KR19990054909A - Formation method of fine photoresist pattern using double photoresist - Google Patents
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Abstract
성질이 다른 두 종류의 감광막을 사용하여 미세 감광막패턴을 형성하는 방법에 관해 개시하고 있다. 본 발명은, 반도체기판 상에 물질층을 형성하는 단계와; 상기 물질층 상에, 평탄화를 위한 제1 감광막을 도포하는 단계와; 상기 제1 감광막 상에 제1 감광막과 다른 파장의 광에 반응하는 제2 감광막을 도포하는 단계와; 상기 제2 감광막에만 반응하는 광을 사용한 노광공정을 적용하여, 제2 감광막만을 현상함으로써 제2 감광막패턴을 형성하는 단계와; 상기 제2 감광막패턴을 패턴전사용도로 사용하여 제1 감광막패턴을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 제1 감광막은 하부 물질층의 평탄화용으로 이용되고, 제2 감광막은 얇게 형성하여 해상도를 높일 수 있으므로, 단순한 공정을 통하여 기존 공정의 해상한계를 넘는 미세 패턴을 형성할 수 있다.A method of forming a fine photosensitive film pattern using two types of photosensitive films having different properties is disclosed. The present invention comprises the steps of forming a material layer on a semiconductor substrate; Applying a first photoresist film for planarization on the material layer; Coating a second photoresist film on the first photoresist film, the second photoresist film reacting to light having a wavelength different from that of the first photoresist film; Forming a second photoresist pattern by developing only the second photoresist by applying an exposure process using light that reacts only to the second photoresist; And forming a first photoresist pattern by using the second photoresist pattern. According to the present invention, since the first photoresist film is used for planarization of the lower material layer, and the second photoresist film can be formed thin so as to increase the resolution, a fine process can form a fine pattern exceeding the resolution limit of the existing process. .
Description
본 발명은 미세 감광막패턴 형성방법에 관한 것으로, 특히 성질이 다른 두 종류의 감광막을 사용하여 미세 감광막패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a fine photoresist pattern, and more particularly, to a method of forming a fine photoresist pattern using two kinds of photoresist films having different properties.
일반적으로 반도체 장치는 그 기하학적 설계구조가 포토 리소그래피공정에 의하여 구현된다. 이 공정은 광원을 레티클에 투영하여 감광막을 선택적으로 노광한 후 이를 현상하여 패터닝하는 과정으로 구성된다. 이렇게 구현되는 패턴은 설계대로의 선폭과 두께를 가지고 있어야 그 이후에 진행될 식각공정, 이온주입 공정 등을 방해하지 않게 된다. 소자의 집적도가 증가하면서 패턴이 세밀해지는 현재의 소자 설계 추세에 따라 감광막패턴의 정확한 형성이 점점 엄격하게 요구되고 있다.In general, a semiconductor device has its geometric design implemented by a photolithography process. This process consists of projecting the light source onto the reticle to selectively expose the photoresist and then developing and patterning it. The pattern implemented in this way should have the line width and thickness as designed so as not to interfere with the subsequent etching process and ion implantation process. In accordance with the current device design trend, in which the pattern is finer as the integration degree of the device increases, the precise formation of the photoresist pattern is increasingly required.
따라서, 미세 감광막패턴을 형성하는 데 있어서, 감광막의 두께를 낮춤으로써 더 좋은 해상능력을 갖게 되는 이점이 있다. 그러나, 일정 두께 이하로 감광막의 두께를 낮추면 감광막 하부의 물질층에 의한 단차 때문에, 도 1에 도시된 바와 같이, 감광막 두께의 차이가 유발된다.Therefore, in forming the fine photoresist pattern, there is an advantage of having a better resolution capability by lowering the thickness of the photoresist film. However, when the thickness of the photoresist film is lowered to a predetermined thickness or less, a difference in the thickness of the photoresist film is caused as shown in FIG. 1 due to a step caused by the material layer under the photoresist film.
도 1은 기존의 포토리소그래피공정을 설명하기 위한 공정단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional photolithography process.
도 1을 참조하면, 반도체기판(10) 상에 형성된 물질층(20)이 단차를 가지고 있음을 알 수 있다. 따라서, 그 위에 도포되는 감광막은 위치에 따라 다른 두께(a 및 b)를 가지게 된다. 설명되지 않은 참조부호 30은 레티클이며, 참조부호 40에 의해 표시된 부분은 노광영역이다. 그런데, 감광막이 위치에 따라 다른 두께를 가지게 되면, 도 2에 도시한 바와 같이 CD(Critical Dimension) 스윙효과가 발생하여 패턴크기가 일정하게 형성되지 않아 식각마스크로서의 역할을 제대로 수행할 수 없는 문제가 생긴다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the material layer 20 formed on the semiconductor substrate 10 has a step difference. Therefore, the photoresist film applied thereon has different thicknesses a and b depending on the position. Unexplained reference numeral 30 is a reticle, and the portion indicated by 40 is an exposure area. However, when the photoresist film has a different thickness according to the position, as shown in FIG. 2, the CD (Critical Dimension) swing effect occurs, and thus the pattern size is not uniformly formed, thereby preventing the proper function as an etching mask. Occurs.
이와 같은 문제점을 개선하기 위한 방법으로 TLR(Tri-Level Resist), TSI(Top Surface Image) 및 하드마스크 등을 이용한 공정이 개발되고 있는 중인데, 이들은 모두 복잡한 공정으로 진행되기 때문에 공정상 구현하기 어려울 뿐 아니라 제조원가가 많이 든다는 문제점을 갖는다.As a way to improve this problem, processes using Tri-Level Resist (TLR), Top Surface Image (TSI), and hard mask are being developed, but these are all complicated processes and are difficult to implement. Rather, manufacturing costs are high.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 감광막의 두께를 낮춤으로써 더 좋은 해상능력을 갖게 하더라도 감광막 하부물질층의 단차에 의해 유발되는 스윙효과의 문제점을 없앨 수 있는 미세 감광막패턴 형성방법을 제공하는 데 있다.Therefore, the technical problem of the present invention is to provide a fine photoresist pattern forming method that can eliminate the problem of the swing effect caused by the step of the lower photoresist layer even if it has a better resolution ability by reducing the thickness of the photoresist.
도 1은 종래의 포토리소그래피공정을 설명하기 위한 공정단면도,1 is a cross-sectional view for explaining a conventional photolithography process;
도 2는 감광막의 두께에 따른 스윙효과를 나타낸 그래프,2 is a graph showing a swing effect according to the thickness of the photosensitive film,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 미세 감광막패턴 형성방법을 구현하는 공정을 설명하기 위한 공정단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a process of implementing a method of forming a fine photoresist pattern according to an embodiment of the present invention.
* 도면 중의 주요부분에 대한 부호설명 *Explanation of Codes on Major Parts of Drawings
10, 11 … 반도체기판10, 11... Semiconductor substrate
20, 21 … 물질층20, 21... Material layer
30, 51 … 레티클30, 51... Reticle
40 … 노광영역40…. Exposure area
31 … 제1 감광막31. First photosensitive film
32 … 제1 감광막패턴32. First photoresist pattern
41 … 제2 감광막41…. Second photosensitive film
42 … 제2 감광막패턴42. Second photoresist pattern
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 미세 감광막패턴 형성방법은, 반도체기판 상에 물질층을 형성하는 단계와; 상기 물질층 상에, 평탄화를 위한 제1 감광막을 도포하는 단계와; 상기 제1 감광막 상에 제1 감광막과 다른 파장의 광에 반응하는 제2 감광막을 도포하는 단계와; 상기 제2 감광막에만 반응하는 광을 사용한 노광공정을 적용하여, 제2 감광막만을 현상함으로써 제2 감광막패턴을 형성하는 단계와; 상기 제2 감광막패턴을 패턴전사용도로 사용하여 제1 감광막패턴을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.The method of forming a fine photoresist pattern of the present invention for solving the above technical problem comprises the steps of: forming a material layer on a semiconductor substrate; Applying a first photoresist film for planarization on the material layer; Coating a second photoresist film on the first photoresist film, the second photoresist film reacting to light having a wavelength different from that of the first photoresist film; Forming a second photoresist pattern by developing only the second photoresist by applying an exposure process using light that reacts only to the second photoresist; And forming a first photoresist pattern by using the second photoresist pattern.
본 발명에 있어서, 상기 제1 감광막패턴을 형성하는 단계를, 제2 감광막패턴이 형성된 결과물의 전면에 제1 감광막에만 반응하는 광을 사용한 노광공정을 적용하는 단계로 진행할 수 있다.In the present invention, the forming of the first photoresist pattern may be performed by applying an exposure process using light that reacts only to the first photoresist on the entire surface of the resultant on which the second photoresist pattern is formed.
또한, 상기 제1 감광막에 감광제성분을 포함하지 않게 하고, 상기 제1 감광막패턴을 형성하는 단계를, 제2 감광막패턴이 형성된 결과물의 전면을 마스크 없이 식각하는 단계로 진행할 수도 있다.In addition, the first photoresist may not include a photoresist component, and the forming of the first photoresist pattern may be performed by etching the entire surface of the resultant on which the second photoresist pattern is formed without a mask.
상기한 각각의 경우에, 상기 제1 감광막은 1㎛ 이상의 두께로 도포되고, 상기 제2 감광막은 0.45∼0.55㎛의 두께로 도포되도록 하는 것이 바람직하다.In each of the above cases, the first photosensitive film is preferably applied to a thickness of 1 μm or more, and the second photosensitive film is applied to a thickness of 0.45 to 0.55 μm.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에서는 노광장치의 광원으로 파장이 365㎚인 i-선을 사용하였다.In the embodiment of the present invention, i-ray having a wavelength of 365 nm was used as a light source of the exposure apparatus.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 미세 패턴 형성방법을 구현하는 공정을 설명하기 위한 공정단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a process of implementing a method for forming a fine pattern according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 반도체기판(11) 상에 단차를 가지는 물질층(21)이 형성되어 있고, 그 위에 심자외선용 제1 감광막(31)이 1㎛ 이상의 두께로 도포되어 있으며, 다시 그 위에 i-선용 제2 감광막(41)이 0.5㎛의 충분히 얇은 두께로 도포되어 있다. 심자외선용 제1 감광막(31) 및 i-선용 제2 감광막(41)은 각각 도포 후 열공정을 거쳐 경화된다.Referring to FIG. 3A, a material layer 21 having a step is formed on the semiconductor substrate 11, and the first photosensitive film 31 for deep ultraviolet rays is coated on the semiconductor substrate 11 to a thickness of 1 μm or more. The second photosensitive film 41 for i-rays is coated with a sufficiently thin thickness of 0.5 mu m. The deep ultraviolet first photosensitive film 31 and the i-ray second photosensitive film 41 are respectively cured through a thermal process after application.
그 다음 도 3b에 도시된 바와 같이, 패턴형성용 레티클(51)을 사용하여 i-선용 제2 감광막(41)을 노광하고 현상함으로써 제2 감광막패턴(42)을 형성한다.3B, the second photosensitive film pattern 42 is formed by exposing and developing the second photosensitive film 41 for i-line using the pattern forming reticle 51. FIG.
그 다음, 도 3C에 도시된 바와 같이, 심자외선 광원을 이용한 노광공정을 레티클 없이 진행하고, 현상하여 제2 감광막패턴(42)이 전사(轉寫) 된 제1 감광막패턴(32)을 얻는다.Next, as shown in FIG. 3C, the exposure process using the deep ultraviolet light source is performed without a reticle, and developed to obtain a first photoresist pattern 32 on which the second photoresist pattern 42 is transferred.
제1 감광막패턴을 얻는 방법은 상기한 방법에 한하지 않는다. 따라서, 제1 감광막에 감광제성분을 포함하지 않게 하고, 제2 감광막패턴을 식각마스크로 하여 건식식각을 적용해도 제1 감광막패턴을 얻을 수 있다.The method of obtaining a 1st photosensitive film pattern is not limited to the above-mentioned method. Therefore, the first photoresist pattern can be obtained even when dry etching is applied without using the photoresist component in the first photoresist layer and using the second photoresist pattern as an etching mask.
이와 같이 형성된 제1 및 제2 감광막패턴을 식각마스크로 사용하여 하부의 물질층을 식각할 수 있다.The lower material layer may be etched by using the first and second photoresist patterns formed as an etching mask.
본 발명에 의하면, 제1 감광막은 하부 물질층의 평탄화용으로 이용되고, 제2 감광막은 얇게 형성하여 해상도를 높일 수 있으므로, 단순한 공정을 통하여 기존 공정의 해상한계를 넘는 미세 패턴을 형성할 수 있다.According to the present invention, since the first photoresist film is used for planarization of the lower material layer, and the second photoresist film can be formed thin so as to increase the resolution, a fine process can form a fine pattern exceeding the resolution limit of the existing process. .
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Cited By (2)
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- 1997-12-26 KR KR1019970074786A patent/KR19990054909A/en not_active Application Discontinuation
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