KR100268315B1 - 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼를 회전시키며 감광막을 도포하여 감광막이 고르게 퍼지도록 형성하고 마스크를 정렬한 후 자외선을 쬐인다. 다음, 현상액을 사용하여 감광막의 불필요한 부분을 제거하여 패턴을 형성한다. 감광막의 표면층에 질소 기체, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 등의 불활성 기체를 사용한 플라스마를 분사하여 표면층의 분자간의 결합이 끊어 표면층의 분자 구조를 고분자 구조에서 저분자 구조로 변화시킨 후, 전자 현미경을 이용하여 패턴을 검사한다.
이렇게 표면층이 저분자 구조로 변화됨으로써, 전기 전도도가 높아지고, 감광막의 표면층에서 전자 현미경에서 주사된 전자들의 이동이 가능하게 된다. 따라서, 전자들이 전기장을 형성하지 않아 전자 빔의 경로가 꺾어지는 것을 방지할 수 있어 패턴을 정확하게 관찰할 수 있으며 선폭 등을 정확하게 측정할 수 있고, 결과적으로, 반도체 소자의 신뢰도 및 수율 향상을 높일 수 있다.

Description

반도체 소자 제조 방법
본 발명은 반도체 소자의 제조 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.
웨이퍼 위에 전자 회로를 구성하기 위해서는 웨이퍼의 표면에 막을 형성한 후, 전자 회로가 설계된 마스크를 사용하여 특정 부분을 선택적으로 깎아내는 사진 공정(photo lithography process)을 여러번 반복해서 진행해야 한다.
사진 식각 공정은 웨이퍼의 표면에 감광막을 원하는 두께로 도포하는 도포 단계, 마스크를 통하여 빛을 쬐서 마스크의 패턴을 웨이퍼에 옮기는 노광 단계, 현상액을 이용하여 감광막의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분을 선택적으로 제거하는 현상 단계, 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 검사하는 단계를 포함한다.
이 중 검사 단계에서는 형성된 감광막 패턴의 정확성과 선폭(critical dimension)을 측정하기 위하여 주사형 전자 현미경(scanning electron microscope)을 사용하는데, 주사형 전자 현미경의 원리는 다음과 같다.
전자 현미경에서 전자들을 집속하여 웨이퍼에 가늘게 주사하면 전자 빔을 맞은 감광막 패턴 부위에서 2차 전자, X-선과 함께 후방 산란되는(back scattered) 전자 등이 방출된다. 방출되는 전자의 세기는 각 물질 또는 형태에 따라 다르게 측정되는데, 전자 현미경은 이러한 2차 전자 및 후방 산란되는 전자의 방출 세기의 차이를 이용하여 화상을 형성시킨다.
한편, 감광막은 고분자 유기 화합물로 구성되어 있으므로 매우 낮은 전도도를 가진다. 따라서, 감광막 패턴을 검사하기 위해 전자 현미경에서 전자를 주사할 경우, 주사된 전자들이 전도되지 못하고 감광막 표면층에 누적된다.
이 누적된 전자들이 주변에 강한 전기장을 형성하게 되며, 이 전기장은 전자 현미경으로부터 주사되는 전자 빔의 경로를 변형시켜 결국 화상의 해상도를 떨어뜨리게 된다.
특히, 검사되는 감광막 패턴(30)이 도 1에 도시한 바와 같은 홀 패턴(C)인 경우에는, 2차 전자(20) 등에 의해 형성된 전기장으로 인해 주사된 전자(10)들이 홀 패턴(C)의 내부로 도달하지 못하고 홀 입구에서 튕겨져 나가게 되므로 홀 패턴(C)의 내부 관측이 블가능하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 사진 공정에서 감광막 패턴과 선폭 등을 보다 정확하게 측정할 수 있는 검사 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 홀 패턴에서의 전자 현미경을 이용한 검사 단계를 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사진 공정을 순서에 따라 도시한 흐름도이다.
이러한 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 질소 기체(N2) 또는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 등 불활성 기체 등을 사용한 플라스마를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 패턴 표면에 충격을 줌으로써 분자간 결합을 끊어, 표면층의 분자 구조를 고분자 구조에서 저분자 구조로 변형시킨다. 감광막의 표면층을 저분자 구조로 변형시키면 표면층의 전기 전도도가 높아지고 따라서, 전자 현미경 사용시 주사된 전자에 의한 전기장이 형성되지 않아 전자 빔의 경로가 변형되는 것을 방지할 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 2는 본 발명의 실시예에 따른 사진 공정을 도시한 흐름도로서, 도 2를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 사진 공정에 대하여 설명한다.
먼저, 감광제를 스핀(spin) 코팅 또는 롤링(rolling) 코팅 방법으로 박막이 형성되어 있는 웨이퍼에 도포한다. 스핀 코팅 방법은 기판에 감광제를 도포하고 기판을 회전시킴으로써 원심력에 의하여 일정한 두께의 막을 얻을 수 있다. 롤링 코팅 방법은 직접 기판 위에 막을 코팅하는 방법으로 스핀 코팅 방법에 비해 감광제의 사용량은 약 1/3 정도로 절감할 수 있지만 두께의 균일도가 떨어지는 단점이 있다.
감광막을 도포한 후, 소프트 베이크(soft bake)를 하여 증발되지 않고 남아있는 용제를 제거하여 감광막을 경화시킨다. 다음, 마스크에 형성된 패턴을 웨이퍼에 패턴을 옮기기 위하여 웨이퍼와 패턴이 새겨진 마스크를 정렬하고 감광막에 자외선을 쬐이는 노광 단계를 실시한 후, 알칼리 용액인 현상액을 이용하여 식각되어야 할 부분에 존재하는 감광막을 제거하여 패턴을 형성한다. 사용되는 감광막이 음성 감광막이 경우에는 자외선에 노출되지 않은 부분이 현상되고, 양성 감광막이 사용된 경우에는 자외선에 노출된 부분이 현상되어 제거된다.
이와 같이 형성된 패턴에 플라스마를 분사하여 감광막 표면에 충격을 가한다. 이 때, 고분자 유기 화합물로 구성된 감광막의 표면층의 고분자 결합이 끊어져 분자량이 작은 분자들로 이루어진 저분자 구조로 변형되어 감광막의 표면층의 전기 전도도가 높아진다.
다음, 주사형 전자 현미경을 사용하여 감광막 패턴의 정확성 및 선폭 등을 검사하는데, 감광막의 표면층의 전기 전도도가 높아짐으로 인해, 주사된 전자들이 표면층에 누적되는 현상이 일어나지 않아 주변에 전기장이 형성되지 않는다. 따라서, 전기장으로 인해 전자 빔의 경로가 변화하는 현상을 방지할 수 있다.
웨이퍼 검사가 끝난 후 하드 베이크(hard bake)를 하여 현상액으로 인해 남아있는 용제를 증발시키고 현상 공정 중 약화된 감광막을 다시 경화시킨다.
표면층의 분자 구조를 바꾸기 위하여 사용하는 플라스마로는 감광막과의 반응을 방지하기 위해 반응성이 없는 불활성 기체를 사용하는데, 특히, 질소(N2)나 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등과 같은 불활성 기체를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 기체들을 플라스마로 형성시키기 위하여 고주파(radio frequecy) 또는 마이크로파(microwave) 등의 사용이 가능하다.
이 때, 플라스마의 유속, 농도 및 고주파 또는 마이크로파의 파워 등은 플라스마의 충격력이 감광막의 표면층에만 영향을 미치도록 식각 공정에 사용되는 플라스마에서의 조건보다 상대적으로 약하게 조절한다.
반도체 제조 공정에 사용되는 상품명 TEL DRM 장비의 경우의 예를 들면, 질소(N2)를 사용했을 때 플라스마의 유량은 30∼300scm 정도, 더욱 정확하게는 60∼150scm 정도가 적당하며, 플라스마의 농도는 107∼1013/cm3, 고주파 또는 마이크로파의 파워는 200∼500W 정도로 조절하는 것이 바람직하다.
이러한 조건들은 사용되는 장비의 모델에 따라 다르며, 레서피(recipe)의 변화에 따라서도 다른 조건하에서 유사한 결과를 얻을 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 웨이퍼 위에 패턴을 형성한 후, 불활성 기체를 이용한 플라스마로 감광막 표면에 충격을 가하여 표면층의 분자 구조를 고분자 구조서 저분자 구조로 변화시켜 표면층의 전기 전도도를 높여 전자의 이동을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 전자 현미경을 사용하여 형성된 패턴을 검사할 때 주사된 전자들이 표면층에 누적되어 형성된 전기장으로 인해 전자 빔의 경로가 꺾이는 현상을 방지할 수 있으므로, 패턴을 정확하게 관찰할 수 있으며 정확한 선폭의 측정이 가능하여, 결국, 반도체 소자의 신뢰도 및 수율 향상을 높일 수 있다.

Claims (8)

  1. 웨이퍼 위에 감광막을 도포하는 단계,
    상기 웨이퍼와 마스크를 정렬하고 감광막에 빛을 쬐는 단계,
    감광막을 제거하여 패턴을 형성하는 단계,
    상기 패턴에 플라스마를 분사하는 단계,
    전자 현미경을 이용하여 상기 패턴을 검사하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 플라스마는 불활성 기체를 사용하는 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 플라스마는 질소 기체, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 중 하나 이상을 사용하는 반도체 소자의 제조 방법
  4. 제3항에서,
    상기 플라스마는 고주파 또는 마이크로파를 이용하여 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 질소 기체를 사용한 플라스마의 유속은 30scm에서 300scm 사이의 값으로 조절하는 반도체 소자의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 질소 기체를 사용한 플라스마의 농도는 107/cm3에서 1013/cm3사이의 값으로 조절하는 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 고주파 또는 마이크로파의 파워는 200W에서 500W 사이의 값으로 조절하는 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 패턴은 주사형 전자 현미경을 사용하여 검사하는 반도체의 제조 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04162545A (ja) * 1990-10-25 1992-06-08 Fujitsu Ltd レジストパターンの形状観察法
KR20100012684A (ko) * 2008-07-29 2010-02-08 이정인 입는 이불

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04162545A (ja) * 1990-10-25 1992-06-08 Fujitsu Ltd レジストパターンの形状観察法
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