(57)【要約】【課題】複数の物質層間の溶解度差を利用してダブルパターニングを具現する半導体素子の微細パターンの形成方法を提供する。【解決手段】半導体素子の微細パターンの形成方法は、基板１００上に、空間を介して相互に離隔されている複数の第１マスクパターン１２０を、基板１００の主面と平行方向に形成するステップと、溶解剤に対して第１溶解度を有する第１物質からなる複数のキャッピング層１３０を、複数の第１マスクパターン１２０のそれぞれの側壁及び上面に形成するステップと、溶解剤に対して第１溶解度より低い第２溶解度を有する第２物質からなる第２マスク層を、空間内に形成するステップと、溶解剤を利用してキャッピング層１３０を除去し、かつ、第２マスク層の一部を除去した後、空間に残った第２マスク層の残留部分を、複数の第２マスクパターン１４０Ａとして形成するステップと、を含む。【選択図】図１Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、空間を介して相互に離隔されている複数の第１マスクパターンを、前記基板の主面と平行方向に形成するステップと、
溶解剤に対して第１溶解度を有する第１物質からなる複数のキャッピング層を、前記複数の第１マスクパターンのそれぞれの側壁及び上面に形成するステップと、
前記溶解剤に対して前記第１溶解度より低い第２溶解度を有する第２物質からなる第２マスク層を、前記空間内に形成するステップと、
前記溶解剤を利用して前記キャッピング層を除去し、かつ、前記第２マスク層の一部を除去した後、前記複数の第１マスクパターンの間の前記空間に残った前記第２マスク層の残留部分を、複数の第２マスクパターンとして形成するステップと、を含むことを特徴とする半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項２】
前記複数の第１マスクパターンは、有機物から形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項３】
前記複数の第１マスクパターンを形成した後、前記キャッピング層を形成する前に前記複数の第１マスクパターンが有機溶媒に対して不溶性となるように前記複数の第１マスクパターンを硬化させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項４】
前記複数の第１マスクパターンを、熱処理及びプラズマ処理のうち少なくともいずれか一つの処理を行って硬化させることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項５】
前記キャッピング層は、窒素原子を有するヘテロ環化合物を含む物質から形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項６】
前記キャッピング層を形成するステップで、前記キャッピング層は、前記第１マスクパターンの表面に露出されている水素原子とのイオン結合によって前記第１マスクパターンの表面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項７】
前記溶解剤は、アルカリ水溶液であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項８】
前記溶解剤は、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの標準２.３８重量％水溶液であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項９】
前記第２マスク層は、レジスト組成物から形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１０】
前記第２マスク層は、ポリヒドロキシスチレンモノマーユニットを有するポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１１】
前記第２マスク層は、アセタール保護基を有するポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１２】
前記キャッピング層は、酸発生剤をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１３】
前記第２マスク層を形成するステップで、前記第２マスク層は、前記空間及び前記第１マスクパターンの上部で前記キャッピング層を完全に覆うように形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１４】
前記第２マスク層を形成するステップで、前記第２マスク層が形成された後、前記第１マスクパターンの上部で前記キャッピング層が露出されるように、前記第２マスク層を前記空間内にのみ形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１５】
前記複数の第２マスクパターンを形成するステップで、前記キャッピング層が除去された後、前記空間に残っている前記第２マスク層の残留部分からなる複数の第２マスクパターンの一部を除去して前記複数の第２マスクパターンのそれぞれの幅を縮小させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１６】
前記キャッピング層を形成するステップは、
水溶性高分子と水との混合物からなるキャッピング組成物を前記第１マスクパターンの露出された表面上にコーティングするステップと、
前記キャッピング組成物がコーティングされた結果物を熱処理するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【請求項１７】
前記複数の第１マスクパターン及び複数の第２マスクパターンをエッチングマスクとして利用して前記基板をエッチングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の微細パターンの形成方法に係り、特に、ダブルパターニング工程を利用して既存の露光設備の解像限界を超える微細なピッチで反復形成される微細パターンを形成するための半導体素子の微細パターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高集積化された半導体素子の製造において、パターンの微細化が必須である。狭い面積に多くの素子を集積させるためには個別素子のサイズを最小化せねばならず、そのためには、形成しようとするパターンのそれぞれの幅と前記パターン間の間隔との和であるピッチを小さくせねばならない。最近、半導体素子のデザインルール（最小線幅）が縮小されるにつれて、半導体素子の具現に必要なパターンを形成するためのフォトリソグラフィ工程において、解像限界によって微細ピッチを有するパターンの形成に限界が生じている。フォトリソグラフィ工程での解像限界を克服するために、ダブルパターニング工程を利用して、微細ピッチを有する微細ハードマスクパターンを形成する方法が提案された。しかし、これまで提案されたダブルパターニング工程では、アスペクト比が大きくて狭幅の微細な開口領域内で蒸着工程及びエッチング工程が行われねばならないので、工程が複雑で、工程コストが高いという問題がある。
なお、本発明に関連する文献公知発明を以下に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】韓国公開特許第２００８−２２９７４号公報
【特許文献２】韓国登録特許第１５５８８０号公報
【特許文献３】特開２００６−２６１３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述の従来技術の問題点を解決しようとするものであって、ダブルパターニング工程によって形成されるエッチングマスクパターンの形成において、高価な蒸着設備を使用せずに化学反応を利用して所定領域内でパターン密度を増加させうる半導体素子の微細パターンの形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明による半導体素子の微細パターンの形成方法では、基板上に、空間を介して相互に離隔されている複数の第１マスクパターンを、前記基板の主面と平行方向に形成する。続いて、溶解剤に対して第１溶解度を有する第１物質からなる複数のキャッピング層を、前記複数の第１マスクパターンのそれぞれの側壁及び上面の上に形成する。さらに、前記溶解剤に対して前記第１溶解度より低い第２溶解度を有する第２物質からなる第２マスク層を、前記空間内に形成する。続いて、前記溶解剤を利用して前記キャッピング層を除去し、かつ、前記第２マスク層の一部を除去した後、前記複数の第１マスクパターンの間の前記空間に残っている前記第２マスク層の残留部分からなる複数の第２マスクパターンを形成する。
【０００６】
前記複数の第１マスクパターンは、有機物から形成されうる。
この場合、前記複数の第１マスクパターンを形成した後、前記キャッピング層を形成する前に、前記複数の第１マスクパターンが有機溶媒に対して不溶性となるように、前記複数の第１マスクパターンを硬化させるステップをさらに含みうる。
この場合、硬化させる方法は、前記複数の第１マスクパターンを、熱処理及びプラズマ処理のうち少なくともいずれか一つの処理を行って硬化させうる。
【０００７】
前記キャッピング層は、窒素原子を有するヘテロ環化合物を含む物質からなりうる。
前記キャッピング層を形成するステップで、前記キャッピング層は、前記第１マスクパターンの表面に露出されている水素原子とのイオン結合によって、前記第１マスクパターンの表面に形成されうる。
この場合、前記第１マスクパターンの表面に露出されている水素原子とイオン結合する相手は、前記キャッピング層に含まれる窒素原子でありうる。
【０００８】
前記溶解剤は、アルカリ水溶液でありうる。
前記溶解剤は、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの標準２.３８重量％水溶液でありうる。
【０００９】
前記第２マスク層は、レジスト組成物から形成されうる。
前記第２マスク層は、ポリヒドロキシスチレンモノマーユニットを有するポリマーを含みうる。
前記第２マスク層は、アセタール保護基を有するポリマーを含みうる。
【００１０】
前記キャッピング層は、酸発生剤をさらに含みうる。
【００１１】
前記第２マスク層を形成するステップで、前記第２マスク層は、前記空間及び前記第１マスクパターンの上部で前記キャッピング層を完全に覆うように形成されうる。
この場合、前記キャッピング層を除去する前に、前記第２マスク層のうち前記第１マスクパターンの上部で前記キャッピング層を覆っている部分を、前記溶解剤を利用して、前記キャッピング層が露出されるまで除去するステップをさらに含みうる。
【００１２】
また、前記第２マスク層を形成するステップで、前記第２マスク層が形成された後、前記第１マスクパターンの上部で前記キャッピング層が露出されるように、前記第２マスク層を前記空間内にのみ形成しうる。
【００１３】
前記複数の第２マスクパターンを形成するステップで、前記キャッピング層が除去された後、前記空間に残っている前記第２マスク層の残留部分からなる複数の第２マスクパターンの一部を除去して、前記複数の第２マスクパターンのそれぞれの幅を縮小させるステップを含みうる。
この場合、前記複数の第２マスクパターンのそれぞれの幅を縮小させるために、前記溶解剤を利用しうる。
【００１４】
前記キャッピング層を形成するステップは、水溶性高分子と水との混合物からなるキャッピング組成物を前記第１マスクパターンの露出された表面上にコーティングするステップと、前記キャッピング組成物がコーティングされた結果物を熱処理するステップと、を含みうる。
【００１５】
本発明による半導体素子の微細パターンの形成方法では、前記複数の第１マスクパターン及び複数の第２マスクパターンをエッチングマスクとして利用して前記基板をエッチングするステップをさらに含みうる。
【００１６】
本発明によれば、ダブルパターニング工程を利用した高集積半導体素子の製造に必要な微細ピッチのパターンの形成において、まず、基板上に複数の第１マスクパターンを形成した後、前記第１マスクパターン上にアルカリ水溶液に対する溶解度の異なる複数の物質層を前記溶解度の大きい順序で順次に形成して、前記複数の第１マスクパターン間の空間を満たし、アルカリ水溶液に対する溶解度差を利用して、前記複数の物質層のうち一部のみを除去することによって、前記複数の第１マスクパターンのうち、相互に隣接した２つの第１マスクパターン間の空間に第２マスクパターンを形成する。この方法により、フォトリソグラフィ工程での解像限界を超える微細ピッチのパターンを形成することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、スピンコーティング可能な有機物を使用しつつ、これらの固有な化学反応特性を利用して、基板上に所望の物質層を選択的に形成及び除去する工程を通じて、基板上の複数の第１マスクパターンの間にそれぞれ配置される複数の第２マスクパターンを形成してパターンの密度を増加させるので、別の蒸着設備及びエッチング設備を利用する通常の蒸着及びエッチング工程では制御不能な微細な幅のパターンを容易に形成することができる。したがって、本発明によれば、通常のフォトリソグラフィ工程で具現し難い微細ピッチのパターンを容易に形成し、半導体素子の製造に必要なパターンの密度を容易に増加させ、多様な形態の微細パターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の望ましい実施形態による半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図１Ｂ】本発明の望ましい実施形態による半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図１Ｃ】本発明の望ましい実施形態による半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図１Ｄ】本発明の望ましい実施形態による半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図１Ｅ】本発明の望ましい実施形態による半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図１Ｆ】本発明の望ましい実施形態による半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図１Ｇ】本発明の望ましい実施形態による半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【図１Ｈ】本発明の望ましい実施形態による半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の望ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は、多様な形態に変形でき、本発明の技術範囲が後述する実施形態に限定されるものと解釈されてはならない。なお、図面で、層及び領域の厚さは、明確性のため誇張して示した。図面上で、同じ符号は、同じ要素を指す。
【００２０】
図１Ａないし図１Ｈは、本発明の望ましい実施形態による半導体素子の微細パターンの形成方法を説明するために工程順序によって示した断面図である。
【００２１】
図１Ａを参照すれば、基板１００上に被エッチング膜１１０を形成し、前記被エッチング膜１１０上に複数の第１マスクパターン１２０を形成する。
【００２２】
前記複数の第１マスクパターン１２０は、空間Ｓ１を介して相互に離隔されるように、前記基板１００の主面と平行方向に反復的に形成される。
【００２３】
前記複数の第１マスクパターン１２０は、被エッチング膜１１０に最終的に具現しようとする複数の微細パターンのピッチＰの２倍の大きさの第１ピッチ２Ｐで反復配置されるように形成されうる。前記複数の第１マスクパターン１２０のそれぞれの幅ＷＭ１は、前記被エッチング膜１１０に形成しようとする微細パターンの幅と同一に形成されうるし、または、その微細パターンの幅より小さいか、または大きく形成されることもある。
【００２４】
前記基板１００は、シリコン基板からなりうる。
【００２５】
前記被エッチング膜１１０は、形成しようとするパターンの用途によって多様な物質からなりうる。前記基板１００上にゲート電極を形成する場合には、前記被エッチング膜１１０は、導電層、例えば、ドーピングされたポリシリコン層またはドーピングされたポリシリコン層と金属シリサイド層との積層構造で形成されうる。そして、前記基板１００上にビットラインを形成する場合には、前記被エッチング膜１１０は、金属、例えば、タングステンまたはアルミニウムからなりうる。または、前記被エッチング膜１１０は、ダマシーン配線工程でモールド層として使用するための絶縁膜からなることもある。
また、前記基板１００上に最終的に形成しようとする微細パターンが前記基板１００のエッチングによって形成される場合には、前記被エッチング膜１１０は省略しうる。例えば、前記基板１００に活性領域を定義するために本発明による微細パターンの形成方法を利用する場合、前記被エッチング膜１１０を省略しうる。必要によって、前記第１マスクパターン１２０を形成する前に、前記被エッチング膜１１０上に有機物、無機物またはこれらの組合せからなる反射防止膜（図示せず）をさらに形成することもある。
【００２６】
前記第１マスクパターン１２０は、有機物からなりうる。例えば、前記第１マスクパターン１２０は、通常のレジスト組成物から得られるレジストパターンで形成されうる。前記第１マスクパターン１２０を形成するために、例えば、前記被エッチング膜１１０上にフォトレジスト物質をコーティングしてレジスト膜を形成した後、通常のフォトリソグラフィ工程によって前記レジスト膜の露光及び現像工程を経て、前記被エッチング膜１１０の上面を所定の幅、例えば、前記空間Ｓ１の幅ほど露出させる開口部を備えたレジストパターンを形成しうる。
【００２７】
一例として、前記第１マスクパターン１２０は、ＰＡＧ（光酸発生剤）を含有するポジティブ型化学増幅型レジスト組成物で形成されうる。例えば、前記第１マスクパターン１２０は、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）用レジスト組成物、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）用レジスト組成物、またはＥＵＶ（波長１３.５ｎｍ）用レジスト組成物から得られることができる。または、前記第１マスクパターン１２０は、ネガティブ型レジスト組成物から形成されうる。
【００２８】
図１Ｂを参照すれば、前記複数の第１マスクパターン１２０を硬化処理１２２しうる。
【００２９】
前記硬化処理１２２のために熱、Ａｒプラズマ、またはＨＢｒプラズマを利用しうる。前記複数の第１マスクパターン１２０を硬化処理１２２するために熱を利用する場合、例えば、前記複数の第１マスクパターン１２０が形成された結果物を約５０〜２００℃の温度下で数秒〜数分、例えば、1分間熱処理しうる。前記複数の第１マスクパターン１２０を硬化処理１２２するためにＨＢｒプラズマを利用する場合、前記第１マスクパターン１２０が形成された基板１００をプラズマ処理チャンバの静電チャックに載せ、前記チャンバの内部にＨＢｒガスを導入した後、前記チャンバにパワーを印加してプラズマを発生させうる。必要によって、前記チャンバ内でＨＢｒプラズマを発生させるために、前記チャンバ内の上部電極に１０〜２０００Ｗのソースパワーを印加し、前記チャンバ内の静電チャックに０Ｗのバイアスパワーを印加しうる。また、前記チャンバ内にＨ2、Ｎ2、ＣxＨy（ｘ及びｙは、１〜１０の整数）ガスのうち少なくとも一つをさらに導入しうる。
前記ＨＢｒプラズマ処理工程時に少量のＵＶ（紫外線）露光または熱が発生しうる。また、前記プラズマ工程によって付随的にイオン、ラジカルのような多様な反応物質が発生しうる。このような付随的なエネルギーまたは反応物質は、第１マスクパターン１２０の線間幅に影響を及ぼさない範囲内で前記第１マスクパターン１２０を硬化させうる。
【００３０】
前記硬化処理１２２は、後続工程で前記複数の第１マスクパターン１２０が有機溶媒に露出されても、前記複数の第１マスクパターン１２０が前記有機溶媒に溶解されて、隣接する層の物質とのインターミキシングが起こるのを防止するために行うものである。前記硬化処理１２２によって、前記第１マスクパターン１２０は、有機溶媒、例えば、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）、ＥＬ（乳酸エチル）、シクロヘキサノンに対して不溶性となる。
【００３１】
後続工程で、前記複数の第１マスクパターン１２０が有機溶媒に露出される恐れのない場合には、図１Ｂを参照して説明する前記複数の第１マスクパターン１２０の硬化処理１２２の工程は省略可能である。
【００３２】
図１Ｃを参照すれば、前記複数の第１マスクパターン１２０のそれぞれの側壁及び上面を覆う複数のキャッピング層１３０を形成する。
【００３３】
前記キャッピング層１３０は、親水性有機化合物から形成されうる。また、前記キャッピング層１３０は、窒素原子を有するヘテロ環化合物、または窒素原子を有するヘテロ環化合物からなる置換基を有するポリマーからなりうる。例えば、前記キャッピング層１３０は、ピロリドン系列の高分子を含みうる。
前記キャッピング層１３０は、水溶性高分子から形成されうる。前記水溶性高分子は、ピロリドン系列の第１反復単位と、前記第１反復単位とは異なる構造を有する第２反復単位を含む共重合体からなりうる。前記第２反復単位は、アクリルアミドタイプモノマーユニット、ビニールタイプモノマーユニット、アルキレングリコールタイプモノマーユニット、無水マレイン酸モノマーユニット、エチレンイミンモノマーユニット、オキサゾリン基含有モノマーユニット、アクリロニトリルモノマーユニット、アリルアミドモノマーユニット、３,４−ジヒドロピランモノマーユニット、２,３−ジヒドロフランモノマーユニットのうちから選択される少なくとも一つのモノマーユニットを含みうる。
【００３４】
一例として、前記キャッピング層１３０を形成するために、窒素原子を有するヘテロ環化合物を含む水溶性高分子と純水との混合物からなるキャッピング組成物を前記複数の第１マスクパターン１２０上にコーティングした後、約２５〜１８０℃の温度下で約２０〜１８０秒間ベーキングして、前記水溶性高分子を前記複数の第１マスクパターン１２０の露出表面にアタッチさせて前記キャッピング層１３０を形成しうる。前記キャッピング層１３０が形成された後、純水を使用する洗浄工程によって前記キャッピング層１３０の表面の残留物を除去しうる。
前記キャッピング層１３０を形成するための他の例として、ＲＥＬＡＣＳTM（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｂｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｈｒｉｎｋ：ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）の一種のＲ−６０７（商品名）と純水との混合物からなるキャッピング組成物を前記第１マスクパターン１２０上にスピンコーティングした後、約１４０〜１５０℃の温度下で約１分間ベーキングして第１マスクパターン１２０の表面にＲ−６０７をアタッチさせてキャッピング層１３０を形成した後、前記キャッピング層１３０上に残っているキャッピング組成物を純水で洗浄して除去する工程を利用しうる。
【００３５】
前記キャッピング層１３０の厚さは、形成しようとする最終パターンの幅によって多様に決定しうる。例えば、前記第１マスクパターン１２０の側壁で前記キャッピング層１３０の幅ＷＣ１が前記第１マスクパターン１２０の幅ＷＭ１の約１／２、またはそれ以下になるように前記キャッピング層１３０の厚さを調節しうる。
【００３６】
前記キャッピング層形成用水溶液内に窒素原子を有するヘテロ環化合物が含まれた場合、前記ヘテロ環化合物に含まれた窒素原子と前記第１マスクパターン１２０の表面に露出されている水素原子とのイオン結合によって、前記第１マスクパターン１２０の表面に前記ヘテロ環化合物がアタッチされて前記キャッピング層１３０が形成されうる。
【００３７】
前記キャッピング層１３０は、酸発生剤をさらに含みうる。前記酸発生剤は、例えば、ＴＡＧ（熱酸発生剤）のような潜在的酸、または酸からなりうる。前記酸の種類は特別に制限されず、多様な種類の酸を使用しうる。例えば、ＣＨ3ＳＯ3Ｈのようなスルホン酸を使用しうる。前記キャッピング層１３０に含まれる酸発生剤は、後続工程で前記キャッピング層１３０の間の空間Ｓ１に形成される第２マスク層１４０（図１Ｄを参照）の内部に拡散して前記第２マスク層１４０の幅の調節に利用されうる。これについてのさらに詳細な説明は、後述する。
【００３８】
図１Ｄを参照すれば、前記被エッチング膜１１０上で前記空間Ｓ１を満たす第２マスク層１４０を前記キャッピング層１３０上に形成する。
【００３９】
前記第２マスク層１４０は、例えばレジスト組成物から形成される。ここで、前記第２マスク層１４０を形成するレジスト組成物は、ポジティブ型またはネガティブ型の化学増幅型レジスト組成物でありうる。例えば、前記第２マスク層１４０は、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）用レジスト組成物、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）用レジスト組成物、またはＥＵＶ（波長１３.５ｎｍ）用レジスト組成物から形成される。後続工程で前記第２マスク層１４０に対して露光及び酸を利用する加工工程は行われないので、前記第２マスク層１４０を形成するレジスト組成物としては、ＰＡＧまたはＴＡＧのような酸発生剤を含まない物質が使用されうる。
【００４０】
前記第２マスク層１４０は、溶解剤、例えば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の標準２.３８重量％水溶液のようなアルカリ水溶液に対する溶解度が前記キャッピング層１３０より低い物質から形成される。例えば、前記第２マスク層１４０は、アルカリ水溶液に対する溶解度が約１〜１０Å/秒である物質で形成されうる。
前記第２マスク層１４０は、例えば、ダークエロージョン特性を有するレジスト物質から形成される。ダークエロ-ジョン特性とは、露光されないレジスト膜が現像液によって溶解または現像される特性である。しかし、ダークエロージョン特性が比較的低いレジスト物質を使用して前記第２マスク層１４０を形成することによって、前記第２マスク層１４０の現像液に対する溶解度を前記キャッピング層１３０の溶解度よりさらに低くしうる。公知の大部分のレジスト物質のダークエロージョン特性は、ＲＥＬＡＣＳTMの一種であるＲ−６０７に比べて低い。
例えば、前記第２マスク層１４０を形成するためにＰＨＳ（ポリヒドロキシスチレン）モノマーユニットを有するポリマー、アセタール保護基を有するポリマー、または（メタ）アクリル酸系列のモノマーユニットを有するポリマーを含むレジスト物質を使用しうる。前記第２マスク層１４０を形成する物質は特別に制限されず、公知のレジスト物質のうちから所望のダークエロージョン特性を有する物質を選択して使用しうる。前記キャッピング層１３０がＲ−６０７から形成され、前記第２マスク層１４０が２.３８重量％ＴＭＡＨ水溶液に対して約１〜１０Å/秒の溶解度を有する場合は、前記第２マスク層１４０の現像液に対する溶解度は、前記キャッピング層１３０の溶解度に比べて低くなりうる。
【００４１】
図１Ｄで、基板１００の上面から前記第２マスク層１４０の上面の高さが前記キャッピング層１３０の上面の高さより高くなるように前記第２マスク層１４０を形成すると例示された。しかし、本発明は、これに限定されない。図示していないが、前記第２マスク層１４０が形成された後、前記第１マスクパターン１２０の上部で前記キャッピング層１３０が露出されるように、前記第２マスク層１４０の上面の高さが前記キャッピング層１３０の上面の高さと同一か、またはさらに低く形成されることもある。すなわち、前記第２マスク層１４０は、前記空間Ｓ１内にのみ形成されうる。前記第２マスク層１４０を形成するために必要なレジスト物質を有機溶媒に溶解させた溶液をスピンコーティングした後、乾燥またはベーキング工程によって有機溶剤を除去する工程を利用しうる。
【００４２】
前記キャッピング層１３０に酸発生剤が含まれている場合、前記キャッピング層内の酸発生剤は、第２マスク層１４０が形成される間に前記第２マスク層１４０の内部に所定距離ほど拡散されうる。前記酸発生剤がＴＡＧである場合、前記第２マスク層１４０を形成するためにレジスト組成物のコーティング後、べーキング工程中に前記ＴＡＧから発生した酸が前記第２マスク層１４０の内部に拡散されうる。前記酸発生剤が酸からなる場合、前記第２マスク層１４０が形成される間に拡散によって前記酸が前記第２マスク層１４０の内部に拡散されうる。前記第２マスク層１４０内での酸拡散距離によって、後続工程で前記第２マスク層１４０から得られる複数の第２マスクパターン１４０Ａの幅が調節される。
【００４３】
図１Ｅを参照すれば、溶解剤を利用して、前記第２マスク層１４０を前記キャッピング層１３０が露出されるまで、その上面から溶解させる。前記溶解剤としては標準２.３８重量％ＴＭＡＨ水溶液のようなアルカリ水溶液を使用しうる。
【００４４】
前記キャッピング層１３０が露出されると、前記複数の第１マスクパターン１２０の間の空間Ｓ１に位置する複数の第２マスクパターン１４０Ａが形成される。
【００４５】
図１Ｄを参照して説明した工程で、前記第２マスク層１４０の上面の高さが前記キャッピング層１３０の上面の高さと同一か、またはさらに低く形成された場合、図１Ｅの工程は省略しうる。
【００４６】
図１Ｆを参照すれば、図１Ｅの工程に連続して、前記溶解剤を利用して前記複数の第２マスクパターン１４０Ａ及び露出されたキャッピング層１３０を溶解させる。
【００４７】
その結果、前記第２マスク層１４０とキャッピング層１３０との溶解剤に対する溶解度差によって、前記第２マスク層１４０より前記キャッピング層１３０が先に除去される。前記キャッピング層１３０が除去される間に前記第２マスク層１４０も前記アルカリ水溶液に露出された表面から所定厚さＤ１ほど溶解されうる。
【００４８】
図１Ｇを参照すれば、図１Ｆの工程に続いて、前記溶解剤を利用して前記複数の第２マスクパターン１４０Ａをさらに溶解させてその露出表面から一部除去して、所望の幅ＷＭ２を有する複数の第２マスクパターン１４０Ｂを形成する。
【００４９】
図１Ｆの工程で、前記キャッピング層１３０が完全に除去された後、得られた第２マスクパターン１４０Ａが所望の幅を有するようになった場合、図１Ｇの工程は省略可能である。
【００５０】
図１Ｃを参照して説明したキャッピング層１４０の形成工程で、前記キャッピング層１４０が酸発生剤を含むように形成された場合、前記第２マスク層１４０の内部に拡散された酸によって前記第２マスク層１４０内に形成された酸拡散領域は、前記溶解剤によって溶解されやすい。特に、前記溶解剤としてアルカリ水溶液を使用する場合、酸とアルカリとの反応によって前記第２マスク層１４０内の酸拡散領域が容易に溶解されて除去される。したがって、前記第３マスク層１４０内での酸拡散距離によって、前記キャッピング層１４０が除去された後に残っている第２マスクパターン１４０Ａの幅は、前記キャッピング層１４０内に酸発生剤が含まれていない場合に比べてさらに狭くなりうる。または、前記第３マスク層１４０内での酸拡散距離によって、前記第２マスクパターン１４０Ａの側壁が望ましい輪郭の形状となりうる。
【００５１】
必要によって、前記複数の第２マスクパターン１４０Ｂは、前記被エッチング膜１１０から最終的に具現しようとする複数の微細パターンのピッチＰの２倍の大きさの第１ピッチ２Ｐで反復配置されうる。前記複数の第２マスクパターン１４０Ｂのそれぞれの幅ＷＭ２は、前記被エッチング膜１１０に形成しようとする微細パターンの幅と同一に形成されうる。
【００５２】
図１Ｈを参照すれば、前記複数の第１マスクパターン１２０及び複数の第２マスクパターン１４０Ｂをエッチングマスクとして利用して、前記被エッチング膜１１０をエッチングして複数の微細パターン１１０Ａを形成する。
【００５３】
前記微細パターン１１０Ａが形成された後、前記複数の微細パターン１１０Ａ上に残留する複数の第１マスクパターン１２０及び複数の第２マスクパターン１４０Ｂを除去する。複数の第１マスクパターン１２０及び複数の第２マスクパターン１４０Ｂを除去するためにアッシング及びストリップ工程を利用しうる。
【００５４】
前記複数の微細パターン１１０Ａは、前記第１ピッチ２Ｐ（図１Ａを参照）の１／２である微細ピッチＰで反復形成される構造を有しうる。
【００５５】
図１Ａを参照して説明した工程で、前記被エッチング膜１１０の形成工程が省略された場合、前記複数の第１マスクパターン１２０及び複数の第２マスクパターン１４０Ｂをエッチングマスクとして利用して基板１００をエッチングしうる。
【００５６】
本発明は、図面に示した実施形態を参照して説明されたが、それは、例示的なものに過ぎず、当業者にとって、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることは明らかである。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された技術的思想の要旨を逸脱しない範囲において決定されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、半導体素子関連の技術分野に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１００：基板、１１０：被エッチング膜、１１０Ａ：微細パターン、１２０：第１マスクパターン、１２２：硬化処理、１３０：キャッピング層、１４０：第２マスク層、１４０Ａ：第２マスクパターン、１４０Ｂ：第２マスクパターン
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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