KR20040091323A

KR20040091323A - A method for forming a fine pattern of a semiconductor device

Info

Publication number: KR20040091323A
Application number: KR1020030025126A
Authority: KR
Inventors: 복철규; 김서민; 임창문
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-10-28

Abstract

PURPOSE: A method for forming a fine pattern of a semiconductor device is provided to increase resolution of a fine pattern by coating a chemical amplification type photoresist layer and by developing the chemical amplification type photoresist layer positively and negatively while using one exposure mask. CONSTITUTION: A photoresist layer is formed on a semiconductor substrate(11) having a layer to be etched. The first exposure process and the first development process are performed on the photoresist layer by using an exposure mask to form the first photoresist layer pattern of a positive type from which an exposed portion is removed. The second exposure process and the second development process are performed on the first photoresist layer pattern by using the exposure mask to form the second photoresist layer pattern(23) from which the first photoresist layer pattern in a non-exposed portion is eliminated.

Description

A method for forming a fine pattern of a semiconductor device

본 발명은 반도체소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로, 특히 반도체소자의 고집적화에 따른 미세패턴 형성시 감광막패턴의 해상도를 증가시킬 수 있는 리소그래피 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a fine pattern of a semiconductor device, and more particularly to a lithography method capable of increasing the resolution of a photoresist pattern when forming a fine pattern due to high integration of a semiconductor device.

종래의 공정에서 해상도 ( resolution )을 향상시키는 가장 간단한 방법은 노광 파장을 줄이거나, 렌즈의 개구수 ( numerical aperture )를 증가시키는 것이다.The simplest way to improve resolution in conventional processes is to reduce the exposure wavelength or increase the numerical aperture of the lens.

또 다른 방법은 공정상수 ( process factor )를 작게 만드는 것으로, 변형조명법 ( off-axis illumination ), 위상반전 마스크 ( phase shift mask ), 광학회절 보정법 ( optical proximity correction ) 등의 기술을 이용하는 것이다.Another method is to make the process factor small, using techniques such as off-axis illumination, phase shift mask, and optical proximity correction.

그러나, 상기 모든 방법들은 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 감광막 패턴 간격을 줄이는데 한계가 있다.However, all the above methods are expensive and have limitations in reducing the photoresist pattern spacing.

왜냐하면, 노광 파장을 줄이거나, 렌즈 개구수를 증가시키는데 한계가 있기 때문이다.This is because there is a limit in reducing the exposure wavelength or increasing the lens numerical aperture.

현재, 양산을 기준으로 할 때, 파장은 248 ㎚, 렌즈의 개구수(NA)는 0.80 이하가 한계이고, 상기한 기술을 이용하여 0.30 이하의 공정상수 값을 갖는 것은 매우 어려운 것으로 평가되고 있다.At present, based on mass production, the wavelength is 248 nm, the numerical aperture (NA) of the lens is limited to 0.80 or less, and it is estimated that it is very difficult to have a process constant value of 0.30 or less using the above technique.

일반적으로, 해상도는 다음과 같은 레이레이 ( Rayleigh ) 식에 의해 정의된다.In general, the resolution is defined by the following Rayleigh equation.

R ＝ ( k1 × λ ) / NAR = (k1 × λ) / NA

( 단, R 은 해상도, NA 는 렌즈의 개구수, k1 은 공정상수, λ 는 파장 )(Where R is the resolution, NA is the numerical aperture of the lens, k1 is the process constant, and λ is the wavelength)

상기 해상도 R 을 작게 하기 위해서는 상기 NA 를 증가시키거나 k1 또는 λ를 작게 하면 된다.In order to reduce the resolution R, the NA may be increased or k1 or λ may be reduced.

현재 양산공정에 사용하고 있는 KrF 리소그래피 ( lithography )를 기준으로할 때 반도체 제조 공정에 이용 가능한 리소그래피 기술의 행상도 한계, 즉 감광막패턴 간격은 상기 레이레이식에 의해 93 ㎚ 정도이다.Based on the KrF lithography currently used in the mass production process, the limit of the continuity of the lithography technique available for the semiconductor manufacturing process, that is, the photoresist pattern spacing, is about 93 nm by the ray-lay formula.

상기 KrF 레이저를 광원으로 하는 경우의 해상도를 나타내면 다음과 같다.The resolution in the case of using the KrF laser as a light source is as follows.

R ＝ ( k1 × λ ) / NA ＝ ( 0.30 × 248 ㎚ ) / 0.80 ＝ 93 ㎚R = (k1 × λ) / NA = (0.30 × 248 nm) / 0.80 = 93 nm

따라서, 종래기술에서는 감광막 패턴 간격을 88 ㎚ 이하로 작게 형성할 수 없음을 알 수 있다.Therefore, in the prior art, it can be seen that the photosensitive film pattern spacing cannot be made small at 88 nm or less.

상기한 바와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법은,As described above, the method for forming a fine pattern of a semiconductor device according to the prior art,

광원으로 KrF 레이저를 사용하는 경우 88 ㎚ 이하의 작은 간격 ( space ) 을 갖는 감광막 패턴을 형성할 수 없어 반도체소자의 고집적에 충분한 해상도를 확보할 수 없고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 어렵게 하는 문제점이 있다.In the case of using a KrF laser as a light source, there is a problem in that a photoresist pattern having a small space of 88 nm or less cannot be formed, so that a sufficient resolution for high integration of the semiconductor device cannot be secured, and thus high integration of the semiconductor device is difficult. .

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 현상액의 종류에 따라 감광막패턴이 양성 또는 음성으로 형성되는 특성을 이용하여 해상도가 향상된 감광막패턴을 형성함으로써 반도체소자의 미세패턴 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a method for forming a fine pattern of a semiconductor device by forming a photoresist pattern having improved resolution by using a characteristic that the photoresist pattern is formed positively or negatively according to the type of developer in order to solve the problems of the prior art. The purpose is.

도 1a 내지 도 1d 는 본 발명에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법을 도시한 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method for forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

11 : 반도체기판 13 : 감광막11: semiconductor substrate 13: photosensitive film

15 : 노광마스크 17 : 석영기판15: exposure mask 17: quartz substrate

19 : 차광패턴 21 : 제1감광막패턴19: light shielding pattern 21: the first photosensitive film pattern

23 : 제2감광막패턴23: second photosensitive film pattern

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법은,In order to achieve the above object, the method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention,

피식각층이 구비되는 반도체기판 상에 감광막을 도포하는 공정과,Coating a photosensitive film on a semiconductor substrate having an etched layer;

상기 감광막을 노광마스크를 이용하여 제1노광 및 제1현상하여 노광된 부분이 제거되는 양성의 제1감광막패턴을 형성하는 공정과,Forming a positive first photoresist pattern in which the exposed portions are removed by a first exposure and a first development using an exposure mask;

상기 제1감광막패턴을 상기 노광마스크를 이용하여 제2노광 및 제2현상하여 비노광된 부분의 제1감광막패턴이 제거된 제2감광막패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것과,Forming a second photoresist pattern on which the first photoresist pattern of the unexposed portion is removed by second exposure and second development using the exposure mask;

상기 감광막은 화학증폭형 감광막인 것과,Wherein the photosensitive film is a chemically amplified photosensitive film,

상기 제1현상 공정은 TMAH 2.38% 수용액을 이용하여 실시하는 것과,The first development step is performed using a TMAH 2.38% aqueous solution,

상기 제2현상 공정은 메틸아이소부틸케톤 ( methyl isobutyl ketone ) 과 아니졸 ( anisole ) 이 혼합된 용액으로 실시하는 것을 특징으로 한다.The second development process is characterized in that the methyl isobutyl ketone (methyl isobutyl ketone) and anisole (anisole) is a mixed solution.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1d 는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법을 도시한 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method for forming a fine pattern of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 1a 를 참조하면, 피식각층이 구비되는 반도체기판(11) 상부에 감광막(13)을 도포한다.Referring to FIG. 1A, a photosensitive film 13 is coated on an upper portion of a semiconductor substrate 11 having an etched layer.

노광마스크(15)를 이용하여 상기 감광막(13)을 노광한다.The photosensitive film 13 is exposed using an exposure mask 15.

이때, 상기 노광마스크(15)는 석영기판(17) 상에 차광패턴(19)이 형성된 것이다.In this case, the light shielding pattern 19 is formed on the quartz substrate 17.

상기 차광패턴(19)은 크롬막인 것이 바람직하다. 상기 차광패턴(19)은 차광막인 크롬막이 전체표면상부에 형성된 석영기판(17) 상부에 전자빔용 감광막을 도포하고 이를 전자빔을 이용하여 노광한 다음 현상하여 형성한 것이다.The light shielding pattern 19 is preferably a chromium film. The light shielding pattern 19 is formed by coating an electron beam photosensitive film on the quartz substrate 17 formed on the entire surface of the chromium film as the light shielding film, exposing it using an electron beam, and then developing.

도 1b를 참조하면, 노광된 상기 감광막(13)을 알카리성 용액으로 현상하여 양성 ( positive ) 의 제1감광막패턴(21)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, the exposed photoresist layer 13 is developed with an alkaline solution to form a positive first photoresist layer pattern 21.

이때, 상기 알카리성 용액은 TMAH ( tetra methyl ammmonium hydroxide ) 2.38 % 의 수용액을 이용하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the alkaline solution is an aqueous solution of 2.38% of tetramethyl ammmonium hydroxide (TMAH).

도 1c 및 도 1d 를 참조하면, 상기 노광마스크(15)를 이용하여 상기 제1감광막패턴(21)을 노광하고 이를 현상하여 제2감광막패턴(23)을 형성한다.1C and 1D, the first photoresist pattern 21 is exposed using the exposure mask 15 and developed to form a second photoresist pattern 23.

이때, 상기 현상 공정은 메틸아이소부틸케톤 ( methyl isobutyl ketone ) 과 아니졸 ( anisole ) 이 혼합된 용액으로 실시하여 비노광된 부분이 용해되고 노광된 부분은 패턴으로 남도록 한다.At this time, the developing process is carried out with a solution in which methyl isobutyl ketone and anisole are mixed so that the unexposed part is dissolved and the exposed part remains in a pattern.

결과적으로, 상기 차광패턴(19)이 차광하는 영역과 투광하는 영역의 경계부에 상기 제2감광막패턴(23)이 형성된다.As a result, the second photoresist layer pattern 23 is formed at a boundary between a region where the light shielding pattern 19 is shielded and a region that transmits light.

아울러, 본 발명은 화학증폭형 감광막을 사용하는 모든 종류의 리소그래피 공정에 적용할 수 있다.In addition, the present invention can be applied to all kinds of lithography processes using a chemically amplified photosensitive film.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법은, 화학증폭형 감광막을 도포하고 하나의 노광마스크를 이용하여 양성 및 음성으로 현상함으로써 미세패턴의 해상도를 증가시켜 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 효과를 제공한다.As described above, in the method of forming a micropattern of a semiconductor device according to the present invention, by applying a chemically amplified photosensitive film and developing it with positive and negative using a single exposure mask, the resolution of the micropattern is increased to increase the integration of the semiconductor device. Provide the effect of enabling it.

Claims

Coating a photosensitive film on a semiconductor substrate having an etched layer;

Forming a positive first photoresist pattern in which the exposed portions are removed by a first exposure and a first development using an exposure mask;

Forming a second photoresist pattern on which the first photoresist pattern of the unexposed portion is removed by second exposure and second development of the first photoresist pattern using the exposure mask; .

The method of claim 1,

The photosensitive film is a method of forming a fine pattern of a semiconductor device, characterized in that the chemically amplified photosensitive film.

The method of claim 1,

The first development process is a method of forming a fine pattern of a semiconductor device, characterized in that carried out using an aqueous solution of TMAH 2.38%.

The method of claim 1,

The second development process is a method of forming a fine pattern of a semiconductor device, characterized in that the methyl isobutyl ketone (methyl isobutyl ketone) and anisole (anisole) is a mixed solution.