KR0175001B1 - 화학증폭형 레지스트를 이용한 리소그라피 공정에서 산중화반응 억제방법 - Google Patents

화학증폭형 레지스트를 이용한 리소그라피 공정에서 산중화반응 억제방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 패턴 형성 방법은 그 위에 물질층이 형성되어 있는 기판에 상기 물질충과 하부 화학증폭형 레지스트의 접착력 향상을 위한 HMDS표면 처리를 실시한 후 하부 화학증폭형 레지스트를 도포한다. 상기 하부 화학증폭형 레지스트 상에 중간 전사층을 200W∼500W의 전력으로 침적하여 상기 중간 전사층의 산친화력을 감소시킨다. 이어서, 상기 중간전사층과 상부 화학증폭형 레지스트와의 접착력 향상을 위한 HMDS 표면 처리를 실시한 후 l00℃~1000℃의 온도에서 베이크 공정을 실시한다. 다음에, 상기 중간 전사층 상에 상기 상부 화학증폭형 레지스트를 도포한다. 이에 따라, 산중화반응에 의해 발생되는 레지스트의 테일, 리프팅, 변형 및 점 모양의 결함 발생을 감소, 제거할 수 있다.

Description

화학증폭형 레지스트를 이용한 리소그라피 공정에서 산중화반응 억제방법
제1도는 종래의 HMDS처리 과정을 나타내는 개략적인 단면도.
제2도는 본 발명의 HMDS 처리후 고온 베이크 실시 과정을 나타내는 개략적인 단면도.
제3a도 및 제3b도는 산화공정의 유 · 무에 따른 종래의 HMDS 처리결과를 나타내는 SEM 사진들.
제4a도 및 제4b도는 산화공정의 유 · 무에 따른 본 발명의 HMDS 처리후 고온 베이크 실시 결과를 나타내는 SEM 사진들.
제5a도 및 제5b도는 각각, 종래의 HMDS처리 및 본 발명의 HMDS 처리후 고온 베이크 실시의 KLA검사결과를 나타내는 도면들.
제5c도는 종래의 HMDS 처리에 의해 발생되는 레지스트의 결함을 나타내는 SEM 사진.
제6a도 내지 제6c도는 각각, 다층 레지스트 공정에 있어서 중간 전사층의 침적 전력을 150W, 300W, 및 450W로 변화시킬 때 레지스트의 프로파일 변화를 나타내는 SEM 사진들.
제7a도 및 제7b도는 각각, 다층 레지스트 공정에 있어서 중간 전사층의 침적 전력을 150W로 할 경우, 종래의 HMDS 처리 및 본 발명의 HMDS 처리후 고온 베이크 실시에 의한 레지스트의 프로파일 변화를 나타내는 SEM 사진들.
본 발명은 화학증폭형 레지스트를 이웅한 리소그라피(Lithography)공정에서의 산중화반응 억제방법에 관한 것으로, 특히 화학증폭형 레지스트와 하지막의 계면에서 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리에 의한 산중화반응 억제방법에 관한 것이다.
반도체 칩의 집적도가 증가함에 따라 리소그라피 공정에서 서브-마이크론(sub-micron)급의 미세패턴 형성이 요구되고 있다. 이에 따라, 기존의 g-line(436nm) 및 i-라인(365nm)보다 더욱 단파장의 심자외선(deep-UV: 248nm) 리소그라피 기술이 도입되었는데, 이러한 심자외선에서는 통용되고 있는 근자외선(near-UV) 레지스트가 부적합하기 때문에 고감도, 고해상도의 화학증폭형 레지스트(Chemical Amplification Resist, CAR)라는 새로운 개념의 재료가 대두되고 있다.
화학증폭형 레지스트는 노쾅에 의해 생성된 산(proton; H+)을 촉매로 이용하여 노광후의 베이크(Post Exposure Bake: PEB) 처리에 의해 산의 확산 및 분해반응을 연쇄적으로 일으켜 고투명도를 유지하면서 패턴을 형성할 수 있는 재료이다. 따라서, 생성된 산의 움직임에 따라 패턴형태에 민감하게 영향을 받게 되며, 레지스트 도포전의 웨이퍼 표면처리등의 방법에 의해 결함(defect)이 발생하고 패턴의 프로파일이 변화하게 된다.
또한, 화학증폭형 레지스트의 패턴 형성과정에서 생성된 산은 하지막의 산친화도와 OH-기 함유에 따라 산중화반응을 일으키게 되어, 하지막이 산친화력이 큰 실리콘질화막(SiN)인 경우 네거티브 레지스트의 패턴 리프팅(lifting) 및 변형 등이 발생하며, 하지막이 OH-기를 함유하는 BPSG(Borophosphosilicate-glass)막인 경우는 포지티브 레지스트의 테일(tail) 현상과 점(spot) 모양의 결함이 발생하게 된다.
통상적으로, 리소그라피 공정에서는 기판 또는 패터닝할 물질층과 레지스트와의 접착력을 향상시키기 위한 표면 처리공정이 실시된다.
이러한 표면 처리에 가장 널리 사용되는 것이HMDS(Hexamethyldisilazane)이다. 제1도에 통상적인 HMDS 처리 과정을 개략적으로 도시하였다.
제1도를 참조하면, 산친화력이 큰 실리콘질화막 또는 OH-기를 함유하는 BPSG막이 형성되어 있는 웨이퍼(기판)에 HMDS 처리를 한 후 화학증폭형 레지스트를 도포한다. 다음에, 상기 레지스트를 노광하면 하지막과 레지스트의 계면에서 다음의 식과 같이 산중화반응들이 발생하게 된다.
NHa + (H+) → NH4 +
SiN + (H+) → SiN + H
OH_+ (H+) → H2O
즉, 상기한 식들로부터 알 수 있듯이, HMDS처리에 의해 발생된 NH3가 충분히 배기되지 않고 공기중의 이온에 의해 웨이퍼 표면이 국부적으로 오염됨으로써, 포지티브 레지스트의 경우는 테일이 발생하게 되고(a참조), 네거티브 레지스트의 경우는 패턴의 하부에 언더커트(undercut)가 발생하여 네거티브의 프로파일이 얻어지게 된다(b 참조).
이러한 현상을 방지하기 위하여 화학증폭형 레지스트와 하지막 사이에 산친화력이 작거나 OH-기가 적은 막질을 캡핑(capping)하는 방법이 사용되고 있으나, 추가공정이 발생하고 HMDS 처리의 불균일 또는 하지막 생성시 막질의 불균일에 의해 웨이퍼에 수um 내지 수십um 정도의 사이즈를 갖는 결함이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 화학증폭형 레지스트를 이용하여 패턴을 형성하는 리소그라피 공정에 있어서, 화학증폭형 레지스트와 하지막과의 계면에서 HMDS처리에 의한 산중화반응을 억제할 수 있는 패턴 형성방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 화학증폭형 레지스트를 이용하여 패턴을 형성하는 리소그라피 공정에 있어서,
그 위에 물질층이 형성되어 있는 기판에 상기 물질층과 하부 화학증폭형 레지스트의 접착력 향상을 위한 표면 처리를 실시하는 단계;
상기 표면처리된 기판 상에 하부 화학증폭형 레지스트를 도포하는 단계;
상기 하부 화학증폭형 레지스트 상에 중간 전사층을 200W∼500W의 전력으로 침적하여 상기 중간 전사층의 산친화력을 감소시키는 단계;
상기 중간전사층과 상부 화학증폭형 레지스트와의 접착력 향상을 위한 HMDS 표면 처리를 실시하는 단계; 상기 표면처리된 결과물에 100℃ ~1000℃의 온도에서 베이크 공정을 실시하는 단계, 및 상기 중간 전사층 상에 상기 상부 화학증폭형 레지스트를 도포하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 통상적인 HMDS 처리 후 베이크 공정을 실시함으로써 산중화반응에 의해 발생되는 레지스트의 테일, 리프팅, 변형, 및 점 모양의 결함 발생을 감소, 제거할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
제2도는 본 발명의 HMDS 처리후 고온 베이크 실시 과정을 나타내는 개략적인 단면도이다.
제2도를 참조하면, 산친화력이 큰 실리콘질화막 또는 OH-기를 함유하는 BPSG막이 형성되어 있는 웨이퍼(기판)에 통상적인 HMDS처리를 한 후, 하지막에 영향을 미치지 않을 정도의 고온, 예컨대 100℃∼1000℃의 온도에서 베이크(bake) 공정을 실시한다. 여기서, 상기 고온 베이크는 뜨거운 플레이트(plate)에 웨이퍼를 직접 접촉시키는 콘택 베이크 공정, 플레이트와 웨이퍼 사이에 소정의 갭을 유지시키는 근접 베이크 공정, 또는 진공 상태에서 실시하는 진공 베이크 공정 중의 어느 하나로 실시할 수 있다. 다음에, 상기한 바와 같이 고온 베이크 처리된 결과물 상에 화학증폭형 레지스트를 도포한 후 노광 및 현상을 차례로 실시한다. 그 결과, HMDS 처리에 의해 발생된 NH3가 제거되어 레지스트 패턴의 리프팅, 변형, 테일 발생 및 점 모양의 결함 발생이 감소 또는 제거될 뿐만 아니라, 하지막의 산친화력이 감소되거나 OH-기 및 웨이퍼 표면의 분자오염 등이 감소됨으로써 테일 또는 언더커트 등이 발생하지 않아 레지스트 패턴의 프로파일이 개선된다.
이하, 여러가지 실시예들을 통해 얻어진 본 발명의 HMDS 처리후 고온 베이크를 실시한 결과와 종래의 HMDS 처리 결과들을 도면들을 참조하여 상세히 비교하고자 한다.
[실시예 1]
산친화력이 큰 실리콘질화막 상에서의 APEX-E(Positive Tone Resist)의 결함 발생을 관찰하였다. 레지스트는 IBM사의 APEX-E를 사용하였고, 노광기는 DUV 스테퍼(stepper)를, 현상기는 SHIPLEY사의 MF-321를 사용하였다. 또한, 본 발명과 종래방법 모두, 실리콘질화막과 레지스트 사이에 산친화력이 작은 산화막을 캡핑했을 경우의 결과를 관찰하기 위하여 산화공정을 추가로 실시하였다.
제3a도 및 제3b도는 산화공정의 유 · 무에 따른 종래의 HMDS 처리결과를 나타내는 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진들이고, 제4a도 및 제4b도는 산화공정의 유 · 무에 따른 본 발명의 HMDS 처리후 고온 베이크 실시 결과를 나타내는 SEM 사진들이다.
상기 [표 1]에서 볼 수 있듯이, 종래의 HMDS 처리의 경우는 산화공정을 실시하여 실리콘질화막과 레지스트 사이에 산친화력이 작은 산화막을 캡핑시킴으로써 결함을 감소시킬 수 있는 반면, 본 발명에 의하면 고온 베이크 공정에 의해 웨이퍼 표면의 오염이 감소되고 NH가 제거됨으로써 산화공정을 실시하지 않더라도 결함을 감소시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의하면, 산화공정을 실시할 경우 레지스트의 결함이 완전히 제거됨을 알 수 있었다.
[실시예 2]
실리콘질화막의 표면을 산화시킨 상태에서 XP89131(Negative Tone Resist)의 바(bar) 패턴의 변형 형태 및 분포를 관찰하였다. SHIPLEY사의 XP89131 레지스트, DUV 스테퍼 및 SHIPLEY사의 XP89114 현상기를 사용하였고, 그 결과를 KLA로 검사하였다.
제5a도 및 제5b도는 각각, 종래의 HMDS처리 및 본 발명의 HMDS 처리후 고온 베이크 실시의 KLA 검사결과를 나타내는 도면들이고,
제5c도는 종래의 HMDS처리에 의해 발생되는 레지스트의 결함을 나타내는 SEM 사진이다.
제5a도 내지 제5c도를 참조하면, 종래의 HMDS 처리에 의하면 분사형태의 웨이퍼 상에 원형분포의 패턴 리프팅, 변형 및 노칭(notching) 등이 랜덤(random)하게 발생하였으나, 본 발명에서는 패턴의 결함 현상들이 감소, 제거되었음을 알 수 있었다.
[실시예 3]
다층 레지스트(Multi-Layer Resists 이하 MLR이라 한다) 공정을 사용하는 경우, 중간 전사층으로 사용되는 PE-SiH(Plasma-Enhanced SiH)막의 침적 조건 중 전력(power)을 150W, 300W, 및 450W로 증가시키면서 APEX-E의 콘택 패턴의 프로파일을 관찰하였다. 또한, 레지스트의 테일이 발생하는 조건의 막질 상태에서 HMDS 처리후 고온 베이크를 실시하여 패턴 프로파일의 변화를 관찰하였다. 사용된 레지스트, 노광기, 현상기는 각각, IBM사의 APEX-E, DUV 스테퍼, SHIPLEY사의 MF-321이며, V-SEM으로 그 결과를 확인하였다.
제6a도 내지 제6c도는 각각, PE-SiH층의 침적 전력을 150W, 300W, 및 450W로 증가시킴에 따른 레지스트의 프로파일 변화를 나타내는 SEM 사진들로서, PE-SiH층의 침적 전력이 150W 인 경우 레지스트의 테일 현상이 발생하였으며(제6a도의 t참조), 침적 전력이 300W 이상으로 증가함에 따라 테일이 발생하지 않음을 알 수 있었다.
제7a도 및 제7b도는 각각, 레지스트의 테일이 발생되는 조건, 즉 PE-SiH층의 침적 전력을 150W로 한 경우, 종래의 HMDS 처리 및 본 발명의 HMDS 처리후 고온 베이크 실시 에 의한 레지스트의 프로파일 변화를 나타내는 SEM 사진들이다.
제7a도 및 제7b도를 참조하면, 종래의 HMDS 처리의 경우는 침적 전력이 150W일 때 레지스트에 테일이 발생하였지만(제7a도의 t 참조), 본 발명에서는 고온 베이크 공정에 의해 PE-SiH층의 막질 표면에서 OH 기에 의한 산중화반응 및 분자오염에 의한 산중화반응이 모두 감소, 제거됨을 알 수 있었다.
[실시예 4]
MLR 공정에서 중간 전사층으로 사용되는 PE-SiH층을 레지스트의 테일이 발생하는 조건에서 침적한 경우, HMDS처리후 고온 베이크 공정의 온도 변화에 따른 XP89131 네거티브 레지스트의 섬(island) 타입 패턴 변형의 결함 갯수를 관찰하였다. 사용된 레지스트, 노광기, 현상기는 각각, SHIPLEY사의 XP89131, DUV 스테퍼, SHIPLEY사의 XP89114이며, KLA 및 SEM으로 그 결과를 확인하였다.
상기 [표 2]에서 볼 수 있듯이, HMDS 처리후의 고온 베이크 공정의 온도가 증가함에 따라 산중화반응에 의한 결함의 갯수가 감소함을 알 수 있었다.
[실시예 5]
2000Å 두께의 실리콘질화막 상에서 XP89131 네거티브 레지스트를 사용하여 HMDS 처리후 고온 베이크 공정의 온도 변화에 따른 레지스트 패턴의 결함 갯수를 관찰하였다. 사용된 레지스트, 노광기, 현상기는 각각, SHIPLEY사의 XP89131, DUV 스테퍼, SHIPLEY사의 XP89114이며, KLA 및 SEM으로 그 결과를 확인하였다.
상기 [표 3]에서 볼 수 있듯이, HMDS처리후의 고온 베이크 공정의 온도가 증가함에 따라 산친화력이 큰 실리콘질화막을 사용한 경우에도 산중화반응에 의한 결함의 갯수가 감소함을 알 수 있었다.
따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 화학증폭형 레지스트를 사용하는 리소그라피 공정에 있어서, 산친화력이 큰 막질, 또는 OH 기를 함유한 막질 등에서의 산중화반응에 의한 테일, 언더커트 등의 발생을 통상적인 HMDS 처리 후 고온 베이크 공정을 실시함으로써 산친화력을 감소시키고, OH 기 및 분자오염 등을 감소, 제거하여 레지스트 패턴의 프로파일을 개선할 수 있다. 또한, 종래의 HMDS처리에 의한 레지스트 패턴의 리프팅, 변형, 테일 및 점 모양의 결함 발생을 감소, 제거 할 수 있다.
본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (1)

  1. 화학증폭형 레지스트를 이용하여 패턴을 형성하는 리소그라피 공정에 있어서, 그 위에 물질층이 형성되어 있는 기판에 상기 물질층과 하부 화학증폭형 레지스트의 접착력 향상을 위한 HMDS표면 처리를 실시하는 단계; 상기 표면처리된 기판 상에 하부 화학증폭형 레지스트를 도포하는 단계; 상기 하부 화학증폭형 레지스트 상에 중간 전사층을 200W∼500W의 전력으로 침적하여 상기 중간 전사층의 산친화력을 감소시키는 단계; 상기 중간전사층과 상부 화학증폭형 레지스트와의 접착력 향상을 위한 HMDS 표면 처리를 실시하는 단계; 상기 표면처리된 결과물에 l00℃∼1000℃의 온도에서 베이크 공정을 실시하는 단계; 및 상기 중간 전사층 상에 상기 상부 화학증폭형 레지스트를 도포하는 단계들 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
KR1019950001778A 1994-12-29 1995-01-28 화학증폭형 레지스트를 이용한 리소그라피 공정에서 산중화반응 억제방법 KR0175001B1 (ko)

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KR100733464B1 (ko) * 2004-10-30 2007-06-28 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 제조 방법

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