KR100614934B1 - Method for Pattern Formation of Semiconductor Device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판상에 감광막 패턴을 형성하는 단계; 분위기 가스 존재 하에서 상기 감광막 패턴에 DUV를 조사하여 감광막 패턴의 표면을 큐어링(curing) 하는 단계; 및 상기 큐어링된 감광막 패턴에 대하여 SEM 사진 공정을 실시하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 ArF 감광막 패턴에 대해 DUV 큐어링을 실시하여 감광막의 표면을 경화시킴으로써, 상기 ArF 감광막 패턴이 전자빔에 의해 CD 슬리밍(slimming) 또는 오염(contamination)되는 것을 방지할 수 있으므로 안정적인 반도체 소자의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method of forming a pattern of a semiconductor device, and more particularly to forming a photoresist pattern on a semiconductor substrate; Treating the surface of the photoresist pattern by irradiating DUV to the photoresist pattern in the presence of an atmosphere gas; And performing a SEM photographing process on the cured photoresist pattern. According to the method of the present invention, by performing DUV curing on an ArF photoresist pattern to harden the surface of the photoresist, the ArF photoresist pattern can be prevented from CD slimming or contamination by an electron beam. It can be usefully used for the preparation of.

ArF 감광막, CD 슬리밍, 큐어링ArF Photoresist, CD Slimming, Curing

Description

반도체 소자의 패턴 형성 방법{Method for Pattern Formation of Semiconductor Device}Pattern Forming Method of Semiconductor Device {Method for Pattern Formation of Semiconductor Device}

도 1은 일반적인 ArF 감광막의 L/S (line/space)(A) 및 홀(hole) 패턴(B)을 보여주는 사진이고,1 is a photograph showing a line / space (A / L) and a hole pattern (B) of a general ArF photosensitive film.

도 2는 SEM 촬영에 의해 CD 슬리밍(critical dimension slimming) 현상이 일어난 것을 보여주는 L/S (A) 및 홀 패턴(B) 사진이고,FIG. 2 is an L / S (A) and hole pattern (B) photograph showing that CD dimension slimming occurred by SEM imaging.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 패턴 형성 방법의 공정 과정을 보여주는 모식도이다.3A and 3B are schematic views showing the process of the pattern forming method according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

30 ; DUV 반응 챔버(chamber), 31 ; 핫 플레이트 오븐,30; DUV reaction chamber, 31; Hot plate oven,

32 ; 반도체 기판, 33 ; 감광막 패턴,32; Semiconductor substrates 33; Photoresist pattern,

34 ; 교차 결합이 일어난 감광막 패턴34; Photoresist pattern with crosslinking

본 발명은 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감광막 패턴에 DUV를 조사하여 상기 감광막 패턴의 표면을 큐어링(curing) 하는 단 계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a pattern of a semiconductor device, and more particularly, further comprising the step of curing the surface of the photosensitive film pattern by irradiating DUV to the photosensitive film pattern. It relates to a pattern formation method.

패턴의 최소 크기가 0.1 ㎛ 이하인 반도체 소자 제조시 종래에 사용되는 KrF(248 nm) 파장을 이용해서는 이러한 미세 패턴을 형성하기가 매우 어려우므로, 이러한 미세 패턴을 형성하기 위해서는 KrF 파장보다 단파장인 ArF 파장(193 nm)을 이용하여야 한다. 상기 ArF 파장으로 감광막 마스크에 노광 및 현상을 통해 마스크 패턴을 형성하기 위해서는 ArF 파장에 반응하는 ArF 전용 감광막(photoresist)을 사용하여야 하는데, 상기 ArF 전용 감광막은 KrF 전용 감광막과는 달리 일반적으로 식각시 내성이 약한 특성이 있다. 즉, 마스크 패턴을 식각하고자 하는 층에 전사하기 위해서는 식각이 진행하는 동안 감광막이 식각 가스, 온도, 압력, 식각 시간 등과 같은 식각 조건에 대해 내성을 갖고 패턴 모양을 유지해야 하는데, KrF용 감광막과는 달리 ArF용 감광막은 식각이 진행되는 동안 식각 조건에 대한 내성이 약하여 마스크 패턴이 모양을 유지하지 못하고 변형되어 결과적으로 전사되는 피식각층의 패턴 모양이 변형되게 된다. 또한, 패터닝 후 CD를 측정하게 되면 시간이 지남에 따라, 또는 CD 측정방법에 따라 CD가 줄어드는 라인 에지(line edge) 슬리밍 현상이 나타나게 되어 정확한 CD를 측정하거나 또는 반도체 양산공정에 적용하기 어렵다는 등의 문제점이 있었다.It is very difficult to form such a fine pattern using KrF (248 nm) wavelength conventionally used when manufacturing a semiconductor device having a minimum size of 0.1 μm or less. Therefore, in order to form such a fine pattern, an ArF wavelength shorter than the KrF wavelength is required. (193 nm) should be used. In order to form a mask pattern by exposing and developing the photoresist mask at the ArF wavelength, an ArF photoresist that responds to the ArF wavelength should be used. Unlike the KrF photoresist, the ArF photoresist is generally resistant to etching. This has a weak characteristic. That is, in order to transfer the mask pattern to the layer to be etched, the photoresist film must be resistant to etching conditions such as etching gas, temperature, pressure, and etching time and maintain the pattern shape during the etching process. In contrast, the ArF photoresist film has a weak resistance to etching conditions during the etching process, so that the mask pattern does not maintain its shape, and as a result, the pattern shape of the etched layer to be transferred is deformed. In addition, when measuring CD after patterning, a line edge slimming phenomenon occurs in which CD decreases over time or according to a CD measuring method, and thus it is difficult to measure accurate CD or apply to semiconductor production process. There was a problem.

일반적으로 CD는 SEM (scanning electron microscope) 장비를 이용하여 측정하게 되는데(도 1 참조), ArF 광원을 사용하게 되는 패턴의 경우 상기 SEM 장비에서 사용되는 전자의 충격으로 인하여 감광막 패턴의 CD가 감소하게 된다. 즉, ArF 감광막과 CD-SEM 챔버 내에서 발생되는 CO2 가스와 같은 탄화수소(hydro-carbon)가 전자빔(electro-beam)에 의해 반응이 일어나게 되거나, ArF 감광박 내에서 발생되는 흄(Hume)과 전자빔의 상호작용으로 인해 감광막 패턴의 변형이 일어나게 된다(도 2 참조). 통상적으로 상기 SEM 장비를 이용하여 10 초 동안 CD를 측정하는 경우 약 10 퍼센트 정도의 CD 감소가 일어나게 된다.In general, the CD is measured by using a scanning electron microscope (SEM) equipment (see FIG. 1). In the case of the pattern using the ArF light source, the CD of the photoresist pattern is reduced by the impact of electrons used in the SEM equipment. do. That is, hydrocarbons such as CO 2 gas generated in the ArF photosensitive film and the CD-SEM chamber may be reacted by an electron beam, or fumes generated in the ArF photosensitive foil. The interaction of the electron beams causes deformation of the photoresist pattern (see FIG. 2). Typically, when measuring CD for 10 seconds using the SEM equipment, a CD reduction of about 10 percent occurs.

종래에는 이러한 패턴의 감소를 방지하게 위하여 감광막 내의 탄화수소의 양을 줄이거나 아니면 반응이 일어나지 않을 정도로 충분한 양의 탄소를 넣어두는 방법을 사용하였다. 하지만, 이와 같은 방법을 사용할 경우 공정 진행상 해상도나 감광막 패턴의 결점(defect) 등이 발생하게 되는 문제점이 있었다.Conventionally, in order to prevent the reduction of the pattern, a method of reducing the amount of hydrocarbons in the photoresist film or storing a sufficient amount of carbon so that no reaction occurs has been used. However, when such a method is used, there is a problem in that a resolution or a defect of a photoresist pattern occurs during the process.

본 발명은 SEM을 이용한 감광막 패턴의 CD 측정시 CD가 줄어드는 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, ArF 감광막을 패터닝한 후 DUV 광원을 이용하여 감광막의 표면을 큐어링 함으로써 SEM을 이용한 CD 측정시나 또는 장시간 검사(inspection)시 발생되는 오염(contamination)이나 CD 슬리밍 문제를 해소할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the conventional problem that the CD is reduced when measuring the CD of the photosensitive film pattern using the SEM, CD measurement using the SEM by curing the surface of the photosensitive film using a DUV light source after patterning the ArF photosensitive film Its purpose is to provide a method for eliminating contamination or CD slimming problems that may occur during time or long-term inspections.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 기판상에 감광막 패턴을 형성하는 단계; 분위기 가스 존재 하에서 상기 감광막 패턴에 DUV를 조사하여 감광막 패턴의 표면을 큐어링 하는 단계; 및 상기 큐어링된 감광막 패턴에 대하여 SEM 사 진 공정을 실시하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a photosensitive film pattern on a semiconductor substrate; Treating the surface of the photoresist pattern by irradiating DUV to the photoresist pattern in the presence of an atmosphere gas; And performing a SEM photographing process on the cured photoresist pattern.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 반도체 소자의 패턴 형성 방법은The pattern formation method of the semiconductor element of this invention is

1) 반도체 기판상에 감광막 패턴을 형성하는 단계;1) forming a photoresist pattern on the semiconductor substrate;

2) 분위기 가스 존재 하에서 상기 감광막 패턴에 DUV를 조사하여 감광막 패턴의 표면을 큐어링 하는 단계; 및2) curing the surface of the photoresist pattern by irradiating DUV to the photoresist pattern in the presence of an atmosphere gas; And

3) 상기 큐어링된 감광막 패턴에 대하여 SEM 사진 공정을 실시하는 단계를 포함한다.3) performing a SEM photographing process on the cured photoresist pattern.

도 3a를 참조하면, 감광막 패턴(33)이 형성된 반도체 기판(32)을 DUV 큐어링 챔버(30) 내에 위치시킨다.Referring to FIG. 3A, the semiconductor substrate 32 on which the photoresist pattern 33 is formed is positioned in the DUV curing chamber 30.

도 3b를 참조하면, 분위기 가스 존재 하에서 상기 감광막 패턴에 DUV를 조사하여 상기 감광막 패턴의 표면을 큐어링한다. 이때, 분위기 가스로는 N2 또는 CO2가 사용될 수 있으며, 상기 DUV는 157 내지 248 nm, 바람직하게는 190 nm의 파장을 가지는 것이 바람직하다. 상기와 같이 감광막 패턴에 DUV를 조사하게 되면 감광막 현상시 끊어졌던 탄소들의 교차결합이 일어나게 되어(34) 전자빔에 의해 SEM 챔버 내에서 발생되는 탄화수소와 감광막간의 반응이 일어나는 것을 원천적으로 방지할 수 있게 되고, 또한 DUV 큐어링을 통해 분자 패킹(packing) 밀도를 높임으로써 감광막 내에서 발생되는 흄(Hume)도 최소화 할 수 있게 된다. 이때, DUV 큐어링을 실시하면 ArF 감광막이 경화되기 때문에, 선택적으로는 소정의 온도, 바람직하게는 150 내지 250℃, 더욱 바람직하게는 200℃의 온도에서 핫 플레이트 오븐(31)을 이용하여 큐어링된 감광막 패턴에 하드 베이킹(hard baking) 단계를 추가로 실시함으로써 흄을 최대한 제거할 수 있다.Referring to FIG. 3B, the surface of the photoresist pattern is cured by irradiating DUV to the photoresist pattern in the presence of an atmosphere gas. In this case, N 2 or CO 2 may be used as the atmosphere gas, and the DUV preferably has a wavelength of 157 to 248 nm, preferably 190 nm. When the DUV is irradiated on the photoresist pattern as described above, crosslinking of carbons broken during photoresist development occurs (34), thereby preventing the reaction between the hydrocarbon and the photoresist generated in the SEM chamber by the electron beam. In addition, by increasing the molecular packing density through DUV curing, the fumes generated in the photoresist film can be minimized. At this time, since the ArF photosensitive film is cured when the DUV curing is performed, the curing is performed using the hot plate oven 31 at a predetermined temperature, preferably 150 to 250 ° C, more preferably 200 ° C. By performing a hard baking step on the photoresist layer pattern, the fume can be removed as much as possible.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 방법은 ArF 감광막 패턴에 대하여 DUV 큐어링 및 추가적인 하드 베이킹 단계를 실시함으로써 ArF 감광막 패턴이 SEM 내에서 전자빔에 의해 CD 슬리밍 또는 오염되는 것과 관련된 반응이 일어나지 않도록 할 수 있으며, 아울러 상기와 같은 방법을 통하여 ArF 감광막 패턴의 리플로우(reflow)도 제어 가능하므로, 안정적인 반도체 소자의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.As discussed above, the method of the present invention can be effected by performing DUV curing and additional hard baking steps on the ArF photoresist pattern to prevent a reaction associated with CD slimming or contamination by the electron beam in the SEM. In addition, since the reflow of the ArF photoresist pattern can be controlled through the above method, it can be usefully used for the manufacture of a stable semiconductor device.

Claims (5)

1) 반도체 기판상에 감광막 패턴을 형성하는 단계;1) forming a photoresist pattern on the semiconductor substrate; 2) 분위기 가스 존재 하에서 상기 감광막 패턴에 DUV를 조사하여 감광막 패턴의 표면을 큐어링 하는 단계; 및2) curing the surface of the photoresist pattern by irradiating DUV to the photoresist pattern in the presence of an atmosphere gas; And 3) 상기 큐어링된 감광막 패턴에 대하여 셈(SEM) 사진 공정을 실시하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.3) A pattern forming method of the semiconductor device comprising the step of performing a SEM (SEM) photo process for the cured photosensitive film pattern. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분위기 가스는 N2 또는 CO2인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.The atmosphere gas is N 2 or CO 2 pattern forming method of a semiconductor device. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 DUV는 157 내지 248 nm의 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.The DUV is a pattern forming method of a semiconductor device, characterized in that having a wavelength of 157 to 248 nm. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 큐어링된 감광막 패턴에 대해 소정의 온도에서 하드 베이킹하는 단계를 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.And hard-baking the cured photosensitive film pattern at a predetermined temperature. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 소정의 온도는 150 내지 250℃ 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법.The predetermined temperature is a pattern forming method of a semiconductor device, characterized in that the range of 150 to 250 ℃.
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