KR100272518B1 - 감광막 패터닝방법 - Google Patents

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Abstract

감광막 패터닝방법에 관한 것으로 특히, 노광공정시 마스크없이 노광하는 것을 이용하여 광의 회절 현상을 방지하므로 현상공정후 수직한 형상의 감광막 패턴을 얻을 수 있는 감광막 패터닝방법에 관한 것이다. 이와 같은 감광막 패터닝방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판상에 소정거리를 갖는 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 1 감광막 패턴 사이의 상기 기판상에 반사방지막을 형성하는 단계, 상기 제 1 감광막 패턴을 포함한 상기 반사방지막상에 제 2 감광막을 형성하는 단계, 마스크없이 상기 제 2 감광막에 노광하는 단계, 상기 제 2 감광막을 현상하는 단계를 포함한다.

Description

감광막 패터닝방법
본 발명은 감광막 패터닝방법에 관한 것으로 특히, 노광공정시 마스크없이 노광하므로 광의 회절 현상을 방지하여 현상공정후 수직한 형상의 감광막 패턴을 얻을 수 있는 감광막 패터닝방법에 관한 것이다.
리소그래피(lithography)라는 말은 원래 석판(石版)인쇄법을 의미하지만 반도체 기술 분야에서는 패턴을 전사(轉寫)한다는 의미로 사용되어 오고 있는 용어이다. 이와 같은 리소그래피 기술은 미세회로 공정에 있어 가장 기본적인 기술로서 집적회로(IC : Intergrated Circuit)의 미세패턴을 형성하는 기술로 빛을 이용한 광리소그래피, 전자빔(E-Beam)을 이용한 전자빔 리소그래피, X선(X-ray)을 이용한 X선 리소그래피로 분류된다.
광(photo)리소그래피 기술은 자외선(紫外線)을 노광원으로 이용하는 기술로서 표준적인 방법에서 패턴의 전사를 위해 선택적으로 광을 투과시키는 포토마스크의 사용이 불가결하다.
상기한 바와 같은 포토마스크를 투과한 광은 포토레지스트에 도달한 후 포토레지스트에 잠상(潛像)을 형성하고 현상공정를 거쳐 포토레지스트 패턴을 형성하게된다. 이와 같은 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용한 식각공정으로 소자를 원하는 패턴으로 형성할 수 있는 것이다.
포토레지스트는 빛이나 열 등 여러 형태의 에너지에 노출되었을 때 내부구조가 바뀌는 특성을 가진 혼합물로서 빛에 민감한 고분자이다. 이와 같은 포토레지스트는 양성과 음성의 두 가지 포토레지스트로 구분한다. 그중에서 음성 포토레지스트는 광이 조사(照射)되면 광이 조사된 부분의 결합구조가 그물코 구조로 경화(硬化)되고 미조사 부분은 현상공정으로 제거되는 포토레지스트이고, 양성 포토레지스트는 광이 조사된 부분의 결합구조가 허술해지는 포토레지스트이다.
그리고, 반도체소자의 고집적화 추세에 따라 미세 패턴을 구현하기 위하여 노광원으로는 원자외선 (DUV : Deep UltraViolet)을 사용하는 경우도 있다. 이때, 상기 원자외선의 파장은 248nm이다. 그런데 일반적으로 i-line 광스테퍼의 파장은 365nm이므로 상기 i-line 광과 원자외선 광에 대한 감광막의 반응은 다를 수밖에 없다. 즉, 광의 파장에 따른 감광막에 대한 강도는 원자외선이 i-line에 비하여 1/10 정도이므로 원자외선을 노광원으로 사용할 경우에는 원자외선 조사후 열을 가하면 감광막의 광분해도를 더욱 향상시키는 화학증폭형 감광막을 사용한다.
이와 같은 포토레지스트 패턴을 이용한 식각패턴은 실제의 디바이스에 있어서는 여러 가지 문제가 발생할 수 있는데 그중에서 디바이스의 표면이 복잡한 단차를 갖고 있을 경우에 단차부에서는 포토레지스트의 두께가 비정상적으로 된다거나 노광조건이 최적화하지 않는 문제 등이 발생할 수 있고 또 미세화를 위해 포토레지스트의 두께를 감소시키면 핀 홀 등이 발생하는 문제가 발생하였다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 종래 감광막 패터닝공정을 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1c는 종래 감광막 패터닝공정 단면도이다.
먼저, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 기판(1)상에 감광막(2)을 도포한다.
도 1b에 나타낸 바와 같이, 포토마스크(3)를 마스크로 이용한 노광공정으로 상기 감광막(2)에 선택적으로 노광한다.
도 1c에 나타낸 바와 같이, 노광된 상기 감광막(2)을 현상하여 소정거리를 갖는 감광막 패턴(2a)을 형성한다.
이와 같은 종래 감광막 패터닝공정은 원-스텝(one-step)감광막 패터닝공정을 보여주는 것으로 이때, 상기 포토마스크(3)와 기판(1)사이에는 렌즈(도시하지 않음)가 형성되어 상기 렌즈를 이용하고 광의 회절(diffraction)을 고려하여 감광막에 대한 패터닝을 진행하게 된다.
도 2a 내지 도 2b는 종래 감광막 패터닝을 위한 노광장치 및 그를 이용한 감광막 패터닝 공정 결과도이다.
먼저, 도 2a는 도 1에서와 같은 노광공정에서 사용되는 노광장치(렌즈를 포함한)의 광원의 이미지 형성(image formation)으로 우선, 광이 포토마스크(3)를 통과하면 회절현상이 발생하여 여러 차수의 광으로 나눠진다(예를 들면, ····, -2, -1, 0, +1, +2,····).
그리고, 실질적으로 감광막에 대한 노광시 가장 큰 영향을 미치는 광은 0차 광과, ±1차 광으로 광의 이미지 형성(optical image formation)에 있어서 가장 중요한 역할을 한다. 이때, 통상적으로 사용하는 렌즈(4)의 N.A(Numericl Aperture)는 한정되어 있으므로 이상적 이미지(ideal image)(회절된 모든 차수의 광이 모여야 이루어진다)가 이루어지지 않고 사인 커브(sine curve)에 가까운 이미지가 형성된다.
결국, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼상에서의 광강도(intensity)를 보면 이상적으로는 수직한 형상을 갖는 광강도가 나타나야 하지만 실제로는 사인 커브를 갖는 광강도가 웨이퍼상에 이뤄지므로 감광막을 현상하여 감광막 패턴(2a)을 형성하였을 경우 감광막 패턴(2a)의 측면은 경사(slope)를 갖게되어 정확한 패터닝이 어려운 것이다.
도 2b는 반도체소자가 고집적화, 미세화 함에 따라서 포토마스크(3)의 라인/스페이스가 줄어듦에 따라 회절현상이 더 심해지는 것을 보여준다. 즉, 라인/스페이스는 줄어드는 반면 렌즈(4)의 N.A는 고정되어 있으므로 회절 각은 더 커지게 되고 그에 따라 이상적 이미지 형성은 더욱 힘들게 되는 것을 보여준다. 이와 같은 현상은 광이 더욱 작은 크기의 마스크 구멍(스페이스)을 통과해야 함에 따라 광의 회절현상을 조절하기 힘든 것과도 관련이 있다.
결국, 회절 각의 증가와 고정된 N.A 때문에 +1차 광이나, -1차 광을 집속하기조차 어려워지게 되어 감광막(2)을 패터닝하면 상기 감광막(2)은 나쁜 프로파일을 갖고 있게 된다.
이때, 상기한 바와 같은 광의 회절현상을 방지하기 위하여 감광막을 얇은(thin) 두께로 형성할 경우에는 감광막을 마스크로 이용한 식각공정시의 식각에 대한 저항성분이 부족한 문제가 발생될 수 있는 문제가 있다.
종래 감광막 패터닝방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 회절 각의 증가와 고정된 N.A 때문에 +1차 광이나, -1차 광을 집속하기조차 어려워지게 되어 감광막 패터닝공정후 프로파일이 나빠질 뿐만 아니라 균일한 감광막 패턴을 형성할 수 없게 되므로 신뢰도 높은 감광막 패턴 형성 공정이 불가능해 진다.
둘째, 라인/스페이스가 줄어듦에 따라 노광 및 현상공정후 종횡비(aspect ratio)가 증가하여 감광막 패턴이 무너지는 현상이 발생하므로 감광막 패턴의 신뢰도가 저하된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 감광막 패터닝방법의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 미세 패턴을 형성할 때 광의 회절현상을 방지하여 수직한 감광막 패턴을 형성할 수 있는 감광막 패터닝방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래 감광막 패터닝공정 단면도
도 2a 내지 도 2b는 종래 감광막 패터닝을 위한 노광장치 및 그를 이용한 감광막 패터닝 공정 결과도
도 3a 내지 도 3e는 본 발명 감광막 패터닝공정 단면도
도 4a 내지 도 4c는 본 발명 감광막 패터닝공정시 감광막과 반사방지막의 광반사도 관계 및 현상시의 노광관계도
도 5a 내지 도 5b는 본 발명 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 따른 감광막 패턴 단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 기판 12 : 제 1 감광막 패턴
13 : 반사방지막 14a : 제 2 감광막 패턴
본 발명에 따른 감광막 패터닝방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판상에 소정거리를 갖는 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 1 감광막 패턴 사이의 상기 기판상에 반사방지막을 형성하는 단계, 상기 제 1 감광막 패턴을 포함한 상기 반사방지막상에 제 2 감광막을 형성하는 단계, 마스크없이 상기 제 2 감광막에 노광하는 단계, 상기 제 2 감광막을 현상하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명 감광막 패터닝방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명 감광막 패터닝공정 단면도이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명 감광막 패터닝공정시 감광막과 반사방지막의 광반사도 관계 및 현상시의 노광관계도이다.
먼저, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 기판(11)상에 제 1 감광막(PR1)을 형성한다. 그다음, 노광 및 현상공정으로 상기 제 1 감광막(PR1)을 패터닝하여 상기 기판(11)상에서 소정거리를 갖는 제 1 감광막 패턴(12)을 형성한다. 이때, 상기 제 1 감광막 패턴(12)은 i-line이나 원자외선(DUV : Deep UltraViolet)에 반응하는 감광막으로 형성하며, 상기 i-line이나 원자외선의 회절에 거의 영향을 받지 않을 정도의 얇은 두께로 형성한다. 즉, 상기 제 1 감광막(12)은 실제의 식각공정시 마스크 패턴으로 사용하는 감광막이 아닌 더미 감광막으로써 감광막을 마스크로 이용한 식각공정시의 식각 저항성이 그리 크지 않아도 되므로 두껍게 형성할 필요가 없고 그에 따라 감광막의 측면이 수직형태를 갖는 정확한 패터닝이 가능한 감광막 패턴을 형성할 수 있는 것이다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 감광막 패턴(12)을 포함한 상기 기판(11) 전면에 반사방지막(ARC : Anti Reflection Coating)(13)을 형성한다.
도 3c에 나타낸 바와 같이, 상기 반사방지막(13)을 에치백하여 상기 제 1 감광막 패턴(12)들 사이에만 남긴다. 이때, 필요에 따라서는 제 1 감광막 패턴(12)역시 일정두께 제거할 수 있다. 이때, 상기한 바와 같은 제 1 감광막 패턴(12)과 반사방지막(13)의 두께는 동일 광에 대하여 반사도차가 가장 큰 범위를 나타낼 때의 두께로 형성한다. 이때, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 제 1 감광막 패턴(12)과 반사방지막(13)에 동일 광을 노광하였을 경우 반사도 스윙 커브(reflectivity swing curve)가 가장 클 때의 두께를 선택한다.
즉, 도 4a를 살펴보면 제 1 감광막 패턴(12)의 경우에 있어서는 거의 모든 경우에 일정한 광반사도를 갖는 것으로 나와 있지만, 반사방지막(13)의 경우에 있어서는 그 두께(T)가 얇을 경우에는 광의 반사도(R)가 제 1 감광막 패턴(12)과 거의 유사함을 알 수 있다. 결국, 상기 제 1 감광막(12)의 광반사도 RPR1에서 반사방지막(13)의 광반사도 RARC를 뺀(RPR1- RARC)경우의 차가 가장 클 때의 제 1 감광막 패턴(12) 및 반사방지막(13)의 두께가 본 발명 제 1 감광막 패턴(12) 및 반사방지막(13)의 두께가 되는 것이다. 이때, 상기한 바와 같은 제 1 감광막 패턴(12)의 재료와 반사방지막(13)의 재료는 모든 감광막과 광을 반사하는 성질이 있는 물질을 비교하여 적용할 수 있다.
도 3d에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 감광막 패턴(12)을 포함한 반사방지막(13)상에 제 2 감광막(14)을 도포한다. 이때, 상기 제 2 감광막(14)은 i-line이나 원자외선 감광막을 사용한다. 이어서, 각 조건에 맞는 광을 전면에 노광한다.
이와 같은 제 2 감광막(14)의 형성두께는 상기 반사방지막(13)과 제 1 감광막 패턴(12)에 대한 노광시 상기 반사방지막(13)에서의 반사도와 제 2 감광막(14)의 두께와의 관계에 따라 정한다.
즉,도 4b에 나타낸 바와 같이, 소정두께로 형성된 반사방지막(13)은 노광과에 대해 일정한 사인 커브의 광반사도를 나타내게 되는데 이때, 상기 반사방지막(13)의 광반사도는 제 2 감광막(14)의 두께에 따른 다른 크기의 광반사도를 나타낸다. 그에 따라 반사도차가 큰 경우의 값에 따라 제 2 감광막(14)의 두께를 결정한다.
결국, 상기 제 2 감광막(14)에 노광된 광중 반사방지막(13)상의 제 2 감광막(14)은 제 2 감광막(14)의 하부까지는 노광되지만 반사광에는 거의 반응하지 않게 된다. 하지만, 상기 제 1 감광막 패턴(12)상에 형성된 제 2 감광막(14)은 노광된 광뿐만 아니라 제 1 감광막 패턴(12)에 의해 반사된 광에까지 다시 재노광되는 것이다.
도 3e에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 감광막(14)을 현상하여 선택적으로 소정거리를 갖는 제 2 감광막 패턴(14a)을 형성한다. 이때, 상기 현상공정에 의해 제거되는 제 2 감광막(14)은 노광된 광과 노광된후 반사된 광에 의해서 결합력이 떨어진 제 1 감광막 패턴(12)상의 제 2 감광막(14) 현상되도록 한다. 즉, 현상되는 제 2 감광막(14)은 노광된 광 에너지뿐만 아니라 노광된후 반사된 광의 에너지를 더한 광에너지 값이 노광된 감광막만 현상되도록 하는 것이다. 이때, 현상액은 상기 도 4c에서 나타낸 바와 같이, 제 1 감광막 패턴(12)상에서의 광의 에너지 레벨과 반사방지막(ARC : Anti Reflection Coating)(13)상에서의 광의 에너지 레벨의 중간에 놓이는 조건으로 현상공정을 실시하면 제 1 감광막 패턴(12)상의 제 2 감광막(14)은 현상되더라도 반사방지막(13)상의 제 2 감광막(14)은 현상되지 않는 조건이 성립되므로 과도한 현상을 방지하면서 현상공정을 진행할 수 있다. 또한, 현상공정시 광의 회절현상이 없었으므로 제 2 감광막 패턴(14a)의 프로파일은 수직한 단면을 갖는다.
이때, 상기한 바와 같은 제 2 감광막 패턴(14a)을 마스크로 이용하여 우선적으로 상기 제 1 감광막 패턴(12)을 식각하므로 상기 제 1 감광막(12)은 상기 제 2 감광막 패턴(14a)보다 식각저항성이 낮은 감광물질을 사용하여 형성한다.
그리고, 상기 제 1 감광막 패턴(12)을 원자외선을 사용하는 감광막으로 형성하였을 경우에는 상기 제 2 감광막(14)이 i-line용 감광막으로 형성하였을 경우에도 원자외선광을 이용한 경우와 동일한 크기의 패턴을 얻을 수 있다. 즉, 원자외선에 반응하는 제 1 감광막 패턴(12)이 미세한 폭으로 형성되었으므로 상기 제 1 감광막 패턴(12)상측에만 남게되는 제 2 감광막 패턴(14a) 역시 미세한 폭으로 패터닝될 것이다. 또한, 상기 제 1 감광막 패턴(12)에 사용하는 감광막을 전자-빔 레지스트를 사용하고 우선적으로 전자-빔을 이용하여 제 1 감광막 패턴(12)을 형성하였을 경우에는 더욱 미세한 제 2 감광막 패턴을 얻을 수 있을 것이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 따른 감광막 패턴 단면도이다.
즉, 도 5a는 기판(11)상에 우선 반사방지막(13)을 형성한 다음 상기 반사방지막상에 제 1 감광막 패턴(12)을 소정거리로 형성하는 것이다. 이어서, 상기 제 1 감광막 패턴(12)을 포함한 반사방지막(13)전면에 제 2 감광막(14)을 형성한 다음 제 1 감광막 패턴(12)과 반사방지막(13)의 광반사도 차이를 이용하여 상기 제 2 감광막(14)을 선택적으로 패터닝하는 것이다.
도 5b는 도 4a의 공정과 유사한데 기판(11)상에 반사방지막(13)을 형성한 다음 제 1 감광막 패턴(12)을 상기 반사방지막(13)상에 선택적으로 형성하고 제 1 감광막 패턴(12)을 마스크로 이용하여 우선 상기 반사방지막(13)을 선택적으로 제거한 다음 전면에 제 2 감광막(14)을 도포하고 상기 제 1 감광막(12)과 기판(11)과의 광반사도 차이를 이용하여 제 2 감광막(14)을 패터닝하는 것이다.
이밖에 도면상에 도시하지는 않았지만 상기 도 3c에서 상기 제 1 감광막 패턴(12)사이에 반사방지막(13)을 선택적으로 형성한 다음 상기 제 1 감광막 패턴(12)을 제거한 후 전면에 제 2 감광막(14)을 도포하고 나서 기판(11)과 상기 반사방지막(13)의 광 반사도 차를 이용한 제 2 감광막(14)패터닝공정도 실시할 수 있다.
그리고, 상기한 바와 같은 공정은 포지티브형 감광막에 대한 공정을 나타낸 것으로 네가티브형 감광막을 형성하였을 경우에는 그 반대의 현상이 일어날 것이다. 그와 같은 현상을 이용하는 것도 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 감광막 패터닝방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 마스크없이 감광막을 패터닝하므로 광의 회절현상 때문에 발생하던 감광막 패턴의 프로파일을 수직한 형태로 구성할 수 있어 후속공정인 식각공정에서 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
둘째, 제 1 감광막을 제 2 감광막보다 상대적으로 얇은 두께의 감광막으로 형성하였으므로 광의 해상도 향상이 가능하여 프로세스 마진을 향상시킬 수 있어 신뢰도 높은 감광막 패턴의 형성이 가능하다.
셋째, 제 1 감광막에 따라 제 2 감광막 패턴의 폭이 정해지므로 한 세대 앞선 노광 및 현상공정을 용이하게 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판상에 소정거리를 갖는 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 감광막 패턴 사이의 상기 기판상에 반사방지막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 감광막 패턴을 포함한 상기 반사방지막상에 제 2 감광막을 형성하는 단계;
    마스크없이 상기 제 2 감광막에 노광하는 단계;
    상기 제 2 감광막을 현상하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 감광막 패터닝방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 감광막 패턴과 상기 반사방지막은 동일 광에 대해 가장 큰 반사도 스윙 커브차를 구하여 반사도 스윙 커브차가 가장 큰 지점에서의 두께로 형성함을 특징으로 하는 감광막 패터닝방법
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 감광막은 상기 반사방지막상에 형성한 상기 제 2 감광막의 두께에 따른 상기 반사방지막의 광반사도를 측정한다음 반사도 스윙 커브차가 가장 큰 지점에서의 두께로 형성함을 특징으로 하는 감광막 패터닝방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 감광막 패턴은 상기 제 2 감광막보다 식각 저항성이 낮은 감광막으로 형성함을 특징으로 하는 감광막 패터닝방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 현상공정은 상기 제 1 감광막상에 형성된 제 2 감광막이 노광시 받은 광에너지와 상기 반사방지막상에 형성된 제 2 감광막이 상기 노광시 받은 광에너지의 중간 에너지 레벨에서의 조건으로 현상함을 특징으로 하는 감광막 패터닝방법.
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JPH1022206A (ja) * 1996-07-05 1998-01-23 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法

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JPH1022206A (ja) * 1996-07-05 1998-01-23 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法

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