KR20060102200A

KR20060102200A - Immersion lithography method

Info

Publication number: KR20060102200A
Application number: KR1020050024162A
Authority: KR
Inventors: 박사로한
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-09-27

Abstract

본 발명은 이멀젼 노광 방법에 관한 것으로, 이멀젼 방식의 노광 방법을 사용하는 반도체 소자의 제조 방법에 있어서 단차를 포함하는 하부 구조물에 노광 공정을 수행하는 경우 단차 내에 이멀젼 액체가 채워지면서 기포가 발생하는 문제 및 단차 내에 액체가 잔류하여 후속 공정에서 반도체 소자의 불량을 유발할 수 있는 문제가 되는 것을 해결하기 위하여, 하부 구조물의 단차를 매립하는 I-라인용 감광막을 먼저 형성하고, ArF 또는 KrF용 감광막을 형성한 후 이멀젼 노광 공정을 진행함으로써, 노광 방법의 수율 및 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 이멀젼 노광 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an emulsion exposure method. In the method of manufacturing a semiconductor device using an emulsion exposure method, when an exposure process is performed on a lower structure including a step, bubbles are formed while an emulsion liquid is filled in the step. In order to solve the problem that occurs and the liquid remains in the step, which may cause a defect of the semiconductor device in the subsequent process, first to form a photosensitive film for the I-line to fill the step of the lower structure, for ArF or KrF The present invention relates to an emulsion exposure method capable of improving the yield and reliability of an exposure method by performing an emulsion exposure step after forming a photosensitive film.

Description

Emulsion exposure method {IMMERSION LITHOGRAPHY METHOD}

도 1 및 도 2는 단차를 포함하는 하부 구조물 위에 이멀젼 노광 방법을 사용할 경우 나타나는 문제를 도시한 단면도들.1 and 2 are cross-sectional views showing problems when using an emulsion exposure method on a lower structure including a step.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 이멀젼 노광이 수행되는 반도체 기판을 도시한 단면도들.3A and 3B are sectional views showing a semiconductor substrate on which an emulsion exposure according to the present invention is performed;

반도체 소자의 노광 방법에 있어서, 이멀젼 노광 방법은 투영 렌즈부부의 최 종 렌즈와 웨이퍼 스테이지 사이에 임의의 액체를 채움으로써, 그 액체의 굴절률만큼 광학계의 개구수(Numerical Aperture: 이하 NA)를 증가시켜 분해능(Resolution)을 개선시키는 기술이다. 액체에서 전파해 나가는 광원은 그 실제 파장이 공기 중에서의 파장을 해당 매질의 굴절률로 나눈 값에 해당한다. 193nm의 광원(ArF 레이저빔)을 사용할 때, 물을 매질로 선택할 경우 물의 굴절률이 1.44이므로 실제 물을 거쳐간 ArF 레이저빔의 파장은 193nm에서 134nm로 감소한다. 이는 분해능을 증가시키기 위하여 F2 레이저(157nm)와 같은 파장이 짧은 광원을 사용하는 것과 동일한 효과를 기대할 수 있다.In the exposure method of the semiconductor element, the emulsion exposure method fills an arbitrary liquid between the final lens of the projection lens portion and the wafer stage, thereby increasing the numerical aperture (NA) of the optical system by the refractive index of the liquid. It is a technology to improve resolution. The light source propagating out of a liquid corresponds to its actual wavelength divided by the refractive index of the medium in wavelength in air. When using a 193nm light source (ArF laser beam), when the water is selected as the medium, the refractive index of the water is 1.44, so the wavelength of the ArF laser beam passing through the water decreases from 193nm to 134nm. This can be expected to have the same effect as using a short wavelength light source such as an F2 laser (157 nm) to increase the resolution.

이멀젼 노광 장치는 상부에서부터 빛이 조사되는 방향을 따라 다음과 같은 주요 장치들을 포함하고 있다. 먼저, 조명 시스템(Illumination System)에서 만들어진 노광원을 조사하는 소스부와, 마스크 패턴이 구비된 레티클을 고정시킬 수 있는 레티클 스테이지와, 조사된 광원을 집속하고, 배율을 조절하여 다시 웨이퍼에 조사하는 투영 렌즈부 및 웨이퍼를 고정하는 웨이퍼 스테이지가 구비되어 있다. 이때, 상기 투영 렌즈부 및 웨이퍼 스테이지 사이에 액체를 포함하는 이멀젼부를 포함한다.The emulsion exposure apparatus includes the following main apparatuses along the direction in which light is radiated from the top. First, a source unit for irradiating an exposure source made in an illumination system, a reticle stage for fixing a reticle provided with a mask pattern, and an irradiated light source are focused, and the magnification is adjusted to irradiate the wafer again. A wafer stage for fixing the projection lens portion and the wafer is provided. In this case, an emulsion part including a liquid is included between the projection lens part and the wafer stage.

이와 같이 액체가 포함된 이멀젼부를 투과하는 광원은 대기중을 투과하는 광원보다 적은 입사각 및 짧은 파장으로 마스크상의 이미지를 웨이퍼에 전사한다. 따라서, DOF(Depth Of Focus) 마진 및 분해능을 향상시킬 수 있다.As described above, the light source passing through the emulsion part containing the liquid transfers the image on the mask onto the wafer at a shorter wavelength of incidence than the light source passing through the atmosphere. Therefore, it is possible to improve the depth of focus (DOF) margin and resolution.

상기 이멀젼 노광 장치를 이용하면 분해능이 좋아지므로 일반적인 노광 장치에서 구현할 수 없었던 미세 패턴을 구현 할 수 있게 된다. When the emulsion exposure apparatus is used, the resolution is improved, so that a fine pattern that cannot be realized in the general exposure apparatus can be realized.

그러나, 비트라인 콘택 형성 공정과 같이 비트라인 콘택을 형성한 동일 층에 또 다른 노광 공정을 진행해야 하는 경우 비트라인 콘택은 단차의 폭이 좁고 깊이가 깊기 때문에 이멀젼 액체가 제대로 채워지지 않고 기포가 발생하게 되는 경우가 발생한다. 이러한 기포들은 노광원을 반사시키거나 다른 방향으로 굴절시켜, 노광 패턴이 정상적으로 형성되지 못한다는 위험성이 있다.However, when another exposure process must be performed on the same layer on which the bitline contact is formed, such as the bitline contact forming process, the bitline contact has a narrow step width and a deep depth, so that the emulsion liquid is not properly filled and bubbles are formed. Occurs when it happens. Such bubbles reflect the exposure source or refract in other directions, such that there is a risk that the exposure pattern cannot be formed normally.

도 1 및 도 2는 단차를 포함하는 하부 구조물 위에 이멀젼 노광 방법을 사용할 경우 나타나는 문제를 도시한 단면도들이다.1 and 2 are cross-sectional views illustrating problems when an emulsion exposure method is used on a lower structure including a step.

도 1을 참조하면, 단차를 포함하는 하부 구조물(20)을 구비한 반도체 기판(10) 상에 이멀젼 노광용 감광막(30)을 형성한다. 다음으로, 이멀젼 노광 공정을 수행하게 되는데, 여기서 이멀젼 액체(40)와 반도체 기판(10)의 표면이 접촉되고 단차 내에 이멀젼 액체(40)들이 채워지게 된다. 그러나, 단차의 폭이 좁고 깊이가 깊이 때문에 이멀젼 액체(40)가 채워지면서 기포들(50)을 발생시키게 되고, 이 때문에 노광원이 산란되어 노광 공정이 제대로 수행되지 못하는 문제가 있다.Referring to FIG. 1, an emulsion exposure photosensitive film 30 is formed on a semiconductor substrate 10 having a lower structure 20 including a step. Next, an emulsion exposure process is performed, where the surface of the emulsion liquid 40 and the semiconductor substrate 10 are contacted and the emulsion liquid 40 is filled in the step. However, since the step width is narrow and the depth is deep, the emulsion liquid 40 is filled to generate bubbles 50, which causes scattering of the exposure source, thereby preventing the exposure process from being properly performed.

도 2를 참조하면, 노광 공정이 완료된 후, 반도체 기판(10)을 노광 장치로부터 분리하는데 이때 단차 내에 잔류하는 이멀젼 액체(45)들이 발생하여 후속의 공정에서 결함으로 작용하게 되는 문제가 있다. Referring to FIG. 2, after the exposure process is completed, the semiconductor substrate 10 is separated from the exposure apparatus. At this time, the emulsion liquid 45 remaining in the step is generated to act as a defect in the subsequent process.

따라서, 이를 제거하기 위한 별도의 드라이(Dry) 공정이 필요하게 되므로 공정 마진 및 효율성이 떨어지게 되는 문제가 발생한다. Therefore, a separate dry process is required to remove it, which causes a problem that process margin and efficiency are lowered.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하부 구조물의 단차 를 매립하는 I-라인용 감광막을 형성하고, ArF 또는 KrF용 감광막을 형성한 후 이멀젼 노광 공정을 진행함으로써, 단차 내에 이멀젼 액체가 채워지면서 기포가 발생하는 문제 및 단차 내에 액체가 잔류하여 반도체 소자의 불량을 유발할 수 있는 문제를 해결할 수 있는 이멀젼 노광 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, by forming an I-line photosensitive film to fill the step of the lower structure, and after forming the photosensitive film for ArF or KrF and proceeds the emulsion exposure process, the emulsion within the step It is an object of the present invention to provide an emulsion exposure method that can solve a problem in which bubbles are generated while a liquid is filled and a problem in which a liquid remains in a step to cause a defect of a semiconductor device.

본 발명에 따른 이멀젼 노광 방법은, The emulsion exposure method according to the present invention,

단차를 포함하는 하부 구조물을 구비한 반도체 기판 상에 I-라인용 감광막을 형성하는 단계와,Forming a photoresist film for I-line on a semiconductor substrate having a lower structure including a step;

상기 I-라인용 감광막 상부에 ArF 및 KrF용 감광막 중 어느 하나를 형성하는 단계 및Forming any one of ArF and KrF photoresist on the I-line photoresist; and

이멀젼 노광 장치를 이용하여 노광 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And performing an exposure process using the emulsion exposure apparatus.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이멀젼 노광 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an emulsion exposure method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 이멀젼 노광이 수행되는 반도체 기판을 도시한 단면도들이다.3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor substrate on which an emulsion exposure according to the present invention is performed.

도 3a를 참조하면, 단차를 포함하는 하부 구조물(120)을 구비한 반도체 기판(100) 상에 I-라인용 감광막(125)을 코팅 및 베이킹 한다. 이때, I-라인용 감광막(125)은 웨이퍼를 500 ~ 4000 RPM으로 회전시키는 회전 코팅방식을 이용하여 형성한다. Referring to FIG. 3A, an I-line photosensitive film 125 is coated and baked on a semiconductor substrate 100 having a lower structure 120 including a step. At this time, the I-line photosensitive film 125 is formed using a rotation coating method of rotating the wafer at 500 to 4000 RPM.

다음에는, 5 ~ 300mJ/sec의 에너지를 가하여 I-라인용 감광막에 블랭크 노광 및 현상 공정을 수행한다. 블랭크 노광 및 현상 공정은 아무 패턴도 형성되지 않은 공 마스크를 이용하여 반도체 기판(100) 전면에 형성된 I-라인용 감광막(125)에 노광 공정을 수행한 후 노광된 I-라인용 감광막(125) 전면을 현상하여 전체 표면 상부 감광막의 두께를 감소시키는 단계를 추가로 수행한다.Next, a blank exposure and development process are performed on the photosensitive film for I-line by applying an energy of 5 to 300 mJ / sec. The blank exposure and development process is performed by exposing the I-line photosensitive film 125 formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100 using a blank mask in which no pattern is formed, and then exposing the I-line photosensitive film 125. The front side is further developed to reduce the thickness of the entire surface upper photoresist.

도 3b를 참조하면, I-라인용 감광막(125) 상부에 ArF 및 KrF용 감광막(130)중 어느 하나를 코팅 및 베이킹하고, 반도체 기판(100)에 이멀젼 노광 공정을 수행한다. 이때, 이멀젼 액체(140)는 ArF 및 KrF용 감광막(130) 중 어느 하나와 접하게 되는데, 평탄화된 상부면에 액체(140)가 닿으므로 기포들이 발생할 위험이 없다. Referring to FIG. 3B, one of ArF and KrF photoresist 130 is coated and baked on the I-line photoresist 125, and an emulsion exposure process is performed on the semiconductor substrate 100. At this time, the emulsion liquid 140 is in contact with any one of the ArF and KrF photosensitive film 130, there is no risk that bubbles are generated because the liquid 140 contacts the flattened upper surface.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 이멀젼 노광 공정은 DUV KrF(248nm), DUV ArF(193nm) 또는 DUV F2(157nm)의 노광 파장에서 모두 가능하며, 5 ~ 300mJ/cm²의 에너지를 가하여 수행하는 것이 바람직하다.As described above, the emulsion exposure process according to the present invention can be performed at an exposure wavelength of DUV KrF (248 nm), DUV ArF (193 nm) or DUV F2 (157 nm), and is performed by applying an energy of 5 to 300 mJ / cm ² . It is preferable.

상술한 바와 같이, 매립 특성이 우수한 I-라인용 감광막을 이용하여 단차를 매립함으로써 단차 내에 이멀젼 액체가 채워지면서 기포가 발생하는 문제 및 단차내에 액체가 잔류하여 반도체 소자의 불량을 유발할 수 있는 문제를 방지할 수 있다.As described above, by filling the step using an I-line photosensitive film having excellent embedding characteristics, bubbles are generated when the emulsion liquid is filled in the step, and problems in which the liquid remains in the step may cause defects in the semiconductor device. Can be prevented.

이상에서 설명한 바와 같이, 하부 구조물의 단차를 매립하는 I-라인용 감광막을 형성하고, ArF 또는 KrF용 감광막을 형성한 후 이멀젼 노광 공정을 진행함으 로써, 단차 내에 이멀젼 액체가 채워지면서 기포가 발생하는 문제 및 단차내에 액체가 잔류하여 반도체 소자의 불량을 유발할 수 있는 문제를 해결할 수 있다. 따라서, 이멀젼 노광 방법의 수율 및 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 효과를 제공한다.As described above, by forming an I-line photosensitive film that fills the step of the lower structure, forming an ArF or KrF photosensitive film, and then performing an emulsion exposure process, bubbles are formed while the emulsion liquid is filled in the step. It is possible to solve a problem that may occur and a problem that may cause a defect of the semiconductor device due to the remaining liquid in the step. Therefore, it provides an effect that can improve the yield and reliability of the emulsion exposure method.

아울러 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.In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.

Claims

Forming a photoresist film for I-line on a semiconductor substrate having a lower structure including a step;

Forming any one of ArF and KrF photoresist on the I-line photoresist; And

Emulsion exposure method comprising the step of performing an exposure process using an emulsion exposure apparatus.

The method of claim 1,

Forming the I-line photosensitive film is an emulsion exposure method, characterized in that for coating the photosensitive film using a rotation coating method of 500 ~ 4000 RPM.

The method of claim 1,

And forming a photoresist film for the I-line, and then reducing the thickness of the photoresist film by a blank exposure and a developing process.

The method of claim 3, wherein

The blank exposure and development process is an emulsion exposure method, characterized in that performed with an exposure energy of 5 ~ 300mJ / sec.

The method of claim 1,

The emulsion exposure process is an emulsion exposure method, characterized in that performed at an exposure energy of 5 ~ 300mJ / cm ² at an exposure wavelength of DUV KrF (248nm), DUV ArF (193nm) or DUV F2 (157nm).