KR20030049199A - Ｒｅｌａｃｓ 물질을 이용하여 패턴 붕괴를 방지하는 방법 - Google Patents

Ｒｅｌａｃｓ 물질을 이용하여 패턴 붕괴를 방지하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 Relacs (resist enhancement lithography assisted by chemical shrink) 물질을 이용하여 패턴 붕괴를 방지하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피식각층 상부에 포토레지스트 물질을 도포하기 전에 Relacs 물질을 먼저 도포하고, 그 위에 포토레지스트 물질을 도포한 다음 가열함으로써 패턴 붕괴를 방지할 수 있는 포토레지스트 패턴 형성방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 도포된 포토레지스트 물질과 Relacs 물질의 계면에서 가교반응이 일어나서, 포토레지스트 물질이 피식각층 상부에 단단히 고정되므로 현상 공정 등에서 패턴이 쉽게 쓰러지는 것을 방지할 수 있다.

Description

Ｒｅｌａｃｓ 물질을 이용하여 패턴 붕괴를 방지하는 방법{Pattern Collapse inhibiting method using RELACS material}
본 발명은 Relacs (resist enhancement lithography assisted by chemical shrink) 물질을 이용하여 패턴 붕괴를 방지하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피식각층 상부에 포토레지스트 물질을 도포하기 전에 Relacs 물질을 먼저 도포하고, 그 위에 포토레지스트 물질을 도포한 다음 가열함으로써 패턴 붕괴를 방지할 수 있는 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
근래에 디바이스가 점점 미세화 되어감에 따라 포토레지스트의 코팅 두께도 함께 낮아지는 추세에 있고, 또한 포토레지스트의 코팅 두께가 낮아짐으로 인해 후속 공정인 식각 공정에서 피식각층을 효과적으로 제거하지 못하게 되어 회로 형성이 불가능해지는 문제점이 있다. 이에 대한 해결책으로 새로운 식각 공정을 개발하거나 또는 하드 마스크 공정을 추가로 도입할 수 있는데, 이러한 해결책은 생산 단가를 높이는 문제점을 야기하고, 종횡비(aspect ratio; 포토레지스트 두께, 즉 형성된 패턴의 높이/선폭)를 높이게 되면 패턴이 붕괴하는 문제가 발생한다.
한편, 일반적인 리소그래피 공정에 의하여 포토레지스트 패턴을 형성한 다음에는 반도체 기판을 스핀시키면서 스핀 장치의 상부로부터 초순수 (deionized water)를 분사시켜서 반도체 기판을 세정하는 과정을 거치는데, 이 과정에서 초순수의 표면장력이 높아 패턴이 쓰러지는 문제점이 발생한다. 이를 위해 초순수의 표면장력을 낮추고자, 초순수에 첨가제 또는 계면활성제를 넣어 포토레지스트 패턴 붕괴를 개선시키고자 노력해 왔으나, 이는 현재 기존의 중앙공급식 초순수 공급체계에 비추어 볼 때 새로운 초순수 공급 라인을 만들어야 한다는 문제점을 안고 있다.
이러한 이유로 포토레지스트의 기판에 대한 접착력을 향상시키기 위해 많은 노력을 기울였으나 뚜렷한 결과를 얻지 못하고 있다.
포토레지스트 패턴의 붕괴는 형성된 포토레지스트 패턴의 높이가 임계 높이를 넘었을 때 모세관력 (capillary force)이 포토레지스트 자체의 탄성력을 능가하게 되어 패턴이 쓰러지게 되는 것이다.
따라서 포토레지스트 내부의 탄성을 증가시키거나, 포토레지스트 자체의 표면장력을 낮춰 피식각층과 포토레지스트 사이의 부착력을 높임으로써 패턴 붕괴를 방지할 수 있다.
이에 본 발명자들은 상기한 문제점 해결을 위하여 노력하여 오던 중, Relacs 물질을 감광제 밑에 도포하여 감광제와 가교시키면 현상시 패턴이 붕괴되는 것을 효과적으로 방지할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 Relacs 물질을 이용하여 포토레지스트 패턴 붕괴를 방지하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 공정을 나타낸 개요도.
도 2는 실시예 1에서 얻은 패턴 사진.
도 3은 실시예 2에서 얻은 패턴 사진.
도 4는 비교예에서 얻은 패턴 사진.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 피식각층 상부에 포토레지스트 물질을 도포하기 전에 Relacs 물질을 먼저 도포하고, 그 위에 포토레지스트 물질을 도포한 다음 가열함으로써 패턴 붕괴를 방지할 수 있는 포토레지스트 패턴 형성방법을 제공한다.
Relacs (resist enhancement lithography assisted by chemical shrink) 물질이란, 클라리언트 (Clariant)사에서 라이선스를 가지고 상품화하고 있는 물질로서, 주로 콘택홀의 크기를 축소시키는 공정에 사용되고 있다 (Laura J. Peters, "Resist Join the Sub-λ Revolution",Semiconductor International,Sep. 1999; Toshiyuki Toyoshima, "0.1㎛ Level contact hole pattern formation with KrF lithography by Resist Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink", IEEE, 1998). 본 발명에서는 이러한 Relacs 물질을 이용하여 포토레지스트 패턴의 식각 특성을 향상시키고자 한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서는 Relacs 물질을 이용하여 포토레지스트 패턴의 붕괴를 방지하는 방법을 제공하는데, 구체적으로,
(a) 피식각층 상부에 난반사 방지막을 도포하는 단계;
(b) 상기 난반사 방지막 상부에 Relacs 물질을 도포하는 단계;
(c) 상기 Relacs 물질 상부에 포토레지스트 막을 도포하여 가열하는 단계; 및
(d) 상기 포토레지스트 막을 선택적으로 노광 및 현상하여 포토레지스트 막과 Relacs 물질의 경계면에서 가교 결합이 형성된 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴 형성방법을 제공한다.
도 1은 피식각층 상부에 난반사 방지막을 도포한 다음, 그 위에 Relacs 물질을 도포하고, 그 위에 감광제를 도포하는 경우를 나타낸다 [도 1의 (a)∼(c) 참조]. 이때 Relacs 물질의 도포 두께는 200∼600Å, 감광제 도포 두께는 2400∼3500Å인 것이 바람직하다.
본 발명의 패턴 형성 공정에서는 감광제를 도포한 다음, 가열하면 난반사 방지막에서 산이 Relacs 물질 쪽으로 확산되면서 Relacs 물질과 감광제가 접촉하는 부위에서 가교 반응이 일어나는데, 이러한 가교 결합이 패턴이 붕괴되는 것을 효과적으로 막아준다.
상기 가교반응 기전을 보다 상세히 설명하면, 가열에 의하여 BARC에 포함된 열산 발생제 등의 물질에서 산이 발생되어 BARC 자체에서 가교반응이 일어나고, 여기서 발생된 산이 Relacs 물질 쪽으로 확산되면서 BARC와 Relacs 물질간에 가교반응이 일어나고, Relacs 물질 쪽으로 확산된 산이 다시 감광제로 확산되면서 Relacs 물질과 감광제간에 다시 가교반응이 일어난다. 즉, 피식각층 상부에 도포된 BARC, Relacs 물질 및 감광제가 모두 가교반응에 의해 단단히 고정된 것과 같은 효과를 낼 수 있게 된다.
한편, 상기 (c) 단계의 가열 온도는 150∼250℃인 것이 바람직하다.
또한, 상기 포토레지스트 막에 사용되는 포토레지스트는 ArF용 포토레지스트, KrF용 포토레지스트 및 VUV용 포토레지스트로 사용가능한 것이면 무엇이든 사용할 수 있다.
구체적으로 본 발명에서는 포토레지스트 중합체로는 (i) 아크릴레이트계 중합체; (ii) 사이클로올레핀게 단량체들과 말레익안하이드라이드의 공중합체 (COMA형 중합체); 또는 (iii) 상기 (i) 및 (ii)의 혼합 중합체 등을 사용할 수 있다.
이때 COMA형 중합체는 화학식 1의 중합반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
상기 식에서,
X1, X2, Y1, Y2, Z1및 Z2는 각각 CH2또는 CH2CH2이고,
R1, R3및 R4는 각각 수소; 또는 치환되거나 치환되지 않은 C1∼C10알킬이며,
R2는 C1∼C10히드록시알킬이고,
R*는 산에 민감한 보호기(acid labile protecting group)이며,
p, q 및 r 은 각각 0∼2 중에서 선택되는 정수이고,
a : b : c : d 는 5∼90 mol% : 5∼90 mol% : 0∼90 mol% : 0∼90 mol%이다.
또한, 상기 노광공정의 노광원은 VUV, ArF, KrF, EUV, E-빔, X-선 또는 이온빔 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 또한 상기 패턴 형성방법에 의하여 제조된 반도체 소자를 제공한다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. Relacs 물질을 이용한 미세 패턴 형성 (1)
웨이퍼에 난반사 방지막을 390Å의 두께로 도포한 후 Relacs 물질을 300Å의 두께로 도포하였다. 그 위에 메타크릴레이트계의 ArF용 감광제인 클라리언트 (Clariant)사의 AX1020P를 2800Å으로 도포하고, 120℃/60s로 가열한 후 ArF용 노광장비로 노광하였다. 노광 후에 120℃/90s로 다시 가열하고 현상하여 패턴 붕괴가 일어나지 않은 100nm L/S 패턴을 얻었다 (도 1 참조).
실시예 2. Relacs 물질을 이용한 미세 패턴 형성 (2)
Relacs 물질을 200Å, 감광제를 3500Å의 두께로 도포하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 100nm L/S 패턴을 얻었다 (도 2 참조).
비교예
Relacs 물질을 도포하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행한 결과 도 4와 같이 패턴이 붕괴되었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 Relacs 물질을 감광제 하부에 도포하여 감광제와 직접 가교반응을 일으킴으로써 현상시 발생되는 패턴 붕괴를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한 이로 인하여 패턴의 종횡비를 증가시킬 수 있어 소자의 고집적화에 기여할 수 있다.

Claims (6)

  1. (a) 피식각층 상부에 난반사 방지막을 도포하는 단계;
    (b) 상기 난반사 방지막 상부에 Relacs 물질을 도포하는 단계;
    (c) 상기 Relacs 물질 상부에 포토레지스트 막을 도포하여 가열하는 단계; 및
    (d) 상기 포토레지스트 막을 선택적으로 노광 및 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 가열 온도는 150∼250℃인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토레지스트 막에 사용되는 포토레지스트 중합체는 (i) 아크릴레이트계 중합체; (ii) 사이클로올레핀게 단량체들과 말레익안하이드라이드의 공중합체 (COMA형 중합체); 및 (iii) 상기 (i)과 (ii)의 혼합 중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중합체는 하기 화학식 1의 중합반복단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
    [화학식 1]
    상기 식에서,
    X1, X2, Y1, Y2, Z1및 Z2는 각각 CH2또는 CH2CH2이고,
    R1, R3및 R4는 각각 수소; 또는 치환되거나 치환되지 않은 C1∼C10알킬이며,
    R2는 C1∼C10히드록시알킬이고,
    R*는 산에 민감한 보호기(acid labile protecting group)이며,
    p, q 및 r 은 각각 0∼2 중에서 선택되는 정수이고,
    a : b : c : d 는 5∼90 mol% : 5∼90 mol% : 0∼90 mol% : 0∼90 mol%이다.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광공정의 노광원은 VUV, ArF, KrF, EUV, E-빔, X-선 및 이온빔으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
  6. 제 1 항 기재의 방법에 의하여 제조된 반도체 소자.
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