(57)【要約】【課題】  本発明は、ネガ型フォトレジスト(Negative Type Photo Resist)を用いた自己整列方式を利用してフォトマスクパターンの間に感光膜パターンを形成し、感光膜パターンを拡大するための熱処理工程を行った後、感光膜パターンをエッチング防止膜として用いてフォトマスクパターンに対してエッチング工程を行うことにより、さらに微細なフォトマスクパターン工程が可能な半導体素子のパターン形成方法を提供するものである。【解決手段】  基板の上部にパターンを形成する段階と、前記パターンがオープンされた領域に第１の感光膜パターンを形成する段階と、前記第１の感光膜パターンを前記パターンの縁部の上部に拡散させて第２の感光膜パターンを形成する段階及び前記第２の感光膜パターンをエッチング防止層として用いて前記パターンをエッチングする段階とを含むことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上部にパターンを形成する段階と、
前記パターンがオープンされた領域に第１の感光膜パターンを形成する段階と、
前記第１の感光膜パターンを前記パターンの縁部の上部に拡散させて第２の感光膜パターンを形成する段階と、
前記第２の感光膜パターンをエッチング防止層として用いて前記パターンをエッチングする段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子のパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１の感光膜パターンに対して熱処理を行い、前記第１の感光膜パターンが拡散されるように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形成方法。
【請求項３】
前記第１の感光膜パターンは、熱処理時の温度によるサイズの変化が一定とされた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形成方法。
【請求項４】
前記第１の感光膜パターンは、ネガ型フォトレジストで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形成方法。
【請求項５】
前記パターンは、不透明材質で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形成方法。
【請求項６】
前記パターンは、クロムで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形成方法。
【請求項７】
前記パターンは、位相反転膜で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形成方法。
【請求項８】
前記基板は、透明材質で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形成方法。
【請求項９】
前記基板は、二酸化ケイ素で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形成方法。
【請求項１０】
さらに、前記第１の感光膜パターンを形成する段階は、
前記基板の上部に形成された前記パターン上に感光膜を形成する段階と、
前記基板の下部で前記感光膜に対して露光工程を行う段階と、
前記感光膜に対して現像工程を行い、前記パターンがオープンされた領域に前記第１の感光膜パターンを形成する段階と、
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パターン形成方法。
【請求項１１】
前記第１の感光膜パターンは、前記パターンの縁部の上部にも形成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子のパターン形成方法。
【請求項１２】
請求項１において、
前記第１の感光膜パターンの側壁は、垂直で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パターン形成方法。
【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(pattern)形成方法に関するものであり、特に、微細なサイズのフォトマスク(photo mask)パターンを形成することができる半導体素子のパターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、その内部に多数のメモリセル素子を含む。半導体素子が高集積化しながら、一定のセル(cell)の面積上に高密度に半導体素子を形成しなければならず、これにより、単位メモリセル素子のサイズは次第に減少している。このように、半導体技術の高集積化が速やかに進行されるにつれてフォトリソグラフィー(photolithography)を用いてパターンを具現する時、微細なサイズのパターンを形成することが重要となった。フォトリソグラフィー(photolithography)を用いてパターンを具現する時には、感光膜の厚さ、感度、PEB(Post Exposure Bake)、現像及びエッチング工程などにより具現可能な線幅が制限されることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、ネガ型フォトレジスト(Negative Type Photo Resist)を用いた自己整列方式を利用してフォトマスクパターンの間に感光膜パターンを形成し、感光膜パターンを拡大するための熱処理工程を行った後、感光膜パターンをエッチング防止膜として用いてフォトマスクパターンに対してエッチング工程を行うことにより、さらに微細なフォトマスクパターン工程が可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による半導体素子のパターン形成方法は、基板の上部にパターンを形成する段階と、前記パターンがオープンされた領域に第１の感光膜パターンを形成する段階と、前記第１の感光膜パターンを前記パターンの縁部の上部に拡散させて第２の感光膜パターンを形成する段階及び前記第２の感光膜パターンをエッチング防止層として用いて前記パターンをエッチングする段階を含むことを特徴とする。
【０００５】
前記第１の感光膜パターンに対して熱処理を行い、前記第１の感光膜パターンが拡散されるようにすることができる。前記第１の感光膜パターンは、熱処理時の温度によるサイズの変化が一定であり得る。前記第１の感光膜パターンは、ネガ型フォトレジストで形成することができる。前記パターンは、不透明材質で形成することができる。前記パターンは、クロムで形成することができる。前記パターンは、位相反転膜で形成することができる。前記基板は、透明材質で形成することができる。前記基板は、二酸化ケイ素で形成することができる。前記第１の感光膜パターンを形成する段階は、前記基板の上部に形成された前記パターン上に感光膜を形成する段階と、前記基板の下部で前記感光膜に対して露光工程を行う段階及び前記感光膜に対して現像工程を行い、前記パターンがオープンされた領域に前記第１の感光膜パターンを形成する段階をさらに含むことができる。前記第１の感光膜パターンの側壁は、垂直で形成されることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によるパターン形成方法によれば、ネガ型感光物質を用いた自己整列方式を用いて感光膜パターンを形成し、感光膜パターンのサイズを拡大するための熱処理工程を行った後、感光膜パターンをエッチング防止膜として用いてパターニング工程を行うことにより、微細なフォトマスクパターンを形成することができる。これと共に、光学装備の限界解像力を克服することができ、パターンの整列の不良を防止することができ、工程時間を短縮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付した図面を参照し、本発明の望ましい実施例を説明する。
【０００８】
しかし、本発明は、以下に説明する実施例により限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されることができ、本発明の範囲が次に詳述する実施例により限定されるものではない。また、本発明の技術分野の通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内で多様な実施例が可能であることを理解することができるものである。単に本実施例は、本発明の開示が完全であるようにし、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明の範囲は、本願の特許請求の範囲により理解されなければならない。
【０００９】
図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明による半導体素子のパターン形成方法を説明するために示した素子の断面図である。
【００１０】
図１（ａ）を参照すれば、フォトマスク基板102の一側面に第１のパターン104aを形成する。フォトマスク基板102は、フォトリソグラフィー工程で用いられる露光光源が透過可能な透明材質等の材料、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)等で形成することが望ましい。第１のパターン104aは、フォトリソグラフィー工程で用いられる露光光源が透過できない不透明材質等の材料、例えば、クロム(Cr)等で形成することが望ましい。また、第１のパターン104aは、後続の工程でさらに微細にパターニングされるため、最終的に形成しようとするパターンのサイズより大きく形成することができる。
【００１１】
そして、フォトマスク基板102と第１のパターン104aの全体構造の上部に感光膜(Photo Resist）106aを形成する。感光膜106aは、第１のパターン104aよりも厚く形成し、第１のパターン104aを完全に覆えるように形成することが望ましい。感光膜106aは、露光されて光反応が発生した部分はクロスリンキング(cross-linking)されてパターンが形成され、遮光されて光反応が発生しない部分は現像工程を通じて溶解して除去されるネガ型フォトレジストで形成することが望ましい。また、感光膜106aは、微細パターン形成が可能であるように、コントラスト(contrast)の高い化学増幅型レジスト(Chemical Amplified Resist;CAR)で形成することが望ましい。そして、感光膜106aは、熱処理時に温度によるサイズの変化が一定で熱処理時にサイズの変化が大きい材料で形成することが望ましい。これのために、感光膜106aは、PAG濃度(Photo Acid Generator Concentration)を所定濃度で一定に維持し得る物質で形成し、感光膜106a全体の温度分布を一定にし得るように工程を進行する。
【００１２】
一方、感光膜106aが形成される厚さは、後続の熱処理工程を通じて感光膜パターンのサイズの変化量とエッチング防止膜としての役割を考慮して適切に形成することが望ましい。すなわち、感光膜106aが形成される厚さをさらに厚くし、後続のパターニング工程で形成される感光膜パターンの高さを高くするほど感光膜パターンに対する熱処理工程において感光膜パターンのサイズ変化量が大きくなるため、第１のパターン104aを覆う感光膜パターン106aのサイズはさらに大きくなり得る。
【００１３】
図１（ｂ）を参照すれば、感光膜106aが形成されていないフォトマスク基板102の他方の面（フォトマスク基板102の下部）で感光膜106aに対して光源108を用いた露光工程を行う。このような露光工程により第１のパターン104aがオープン(open)された領域に形成された感光膜106aは、透明なフォトマスク基板102を通過した光源108が到達して光反応が発生し、クロスリンキングされる。反面、第１のパターン104aの上部に形成された感光膜106aは、第１のパターン104aが光源を遮断するため、光源に露出されない。
【００１４】
露光工程で用いられる光源108は、紫外線(UV)を用いることが望ましい。この時、用いられる紫外線は、一定の波長を有する紫外線に制限されず、単一波長または短波長を有する紫外線ソース(source)またはレーザー(laser)光が用いられる。
【００１５】
図１（ｃ）を参照すれば、前述の露光工程が実施された感光膜106a（図１（ｂ）を参照)に対して現像工程(development)を行う。現像工程を通じて第１のパターン104aの上部に形成され、前述の露光工程で光反応が発生していない感光膜106aは除去され、第１のパターン104aがオープンされた領域に形成された感光膜106aは残留して感光膜パターン106bを形成する。これにより、感光膜パターン106bは、第１のパターン104aがオープンされた領域で自己整列(Self Align)方式で形成される。この時、示されていないが、感光膜パターン106bは、第１のパターン104aがオープンされた領域の縁部の上部の一部にも形成され得る。また、感光膜パターン106bは、第１のパターン104aよりも厚く形成される。
【００１６】
一方、現像工程により形成された感光膜パターン106bが高いアスペクト比を有して感光膜パターン106bが倒れるのを防止するために、現像工程中に界面活性剤(surfactant)を適用することができる。また、後続の熱処理工程を通じて感光膜パターン106bが拡大する変化量を一定水準以上とするために、感光膜パターン106bの側壁の角度を垂直に近うように所定角度以上に形成することが望ましい。感光膜パターン106bの側壁の角度が垂直に比べて小さすぎると、感光膜パターン106bが水平に拡散される量があまりにも少なくなるためである。
【００１７】
図１（ｄ）を参照すれば、感光膜パターン106bに対して熱処理工程を行う。これにより、第１のパターン104aの高さより高いところに形成された感光膜パターン106bはサイズが大きくなり、第１のパターン104aの上部の一部、特に、縁部を覆う。即ち、第１の感光膜パターン106aを第１のパターン104aの縁部の上部に拡散させて第２の感光膜パターン106bを形成することが出来る。この時、感光膜パターン106bは、熱処理時の温度によるサイズの変化に一定の性質があるため、熱処理時に適用される温度によりそれぞれの感光膜パターン106bが拡大されるサイズは一定であり、それぞれの感光膜パターン106bが拡大されるサイズを調節することができる。このような感光膜パターン106bは、後続の第１のパターン104aのエッチング工程においてエッチング防止膜として用いられるため、熱処理工程で温度条件を変化させることにより、所望のサイズのパターンを形成することが可能である。
【００１８】
一方、前述の熱処理工程は、フォトマスク基板102の熱伝導度を考慮し、感光膜パターン106bに加えられる温度が一定に維持されるように、領域別または時間別に温度制御が可能な熱板(baker;図示せず)を使うことができる。
【００１９】
図１（ｅ）を参照すれば、感光膜パターン106b（図１（ｄ）を参照)をエッチング防止膜として用い、露出した第１のパターン104a（図１（ｄ）参照)に対してエッチング工程を行う。これにより、第１のパターン104aよりも微細な第２のパターン104bが形成される。その後、感光膜パターン106bを除去する。これにより、本発明の実施例によるフォトマスクパターンの製造が完了する。本発明の実施例によるフォトマスクは、遮光膜と透過膜を有する一種の2進マスク(Binary Mask)を形成する時に適用することができ、位相反転膜を有するマスク(Phase Shift Mask)を形成する時にも適用可能である。即ち、第１のパターン104aを位相反転膜で形成することが出来るものである。
【００２０】
一方、工程マージン(margin)能力及び解像力を向上させるために、OPC(Optical Proximity Correction)方法を用いてフォトマスクパターンを形成することもできる。しかし、OPCを用いれば、フォトマスク(Photo Mask)上におけるマスクパターンの形成が複雑で困難になる。特に、SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)の適用により、フォトマスクのパターン形成時に用いられる光学装備の限界解像力に近接する。特に、臨界寸法(Critical Dimension;CD)の線形性(Linearity)の制御が不完全な小サイズのパターンの場合、微細な工程変化及び臨界寸法の均一性(Uniformity)等により、小サイズのパターンが場合により形成されない場合が発生し得る。従って、工程条件の変更により若干の解像力の向上は期待できるが、大きい効果は得難く、多様な変化の要素の増加により最適工程を探すのが容易でない。
【００２１】
また、二重露光(Double Exposure)方法を適用して微細パターンを形成する場合、最初と2番目で露光されたパターンの整列精度(Alignment Accuracy)が制御し難く、充電(Charging)効果の防止のために伝導性感光膜を用いることによる工程の不安定性が増加することがある。また、欠陥発生の有無などの工程確認が必要であり、光学装備で２回の露光による露光時間の増加によるマスク製造の工程時間及び費用が増加する。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の活用例として、半導体素子のパターン(pattern)形成方法に適用出来、特に、微細なサイズのフォトマスク(photo mask)パターンを形成することができる半導体素子のパターン形成方法に適用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による半導体素子のパターン形成方法を説明するために示した素子の断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
102…フォトマスク基板
104a…第１の遮光膜パターン
104b…第２のパターン
106a…感光膜
106b…感光膜パターン
108…光源
【図１】
2008225450.tif 000003