KR100250265B1 - 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

단차가 형성되어 있는 박막층 위에 DUV용 제1 감광막을 도포한 후, 그 위에 노볼락 수지계인 i-line용 제2 감광막을 1μm 정도의 두께로 도포한다. 다음, 제2 감광막을 i-line광으로 노광한 후 현상하여 미세화된 감광막 패턴을 형성한다. 다음, DUV광을 사용하여 전면 노광하면 미세 패턴이 형성된 부분을 제외한 부분의 제1 감광막이 노광되고, 제2 감광막 패턴을 유지하도록 현상하여 정확한 미세 패턴을 형성한다.

이와 같은 방법으로 미세 패턴을 형성할 경우, 단차가 형성되어 있는 기판 위에라도 정확한 미세 패턴을 형성할 수 있으므로, 결국, 반도체 소자의 신뢰도 향상 및 수율 향상을 기대할 수 있다.

Description

미세 패턴 형성 방법

본 발명은 반도체 소자 제조 방법 중 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조 공정은 웨이퍼 위에 전자 회로를 구성하는 공정, 칩을 리드 프레임과 결합하여 완제품으로 조립하는 공정, 완성된 제품을 검사하는 공정을 포함한다.

이 중에서 웨이퍼 위에 전자 회로를 구성하기 위해 실시하는 사진 식각 공정(photolithography process)은 다음과 같다.

먼저, 유리판의 표면 위에 크롬, 에멀션(emulsion) 등을 이용하여 마스크를 제작한다. 다음, 웨이퍼의 표면에 감광막을 원하는 두께로 도포한 후, 유리판 위에 크롬 패턴으로 변환, 전사하여 제조한 마스크를 통하여 빛을 조사하여 마스크의 도면화된 패턴을 웨이퍼에 옮기고 노광을 한 감광막을 현상한다. 이 때, 양성(positive) 감광제가 사용된 경우에는 빛이 조사되지 않은 부분이 남고 조사된 부분은 현상액에 용해되어 나오므로, 결과적으로, 조사되지 않은 부분이 감광막 패턴이 되며, 음성(negative) 감광제가 사용된 경우에는 빛이 조사된 부분만이 남고 조사되지 않은 부분이 용해되어 제거되므로 조사된 부분이 패턴이 된다. 이와 같이 형성된 패턴을 이용하여 박막을 식각한 후, 남아있는 감광막을 제거한다.

박막을 식각하는 현상 공정에서는 일반적으로 알카리 용액을 현상 용액으로 사용하는 습식 식각 또는 가스 플라스마를 사용하는 건식 식각을 이용하며, 건식 식각 중에서 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 방법은 과다 식각(undercut)을 일으키지 않고 수직 가공을 가능하게 하므로 미세 패턴 형성에 용이하다.

한편, 실제의 기판 표면은 복잡한 단차를 가지고 있어 감광막 패턴 형성시 여러 가지 문제점이 발생한다. 예를 들면, 단차부에서는 감광막의 도포된 두께가 균일하지 않아 노출 시간 등의 노광 조건을 조절하기가 어렵고, 또 미세 패턴을 형성하기 위하여 감광막의 두께 자체를 감소시키면 핀 홀 등이 발생할 수 있다.

도 1은 위와 같은 종래의 방법으로 형성한 미세 패턴을 도시한 단면도로서, 웨이퍼(1) 위에 배선(10) 등이 형성되어 있고, 그 위에 제1 절연막(11), SiO₂막(12) 및 제2 절연막(13)이 차례로 적층되어 있다. 그 위에 금속막(14)이 적층되어 있고 그 위에는 감광막 패턴(15)이 형성되어 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 배선(10)이 형성된 부분과 그렇지 않은 부분에는 단차가 형성되어 있으며, 따라서, 높이가 낮은 부분 위에 형성된 감광막 패턴(A)의 두께는 상대적으로 얇게 형성되고 높이가 높은 부분 위에 형성된 감광막 패턴(B)의 두께는 상대적으로 두껍게 형성된다.

이와 같이, 감광막 패턴의 두께가 균일하지 않을 경우, 설계상으로는 동일하지만 실제 형성된 감광막의 패턴상으로는 서로 동일하지 않은 선폭(critical dimension)의 차이로 인해, 높이가 상대적으로 작은 부분에 형성되어 있는 두꺼운 감광막 패턴(A)을 노광하기 위하여 필요한 노광량을 주면 단차가 큰 부분에 형성되어 있는 감광막 패턴(B)은 과다 노광이 되는 벌크 현상(bulk effect)이 발생한다.

또한, 감광막 패턴(15) 하부에 금속막(14)과 같이 반사율이 높은 박막이 형성되어 있는 경우에는 노광 단계시 높이가 변화하는 부분에서 감광막을 통과한 빛이 무질서하게 반사됨으로써, 난반사 및 측면 반사 등에 의해 불필요한 곳에 빛이 침투하게 되어 해상도 또는 패턴 등의 열화가 발생할 수 있으며, 기판 위에 형성되어 있는 단차로 인해 초점 심도(depth of focus)를 감소시켜 결국 공정 마진을 감소시키게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 단차에 영향을 받지 않고 안정적이며 정확한 패턴을 형성할 수 있는 미세 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 미세 패턴 형성 방법을 순서대로 도시한 단면도이고,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 순서대로 도시한 단면도이다.

이러한 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 반응하는 파장역이 서로 다른 두 감광막층을 형성하는데, 하부 감광막은 비교적 두껍게 도포하여 표면을 평탄하게 형성한 후, 그 위에 하부층의 노광시 마스크가 되는 상부 감광막을 얇게 차례로 도포한다.

즉, 단차가 형성된 기판 위에 양성(positive) 감광막인 제1 감광막을 도포하고 그 위에 노볼락 레진(novolak resin)으로 이루어진 제2 감광막을 1μm 정도의 두께로 도포한 다음. 제2 감광막을 노광, 현상하여 제2 감광막 패턴을 형성한다. 다음, 제1 감광막이 반응하는 파장의 빛을 이용하여 광을 이용하여 형성된 제2 감광막 패턴과 제 1감광막을 전면 노광하여 제2 감광막 패턴이 형성된 부분을 제외한 부분의 제2 감광막을 노광시킨 후, 제2 감광막 패턴을 마스크로 하여 노광된 제1 감광막을 현상하면 감광막 하부의 단차에도 불구하고 정확한 미세 패턴을 형성할 수 있다.

그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 차례로 도시한 단면도로서, 도 2a 내지 도 2e를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 미세 패턴의 형성 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 배선(21)이 형성되어 있고, 그 위에 제1 절연막(22), 제2 절연막(23) 및 제3 절연막(24)이 차례로 적층되어 있는 웨이퍼(25) 위에 금속 박막층(20)을 증착한다. 그 위에 180∼330nm, 특히, 248nm의 빛에 반응하는 DUV(deep ultra violet)용 제1 감광막(30)을 도포하여 기판 표면의 단차를 무시할 수 있도록 평탄화한 다음, 그 위에 도 2b에 도시한 바와 같이, 노볼락 레진(novolak resin)으로 이루어져 있으며 150∼405nm, 특히, 365nm의 빛에 반응하는 i-line용 제2 감광막(40)을 도포한다. 이 때, 제1 감광막으로 빛을 받은 부분이 현상액에 용해되는 양성(positive) 감광제를 사용하고, 감광막의 두께가 얇을수록 해상 한계 및 초점 여유도가 향상되므로 제2 감광막(12)의 두께는 0.6∼1.5μm 정도로 얇게 형성한다.

한편, 제2 감광막(40) 도포시 제1 감광막(30)을 효과적으로 보호하기 위하여 제2 감광막(40)을 도포하기 전에 제1 감광막(30)을 고온에서 가열하여 경화시킨다. 이 때, 가열 온도는 DUV용 감광막의 종류에 따라 다르나 약 90∼120℃ 정도가 바람직하다.

다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, i-line에 해당하는 365nm의 파장의 빛을 미세 패턴이 새겨진 마스크를 통하여 노광한 후 현상하여 제2 감광막 패턴(50)을 형성한다. 이 때, 제2 감광막(40)의 두께가 얇고 일정하기 때문에 원하는 패턴이 정확하게 형성되며, 공정 마진 또한 높아진다.

다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 248nm의 빛(60)을 사용하여 전면 노광하는데, 이때, 노볼락 레진으로 만들어진 i-line용 감광막은 DUV광에 대하여 투과율이 10%/um 정도이므로, 제2 감광막 패턴(50) 하부에 위치한 DUV용 감광막(30)은 감광되지 않는다. 노광에 사용되는 광으로는 평행한 광을 사용하는 것이 바람직하다. 다음, 도 2e에 도시한 것처럼, 현상 단계를 거쳐 제2 감광막 패턴 하부를 제외한 DUV용 감광막을 제거하여 미세 패턴(70)을 형성한다. 즉, 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 방법을 사용하여 이방성 식각을 하여 미세화된 제2 감광막 패턴을 마스크로 하여 제2 감광막을 식각함으로써, 미세 패턴을 형성한다.

위에서 알 수 있는 바와 같이, 감응하는 파장이 서로 다른 두 감광막을 상, 하부에 형성한 후, 얇게 도포된 상부 감광막을 이용하여 먼저, 미세화된 감광막 패턴을 형성하고 다시 전면 노광한 후, 현상시 상부 감광막 패턴을 유지하여 미세 패턴을 형성함으로써, 단차가 심한 기판 상에 패턴을 형성하는 경우에도 미세화된 패턴을 정확하게 형성할 수 있으므로, 결과적으로, 반도체의 소자의 신뢰도 향상 및 수율 향상을 기대할 수 있다.

Claims (8)

1. 박막층 위에 제1 감광막을 도포하는 단계,

   상기 제1 감광막 위에 제1 감광막과는 다른 파장역에 반응하는 제2 감광막을 도포하는 단계,

   상기 제2 감광막에 패턴을 형성하는 단계,

   상기 제1 감광막의 감광 파장역의 빛을 사용하여 상기 제1 및 제2 감광막 패턴을 전면 노광하는 단계,

   제1 감광막을 현상하는 단계

   를 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
2. 제1항에서,

   상기 제1 감광막은 180∼330nm의 파장의 빛에 반응하는 미세 패턴 형성 방법.
3. 제2항에서,

   상기 제1 감광막으로 양성 감광제를 사용하는 미세 패턴 형성 방법.
4. 제3항에서,

   상기 제2 감광막은 150∼405nm의 파장의 빛에 반응하는 미세 패턴 형성 방법.
5. 제4항에서,

   상기 제2 감광막으로 노볼락 수지계 감광막을 사용하는 미세 패턴 형성 방법.
6. 제5항에서,

   상기 제2 감광막은 0.6∼1.5μm의 두께로 형성하는 미세 패턴 형성 방법.
7. 제6항에서,

   상기 제1 감광막 도포 후 고온으로 가열하여 경화시키는 단계를 더 포함하는 미세 패턴 형성 방법.
8. 제7항에서,

   상기 가열 온도는 90∼120℃ 정도인 미세 패턴 형성 방법.