KR100802229B1 - Method of Pattern Formation for Semiconductor Device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광투과성 폴리머, 광분해성 물질 및 용매를 포함하는 조성물을 준비하는 단계; 반도체 기판의 피식각층 상부에 감광막을 도포하고, 그 상부에 상기 조성물을 도포하여 제1 블리칭막을 형성하는 단계; 제1 노광마스크를 이용하여 상기 결과물상의 제1 영역을 노광한 후 상기 제1 블리칭막을 제거하는 단계; 전체표면 상부에 상기 조성물을 도포하여 제2 블리칭막을 형성한 후, 제2 노광마스크를 이용하여 상기 결과물 상의 제2 영역을 노광하는 단계; 제2 블리칭막을 제거한 후 감광막을 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 감광막 패턴을 식각방지막으로 하부 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 식각 공정 없이 두 번의 리소그래피 공정만으로 노광 장비의 해상 한계 이하의 초미세 패턴 형성이 가능하므로, 식각 공정을 수반한 종래의 이중 패터닝 공정에 비해 공정을 단순화시켜 공정 단가를 낮출 수 있다.The present invention relates to a method of forming a pattern of a semiconductor device, and more particularly, to a method of pattern formation of a semiconductor device, which comprises preparing a composition comprising a light-transmitting polymer, a photodegradable material and a solvent; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: applying a photoresist film over an etching layer of a semiconductor substrate and applying the composition on the photoresist film to form a first bleaching film; Exposing a first area on the resultant using a first exposure mask, and then removing the first bleaching film; Coating the composition on the entire surface to form a second bleaching film, and then exposing a second area on the resultant using a second exposure mask; Removing the second bleaching film and developing the photoresist to form a photoresist pattern; And etching the lower etching layer with the photoresist pattern as an etch stopping film. The method of forming a pattern of a semiconductor device according to the present invention can form an ultrafine pattern below the resolution limit of an exposure apparatus by using only two lithography processes without an etching process. Therefore, compared to a conventional double patterning process involving an etching process, The unit price can be lowered.

반도체 소자, 이중노광, 패턴 형성 Semiconductor device, double exposure, pattern formation

Description

반도체 소자의 패턴 형성 방법{Method of Pattern Formation for Semiconductor Device}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001]

도 1a 내지 도 1g는 종래 반도체 소자의 패턴 형성 방법의 문제점을 보여주는 공정 단면도이다.1A to 1G are process cross-sectional views showing problems of the conventional patterning method of a semiconductor device.

도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 반도체 소자의 패턴 형성 방법 과정을 보여주는 공정 단면도이다.2A to 2I are process cross-sectional views illustrating a method of forming a pattern of a semiconductor device of the present invention.

도 3a 내지 도 3c는 이중노광시의 노광 에너지 세기 및 감광막 내부의 광산 분포를 도시한 그래프이다.FIGS. 3A to 3C are graphs showing the exposure energy intensity during double exposure and the distribution of the mine inside the photoresist film.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]

11,21,31 ; 반도체 기판, 12,22,32 ; 피식각층,11, 21, 31; A semiconductor substrate, 12, 22, 32; However,

13,15,23,33 ; 감광막, 14,25,35 ; 노광마스크13, 15, 23, 33; Photosensitive film, 14, 25, 35; Exposure Mask

24,34 ; 블리칭막(bleaching layer), 13,15,26 : 감광막 패턴24,34; Bleaching layer 13, 15, 26: Photoresist pattern

36 ; 노광 에너지의 세기, 37 ; 감광막 내부의 광산 분포36; Intensity of exposure energy, 37; Distribution of mine inside the photoresist film

본 발명은 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 공정 중 리소그래피(Lithography) 공정의 해상 한계를 뛰어 넘는 패턴 형성을 가능하게 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of forming a pattern of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a pattern of a semiconductor device that enables pattern formation beyond the marginal limit of a lithography process.

반도체 장치가 고집적화됨에 따라 디자인 룰이 감소하게 되고, 이에 따라 소자를 이루는 각 패턴을 형성하는 리소그래피 공정은 반도체 장치의 집적도를 결정하는 중요한 요인이 되고 있다. 리소그래피 공정은 도포된 감광막의 소정 부분을 노광마스크를 통해 노광시킴으로서 선택적인 광화학 반응을 일으키고, 노광 후 베이크를 통해 정재파 효과를 감소시키며, 알칼리 용액을 사용하여 노광 지역과 비노광 지역간의 용해도 차이에 의한 화학 반응을 이용하여 최종적인 패턴을 형성하는 공정이다.As the semiconductor device becomes highly integrated, the design rules are reduced, and accordingly, the lithography process for forming each pattern constituting the device becomes an important factor for determining the degree of integration of the semiconductor device. The lithography process causes a selective photochemical reaction by exposing a given portion of the applied photoresist through an exposure mask, reduces the standing wave effect through post-exposure bake, and is characterized by the difference in solubility between exposed and unexposed regions using an alkaline solution And a final pattern is formed using a chemical reaction.

종래 반도체 소자의 패턴 형성 방법에서는 리소그래피 기술이 중요한 역할을 하는데, 미세패턴을 형성하기 위해서는 리소그래피 노광 장비의 해상도가 낮은 장비가 필요하다. 이때, 일반적으로 리소그래피 노광 장비의 해상도(Resolution)는 하기와 같은 레일리(Rayleigh)의 식에 의해 정의된다.Conventionally, a lithography technique plays an important role in a pattern formation method of a semiconductor device. In order to form a fine pattern, a device having a low resolution of a lithography exposure apparatus is required. At this time, the resolution of the lithography exposure apparatus is generally defined by Rayleigh's equation as follows.

Figure 112006033329426-pat00001
Figure 112006033329426-pat00001

상기에서, R = 해상도, NA = 렌즈 개구수(Numerical Aperture), k1 = 공정상수(Process Factor), λ = 파장(Wavelength)이다.In the above, R = resolution, NA = numerical aperture, k1 = process factor, and λ = wavelength.

상기 레일리의 식에서 알 수 있는 바와 같이, 해상도를 작게 하기 위해서는 리소그래피 노광 장비의 렌즈 개구수를 증가시키거나, λ를 작게 하면 된다. 그러나, 노광 장비의 렌즈 개구수를 증가시키기 위해서는 노광 장비를 교체해야 하는 데, 이는 신규 투자비용이 매우 비싸다는 문제점이 있다. 또한, 공정상수인 k1을 작게 만드는 방법으로는 변형조명법(Off-axis illumination), 위상반전 마스크(Phase Shift Mask), 광학회절 보정법(Optical Proximity Correction)과 같은 기술이 있으나, 이러한 방법들 또한 신규 투자비용이 필요하고, k1은 0.25라는 물리적인 한계를 가져서 그 이하로 낮추는 것이 통상적인 방법으로는 절대 불가능하며, 공정의 제어가 어렵기 때문에 반도체 생산 수율이 저하된다는 문제를 갖고 있다. 아울러, 상술한 렌즈 개구수, 노광 파장 및 공정상수를 바꾸는 방법들에 대한 비용 증가 및 수율 저하 문제를 해결한다고 하더라도, 렌즈 개구수를 증가시키거나 노광 파장(λ)을 줄이는 데에는 기술적인 한계가 있다.As can be seen from the above-described Rayleigh's equation, in order to reduce the resolution, it is sufficient to increase the numerical aperture of the lens of the lithography exposure apparatus or to make? Smaller. However, in order to increase the lens numerical aperture of the exposure equipment, it is necessary to replace the exposure equipment, which has a problem that the cost of new investment is very high. In addition, there are techniques such as off-axis illumination, phase shift mask, and optical proximity correction to make the process constant k1 small, but these methods are also new Investment cost is required, and k1 has a physical limit of 0.25, which is absolutely impossible to be lowered to a lower level, and it is difficult to control the process and thus the yield of semiconductor production is lowered. Moreover, even if solving the above-mentioned problems of increase in cost and increase in yield of methods for changing the numerical aperture, exposure wavelength and process constant, there is a technical limitation in increasing the numerical aperture of the lens or reducing the exposure wavelength (?) .

이와 같은 단점을 개선하기 위하여, 종래에는 두 번의 리소그래피와 두 번의 식각 공정을 통해 해상 한계를 확장시키는 방법을 사용하고 있다. 도 1a 내지 도 1g에 종래 기술에 따른 반도체 소자 패터닝 방법시의 단면도를 도시하였다.In order to overcome such disadvantages, conventionally, a method of extending the marginal limit by using two lithography and two etching processes is used. 1A to 1G are cross-sectional views of a conventional semiconductor device patterning method.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 반도체 기판(11)의 피식각층(12) 상부에 제1 감광막(13)을 도포한 후, 제1 노광마스크(14)를 이용하여 전체 표면을 노광하고 상기 제1 감광막(13)을 현상하여 제1 감광막 패턴(13')을 형성한다.1A and 1B, after a first photoresist layer 13 is coated on a semiconductor layer 11 of a semiconductor substrate 11, an entire surface of the photoresist layer 13 is exposed using a first exposure mask 14, 1 photoresist film 13 is developed to form a first photoresist pattern 13 '.

도 1c를 참조하면, 상기 제1 감광막 패턴(13')을 식각방지막으로 하부 피식각층(12)을 식각하여 피식각층 패턴(12')을 형성한다.Referring to FIG. 1C, the etching pattern layer 12 'is formed by etching the lower etching layer 12 using the first photoresist pattern 13' as an etch stopping layer.

도 1d 및 도 1e를 참조하면, 피식각층 패턴(12') 상부에 제2 감광막(15)을 도포한 후, 제2 노광마스크(14')를 이용하여 노광하고 상기 제2 감광막(15)을 현상하여 제2 감광막 패턴(15')을 형성한다.1D and 1E, after the second photoresist layer 15 is coated on the pattern layer 12 ', the second photoresist layer 15 is exposed using a second exposure mask 14' Thereby forming a second photoresist pattern 15 '.

도 1f 및 도 1g를 참조하면, 상기 제2 감광막 패턴(15')을 식각방지막으로 하부 피식각층(12)을 식각한 후 제2 감광막 패턴(15')을 제거한다.Referring to FIGS. 1F and 1G, the second photoresist pattern 15 'is removed after the second photoresist pattern 15' is etched using the etch stopper layer.

즉, 종래 방법의 경우, 노광 장비의 해상 한계를 뛰어넘는 패턴을 형성하기 위해서는 두번의 리소그래피와 두번의 식각 공정이 반드시 수반되어야만 하기 때문에, 공정이 복작하고 비용이 많이 든다는 문제점이 있었다.That is, in the case of the conventional method, since two lithography and two etching processes must be performed in order to form a pattern that exceeds the marginal limit of the exposure equipment, there is a problem that the process is complicated and the cost is high.

본 발명은 상기와 같은 종래 반도체 소자 제조 방법상의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 식각 공정 없이 두 번의 리소그래피 공정만으로 해상 한계 이하의 패턴을 형성하는 방법 및 상기 방법에 용이하게 사용될 수 있는 블리칭막용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been conceived to solve the problems of the conventional semiconductor device manufacturing method as described above, and it is an object of the present invention to provide a method of forming a pattern below the marginal limit by only two lithography processes without an etching process and a method of forming a pattern for a bleaching film And to provide a composition.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,

(1) 광투과성 폴리머, 광분해성 물질 및 용매를 포함하는 조성물을 준비하는 단계;(1) preparing a composition comprising a light-transmitting polymer, a photodegradable material and a solvent;

(2) 반도체 기판의 피식각층 상부에 감광막을 도포하고, 그 상부에 단계 (1)의 조성물을 도포하여 제1 블리칭막을 형성하는 단계;(2) applying a photoresist film over the etching layer of the semiconductor substrate, and applying a composition of step (1) on the photoresist film to form a first bleaching film;

(3) 제1 노광마스크를 이용하여 상기 결과물상의 제1 영역을 노광한 후 상기 제1 블리칭막을 제거하는 단계;(3) removing the first bleaching film after exposing the first area on the resultant using a first exposure mask;

(4) 전체표면 상부에 단계 (1)의 조성물을 도포하여 제2 블리칭막을 형성한 후, 제2 노광마스크를 이용하여 상기 결과물 상의 제2 영역을 노광하는 단계;(4) applying a composition of step (1) above the entire surface to form a second bleaching film, and then exposing a second area on the resultant using a second exposure mask;

(5) 제2 블리칭막을 제거한 후 감광막을 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및(5) removing the second bleaching film and developing the photoresist to form a photoresist pattern; And

(6) 상기 감광막 패턴을 식각방지막으로 하부 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 제공한다.(6) a step of etching the lower etching layer with the photoresist pattern as an etch stopping layer.

본 발명에 있어서, 단계 (1)에서 제조되는 광투과성 폴리머, 광분해성 물질 및 용매를 포함하는 조성물은 블리칭막으로 작용하며, 하부 감광막과는 서로 섞이지 않아야 한다. 상기 광분해성 물질은 빛의 세기가 클수록 광분해되어 빛을 투과시키게 되므로, 실제로 하부 감광막에 도달하는 빛의 세기는 노광 영역과 비노광 영역에서 큰 편차를 나타내게 된다. 즉, 빛의 세기가 큰 노광 영역에서는 광분해성 물질이 모두 분해되어 높은 투과도를 나타내게 되고, 빛의 세기가 작은 비노광 영역에서는 광분해성 물질이 여전히 많이 남아 있게 되어 낮은 투과도를 보이게 된다. 따라서, 하부에 위치하는 감광막 내부에서 광반응 후 발생되는 광산의 분포는 공기 중의 이미지 콘트라스트(contrast)에 비해 높은 콘트라스트를 갖게 된다(도 3b 참조).In the present invention, the composition comprising the light-transmitting polymer, the photodegradable substance and the solvent prepared in the step (1) acts as a bleaching film and should not be mixed with the lower photosensitive film. Since the photo-degradable material is photolyzed to transmit light as the intensity of light is larger, the intensity of light actually reaching the lower photoresist layer exhibits a large deviation in the exposed region and the non-exposed region. That is, in the exposed region where the light intensity is high, all of the photodegradable materials are decomposed to exhibit high transmittance, and in the non-exposed region where the intensity of light is small, the photodegradable materials still remain and the low transmittance is exhibited. Therefore, the distribution of the mines generated after the photoreaction in the photoresist film located at the bottom has a higher contrast than the image contrast in the air (see FIG. 3B).

상기에서, 광투과성 폴리머는 빛을 거의 흡수하지 않는 성질을 가진 폴리머로서, 바람직하게는 이머전(imersion) 리소그래피의 탑코트(top coat) 물질로 사용되는 폴리머 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 탑코트 물질로는 하기 화학식 1로 표시되며, 1,000-1,000,000의 중량 평균 분자량을 가지는 중합체를 사용하는 것이 바람직하다(대한민국 공개특허 제2006-0003399호 참조).In the above, the light transmitting polymer is a polymer having a property of hardly absorbing light, preferably a polymer used as a top coat material for imersion lithography, but the present invention is not limited thereto. As the top coat material, it is preferable to use a polymer having a weight average molecular weight of 1,000-1,000,000 expressed by the following formula (1) (see Korean Patent Publication No. 2006-0003399).

Figure 112006033329426-pat00002
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상기 식에서, R1, R2, R3는 각각 수소 또는 메틸기를 나타내며, a, b, c는 각 단량체의 몰분율로서, 각각 0.05 내지 0.9를 나타낸다. 상기 중합체는 투과도가 높아 광투과성 폴리머로 사용하기에 적합하며, 또한 노광후 현상액에 잘 녹아서 패턴 형성에 전혀 영향을 주지 않는 장점이 있다.In the above formula, R 1 , R 2 , and R 3 each represent hydrogen or a methyl group, and a, b, and c represent the mole fractions of the respective monomers and represent 0.05 to 0.9, respectively. The polymer is suitable for use as a light-transmitting polymer because of its high transmittance and also has the advantage of being immersed in a developer after exposure and not affecting pattern formation at all.

또한, 광분해성 물질은 광차단 특성을 가진 것으로서, 빛을 거의 흡수하지 않는 물질인 것을 특징으로 하며, 이러한 광분해성 물질의 구체적인 예로는 광산발생제, 바람직하게는 디아조나프토퀴논계 화합물을 들 수 있으나, 산을 발생하지 않는 물질들도 제한없이 사용될 수 있으므로 훨씬 많은 물질들이 사용될 수 있다.In addition, the photodegradable material has a light blocking property and is a material which hardly absorbs light. Specific examples of such a photodegradable material include a photoacid generator, preferably a diazonaphthoquinone-based compound However, materials that do not generate acids can be used without limitation, so much more materials can be used.

아울러, 상기 용매는 광투과성 폴리머와 광분해성 물질을 용해시킬 수 있는 물질이라면 특별한 제한없이 모두 사용할 수 있으며, 예를 들면 노말 부탄올 등의 유기용매를 사용할 수 있다. 상기 광투과성 폴리머, 광분해성 물질 및 용매의 배합비율은 필요에 따라 당업자가 적절하게 선택할 수 있으며, 광투과성 폴리머 100 중량부에 대해 광분해성 물질 1 내지 10 중량부 및 용매 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the solvent may be any material that can dissolve the light-transmitting polymer and the photodegradable material, without any particular limitation. For example, an organic solvent such as normal butanol may be used. The mixing ratio of the light-transmitting polymer, the photodegradable material and the solvent may be appropriately selected by those skilled in the art if necessary, and it is preferable that 1 to 10 parts by weight of the photodegradable material and 0.5 to 5 parts by weight of the solvent are added to 100 parts by weight of the light- .

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 반도체 기판(21)의 피식각층(22) 상부에 감광막(23)을 도포하고, 그 상부에 상기에서 제조한 조성물을 도포하여 제1 블리칭막(24)을 형성한다.2A and 2B, a photoresist layer 23 is coated on a semiconductor layer 21 of a semiconductor substrate 21, and a composition is applied on the photoresist layer 23 to form a first bleaching film 24 do.

도 2c를 참조하면, 제1 노광마스크(25)를 이용하여 상기 결과물 상의 제1 영역을 노광한다. 상기에서, 노광원으로는 400 nm 이하의 파장을 가지는 모든 광원, 구체적으로는 ArF (193 nm), KrF (248 nm), EUV (Extreme Ultra Violet), VUV (Vacuum Ultra Violet, 157 nm), E-빔, X-선 및 이온빔으로 구성된 군으로부터 선택되는 광원이 제한없이 사용될 수 있으며, 노광 공정은 사용되는 감광제의 종류에 따라 다르지만 통상적으로 70 내지 150 mJ/㎠, 바람직하게는 100 mJ/㎠의 노광에너지로 수행되는 것이 바람직하다. 이중에서 노광원으로는 ArF, KrF 또는 VUV를 사용하는 것이 바람직하고, ArF를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.Referring to FIG. 2C, a first region of the resultant product is exposed using a first exposure mask 25. (193 nm), KrF (248 nm), EUV (Extreme Ultra Violet), VUV (Vacuum Ultra Violet, 157 nm), and E A light source selected from the group consisting of a beam, an X-ray, and an ion beam may be used without limitation, and the exposure process may vary depending on the kind of the photosensitive agent used, but is usually from 70 to 150 mJ / And is preferably performed with exposure energy. Of these, ArF, KrF or VUV is preferably used as an exposure source, and ArF is more preferably used.

도 2d 내지 도 2f를 참조하면, 제1 블리칭막(24)을 제거하고 1차 노광된 감광막(23') 상부에 제2 블리칭막(24')을 도포한 후, 제2 노광마스크(25')를 이용하여 상기 결과물상의 제2 영역을 노광한다. 이때, 제2 영역은 상기 제1 영역과 중복되지 않도록 교번으로 노광하는 것이 바람직하며, 블리칭막(24)은 용해시키지만 감광막(23')은 용해시키지 않는 특정한 용매를 이용함으로써 상기 제1 블리칭막(24)만을 선별적으로 용해할 수 있다. 상기 용매로는 지용성의 용매를 사용하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIGS. 2D to 2F, after the first bleaching film 24 is removed and a second bleaching film 24 'is coated on the first exposed photoresist film 23', a second exposure mask 25 ' ) Is used to expose the second area on the resulting product. At this time, it is preferable to expose the second region so as not to overlap with the first region, and it is preferable to expose the first and second regions by using a specific solvent which dissolves the bleaching film 24 but does not dissolve the photoresist film 23 ' 24) can be selectively dissolved. As the solvent, it is preferable to use a fat-soluble solvent, but it is not limited thereto.

도 2g 내지 도 2i를 참조하면, 제2 블리칭막(24')을 제거한 후 감광막(23")을 현상하여 감광막 패턴(26)을 형성하고, 상기 감광막 패턴(26)을 식각방지막으로 하부 피식각층(22)을 식각함으로써, 노광장비의 해상한계인 『0.25λ/NA』를 뛰어 넘는 아주 세밀한 패턴(22')을 형성하게 된다.2G to 2I, after removing the second bleaching film 24 ', the photoresist film 23' is developed to form a photoresist pattern 26, and the photoresist pattern 26 is patterned into a lower etching pattern The mask 22 is etched to form a very fine pattern 22 'that exceeds the resolution limit of 0.25? / NA, which is the resolution limit of the exposure equipment.

도 3a를 참조하면, 통상의 감광제에 단순히 이중노광하는 경우, 감광제 내부의 잔상(latent image)에 의해 두번의 노광에 의한 총합의 광산 분포는 노광된 부위와 상관없이 대체적으로 동일하게 되어, 결과적으로 어떠한 이미지 정보도 남아 있지 않게 된다. 그러나, 도 3b를 참조하면, 본 발명에서와 같이 통상의 감광제 상부에 블리칭막을 형성한 경우에는 두 번의 노광에 의한 총합의 광산 분포가 노광된 부위에서의 이미지 콘트라스트를 확보할 수 있을 정도로 차이가 있기 때문에, 식각 공정 없이도 리소그래피 해상 한계 이하의 패턴 형성이 가능하게 된다. 도 3c에 노광마스크(35)를 통해 반도체 기판(31), 피식각층(32), 감광막(33) 및 블리칭막(34)의 적층구조 상부에 조사되는 노광에너지의 세기 분포(36)와 실제 감광막 내부에서의 광 반응후 발생된 광산 분포(37)를 개략적으로 도시하였다.Referring to FIG. 3A, in the case of simply double exposure to a conventional photosensitizer, the latent image inside the photosensitizer causes the distribution of the total sum of the totals due to the two exposures to be substantially the same regardless of the exposed region, No image information remains. However, referring to FIG. 3B, when a bleaching film is formed on a conventional photosensitive material as in the present invention, the distribution of the total mines by the two exposures is different enough to secure the image contrast at the exposed part It is possible to form a pattern below the lithography resolution limit without an etching process. The intensity distribution 36 of the exposure energy irradiated onto the laminated structure of the semiconductor substrate 31, the etching layer 32, the photoresist film 33 and the bleaching film 34 via the exposure mask 35 in FIG. 3C, And the mine distribution 37 generated after the photoreaction inside is schematically shown.

또한, 본 발명은 광투과성 폴리머, 광분해성 물질 및 용매를 포함하는 블리칭막용 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition for a bleaching film comprising a light-transmitting polymer, a photodegradable substance and a solvent.

상기에서, 광투과성 폴리머는 빛을 거의 흡수하지 않는 성질을 가진 폴리머로서, 바람직하게는 이머전 리소그래피의 탑코트 물질로 사용되는 폴리머 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 탑코트 물질로는 하기 화학식 1로 표시되며, 1,000-1,000,000의 중량 평균 분자량을 가지는 중합체를 사용하 는 것이 바람직하다.In the above, the light transmitting polymer is a polymer having a property of hardly absorbing light, preferably a polymer used as a top coat material for immersion lithography, but the present invention is not limited thereto. As the top coat material, it is preferable to use a polymer having a weight average molecular weight of 1,000-1,000,000 represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112006033329426-pat00003
Figure 112006033329426-pat00003

상기 식에서, R1, R2, R3는 각각 수소 또는 메틸기를 나타내며, a, b, c는 각 단량체의 몰분율로서, 각각 0.05 내지 0.9를 나타낸다.In the above formula, R 1 , R 2 , and R 3 each represent hydrogen or a methyl group, and a, b, and c represent the mole fractions of the respective monomers and represent 0.05 to 0.9, respectively.

또한, 상기 광분해성 물질은 광차단 특성을 가진 것으로서, 빛을 거의 흡수하지 않는 물질인 것을 특징으로 하며, 이러한 광분해성 물질의 구체적인 예로는 광산발생제, 바람직하게는 디아조나프토퀴논계 화합물을 들 수 있으나, 산을 발생하지 않는 물질들도 제한없이 사용될 수 있으므로 훨씬 많은 물질들이 사용될 수 있다. 또한, 상기 용매는 광투과성 폴리머와 광분해성 물질을 용해시킬 수 있는 물질이라면 특별한 제한없이 모두 사용할 수 있으며, 예를 들면 노말 부탄올 등의 유기용매를 사용할 수 있다.In addition, the photodegradable material has a light shielding property and is a material that hardly absorbs light. Specific examples of the photodegradable material include a photoacid generator, preferably a diazonaphthoquinone-based compound. Materials that do not generate acids can be used without limitation, so much more materials can be used. The solvent is not particularly limited as long as it is a substance capable of dissolving the light-transmitting polymer and the photodegradable substance. For example, an organic solvent such as n-butanol may be used.

상기 광투과성 폴리머, 광분해성 물질 및 용매의 배합비율은 필요에 따라 당업자가 적절하게 선택할 수 있으며, 광투과성 폴리머 100 중량부에 대해 광분해성 물질 1 내지 10 중량부 및 용매 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.The mixing ratio of the light-transmitting polymer, the photodegradable material and the solvent may be appropriately selected by those skilled in the art if necessary, and it is preferable that 1 to 10 parts by weight of the photodegradable material and 0.5 to 5 parts by weight of the solvent are added to 100 parts by weight of the light- .

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 의하면, 식각 공정 없이 두 번의 리소그래피 공정만으로 노광 장비의 해상 한계 이하의 초미세 패턴 형성이 가능하기 때문에, 식각 공정을 수반한 종래의 이중 패터닝 공정에 비해 공정을 단순화시켜 공정 단가를 낮출 수 있다.As described above, according to the method of forming a pattern of a semiconductor device of the present invention, it is possible to form ultrafine patterns below the resolution limit of an exposure apparatus by using only two lithography processes without an etching process. Therefore, The process can be simplified compared to the patterning process, and the process cost can be lowered.

Claims (11)

(1) 광투과성 폴리머, 광분해성 물질 및 용매를 포함하는 조성물을 준비하는 단계;(1) preparing a composition comprising a light-transmitting polymer, a photodegradable material and a solvent; (2) 반도체 기판의 피식각층 상부에 감광막을 도포하고, 그 상부에 단계 (1)의 조성물을 도포하여 제1 블리칭막을 형성하는 단계;(2) applying a photoresist film over the etching layer of the semiconductor substrate, and applying a composition of step (1) on the photoresist film to form a first bleaching film; (3) 제1 노광마스크를 이용하여 상기 결과물상의 제1 영역을 노광한 후 상기 제1 블리칭막을 제거하는 단계;(3) removing the first bleaching film after exposing the first area on the resultant using a first exposure mask; (4) 전체표면 상부에 단계 (1)의 조성물을 도포하여 제2 블리칭막을 형성한 후, 제2 노광마스크를 이용하여 상기 결과물 상의 제2 영역을 노광하는 단계;(4) applying a composition of step (1) above the entire surface to form a second bleaching film, and then exposing a second area on the resultant using a second exposure mask; (5) 제2 블리칭막을 제거한 후 감광막을 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및(5) removing the second bleaching film and developing the photoresist to form a photoresist pattern; And (6) 상기 감광막 패턴을 식각방지막으로 하부 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.(6) A method of patterning a semiconductor device, comprising etching the lower etching layer with an etching preventive film. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 단계 (1)의 광투과성 폴리머는 하기 화학식 1로 표시되며, 1,000-1,000,000의 중량 평균 분자량을 가지는 중합체인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법:The method of forming a pattern of a semiconductor device according to claim 1, wherein the light-transmitting polymer of step (1) is a polymer having a weight average molecular weight of 1,000-1,000,000, [화학식 1][Chemical Formula 1]
Figure 112006033329426-pat00004
Figure 112006033329426-pat00004
 상기 식에서, R1, R2, R3는 각각 수소 또는 메틸기를 나타내며, a, b, c는 각 단량체의 몰분율로서, 각각 0.05 내지 0.9를 나타낸다.In the above formula, R 1 , R 2 , and R 3 each represent hydrogen or a methyl group, and a, b, and c represent the mole fractions of the respective monomers and represent 0.05 to 0.9, respectively. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 단계 (1)의 광분해성 물질은 디아조나프토퀴논계 화합물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.Wherein the photodegradable material of step (1) is a diazonaphthoquinone-based compound. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 단계 (1)의 용매는 노말 부탄올인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.Wherein the solvent of step (1) is normal butanol. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,5. The method according to any one of claims 1 to 4, 단계 (1)의 조성물은 광투과성 폴리머 100 중량부에 대해 광분해성 물질 1 내지 10 중량부 및 용매 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.Wherein the composition of step (1) comprises 1 to 10 parts by weight of a photodegradable material and 0.5 to 5 parts by weight of a solvent with respect to 100 parts by weight of the light-transmitting polymer. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1, 단계 (2) 또는 단계 (3)의 노광원은 ArF (193 nm), KrF (248 nm), EUV (Extreme Ultra Violet), VUV (Vacuum Ultra Violet, 157 nm), E-빔, X-선 및 이온빔으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.The exposure source of step (2) or step (3) is an ArF (193 nm), KrF (248 nm), EUV (Extreme Ultra Violet), VUV (Vacuum Ultra Violet, 157 nm) And an ion beam. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt; 광투과성 폴리머, 광분해성 물질 및 용매를 포함하는 블리칭막용 조성물.A composition for a bleaching film comprising a light-transmitting polymer, a photodegradable substance and a solvent. 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 광투과성 폴리머는 하기 화학식 1로 표시되며, 1,000-1,000,000의 중량 평균 분자량을 가지는 중합체인 것을 특징으로 하는 조성물:Wherein the light transmitting polymer is a polymer having a weight average molecular weight of 1,000 to 1,000,000, [화학식 1][Chemical Formula 1]
Figure 112006033329426-pat00005
Figure 112006033329426-pat00005
 상기 식에서, R1, R2, R3는 각각 수소 또는 메틸기를 나타내며, a, b, c는 각 단량체의 몰분율로서, 각각 0.05 내지 0.9를 나타낸다.In the above formula, R 1 , R 2 , and R 3 each represent hydrogen or a methyl group, and a, b, and c represent the mole fractions of the respective monomers and represent 0.05 to 0.9, respectively. 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 광분해성 물질은 디아조나프토퀴논계 화합물인 것을 특징으로 하는 조성물.Wherein the photodegradable material is a diazonaphthoquinone-based compound. 제 7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 용매는 노말 부탄올인 것을 특징으로 하는 조성물.Wherein the solvent is n-butanol. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,11. The method according to any one of claims 7 to 10, 상기 조성물은 광투과성 폴리머 100 중량부에 대해 광분해성 물질 1 내지 10 중량부 및 용매 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.Wherein the composition comprises 1 to 10 parts by weight of a photodegradable material and 0.5 to 5 parts by weight of a solvent with respect to 100 parts by weight of the light transmitting polymer.
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