(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上部にネガティブフォトレジスト膜を化学増幅型フォトレジストで形成する段階と、
前記ネガティブフォトレジスト膜の一部領域を露光する段階と、
露光されたネガティブフォトレジスト膜を現像する段階と、
前記現像により形成されたネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜を含む前記基板の上部にポジティブフォトレジスト膜を化学増幅型フォトレジストで形成する段階と、
前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の境界部の前記ポジティブフォトレジスト膜にＨ＋が拡散するように前記基板をベーキングする段階と、
前記Ｈ＋が拡散したポジティブフォトレジスト膜を現像する段階と、を有することを特徴とするマスクパターン形成方法。
【請求項２】
前記ネガティブフォトレジスト膜を形成する段階の前に、ボトム乱反射防止膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項３】
前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜と前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜との間のスペースの和は、露光装備の解像度の２倍であるピッチを有することを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項４】
前記ポジティブフォトレジスト膜は、ベーキングにより前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部に拡散するＨ＋の厚さを考慮し、前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の上部の厚さが前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部に拡散するＨ＋の厚さより薄く形成されることを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項５】
前記ポジティブフォトレジスト膜は、前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部に拡散したＨ＋の厚さが上部より薄く形成されることを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項６】
前記マスクパターンは、前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部の拡散したＨ＋を含む前記ポジティブフォトレジスト膜を除去し、目標間隔となるようにパターンピッチを調節することを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項７】
前記マスクパターンは、前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜と前記ポジティブトンワーキングフォトレジスト膜がスペースだけ離隔され、交互に反復して形成されることを特徴とする請求項１に記載のマスクパターン形成方法。
【請求項８】
前記マスクパターンは、前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜と前記ポジティブトンワーキングフォトレジスト膜との間のスペースの和は、露光装備の解像度と同一のパターンピッチを有することを特徴とする請求項７に記載のマスクパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクパターン形成方法（Method for forming a mask pattern）に関するものであり、特に、化学増幅型(Chemically Amplified)ネガティブフォトレジスト(NegativePhoto Resist)とポジティブフォトレジスト(Positive Photo Resist)の組み合せによる露光及び現像によりパターンピッチ(pattern pitch)を減少させることができるマスクパターン(mask pattern)形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製品が小型化、高集積化されるにつれて素子の新たな機能を向上させるために、パターンを形成するパターニング(Patterning)技術に対する関心が高まっている。現在の高い集積度を有するパターニング技術は、半導体製造の核心技術として発展してきており、主にフォトリソグラフィ(Photo lithography)工程が用いられている。このようなフォトリソグラフィ工程は、光の照射如何により感応する化学物質であるフォトレジスト(Photo Resist; PR)を塗布してフォトレジスト膜を形成し、これを露光(exposure)及び現像(develop)してマスクパターンを形成した後、形成されたマスクパターンを用いて下部膜を選択的にエッチングすることによりパターニングする。
【０００３】
一般に、パターニングの形成の時に用いられるフォトレジスト膜露光装備の工程能力の限界(解像度)は、ラインパターン(Line Pattern)とスペース(Space)の和で定義されるパターンピッチ(Pitch)の1/2倍であるハーフピッチ(Half Pitch)を基準として示される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在まで開発された露光装備の解像度は、ハーフピッチを基準として45nmであり、ネットダイ(net die)を増加させるためには、パターンピッチまたはハーフピッチの減少が要求される。
【０００５】
そこで本発明は、化学増幅型ネガティブフォトレジストとポジティブフォトレジストとの組み合せによる露光及び現像によりパターンピッチが露光装備の解像度の1/2倍であるマスクパターンを形成することができるマスクパターン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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明によるマスクパターン(mask pattern)形成方法は、基板の上部にネガティブフォトレジスト(Negative Photo Resist)膜を形成する。ネガティブフォトレジスト膜の一部領域を露光する。ネガティブフォトレジスト膜を現像する。ネガティブトーンワーキングフォトレジスト(negative tone working photo resist)膜を含む基板の上部にポジティブフォトレジスト(Positive Photo Resist)膜を形成する。ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の境界部のポジティブフォトレジスト膜に水素気体が拡散するように基板をベーキング(Baking)する。ポジティブフォトレジスト膜を現像する。
【０００７】
上記において、ネガティブフォトレジスト膜を形成する段階前にボトム乱反射防止(Bottom Anti-Reflective Coating;BARC)膜を形成する段階をさらに含む。ネガティブフォトレジスト膜及びポジティブフォトレジスト膜のそれぞれは、化学増幅型フォトレジストで形成される。
【０００８】
ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜とネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜との間のスペースの和は、露光装備の解像度の2倍であるパターンピッチを有する。ポジティブフォトレジスト膜は、ベーキングによりネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部に拡散する水素気体の厚さを考慮し、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の上部の厚さがネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部に拡散する水素気体の厚さより薄く形成される。ポジティブフォトレジスト膜は、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部に拡散した水素気体の厚さが上部より薄く形成される。
【０００９】
マスクパターンは、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部の拡散した水素気体を含むポジティブフォトレジスト膜を除去し、目標間隔になるようにパターンピッチを調節する。マスクパターンは、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜とポジティブトンワーキングフォトレジスト膜がスペースだけ離隔され、交互に反復して形成される。
【００１０】
マスクパターンは、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜またはポジティブトンワーキングフォトレジスト膜とスペースの和は、露光装備の解像度と同一のパターンピッチを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、化学増幅型ネガティブフォトレジストとポジティブフォトレジストの組み合せによる露光及び現像において既存の一種類のフォトレジスト膜のみを用いる場合よりパターンピッチが1/2倍減少されたマスクパターンを形成することができる。
【００１２】
本発明は、パターンピッチが減少したマスクパターンを半導体素子の製造工程に用いることにより、ネットダイを増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照し、本発明の一実施例をさらに詳しく説明する。しかし、本発明の実施例は、様々な異なる形態で変形されることができ、本発明の範囲が以下に詳述する実施例により限定されるものと解釈されてはならず、当業界で普遍的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものと解釈されることが好ましい。
【００１４】
図１、図２は、本発明の実施例によるマスクパターン形成方法を示した工程断面図である。
【００１５】
図１（ａ）を参照すれば、基板100の上部にボトム乱反射防止(Bottom Anti-Reflective Coating; BARC)膜110を形成する。BARC膜110は、基板100の表面から反射する露光源の反射光を制御するために形成し、必ず形成しなければならないものではない。
【００１６】
BARC膜110の上部には、ネガティブフォトレジスト(Negative Photo Resist)膜120を形成する。望ましくは、ネガティブフォトレジスト膜120は、化学増幅型レジスト(Chemically Amplified Resist)で形成する。
【００１７】
化学増幅型レジストは、量子収率が100％より大きいレジストを意味するものであり、樹脂(Resin)とフォト酸ジェネレータ(Photo Acid Generator; PAG)を基本とし、コントラスト(contrast)の向上及び溶解度の制御のために反応抑制剤(Inhibitor)を用いる場合がある。ここで、化学増幅型レジストとしては、ポリヒドロキシスチレン(polyhydroxy styrene;PHST)樹脂の一部をt-ブトキシカルボニル(t-buthoxy carbonyl;t-BOC)基で適当な割合(n/m)だけ置き換えて現像機(developer)に対する溶解度を制御したマトリックス樹脂(matrix resin)を用いることができる。この場合、ネガティブフォトレジスト膜120は、スピンコーティング(Spin Coating)方式で形成することができる。
【００１８】
図１（ｂ）を参照すれば、ネガティブフォトレジスト膜120の一部領域を露光(expose)する。ここで、露光源としては、ArFまたはKrFを用いることができる。このように、露光により形成された酸(acid)は、O-t-BOCをO-Hで還元させてアルカリ溶液に溶ける状態にし、この時、副産物として出た水素気体(H+)は、再び周辺のt-BOCをデプロテクション(deprotection)するのに用いられ、増幅作用をする。これにより、水素気体(H+)を含む露光されたネガティブフォトレジスト膜120aが形成される。
【００１９】
特に、本発明は、後続のベーキング工程を通じて露光されたネガティブフォトレジスト膜120aの側壁のポジティブフォトレジスト膜(図示せず)に水素気体(H+)が拡散しただけの厚さを除去してパターンピッチを調節するが、これは、露光量を調節してポジティブフォトレジスト膜に拡散する水素気体(H+)の厚さを調節することにより制御する。
【００２０】
図１（ｃ）を参照すれば、露光されたネガティブフォトレジスト膜120aを現像する。露光により形成された水素気体(H+)がフォトレジストと架橋反応を起こして露光されたフォトレジスト膜120aは、現像液に溶けずに残るようになる。これにより、露光後に露光部位がパターンで残るフォトレジストであるネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜(negative tone working photo resist layer)120bが形成される。
【００２１】
ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bとネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bとの間の第1のスペース120cの和はパターンピッチ(P1)で定義され、露光装備解像度の2倍の間隔になる。
【００２２】
図２（ａ）を参照すれば、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bを含む基板100の上部にポジティブフォトレジスト膜130を形成する。望ましくは、ポジティブフォトレジスト膜130は化学増幅型レジストで形成し、この場合、スピンコーティング方式で形成することができる。
【００２３】
ここで、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの上部に形成されるポジティブフォトレジスト膜130の厚さは、後続のベーキング(baking)工程を通じてネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの側部に水素気体(H+)の拡散により除去される厚さより薄く形成し、現像溶液が水素気体(H+)が拡散したポジティブフォトレジスト膜(図示せず)に下部に侵透することができるようにする。
【００２４】
図２（ｂ）を参照すれば、ポジティブフォトレジスト膜130が形成された基板100をベーキングする。これにより、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの全体表面に所定厚さだけ水素気体(H+)が拡散し、水素気体(H+)が拡散したポジティブフォトレジスト膜130aが形成される。この時、水素気体(H+)が拡散したポジティブフォトレジスト膜130aは、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの側部の厚さがネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの上部の厚さより厚く形成される。
【００２５】
図２（ｃ）を参照すれば、水素気体(H+)が拡散したポジティブフォトレジスト膜130のみを選択的に現像する。この場合、水素気体(H+)が拡散したポジティブフォトレジスト膜130aは、水素気体(H+)がフォトレジストと分解反応を起こして現像液に溶けて除去される。その結果、ポジティブトンワーキングフォトレジスト膜(positive tone working photo resist layer)130bが形成される。
【００２６】
これにより、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bとネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bより厚く形成されたポジティブトンワーキングフォトレジスト膜130bが第2のスペース130cだけ離隔され、交互に反復されるマスクパターン140が完成される。ここで、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの間にポジティブトンワーキングフォトレジスト膜130bが形成されるため、図１（ｃ）の第1のスペース120cに比べて第2のスペース130cの間隔は、ポジティブトンワーキングフォトレジスト膜130bと第2のスペース130cを合わせた間隔だけ細くなる。
【００２７】
上記のように、マスクパターン140は、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bまたはポジティブトンワーキングフォトレジスト膜130bとネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bとポジティブトンワーキングフォトレジスト膜130bとの間の第2のスペース130cの和で定義されるパターンピッチ(P2)を有し、これは目標間隔となる。従って、本発明によるマスクパターン140のパターンピッチ(P2)は、ネガティブフォトレジスト膜120のみを用いた露光及び現像に形成されたパターンピッチ(P1)より1/2倍小くなる。即ち、本発明によるマスクパターン140は、露光装備の解像度と同一の間隔のパターンピッチを具現することができる。
【００２８】
このように形成されたマスクパターン140は、半導体素子工程でゲート電極やビットラインなどのように実際のパターンを形成するためのハードマスク(hard mask)として用いられ、これを通じてパターンピッチを減少させてネットダイ(net die)を増加させることができる。
【００２９】
本発明は、以上で詳察したように、好ましい実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で様々に変形して行うことが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例によるマスクパターン形成方法を示した工程断面図である。
【図２】本発明の実施例によるマスクパターン形成方法を示した工程断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
100 :基板
110 :ボトム乱反射防止膜
120 :ネガティブフォトレジスト膜
120a :露光されたネガティブフォトレジスト膜
120b :ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜
120c :第1のスペース
130 :ポジティブフォトレジスト膜
130a :水素気体が拡散したポジティブフォトレジスト膜
130b :ポジティブトンワーキングフォトレジスト膜   
130c :第2のスペース
140 :マスクパターン
【図１】
0004997371.tif 000002
【図２】
0004997371.tif 000003