KR100581450B1

KR100581450B1 - 심자외선포토리소그래피프로세스

Info

Publication number: KR100581450B1
Application number: KR1019980040452A
Authority: KR
Inventors: 치지안 루
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2006-07-25
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: EP0905565A1; JPH11162846A; CN1213789A; TW398030B; KR19990030227A; CN1182440C

Abstract

개시내용은 포토레지스트 분해도(resolution)와 프로세스 창(window)을 개선하기 위한 비반사층(anti-reflective layer)(202) 제조 방법이다. 이 방법은 제 1 분량의 유기 비반사 화학물질을 제공하는 단계; 제 1 분량의 약 0.01 내지 30%인 제 2 분량의 광산 형성(기) 화학물질(photo-acid generator chemical) 을 제공하는 단계; 그리고 제 1 분량의 유기 비반사 화학물질과 제 2 분량의 광산 형성 화학물질을 실질적으로 동시에 혼합하여 노광된 영역의 아래에 산의 레벨이 증가된 강화(enhanced) 비반사 화학물질을 형성하는 단계를 포함한다. 강화 비반사 화학물질의 산 레벨의 증가는 비반사 코팅(ARC)의 경계(202)에서 이어서 스핀 코팅되는 심자외선 포토레지스트층(206)의 산 손실의 효과를 최소화시킨다.

Description

심자외선 포토리소그래피 프로세스{IMPROVED DEEP ULTRA VIOLET PHOTOLITHOGRAPHY}

본 발명은 반도체 장치의 제조에 관한 것이다. 더 상세히 말하면, 심자외선(deep ultra violet) 포토리소그래피에서 포토레지스트 현상의 분해도와 프로세스 윈도우를 개선하는 방법에 관한 것이다.

반도체 집적 회로의 제조에 있어서, 공지된 포토리소그래피 기술들이 여러 레벨의 집적 회로 칩에 다양한 기능적 피쳐(feature)를 패턴화하는데 사용된다. 일반적으로, 포토리소그래피는 포토레지스트가 코팅된 실리콘 웨이퍼 영역들을 방사 패턴에 선택적으로 노광시키고, 이어서 금속화층, 폴리실리콘층, 및 유전체층과 같은 웨이퍼 층들의 영역을 차후 에칭 과정으로부터 선택적으로 보호하기 위해 노광된 포토레지스트를 현상하는 단계를 포함한다.

일반적으로, 포토레지스트는 전형적으로 실리콘 웨이퍼의 선택된 층에 스핀-코팅된, 방사에 민감한 재료이다. 포토레지스트 재료는 노광되는 동안 그것이 빛 방사에 화학적으로 어떻게 반응하는가에 따라 양성 또는 음성으로 분류된다. 양성포토레지스트는 방사에 노광되면 더욱 녹기 쉬워져서 현상 프로세스에서 더욱 쉽게 제거된다. 반대로, 음성 포토레지스트는 방사에 노광되면 일반적으로 더욱 녹기 어려워져서 노광되지 않은 영역의 제거를 가능하게 한다. 비록 0.35 미크론 기술 및 그 이상의 경우에는 전통적인 I 라인 포토리소그래피 프로세스가 피쳐 패터닝에 적합하지만, 집적 회로에서의 피쳐의 크기가 점점 축소됨에 따라, 패턴화된 포토레지스트는 다수의 분해도 한계를 나타내 왔다.

이 문제에 대처하기 위해, 포토리소그래피 기술자들은 전통적인 I-라인 파장(즉, 365㎚) 보다 짧은 파장의 사용을 가능하게 하는 광학 기술을 구현해 왔다. 예를 들어, 다수의 통상적인 포토리소그래피 프로세스는 현재 심자외선 "DUV" 파장(예를 들어248㎚파장)을 구현하고 있다. 포토리소그래피 프로세스에 DUV 파장을 구현한 결과, 더 짧은 파장과 상호작용하기 위한 다수의 DUV 포토레지스트들도 또한 개발되었다. 기술자들이 I-라인 포토리소그래피에 사용된 전통적인 포토레지스트들이 DUV 파장에서는 불투명한 광학적 특성을 나타낸다는 것을 알게 되었을 때에 DUV에 특유한 포토레지스트(DUV specificphotoresists)의 필요성이 필요조건이 되었다. 통상적으로, DUV 포토레지스트는 두 가지의 기본 성분을 가지는데, 이는 디프로텍션 그룹(deprotection groups)을 가진 중합체 수지와 광산 발생제 화학물질(PAG)이다.

집적 회로의 기하학적 형상을 형성하기 위해 양성 DUV 포토레지스트층이 선택적으로 노광될 때, DUV 포토레지스트의 노광된 영역에 있는 PAG는 화학 분해되며 강산을 형성한다. 노광 후에, 웨이퍼는 가열판으로 옮겨지고, 노광 후 베이킹(PEB) 과정은 형성된 산으로 하여금 DUV 포토레지스트의 중합체 수지에 있는 디프로텍션 그룹에 촉매작용을 하도록 한다. 중합체 수지의 디프로텍션 그룹이 촉매작용을 받으면, 노광된 DUV 포토레지스트는 수성(aqueous base) 현상액에 녹게 된다. 이상적으로는, 하부층에 이르는 DUV 포토레지스트 재료의 모든 노광된 중합체 수지는 PEB 과정동안에 촉매작용을 해야 한다. 그러나, 다수의 작은 피쳐 기하학적 형상들을 자세히 살펴보면, 현상 후에 DUV 포토레지스트와 비반사층의 경계에 일정하지 않은 양의 DUV 포토레지스트가 잔존하여 공지된 풋팅(footing) 및 스커밍(scumming) 효과를 발생시킨다는 것이 관찰되었다.

이 문제를 설명하기 위해, 도 1a는 현상된 포토레지스트층(106)을 가진 반도체 기판(100)의 횡단면도를 도시하고 있다. 반도체 장치(100)는 차후 에칭작용의 목표가 되는 층(102)을 가진다. 통상적인 바닥 비반사층(BARL)(104)은 통상적으로 반사광을 막고 임계 치수(CD)를 더 잘 조절하기 위해 층(102) 위에 제공된다. 마지막으로, 양성 DUV 포토레지스트층(106)이 BARL층(104) 위에 스핀-코팅된다. 다수의 예시적 피쳐 패턴이 레티클-스테퍼 장치에 의해 노광되고, PEB과정이 수행되고, 현상이 되고 난 후에, 분해도는 매우 불량해 진다. 도시된 바와 같이 DUV 포토레지스트(108)는 영역들(108a-108c)에 있는 현상되지 않은 포토레지스트 재료로 인해 불량한 분해도를 갖게 된다.

PAG의 산 화합물이 너무 일찍 소실되는 것도 불량한 분해도가 나타나는 한 요인으로 생각된다. 이러한 산 손실은 베이스중화, 증발 및 양자 모두를 포함하는 다수의 공지된 요인들에 기인한다. 어떤 경우에는, 공기와 포토레지스트 경계에서의 산 손실이 너무 심각하여 영역(108c)에서 도시된 바와 같이 매우 불량한 분해도가 나타날 수도 있다. 불량 분해도는 때때로 티탑(T-top)이라 불린다(즉, 접촉 구멍 구조(contact hole structures)에 대해서는 닫힌 패턴(closed pattern)이고, 라인/공간 구조(line/space structures)에 대해서는 다리 패턴(bridged)이다). 그 결과, 단지 DUV 포토레지스트층(106)의 표피만이 영역(108c)에 남게 된다.

산 손실은 또한 BARL층(104)과 DUV 포토레지스트층(106)의 경계에서도 발생할 수 있는데, 이는 산 확산과 산 중화에 기인하는 것으로 도 1b에 도시되어 있다. 따라서 도 1b는 다수의 산 확산 화살표(130)를 도시하고 있는데, 이는 DUV 포토레지스트층(106)으로부터의 산 손실을 그림으로 나타내고 있다. 경계(120)에서 산 손실이 일어날 때, 스커밍 또는 풋팅이라 불리는 불량 분해도 효과가 영역(108a)에 발생하고, 닫힌 패턴이 영역(108b)에 발생할 수 있다.

불량 분해도가 야기되는 다른 원인은 빛이 스테퍼 레티클을 통과하며 회절될 때 발생하는 가공 이미지 형성(aerial imaging)에 의한 것이다. 일 예로, 포토리소그래피 프로세스에 248㎚ 파장이 사용될 때, 약 175㎚의 임계 치수(CD)를 가진 구조들은 증가된 빛의 회절의 영향을 받을 것이다. 결과적으로, DUV 포토레지스트층(106) 위에 빛의 불량 가공 이미지가 형성되고, 따라서 BARL층(104) 경계(120)의 근처에서의 디프로텍션 반응에 촉매작용을 하는 강산을 발생시키는데 필요한 빛의 강도를 감소시킨다.

따라서, 상당한 양의 산 손실이 발생되면, DUV 포토레지스트층(106)과 비반사층(104)의 경계 근처 영역은 충분한 산을 발생시키지 않게 되어, 중합체 수지의 디프로텍션 그룹에 촉매작용하는데에 이용가능한 산의 양이 더 적어지게 된다. 중합체 수지의 디프로텍션 그룹이 충분히 촉매작용되지 않기 때문에, DUV 포토레지스트의 그 영역은 현상 단계 동안 불용성으로 남게 되어, 영역들(108a-108c)은 현상된 포토레지스트에 남을 것이다. 즉, 포토레지스트의 단지 일부만이 현상 단계 동안 녹을 것이고, 따라서 매우 불량한 피쳐 분해도를 나타낼 것이다. 불량한 포토레지스트 분해도는 특히 더 작은 집적 회로 피쳐 크기에 대한 계속적인 요청 면에서 문제가 된다.

본 발명은 포토리소그래피 프로세스에서 분해도 결함을 방지하기 위해 DUV 포토레지스트에서 산 손실을 감소시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

대체로 말하면, 본 발명은 DUV 포토레지스트 산 손실 및 불충분한 광 노출을 보상하도록 형성된 소정 분량의 광산 발생제(PAG)를 포함하는 개선된 비반사층을 제공함에 의해 상기한 기술적 과제를 해결한다. 본 발명은 프로세스, 장치, 시스템, 디바이스, 또는 방법을 포함하는 여러 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들이 아래에 설명된다.

일 실시예에서, 포토레지스트 분해도와 프로세스 윈도우를 개선하기 위한 비반사층의 제조 방법이 개시된다. 이 방법은, 제1 분량의 유기 비반사 화학물질을 제공하는 단계; 제 1 분량의 약 0.01-30%인 제 2 분량의 PAG 화학물질을 제공하는 단계; 및 제 1 분량의 유기 비반사 화학물질과 제 2 분량의 PAG 화학물질을 실질적으로 동시에 혼합하여 산의 레벨이 증가된 강화 비반사 화학물질을 형성하는 단계를 포함한다.

다른 실시예에서는, 심자외선 포토리소그래피 성층 구조물(deep ultra-violet photolithography layered structure)이 개시된다. 성층 구조물은 패터닝을 위해 선택된 베이스층을 포함한다. 또, 유기 중합체와 소정량의 첨가된 광산 발생제로 구성되는 강화 비반사층을 포함한다. 성층 구조는 또한 강화 비반사층상에 놓이는 심자외선 포토레지스트를 포함한다. 심자외선 포토레지스트는 광산 발생제 성분과 유기 중합체 수지 성분을 포함한다.

또 다른 실시예에서는, 심자외선 포토레지스트 이미지 형성 및 분해도를 개선하기 위해 비반사층을 형성하는 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템은 제 1 분량의 유기 비반사 화학물질을 제공하는 단계를 포함한다. 제 2 분량의 광산 발생제 화학물질을 제공하는 단계를 포함한다. 제 2 분량은 제 1 분량의 약 0.1 내지 약 12% 사이이다. 제 1 분량의 유기 비반사 화학물질과 제 2 분량의 광산 발생제 화학물질을 혼합하여 산의 레벨이 증가된 강화 비반사 화학물질을 형성한다.

일정 퍼센트의 광산 발생제 화학물질을 유기 중합체 비반사층에 첨가함으로 인해 상기한 포토레지스트 풋팅 및 스커밍 문제가 실질적으로 제거되는 장점이 있다. 그러므로, 포토레지스트와 바닥 비반사층의 경계에서 더 많은 산이 발생될 것이기 때문에, 훨씬 넓은 프로세스 윈도우가 얻어질 수 있으며, 특히 노광 조건이 존재할 때 그러하다. 본 발명의 다른 장점과 특징들은 본 발명의 원리의 예로서 도시되는 첨부 도면들을 참조한 아래의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명은 첨부 도면과 관련된 아래의 상세한 설명에 의해 용이하게 이해될 것이다. 여기서 동일한 도면 부호는 동일한 구조적 요소를 나타낸다.

DUV 포토레지스트 산 손실을 보상하도록 형성된 강화 비반사층을 제공함에 의해 DUV 포토레지스트 분해도를 개선하는 방법에 대한 발명이 개시된다. 아래의 설명에서, 본 발명에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 여러 구체적 세부 사항들이제시된다. 그러나, 본 발명은 이들 구체적 세부 사항들의 일부 또는 전부가 없어도 실시될 수 있음은 당업자에게는 이해될 것이다. 다른 경우에는, 불필요하게 본 발명을 모호하게 하지 않도록 하기 위해 공지된 프로세스 과정은 상세히 개시하지 않았다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 위에 놓인 층(202)을 가지는 반도체 기판(200)의 횡단면도이다. 일 실시예에서, 반도체 기판(200)은 집적 회로(IC)의 제조에 흔히 사용되는 실리콘 웨이퍼의 일부일 수도 있다. 그러한 IC에는 RAM, DRAM,SDRAM, ROM 등이 포함된다. 또한, ASIC, 병합 DRAM 논리(내장형 DRAM) 집적 회로 또는 다른 논리 회로들도 포함된다. 전형적으로, 다수의 IC들은 웨이퍼 상에 병렬로 형성된다. 공정이 종료된 후에, 웨이퍼는 별개의 IC들을 개개의 칩으로분리하기 위해 다이싱(dice)된다. 다음, 칩들은 패키지 되어 예를 들어 컴퓨터 시스템, 셀룰러 폰, PDA, 및 다른 전자제품과 같은 소비제품에 사용되는 최종 제품이 된다. 층(202)은 반도체 기판(200)상에 증착, 스퍼터링, 형성 또는 인가될 수 있는 어떠한 제조된 층이라도 무방하다. 이 실시예에서는, 층(202)은 IC 설계의 피쳐를 정의하기 위한 패터닝에 적합하도록 되어 있다.

일 예로, 층(202)은 연속적인 금속화층들 사이에서 절연체로 작용하는 이산화실리콘(SiO2)층과 같은 유전체층일 수 있다. 층(202)은 반도체 회로 설계에서 트랜지스터 게이트를 형성하기 위해 흔히 사용되는 알루미늄, 구리 또는 폴리실리콘일 수도 있다. 따라서, 층(202)은 차후 다수의 공지된 에칭 기술을 사용한 패턴화를 요하는 IC 설계에 있어서의 어떠한 층이라도 무방한 것으로 이해되어야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 강화 비반사층(204)이 상기 층(202)상에 인가된 후의 도 2의 횡단면도이다. 일 실시예에서, 강화 비반사층은 광산 발생제(PAG)를 포함한다. PAG는 노광 동안 산을 형성하여, 레지스트 바닥과 ARC의 경계에서 산 농도를 충분히 증가시켜 경계 및/또는 불충분한 노광에서의 산 손실을 보상한다. 그 결과, 적절한 베이킹(bake) 온도와 결합된 산은 중합체의 디프로텍션 반응에 촉매작용을 하여, 폴리머가 베이스 현상액에 녹을 수 있도록 한다.

강화 비반사층(204)은 통상적인 유기 비반사층이 제공되는 것과 유사한 방식으로 스핀-코팅된 층인 것이 바람직하다. 강화 비반사층을 증착하는 다른 적절한 방법도 또한 유용하다. 강화 비반사 혼합물은 예를 들어 비반사층(204)을 형성하는데 사용되는 유기 중합체 액체를 PAG와 혼합함으로써 제공된다. PAG의 양은 산 손실 또는 불충분한 산을 보상하기 위해 활성화되었을 때 강화 비반사층에 있는 산의 농도를 증가시키기에 충분해야 한다. 불충분한 양의 산은 예를 들어 레지스트풋팅을 야기한다. 일 예로, 강화 비반사층(204)을 형성하는 유기 중합체는 유기 중합체 부피의 약 0.01 내지 약 30% 사이의 PAG, 바람직하게는 유기 중합체 부피의 약 0.1 내지 약 6% 사이의 PAG, 가장 바람직하게는 유기 중합체 부피의 약1%의 PAG와 혼합된다(달리 언급되지 않는 한 모든 퍼센트는 부피 퍼센트이다). 이 방법으로, 강화 비반사층(204)은 차후 증착될 DUV 포토레지스트층으로부터 확산될 수도 있는 산의 양을 제한할 증가된 PAG 산 농도를 가질 것이다.

일반적으로, 유기 중합체에 첨가된 PAG는 통상, 인가 후 베이킹(PAB) 및 노광 후 베이킹(PEB)의 일부로서 수행되는 고온 프로세스 단계들 동안 충분히 안정한 것이 바람직하다. 일 예로, 일정 퍼센트의 PAG가 사실상 강화 비반사층(204)에 존재할 것이기 때문에, 그것이 PAB 및 PEB 온도에서도 안정하게 남아있는(즉, 분해되지 않는) 것이 중요하다. 일 실시예에서는, 적절하게 안정한 PAG 혼합물은 디페닐이오도니움 염 또는 다른 공지된 PAG 혼합물인 것이 바람직하다.

일반적으로, PAB 온도는 약 80℃ 내지 약 150℃ 사이의 범위이며, 가장 바람직하게는 약 100℃이다. PEB 온도는 일반적으로 약 90℃ 내지 약 150℃ 사이의 범위이며, 가장 바람직하게는 약 135℃이다. 이러한 프로세스 조건하에서, PAG 성분은 열적으로 안정해야 하고, 강화 비반사층(204)의 유기 중합체와 반응하지 않아야 한다.

이 실시예에서, 강화 비반사층(204)의 바람직한 두께는 약 300Å 내지 약 2000Å 사이이며, 더 바람직하게는 약 500Å 내지 약 900Å 사이이며, 가장 바람직하게는 약 1000Å이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 강화 비반사층(204)상에 DUV 포토레지스트층(206)이 스핀-코팅된 후의 도 3의 횡단면도이다. 비록 구체적인 예와 장점들이 특히 양성 포토레지스트에 대해 설명되지만, 본 발명의 실시예들이 음성 포토레지스트에도 적용될 수 있음은 쉽게 이해될 것이다. 이 실시예에서는, DUV 포토레지스트는 양성 포토레지스트로서 UV2HS, UV4HS, UV6HS 또는 중합체 수지 성분(즉, 매트릭스(matrix)로서) 및 광산 발생제(PAG) 성분을 가지는 임의의 다른적절한 양성 포토레지스트일 수 있다. 이들 예시적 포토레지스트들은 메사추세츠주의 말보로에 있는 Shipley Co. 에서 얻을 수 있다. 이 실시예에서는, DUV 포토레지스트층(206)이 약 4000Å 내지 약 15000Å의 두께로, 더 바람직하게는 약6000Å 내지 약 7000Å의 두께로, 가장 바람직하게는 약 6500Å의 두께로 스핀-코팅되는 것이 바람직하다.

DUV 포토레지스트층(206)이 강화 비반사층(204)상에 제공되면, 용제(solvent)를 뽑아내고 포토레지스트 재료가 노광되기전에 충분히 경화되는 것을 보장하기 위해 웨이퍼가 가열판(hot plate)상에서 PAB되는 것이 바람직하다. PAB가 종료되면, 웨이퍼는 스테퍼 장치로 이동되어 DUV 포토레지스트층(206)의 선택된 부분을 DUV 파장(예를 들어 248㎚ 또는 193㎚)의 빛에 노광시킨다. 보통, 스테퍼 장치는 DUV 파장광(400)의 도움으로 DUV 포토레지스트층(206)상으로 전사될 소정의 패턴을 포함하는 레티클(reticle)을 가진다. DUV 포토레지스트층(206)이 노광되면, 노광된 영역은 강산(402)을 발생시킨다.

강화 비반사층(204)이 일정 퍼센트의 PAG를 포함하고 있기 때문에, 강화 비반사층(204)과의 경계에 있는 DUV 포토레지스트층(206)의 영역은 비교적 높은 산 농도를 가져서, 산 확산 효과와 불량한 가공 이미지에 효과적으로 맞서게 된다. 따라서, 이 경계에서 더 많은 산이 발생되기 때문에, 현상된 DUV 포토레지스트층(206)에는 풋팅과 스커밍이 더 이상 존재하지 않게 된다. 이 단계에서, 반도체 웨이퍼는 가열판으로 이동되고, 약 150℃ 내지 약 250℃ 사이의 온도에서 PEB가 수행되어, 강산(402)이 DUV 포토레지스트층(206)에 포함되어 있는 중합체 수지의 디프로텍션 그룹에 촉매작용을 하게 된다.

DUV 포토레지스트층(206)이 PAG를 실질적으로 더 많이 보유하기 때문에, 중합체 수지의 디프로텍션 그룹은 아래에 놓인 강화 비반사층(204)으로 훨씬 더 균일하게 촉매작용을 하게 되는 이점이 있다. PEB 온도의 도움으로 강산(402)이 DUV 포토레지스트층(206)에서 중합체 수지에 있는 디프로텍션 그룹에 촉매작용하게 된 이후에, DUV 포토레지스트층(206)의 노광된 부분은 통상 수성 용액인 현상액에 녹을 수 있게 된다.

현상액이 제공되면, DUV 포토레지스트층(206)은 도 5에 도시된 바와 같이 실질적으로 강화 비반사층(204)까지 이르는 현상된 영역들(208a - 208c)을 갖게 된다. 상기한 바와 같이, 일정 퍼센트의 PAG를 강화 비반사층(204)으로 포함시킴으로써, DUV 포토레지스트층(206)으로부터 하부의 강화 비반사층(204)으로의 산의 확산이 충분히 감소된다. 다시 말해, 비록 어느 정도의 산 확산이 여전히 존재하지만, 산 손실 문제는 실질적으로 제거된다. 그러므로, 산손실에 의해 생긴 분해도 문제가 실질적으로 해결되어, 개선된 종횡비(aspect ratios)를 제공하는 포토레지스트 마스크의제조가 가능하게 된다.

종래 기술과 비교할 때, 도 1에서 설명된 풋팅 효과와 스커밍 효과가 현상된 DUV 포토레지스트층(206)에 더 이상 존재하지 않는다는 것에 주목해야 한다. 따라서, IC의 제조에 있어 임계 치수에 대한 제어의 우수한 향상 및 개선된 프로세스 윈도우를 얻는 것이 가능하게 되었다. 더 중요한 것은, 피쳐의 크기가 작아짐에 따라, 더 좋은 이미지 형성 분해도를 얻기 위해 개선된 포토레지스트 및 비반사층을 가지려는 것이 지속적으로 요청된다는 것이다.

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바람직한 방법을 도시하는 흐름도이다. 이 방법은 포토리소그래피 형성을 위해 층이 제공되는 단계(602)로부터 시작한다. 상기한 바와 같이, 이 층은 산화물층, 금속화층, 실리콘층, 폴리실리콘층등과 같은 어떠한 층이라도 무방하다. 공지된 바와 같이, 이들 층들은 통상적으로 반도체 칩을 만들기 위해 제조되는 IC설계를 구성하는 수많은 피쳐들을 형성하도록 패턴화된다.

단계(602)에서 층이 제공되면, 단계(604)에서 비반사 화학물질이 제공된다. 비반사 화학물질은 전형적으로 바닥 비반사층(BARL)으로 사용되는 유기 중합체인 것이 바람직하다. 단계(604)에서 비반사 화학물질이 제공되면, 단계(606)에서 광산 형성(PAG) 화학물질이 제공된다. 상기한 바와 같이, PAG는 디페닐이오도니움 염 또는 베이킹 과정동안 열적으로 안정하며 비반사층의 중합체와 반응하지 않는 다른 적절한 PAG 혼합물인 것이 바람직하다.

다음, 단계(608)에서, 비반사 화학물질과 일정 퍼센트의 PAG가 실질적으로 동시에 혼합되어 강화 비반사 화학물질을 형성한다. 강화 비반사 화학물질을 형성하는데 비반사 화학물질의 부피의 약 0.01% 내지 약 30% 사이의 PAG가 제공되는 것이 바람직하다. 강화 비반사 화학물질이 형성되면, 단계(606)에서 강화 비반사 화학물질이 단계(602)에서 포토리소그래피 패턴화를 위해 제공된 층상에 스핀-코팅된다. 강화 비반사 화학물질은 약 300Å 내지 약 2000Å 사이의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

다음, 단계(612)에서, DUV 포토레지스트가 상기 설명된 바와 같이 스핀-코팅된 강화 비반사층상에 제공된다. 스핀-코팅된 DUV 포토레지스트는 약 4000Å 내지 약 15000Å 사이의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 단계(612)에서 DUV 포토레지스트가 스핀-코팅되면, DUV 포토레지스트가 스핀-코팅된 웨이퍼는 DUV 포토레지스트를 경화시키도록 PAB를 수행하는 가열판 상에 배치된다. 다음, 단계(614)에서 DUV 포토레지스트의 선택된 영역이 노광된다.

노광이 되면, 노광된 영역은 노광된 DUV 포토레지스트층에 PEB가 수행될 때 DUV 포토레지스트층의 중합체 수지의 디프로텍션 그룹에 촉매작용 하는 것을 도울 강산을 생성한다. 다음, 단계(616)에서 DUV 포토레지스트가 DUV 포토레지스트의 모든 노광된 영역들을 충분히 제거하는 수성 용액에서 현상된다.

비록 상기한 발명이 이해를 돕기 위해 어느 정도 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구범위 내에서 어느 정도의 변화 및 수정이 행해질 수 있음은 명백하다. 일 예로, 여러 개선된 포토리소그래피 기술이 화학 강화 포토레지스트(chemicalamplified photoresists)를 구현하는 기술에 적용될 수 있다. 그러한 기술에는 일반적으로 논리 및 메모리 소자(즉, ROM, RAM, DRAM 등)와 같은 반도체 IC가 포함된다. 따라서, 상기 실시예들은 한정적이 아니라 예시적인 것으로 해석되어야 할 것이며, 본 발명은 상세한 설명에서 주어진 세부적 사항에 의해 제한되지 않고, 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에서 수정될 수도 있다.

상기한 바와 같이, 일정 퍼센트의 PAG를 강화 비반사층으로 포함시킴에 의해, DUV 포토레지스트층으로부터의 산의 확산과 아래에 놓인 강화 비반사층(204)으로의 산의 확산이 충분히 감소된다. 따라서, 비록 어느 정도의 산 확산이 여전히 존재하지만, 산 손실 문제는 실질적으로 제거된다. 그러므로, 산 손실에 의해 생긴 분해도 문제가 실질적으로 해결되어, 개선된 종횡비를 제공하는 포토레지스트 마스크의 제조가 가능하게 된다.

또한 종래 기술과 비교할 때, 풋팅 효과와 스커밍 효과가 현상된 DUV 포토레지스트층에 더 이상 존재하지 않는다. 따라서, IC의 제조에 있어 임계 치수에 대한 제어의 월등한 향상 및 개선된 프로세스 윈도우를 얻는 것이 가능하게 되었다.

도 1a는 종래 기술에 따라, 현상된 포토레지스트층을 갖춘 반도체 기판의 횡단면도.

도 1b는 종래 기술에 따른 DUV 포토리소그래피의 단점에 관한 도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 위에 놓인 층을 가지는 반도체 기판의 횡단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 층상에 강화 비반사층이 인가된 후의 도 2의 횡단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 강화 비반사층상에 DUV 포토레지스트층이 스핀-코팅된 후의 도 3의 횡단면도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 노광된 DUV 포토레지스트층이 현상된 후의 도 4의 횡단면도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바람직한 방법을 도시한 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

200 : 반도체 기판 204 : 강화 비반사층

206 : 심자외선 포토레지스트층 208a-208c : 현상된 영역

400 : 심자외선 파장광 402 : 강산

Claims

포토레지스트 분해도 및 프로세스 윈도우를 개선하기 위한 비반사층 형성 방법으로서,

(a) 제 1 분량의 유기 비반사 화학물질을 제공하는 단계;

(b) 상기 제 1 분량의 약 0.01% 내지 약 30% 사이의 분량인 제 2 분량의 광산 발생제 화학물질을 제공하는 단계; 및

(c) 증가된 산 레벨을 갖는 강화 비반사 화학물질을 생성하기 위해 상기 제 1 분량의 유기 비반사 화학물질과 상기 제 2 분량의 광산 발생제 화학물질을 실질적으로 동시에 혼합하는 단계를 포함하며,

상기 광산 발생제 화학물질은 열적으로 안정한, 비반사층 형성 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 강화 비반사 화학물질을 패턴화되도록 선택된 층위에 스핀-코팅하는 단계를 더 포함하는데, 상기 스핀-코팅 단계는 강화 비반사층을 형성하기 위해 구성된 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 스핀-코팅된 강화 비반사층 위에 유기 중합체 수지 성분과 광산 발생제 성분을 포함하는 심자외선 포토레지스트층을 스핀-코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 유기 중합체 수지는 디프로텍션 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 강화 비반사층의 증가된 산의 레벨은 광산 발생제 성분과 심자외선 포토레지스트층의 산이 상기 강화 비반사층으로 확산되는 것을 충분히 감소시키는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 심자외선 포토레지스트층은 양성 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 심자외선 포토레지스트층의 선택된 부분을 빛 에너지에 노광시켜 강산을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 생성된 강산은 약 90℃ 내지 약 150℃ 사이의 후-노광 베이킹 온도 범위에서 처리되는 단계를 더 포함하며, 상기 후-노광 베이킹 온도는 상기 강산이 상기 유기 중합체 수지의 디프로텍션 그룹을 촉매화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 빛 에너지는 약 248㎚ 내지 193㎚ 사이의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 방법.
(a) 패터닝을 위해 선택된 베이스층;

(b) 유기 중합체 및 소정량의 첨가된 광산 발생제로 구성된 강화 비반사층; 그리고

(c) 상기 강화 비반사층 위에 놓여 있으며, 광산 발생제 성분과 유기 중합체 수지 성분을 포함하는 심자외선 포토레지스트를 포함하며,

상기 광산 발생제는 열적으로 안정한, 심자외선 포토리소그래피 성층 구조.
제 10 항에 있어서,

상기 유기 중합체 수지 성분은 디프로텍션 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 심자외선 포토리소그래피 성층 구조.
제 11 항에 있어서,

상기 소정량의 첨가된 광산 발생제의 양은 상기 유기 중합체의 양의 약 0.01% 내지 약 30% 사이인 것을 특징으로 하는 심자외선 포토리소그래피 성층 구조.
제 11 항에 있어서,

상기 소정량의 첨가된 광산 발생제의 양은 상기 유기 중합체의 양의 약 0.1% 내지 약 6% 사이인 것을 특징으로 하는 심자외선 포토리소그래피 성층 구조.
제 13 항에 있어서,

상기 강화 비반사층의 두께는 약 300Å 내지 약 3000Å 사이인 것을 특징으로 하는 심자외선 포토리소그래피 성층 구조.
제 13 항에 있어서,

상기 심자외선 포토레지스트의 두께는 약 4000Å 내지 약 15000Å 사이인 것을 특징으로 하는 심자외선 포토리소그래피 성층 구조.
제 15 항에 있어서,

상기 심자외선 포토레지스트의 노광된 부분에 강산을 생성하는데 248㎚ 파장과 193㎚ 파장 중에서 선택된 심자외선 파장이 사용된 것을 특징으로 하는 심자외선 포토리소그래피 성층 구조.
제 16 항에 있어서,

상기 노광된 부분에 생성된 상기 강산을 가열하는데 가열판이 사용되며, 상기 열에 의해 상기 유기 중합체 수지 성분의 디프로텍션 그룹에 촉매작용이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 심자외선 포토리소그래피 성층 구조.
제 17 항에 있어서,

상기 유기 중합체의 디프로텍션 그룹은, 포토레지스트 현상 단계가 종료된 후에 스커밍과 풋팅이 제거되도록, 상기 패터닝을 위해 선택된 베이스층으로 촉매작용을 하는 것을 특징으로 하는 심자외선 포토리소그래피 성층 구조.
심자외선 포토레지스트 이미지 형성 분해도 및 프로세스 윈도우를 개선하도록 비반사층을 형성하는 시스템으로서,

(a) 제 1 분량의 유기 비반사 화학물질을 제공하기 위한 수단;

(b) 상기 제 1 분량의 약 0.01% 내지 약 12% 사이의 분량인 제 2 분량의 광산 발생제 화학물질을 제공하기 위한 수단; 및

(c) 산의 레벨이 증가된 강화 비반사 화학물질을 생성하기 위해 상기 제 1 분량의 유기 비반사 화학물질과 상기 제 2 분량의 광산 발생제 화학물질을 혼합하기 위한 수단을 포함하는 비반사층 형성 시스템.
제 19항에 있어서,

(a) 강화 비반사층을 형성하기 위해 상기 강화 비반사 화학물질이 패턴화되도록 선택된 베이스층 위에 스핀-코팅하기 위한 수단; 및

(b) 상기 스핀-코팅된 강화 비반사층 위에, 유기 중합체 수지 성분과 광산 발생제 성분을 포함하는 심자외선 포토레지스트층을 스핀-코팅하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 시스템.
제 20 항에 있어서,

상기 유기 중합체 수지는 디프로텍션 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 시스템.
제 21 항에 있어서,

상기 강화 비반사층의 증가된 산의 레벨은 상기 광산 발생제 성분과 상기 심자외선 포토레지스트층의 산이 상기 강화 비반사층으로 확산되는 것을 충분히 감소시키는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 시스템.
제 21 항에 있어서,

현상 시간 및 현상액이 감소되는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 시스템.
제 21 항에 있어서,

상기 심자외선 포토레지스트층에 해를 끼치는 기판 오염 효과가 최소화되는 것을 특징으로 하는 비반사층 형성 시스템.