KR20070122049A - Forming method of fine pattern using double exposure process - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1g는 종래의 이중 노광 공정을 이용한 패턴 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of forming a pattern using a conventional double exposure process.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 이중 노광 공정을 이용한 패턴 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.2A to 2I are cross-sectional views illustrating a pattern forming method using the double exposure process of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 반도체 기판 10, 110: 피식각층100:
12: 제1 피식각층 패턴 14, 114: 제2 피식각층 패턴12: first etched
20, 120: 제1 포토레지스트 패턴 30, 130: 제2 포토레지스트 층20, 120:
32, 126: 제2 포토레지스트 패턴 116: 포토레지스트 층32, 126: second photoresist pattern 116: photoresist layer
118: 제1 노광 마스크 122: RELACS 물질118: first exposure mask 122: RELACS material
124: 가교 영역 128: 제2 노광 마스크124: crosslinked region 128: second exposure mask
132: 제3 포토레지스트 패턴 140: 핫 플레이트132: third photoresist pattern 140: hot plate
본 발명은 이중 노광 공정을 이용한 미세 패턴 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차 포토레지스트 패턴 위에 얇은 불용층을 형성한 후 두 번째 리소그라피 공정을 진행함으로써 이중 패터닝 방법에서 식각 공정을 한 번만 수행하여도 노광 장비의 한계 해상도 이하의 미세 패턴을 형성할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a fine pattern using a double exposure process, and more particularly, by forming a thin insoluble layer on the first photoresist pattern and then performing a second lithography process to perform the etching process only once in the double patterning method. Even if the fine pattern below the limit resolution of the exposure equipment can be formed.
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.In the lithography process, the resolution (R) is determined according to the wavelength (lambda) and numerical aperture (NA) of the light source used by the exposure equipment used, as shown by the following formula.
R = k1·λ/NAR = k1λ / NA
상기 식에서 k1은 공정 상수를 의미하는데, 이는 0.25라는 물리적인 한계를 가지므로 그 이하의 공정은 통상적인 방법으로는 불가능하다.In the above formula, k1 means a process constant, which has a physical limit of 0.25, so a process below it is not possible with conventional methods.
이에 따라 두 번의 리소그라피와 에치 공정을 통해 해상 한계를 확장하는 이중 노광 공정을 사용하고 있는데, 이하, 종래의 이중 노광 공정을 이용한 패턴 형성방법에 대하여 도 1a 내지 도 1g를 참조하여 설명하기로 한다.Accordingly, a double exposure process that extends the resolution limit through two lithography and etch processes is used. Hereinafter, a pattern forming method using a conventional double exposure process will be described with reference to FIGS. 1A to 1G.
도 1a 내지 도 1g의 과정은 예를 들어 50nm의 패턴을 형성하기 위하여 100nm 노광 마스크를 두 번 사용하는 이중 노광 공정을 도시하고 있다.The process of FIGS. 1A-1G illustrates a double exposure process using, for example, a 100 nm exposure mask twice to form a 50 nm pattern.
우선, 피식각층 (10) 상부에 포토레지스트 층을 도포한 다음 소정의 리소그라피 공정을 수행하여 제1 포토레지스트 패턴 (20)을 형성하고 (도 1a 참조), 형성된 제1 포토레지스트 패턴 (20)을 식각 마스크로 이용하여 제1 피식각층을 식각하여 패턴 (12)을 형성한다 (도 1b 참조).First, a photoresist layer is applied on the
다음, 제1 포토레지스트 패턴 (20)을 제거하고 (도 1c 참조), 제1 피식각층 패턴 (12) 전면에 제2 포토레지스트층 (30)을 도포한다 (도 1d 참조).Next, the
여기에 소정의 리소그라피 공정을 수행하여 제2 포토레지스트 패턴 (32)을 형성 (도 1e 참조)하고, 형성된 제2 포토레지스트 패턴 (32)을 식각 마스크로 이용하여 제1 피식각층 패턴 (12)을 식각하여 상기 제1 피식각층 패턴 (12)보다 작은 선폭을 갖는 제2 피식각층 패턴 (14)을 형성한 다음 (도 1f 참조), 제2 포토레지스트 패턴 (32)을 제거한다 (도 1g 참조).The second
이중 노광을 이용한 이중 패터닝 공정은 리소그라피 장비의 해상 한계 이하의 미세 패턴을 형성하기 위하여 이용되는 방법으로, 통상적으로 두 번의 리소그라피 공정과 두 번의 식각 공정을 수반한다. 식각 공정 없이 단순히 두 번의 리소그라피 공정을 진행하는 경우에는 노광된 빛 에너지가 포토레지스트에 집적되어 해상 한계 이하의 미세 패턴을 형성할 수 없다.The double patterning process using double exposure is a method used to form fine patterns below the resolution limit of lithography equipment, and typically involves two lithography processes and two etching processes. In the case of simply performing two lithography processes without an etching process, the exposed light energy may be integrated in the photoresist to form a fine pattern below the resolution limit.
즉, 상기와 같은 이중 노광 공정은 노광 장비의 해상 한계 이하의 미세 패턴을 형성할 수 있지만, 식각 공정이 두 번이나 수반되는 단점이 있다. 식각 공정이 두 번 수행될 경우, 별도의 장비가 필요하고, 공정 단가가 높아지며 공정 소요 시간도 증가한다. 또한 두 번의 식각을 위해서는 한 층 이상의 하드마스크 층이 더 도포되어야 하므로 증착 장비도 더 필요하게 되므로 여러 면에서 비경제적이다.That is, the double exposure process as described above may form a fine pattern below the resolution limit of the exposure equipment, but the disadvantage is that the etching process is accompanied twice. If the etching process is performed twice, separate equipment is required, process costs are increased, and the process time is increased. In addition, since two or more layers of hard masks need to be applied for two etchings, additional deposition equipment is required.
본 발명의 목적은 이중 패터닝 공정에서 식각 공정을 한 번만 수행하여도 노광 장비의 한계 해상도 이하의 미세 패턴을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이 다.An object of the present invention is to provide a method that can form a fine pattern of less than the limit resolution of the exposure equipment even if only one etching process in the double patterning process.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 1차로 형성된 포토레지스트 패턴 위에 얇은 불용층을 형성한 후 두 번째 리소그라피 공정을 진행함으로써 이중 패터닝 방법에서 식각 공정을 한 번만 수행하여도 노광 장비의 한계 해상도 이하의 미세 패턴을 형성할 수 있는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, by forming a thin insoluble layer on the first formed photoresist pattern and then proceeding a second lithography process, even if the etching process is performed only once in the double patterning method, it is less than the limit resolution of the exposure apparatus. Provided are methods for forming a fine pattern.
본 발명에서는 피식각층 상부에 제1 포토레지스트를 도포한 후 리소그라피 공정을 진행하여 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;In the present invention, after applying the first photoresist on the etched layer to form a first photoresist pattern by performing a lithography process;
상기 제1 포토레지스트 패턴 전면에, 산에 의해 포토레지스트 중합체와 가교 가능한 물질을 도포하는 단계와;Applying a material crosslinkable with the photoresist polymer by an acid on the entire surface of the first photoresist pattern;
상기 결과물을 베이크 한 후 현상하여 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;Baking the resultant to develop a second photoresist pattern;
상기 결과물 전면에 제2 포토레지스트를 도포한 후 리소그라피 공정을 진행하여 상기 제2 포토레지스트 패턴 사이에 제3 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;Forming a third photoresist pattern between the second photoresist pattern by applying a second photoresist to the entire surface of the resultant and then performing a lithography process;
상기 제2 포토레지스트 패턴 및 제3 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조방법을 제공한다.And etching the etched layer using the second photoresist pattern and the third photoresist pattern as an etch mask to form an etched layer pattern.
상기 산에 의해 포토레지스트 중합체와 가교 가능한 물질로는 RELACS® 물질 을 사용할 수 있다.RELACS ® material may be used as the material capable of crosslinking with the photoresist polymer by the acid.
상기 공정에서 제2 포토레지스트 패턴과 제3 포토레지스트 패턴 사이의 스페이스 폭이 동일하도록 형성한다.In the process, the space width between the second photoresist pattern and the third photoresist pattern is formed to be the same.
이때 제2 포토레지스트 라인 폭과 제3 포토레지스트 라인 폭이 동일한 경우에는 첫번째 리소그라피 공정에서 사용한 것과 동일한 노광 마스크를 이동 (shift) 하여 두번째 리소그라피 공정에도 사용할 수 있으며, 제2 포토레지스트 라인 폭과 제3 포토레지스트 라인 폭이 동일하지 않을 경우에는 첫번째 노광과 두번째 노광시 서로 다른 노광 마스크를 사용하여 제2 포토레지스트 패턴과 제3 포토레지스트 패턴 사이의 스페이스 폭이 동일하도록 조절한다.In this case, when the second photoresist line width and the third photoresist line width are the same, the same exposure mask used in the first lithography process may be shifted and used for the second lithography process, and the second photoresist line width and the third photoresist line width may be used. If the photoresist line widths are not the same, different exposure masks are used in the first and second exposures to adjust the space width between the second photoresist pattern and the third photoresist pattern to be the same.
이하, 본 발명의 이중 노광 공정을 이용한 패턴 형성방법에 대하여 도 2a 내지 도 2i를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the pattern formation method using the double exposure process of this invention is demonstrated with reference to FIGS. 2A-2I.
우선, 반도체 기판 (100) 상부에 피식각층 (110) 및 제1 포토레지스트층 (116)을 순차적으로 형성한 다음 (도 2a 참조), 제1 노광 마스크 (118)를 이용하여 1차 노광한다 (도 2b 참조). 1차 노광후 현상하여 제1 포토레지스트 패턴 (120)을 형성하는데, 이때 제1 포토레지스트 패턴 (120) 가장자리에는 노광에 의해 발생된 여분의 산이 존재하게 된다 (도 2c 참조).First, the
상기 제1 포토레지스트 패턴 (120) 전면에 RELACS® 물질 (122)을 도포한 다음 (도 2d 참조), 핫 플레이트 (140)를 이용하여 베이크 하면 제1 포토레지스트 패턴 (120) 가장자리에 존재하는 산에 의해 RELACS® 물질과 포토레지스트 중합체 사 이에 가교 결합이 형성된다 (도 2e 참조).After applying the RELACS ®
RELACS (Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink) 물질이란 클라리언트 (Clariant)사에서 라이선스를 가지고 상품화하고 있는 물질로서, 주로 콘택홀의 크기를 축소시키는 공정에 사용되고 있다 (Laura J. Peters, "Resist Join the Sub-λ Revolution", Semiconductor International, Sep. 1999; Toshiyuki Toyoshima, "0.1㎛ Level contact hole pattern formation with KrF lithography by Resist Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink", IEEE, 1998).RELACS (Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink) is a commercially available material licensed by Clariant Inc. and is mainly used to reduce the size of contact holes (Laura J. Peters, "Resist Join the Sub- λ Revolution, Semiconductor International, Sep. 1999; Toshiyuki Toyoshima, “0.1 μm Level contact hole pattern formation with KrF lithography by Resist Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink”, IEEE, 1998).
다음, 상기 RELACS® 물질 (122)을 제거하면 제1 포토레지스트 패턴 (120) 가장자리에 가교 결합에 의한 불용층 (124)이 형성된 제2 포토레지스트 패턴 (126)이 형성된다 (도 2f 참조).Next, the RELACS ®
즉, 1차로 형성된 포토레지스트 패턴 위에 RELACS® 물질을 도포한 후 가열하면 포토레지스트 패턴 가장자리에서 RELACS® 물질과 포토레지스트 중합체 사이에 가교 결합이 형성되어 패턴의 선폭이 증가하여 콘택홀의 크기가 축소하게 되는데, 본 발명에서는 제1 포토레지스트 패턴 위에 제2 노광 공정에 영향을 받지 않는 불용층을 형성할 목적으로 RELACS® 물질을 이용한다.In other words, when the RELACS ® material is applied on the first formed photoresist pattern and heated, a crosslink is formed between the RELACS ® material and the photoresist polymer at the edge of the photoresist pattern, thereby increasing the line width of the pattern and reducing the size of the contact hole. In the present invention, a RELACS ® material is used for the purpose of forming an insoluble layer on the first photoresist pattern that is not affected by the second exposure process.
제2 포토레지스트 패턴 (126) 전면에 제2 포토레지스트층 (130)을 도포한 다음 제2 노광 마스크 (128)를 이용하여 노광 공정을 수행하되, 제2 포토레지스트 패 턴과 겹치지 않도록 조절한다 (도 2g 참조).After the
상기 결과물을 현상하면 제2 포토레지스트 패턴 (126)과 제3 포토레지스트 패턴 (132)이 교대로 형성된다 (도 2h 참조). 이렇게 형성된 제2 포토레지스트 패턴 (126)과 제3 포토레지스트 패턴 (132)을 식각 마스크로 피식각층 (110)을 식각하여 피식각층 패턴 (114)을 얻는다 (도 2i 참조).When the resultant is developed, the
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 제2 포토레지스트 패턴 (126)에 형성되어 있는 불용층 (124)이 제2 노광 공정 및 현상 공정에 의한 영향을 받지 않으므로 1차 노광 공정 후 식각 공정 없이도 바로 2차 노광 공정을 수행할 수 있게 된다.As described above, since the
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.Preferred embodiments of the present invention are for the purpose of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, and such modifications may be made by the following claims. Should be seen as belonging to.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 1차 포토레지스트 패턴 위에 얇은 불용층을 형성한 후 두 번째 리소그라피 공정을 진행함으로써 이중 패터닝 방법에서 식각 공정을 한 번만 수행하여도 노광 장비의 한계 해상도 이하의 미세 패턴을 형성할 수 있는 효율적인 방법을 제공한다.As described above, in the present invention, a thin insoluble layer is formed on the first photoresist pattern, and then a second lithography process is performed to perform the second lithography process, even if the etching process is performed only once in the double patterning method. It provides an efficient way to form a.
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