy styrene-type resist for KrF on the thermally crosslinked organic BARC film was coated with a thickness of 0.76 μm, followed by soft baking at 90 ° C. for 90 seconds to remove the solvent from the resist. Then, an exposure process was performed to form a pattern of 140 nm lines and spaces using a KrF exposure machine, and an exposure baking process was performed at 110 ° C. for 90 seconds, and then the resist was developed using a 2.38 wt% TMAH phenomenon. A photoresist pattern of stable profile with spaces is formed.

[실시예 3]Example 3

실시예 3에는 폴리 메타아클릴레이트계의 유기 BARC막을 기질 위에 800Å 정도 코팅한 후에 30℃에서 40keV의 전압 조건으로 10초씩 4단계로 나누어 전자빔 전면 노광 공정을 실시함으로써 유기 BARC막을 충분히 열가교시킨다. 열가교된 유기 BARC막 상부에 화학증폭형의 ArF용 폴리노르보넨계의 레지스트를 0.35㎛ 두께로 코팅한 후에 110℃에서 90초동안 소프트 베이킹을 하여 레지스트내의 용매를 제거한다. 그런 다음 ArF 노광기를 이용한 100nm 라인과 스페이스의 패턴을 형성하기 위하여 노광 공정을 실시하고 노출 베이킹 공정을 130℃에서 90초동안 실시한 후에 2.38wt%의 TMAH 현상을 이용하여 상기 레지스트를 현상함으로써 100nm 라인과 스페이스를 갖는 안정된 프로파일의 포토레지스트 패턴을 형성한다.In Example 3, an organic BARC film was thermally crosslinked by coating the polymethacrylate-based organic BARC film on a substrate at about 800 kPa and performing an electron beam all-over exposure process by dividing the organic BARC film in four steps of 10 seconds at a temperature of 40 keV at 30 ° C. The chemically amplified polynorbornene-based resist for ArF on the thermally crosslinked organic BARC film was coated with a thickness of 0.35 μm, followed by soft baking at 110 ° C. for 90 seconds to remove the solvent in the resist. Then, an exposure process was performed to form a pattern of a 100 nm line and a space using an ArF exposure machine, and an exposure baking process was performed at 130 ° C. for 90 seconds, and then the resist was developed using a 2.38 wt% TMAH phenomenon to develop a 100 nm line and a space. A photoresist pattern of stable profile with spaces is formed.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 방법을 적용하여 유기 BARC를 코팅한 후에 전자빔 전면 조사공정을 실시할 경우 얻어진 안정된 소자 패턴의 프로파일을 나타낸 단면도들이다.5A and 5B are cross-sectional views showing profiles of stable device patterns obtained when an electron beam front irradiation process is performed after coating an organic BARC by applying the method of the present invention.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조 방법을 적용할 경우 푸팅 또는 언더커팅 현상이 제거된(도면 부호 A참조) 안정된 포토레지스트 패턴의 프로파일을 확보하여 반도체 소자의 미세 패턴(100')또한 안정된 형태로 형성할 수 있다.As shown in FIGS. 5A and 5B, when the manufacturing method of the present invention is applied, a fine pattern 100 of a semiconductor device may be obtained by securing a profile of a stable photoresist pattern in which a footing or undercut phenomenon is removed (see reference numeral A). It can also be formed in a stable form.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 방법을 이용하게 되면, 다음과 같은 효과가 있다.As described above, using the method according to the present invention has the following effects.

첫째 유기 BARC막의 열가교 반응이 활발하고 균일하게 되어 포토레지스트의 광 밀도와 굴절률이 증가되고 이후 패터닝 공정시 발생되는 정현파 반사 노칭과 기질로부터의 후면 회절 빛의 영향이 제거된다.First, the thermal crosslinking reaction of the organic BARC film becomes active and uniform, thereby increasing the optical density and refractive index of the photoresist and removing the influence of sinusoidal reflection notching and back diffraction light from the substrate, which are generated during the patterning process.

둘째 포토레지스트 코팅 공정시 경화된 BARC와 포토레지스트의 혼합이 일어나지 않아 안정된 포토레지스트 패턴을 얻을 수 있다. 그 결과, 반도체 소자의 미세 패턴 제조 공정시 안정된 포토레지스트 패턴의 프로파일로 인해 소자 패턴의 균일하고 정확한 CD를 확보할 수 있어 고집적 반도체의 리소그래피 기술을 크게 향상시킬 수 있다.Second, the mixing of the cured BARC and the photoresist does not occur during the photoresist coating process to obtain a stable photoresist pattern. As a result, a uniform and accurate CD of the device pattern can be secured due to the stable profile of the photoresist pattern during the micropattern manufacturing process of the semiconductor device, thereby greatly improving the lithography technology of the highly integrated semiconductor.

셋째, 본 발명은 종래 유기 BARC의 한계를 극복하기 위해 사용한 열광산 발생제로 인한 노광 작업의 열화를 개선할 수 있다.Third, the present invention can improve the deterioration of the exposure operation due to the thermal photoacid generator used to overcome the limitations of the conventional organic BARC.

Claims (8)

패터닝 대상의 기질과 포토레지스트막 사이에 유기 하부 반사방지막을 추가해서 반도체소자의 미세 패턴을 형성하는 방법에 있어서,In the method of forming a fine pattern of a semiconductor device by adding an organic lower anti-reflection film between the substrate to be patterned and the photoresist film, 상기 기질 상부에 유기 하부 반사방지막을 코팅하는 단계;Coating an organic lower antireflection film on the substrate; 전자빔 전면 조사공정을 실시하여 상기 유기 하부 반사방지막을 경화시키는 단계;Performing an electron beam entire surface irradiation process to cure the organic lower anti-reflection film; 상기 유기 하부 반사방지막 상부에 포토레지스트막을 형성하는 단계;Forming a photoresist film on the organic lower anti-reflection film; 사진 공정을 진행하여 포토레지스트막을 패터닝하고 포토레지스트 패턴에 의해 드러난 유기 하부 반사방지막과 기질을 식각해서 소정의 패턴을 형성하는 단계; 및Performing a photolithography process to pattern the photoresist film and etching the organic lower antireflection film and the substrate exposed by the photoresist pattern to form a predetermined pattern; And 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법.The method of forming a fine pattern of a semiconductor device using an organic BARC comprising the step of removing the photoresist pattern. 제 1항에 있어서, 상기 유기 하부 반사방지막은 폴리 비닐 페놀계, 폴리 하이드록시 스타이렌계, 폴리 노르보넨계. 폴리 아다만계, 폴리 이미드계, 폴리 아크릴레이트계, 폴리메타 아크릴레이트계, 폴리 플루오린계로 이루어진 단중합체 또는 공중합체인 것을 특징으로 하는 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법.The method of claim 1, wherein the organic lower antireflection film is polyvinyl phenol-based, poly hydroxy styrene-based, poly norbornene-based. A method for forming a fine pattern of a semiconductor device using an organic BARC, characterized in that the homopolymer or copolymer consisting of poly adamant, polyimide, poly acrylate, polymethacrylate, polyfluorine. 제 1항에 있어서, 상기 유기 하부 반사방지막은 에틸 3-에록시 프로피오네이트. 메틸 3-메톡시 프로피오네이트, 사이클로헥사논, 프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 메틸에틸케톤, 벤젠, 톨루엔, 디옥산, 디메텔 포름아미드로 이루어진 단독 용매 또는 이들의 혼합 용매인 것을 특징으로 하는 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법.The method of claim 1, wherein the organic lower antireflection film is ethyl 3-ethoxy propionate. Organic BARC characterized by being a single solvent or a mixed solvent of methyl 3-methoxy propionate, cyclohexanone, propylene glycol methyl ether acetate, methylethylketone, benzene, toluene, dioxane, dimethel formamide Method for forming a fine pattern of a semiconductor device using. 제 1항에 있어서, 상기 유기 하부 반사방지막은 열광산 발생제가 함유된 것을 특징으로 하는 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법.The method of claim 1, wherein the organic lower anti-reflection film contains a thermal photoacid generator. 제 1항에 있어서, 상기 유기 하부 반사방지막은 일차 아민, 이차 아민 또는 삼차 아민류 첨가제가 함유된 것을 특징으로 하는 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법.The method of claim 1, wherein the organic lower anti-reflection film contains a primary amine, a secondary amine, or a tertiary amine additive. 제 1항에 있어서, 상기 유기 하부 반사방지막은 노광 파장에 대한 광을 흡수하는 안트라센이 함유된 것을 특징으로 하는 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법.The method of claim 1, wherein the organic lower anti-reflective coating contains anthracene that absorbs light with respect to an exposure wavelength. 제 1항에 있어서, 상기 유기 하부 반사방지막의 코팅 두께는 200Å∼1500Å인 것을 특징으로 하는 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법.The method of claim 1, wherein the organic anti-reflection coating has a coating thickness of about 200 mW to about 1500 mW. 제 1항에 있어서, 상기 전자빔 전면 조사공정은 공정 압력을 10mmTorr∼50mmTorr, 가속 전압을 1keV∼50keV, 전자 영역을 0.1㎛∼12㎛, 공정 온도를 20℃∼400℃로 하고 질소, 산소, 아르곤, 헬륨의 분위기하에서 진행하고 조사 조절 조건을 다중 조사 또는 다중 전압으로 하는 것을 특징으로 하는 유기 BARC를 이용한 반도체소자의 미세 패턴 형성방법.The method of claim 1, wherein the electron beam front irradiation step is performed with a process pressure of 10 mmTorr to 50 mmTorr, an acceleration voltage of 1 keV to 50 keV, an electron range of 0.1 μm to 12 μm, a process temperature of 20 ° C. to 400 ° C., and nitrogen, oxygen, and argon. And forming a fine pattern of a semiconductor device using an organic BARC characterized in that it proceeds in an atmosphere of helium and the irradiation control condition is a multi-irradiation or a multi-voltage.
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