KR100790687B1 - 사진 제판에 의한 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 증폭계 레지스트에 정밀도 있게 패턴을 전사하기 위한 패턴 형성 방법에 대하여, 레지스트에 딤플을 발생시키지 않고, 높은 하프톤 효과를 확보하는 것을 목적으로 한다. 기판(10) 상에 화학 증폭계 레지스트(12)를 도포한다 [도 1의 a]. 염기성 이온 농도가 소정 범위 내로 관리된 제1 부스(30) 내부에서 기판(10)을 그 분위기에 노출한다[도 1의 b]. 하프톤 마스크(32)를 이용하여 레지스트(12)를 노광한다[도 1의 c]. 염기성 이온 농도가 소정 범위 내로 관리된 제2 부스(34) 내부에서 기판(10)을 그 분위기에 노출한다[도 1의 d]. 레지스트 (12)의 시프터 대응 부분[하프톤 마스크(32)의 시프터에 대응하는 부분]을 상기와 같이 염기성 이온으로 불활성화시킨 후, 레지스트(12)를 현상한다[도 1의 e].

사진 제판, 하프톤, 부스, 시프터, 투과율

Description

사진 제판에 의한 패턴 형성 방법{PATTERN FORMING METHOD BY LITHOGRAPHY}

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 패턴 형성 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면.

도 2는 종래의 패턴 형성 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면.

도 3은 하프톤 마스크의 구조를 설명하기 위한 평면도 및 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 기판

12 : 레지스트

16, 32 : 하프톤 마스크

18 : 차광 부분

20 : 투광 부분

22 : 시프터

30 : 제1 부스

34 : 제2 부스

본 발명은 사진 제판에 의한 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히 화학 증폭계 레지스트에 정밀도 있게 패턴을 전사하기 위한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

도 2는 사진 제판에 의한 종래의 패턴 형성 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면을 도시한다. 종래의 패턴 형성 방법에서는 도 2의 a에 도시한 바와 같이 우선 기판(10) 상에 레지스트(12)가 도포된다.

다음으로, 도 2의 b에 도시한 바와 같이 마스크(14)를 이용하여 레지스트(12)가 노광된다.

그 후, 현상 처리가 실행됨으로써, 도 2의 c에 도시한 바와 같이 레지스트(12)에 원하는 패턴이 형성된다.

최근에는 미세한 패턴을 정밀도 있게 형성하기 위해서, 상기 도 2의 b에 도시한 노광 공정에 있어서, 하프톤 마스크가 이용되고 있다. 도 3은 하프톤 마스크(16)의 구조를 설명하기 위한 도면을 도시한다. 보다 구체적으로는 도 3의 a는 하프톤 마스크(16)의 평면도이고, 또한 도 3의 b는 하프톤 마스크(16)를 도 3의 a에 도시한 A-A 직선을 따라 절단함으로써 얻어지는 단면도이다.

하프톤 마스크(16)는 크롬막으로 차광된 차광 부분(18)과, 노광 광을 통과시키기 위한 투광 부분(20) 및 투광 부분(20)과 차광 부분(18)과의 경계에 형성된 시프터(22)를 구비하고 있다. 차광 부분(18)은 노광 광의 투과가 완전하게 차단되는 부분이다. 투광 부분(20)은 하프톤 마스터(16) 상에 형성되는 전사 패턴에 상당하여 투과율 100%로 노광 광을 투과시키는 부분이다. 또한, 시프터(22)는 소정의 투과율(통상은 4∼6%)로 노광 광을 투과시키는 부분이다.

투광 부분(20)의 주위에 상기 특성을 갖는 시프터를 형성하면, 광의 간섭 작용에 의해 전사 패턴에 대응하는 영역 내의 광의 강도를 강화할 수 있다.

이 때문에, 하프톤 마스크는 전사 패턴이 미세하고, 투광 부분(20)에 따라서는 충분한 광 강도가 얻어지지 않는 경우에, 정밀도 있게 패턴을 전사하는 데에 있어서 유효하다.

광의 간섭을 이용하여 전사 패턴에 대응하는 부분에서의 광 강도를 강화하는 효과, 즉, 하프톤 효과는 시프터(22)에 있어서의 노광 광의 투과율을 높임으로써 향상시킬 수 있다. 그러나, 시프터(22)의 투과율을 높이면, 전사 패턴에 대응하는 부분의 광 강도가 높아짐과 함께 레지스트(12) 중 시프터(22)에 덮인 부분에 도달하는 광의 강도도 증대한다.

이 때문에, 시프터의 투과율을 높이면, 본래는 감광시켜서는 안 되는 시프터 (22) 바로 아래의 영역에서 레지스트(12)가 감광되고, 현상 공정 후, 레지스트(12) 표면에 딤플이 나타나는 경우가 있다. 이와 같이 종래의 패턴 형성 방법은 레지스트(12)에 딤플을 발생시키지 않고 하프톤 효과를 높일 수 없다고 하는 문제를 갖고 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 레지스트에 딤플을 발생시키지 않고 높은 하프톤 효과를 확보하기 위한 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 발명은 사진 제판에 의한 패턴 형성 방법에 있어서,

기판 상에 화학 증폭계 레지스트를 도포하는 도포 공정과,

하프톤 마스크를 이용하여 상기 레지스트를 노광하는 노광 공정과,

상기 레지스트를 현상하는 현상 공정과,

상기 현상 공정 전에, 상기 기판 상에 도포된 상기 레지스트를 염기성 이온 농도가 소정 범위 내로 관리된 분위기에 노출시키는 중화 공정

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 중화 공정은 상기 레지스트가 도포된 상기 기판을 염기성 이온 농도가 소정 범위 내로 관리된 부스에 통과시킴으로써 행하는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 발명은 청구항 2에 기재된 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 부스 내의 염기성 이온 농도가 소정 범위 내가 되도록 상기 부스 내에 염기성 이온을 공급하는 관리 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 발명은 청구항 3에 기재된 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 부스를 감압 분위기로 하는 감압 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 기재된 발명은 청구항 1 내지 4의 어느 한 항에 기재된 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 중화 공정은 상기 노광 공정 전에, 상기 레지스트를 상기 분위기에 노출시키는 제1 중화 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재된 발명은 청구항 1 내지 5의 어느 한 항에 기재된 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 중화 공정은 상기 노광 공정 후에, 상기 레지스트를 상기 분위기에 노출시키는 제2 중화 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 발명은 청구항 1 내지 6의 어느 한 항에 기재된 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 소정 범위가 1ppb 이상 10ppb 이하인 것을 특징으로 한다.

〈실시예〉

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 공통되는 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복 설명을 생략한다.

〈제1 실시예〉

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 패턴 형성 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면을 도시한다.

본 실시예의 패턴 형성 방법에서는 우선, 도 1의 a에 도시한 바와 같이 기판(10) 상에 화학 증폭계의 레지스트(12)가 도포된다.

다음으로, 기판(10)은 도 1의 b에 도시한 제1 부스(30) 내에 반입된다. 제1 부스(30)에는 도시하지 않은 염기성 물질 공급 기구와 감압 기구가 접속되어 있다. 제1 부스(30) 내의 분위기는 염기성 물질 공급 기구에 의해 암모니아 등의 염기성 물질이 적절하게 공급됨으로써, 염기성 이온 농도(암모니아 농도 및 다른 염기성 이온 농도)가 소정 농도가 되도록 구체적으로는 그 농도가 1∼10ppb의 범위 내, 보다 바람직하게는 1∼5ppb의 범위 내에 들어가도록 제어되고 있다.

또한, 제1 부스(30)의 내부는 감압 기구에 의해 대기압에 비하여 낮은 감압 분위기로 되어 있다. 제1 부스(30)의 내부를 이와 같이 감압 분위기로 하면, 제1 부스(30) 내의 암모니아나 다른 염기성 이온이 제1 부스(30) 밖으로 누설되지 않 고, 이들이 다른 공정에 악영향을 주는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

기판(10)은 제1 부스(30)를 통과한 후, 도 1의 c에 도시한 바와 같이 노광 공정으로 들어간다. 노광 공정에서는 하프톤 마스크(32)를 이용하여 레지스트(12)에 노광 광을 조사한다. 본 실시예에서 이용되는 하프톤 마스크(32)는 도 3에 도시한 종래의 하프톤 마스크(16)와 거의 동일한 구조를 갖고 있다. 단지, 본 실시예에 있어서의 하프톤 마스크(32)는 종래의 하프톤 마스크(16)에 비하여 시프터(22)의 영역이 보다 큰 투과율을 나타내도록 형성되어 있다. 구체적으로는 종래의 하프톤 마스크(16)에서는 시프터(22)의 투과율이 통상은 4∼6%로 되는데 반해, 본 실시예에서는 시프터(22)의 영역에 대하여 4∼20%의 범위에서 원하는 투과율이 주어진다.

노광 공정의 종료 후, 기판(10)은 도 1의 d에 도시한 제2 부스(34) 내에 반입된다. 제2 부스(34)에는 제1 부스(30)의 경우와 마찬가지로, 도시하지 않은 염기성 물질 공급 기구와 감압 기구가 접속되어 있다. 그리고, 제2 부스(34) 내의 분위기는 염기성 물질 공급 기구에 의해 암모니아 등의 염기성 물질이 적절하게 공급됨으로써, 염기성 이온 농도(암모니아 농도 및 다른 염기성 이온 농도)가 소정 농도가 되도록, 구체적으로는 그 농도가 1∼10ppb의 범위 내, 보다 바람직하게는 1∼5ppb의 범위 내에 들어가도록 제어되고 있다.

또한, 제2 부스(34)의 내부는 감압 기구에 의해 대기압에 비하여 낮은 감압 분위기로 되어 있다. 제2 부스(34)의 내부를 이와 같이 감압 분위기로 하면, 제2 부스(34) 내의 암모니아나 다른 염기성 이온이 제2 부스(34) 밖으로 누설되지 않 고, 이들이 다른 공정에 악영향을 주는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

기판(10)은 제2 부스(34)를 통과한 후, 도 1의 e에 도시한 바와 같이 현상 공정으로 들어간다. 레지스트(12)는 이 현상 공정으로 처리됨으로써, 소정의 패턴으로 패터닝된다.

상술한 바와 같이 본 실시예에서는 노광 공정에 있어서 하프톤 마스크(32)가 이용된다. 또한, 그 하프톤 마스크(32)는 시프터(도 3 중에 부호 22를 붙여 나타내는 부분에 대응)가 비교적 큰 투과율(4∼20%)로 노광 광을 투과시키도록 형성되어 있다. 이 때문에, 본 실시예의 패턴 형성 방법에 따르면, 전사 패턴이 미세하여도, 레지스트(12) 상의 전사 패턴에 대응하는 부분(이하, 「패턴 대응 부분」이라 함)에 충분한 강도로 노광 광을 조사할 수 있다.

그러나, 시프터가 큰 투과율을 갖는 하프톤 마스크(32)가 이용되는 경우, 레지스트(12) 상에서 본래는 감광시켜서는 안 되는 부분, 보다 구체적으로는 시프터의 바로 아래에 위치하는 부분(이하, 「시프터 대응 부분」이라 함)에도, 어느 정도 노광 광의 영향이 미친다. 이 때문에, 하프톤 마스크(32)는 레지스트(12)의 시프터 대응 부분에 딤플을 발생시키기 쉽다고 하는 문제를 갖고 있다.

그런데, 본 실시예에 있어서 이용되는 화학 증폭계의 레지스트(12)는 광의 조사를 받으면 산을 발생하여 활성화된다. 그리고, 현상 공정이 실행되면, 활성화된 부분이 제거됨으로써 레지스트(12)가 패터닝된다.

상술한 바와 같이 본 실시예에서는 현상 공정에 앞서서, 레지스트(12)가 도포된 기판(10)이 소정의 염기성 이온 농도를 갖는 분위기에 노출된다. 보다 구체 적으로는 기판(10)은 노광 공정에 앞서서, 제1 부스(30)의 내부에서 염기성 이온 농도가 소정치로에 관리된 분위기에 노출되고, 또한 노광 공정 직후에, 제2 부스(34)의 내부에서 염기성 이온 농도가 소정치로에 관리된 분위기에 노출된다.

제1 부스(30)를 이용한 상기한 처리에 따르면, 노광 공정에 앞서서, 레지스트(12)의 표면 부근에 암모니아 등의 염기성 이온을 부착 또는 혼입시킬 수 있다. 이들 염기성 이온에 따르면, 노광 공정 시에 레지스트(12)의 시프터 대응 부분에 생기는 산을 중화하고, 그 부분의 활성화를 억제할 수 있다.

또한, 제2 부스(34)를 이용한 상기한 처리에 따르면, 노광 공정 직후에, 레지스트(12)의 표면 부근에 암모니아 등의 염기성 이온을 부착 또는 혼입시킬 수 있다. 이들 염기성 이온에 따르면, 노광 공정 시에 레지스트(12)의 시프터 대응 부분에 발생한 산을 중화하고, 그 부분에서 활성화한 레지스트(12)를 불활성화시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시예의 패턴 형성 방법에 따르면, 하프톤 마스크(32)의 시프터가 큰 투과율을 나타내는 것에 상관없이, 레지스트(12)의 시프터 대응 부분이 충분히 불활성화한 상태에서 현상 공정을 개시할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 패턴 형성 방법에 따르면, 현상 공정 후에, 시프터 대응 부분에 딤플이 발생한다고 하는 문제를 유효하게 해결할 수 있다.

제1 부스(30)를 이용한 상기한 처리, 또는 제2 부스(34)를 이용한 상기한 처리는 레지스트(12)의 패턴 대응 부분의 표면 부근에도 염기성 이온을 부착시키거나, 혼입시킨다. 따라서, 레지스트(12)의 패턴 대응 부분의 표면에는 현상 처리에 의해 제거되기 어려운 난용화층이 형성된다.

그러나, 본 실시예에서는 제1 부스(30)내 및 제2 부스(34) 내의 염기성 이온 농도가 상기와 같이 1ppb∼10ppb의 범위, 보다 바람직하게는 1ppb∼5ppb의 범위로 관리되어 있다. 이러한 염기성 이온 농도에 따르면, 시프터 대응 부분에서 레지스트(12)를 충분히 불활성화시키면서, 패턴 대응 부분에서의 난용화층의 발생을 충분히 억제할 수 있다. 이 때문에, 본 실시예의 패턴 형성 방법에 따르면, 미세한 전사 패턴을 정밀도 있게 레지스트(12) 상에 패터닝할 수 있다.

그런데, 상술한 실시예에 있어서는 제1 부스(30) 및 제2 부스(34)에 기판 (10)을 통과시킴으로써 레지스트(12)의 표면 부근에 염기성 이온을 부착 또는 혼입시키는 것으로 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 소정 농도의 암모니아 가스 등을 레지스트(12) 표면에 내뿜음으로써 레지스트(12)의 표면 부근에 염기성 이온을 부착 또는 혼입시키는 것도 좋다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는 노광 공정의 전후에, 레지스트(12)의 표면에 염기성 이온을 공급하는 공정을 2회 실행하는 것으로 하고 있지만, 이들은 항상 조합해서 이용할 필요는 없다. 즉, 레지스트(12)의 표면에 염기성 이온을 공급하는 공정은 노광 공정 전에 1회 실행하는 것만으로도, 또한 노광 공정 후에 1회 행하는 것만으로도 좋다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는 제1 부스(30) 및 제2 부스(34)를 감압 분위기로 유지하는 것으로 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 부스(30) 및 제2 부스(34)는 각각 상압 분위기로 유지되고 있어도 좋고, 또는 가압 분위기로 유지되고 있어도 좋다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는 제1 부스(30) 내의 염기성 이온 농도와, 제2 부스(34) 내의 염기성 이온 농도를 동일하게 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 이들 농도는 필요에 따라 상호 다른 농도로 하여도 좋다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 하프톤 마스크가 이용됨으로써 활성화하는 레지스트 상의 시프터 대응 부분을 현상 공정에 앞서서 불활성화시킬 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 따르면, 시프터 대응 부분에서의 딤플 발생을 방지하면서, 미세한 전사 패턴을 정밀도 있게 레지스트 상에 패터닝할 수 있다.

Claims (7)

1. 사진 제판에 의한 패턴 형성 방법에 있어서,

   기판 상에 화학 증폭계 레지스트를 도포하는 도포 공정과,

   시프터의 영역에 6% 초과 20% 이하의 투과율을 갖는 하프톤 마스크를 이용하여 상기 레지스트를 노광하는 노광 공정과,

   상기 레지스트를 현상하는 현상 공정과,

   상기 도포 공정과 상기 노광 공정 사이, 및 상기 노광 공정과 상기 현상 공정 사이 중 적어도 어느 하나에 있어서, 상기 기판 상에 도포된 상기 레지스트를 염기성 이온 농도가 1ppb 이상 10ppb 이하로 관리된 분위기에 노출시키는 중화 공정

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 중화 공정은 상기 레지스트가 도포된 상기 기판을 염기성 이온 농도가 소정 범위 내로 관리된 부스에 통과시킴으로써 행하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 부스 내의 염기성 이온 농도가 소정 범위 내가 되도록 상기 부스 내에 염기성 이온을 공급하는 관리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 부스를 감압 분위기로 하는 감압 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 중화 공정은 상기 노광 공정 전에 상기 레지스트를 상기 분위기에 노출시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 중화 공정은 상기 노광 공정 후에 상기 레지스트를 상기 분위기에 노출시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
7. 삭제

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