(57)【要約】【課題】微細なパターンを形成するための半導体素子のパターンの形成方法を提供する。【解決手段】エッチング対象膜上にフォトレジストパターンが形成された半導体基板が提供される段階と、前記フォトレジストパターンを含む前記半導体基板上に補助膜が形成される段階と、前記フォトレジストパターンの表面に形成された前記補助膜が変性されて第１補助パターンが形成される段階と、前記第１補助パターン及び前記補助膜を含む前記半導体基板上にフォトレジスト膜が形成される段階と、前記フォトレジスト膜の下部に形成された前記補助膜が変性されて第２補助パターンが形成され、前記補助膜が前記フォトレジストパターンの間のみに残留される段階と、前記フォトレジスト膜、前記第１及び第２補助パターンを除去して前記フォトレジストパターン及び前記補助膜を含むエッチングマスクパターンを形成する段階と、を含む。【選択図】図１ｌ
2010034551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング対象膜上にフォトレジストパターンが形成された半導体基板が提供される段階と、
前記フォトレジストパターンを含む前記半導体基板上に補助膜が形成される段階と、
前記フォトレジストパターンの表面に形成された前記補助膜が変性されて第１補助パターンが形成される段階と、
前記第１補助パターン及び前記補助膜を含む前記半導体基板上にフォトレジスト膜が形成される段階と、
前記フォトレジスト膜の下部に形成された前記補助膜が変性されて第２補助パターンが形成され、前記補助膜が前記フォトレジストパターンの間のみに残留される段階と、
前記フォトレジスト膜、前記第１及び第２補助パターンを除去して前記フォトレジストパターン及び前記補助膜を含むエッチングマスクパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項２】
第１領域及び第１領域より広い幅またはピッチのパターンが形成される第２領域を含む半導体基板が提供される段階と、
前記半導体基板上にエッチング対象膜とフォトレジストパターンが形成される段階と、
前記フォトレジストパターンを含む前記半導体基板上に補助膜が形成される段階と、
前記フォトレジストパターンの表面に形成された前記補助膜が変性されて第１補助パターンが形成される段階と、
前記第１補助パターン及び前記補助膜を含む前記半導体基板上にフォトレジスト膜が形成される段階と、
前記フォトレジスト膜の下部に形成された前記補助膜が変性されて第２補助パターンが形成され、前記補助膜が前記フォトレジストパターンの間のみに残留される段階と、
前記フォトレジスト膜、前記第１及び第２補助パターンを除去して前記フォトレジストパターン及び前記補助膜を含むエッチングマスクパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項３】
前記フォトレジストパターンは、脂溶性であることを利用して形成し、前記補助膜は水溶性であることを利用して形成することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項４】
前記補助膜が形成される段階以後、
前記フォトレジストパターンと前記補助膜のガラス転移温度より高い温度でベッキング工程を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項５】
前記第１及び第２補助パターンは、前記フォトレジスト膜と同時に除去されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項６】
前記第１及び第２補助パターンは、前記フォトレジスト膜の現像工程の際に除去されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項７】
前記第１及び第２補助パターンは、前記補助膜にＨ+イオンが拡散されて形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項８】
前記第１補助パターンは、熱処理工程によって形成することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項９】
前記フォトレジストパターンの間の距離は、前記フォトレジストパターン幅の３倍に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パターンの形成方法。
【請求項１０】
前記第１領域に形成される前記フォトレジストパターンの間の距離は、前記第１領域に形成される前記フォトレジストパターン幅の３倍に形成することを特徴とする請求項２に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項１１】
前記第１補助パターンの厚さは、前記フォトレジストパターンの幅と同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項１２】
前記第２補助パターンは、前記フォトレジスト膜を露光して形成することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項１３】
前記第２補助パターンを形成するための前記フォトレジスト膜の露光工程の際、前記第１領域と前記第２領域に照射される露光量をそれぞれ異なるように設定することを特徴とする請求項２に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項１４】
前記フォトレジスト膜に対する露光工程の際、前記第１領域に照射される露光量は前記第２領域に照射される露光量より少ないことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項１５】
前記フォトレジスト膜に対する露光工程の際、前記第１領域に照射される露光量が大きいほど前記第１領域に残留される前記補助膜の高さは低くなることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項１６】
前記第２補助パターンは、前記第２領域のうち、前記第１領域との境界部分を除いた全体に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項１７】
前記フォトレジスト膜に対する露光工程の際、前記第１領域と前記第２領域の間の前記フォトレジスト膜は露光されないことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項１８】
半導体基板上にフォトレジストパターンが形成される段階と、
前記フォトレジストパターン上に補助膜が形成される段階と、
前記半導体基板に対して熱処理工程を行って前記フォトレジストパターンの表面に形成された前記補助膜をフォトレジストに対する現像工程の際、除去できるように変性させる段階と、
前記補助膜上にフォトレジスト膜が形成される段階と、
前記フォトレジスト膜に対して露光工程を行って前記フォトレジスト膜の下部に形成された前記補助膜をフォトレジストに対する現像工程の時、除去できるように変性させるが、前記フォトレジストパターンの間には変性されない前記補助膜が残余される段階と、
露光された前記フォトレジスト膜に対して現像工程を行って除去するが、変性された前記補助膜が一緒に除去されて、前記フォトレジストパターンと前記変性されていない補助膜が残留する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項１９】
前記補助膜は、前記フォトレジストパターンまたは前記フォトレジスト膜から酸が拡散してフォトレジスト膜に対する現像工程の際、除去できるように変性されることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項２０】
前記補助膜は前記フォトレジストパターンまたは前記フォトレジスト膜からＨ+イオンが拡散してフォトレジスト膜に対する現像工程の時除去可能になるように変性されることを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項２１】
前記フォトレジストパターンは脂溶性であることを利用して形成し、前記補助膜は水溶性であることを利用して形成することを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項２２】
前記補助膜が形成される段階以後、
前記フォトレジストパターンと前記補助膜のガラス転移温度より高い温度でベッキング工程を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項２３】
エッチング対象膜上にエッチング補助パターンが形成された半導体基板が提供される段階と、
前記エッチング補助パターンを含む前記半導体基板上に補助膜が形成される段階と、
前記エッチング補助パターン表面に形成された前記補助膜が変性されて第１補助パターンが形成される段階と、
前記エッチング補助パターンの間のみに前記補助膜が残留されるように前記補助膜の上部を変性させて第２補助パターンに形成する段階と、
前記第１及び第２補助パターンを除去して前記エッチング補助パターン、及び残留する前記補助膜を含むエッチングマスクパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項２４】
第１領域及び第２領域を含む半導体基板上にエッチング対象膜、及びエッチング補助パターンを形成するが、前記エッチング補助パターンは前記第１領域より前記第２領域にさらに広い幅、またはピッチに形成される段階と、
前記エッチング補助パターンを含む前記半導体基板上に補助膜が形成される段階と、
前記エッチング補助パターン表面に形成された前記補助膜が変性されて第１補助パターンが形成される段階と、
前記エッチング補助パターンの間のみに前記補助膜が残留されるように前記補助膜の上部を変性させて第２補助パターンに形成する段階と、
前記第１及び第２補助パターンを除去して前記エッチング補助パターン、及び残留する前記補助膜を含むエッチングマスクパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項２５】
前記第２補助パターンを形成する段階は、
前記補助膜上に前記エッチング補助パターンと同一の物質膜を形成する段階と、前記エッチング補助パターンと同一の物質膜に接触された前記補助膜を第２補助パターンに形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２３または２４に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項２６】
前記第１及び第２補助パターンは、前記エッチング補助パターンまたは前記エッチング補助パターンと同一の物質膜からＨ+イオンが前記補助膜に拡散して形成されることを特徴とする請求項２５に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項２７】
前記エッチング補助パターンは、脂溶性であることを利用して形成し、前記補助膜は水溶性であることを利用して形成することを特徴とする請求項２３または２４に記載の半導体素子のパターンの形成方法。
【請求項２８】
前記補助膜が形成される段階以後、
前記エッチング補助パターンと前記補助膜のガラス転移温度より高い温度でベッキング工程を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の半導体素子の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パターンの形成方法に関し、特に、微細なパターンを形成するための半導体素子のパターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板にはゲートや素子分離膜のような多数の要素等が形成され、このようなゲートらを電気的に連結させるために金属配線が形成される。金属配線と半導体基板の接合領域例えば、トランジスタのソースまたはドレインは、コンタクトプラグによって電気的に連結される。このようなゲートや金属配線等は、大体パターン形成工程によって形成される。すなわち、半導体基板上にパターニングを形成しようとするエッチング対象膜、例えば、ゲート積層膜や導電膜または絶縁膜を形成し、エッチング対象膜上にエッチングマスクパターンを形成した後、エッチングマスクパターンを利用したエッチング工程によってエッチング対象膜をパターニングする。
【０００３】
このようなパターン形成工程を通じて微細パターンを形成することは、超小型及び高性能の半導体素子を形成するのに必ず必要な工程として非常に重要である。しかし、パターン形成工程の時使用される装備の限界により、形成が可能なパターンの大きさは限定されており、このような装備の限界を乗り越えるのには多くの困難さがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明は上記問題を鑑みてなされたものであって、その目的は微細なパターンを形成するための半導体素子のパターンの形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１側面による半導体素子のパターンの形成方法は、エッチング対象膜上にフォトレジストパターンが形成された半導体基板が提供される段階と、前記フォトレジストパターンを含む前記半導体基板上に補助膜が形成される段階と、前記フォトレジストパターンの表面に形成された前記補助膜が変性されて第１補助パターンが形成される段階と、前記第１補助パターン及び前記補助膜を含む前記半導体基板上にフォトレジスト膜が形成される段階と、前記フォトレジスト膜の下部に形成された前記補助膜が変性されて第２補助パターンが形成され、前記補助膜が前記フォトレジストパターンの間のみに残留される段階、及び前記フォトレジスト膜、前記第１及び第２補助パターンを除去して前記フォトレジストパターン及び前記補助膜を含むエッチングマスクパターンを形成する段階と、を含む。
【０００６】
また、本発明の第２側面による半導体素子のパターンの形成方法は、第１領域、及び第１領域より広い幅またはピッチのパターンが形成される第２領域を含む半導体基板が提供される段階と、前記半導体基板上にエッチング対象膜とフォトレジストパターンが形成される段階と、前記フォトレジストパターンを含む前記半導体基板上に補助膜が形成される段階と、前記フォトレジストパターンの表面に形成された前記補助膜が変性されて第１補助パターンが形成される段階と、前記第１補助パターン及び前記補助膜を含む前記半導体基板上にフォトレジスト膜が形成される段階と、前記フォトレジスト膜の下部に形成された前記補助膜が変性されて第２補助パターンが形成され、前記補助膜が前記フォトレジストパターンの間のみに残留される段階、及び前記フォトレジスト膜、前記第１及び第２補助パターンを除去して前記フォトレジストパターン及び前記補助膜を含むエッチングマスクパターンを形成する段階と、を含む。
【０００７】
また、前記フォトレジストパターンは、脂溶性であることを利用して形成し、前記補助膜は水溶性であることを利用して形成することが望ましい。
【０００８】
また、前記補助膜が形成される段階以後、前記フォトレジストパターンと前記補助膜のガラス転移温度より高い温度でベッキング（Ｂａｃｋｉｎｇ）工程を行う段階をさらに含む。
【０００９】
また、前記第１及び第２補助パターンは、前記フォトレジスト膜と同時に除去される。
【００１０】
また、前記第１及び第２補助パターンは、前記フォトレジスト膜の現像工程の際に除去される。
【００１１】
また、前記第１及び第２補助パターンは、前記補助膜にＨ+イオンが拡散されて形成される。
【００１２】
また、前記第１補助パターンは熱処理工程によって形成する。
【００１３】
また、前記フォトレジストパターンの間の距離は、前記フォトレジストパターン幅の３倍に形成する。
【００１４】
また、前記第１領域に形成される前記フォトレジストパターンの間の距離は、前記第１領域に形成される前記フォトレジストパターン幅の３倍に形成する。
【００１５】
また、前記第１補助パターンの厚さは、前記フォトレジストパターンの幅と同一である。
【００１６】
また、前記第２補助パターンは、前記フォトレジスト膜を露光して形成する。
【００１７】
また、前記第２補助パターンを形成するための前記フォトレジスト膜の露光工程の際、前記第１領域と前記第２領域に照射される露光量を各々異なるように設定する。
【００１８】
また、前記フォトレジスト膜に対する露光工程の際、前記第１領域に照射される露光量は前記第２領域に照射される露光量より小さいことが望ましい。
【００１９】
また、前記フォトレジスト膜に対する露光工程の際、前記第１領域に照射される露光量が多いほど、前記第１領域に残留される前記補助膜の高さは低くなる。
【００２０】
また、前記第２補助パターンは、前記第２領域のうち、前記第１領域との境界部分を除く全体に形成される。
【００２１】
また、前記フォトレジスト膜に対する露光工程の際、前記第１領域と前記第２領域との間の前記フォトレジスト膜は露光されない。
【００２２】
本発明の第３側面による半導体素子のパターンの形成方法は、半導体基板上にフォトレジストパターンが形成される段階と、前記フォトレジストパターン上に補助膜が形成される段階と、前記半導体基板に対して熱処理工程を行なって、前記フォトレジストパターンの表面に形成された前記補助膜をフォトレジストに対する現像工程の際に除去可能になるように変性させる段階と、前記補助膜上にフォトレジスト膜が形成される段階と、前記フォトレジスト膜に対して露光工程を行って、前記フォトレジスト膜の下部に形成された前記補助膜をフォトレジストに対する現像工程の際に除去可能になるように変性させるが、前記フォトレジストパターンの間には変性されていない前記補助膜が残余される段階と、露光された前記フォトレジスト膜に対して現像工程を行って除去するが、変性された前記補助膜が一緒に除去されて前記フォトレジストパターンと前記変性されていない補助膜が残留する段階と、を含む。
【００２３】
また、前記補助膜は、前記フォトレジストパターンまたは前記フォトレジスト膜から酸が拡散されてフォトレジスト膜に対する現像工程の際に除去可能になるように変性される。
【００２４】
また、前記補助膜は、前記フォトレジストパターンまたは前記フォトレジスト膜からＨ+イオンが拡散されてフォトレジスト膜に対する現像工程の際に除去可能になるように変性される。
【００２５】
また、前記フォトレジストパターンは脂溶性であることを利用して形成し、前記補助膜は水溶性であることを利用して形成することが望ましい。
【００２６】
また、前記補助膜が形成される段階以後、前記フォトレジストパターンと前記補助膜のガラス転移温度より高い温度でベッキング工程を行う段階と、をさらに含む。
【００２７】
また、本発明の第４側面による半導体素子のパターンの形成方法は、エッチング対象膜上にエッチング補助パターンが形成された半導体基板が提供される段階と、前記エッチング補助パターンを含む前記半導体基板上に補助膜が形成される段階と、前記エッチング補助パターンの表面に形成された前記補助膜が変性されて、第１補助パターンが形成される段階と、前記エッチング補助パターンの間のみに前記補助膜が残留されるように前記補助膜の上部を変性させて第２補助パターンで形成する段階と、前記第１及び第２補助パターンを除去して前記エッチング補助パターン及び残留する前記補助膜を含むエッチングマスクパターンを形成する段階と、を含む。
【００２８】
また、本発明の第５側面による半導体素子のパターンの形成方法は、第１領域及び第２領域を含む半導体基板上にエッチング対象膜、及びエッチング補助パターンを形成するが、前記エッチング補助パターンは前記第１領域より前記第２領域にさらに広い幅またはピッチに形成される段階と、前記エッチング補助パターンを含む前記半導体基板上に補助膜が形成される段階と、前記エッチング補助パターンの表面に形成された前記補助膜が変性されて第１補助パターンが形成される段階と、前記エッチング補助パターンの間のみに前記補助膜が残留されるように前記補助膜の上部を変性させて第２補助パターンで形成する段階と、前記第１及び第２補助パターンを除去して前記エッチング補助パターン、及び残留する前記補助膜を含むエッチングマスクパターンを形成する段階と、を含む。
【００２９】
また、前記第２補助パターンを形成する段階は、前記補助膜上に前記エッチング補助パターンと同じ物質膜を形成する段階と、前記エッチング補助パターンと同じ物質膜に接触された前記補助膜を第２補助パターンで形成する段階と、をさらに含む。
【００３０】
また、前記第１及び第２補助パターンは、前記エッチング補助パターンまたは前記エッチング補助パターンと同じ物質膜からＨ+イオンが前記補助膜に拡散されて形成される。
【００３１】
また、前記エッチング補助パターンは、脂溶性であることを利用して形成し、前記補助膜は水溶性であることを利用して形成することが望ましい。
【００３２】
また、前記補助膜が形成される段階以後、前記エッチング補助パターンと前記補助膜のガラス転移温度より高い温度でベッキング工程を行う段階をさらに含む。
【発明の效果】
【００３３】
以上のように、本発明の半導体素子のパターンの形成方法によれば、フォトレジストパターンを形成した後、フォトレジスト膜に対する一回の露光、及び現像工程を通じてフォトレジストパターンの間に補助膜を形成することで、フォトレジストパターンに比べて半分のピッチを持つ微細なエッチングマスクパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】本発明による半導体素子のパターンの形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図１Ｂ】本発明による半導体素子のパターンの形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図１Ｃ】本発明による半導体素子のパターンの形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図１Ｄ】本発明による半導体素子のパターンの形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図１Ｅ】本発明による半導体素子のパターンの形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図１Ｆ】本発明による半導体素子のパターンの形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図１Ｇ】本発明による半導体素子のパターンの形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図１Ｈ】本発明による半導体素子のパターンの形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図１ｌ】本発明による半導体素子のパターンの形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図２】ＤＢＡＲＣ膜とフォトレジスト膜に対して同時に現像工程が行われたＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｓｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。
【発明の実施するための形態】
【００３５】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１Ａないし図１ｌは、本発明による半導体素子のパターンの形成方法の一実施例を説明するために示した素子の断面図である。
【００３６】
図１Ａを参照すれば、第１領域Ａ及び第２領域Ｂを含む半導体基板１００を具備する。第１領域Ａは第２領域Ｂより稠密なパターンが形成される領域であり、第２領域Ｂに形成されるパターンの幅またはピッチは第１領域Ａに形成されるパターンの幅またはピッチより大きい。例えば、第１領域ＡはＮＡＮＤフラッシュメモリ素子のセル領域であり、第２領域ＢはＮＡＮＤフラッシュメモリ素子の周辺回路領域であることも可能である。また、第１領域Ａと第２領域Ｂの間の領域はＮＡＮＤフラッシュメモリ素子のパッドを形成するための領域であることも可能である。
【００３７】
半導体基板１００上にエッチング対象膜１０２を形成する。エッチング対象膜１０２はパターンを形成しようとする膜であり、コンタクトホールを形成するための絶縁膜やゲートを形成するためのゲート積層膜などを含むことができる。エッチング対象膜１０２上にはエッチング対象膜１０２をパターニングするためにハードマスク膜１０４、反射防止膜１０６、及び第１フォトレジスト膜１０８を形成する。反射防止膜１０６はフォトレジスト膜１０８に対する露光工程の際にフォトレジスト膜１０８の下部から反射する光を減少させて露光工程の解像度を高めることができる反射防止膜として役目をする。
【００３８】
一方、ハードマスク膜１０４と反射防止膜１０６は、第１フォトレジスト膜１０８のように流動性のある膜で形成することによって、ハードマスク膜１０４と反射防止膜１０６、及び第１フォトレジスト膜１０８を同一の工程装置内で連続的に形成することが好ましい。このために、ハードマスク膜１０４は、ＳＯＣ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｃａｒｂｏｎ）膜で形成し、反射防止膜１０６は、Ｓｉ含有ＢＡＲ（Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏａｔｉｎｇ）膜で形成することができる。
【００３９】
図１Ｂを参照すれば、第１フォトレジスト膜（１０８；図１Ａ参照）に対して露光及び現像工程を行ってエッチング補助パターン、すなわち、第１フォトレジストパターン１０８ａを形成する。この時、稠密なパターンが形成される半導体基板１００の第１領域Ａ上に形成される第１フォトレジストパターン１０８ａのピッチや幅は露光及び現像工程によって具現することができる最小の大きさで形成することが望ましい。第１領域Ａに形成される第１フォトレジストパターン１０８ａの幅Ｗ１とピッチはエッチング対象膜１０２に形成しようとするパターンの幅とピッチと似たり寄ったりに形成して、第１領域Ａに形成される第１フォトレジストパターン１０８ａの間の距離Ｗ２は、第１フォトレジストパターン１０８ａの幅Ｗ１の３倍程度に形成することが望ましい。
【００４０】
一方、第２領域Ｂと隣接した第１領域Ａに形成される第１フォトレジストパターン１０８ａの幅は、第１領域Ａに形成される他の第１フォトレジストパターン１０８ａの幅より大きく形成することにより、第２領域Ｂとのパターン密度の差によるディッシング現象などの問題点を最小化することができる。また、半導体基板１００の第２領域Ｂ上に形成される第１フォトレジストパターン１０８ａのピッチや幅は、半導体基板１００の第１領域Ａ上に形成される第１フォトレジストパターン１０８ａのピッチや幅より大きく形成することができ、望ましくは半導体基板１００の第２領域Ｂのエッチング対象膜１０２をパターニングするために形成するエッチングマスクパターンと類似に形成することができる。
【００４１】
第１フォトレジストパターン１０８ａは、後続工程でコーティングされる補助膜によって溶解されうる。これを防止するために、第１フォトレジストパターン１０８ａを形成した後、第１フォトレジストパターン１０８ａを硬化させる工程を行う。第１フォトレジストパターン１０８ａを硬化させる工程は、熱処理工程によって実施されうる。
【００４２】
第１フォトレジストパターン１０８ａを熱処理すれば、第１フォトレジストパターン１０８ａはクロスリンキング（Ｃｒｏｓｓ  Ｌｉｎｋｉｎｇ）されて硬化される。一方、上述した熱処理工程によって第１フォトレジストパターン１０８ａに含まれたＴＡＧ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｃｉｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を活性化させることができる。また、第１フォトレジストパターン１０８ａのクロスリンキング、またはＴＡＧ活性化をさらに容易にするために、第１フォトレジスト膜（１０８；図１Ａ参照）を形成する時、第１フォトレジスト膜（１０８；図１Ａ参照）にクロスリンカー（Ｃｒｏｓｓ  Ｌｉｎｋｅｒ）またはＴＡＧをさらに添加することができる。そして、第１フォトレジストパターン１０８ａが後続工程でコーティングされる補助膜によって形成されることを防止するために第１フォトレジスト膜（１０８；図１Ａ参照）を形成する時、第１フォトレジスト膜（１０８；図１Ａ参照）は、補助膜と違う特性の物質を利用して形成することができる。例えば、後続工程で形成される補助膜が水溶性の場合、第１フォトレジスト膜（１０８；図１Ａ参照）は脂溶性で形成して後続工程でコーティングされる補助膜によって第１フォトレジストパターン１０８ａが溶解される現象をさらに改善することができる。
【００４３】
図１Ｃを参照すれば、第１フォトレジストパターン１０８ａを含む反射防止膜１０６上に補助膜１１０を形成する。補助膜１１０は、第１領域Ａに形成された第１フォトレジストパターン１０８ａらの間の空間を完全に満たしながら第１フォトレジストパターン１０８ａらを充分に覆うことができる厚さで形成する。一方、第２領域Ｂに形成された第１フォトレジストパターン１０８ａらの間の間隔が第１領域Ａに形成された第１フォトレジストパターン１０８ａらの間の間隔に比べて広い。したがって、第２領域Ｂに形成された補助膜１１０は第２領域Ｂに形成された第１フォトレジストパターン１０８ａらの間の空間を満たすことができなくて、第１フォトレジストパターン１０８ａの段差に沿って形成されうる。
【００４４】
補助膜１１０は、反射防止膜として役目を遂行するだけでなく、水素イオンＨ+のような酸が供給されれば、酸と反応して現像液に溶解されるように変性されるＤＢＡＲＣ（Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ  Ｓｏｌｕｂｌｅ  ＢＡＲＣ）を利用して形成することができる。
【００４５】
図２は、ＤＢＡＲＣ膜とフォトレジスト膜に対して同時に現像工程が行われたＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｓｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。
【００４６】
図２を参照すれば、ＤＢＡＲＣ膜Ｄ上にフォトレジスト膜を形成した後、フォトレジスト膜に対して露光及び現像工程を行ってフォトレジストパターンＰを形成する場合、ＤＢＡＲＣ膜Ｄに対して別途のエッチング工程を実施しなくともフォトレジストパターンＰに対する現像工程の際、ＤＢＡＲＣ膜Ｄも一緒にエッチングされてパターニングされる。これは、露光工程を通じてフォトレジストパターンＰに発生された水素Ｈ+イオンのような酸が、ＤＢＡＲＣ膜ＤとフォトレジストパターンＰの境界へ拡散され、酸が拡散された領域のＤＢＡＲＣ膜Ｄが現像可能な状態に変性されてフォトレジスト膜に対する現像工程の際に一緒に除去されるからである。また、図１Ｃを参照すれば、図２において説明したような特性を示すＤＢＡＲＣ膜を利用して形成された補助膜１１０は、脂溶性の第１フォトレジストパターン１０８ａと違うように水溶性を持つ物質を利用して形成することが望ましい。これとは違って、第１フォトレジストパターン１０８ａが水溶性の場合、補助膜１１０は脂溶性で形成されうる。このように第１フォトレジストパターン１０８ａと違う特性を持つ物質を利用して補助膜１１０を形成すれば、流動性のある状態の補助膜１１０を第１フォトレジストパターン１０８ａの上部に形成しても第１フォトレジストパターン１０８ａが溶解されるような問題が発生しない。
【００４７】
補助膜１１０の形成後、第１フォトレジストパターン１０８ａの表面あらさを改善するためにベッキング（Ｂａｋｉｎｇ）工程をさらに行うことができる。
【００４８】
第１フォトレジストパターン１０８ａの表面あらさを改善するためには、第１フォトレジストパターン１０８ａ及び補助膜１１０のガラス転移温度（Ｔｇ：Ｇｌａｓｓ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）以上にベッキング工程を行わなければならない。第１フォトレジストパターン１０８ａ及び補助膜１１０が互いに異なる特性（すなわち、水溶性及び脂溶性）を持つので、第１フォトレジストパターン１０８ａ及び補助膜１１０の界面エネルギーは高い。したがって、ガラス転移温度以上にベッキング工程を行うと、第１フォトレジストパターン１０８ａと補助膜１１０の間の界面エネルギーが最小化されるように第１フォトレジストパターン１０８ａの分子が移動するので、第１フォトレジストパターン１０８ａの表面あらさが改善されうる。
【００４９】
図１Ｄを参照すれば、第１フォトレジストパターン１０８ａと補助膜１１０の界面に第１補助パターン１１０ａを形成する。第１補助パターン１１０ａの形成のためには第１フォトレジストパターン１０８ａに含まれた水素イオンＨ+のような酸を第１フォトレジストパターン１０８ａと接触された補助膜１１０へ拡散させなければならない。第１フォトレジストパターン１０８ａに含まれた酸の拡散は熱処理工程によって発生されうる。
【００５０】
このように、補助膜１１０に水素イオンＨ+のような酸が拡散されれば、酸が拡散した部分の補助膜１１０が現像液に溶解されることが可能な状態の第１補助パターン１１０ａに変性される。第１補助パターン１１０ａは、第１フォトレジストパターン１０８ａから拡散された酸を介して形成されるので、第１フォトレジストパターン１０８ａの表面に形成される。
【００５１】
第１補助パターン１１０ａの厚さは、第１フォトレジストパターン１０８ａの厚さ類似に形成することが望ましい。第１補助パターン１１０ａの厚さは熱処理工程の温度が高いか、工程時間が長いほど厚く形成されるため、熱処理工程の温度と工程時間を調節して第１補助パターン１１０ａの厚さを調節することができる。
【００５２】
以後、第１フォトレジストパターン１０８ａの間のみに補助膜１１０が残留するように補助膜１１０の上部に第２補助パターンを形成する工程を行うが、これを図面を参照して詳しく説明する。
【００５３】
図１Ｅを参照すれば、補助膜１１０上に第２フォトレジスト膜１１２を形成する。この際、第２領域Ｂに形成された第２フォトレジスト膜１１２の表面は、下部に形成された補助膜１１０の段差に沿って形成されうる。第２フォトレジスト膜１１２は、光酸発生剤（ＰＡＧ：Ｐｈｏｔｏ  Ａｃｉｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を含んで光と反応することによって水素イオンＨ+のような酸を発生させることができる。
【００５４】
図１Ｆを参照すれば、第２フォトレジスト膜（１１２；図１Ｅ参照）と補助膜（１１０；図１Ｅ参照）の界面に第２補助パターン１１０ｂを形成する。第２補助パターン１１０ｂを形成するためには水素イオンＨ+のような酸を第２フォトレジスト膜（１１２；図１Ｅ参照）と接触された補助膜（１１０；図１Ｅ参照）へ拡散させなければならない。第２フォトレジスト膜（１１２；図１Ｅ参照）に含まれた酸の拡散はレチクル（Ｒｅｔｉｃｌｅ；２００）を利用した露光工程によって発生されうる。
【００５５】
第２補助パターン１１２の形成後、一部補助膜が第１補助パターン１１０ａらの間のみに残余し、互いに分離された第３補助パターン１１０ｃに定義される。したがって、本発明は第１領域Ａで露光解像度制限によって制限された間隔に形成された第１フォトレジストパターン１０８ａらの間に第１フォトレジストパターン１０８ａと離隔されるように形成された第３補助パターン１１０ｃを形成することができる。第３補助パターン１１０ｃは、第１フォトレジストパターン１０８ａと一緒に後続工程にてエッチングバリヤーとして利用される。
【００５６】
一方、第３補助パターン１１０ｃは第２領域Ｂに比べて稠密なパターンが形成されなければならない第１領域Ａに形成されることが望ましい。また、第２領域Ｂ中第１領域Ａに比べて広い間隔でパターンが形成されなければならない部分では第３補助パターン１１０ｃが形成されないことが望ましい。そして、第１領域Ａに形成された第１フォトレジストパターン１０８ａに比べて広い間隔で形成された第１フォトレジストパターン１０８ａの間にも段差された形態の第３補助パターン１１０ｃが形成されうる。このように、多様な領域に第３補助パターン１１０ｃが形成されるようにするためには、第２補助パターン１１２ｃの形成の際、水素イオンＨ+のような酸の拡散を制御する。
【００５７】
第２補助パターン１１２の形成の際、酸の拡散を制御するために投光度が領域別に差があるレティクル２００を利用する。このようなレティクル２００はハーフトーン位相反転マスク（Ｈａｌｆｔｏｎ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｍａｓｋ）を含むことができる。ハーフトーン位相反転マスクのようなレティクル２００は光を０％超過１００％未満に透過させる第１投光部Ｍ１、光を１００%透過させる第２投光部Ｍ３、及び光を遮断させる遮光部Ｍ２を含む。
【００５８】
上述した第１、及び第２投光部Ｍ１、Ｍ３と投光部Ｍ２を含むレティクル２００を利用して第２フォトレジスト膜を露光させれば、第２フォトレジスト膜は遮光部Ｍ２に対応する非露光領域１１２ａ、第１投光部Ｍ１に対応する第１露光領域１１２ｂ、及び第２投光部Ｍ３に対応する第２露光領域１１２ｃに区分される。
【００５９】
第２露光領域１１２ｃには第１露光領域１１２ａに比べて多い量の光が入射されるので、第２露光領域１１２ｃ内部から発生するＨ+イオンの量が第１露光領域１１２ｂに比べて多い。これによって第２露光領域１１２ｃと接触された補助膜１１０（図１Ｅ参照）へ拡散するＨ+イオンの量は、第１露光領域１１２ｂと接触された補助膜１１０（図１Ｅ参照）へ拡散するＨ+イオンの量に比べて多い。その結果、第２露光領域１１２ｃの下部には補助膜１１０（図１Ｅ参照）が残余せず、第３補助パターン１１０ｃが形成されなくとも、第１露光領域１１２ｂの下部には第３補助パターン１１０ｃが形成されうる。このような第１露光領域１１２ｂは第３補助パターン１１０ｃが形成されなければならず、補助膜（図１Ｅ参照）の厚さが第１フォトレジストパターン１０８ａより厚く形成された領域に形成されることが望ましい。また、第２露光領域１１２ｃは第３補助パターン１１０ｃが形成されてはならない領域に形成されることが望ましい。また、遮光部Ｍ１に対応する非露光領域１１２ａにはＨ+イオンが発生しない。
【００６０】
これによって非露光領域１１２ａと接触された補助膜１１０（図１Ｅ参照）へＨ+イオンが拡散しないので、非露光領域１１２ａの下部には第２補助パターン１１０ｂが形成されない。その結果、非露光領域１１２ａの下部には補助膜１１０（図１Ｅ参照）が残余して第３補助パターン１１０ｃが形成される。このような非露光領域１１２ａは第３補助パターン１１０ｃが形成されなければならず、補助膜１１０（図１Ｅ参照）の厚さが第１フォトレジストパターン１０８ａの厚さより低く形成された領域に形成されることが望ましい。一方、第１露光領域１１２ｂの下部に形成された第３補助パターン１１０ｃの高さＨを調節するために第１露光領域１１２ｂに対応する第１投光部Ｍ１の光透過率を制御することができる。すなわち、光の透過率が高いほど第３補助パターン１１０ｃの高さＨは低くなり、露光の透過率が低いほど第３補助パターン１１０ｃの高さＨは高くなる。
【００６１】
本発明において、第３補助パターン１１０ｃが互いに隔離されて形成されるように第３補助パターン１１０ｃの高さＨを第１補助パターン１１０ａの高さよりは低く形成することが望ましい。このために第１投光部Ｍ１の透過率が６％内ないし８％になるように制御することが望ましい。
【００６２】
上述した遮光部Ｍ２は、半導体基板１００の第１領域Ａと第２領域Ｂの境界部に対応されうる。これにより、半導体基板１００の第１領域Ａと第２領域Ｂの境界部には非露光領域１１２ａが形成される。このような、非露光領域１１２ａは後続現像工程で除去されずに残され、第２フォトレジストパターン１１２ａに定義される。第２フォトレジストパターン１１２ａは後続するエッチング工程で半導体基板１００の第１領域Ａと第２領域Ｂの境界部に残留することで、半導体基板１００の第１領域Ａと第２領域Ｂの境界部に形成された第３補助パターン１１０ｃが過度にエッチングされて除去されることを防止する。また、第１投光部Ｍ１は第１領域Ａに対応されうる。これにより、半導体基板１００の第１領域Ａで第１フォトレジストパターン１０８ａの間には第３補助パターン１１０ｃが形成される。そして、第２露光部Ｍ３は半導体基板１００の第２領域Ｂに対応されるように形成されうる。すなわち、半導体基板１００の第２領域Ｂには露光量が最大になるように設定することができる。これにより、半導体基板１００の第２領域Ｂに形成された第２露光領域１１２ｃのＨ+イオンは、半導体基板１００の第２領域Ｂに形成された補助膜１１０（図１Ｅ参照）の全体部分へ拡散されるようにする。
【００６３】
一方、第１投光部Ｍ１は第２領域Ｂのうち、第１領域Ａと隣接した一部領域に対応されうる。これにより、第２フォトレジストパターン１１２ａ両側の第３補助パターン１１０ｃの高さを同一に形成することができる。
【００６４】
図１Ｇを参照すれば、通常のフォトレジスト膜に対する現像工程を行ってＨ+イオンが含まれた第１、及び第２露光領域を除去する。この際、第１及び第２補助パターンも一緒に除去される。これにより、半導体基板１００の第１領域Ａ上には第３補助パターン１１０ｃと第１フォトレジストパターン１０８ａを含むエッチングマスクパターンが形成される。この際、第１フォトレジストパターン１０８ａは露光及び現像工程によって具現することができる最小のピッチと幅に形成されたため、第１フォトレジストパターン１０８ａの間に形成された第３補助パターン１１０ｃによって半導体基板１００の第１領域Ａ上には露光及び現像工程によって具現することができる最小のピッチより一層稠密な、すなわち、半分のピッチを有するエッチングマスクパターンを形成することができる。また、半導体基板１００の第２領域Ｂ上には、第１フォトレジストパターン１０８ａのみ残留する。前述した工程で半導体基板１００の第２領域Ｂに形成された第１フォトレジストパターン１０８ａは、ターゲットパターンと類似なピッチ及び幅に形成されたため、第１フォトレジストパターン１０８ａをエッチングマスクパターンとして使用することができる。
【００６５】
そして、半導体基板１００の第１領域Ａと第２領域Ｂの間には第２フォトレジストパターン１１２ａが残留して下部に形成された第３補助パターン１１０ｃが除去されずに残留することができる。半導体基板１００の第１領域Ａと第２領域Ｂの間にもパターンが形成されなければならないので、半導体基板１００の第１領域Ａと第２領域Ｂの間にもエッチングマスクパターンが形成されなければならない。しかし、半導体基板１００の第１領域Ａと第２領域Ｂにそれぞれ形成されたパターンの間隔の差によって第３補助パターン１１０ｃの厚さが薄く形成されるので、第３補助パターン１１０ｃだけでエッチングマスクパターンを形成すれば、パターンが不安定で現像及びエッチング工程によって除去されうる。したがって、本発明の実施例では、半導体基板１００の第１領域Ａと第２領域Ｂの間に第３補助パターン１１０ｃ上に第２フォトレジストパターン１１２ａを形成して現像及びエッチング工程のうち、より安定したエッチングマスクパターンを形成することができる。
【００６６】
図１Ｈを参照すれば、第１フォトレジストパターン１００Ａと第３補助パターン１１０ｃ、及び第２フォトレジストパターン１１２ａを利用して反射防止膜１０６とハードマスク膜１０４に対してエッチング工程を行う。これにより、反射防止膜パターン１０６ａとハードマスクパターン１０４ａが形成される。
【００６７】
図１ｌを参照すれば、反射防止膜パターン１０６ａとハードマスクパターン１０４ａを利用したエッチング工程でエッチング対象膜１０２をパターニングしてエッチング対象膜パターン１０２ａを形成する。
【００６８】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６９】
１００：半導体基板
１０２：エッチング対象膜
１０４：ハードマスク膜   
１０４ａ：ハードマスクパターン
１０６：反射防止膜    
１０６ａ：反射防止膜パターン
１０８：第１フォトレジスト膜  
１０８ａ：第１フォトレジストパターン
１１０：補助膜    
１１０ａ：第１補助パターン
１１０ｂ：第２補助パターン
１１２：第２フォトレジスト膜  
１１２ａ：第２フォトレジストパターン
【図１Ａ】
2010034551.tif 000003
【図１Ｂ】
2010034551.tif 000004
【図１Ｃ】
2010034551.tif 000005
【図１Ｄ】
2010034551.tif 000006
【図１Ｅ】
2010034551.tif 000007
【図１Ｆ】
2010034551.tif 000008
【図１Ｇ】
2010034551.tif 000009
【図１Ｈ】
2010034551.tif 000010
【図１ｌ】
2010034551.tif 000011
【図２】
2010034551.tif 000012