KR100569542B1 - 기체 상태의 아민 처리공정을 이용한 포토레지스트 패턴형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 증폭형 포토레지스트를 이용한 패터닝 공정시 기체 상태의 아민 처리공정을 도입하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패터닝을 할 때 포토레지스트가 도포된 기판을 노광한 다음에 기체 상태의 아민 처리 공정을 실시함으로써, 감광제가 광원의 빛을 흡수하여 불량한 패턴을 형성하는 것을 극복할 수 있는 새로운 포토레지스트 패턴 형성방법에 관한 것이다.

Description

기체 상태의 아민 처리공정을 이용한 포토레지스트 패턴 형성방법{Patterning method using gas phase amine treatment}

도 1a는 감광제의 광원에 대한 흡광도가 거의 없는 경우에 얻어지는 패턴의 모양을 도시한 것이고,

도 1b는 감광제의 광원에 대한 흡광도가 큰 경우 얻어지는 패턴의 모양을 도시한 것이며,

도 2는 비교예 1에서 얻어진 패턴 사진이고,

도 3은 실시예 1에서 얻어진 패턴 사진이다.

본 발명은 염기성 기체 처리 공정을 도입한 포토레지스트 패턴 형성방법에 관한 것으로, 구체적으로 노광후에 기체 상태의 아민 처리 공정을 실시함으로써, 포토레지스트 수지의 광원에 대한 흡광도가 비교적 큰 경우에도 경사진 패턴이 아닌 수직한 패턴을 얻을 수 있는 포토레지스트 패턴 형성방법에 관한 것이다.

248nm 광원 (KrF)을 사용한 반도체 미세회로 제조공정에서는 이미 150nm L/S 의 미세회로가 형성되었으며, 현재는 150nm 이하의 패턴을 형성하기 위한 노력이 계속되고 있다. 한편 보다 미세한 회로를 형성하기 위해서, ArF (193nm), F₂ (157 nm), EUV (Extremely Ultraviolet; 13nm) 등의 낮은 파장의 광원을 사용하는 미세회로 제조공정에 대한 연구가 진행 중이다. 그러나 이들 파장에 대해 투과도가 좋은, 즉 흡광도가 낮은 감광제 수지의 개발이 쉽지 않다는 문제점이 있다. 예를 들면 i-라인 (365nm) 및 KrF (248nm)에 사용하는 감광제는 수지가 방향족 화합물로 구성되는데 이들은 193nm에 대한 흡광도가 너무 커서 사용할 수가 없다. 이러한 이유 때문에 방향족이 들어있지 않은 아크릴계 혹은 환구조로 이루어진 지방족계 수지를 사용하여 193nm용 감광제가 개발되고 있다. 그러나 이들 수지들도 193nm에 대한 흡광도가 비교적 커서 좋은 패턴을 형성하기가 어렵다.

또한 C-H, C=C, C=O, 방향족 등은 157nm를 매우 잘 흡수하기 때문에 보통의 유기 화합물로는 157nm용 감광제를 만들기가 매우 어렵다. 실제로 157nm 광원을 이용한 리소그래피 공정에서 감광제 개발의 어려움 때문에 현재 157nm 리소그래피 공정이 불가능하다는 의견이 제시되고 있다.

도 1a는 감광제가 광원에 대한 흡광도가 거의 없을 때의 현상후 패턴 모양이다. 감광제의 윗부분과 아래부분에 도달한 빛의 양이 거의 똑같기 때문에 수직한 (vertical) 패턴을 얻을 수 있다. 그러나 도 1b처럼 감광제의 광원에 대한 흡광도가 클 때는 감광제의 윗부분에 도달한 빛의 양이 아래부분보다 많기 때문에 화학증폭형 감광제의 경우 윗부분에서 발생된 산의 양이 아래부분 보다 많아서 현상후 도 1b처럼 산모양의 패턴이 형성되게 된다.

따라서 이를 극복하기 위해서 대부분의 연구 방향은 광원에 대한 흡광도가 적은 수지를 개발하는데 치중되어 있으나, 특히 F₂ (157nm) 혹은 EUV (13nm) 광원을 사용할 경우 이러한 수지의 개발은 한계에 도달해 있다.

이에 본 발명자들은 노광후 염기성 기체 처리 공정을 도입하면, 염기성 화합물이 포토레지스트 내부로 침투하여 포토레지스트 윗부분에 아래부분 보다 더 많이 발생된 산을 중화시킴으로써 수직한 패턴을 얻을 수 있을 것이라는 점에 착안하여, 염기성 물질 처리를 위한 쳄버(chamber)를 통과하는 공정만으로 포토레지스트 수지의 광원에 대한 흡광도가 비교적 큰 경우에도 경사진 패턴이 아닌 수직한 패턴을 얻을 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 포토레지스트 수지의 광원에 대한 흡광도가 비교적 큰 경우에도 수직한 패턴을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 노광후 염기성 기체, 바람직하게는 기체 상태의 아민 처리 공정을 도입함으로써 포토레지스트 수지의 광원에 대한 흡광도가 비교적 큰 경우에도, 포토레지스트 윗부분에 발생된 산을 기체 상태의 아민이 중화시킴으로써 수직한 패턴을 얻을 수 있는 새로운 패터닝 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 우선, 패터닝 과정중 포토레지스트가 도포된 기판을 노광한 후에 염기성 기체로 처리하는 단계를 더 포함하는 포토레지스트 패턴 형성방법을 제공한다.

상기 본 발명의 패턴 형성방법은 구체적으로 하기 단계를 포함한다 :

(a) 포토레지스트 조성물을 기판 상부에 도포하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계;

(b) 상기 결과물을 노광하는 단계;

(c) 상기 노광된 기판을 기체 상태의 염기성 물질로 처리하는 단계; 및

(d) 상기 결과물을 현상하여 원하는 초미세 패턴을 얻는 단계.

이때 상기 염기성 물질은 아민, 아미드, 우레탄 및 우레아로 이루어진 군으로부터 선택되며, 아민 기체, 특히 암모니아 (NH₃) 기체를 사용하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에서는 염기성 기체로서, 아민 기체를 사용한 것으로 전제하고 설명하기로 한다.

본 발명의 상기 (c) 단계는 노광된 기판을 기체 상태의 아민 쳄버 (chamber) 속에서 아민 처리하여 수행되는데, 상기 아민 쳄버 내의 아민 농도를 1 내지 5 ppb로 하여 20초 내지 60초 동안 처리하는 것이 바람직하다.

본 발명의 공정을 이용하여 수직의 패턴을 얻는 원리는 하기와 같다.

흡광도가 큰 감광제의 경우, 광원이 감광제를 통과하는 과정에서 감광제에 흡수되므로, 감광제 저면에 비해 감광제 표면의 노광량이 크고, 따라서 산이 감광제 윗부분에서 아래부분 보다 많이 발생하는데 (도 1b), 본 발명에서는 기체 상태의 아민으로 처리하는 과정에서 아민이 감광제 표면을 통해 내부로 침투하여 상대적으로 감광제의 아래부분 보다 윗부분에 많이 분포된 산을 중화시킨다. 즉, 아민이 침투하면 침투한 아민의 양 역시 감광제의 윗부분에서 더 많아지고 아래부분에서는 작아져, 감광제 내에 적절한 아민 기울기 (amine gradient)가 형성되어 감광제의 광원에 대한 흡광도가 커서 발생하는 산의 불균일한 분포 및 이로 인해 얻어지는 "경사진 패턴의 문제"를 극복할 수 있는 것이다.

한편 상기 포토레지스트 조성물로는 통상의 포토레지스트 수지, 광산 발생제 및 유기용매를 포함하는 것을 사용하면 된다.

이때 상기 포토레지스트 수지로는 통상의 포토레지스트 수지이면 무엇이든 가능하나, 폴리(t-부틸 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2-카르복실레이트 / 2-히드록시에틸 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2-카르복실레이트 / 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2-카르복실산 / 말레익안하이드라이드)를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

상기 본 발명의 패턴 형성과정 중 i) (b) 단계의 노광전 및 (c) 단계의 노광후; 또는 ii) (b) 단계의 노광전 또는 (c) 단계의 노광후에 각각 베이크 공정을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이러한 베이크 공정은 10 내지 200℃에서 수행된다.

또한, 노광시 사용하는 광원은 250nm 이하의 광원이 바람직하며, 특히 ArF (193nm), KrF (248nm), F₂ (157nm), EUV (13nm), E-빔, X-선 또는 이온 빔인 것이 보다 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 아민 기체 처리 공정을 포함하는 포토레지스트 패턴 형성방법에 의해 제조된 반도체 소자를 제공한다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 한편, 실시예에 앞서 본 발명에서 사용한 포토레지스트 수지에 대한 흡광도를 측정하였다.

투과도 측정

석영으로 만들어진 웨이퍼 위에 포토레지스트 수지로 폴리(t-부틸 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2-카르복실레이트 / 2-히드록시에틸 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2-카르복실레이트 / 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2-카르복실산 / 말레익안하이드라이드)를 포함하는 DHA1001 감광제 (동진세미켐(주))를 코팅하고 150℃에서 90초간 구워준 후 23℃로 냉각시켰다 (감광제 두께 : 0.5㎛). 이 감광제를 JASCO VUV 200 스펙트로미터 (spectrometer)를 이용하여 투과도를 측정한 결과 45%의 투과도를 나타내었다.

비교예 1.

아민 1ppb로 오염된 환경에서 상기 흡광도 측정시 사용한 DHA1001 감광제를 웨이퍼 위에 0.4㎛ 두께로 도포하고 150℃에서 90초간 구워준 후 23℃로 냉각시켰 다. 이를 ArF 노광장비로 노광하고 140℃에서 90초간 다시 구워준 후 2.38wt% TMAH 용액을 이용하여 현상한 결과 도 2와 같은 140nm 패턴을 형성할 수 있었다. 그러나 투과도가 좋지 못한, 즉 흡광도가 큰 상기 DHA1001 감광제를 사용했기 때문에 전체적으로 경사가 심한 패턴을 얻었다.

실시예 1.

아민 1ppb로 오염된 환경에서 상기 흡광도 측정시 사용한 DHA1001 감광제를 웨이퍼 위에 0.4㎛ 두께로 도포하고 150℃에서 90초간 구워준 후 23℃로 냉각시켰다. 이를 ArF 노광장비로 노광한 후 아민의 오염 환경이 3 ppb인 아민 쳄버 내에서 30초간 방치하였다. 그런 다음 140℃에서 90초간 다시 구워준 후 2.38wt% TMAH 용액을 이용하여 현상한 결과 도 3과 같은 140nm L/S 패턴을 형성할 수 있었다.

즉, 비록 투과도가 좋지 못한 DHA1001 감광제를 사용했다 하더라도 기체 상태의 아민으로 처리하면 수직한 패턴을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 아민 기체 처리 공정을 도입하면 기체 상태의 아민이 감광제 속으로 침투하여 적절한 아민 기울기를 형성함으로써 감광제 윗부분에 다량으로 생성되는 산을 중화시켜, 감광제 수지의 광원에 대한 흡광도가 큰 경우에도 수직한 패턴을 얻을 수 있었다.

Claims (13)

1. 삭제
2. ArF 광원을 이용한 화학증폭형 포토레지스트 패턴 형성방법에 있어서,

   (a) ArF용 화학증폭형 포토레지스트 조성물을 기판 상부에 도포하여 포토레지스트 막을 형성하는 단계;

   (b) 상기 결과물을 노광하는 단계;

   (c) 상기 노광된 기판을 1 내지 5 ppb 농도의 암모니아 기체로 20초 내지 60초 동안 처리하는 단계; 및

   (d) 상기 결과물을 현상하여 원하는 초미세 패턴을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 (c) 단계는 노광된 기판을 쳄버 (chamber) 속에서 암모니아 기체로 처리하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 포토레지스트 조성물은 통상의 ArF용 화학증폭형 포토레지스트 수지, 광산 발생제 및 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 ArF용 포토레지스트 수지는 폴리(t-부틸 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2-카르복실레이트 / 2-히드록시에틸 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2-카르복실레이트 / 바이사이클로[2.2.1]헵트-5-엔-2-카르복실산 / 말레익안하이드라이드)인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
10. 제 2 항에 있어서,

    i) 상기 (b) 단계의 노광전 및 상기 (c) 단계의 노광후; 또는 ii) 상기 (b) 단계의 노광전 또는 상기 (c) 단계의 노광후에 각각 베이크 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 베이크 공정은 10 내지 200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성방법.
12. 삭제
13. 삭제

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