KR20070122049A - Forming method of fine pattern using double exposure process - Google Patents

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Abstract

A method for forming a fine pattern using a dual exposure process is provided to form a fine pattern not more than a resolution limit of exposure equipment even if an etch process is performed only once in a double patterning process by forming a thin insoluble layer on a first photoresist pattern and by performing a second lithography process. After first photoresist is coated on a layer(110) to be etched, a lithography process is performed to form a first photoresist pattern. A material capable of being crosslinkable with photoresist polymer by acid is coated on the front surface of the first photoresist. The resultant structure is baked and developed to form a second photoresist pattern(126). After second photoresist is coated on the front surface of the resultant structure, a lithography process is performed to form a third photoresist pattern between the second photoresist patterns. The layer to be etched is etched to form an etch layer pattern by using the second and third photoresist patterns as an etch mask. The line width of the second and the third photoresist patterns can be the same.

Description

이중 노광 공정을 이용한 미세 패턴 형성방법{Forming method of fine pattern using double exposure process} For fine pattern formation method using a double exposure process {Forming method of fine pattern using double exposure process}

도 1a 내지 도 1g는 종래의 이중 노광 공정을 이용한 패턴 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다. Figure 1a to 1g are sectional views illustrating the pattern forming method using the conventional double exposure process.

도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 이중 노광 공정을 이용한 패턴 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다. Figure 2a to 2i are sectional views illustrating the pattern forming method using a double exposure process of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Description of the Related Art>

100: 반도체 기판 10, 110: 피식각층 100: a semiconductor substrate 10, 110: etching layer

12: 제1 피식각층 패턴 14, 114: 제2 피식각층 패턴 12: first etching layer pattern 14, 114: second etching layer pattern

20, 120: 제1 포토레지스트 패턴 30, 130: 제2 포토레지스트 층 20, 120: first photoresist pattern 30, 130: second photoresist layer

32, 126: 제2 포토레지스트 패턴 116: 포토레지스트 층 32, 126: second photoresist pattern 116: photoresist layer

118: 제1 노광 마스크 122: RELACS 물질 118: a first exposure mask 122: RELACS material

124: 가교 영역 128: 제2 노광 마스크 124: cross-linked region 128: the second exposure mask

132: 제3 포토레지스트 패턴 140: 핫 플레이트 132: The 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. Perform the present invention relates to a fine pattern forming method using a double exposure process, and more particularly, the first photoresist after the formation of an insoluble layer thin on the pattern etching process in two double patterning by proceeding the second lithography process method only once and it also relates to a method capable of forming a fine pattern of less than limit resolution of the exposure equipment.

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. Lithography process, to the expression that represents the wavelength (λ) of the light source and the numerical aperture for use in exposure equipment using, as; in accordance with (Numerical Aperture NA) is determined that the resolution (R).

R = k1·λ/NA R = k1 · λ / NA

상기 식에서 k1은 공정 상수를 의미하는데, 이는 0.25라는 물리적인 한계를 가지므로 그 이하의 공정은 통상적인 방법으로는 불가능하다. Wherein k1 is a process means a constant, which is not possible because of a physical limit of 0.25 of the process below is a conventional method.

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, reference to two lithography and etch-through process I'm using a double exposure process to extend the resolution limit, below, Figure 1a to 1g with respect to the pattern forming method using the conventional double exposure process will be described.

도 1a 내지 도 1g의 과정은 예를 들어 50nm의 패턴을 형성하기 위하여 100nm 노광 마스크를 두 번 사용하는 이중 노광 공정을 도시하고 있다. Figure 1a to the process of Figure 1g, for example, illustrates a dual exposure process using a 100nm exposure mask twice to form a pattern of 50nm.

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, an etching layer (see Fig. 1a) (10) applying a photoresist layer on the substrate, and then by performing a given lithography process to form a first photoresist pattern 20, formed of a first photoresist pattern 20 using as an etching mask in etching the first etching layer to form a pattern 12 (see Fig. 1b).

다음, 제1 포토레지스트 패턴 (20)을 제거하고 (도 1c 참조), 제1 피식각층 패턴 (12) 전면에 제2 포토레지스트층 (30)을 도포한다 (도 1d 참조). Is applied and then the first photoresist pattern (see Fig. 1c) removing (20), the first etching layer pattern 12, a second photoresist layer 30 on the front (see Fig. 1d).

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). Here form a second photoresist pattern 32, by performing a given lithography process (see Fig. 1e), and by using the second photoresist pattern 32 is formed as an etching mask for the first etching layer pattern 12 and etching to removing the first etching to form each layer pattern 12 a second etching layer pattern 14 having a line width smaller than that (see Fig. 1f), the second photoresist pattern 32 (see Fig. 1g) .

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. Double patterning process using the double exposure is a method that is used to form a fine pattern less than the resolution limit of the lithography equipment, and typically involve a two-lithography process and the two etching processes. 식각 공정 없이 단순히 두 번의 리소그라피 공정을 진행하는 경우에는 노광된 빛 에너지가 포토레지스트에 집적되어 해상 한계 이하의 미세 패턴을 형성할 수 없다. When simply proceed with the two lithography process without the etching process, the exposed light energy is accumulated in the photoresist can not be formed a fine pattern less than 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. That is, the double exposure process described above, but can form a fine pattern less than the resolution limit of the exposure equipment, there is a disadvantage that the etching process involves twice. 식각 공정이 두 번 수행될 경우, 별도의 장비가 필요하고, 공정 단가가 높아지며 공정 소요 시간도 증가한다. If the etching process is performed twice, the need for a separate device, and also increases the processing cost becomes high processing time. 또한 두 번의 식각을 위해서는 한 층 이상의 하드마스크 층이 더 도포되어야 하므로 증착 장비도 더 필요하게 되므로 여러 면에서 비경제적이다. Also, since the hard mask layer should be more than one layer applied to the two etching, so that the need no deposition equipment is not economical in many ways.

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 be performed only once, an etching process in the double patterning process to form a fine pattern of less than limit resolution of the exposure equipment.

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, the following present invention, the first after the formation of an insoluble layer thin on the drive photoresist pattern second lithography process proceeds by the limit resolution of the exposure equipment by performing an etching process in the double patterning method once the It provides a method capable of forming a fine pattern.

본 발명에서는 피식각층 상부에 제1 포토레지스트를 도포한 후 리소그라피 공정을 진행하여 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; In the present invention, the step of etching to form a first photoresist pattern proceeds to the after coating a first photoresist lithography process to the upper layers and;

상기 제1 포토레지스트 패턴 전면에, 산에 의해 포토레지스트 중합체와 가교 가능한 물질을 도포하는 단계와; The step of the first photoresist pattern over, applying a photoresist polymer and a crosslinkable substance with an acid and;

상기 결과물을 베이크 한 후 현상하여 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; Forming a second photoresist pattern is then developed to a baking the resultant and;

상기 결과물 전면에 제2 포토레지스트를 도포한 후 리소그라피 공정을 진행하여 상기 제2 포토레지스트 패턴 사이에 제3 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; Further comprising: after coating a second photoresist on the front resultant advances the lithography process to form a third photoresist pattern between the first photoresist pattern;

상기 제2 포토레지스트 패턴 및 제3 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조방법을 제공한다. The second photoresist pattern, and a third photoresist pattern as an etch mask and etching the etching layer provides a semiconductor device manufacturing method comprising the step of etching to form a pattern each layer.

상기 산에 의해 포토레지스트 중합체와 가교 가능한 물질로는 RELACS ® 물질 을 사용할 수 있다. As by the acid photoresist polymer and the crosslinkable material may be used for RELACS ® material.

상기 공정에서 제2 포토레지스트 패턴과 제3 포토레지스트 패턴 사이의 스페이스 폭이 동일하도록 형성한다. And the forming the space width between the second photo-resist pattern and the third photo-resist pattern to be the same in the process.

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. The second photoresist line width and the third photoresist when the line width of the same has to be used as to move (shift) the same exposure mask, a second lithography process using the first lithographic process, a second photoresist line width and the third If the photoresist line width is not equal to the same controls the first exposure and the second exposure during each other using another exposure mask space width between the second photo-resist pattern and the third photo-resist pattern.

이하, 본 발명의 이중 노광 공정을 이용한 패턴 형성방법에 대하여 도 2a 내지 도 2i를 참조하여 설명한다. It will be described below with reference to FIGS. 2a to 2i with respect to the pattern forming method using a double exposure process of the present invention.

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). First, by using the semiconductor substrate 100 to form an etching layer 110 and the first photoresist layer 116 to the upper by one (see Fig. 2a), the first exposure mask 118 to expose the primary ( see Fig. 2b). 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). To form a first exposure after development by the first photoresist pattern 120, wherein the first photoresist pattern 120 on the edge of the acid generated by the exposure excess is present (see Fig. 2c).

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). The first picture of applying a resist pattern 120 RELACS ® material 122 on the front (see Fig. 2d), when baked using a hot plate to 140, acid present in the first photoresist pattern 120, the edge the RELACS ® material and a photoresist polymer used in the crosslinking is formed by (see Fig. 2e).

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) material is a material that is commercialized with a license from Clariant (Clariant) used, is mainly used in the step of reducing the contact hole size (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).

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, when removing the RELACS ® material 122, the first picture a second photoresist pattern 126 formed in this insoluble layer 124 by resist pattern 120 is crosslinking on the edge is formed (see Fig. 2f).

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. That is, there is heated when the photoresist is cross-linked between RELACS ® material and the photoresist polymer in the pattern edge is formed increases the line width of the pattern is a contact hole size reduction and after applying the RELACS ® material on the photoresist pattern formed primarily , the present invention utilizes a RELACS ® material in order to form an insoluble layer that is not the effect on the second exposure process on the first photoresist pattern.

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). The adjusted so as not to overlap the second photoresist pattern 126 by the front coating a second photoresist layer 130, and then the second, but using an exposure mask 128 is performing an exposure process, a second photoresist pattern ( see Fig. 2g).

상기 결과물을 현상하면 제2 포토레지스트 패턴 (126)과 제3 포토레지스트 패턴 (132)이 교대로 형성된다 (도 2h 참조). When developing the resulting second photoresist pattern 126 and the third photoresist pattern 132 are formed alternately (see Fig. 2h). 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). The thus formed second to obtain a photoresist pattern 126 and the third photoresist pattern 132 by etching the etching layer 110 as an etch mask, etching layer pattern 114 (see Figure 2i).

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, immediately, without the present invention, the second picture does insoluble layer 124, resist is formed on the pattern 126 it is not affected by the second exposure process and a development step after the first exposure process, an etching process 2 a primary exposure process is capable of performing.

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. A preferred embodiment of the present invention is for purposes of illustration, various modifications, changes, will be able to replace and add through one of ordinary skill in the art the spirit and scope of the following claims, such modifications change, etc. The scope of the following claims it will need to be a part of.

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, a fine pattern of less than the present invention, the first photoresist after the formation of an insoluble layer thin on the pattern the second lithography process proceeds by the limit resolution of the exposure equipment by performing an etching process in the double patterning method once the to provide an efficient method which can form.

Claims (4)

  1. 피식각층 상부에 제1 포토레지스트를 도포한 후 리소그라피 공정을 진행하여 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; Etching to proceed after coating a first photoresist on top each layer lithography process and forming a first photoresist pattern;
    상기 제1 포토레지스트 패턴 전면에, 산에 의해 포토레지스트 중합체와 가교 가능한 물질을 도포하는 단계와; The step of the first photoresist pattern over, applying a photoresist polymer and a crosslinkable substance with an acid and;
    상기 결과물을 베이크 한 후 현상하여 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; Forming a second photoresist pattern is then developed to a baking the resultant and;
    상기 결과물 전면에 제2 포토레지스트를 도포한 후 리소그라피 공정을 진행하여 상기 제2 포토레지스트 패턴 사이에 제3 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; Further comprising: after coating a second photoresist on the front resultant advances the lithography process to form a third photoresist pattern between the first photoresist pattern;
    상기 제2 포토레지스트 패턴 및 제3 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조방법. The second photoresist pattern, and a third photo-resist pattern as an etch mask, a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a pattern etching layer by etching the etching layer.
  2. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 산에 의해 포토레지스트 중합체와 가교 가능한 물질은 RELACS ® 물질인 반도체 소자 제조방법. The photoresist polymer and a crosslinkable substance by the acid material is RELACS ® The semiconductor device manufacturing method.
  3. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 제2 포토레지스트 패턴과 제3 포토레지스트 패턴 사이의 스페이스 폭이 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법. The first semiconductor device of second photo-resist pattern and the third picture wherein a space width between a resist pattern manufacturing method of the same.
  4. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 제2 포토레지스트 패턴의 라인 폭과 제3 포토레지스트 패턴의 라인 폭이 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법. Semiconductor device manufacturing method, characterized in that the second photoresist pattern of the same line width and the line width of the third photoresist pattern.
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