KR20060002229A - Photoresist pattern-forming method using immersion lithography process - Google Patents

Photoresist pattern-forming method using immersion lithography process Download PDF

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KR20060002229A KR1020040051174A KR20040051174A KR20060002229A KR 20060002229 A KR20060002229 A KR 20060002229A KR 1020040051174 A KR1020040051174 A KR 1020040051174A KR 20040051174 A KR20040051174 A KR 20040051174A KR 20060002229 A KR20060002229 A KR 20060002229A
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Abstract

본 발명은 이머젼 리소그래피 공정을 이용한 포토레지스트의 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히, 노광부의 상부에서 발생한 산이 이머젼액 중으로 확산됨을 최소화할 수 있어서, 상기 산 확산에 의한 포토레지스트 패턴의 T-탑(T-top) 현상을 방지할 수 있는 포토레지스트의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a photoresist pattern using an immersion lithography process, and in particular, it is possible to minimize the diffusion of the acid generated in the upper portion of the exposure portion into the immersion liquid, T-top of the photoresist pattern by the acid diffusion (T The present invention relates to a pattern formation method of a photoresist capable of preventing a phenomenon.

본 발명은 이머젼 리소그래피 공정을 이용한 포토레지스트의 패턴 형성 방법에 있어서, 소정 농도의 산을 포함하는 이머젼액을 사용함을 특징으로 한다.
The present invention is characterized in that an immersion liquid containing an acid having a predetermined concentration is used in the method of forming a photoresist using an immersion lithography process.

이머젼 리소그래피, 포토레지스트, T-탑 현상, 산 확산, 이머젼액Immersion Lithography, Photoresist, T-Top Development, Acid Diffusion, Immersion Liquid

Description

이머젼 리소그래피 공정을 이용한 포토레지스트의 패턴 형성 방법{PHOTORESIST PATTERN-FORMING METHOD USING IMMERSION LITHOGRAPHY PROCESS} Pattern formation method of photoresist using immersion lithography process {PHOTORESIST PATTERN-FORMING METHOD USING IMMERSION LITHOGRAPHY PROCESS}             

도 1은 이머젼 리소그래피 공정에 적용되는 노광 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus applied to an immersion lithography process.

도 2는 종래 기술에 의한 포토레지스트 패턴 형성 방법에서 이머젼 액으로의 산 확산에 의해 포토레지스트 패턴의 T-탑(T-top) 현상이 발생함을 나타내는 개략도이다.FIG. 2 is a schematic diagram showing a T-top phenomenon of a photoresist pattern due to acid diffusion into an immersion liquid in the method of forming a photoresist pattern according to the prior art.

도 3은 본 발명에 의한 포토레지스트 패턴 형성 방법에서 이머젼 액으로의 산 확산이 방지되어 포토레지스트 패턴의 T-탑(T-top) 현상 역시 발생하지 않음을 나타내는 개략도이다.
3 is a schematic diagram showing that acid diffusion into the immersion liquid is prevented in the method of forming a photoresist pattern according to the present invention so that the T-top phenomenon of the photoresist pattern does not occur.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -    -Explanation of symbols for the main parts of the drawings-

100 : 반도체 기판 102 : 이머젼액      100 semiconductor substrate 102 immersion liquid

104 : 프로젝션 렌즈 106 : 스캐닝 스테이지      104: projection lens 106: scanning stage

108 : 포토레지스트
108: photoresist

본 발명은 이머젼 리소그래피 공정을 이용한 포토레지스트의 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히, 노광부의 상부에서 발생한 산이 이머젼액 중으로 확산됨을 최소화할 수 있어서, 상기 산 확산에 의한 포토레지스트 패턴의 T-탑(T-top) 현상을 방지할 수 있는 포토레지스트의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a photoresist pattern using an immersion lithography process, and in particular, it is possible to minimize the diffusion of the acid generated in the upper portion of the exposure portion into the immersion liquid, T-top of the photoresist pattern by the acid diffusion (T The present invention relates to a pattern formation method of a photoresist capable of preventing a phenomenon.

최근 들어, 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 포토리소그래피 공정에서 형성해야 하는 포토레지스트 패턴의 크기가 점차 미세화되고 있으며, 이와 같은 미세 패턴을 형성하기 위하여, 노광 기구, 포토레지스트 물질 및 마스크 기술 등에 대한 개발이 계속적으로 이루어지고 있다.Recently, as semiconductor devices are highly integrated, the size of the photoresist pattern to be formed in the photolithography process is gradually miniaturized. In order to form such a fine pattern, development of an exposure mechanism, a photoresist material, and a mask technology is continuously developed. Is done.

특히, 이머젼 리소그래피 공정(immersion lithography process)은 노광 장치의 프로젝션 렌즈(projection lens)와 미세 패턴이 형성될 포토레지스트 사이에 굴절율이 큰 액체, 즉 이머전액(immersion liquid)을 도입함으로써, NA(numerical aperture)를 1 이상으로 크게 하고, 이에 따라 노광 공정시의 해상도를 극대화하는 방법이다. 즉, 상기 이머젼 리소그래피 공정에서는 노광 공정시의 해상도를 극대화함으로써, 좀 더 미세한 포토레지스트 패턴을 보다 양호하게 형성할 수 있다. In particular, an immersion lithography process involves introducing a liquid having a high refractive index, that is, an immersion liquid, between a projection lens of an exposure apparatus and a photoresist on which a micropattern is to be formed, thereby providing a numerical aperture (NA). ) Is increased to 1 or more, thereby maximizing the resolution during the exposure process. That is, in the immersion lithography process, a finer photoresist pattern may be better formed by maximizing the resolution during the exposure process.

다만, 상기 이머젼 리소그래피 공정은 아직까지 개발이 진행 중인 기술로써 여러 가지 문제점을 여전히 내포하고 있는 바, 예를 들어, 프로젝션 렌즈와 포토레지스트 사이에 액체가 도입되므로 상기 액체에 의해 렌즈가 오염되거나, 이머젼액 중의 미세 기포에 의해 난반사 등이 일어나는 문제점 등을 들 수 있다.However, the immersion lithography process still has various problems as a technology still under development. For example, since the liquid is introduced between the projection lens and the photoresist, the lens is contaminated by the liquid or the immersion. The problem which a diffused reflection etc. generate | occur | produce by a micro bubble in a liquid is mentioned.

또한, 이러한 이머젼 리소그래피 공정이 가지는 문제점의 하나로써, 포토레지스트의 노광부 상부에서 발생한 산이 이머젼액 중으로 확산되어, 포토레지스트의 노광부 상부에서는 산에 의한 포토레지스트막의 제거가 제대로 이루어지지 않으며, 이에 따라, 최종 형성된 포토레지스트 패턴이 수직하게 형성되지 않고 상부가 큰 T-자 형으로 형성되는 소위 T-탑(T-top) 현상을 들 수 있다. In addition, as one of the problems of the immersion lithography process, the acid generated on the exposed portion of the photoresist is diffused into the immersion liquid, and the photoresist film is not properly removed by the acid on the exposed portion of the photoresist. The so-called T-top phenomenon may be cited in which the final photoresist pattern is not vertically formed but is formed in a large T-shape at the top.

이하, 첨부한 도면을 참고로 상기 종래 기술에 의한 포토레지스트 패턴 형성 방법의 문제점을 보다 구체적으로 살피기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings to look at the problem of the conventional method of forming a photoresist pattern in more detail.

도 1은 이머젼 리소그래피 공정에 적용되는 노광 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 종래 기술에 의한 포토레지스트 패턴 형성 방법에서 이머젼액으로의 산 확산에 의해 포토레지스트 패턴의 T-탑(T-top) 현상이 발생함을 나타내는 개략도이다.1 is a view showing a schematic configuration of an exposure apparatus applied to an immersion lithography process, and FIG. 2 is a T-top (T) of a photoresist pattern by acid diffusion into an immersion liquid in a photoresist pattern forming method according to the prior art. -top) A schematic diagram showing the phenomenon occurs.

우선 도 1을 참고하면, 이머젼 리소그래피 공정에 적용되는 노광 장치는 일반적으로, 스캐닝 스테이지(106) 상에 포토레지스트 패턴이 형성될 반도체 기판(100)이 위치되고, 이러한 반도체 기판 상에 이머젼액(102) 및 프로젝션 렌즈(104)가 배치됨으로써 구성된다.Referring first to FIG. 1, in an exposure apparatus applied to an immersion lithography process, a semiconductor substrate 100 on which a photoresist pattern is to be formed is generally positioned on a scanning stage 106, and an immersion liquid 102 is formed on the semiconductor substrate. And the projection lens 104 are arranged.

즉, 이러한 노광 장치에 있어서는, 프로젝션 렌즈(104) 및 이머젼액(102)을 통해 소정 파장의 빛이 반도체 기판(100) 상의 포토레지스트 소정 부위로 가해지며, 이러한 포토레지스트의 노광부에서 다량의 산이 발생하여 해당 부위의 포토레지스트가 가용화 상태로 되고, 추후의 현상 공정에서 상기 노광부의 포토레지스트 가 용해·제거됨으로써 최종적인 포토레지스트 패턴이 형성되는 것이다.That is, in such an exposure apparatus, light of a predetermined wavelength is applied to a predetermined portion of the photoresist on the semiconductor substrate 100 through the projection lens 104 and the immersion liquid 102, and a large amount of acid is exposed in the exposed portion of the photoresist. The resulting photoresist is solubilized, and the photoresist of the exposed portion is dissolved and removed in a later development step to form a final photoresist pattern.

그런데, 이러한 종래의 포토레지스트 패턴 형성 방법에 있어서는, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 포토레지스트(108)의 노광부에서 발생한 다량의 산이 이머젼액(102) 중으로 확산되는 경우가 많았다. 특히, 이머젼액(102)은 상기 포토레지스트(108) 상에서 이와 직접 접촉하고 있으며, 이머젼액(102)은 주로 중성에 가까운 상태의 용액이므로, 포토레지스트(108)의 노광부 상부에서 발생한 다량의 산 중 상당량이 이머젼액 중에서 확산되는 것이다.By the way, in the conventional method of forming a photoresist pattern, as can be seen in FIG. 2, a large amount of acid generated in the exposed portion of the photoresist 108 is often diffused into the immersion liquid 102. In particular, since the immersion liquid 102 is in direct contact with it on the photoresist 108, and the immersion liquid 102 is a solution that is mainly close to neutral, a large amount of acid generated in the upper portion of the exposed portion of the photoresist 108. Much of the diffusion is in the immersion liquid.

이에 따라, 포토레지스트(108)의 노광부 상부에서는 하부에 비해 산의 양이 상당히 부족하게 되며, 이에 따라, 도 2의 전자 현미경 사진 등에서 볼 수 있는 바와 같이, 노광부의 포토레지스트 상부는 제대로 제거되지 못한다. 이 때문에, 최종 형성된 포토레지스트 패턴이 수직하게 형성되지 않고 상부가 큰 T-자 형으로 형성되는 소위 T-탑(T-top) 현상이 발생하는 것이다. As a result, the amount of acid in the upper portion of the exposed portion of the photoresist 108 is considerably insufficient compared to the lower portion. Accordingly, as shown in the electron micrograph of FIG. 2, the upper portion of the exposed portion of the photoresist is not properly removed. can not do it. For this reason, a so-called T-top phenomenon occurs in which the finally formed photoresist pattern is not vertically formed but is formed in a large T-shape at the top.

종래에는 이러한 T-탑(T-top) 현상의 문제점을 해결하기 위해, 포토레지스트와 이머젼액 사이에 별도의 상부막을 형성하고자 하는 등의 시도가 있었으나, 이 또한, 공정의 경제성 및 포토레지스트 패턴의 가로/세로비(aspect ratio)라는 측면 등에서 여러 가지 문제점을 노출하였으며, 이러한 종래 기술의 문제점으로 인하여, 별도의 상부막을 적용하지 않고도 상기 포토레지스트 패턴의 T-탑(T-top) 현상의 문제점을 해결할 수 있는, 이머젼 리소그래피 공정을 이용한 포토레지스트의 패턴 형성 방법이 절실히 요구되어 왔다.
Conventionally, in order to solve the problem of the T-top phenomenon, there have been attempts to form a separate upper film between the photoresist and the immersion liquid, but also, the economics of the process and the photoresist pattern Various problems have been exposed in terms of aspect ratio, and due to the problems of the related art, the problem of T-top phenomenon of the photoresist pattern is not required without applying a separate top layer. There is an urgent need for a method of patterning a photoresist using an immersion lithography process that can be solved.

이에 본 발명의 목적은 포토레지스트 상에 별도의 상부막을 적용하지 않고도 이머젼액으로의 산확산을 방지하여 포토레지스트 패턴의 T-탑(T-top) 현상을 방지할 수 있는 이머젼 리소그래피 공정을 이용한 포토레지스트의 패턴 형성 방법을 제공하기 위한 것이다.
Therefore, an object of the present invention is to prevent the acid diffusion into the immersion liquid without applying a separate top layer on the photoresist to prevent the T-top phenomenon of the photoresist pattern photo using a lithography process It is for providing a pattern formation method of a resist.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이머젼 리소그래피 공정을 이용한 포토레지스트의 패턴 형성 방법에 있어서, 소정 농도의 산을 포함하는 이머젼액을 사용함을 특징으로 하는 포토레지스트의 패턴 형성함을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a pattern forming method of the photoresist, in the method of forming a pattern of the photoresist using an immersion lithography process, using an immersion solution containing an acid of a predetermined concentration. .

또한, 이러한 포토레지스트의 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 이머젼액에는 포토레지스트의 노광부에서 발생하는 산과 동일한 농도의 산을 포함함이 바람직하다.In the method of forming a photoresist, it is preferable that the immersion liquid contains an acid having the same concentration as that generated in the exposed portion of the photoresist.

즉, 본 발명은 이머젼액 자체에 소정 농도의 산을 포함시킴을 기술적 특징으로 하고 있는 바, 이렇게 되면 포토레지스트의 노광부에서 다량의 산이 발생하더라도, 상기 노광부와 이머젼액에서의 산의 농도 차이가 거의 생기지 않으므로, 노광부 상부에서 발생한 산이 이머젼액 중으로 거의 확산되지 않으며, 이에 따라, 포토레지스트 상에 별도의 상부막을 형성하지 않고도, 노광부 상부에서 포토레지스트가 제대로 제거되지 못하여 최종 형성된 포토레지스트 패턴의 상부가 큰 T-자 형으로 형성되는 소위 T-탑(T-top) 현상이 방지될 수 있다. In other words, the present invention is characterized in that the immersion liquid itself contains a predetermined concentration of acid, so that even if a large amount of acid occurs in the exposed portion of the photoresist, the difference in the concentration of acid in the exposed portion and the immersion liquid Is hardly generated, the acid generated in the upper portion of the exposed portion is hardly diffused into the immersion liquid. Thus, the photoresist pattern is finally formed because the photoresist is not properly removed from the upper portion of the exposed portion without forming a separate upper layer on the photoresist. The so-called T-top phenomenon in which the upper portion of the upper portion is formed in a large T-shape can be prevented.                     

특히, 이머젼액에 포함된 산의 농도를 노광부에서 발생할 산과 실질적으로 동일하게 하면, 이머젼액으로의 산 확산이 실질적으로 완전히 방지될 수 있는 바, 이에 의해 상기 T-탑(T-top) 현상의 문제점이 완전히 방지될 수 있다.In particular, if the concentration of the acid contained in the immersion liquid is substantially the same as the acid to be generated in the exposure portion, acid diffusion into the immersion liquid can be substantially completely prevented, whereby the T-top phenomenon The problem of can be completely prevented.

이하 첨부한 도면을 참고로, 본 발명의 구성 및 작용을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 적용되는 노광 장치의 통상적인 구성 및 포토레지스트 패턴 형성 방법의 전체적인 구성은 상기 종래 기술에서 설명한 바와 동일하므로, 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략하며, 이하에서는 본 발명의 기술적 특징 및 이에 의한 작용에 대해 상술하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in more detail the configuration and operation of the present invention. However, since the general structure of the exposure apparatus and the overall structure of the photoresist pattern forming method applied to the present invention are the same as those described in the prior art, a detailed description thereof will be omitted, and hereinafter, technical features of the present invention and The operation will be described in detail.

도 3은 본 발명에 의한 포토레지스트 패턴 형성 방법에서 이머젼 액으로의 산 확산이 방지되어 포토레지스트 패턴의 T-탑(T-top) 현상 역시 발생하지 않음을 나타내는 개략도이다. 3 is a schematic diagram showing that acid diffusion into the immersion liquid is prevented in the method of forming a photoresist pattern according to the present invention so that the T-top phenomenon of the photoresist pattern does not occur.

우선, 본 발명에 적용되는 노광 장치의 구성은 종래에 통상적으로 사용되던 노광 장치의 구성, 즉, 도 1에 나타난 바와 동일하며, 전체적인 포토레지스트 패턴 형성 방법의 구성 역시 상기 종래 기술에서 설명한 바와 동일하다.First, the configuration of the exposure apparatus applied to the present invention is the same as that of the exposure apparatus that is conventionally used, that is, as shown in FIG. 1, and the configuration of the overall photoresist pattern forming method is also the same as that described in the prior art. .

즉, 본 발명에 있어서도, 프로젝션 렌즈 및 이머젼액을 통해 포토레지스트의 소정 부위로 빛이 노광되면, 이러한 포토레지스트의 노광부에서 다량의 산이 발생되어, 이러한 산에 의해 포토레지스트가 가용화되고, 추후의 현상 공정에서 상기 가용화된 노광부의 포토레지스트 패턴이 용해·제거됨으로써, 최종적인 포토레지스트 패턴이 형성되는 것이다. That is, even in the present invention, when light is exposed to a predetermined portion of the photoresist through the projection lens and the immersion liquid, a large amount of acid is generated in the exposed portion of the photoresist, so that the photoresist is solubilized by the acid. In the developing step, the photoresist pattern of the solubilized exposed portion is dissolved and removed to form a final photoresist pattern.

다만, 본 발명에서는, 도 3에서도 볼 수 있는 바와 같이, 포토레지스트(108) 상에서 이와 직접 접촉하고 있는 이머젼액(102)에 소정 농도의 산이 포함되어 있는 바, 이 때문에 이머젼액(102)과 포토레지스트(108)의 노광부 사이에 산의 농도 차이가 거의 생기지 않으므로, 노광부에서 발생한 산이 이머젼액(102) 중으로 거의 확산되지 않는다. However, in the present invention, as can be seen in FIG. 3, the immersion liquid 102 in direct contact with the photoresist 108 contains an acid having a predetermined concentration. Therefore, the immersion liquid 102 and the photo are therefore included. Since the difference in acid concentration hardly occurs between the exposed portions of the resist 108, the acid generated in the exposed portions hardly diffuses into the immersion liquid 102.

즉, 본 발명에 따르면, 포토레지스트(108)의 노광부 상부에서 발생한 산이 이머젼액(102)으로 거의 확산되지 않으므로, 포토레지스트(108)의 노광부 상부에서도 산에 의한 포토레지스트의 제거가 양호하게 이루어질 수 있다. 이에 따라, 도 3의 전자 현미경 사진 등을 통해 알 수 있는 바와 같이, 노광부 상부에서 포토레지스트가 제대로 제거되지 못하여 최종 형성된 포토레지스트 패턴의 상부가 큰 T-자 형으로 형성되는 소위 T-탑(T-top) 현상을 방지할 수 있으며, 포토레지스트 패턴이 수직으로 양호하게 형성될 수 있다. That is, according to the present invention, since the acid generated in the upper portion of the exposed portion of the photoresist 108 is hardly diffused into the immersion liquid 102, the removal of the photoresist by the acid in the upper portion of the exposed portion of the photoresist 108 is satisfactorily achieved. Can be done. Accordingly, as can be seen from the electron micrograph of FIG. 3, a so-called T-top (not shown) where the photoresist is not properly removed from the upper portion of the exposed part is formed in a large T-shaped upper part of the photoresist pattern. T-top) phenomenon can be prevented, and the photoresist pattern can be well formed vertically.

또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 이머젼액에는 포토레지스트의 노광부에서 발생하는 산과 동일한 농도의 산을 포함되어 있는 바, 이에 의해, 노광부에서 이머젼액으로의 산 확산을 실질적으로 완전히 방지할 수 있으므로, 이에 의해 상기 T-탑(T-top) 현상의 문제점이 완전히 방지될 수 있다.In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, the immersion liquid contains an acid having the same concentration as that generated in the exposed portion of the photoresist, thereby substantially spreading acid from the exposed portion to the immersion liquid. Since it can be completely prevented, the problem of the T-top phenomenon can thereby be completely prevented.

이 때, 상기 포토레지스트의 노광부에서 발생하는 산의 농도는 포토레지스트 중에 포함된 광산 발생제의 양 및 노광시 사용하는 광원의 종류 등에 따라 달라질 수 있으나, 이러한 인자들로부터 당업자가 자명하게 결정할 수 있다. 이러한 노광부의 산의 농도가 결정되면, 이머젼액에 이와 동일한 농도의 산을 포함시킴으로써, 상기 T-탑(T-top) 현상의 문제점을 완전히 방지할 수 있는 것이다. At this time, the concentration of acid generated in the exposure portion of the photoresist may vary depending on the amount of photo-acid generator included in the photoresist and the kind of light source used during exposure, but those skilled in the art can be obviously determined from these factors. have. When the concentration of the acid in such an exposed portion is determined, it is possible to completely prevent the problem of the T-top phenomenon by including an acid having the same concentration in the immersion liquid.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 포토레지스트 상에 별도의 상부막을 적용하지 않고도, 포토레지스트로부터 이머젼액으로의 산확산을 방지하여 포토레지스트 패턴의 T-탑(T-top) 현상을 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, the T-top phenomenon of the photoresist pattern can be prevented by preventing acid diffusion from the photoresist to the immersion liquid without applying a separate upper layer on the photoresist. Can be.

이에 따라, 이머젼 리소그래피 공정의 높은 해상력의 장점을 그대로 살리고 공정을 단순하게 유지하면서도, 종래의 이머젼 리소그래피 공정이 가지던 문제점, 즉, 최종 형성된 포토레지스트 패턴의 T-탑(T-top) 현상을 완전히 방지할 수 있다.Accordingly, while maintaining the advantages of the high resolution of the immersion lithography process and keeping the process simple, the problem of the conventional immersion lithography process, that is, the T-top phenomenon of the finally formed photoresist pattern is completely eliminated. You can prevent it.

따라서, 본 발명에 따르면 경제적이고 단순한 방법을 통해 수직의 양호한 패턴을 형성할 수 있어서, 반도체 소자 제조 공정의 경제성 및 수율 향상에 크게 기여할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to form a good vertical pattern through an economical and simple method, which can greatly contribute to the economics and the yield of the semiconductor device manufacturing process.

Claims (2)

이머젼 리소그래피 공정을 이용한 포토레지스트의 패턴 형성 방법에 있어서, 소정 농도의 산을 포함하는 이머젼액을 사용함을 특징으로 하는 포토레지스트의 패턴 형성 방법.A pattern forming method of a photoresist using an immersion lithography process, wherein the immersion liquid containing an acid of a predetermined concentration is used. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이머젼액에는 포토레지스트의 노광부에서 발생하는 산과 동일한 농도의 산을 포함하는 포토레지스트의 패턴 형성 방법.The method of forming a photoresist comprising an acid of the same concentration as the acid generated in the exposure portion of the photoresist in the immersion liquid.
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