KR101168393B1 - 이중 노광 공정을 이용한 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중 노광 공정을 이용한 미세 패턴 형성방법에 관한 것으로, 서로 다른 노광원용 감광제를 복층으로 형성한 후 서로 다른 광원으로 이중 노광함으로써 노광 장비의 한계 해상도 이상의 미세 패턴을 형성할 수 있다.

Description

이중 노광 공정을 이용한 미세 패턴 형성 방법{Forming method of fine pattern using double exposure process}
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일실시예로서의 패턴 형성과정을 나타낸 공정 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예로서의 패턴 형성과정을 나타낸 공정 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예로서의 패턴 형성과정을 나타낸 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 반도체 기판 112: 피식각층
113: 피식각층 패턴 122: 제1 감광막
126: 제2 감광막 (포지티브) 152: 제2 감광막 (네거티브)
123, 127, 153: 노광 영역 124, 128, 154: 비노광 영역
130: 제1 노광 마스크 132: 제2 노광 마스크
본 발명은 이중 노광 공정을 이용한 미세 패턴 형성방법에 관한 것으로, 서 로 다른 노광원용 감광제를 복층으로 형성한 후 서로 다른 광원으로 이중 노광함으로써 노광 장비의 한계 해상도 이상의 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
리소그라피 공정은, 하기 식에서 나타내는 바와 같이 이용하는 노광 장비에서 사용하는 광원의 파장 (λ)과 개구수 (Numerical Aperture; NA)에 따라 그 해상도 (R)가 정해진다.
R = k1?λ/NA
상기 식에서 k1은 공정 상수를 의미하는데, 이는 0.25라는 물리적인 한계를 가지므로 그 이하의 공정은 통상적인 방법으로는 불가능하다.
현재, 0.93NA의 ArF 노광 장비를 이용하여 패터닝 가능한 수준은 감광제 기술 및 마스크 기술의 뒷받침으로 60nm 패턴까지 형성할 수 있다. 그러나 60nm 이하의 패터닝은 이미지 정보를 가지고 있는 1차 광이 들어갈 수 없는 피치 (pitch)에 도달하여 패터닝이 불가능하다.
이에 따라 두 번의 리소그라피와 에치 공정을 통해 해상 한계를 확장하는 이중 노광 공정 또는 이머전 리소그라피 공정 등이 노광 장비의 한계 해상도 이상의 패턴을 얻기 위하여 사용되고 있다.
본 발명의 목적은 이중 노광 공정을 이용하여 노광 장비의 한계 해상도 이상의 미세 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 서로 다른 노광원용 감광막을 복층으로 형성한 후 서로 다른 광원으로 이중 노광하는 패턴 형성방법을 포함하는 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
상기 복층 구조는 하부에 제1 감광제를 도포하고, 상부에 제1 감광제보다 짧은 파장의 노광원에 반응하는 제2 감광제를 도포하여 형성하는데, 예를 들면 제1 감광제로 KrF용 감광제를 사용하고, 제2 감광제로 ArF용 감광제를 사용할 수 있다.
또한, 상기 제1 감광제는 네거티브 감광제이고, 제2 감광제는 네거티브 또는 포지티브 감광제인 것이 바람직하다
상기 패턴 형성방법은 구체적으로,
피식각층 상부에 제1 감광막을 형성하는 단계와;
제1 감광막 상부에 제1 감광막보다 짧은 파장의 노광원에 반응하는 제2 감광막을 형성하는 단계와;
상기 결과물을 제1 감광막에 반응하는 파장의 노광원으로 선택적 제1 노광하는 단계와;
상기 결과물을 제2 감광막에 반응하는 파장의 노광원으로 선택적 제2 노광하는 단계와;
상기 결과물을 습식 현상하는 단계와;
습식 현상 후 남아있는 패턴을 식각 마스크로 이용하여 피식각층을 건식 식각하여 피식각층 패턴을 얻는 단계를 포함한다.
이때, 제1 노광 및 제2 노광시 노광 마스크는 서로 다른 것을 사용할 수도 있고, 동일한 것을 연속하여 사용할 수도 있다.
이하, 본 발명의 이중 노광 공정을 이용한 패턴 형성방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 반도체 기판 (110) 상부에, 피식각층 (112), 제1 감광막 (122) 및 제2 감광막 (126)을 순차적으로 형성한다 (도 1a 참조). 이때 제1 감광막 (122)으로는 KrF용 네거티브 감광막을 사용하고, 제2 감광막 (126)으로는 ArF용 포지티브 감광막을 사용하였다.
다음, 제1 노광 마스크 (130)을 이용하여 KrF 광을 조사하는 제1 노광 공정을 수행하면 네거티브 제1 감광막 (122)의 노광 영역 (123)에 가교 결합이 형성된다 (도 1b 참조).
다음, 제2 노광 마스크 (132)를 이용하여 ArF 광을 조사하는 제2 노광 공정을 수행하면 포지티브 제2 감광막 (126)의 노광 영역 (127) 내에 있는 감광 중합체의 보호기가 탈리된다 (도 1c 참조).
다음, 현상액을 이용한 습식 현상 공정을 수행하면 제2 감광막 (126)의 경우는 노광 영역 (127)이 현상액에 용해되고, 제1 감광막 (122)의 경우는 비노광 영역 (124)이 현상액에 용해된다. 단, 제2 감광막 (126)의 비노광 영역 (128) 하부에 존재하는 비노광 영역 (124)의 경우는 현상액에 전부 용해되지 않고 일부 남아 있게 된다 (도 1d 참조).
도 1d에서 형성된 패턴을 식각 마스크로 하여 피식각층 (112)을 식각하면 노광 마스크의 패턴 주기 (P)보다 패턴 주기가 P/2로 감소된 패턴 주기를 갖는 피식각층 패턴 (113)이 얻어진다 (도 1e 참조).
한편, 상기 실시예에서는 노광 마스크를 다른 종류의 것을 사용하였지만 도 2에 나타낸 바와 같이, 동일한 마스크 (130)를 제1 노광 및 제2 노광에 모두 사용할 수 있다. 이 경우에는, 제2 노광시 과노광을 수행하여 제2 감광막 (126)의 노광 영역 (127)영역이 확산되도록 하는 방법을 사용하면, 상기 도 1과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
한편, 제1 감광막 (122)으로는 KrF용 네거티브 감광막을 사용하고, 제2 감광막 (152)으로는 ArF용 네거티브 감광막을 사용한 경우의 패턴 형성 과정을 도 3a 및 도 3b에 나타내었는데, 이 공정의 원리는 상기 도 1의 공정에서 언급한 바와 같으나, 하부 KrF 네거티브 감광막 (122)의 비노광 영역 (124)이 상부 ArF 감광제를 노광할 때 ArF 광원에 반응하는 문제가 발생하는 것을 완벽하게 제거할 수 있다는 장점이 있다. 이 경우는 제1 감광막 (122) 및 제2 감광막 (152) 모두 노광 영역의 감광제만 현상 공정에서 남게 되며, 최종 형성된 패턴의 주기는 마스크에 그려진 패턴 주기의 절반이 된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 서로 다른 노광원용 감광제를 복층으로 형성한 후 서로 다른 광원으로 이중 노광함으로써 노광 장비의 한계 해상도 이하의 미세 패턴을 형성할 수 있는 효율적인 방법을 제공한다.

Claims (9)

  1. 제1 감광막 및 상기 제1 감광막과 다른 노광원용 감광막인 제2 감광막을 복층으로 형성하는 단계;
    상기 제1 감광막 및 상기 제2 감광막에 대해 서로 다른 광원으로 이중 노광하는 단계; 및
    상기 제1 감광막 및 제2 감광막을 습식 현상하여 각각 제 1 패턴 및 제 1 패턴 사이의 제 2 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자 제조방법.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 제2 감광막은 상기 제1 감광막보다 짧은 파장의 노광원에 반응하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제2항에 있어서,
    상기 제1 감광막은 네거티브 감광제로 형성되고, 제2 감광막은 네거티브 또는 포지티브 감광제로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 감광막은 KrF용 감광막이고, 제2 감광막은 ArF용 감광막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  5. 피식각층 상부에 제1 감광막을 형성하는 단계와;
    상기 제1 감광막 상부에 제1 감광막보다 짧은 파장의 노광원에 반응하는 제2 감광막을 형성하는 단계와;
    상기 제1 감광막에 반응하는 파장의 노광원으로 선택적 제1 노광하는 단계와;
    상기 제2 감광막에 반응하는 파장의 노광원으로 선택적 제2 노광하는 단계와;
    상기 제1 감광막 및 제2 감광막을 습식 현상하여 각각 제 1 패턴 및 제 1 패턴 사이의 제 2 패턴을 형성하는 단계와;
    습식 현상 후 남아있는 제 1 패턴 및 제 2 패턴을 식각 마스크로 이용하여 피식각층을 건식 식각하여 피식각층 패턴을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제5항에 있어서,
    상기 제1 감광막은 네거티브 감광제로 형성되고, 제2 감광막은 네거티브 또는 포지티브 감광제로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 감광막은 KrF용 감광막이고, 제2 감광막은 ArF용 감광막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제5항에 있어서,
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제5항에 있어서,
    제1 노광 및 제2 노광시 노광 마스크는 서로 동일한 것을 연속하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
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