JP4997371B2 - Mask pattern forming method - Google Patents
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Description
本発明は、マスクパターン形成方法(Method for forming a mask pattern)に関するものであり、特に、化学増幅型(Chemically Amplified)ネガティブフォトレジスト(NegativePhoto Resist)とポジティブフォトレジスト(Positive Photo Resist)の組み合せによる露光及び現像によりパターンピッチ(pattern pitch)を減少させることができるマスクパターン(mask pattern)形成方法に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a mask pattern, and in particular, exposure by a combination of a chemically amplified negative photoresist (positive photo resist) and a positive photoresist (positive photo resist). The present invention also relates to a mask pattern forming method capable of reducing a pattern pitch by development.
半導体製品が小型化、高集積化されるにつれて素子の新たな機能を向上させるために、パターンを形成するパターニング(Patterning)技術に対する関心が高まっている。現在の高い集積度を有するパターニング技術は、半導体製造の核心技術として発展してきており、主にフォトリソグラフィ(Photo lithography)工程が用いられている。このようなフォトリソグラフィ工程は、光の照射如何により感応する化学物質であるフォトレジスト(Photo Resist; PR)を塗布してフォトレジスト膜を形成し、これを露光(exposure)及び現像(develop)してマスクパターンを形成した後、形成されたマスクパターンを用いて下部膜を選択的にエッチングすることによりパターニングする。 As semiconductor products are miniaturized and highly integrated, interest in patterning technology for forming patterns is increasing in order to improve new functions of devices. The current patterning technology having a high degree of integration has been developed as a core technology for semiconductor manufacturing, and a photolithography process is mainly used. In such a photolithography process, a photoresist (Photo Resist; PR), which is a chemical substance that is sensitive to light irradiation, is applied to form a photoresist film, which is then exposed and developed. After forming the mask pattern, patterning is performed by selectively etching the lower film using the formed mask pattern.
一般に、パターニングの形成の時に用いられるフォトレジスト膜露光装備の工程能力の限界(解像度)は、ラインパターン(Line Pattern)とスペース(Space)の和で定義されるパターンピッチ(Pitch)の1/2倍であるハーフピッチ(Half Pitch)を基準として示される。 Generally, the process capability limit (resolution) of the photoresist film exposure equipment used for patterning is 1/2 of the pattern pitch (Pitch) defined by the sum of the line pattern (Space) and space (Space). The half pitch (Half Pitch) that is double is shown as a reference.
現在まで開発された露光装備の解像度は、ハーフピッチを基準として45nmであり、ネットダイ(net die)を増加させるためには、パターンピッチまたはハーフピッチの減少が要求される。 The resolution of the exposure equipment developed so far is 45 nm on the basis of the half pitch, and in order to increase the net die, it is required to reduce the pattern pitch or the half pitch.
そこで本発明は、化学増幅型ネガティブフォトレジストとポジティブフォトレジストとの組み合せによる露光及び現像によりパターンピッチが露光装備の解像度の1/2倍であるマスクパターンを形成することができるマスクパターン形成方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a mask pattern forming method capable of forming a mask pattern having a pattern pitch that is half the resolution of the exposure equipment by exposure and development by a combination of a chemically amplified negative photoresist and a positive photoresist. The purpose is to provide.
上記の目的を達成するために、本発明によるマスクパターン(mask pattern)形成方法は、基板の上部にネガティブフォトレジスト(Negative Photo Resist)膜を形成する。ネガティブフォトレジスト膜の一部領域を露光する。ネガティブフォトレジスト膜を現像する。ネガティブトーンワーキングフォトレジスト(negative tone working photo resist)膜を含む基板の上部にポジティブフォトレジスト(Positive Photo Resist)膜を形成する。ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の境界部のポジティブフォトレジスト膜に水素気体が拡散するように基板をベーキング(Baking)する。ポジティブフォトレジスト膜を現像する。 In order to achieve the above object, a method for forming a mask pattern according to the present invention forms a negative photo resist film on a substrate. A partial region of the negative photoresist film is exposed. The negative photoresist film is developed. A positive photoresist film is formed on the substrate including a negative tone working photoresist film. The substrate is baked so that hydrogen gas diffuses into the positive photoresist film at the boundary of the negative tone working photoresist film. Develop the positive photoresist film.
上記において、ネガティブフォトレジスト膜を形成する段階前にボトム乱反射防止(Bottom Anti-Reflective Coating;BARC)膜を形成する段階をさらに含む。ネガティブフォトレジスト膜及びポジティブフォトレジスト膜のそれぞれは、化学増幅型フォトレジストで形成される。 The method further includes forming a bottom anti-reflective coating (BARC) film before forming the negative photoresist film. Each of the negative photoresist film and the positive photoresist film is formed of a chemically amplified photoresist.
ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜とネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜との間のスペースの和は、露光装備の解像度の2倍であるパターンピッチを有する。ポジティブフォトレジスト膜は、ベーキングによりネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部に拡散する水素気体の厚さを考慮し、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の上部の厚さがネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部に拡散する水素気体の厚さより薄く形成される。ポジティブフォトレジスト膜は、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部に拡散した水素気体の厚さが上部より薄く形成される。 The sum of the spaces between the negative tone working photoresist film and the negative tone working photoresist film has a pattern pitch that is twice the resolution of the exposure equipment. The positive photoresist film takes into account the thickness of hydrogen gas that diffuses into the side of the negative tone working photoresist film by baking, and the thickness of the upper portion of the negative tone working photoresist film is the side of the negative tone working photoresist film. It is formed thinner than the thickness of the hydrogen gas that diffuses into the surface. The positive photoresist film is formed such that the hydrogen gas diffused to the side of the negative tone working photoresist film is thinner than the upper part.
マスクパターンは、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の側部の拡散した水素気体を含むポジティブフォトレジスト膜を除去し、目標間隔になるようにパターンピッチを調節する。マスクパターンは、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜とポジティブトンワーキングフォトレジスト膜がスペースだけ離隔され、交互に反復して形成される。 For the mask pattern, the positive photoresist film containing diffused hydrogen gas on the side of the negative tone working photoresist film is removed, and the pattern pitch is adjusted so as to be the target interval. The mask pattern is formed by alternately repeating the negative tone working photoresist film and the positive tone working photoresist film separated by a space.
マスクパターンは、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜またはポジティブトンワーキングフォトレジスト膜とスペースの和は、露光装備の解像度と同一のパターンピッチを有する。 The mask pattern has the same pattern pitch as the resolution of the exposure equipment, with the sum of the negative tone working photoresist film or the positive tone working photoresist film and the space.
本発明は、化学増幅型ネガティブフォトレジストとポジティブフォトレジストの組み合せによる露光及び現像において既存の一種類のフォトレジスト膜のみを用いる場合よりパターンピッチが1/2倍減少されたマスクパターンを形成することができる。 The present invention forms a mask pattern whose pattern pitch is reduced by a factor of two compared to the case of using only one type of existing photoresist film in exposure and development by a combination of a chemically amplified negative photoresist and a positive photoresist. Can do.
本発明は、パターンピッチが減少したマスクパターンを半導体素子の製造工程に用いることにより、ネットダイを増加させることができる。 The present invention can increase the number of net dies by using a mask pattern having a reduced pattern pitch in a semiconductor element manufacturing process.
以下、添付した図面を参照し、本発明の一実施例をさらに詳しく説明する。しかし、本発明の実施例は、様々な異なる形態で変形されることができ、本発明の範囲が以下に詳述する実施例により限定されるものと解釈されてはならず、当業界で普遍的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものと解釈されることが好ましい。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified in various different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments detailed below, and is universal in the industry. It is preferably construed as being provided to provide a more thorough explanation of the present invention to those skilled in the art.
図1、図2は、本発明の実施例によるマスクパターン形成方法を示した工程断面図である。 1 and 2 are process cross-sectional views illustrating a mask pattern forming method according to an embodiment of the present invention.
図1(a)を参照すれば、基板100の上部にボトム乱反射防止(Bottom Anti-Reflective Coating; BARC)膜110を形成する。BARC膜110は、基板100の表面から反射する露光源の反射光を制御するために形成し、必ず形成しなければならないものではない。
Referring to FIG. 1A, a bottom anti-reflective coating (BARC)
BARC膜110の上部には、ネガティブフォトレジスト(Negative Photo Resist)膜120を形成する。望ましくは、ネガティブフォトレジスト膜120は、化学増幅型レジスト(Chemically Amplified Resist)で形成する。
A negative
化学増幅型レジストは、量子収率が100%より大きいレジストを意味するものであり、樹脂(Resin)とフォト酸ジェネレータ(Photo Acid Generator; PAG)を基本とし、コントラスト(contrast)の向上及び溶解度の制御のために反応抑制剤(Inhibitor)を用いる場合がある。ここで、化学増幅型レジストとしては、ポリヒドロキシスチレン(polyhydroxy styrene;PHST)樹脂の一部をt-ブトキシカルボニル(t-buthoxy carbonyl;t-BOC)基で適当な割合(n/m)だけ置き換えて現像機(developer)に対する溶解度を制御したマトリックス樹脂(matrix resin)を用いることができる。この場合、ネガティブフォトレジスト膜120は、スピンコーティング(Spin Coating)方式で形成することができる。
The chemically amplified resist means a resist having a quantum yield of more than 100%, and is based on a resin (Resin) and a photo acid generator (PAG), and has improved contrast and solubility. A reaction inhibitor (Inhibitor) may be used for control. Here, as a chemically amplified resist, a part of polyhydroxystyrene (PHST) resin is replaced with a t-butthoxycarbonyl (t-BOC) group at an appropriate ratio (n / m). Thus, a matrix resin with controlled solubility in a developer can be used. In this case, the negative
図1(b)を参照すれば、ネガティブフォトレジスト膜120の一部領域を露光(expose)する。ここで、露光源としては、ArFまたはKrFを用いることができる。このように、露光により形成された酸(acid)は、O-t-BOCをO-Hで還元させてアルカリ溶液に溶ける状態にし、この時、副産物として出た水素気体(H+)は、再び周辺のt-BOCをデプロテクション(deprotection)するのに用いられ、増幅作用をする。これにより、水素気体(H+)を含む露光されたネガティブフォトレジスト膜120aが形成される。
Referring to FIG. 1B, a partial region of the negative
特に、本発明は、後続のベーキング工程を通じて露光されたネガティブフォトレジスト膜120aの側壁のポジティブフォトレジスト膜(図示せず)に水素気体(H+)が拡散しただけの厚さを除去してパターンピッチを調節するが、これは、露光量を調節してポジティブフォトレジスト膜に拡散する水素気体(H+)の厚さを調節することにより制御する。
In particular, the present invention removes the thickness of the positive photoresist film (not shown) on the side wall of the negative
図1(c)を参照すれば、露光されたネガティブフォトレジスト膜120aを現像する。露光により形成された水素気体(H+)がフォトレジストと架橋反応を起こして露光されたフォトレジスト膜120aは、現像液に溶けずに残るようになる。これにより、露光後に露光部位がパターンで残るフォトレジストであるネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜(negative tone working photo resist layer)120bが形成される。
Referring to FIG. 1C, the exposed negative
ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bとネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bとの間の第1のスペース120cの和はパターンピッチ(P1)で定義され、露光装備解像度の2倍の間隔になる。
The sum of the
図2(a)を参照すれば、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bを含む基板100の上部にポジティブフォトレジスト膜130を形成する。望ましくは、ポジティブフォトレジスト膜130は化学増幅型レジストで形成し、この場合、スピンコーティング方式で形成することができる。
Referring to FIG. 2A, a positive
ここで、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの上部に形成されるポジティブフォトレジスト膜130の厚さは、後続のベーキング(baking)工程を通じてネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの側部に水素気体(H+)の拡散により除去される厚さより薄く形成し、現像溶液が水素気体(H+)が拡散したポジティブフォトレジスト膜(図示せず)に下部に侵透することができるようにする。
Here, the thickness of the positive
図2(b)を参照すれば、ポジティブフォトレジスト膜130が形成された基板100をベーキングする。これにより、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの全体表面に所定厚さだけ水素気体(H+)が拡散し、水素気体(H+)が拡散したポジティブフォトレジスト膜130aが形成される。この時、水素気体(H+)が拡散したポジティブフォトレジスト膜130aは、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの側部の厚さがネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの上部の厚さより厚く形成される。
Referring to FIG. 2B, the
図2(c)を参照すれば、水素気体(H+)が拡散したポジティブフォトレジスト膜130のみを選択的に現像する。この場合、水素気体(H+)が拡散したポジティブフォトレジスト膜130aは、水素気体(H+)がフォトレジストと分解反応を起こして現像液に溶けて除去される。その結果、ポジティブトンワーキングフォトレジスト膜(positive tone working photo resist layer)130bが形成される。
Referring to FIG. 2C, only the
これにより、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bとネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bより厚く形成されたポジティブトンワーキングフォトレジスト膜130bが第2のスペース130cだけ離隔され、交互に反復されるマスクパターン140が完成される。ここで、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bの間にポジティブトンワーキングフォトレジスト膜130bが形成されるため、図1(c)の第1のスペース120cに比べて第2のスペース130cの間隔は、ポジティブトンワーキングフォトレジスト膜130bと第2のスペース130cを合わせた間隔だけ細くなる。
As a result, the negative tone working
上記のように、マスクパターン140は、ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bまたはポジティブトンワーキングフォトレジスト膜130bとネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜120bとポジティブトンワーキングフォトレジスト膜130bとの間の第2のスペース130cの和で定義されるパターンピッチ(P2)を有し、これは目標間隔となる。従って、本発明によるマスクパターン140のパターンピッチ(P2)は、ネガティブフォトレジスト膜120のみを用いた露光及び現像に形成されたパターンピッチ(P1)より1/2倍小くなる。即ち、本発明によるマスクパターン140は、露光装備の解像度と同一の間隔のパターンピッチを具現することができる。
As described above, the
このように形成されたマスクパターン140は、半導体素子工程でゲート電極やビットラインなどのように実際のパターンを形成するためのハードマスク(hard mask)として用いられ、これを通じてパターンピッチを減少させてネットダイ(net die)を増加させることができる。
The
本発明は、以上で詳察したように、好ましい実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で様々に変形して行うことが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。 As described in detail above, the present invention has been described with reference to a preferred embodiment. However, the present invention is not limited to this, and any person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can be used. Various modifications can be made within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the attached drawings, and these are naturally within the scope of the present invention.
100 :基板
110 :ボトム乱反射防止膜
120 :ネガティブフォトレジスト膜
120a :露光されたネガティブフォトレジスト膜
120b :ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜
120c :第1のスペース
130 :ポジティブフォトレジスト膜
130a :水素気体が拡散したポジティブフォトレジスト膜
130b :ポジティブトンワーキングフォトレジスト膜
130c :第2のスペース
140 :マスクパターン
100: PCB
110: Bottom diffuse antireflection film
120: Negative photoresist film
120a: Exposed negative photoresist film
120b: Negative tone working photoresist film
120c: 1st space
130: Positive photoresist film
130a: Positive photoresist film diffused by hydrogen gas
130b: Positiveton working photoresist film
130c: 2nd space
140: Mask pattern
Claims (8)
前記ネガティブフォトレジスト膜の一部領域を露光する段階と、
露光されたネガティブフォトレジスト膜を現像する段階と、
前記現像により形成されたネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜を含む前記基板の上部にポジティブフォトレジスト膜を化学増幅型フォトレジストで形成する段階と、
前記ネガティブトーンワーキングフォトレジスト膜の境界部の前記ポジティブフォトレジスト膜にH + が拡散するように前記基板をベーキングする段階と、
前記H + が拡散したポジティブフォトレジスト膜を現像する段階と、を有することを特徴とするマスクパターン形成方法。 Forming a negative photoresist film on the top of the substrate with a chemically amplified photoresist ;
Exposing a partial region of the negative photoresist film;
Developing the exposed negative photoresist film; and
Forming a positive photoresist film with a chemically amplified photoresist on the substrate including the negative tone working photoresist film formed by the development; and
Baking the substrate such that H + diffuses into the positive photoresist film at the boundary of the negative tone working photoresist film;
And developing a positive photoresist film in which the H + is diffused.
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