KR920003808B1

KR920003808B1 - Method for forming pattern

Info

Publication number: KR920003808B1
Application number: KR1019900007714A
Authority: KR
Inventors: 한우성
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 김광호
Priority date: 1990-05-28
Filing date: 1990-05-28
Publication date: 1992-05-15
Also published as: JPH0433325A; KR910020488A

Abstract

A photographic etching process for forming fine patterns comprises (A) laminating UV resist film and DUV (deep ultraviolet) resist film on the substrate successively, (B) practicing DUV exposure and development using photomask and DUV light source, and (C) forming fine patterns. Especially an excess exposure of more than 50 mJ/cm2 is applied for DUV exposure, and the development is conducted for more than 60 secs. Thus ultra-finely patterned DUV resist film is obtained with the thickness of less than 0.3 m. The photoresist material used in the above process is one of positive photoresist materials.

Description

Photolithography Method for Forming Fine Patterns

제 1 도는 종래의 DUV 사용의 사진식각방법을 나타낸 공정 흐름도.1 is a process flowchart showing a photolithography method using a conventional DUV.

제 2 도는 본 발명의 방법을 나타낸 공정 흐름도.2 is a process flow diagram illustrating a method of the present invention.

제 3a-d 도는 본 발명의 실시예를 설명하는 도면.3a-d illustrate an embodiment of the present invention.

제 4 도는 제 3 도의 DUV노광 및 현상과정을 설명하는 도면.4 is a view for explaining the DUV exposure and development process of FIG.

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

1 : DUV 광 2 : 마스크1: DUV light 2: mask

3 : DUV 레지스트막 4 : UV 레지스트막3: DUV resist film 4: UV resist film

5 : 막질 6 :기판5: film quality 6: substrate

7 : UV 광7: UV light

본 발명은 반도체 사진식각공정에 관한 것으로, 특히 미세패턴 형성을 위해 DUV(deep ultraviolet)에 감광하는 포토레지스트와 UV(ultraviolet)에 감광하는 포토레지스트 물질을 공정별로 사용하여 미세 패턴 형성을 가능케 한 미세패턴 형성을 위한 사진식각방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor photolithography process, and in particular, a photoresist that is exposed to deep ultraviolet light (DUV) and a photoresist that is sensitive to UV (ultraviolet) to form fine patterns. The present invention relates to a photolithography method for forming a pattern.

대규모 집적회로 또는 디스크리트 반도체 소자 등은 플래나 기술로 알려진 방법으로 제조되고 있고, 그 전체공정은 대략 살펴보면, 에피택시, 산화, 불순물확산, 사진식각 및 금속화 등의 5단계로 구성된다.Large scale integrated circuits or discrete semiconductor devices and the like are manufactured by a method known as planar technology. The overall process is roughly composed of five stages: epitaxy, oxidation, diffusion of impurities, photolithography and metallization.

그리고 통상 박막산화층 또는 질화실리콘이나 알루미늄 등이 피복되어 있는 실리콘 웨이퍼 기판상에 선택적으로 특정영역에 소정 불순물을 주입시키는 과정을 통해 소망하는 회로가 집적화될 수 있는데, 이때 선택적 불순물 주입을 위한 사전 작업으로서 포토 마스크가 설계되고, 포트레지스트를 사용한 상기한 사진식각방법으로 불순물이 주입될 창이 마련될 수 있다.In addition, a desired circuit may be integrated through a process of selectively injecting predetermined impurities into a specific region on a thin film oxide layer or a silicon wafer substrate coated with silicon nitride, aluminum, or the like. A photo mask may be designed, and a window into which impurities may be injected may be provided by the photolithography method using a photoresist.

일반적으로, 사진식각공정은 포토레지스트라 불리우는 유기 고분자계통의 얇은 필름을 액체상태로 산화막등의 위에 도포시키고, 투명과 불투명 영역으로 구성된 마스크를 포토레지스트 위에 올려 놓아 빛을 조사하고, 현상하여 창을 형성하는 제공정으로 구성된다.In general, a photolithography process is to apply a thin film of an organic polymer system called a photoresist in a liquid state on an oxide film or the like, and to place a mask composed of transparent and opaque areas on a photoresist to irradiate light and develop a window to form a window. It consists of a provided tablet.

이때 중요한 요소는 마스크나 웨이퍼상에 형성되는 패턴의 크기이다. 이 패턴의 크기는 감광성 에멀젼인 레지스트를 노광시키는 광원의 파장과, 패턴이 정열될 수 있는 마스크 정열 공차와 레지스트 내의 폴리머 체인의 길이 등에 따라 제한을 받는다.An important factor here is the size of the pattern formed on the mask or wafer. The size of the pattern is limited by the wavelength of the light source for exposing the resist as the photosensitive emulsion, the mask alignment tolerance at which the pattern can be aligned, the length of the polymer chain in the resist, and the like.

레지스트는 광원의 형태에 따라 통상 분류된다. 즉, 상기 언급한 포토레지스트는 자외선에 반응하는 것이며, 이외에 전자 레지스트, X-선 레지스트 등이 있다. 통상은 파장의 길이가 3600Å 내외인 자외선에 광화학 반응을 일으키는 포토레지스트가 사용된다.Resists are usually classified according to the type of light source. That is, the photoresist mentioned above reacts to ultraviolet rays, and there are other electronic resists, X-ray resists, and the like. Usually, the photoresist which produces a photochemical reaction with the ultraviolet-ray which wavelength is about 3600 Hz is used.

그리고 패턴 가장자리 주위에서의 빛의 회절에 기인한 분해능 문제는 미세패턴을 생성하기 위해서 더욱 짧은 파장의 광원을 사용함으로써 개선될 수 있다. 이를 위해 DUV 가 사용되고, 그 파장의 범위는 2000Å 내지는 3000Å이다.And the resolution problem due to the diffraction of light around the pattern edges can be improved by using a shorter wavelength light source to produce the micropattern. DUV is used for this purpose, and the wavelength ranges from 2000 kHz to 3000 kHz.

또한, 레지스트는 제가티브형과 포지티브형으로 구분되는데 네가티브형은 빛에 노광된 부분이 중합되어 용제에 반응을 하지 않는 레지스트이며, 포지티브형은 빛에너지가 중합체를 광분해함으로써 노광 부위가 현상 단계에서 세척되는 레지스트이다.In addition, the resist is divided into a negative type and a positive type. The negative type is a resist which is polymerized and the part exposed to light does not react to the solvent. It is a resist.

이때 포지티브형 레지스트는 네가티브형 레지스트보다 좀더 짧은 폴리머 길이를 갖고 현상시 Swelling 문제등이 없기 때문에 LSI 회로 등에서는 미세 패턴 형성이 용이한 포지티브형 레지스트가 사용되고 있다.At this time, since the positive resist has a shorter polymer length than the negative resist and there is no swelling problem during development, a positive resist that is easy to form a fine pattern is used in an LSI circuit.

회로의 고집접화에 따라 미세패턴형성이 요망되므로 이를 위해 사진식각공정으로서는 제 1도와 같이 DUV 감광액을 도포하고 이어서 노광 및 현상을 거쳐 패턴형성을 한다.Since fine pattern formation is desired according to high integration of the circuit, for this purpose, as a photolithography process, a DUV photoresist is applied as shown in FIG. 1, and then patterned through exposure and development.

그러나, 미세패턴 형성을 위한 DUV 사용에 있어서는 DUV광원에 효과적으로 반응할 감광물질을 사용하든지 또는 효과적으로 빛이 조사될 수 있는 DUV용 노광장치 등의 설치가 필요하다.However, in the use of DUV for forming a fine pattern, it is necessary to use a photosensitive material that will respond effectively to a DUV light source, or to install an exposure apparatus for a DUV or the like capable of effectively irradiating light.

즉, 제 1도와 같이 단순과정으로 공정이 진행되고 각 공정에 있어서의 설비조건, 사용감광물질 등의 제약이 수반되어 극미세 패턴형성에 장해요소가 되고 있는 것이다. 이러한 관점에서 미국특허 일련번호 제 4,735,885호, 제 4,625,120호, 제 4,575,636호 등에서 상기 제기된 장해요소 극복을 위해 DUV용 감광제를 제공하고 있거나 또는 설비조건 해결로서 DUV용 노광장치 등이 개시되어 있다.In other words, the process proceeds in a simple process as shown in FIG. 1, and it is an obstacle to formation of an ultra fine pattern due to the constraints of equipment conditions, used photosensitive materials, etc. in each process. In this regard, US Pat. Nos. 4,735,885, 4,625,120, 4,575,636 and the like provide a photosensitive agent for DUV to overcome the above-mentioned obstacles, or an apparatus for exposure to a DUV or the like is disclosed as a solution to a facility condition.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 공정 개선에 의해 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 UV 레지스트 도포, DUV 레지스트 도포, DUV 노광 현상, UV 소나기 노광, 현상의 각 공정으로 구성되는 미세 패턴 형성을 위한 사진식각 방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems by improving the process, the object of the present invention is to form a fine pattern consisting of each step of UV resist coating, DUV resist coating, DUV exposure development, UV shower exposure, development To provide a photo etching method for.

본 발명의 목적에 따라 미세 패턴형성을 위한 사진식각 공정은 제 2 도에 나타낸 바와 같다.According to the object of the present invention, a photolithography process for forming a fine pattern is shown in FIG. 2.

제 2 도와 같이 개략적인 전체흐름은 먼저 산화층 또는 질화실리콘이나 알루미늄 등이 적층되어 있는 실리콘 웨이퍼인 기판상에 UV 감광액과 DUV 감광액을 순차적으로 도포하고 이어서 투명과 불투명의 영역으로 이루어진 포토마스크를 씌운 뒤에 DUV 노광과 현상을 거치고 이어서 UV 노광 및 현상을 하여 상기 기판상에 미세패턴이 형성되도록 한다.As shown in Fig. 2, the overall flow is first applied with UV photosensitive liquid and DUV photosensitive liquid sequentially on an oxide layer or a silicon wafer on which silicon nitride, aluminum, etc. are laminated, and then a photomask composed of transparent and opaque areas is covered. DUV exposure and development followed by UV exposure and development allow micropatterns to be formed on the substrate.

즉, 본 발명은 기존설비와 재료를 이용하면서 DUV 공정과 UV 공정을 본 발명 방법에 따라 함께 사용함으로써 공정에 의해 미세패턴을 실현시키는 것이다.That is, the present invention is to realize the fine pattern by the process by using the DUV process and the UV process together according to the method of the present invention while using the existing equipment and materials.

본 발명의 1실시예로서 제 3 도를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.As an embodiment of the present invention, the present invention will be described in detail with reference to FIG.

제 3a 도에는 제 2 도에서의 제 1, 제 2과정이 완료된 후의 소정패턴이 설계된 마스크가 준비된 과정을 단면으로 도시한 것이다.3A is a cross-sectional view illustrating a process in which a mask in which a predetermined pattern is designed after the first and second processes in FIG. 2 are completed is prepared.

도면에서 '6'은 기판이며 평탄 내지는 굴곡이 있는 경우 등을 고려하여 계단상으로 도시되어 있다. 이러한 형태의 기판상에 장차 소정 패턴으로 미세하게 형성될 막질이 형성된다. 이 막질은 알루미늄이나 산화층 또는 질화 실리콘층 중 어느 하나가 될 수 있다. 즉, 금속화 과정을 위해서는 알루미늄 등이 도포되고, 불순물 주입과정을 위해서는 절연막인 산화층, 질화실리콘층 등이 도포된다.In the drawings, '6' is a substrate and is shown in a stepped manner in consideration of a flat or curved surface. The film quality to be finely formed in a predetermined pattern is formed on the substrate of this type. This film quality can be either aluminum, an oxide layer or a silicon nitride layer. In other words, aluminum is applied for the metallization process, and an oxide layer, a silicon nitride layer, or the like, which is an insulating film, is applied for the impurity implantation process.

상기 막질(5)은 기판(6)의 표면형태와 동일 형태인 계란상으로 적층된다.The film 5 is laminated in an egg shape having the same shape as that of the surface of the substrate 6.

이후 본 발명의 공정순서에 따라 UV 레지스트막(4)이 도면과 같이 상층의 표면이 평탄하게 1㎛ 이상의 두께로 피복된다. 이때 사용되는 UV 레지스트 재료로서는 고무수지(resin)비율이 PAC(photo active compound)비율보다 2~3배 정도 높은 것이면 사용 가능하다. 이어서 DUV 레지스트막 (3)이 상기 UV 레지스트막(4)상에 피복된다. 이때 DUV 레지스트로서 사용될 수 있는 재료는 DUV 광에 대해 흡수력이 10% 이상으로 높아서 50mJ/㎠ 이상의 과다 노광을 필요로 하는 Novolak 계통의 레지스트이면 어느 것이든 사용될 수 있다.After that, according to the process sequence of the present invention, the UV resist film 4 is coated with a thickness of 1 μm or more, as shown in the figure, on the upper surface of the upper layer. The UV resist material used at this time can be used if the rubber resin (resin) ratio is two to three times higher than the PAC (photo active compound) ratio. Subsequently, a DUV resist film 3 is coated on the UV resist film 4. At this time, any material that can be used as a DUV resist may be any Novolak-based resist that requires overexposure of 50 mJ / cm 2 or more due to high absorption power of 10% or more for DUV light.

이 상태에서 반도체장치 형성과정에 따른 사전에 준비된 마스크가 상기 2개의 레지스트상에 놓여진다.In this state, a mask prepared in advance according to the semiconductor device formation process is placed on the two resists.

이 마스크(2)는 설계에 따라 투명과 불투명으로 구성되는데 도면에서 그 형태가 단면으로 도시되어 있다. 이때 불투명부분의 크기는 미세패턴 크기보다 0.05~0.2㎛ 정도 크게 설계된다. 이는 이후 설명될 것이다.The mask 2 is transparent and opaque, depending on the design, the shape of which is shown in cross section in the figure. At this time, the size of the opaque portion is designed to be 0.05 ~ 0.2㎛ larger than the size of the fine pattern. This will be explained later.

본 실시예에서 DUV 레지스트막(3)은 포지티브 레지스트로써 도면에 점선이 표시된 것은 DUV 광원(1) 조사에 따라 마스크의 투명과 불투명 영역에 따라 레지스트에 광분해 반응이 선택된 영역에서만 이루어짐을 나타낸다. 즉, 빛에 노광된 부분은 PAC 의 분해 반응이 진행되고 빛에 노광되지 않은 부분 즉, 불투명 부분은 레지스트막의 PAC가 분해되지 않은 채 남아 있게 되어 현상액에 세척되지 않는다.In this embodiment, the DUV resist film 3 is a positive resist, and the dotted line in the figure indicates that the photolysis reaction is performed only in the region in which the resist is selected according to the transparent and opaque regions of the mask according to the irradiation of the DUV light source 1. That is, the portion exposed to light undergoes decomposition reaction of PAC and the portion not exposed to light, that is, the opaque portion, remains undecomposed in the resist film and is not washed by the developer.

제 3b 도에는 DUV 광원조사 및 현상을 거친 후의 형태를 도시한 것이며 불투명부분의 영역에서만 DUV 레지스트막이 소정패턴으로 형성되어 있음을 보여주고 있다. 그리고 다른 불투명부분에 대응하는 패턴은 도시생략되었다. 이때 마스크의 반투명의 길이보다 형성된 패턴은 작게 형성되어 있다. 그러나 이 형태는 최종의 미세패턴 크기와 동일하다. 도면과 같이 미세패턴이 이루어진 이유는 제 4 도에 나타낸 과정에 의한다.FIG. 3B shows the form after the DUV light source irradiation and development, and shows that the DUV resist film is formed in a predetermined pattern only in the opaque region. And patterns corresponding to other opaque parts are omitted. At this time, the formed pattern is smaller than the translucent length of the mask. However, this shape is the same as the final fine pattern size. The reason why the fine pattern is formed as shown in FIG. 4 is based on the process shown in FIG.

제 4a 도에는 DUV 노광에 의한 상세 과정이 도시되어 있다.Figure 4a shows a detailed process by the DUV exposure.

DUV광(1)은 마스크(2)를 통해 DUV 레지스트막(3)에 조사되고, 현상을 할 경우 이상적인 경우라면 참조부호 '11'과 같은 점선 형태의 패턴으로 형성되어야 하나 실제로는 '12'로 나타낸 패턴과 같이 형성된다.The DUV light 1 is irradiated to the DUV resist film 3 through the mask 2, and in the ideal case of development, the DUV light 1 should be formed in a dotted pattern like reference numeral '11', but in reality it is set to '12'. It is formed as shown in the pattern.

이때, 소정의 미세패턴 크기를 얻기 위해서 마스크의 불투명길이의 패턴에 대해 과다노광을 실시한다. 즉 제 4a 도에는 화살표 방향(13)과 같이 50mJ/㎠ 이상의 과다 노광을 실시하여 현상시에 얻어질 패턴이 점점 작아짐을 나타내고 있다. 이렇게 하여 얻어진 최종의 형태를 참조부호'14'로 나타내었다.At this time, in order to obtain a predetermined fine pattern size, overexposure is performed on the pattern of the opacity length of the mask. That is, FIG. 4A shows that the pattern to be obtained at the time of development becomes smaller by performing overexposure of 50 mJ / cm 2 or more as shown by the arrow direction 13. The final form thus obtained is indicated by the reference numeral '14'.

과다 노광에 따른 광분해된 부분과 광분해 되지 않은 부분이 제 4a 도의 참조번호 '14'와 같이 된 상태에서 현상을 하면, 제 4b 도와 같이 삼각형 형상의 패턴이 현상중에 일시적으로 얻어진다(참조부호 '17'). 물론 이 형태는 언급한 바와 같이 과다 노광에 의해 얻어진 것이다. 그러나 요망하는 미세패턴을 얻기 위해서는 즉, 참조부호 '8'과 같은 형태를 얻기 위해서는 상기 삼각형 형태의 DUV 레지스트막 패턴(17)을 60초 이상 더욱 현상시킨다. 즉, 포토마스크의 불투명 길이가 0.5㎛ 이하인 본 실시예에 의해 DUV광에 노광되지 않은 DUV 레지스트의 크기 또한 0.5㎛ 이하로 되고, 이를 60초 이상 과다 현상을 실시하면, 현상액은 노광되지 않은 부분까지도 침식시켜서 상기 패턴(17)의 상단부(15)와 하단부(16)에서 화살표방향(18),(19)과 같이 각각 현상속도를 달리하여 현상되어 최종 패턴은 제 4b 도의 요망된 패턴(8)인 극미세 패턴이 이루어진다.When the photolyzed portion and the non-photolyzed portion due to overexposure are developed in the state of the reference numeral '14' of FIG. 4a, a triangular pattern as in FIG. 4b is temporarily obtained during the development (reference numeral '17). '). This form is of course obtained by overexposure as mentioned. However, the triangular DUV resist film pattern 17 is further developed for 60 seconds or longer in order to obtain a desired fine pattern, that is, to obtain a shape such as '8'. In other words, according to the present embodiment in which the opaque length of the photomask is 0.5 μm or less, the size of the DUV resist not exposed to the DUV light is also 0.5 μm or less. Erosion is developed at different upper and lower end portions 16 and 16 of the pattern 17 such as arrow directions 18 and 19, respectively, so that the final pattern is the desired pattern 8 of FIG. An extremely fine pattern is achieved.

이와같이 하여 얻어진 패턴(8)은 DUV 레지스트의 일부분이며 그 아래에는 UV 레지스트막이 있다. 그러면 제 3b 도와 같이 DUV 공정을 종료하고 UV 공정을 실시한다.The pattern 8 thus obtained is part of the DUV resist, and underneath is a UV resist film. Then, as in step 3b, the DUV process is terminated and the UV process is performed.

즉 UV광(7)을 제 3e 도에서와 같은 포토 마스크(2) 없이 바로 노광을 시킨다. 소위 자외선 소나기 노광(UV flood exposure)을 실시하는데 이때 UV 광에 대해 일부 마스크로서 작용하는 것은 패턴(8)이다. 이는 DUV 광만을 잘 투과시키고 UV 광은 잘 투과시키지 않으므로 (10% 이하)UV 광에 대해서 그 부분에서만 마스크로 작용한다.That is, the UV light 7 is directly exposed without the photo mask 2 as shown in FIG. 3E. So-called UV flood exposure is carried out in which the pattern 8 acts as some mask for UV light. It only acts as a mask for UV light because it transmits only DUV light well and not UV light well (10% or less).

본 실시예에서 UV 레지스트는 포지티브형으로서 빛에 노광된 부분은 광분해 반응을 일으켜 PAC가 분해되고 마스크로 작용된 패턴(8)에 의한 부분은 반응하지 않는다. 제 3b 도에는 점선으로 그 영역이 도시되 있다.In this embodiment, the UV resist is positive and the portion exposed to light causes a photolysis reaction so that the PAC is decomposed and the portion by the pattern 8 acting as a mask does not react. Figure 3b shows the area in dotted lines.

이어서 제 3c 도와 같이 UV 노광실시후 현상을 하면 PAC가 분해된 부분은 없어지고 패턴(8)에 연결된 반응하지 않는 UV 레지스트(9)는 남아있게 된다.Subsequently, when developing after UV exposure as shown in FIG. 3C, the portion where the PAC is decomposed is lost and the unresponsive UV resist 9 connected to the pattern 8 remains.

상기 서술 중에 DUV 또는 UV 레지스트 등은 현상과정이 요구되는데 본 발명에 따라 포지티브형 레지스트에 사용되는 현상액이면 어느 것이든 사용될 수 있다. 예를 들면, 알칼리 수용액, 테트라 메틸 암모니움 히드록사이드(TMAH), 테트라 에칠 암모니움 히드록사이드(TEAH)등이 사용될 수 있다.In the above description, a DUV or UV resist is required to be developed, and any developer can be used as long as it is a developer used in a positive resist according to the present invention. For example, an aqueous alkali solution, tetra methyl ammonium hydroxide (TMAH), tetra ethyl ammonium hydroxide (TEAH) and the like can be used.

이와 같이 최종의 요망한 미세패턴(제 3d 도의 '10')을 얻기 위해서 기판상의 막질(5)에 대하여 에칭을 실시하면 상기 레지스트만에 의한 부분은 그대로 있고 이어서 패턴된 레지스트 막을 제거하면 제 3d 도와 같은 최종의 미세패턴(10)이 얻어진다.Thus, etching is performed on the film 5 on the substrate in order to obtain the final desired fine pattern ('10' in FIG. 3d). The portion only by the resist remains intact, and when the patterned resist film is removed, The same final fine pattern 10 is obtained.

본 실시예에 따르면 극미세 패턴의 크기는 0.3㎛ 이하까지 가능하다.According to this embodiment, the size of the ultra fine pattern may be up to 0.3 μm or less.

이와 같이 DUV와 UV 소나기 노광을 적적이 사용함으로써 미세패턴을 얻을 수 있다.Thus, by using DUV and UV shower exposure suitably, a fine pattern can be obtained.

즉, 통상의 장비와 재료를 사용하면서 이를 본 발명의 공정에 따라 실시하면 극미세 패턴이 얻어질 수 있는 것이다.In other words, by using the conventional equipment and materials and carrying out this according to the process of the present invention, an extremely fine pattern can be obtained.

Claims

A photolithography method for forming a fine pattern on a substrate on which an engine or a film is formed, the method comprising: sequentially laminating a UV resist film and a DUV resist film on the substrate, and using a photomask and a DUV light source to expose and develop And performing a step after the UV exposure and forming a micro pattern.

The method of claim 1, wherein the DUV exposure comprises overexposure of 50 mJ / cm 2 or more and overdevelopment for 60 seconds or more to form an ultrafine patterned DUV resist film of 0.3 μm or less. Photolithography method for forming a fine pattern.

The photolithography method according to claim 1, wherein the UV exposure is shower exposure and the pattern (8) by DUV exposure and development is a mask for the UV exposure.

The photolithography method of claim 1, wherein the resist is any one of a positive resist.

5. The photolithography method of claim 1 or 4, wherein the UV resist material is a resist having a rubber resin ratio of 2 to 3 times higher than the PAC ratio.

The photolithography method of claim 1 or 4, wherein the DUV resist material is a Novolac-based absorbent resist having a high absorbance of 10% or more with respect to DUV light.