(57)【要約】【課題】フォトレジストパターンが崩れる現象を防止できると共に、パターンのＣＤの均一度が低下することを防止できる半導体素子のパターン形成方法を提供する。【解決手段】（ａ）被エッチング層の上部に第１次有機反射防止膜組成物を塗布し、これに対してベークを行い、第１次有機反射防止膜を形成するステップと、（ｂ）前記第１次有機反射防止膜の上部に、第１次有機反射防止膜とは異なる屈折率及び吸光度を有する第２次有機反射防止膜組成物を塗布し、これに対してベークを行い、第２次有機反射防止膜を形成するステップと、（ｃ）前記形成された有機反射防止膜に対してエッチング工程を行い、有機反射防止膜上に微細な凹凸を形成するステップと、（ｄ）前記有機反射防止膜の上部にフォトレジストを塗布し、露光した後現像を行い、フォトレジストパターンを形成するステップにより半導体素子のパターンを形成する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被エッチング層の上部に第１次有機反射防止膜組成物を塗布し、これに対してベークを行い、第１次有機反射防止膜を形成するステップと、
（ｂ）前記第１次有機反射防止膜の上部に、第１次有機反射防止膜と異なる屈折率及び吸光度を有する第２次有機反射防止膜組成物を塗布し、これに対してベークを行い、第２次有機反射防止膜を形成するステップと、
（ｃ）前記形成された有機反射防止膜に対してエッチング工程を行い、有機反射防止膜上に微細な凹凸を形成するステップと、
（ｄ）前記有機反射防止膜の上部にフォトレジストを塗布し、露光した後現像を行い、フォトレジストパターンを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パターン形成方法。
【請求項２】
前記第１次有機反射防止膜組成物は、屈折率が１．２０〜２．００で、吸光度が０．２〜０．９であり、第２次有機反射防止膜組成物は、屈折率及び吸光度がそれぞれ１．２０〜２．００と０．００〜０．５０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パターン形成方法。
【請求項３】
前記第１次有機反射防止膜組成物はＤＡＲＣ−２０で、第２次有機反射防止膜組成物はＤＡＲＣ−２１またはＤＡＲＣ−２２であ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形成方法。
【請求項４】
前記第１次有機反射防止膜は３５５Åの厚さで形成し、第２次有機反射防止膜は１０００Åの厚さで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形成方法。
【請求項５】
前記第１次または第２次有機反射防止膜に対するベーク工程は、１５０〜３００℃の温度で１〜５分間行なう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】
前記露光する前や後に、ベーク工程を付加的に行うことを特徴とする請求項１または５に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記ベーク工程は、７０〜２００℃の温度で行なうことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子のパターン形成方法。
【請求項８】
請求項１に記載のパターン形成方法を利用して製造される半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子のパターン形成方法に関するもので、特に、半導体素子のフォトレジストパターンを形成する過程で、有機反射防止膜に微細な凹凸を形成させることによって、フォトレジストと有機反射防止膜との間の接触面積を増やし、フォトレジストパターンが崩れる現象を防止できると共に、相異の屈折率及び吸光度を有する２つの有機反射防止膜を重複積層することで、前記有機反射防止膜の凹凸によりパターンのＣＤの均一度が低下することを防止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。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造工程中、超微細パターンの形成工程では、フォトレジスト膜の下部膜層の光学的性質及び感光膜（フォトレジスト膜）厚さの変動による定在波、反射ノッチングと前記下部膜からの回折光及び反射光によるフォトレジストパターンのＣＤ（ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の変動が不可避に起きる。従って、下部膜層での反射を防止するために、下部膜とフォトレジストとの間に露光源に使用する光の波長帯で光吸収を良くする物質を導入したものが反射防止膜である。前記反射防止膜は、使われる物質の種類によって無機系反射防止膜と有機系反射防止膜に大きく二つに区分される。最近では、有機反射防止膜が主に使われており、多くの有機系反射防止膜が提案された。
【０００３】
一方、フォトレジストと有機反射防止膜の接着性がよくない場合、反射防止膜の上部に形成されたフォトレジストパターンが崩れる現象が発生することがあるが、このような問題点を解決するために使われている方法は、大きく２つに分けられる。まず一つは、フォトレジストと反射防止膜との間の接着性を増加させるために、パターン形成に用いるフォトレジストの種類に応じて、その特定フォトレジストに適合した有機反射防止膜を開発する方法がある。しかしながら、所望の特性を有する有機反射防止膜の開発には限界があり、その上、開発費用及び時間を多く所要するので、フォトレジストの種類に応じて、これに適合する有機反射防止膜を開発する方法は経済性を大きく低下させ得る。
【０００４】
二つ目の方法として、フォトレジストと有機反射防止膜との間の接着性を増加させるために、フォトレジストパターンと有機反射防止膜との間の接触面積を増加させる方法がある。ところが、このような方法もやはり、一旦パターンのＣＤが決まれば、有機反射防止膜とフォトレジストパターンとの間の接触面積が固定されるので、このような接触面積の増加には限界があるのが事実である。
【０００５】
但し、本発明者は、有機反射防止膜を塗布した後、このような有機反射防止膜に対してエッチング工程を行うことにより、微細な凹凸（実際、このような凹凸はとても小さく、ＳＥＭ上でもほとんど観察されない。）を形成し、このような凹凸上にフォトレジストパターンを形成すれば、有機反射防止膜とフォトレジストパターンとの間に接触面積が増加し、パターンの崩れる現象を防止できることを発見した。
【０００６】
しかし、このような方法を使用する場合、前記凹凸により有機反射防止膜の厚さに差が生じ、このような厚さの差による反射光によって、フォトレジストパターンのＣＤが容易に変動を発生させる不可避な問題点が依然として存在するようになる。
【０００７】
以下、これらの問題点を、添付の図１を参照にして詳述する。
【０００８】
図１は、有機反射防止膜の厚さと反射率の関係をグラフで示す図面である。
【０００９】
前述したように、有機反射防止膜にエッチングを進行することによって、微細な凹凸を形成する場合、このような凹凸によって有機反射防止膜に、数Åないし数十Åの厚さ変化が生じる。図１に示すように、最低点における反射度は０．５％以下で、光源から入射した光の総量の０．５％以下の量のみ反射されるので、特に問題がないが、前記凹凸により、例えば、７０Å（＝７ｎｍ）の厚さの差が発生すると、反射率は２．０％になり、決して無視できない反射光が発生するようになる。このために、フォトレジストパターンのＣＤにおいて、不可避的な変動が生じるようになる。
【００１０】
このような従来技術の問題点によって、フォトレジストパターンと有機反射防止膜の接着度を増加させることができ、パターンの崩れる現象を防止できながらも、尚且つ、フォトレジストパターンのＣＤの均一度が低下することを防止できる半導体素子のパターン形成方法が切実に要求されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、有機反射防止膜にエッチングを進行し、微細な凹凸が形成させることによって、フォトレジストと有機反射防止膜との間の接触面積を増やし、フォトレジストパターンが崩れる現象を防止できると共に、相異の屈折率及び吸光度を有する２つの有機反射防止膜を重複積層することで、前記有機反射防止膜の凹凸によりパターンのＣＤの均一度が低下することを防止できる半導体素子のパターン形成方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するための本発明における半導体素子のパターン形成方法は、（ａ）被エッチング層の上部に第１次有機反射防止膜組成物を塗布し、これに対してベークを進行し、第１次有機反射防止膜を形成するステップ、（ｂ）前記第１次有機反射防止膜の上部に、第１次有機反射防止膜と異なる屈折率及び吸光度を有する第２次有機反射防止膜組成物を塗布し、これに対してベークを進行し、第２次有機反射防止膜を形成するステップと、（ｃ）前記形成された有機反射防止膜に対してエッチング工程を行い、有機反射防止膜上に微細な凹凸を形成するステップと、（ｄ）前記有機反射防止膜の上部にフォトレジストを塗布し、露光した後現像を行い、フォトレジストパターンを形成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
前記本発明のパターン形成方法によれば、有機反射防止膜に対してエッチングを行い、微細な凹凸を形成することによって、有機反射防止膜とフォトレジストパターンとの間に接触面積を増加させることができるので、フォトレジストパターンの崩れる現象を防止できると共に、相異の屈折率及び吸光度を有する２つの有機反射防止膜組成物を複合塗布することによって、有機反射防止膜を形成するようになる。従って、光の干渉現象（消滅干渉）により、前記有機反射防止膜の厚さの差によって発生する反射光を最小化することができると同時に、反射光によってＣＤの均一度が低下することを防止できる。
【００１４】
本発明に係るパターン形成方法において、前記第１次有機反射防止膜組成物の屈折率は１．２０〜２．００で、吸光度は０．２〜０．９になることが好ましく、第２次有機反射防止膜組成物の屈折率及び吸光度は、それぞれ１．２０〜２．００と０．００〜０．５０になることが好ましい。このような範囲の吸光度を有することによって、最終形成された有機反射防止膜が好ましい吸光度を有することができるので、下部膜層からの反射を効果的に除去できる。その上、第１次及び第２次有機反射防止膜が好ましい範囲の屈折率を有することで、光の干渉現象により、有機反射防止膜の厚さが変化しても反射光をより一層小さく維持することができる。
【００１５】
特に、１９３ｎｍのＡｒＦ光源を使用する超微細パターン形成工程においては、第１次有機反射防止膜組成物としては、ＤＡＲＣ−２０（有機反射防止膜組成物の市販名称、１９３ｎｍの光に対する屈折率が１．６４で、吸光度が０．６４である。）を使用することが好ましく、第２次有機反射防止膜組成物としては、ＤＡＲＣ−２１（有機反射防止膜組成物の市販名称、１９３ｎｍの光に対する屈折率が１．５４で、吸光度が０．３８である。）、またはＤＡＲＣ−２２（有機反射防止膜組成物の市販名称、１９３ｎｍの光に対する屈折率が１．４９で、吸光度が０．３３である。）を使用することが好ましい。このような有機反射防止膜組成物は１９３ｎｍの光に対し、最適の吸光度及び屈折率を有しており、このような有機反射防止膜組成物を使用することで、有機反射防止膜の厚さが変化しても反射光を光の干渉により、ほぼ全て消滅させることができる。従って、前記反射光によってＣＤの均一度が低下するのを防止でき、最終形成された有機反射防止膜が最適の吸光度を得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係るパターン形成方法において、前記第１次有機反射防止膜の厚さは３５５Åとすることが好ましく、第２次有機反射防止膜は１０００Åの厚さで形成することが好ましい。このような厚さで各有機反射防止膜を形成してから、有機反射防止膜に対してエッチング工程を進行し、微細な凹凸を形成するようになる。このようなエッチング工程を経ると、第１次有機反射防止膜の厚さは３５５Åに維持され、第２次有機反射防止膜は約１００Åの厚さになる。光の干渉現象は、各層の屈折率と厚さに依存するので、前述したような屈折率を有する第１次及び第２次有機反射防止膜が、このような厚さで残る場合、光の消滅干渉を通じて、前記微細な凹凸による反射光を最小化することができると伴に、それによって、前記反射光によるフォトレジストパターンの均一度の低下が防止できる。
【００１７】
本発明に係るパターン形成方法において、前記ベーク工程は１５０〜３００℃の温度で１〜５分間行うことが好ましい。このような条件でベークを行うことで、熱酸発生剤から酸が発生し、有機反射防止膜内に架橋結合が形成される。これによって、フォトレジストの溶媒に溶解されない有機反射防止膜が形成される。
【００１８】
また、本発明に係るパターン形成方法の前記パターンを形成するステップにおいて、露光する前や後にベーク工程を付加的に行うことができ、このようなベーク工程は７０〜２００℃の温度で行うことが好ましい。
【００１９】
本発明に係るパターン形成方法は、主にＡｒＦ光源を使用する超微細パターン形成工程に適用されるが、ＫｒＦ、ＥＵＶを含む遠紫外線（ＤＵＶ）、電子ビーム、Ｘ線またはイオンビームを使用して行われる超微細パターン形成工程においても同じく適用することができる。
【００２０】
本発明はまた、本発明によるパターン形成方法を利用して製造される半導体素子を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例について具体的に説明する。しかし、本実施例は、本発明の権利範囲を限定するのではなく、ただ、例示として提示したものである。
【００２２】
（比較例１）従来技術によるフォトレジストパターンの形成
波長１９３ｎｍの光に対して１．６４の屈折率を有し、０．６４の吸光度を有するＤＡＲＣ−２０（韓国トンジン・セミカム社製、１３５５Åコーティング用）の有機反射防止膜組成物をスピン塗布させた後、２４０℃で９０秒間ベークして架橋させることで、１３５５Åの厚さに有機反射防止膜を形成した。前記有機反射防止膜に対してｅ−ＭＡＸエッチング装備（ＡＭＡＴ社製）を使用してエッチング工程を行った。前記エッチング工程は、５０ｍＴｏｒｒ／３００Ｗ／Ａｒ：１５０ｓｃｃｍ／ＣＦ４：８０ｓｃｃｍ／Ｏ２：２０ｓｃｃｍ／ＣＯ：２０ｓｃｃｍの条件で２０秒行ったが、このようなエッチング工程を行えば、前記有機反射防止膜が３５５Åの厚さに残る。
【００２３】
以後、前記エッチング工程が行われた有機反射防止膜の上部にクラリアント（Ｃｌａｒｉａｎｔ）社製のＡＸ１０２０Ｐ（一般的に使われるフォトレジスト物質の名称）フォトレジストをコーティングした後、１２０℃で９０秒間ベークした。前記ベークを進行した後、ＡＳＭＬ社製のＡｒＦ露光装備を利用して露光を行い、１２０℃で９０秒間再びベークした。前記露光したウエハーをＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド）２．３８重量％の現像液を使用して現像することによって、１００ｎｍのＬ／Ｓパターンを得た。前記１００ｎｍパターンの２０ポイントのＣＤを測定した結果、ＣＤの標準偏差は１８．３４ｎｍであった。
【００２４】
（実施例１）本発明に係るフォトレジストパターンの形成
波長１９３ｎｍの光に対して１．６４の屈折率を有し、０．６４の吸光度を有するＤＡＲＣ−２０（韓国トンジン・セミカム社製、３５５Åコーティング用）の有機反射防止膜組成物をスピン塗布させた後、２４０℃で９０秒間ベークして架橋させることで、３５５Åの厚さの有機反射防止膜を形成した。前記有機反射防止膜の上部に１．５４の屈折率を有し、０．３８の吸光度を有するＤＡＲＣ−２１を再びスピン塗布し、２４０℃で９０秒間ベークして架橋させることで、１０００Åの厚さに第２次有機反射防止膜を形成した。第２次有機反射防止膜に対してｅ−ＭＡＸエッチング装備（ＡＭＡＴ社製）を使用してエッチング工程を行った。前記エッチング工程は、５０ｍＴｏｒｒ／３００Ｗ／Ａｒ：１５０ｓｃｃｍ／ＣＦ４：８０ｓｃｃｍ／Ｏ２：２０ｓｃｃｍ／ＣＯ：２０ｓｃｃｍの条件で２０秒行ったが、このようなエッチング工程を進行すれば、有機反射防止膜が４５５Å（第１次有機反射防止膜の厚さ（３５５Å）と、第２次有機反射防止膜の厚さ（１００Å）の合計）の厚さで残る。
【００２５】
以後、エッチング工程を行った有機反射防止膜の上部にクラリアント（Ｃｌａｒｉａｎｔ）社製のＡＸ１０２０Ｐ（一般的に使われるフォトレジスト物質の名称）フォトレジストをコーティングした後、１２０℃で９０秒間ベークした。ベークを行った後、ＡＳＭＬ社製のＡｒＦ露光装備を利用して露光を行い、１２０℃で９０秒間再びベークした。前記露光したウエハーをＴＭＡＨ２．３８重量％の現像液を使用して現像することで、１００ｎｍのＬ／Ｓパターンを得た。前記１００ｎｍパターンの２０ポイントのＣＤを測定した結果、ＣＤの標準偏差は５．８２ｎｍであった。また、このような実施例において、有機反射防止膜の厚さの変化による反射率を測定し、図２に表した。
【００２６】
（実施例２）本発明に係るフォトレジストパターンの形成
波長１９３ｎｍの光に対して１．６４の屈折率を有し、０．６４の吸光度を有するＤＡＲＣ−２０（韓国トンジン・セミカム社製、３５５Åコーティング用）の有機反射防止膜組成物をスピン塗布させた後、２４０℃で９０秒間ベークして架橋させることで、３５５Åの厚さに有機反射防止膜を形成した。前記有機反射防止膜の上部に１．４９の屈折率を有し、０．３３の吸光度を有するＤＡＲＣ−２２を再びスピン塗布し、２４０℃で９０秒間ベークして架橋させることで、１０００Åの厚さに第２次有機反射防止膜を形成した。前記第２次有機反射防止膜に対してｅ−ＭＡＸエッチング装備（ＡＭＡＴ社製）を使用してエッチング工程を行った。エッチング工程は、５０ｍＴｏｒｒ／３００Ｗ／Ａｒ：１５０ｓｃｃｍ／ＣＦ４：８０ｓｃｃｍ／Ｏ２：２０ｓｃｃｍ／ＣＯ：２０ｓｃｃｍの条件で２０秒行ったが、このようなエッチング工程を行えば、前記有機反射防止膜が４５５Å（第１次有機反射防止膜の厚さ（３５５Å）と、第２次有機反射防止膜の厚さ（１００Å）の合計）の厚さで残る。
【００２７】
以後、前記エッチング工程が進行された有機反射防止膜の上部にクラリアント（Ｃｌａｒｉａｎｔ）社製のＡＸ１０２０Ｐ（一般的に使われるフォトレジスト物質の名称）フォトレジストをコーティングした後、１２０℃で９０秒間ベークした。前期ベークを進行した後、ＡＳＭＬ社製のＡｒＦ露光装備を利用して露光を行い、１２０℃で９０秒間再びベークした。前記露光したウエハーをＴＭＡＨ２．３８重量％の現像液を使用して現像することで、１００ｎｍのＬ／Ｓパターンを得た。前記１００ｎｍパターンの２０ポイントのＣＤを測定した結果、ＣＤの標準偏差は３．３９ｎｍであった。
【００２８】
前記比較例及び実施例から見られるように、単一の有機反射防止膜を形成し、これに対してエッチングを進行して微細な凹凸を形成する場合には、前記凹凸による有機反射防止膜の厚さの差のために反射光が発生するようになり、このような反射光によって形成されたフォトレジストパターンのＣＤの均一度が低下するという問題点が発生する。これに比べ、相異の屈折率及び吸光度を有する２つの有機反射防止膜組成物を複合塗布し、有機反射防止膜を形成する場合には、光の干渉現像によって、反射光を最小化することができると伴に、これによってＣＤの変動がほとんど起こらないようになるので、前記反射光によるＣＤの均一度の低下を防止できることが分かる。
【００２９】
このような事実は、添付図面を通じてより一層明らかになるが、図１を参照すると、単一有機反射防止膜だけを形成する場合には、有機反射防止膜に約７０Åの厚さの変化がある場合に、反射率が０．５％以下から２．０％に増加するようになるが、相異の屈折率及び吸光度を有する２つの有機反射防止膜を複合塗布し、有機反射防止膜を形成する場合、図２から見て分かるように、有機反射防止膜に約７０Åの厚さの変化があっても反射率は約０．４％以下から１．０５％程度の増加に止まり、有機反射防止膜の厚さの変化による反射光の増加を顕著に抑えることが分かる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るパターン形成方法によれば、有機反射防止膜に対してエッチングを行い、微細な凹凸を形成することによって、パターンの崩れる現象を防止できると共に、相異の屈折率及び吸光度を有する２つの有機反射防止膜組成物を複合塗布して有機反射防止膜を形成することで、前期微細な凹凸のため生じる有機反射防止膜の厚さの変化に対しても反射光の発生を最小化でき、前記反射光によってフォトレジストパターンのＣＤの均一度が低下してしまうことが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機反射防止膜の厚さと反射率との関係を表すグラフである。
【図２】本発明に係るパターン形成方法の一実施形態における、有機反射防止膜の厚さの変化に対する反射率の関係を表すグラフである。
【図１】
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【図２】
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