KR100929734B1 - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 공기 굴절 계수보다 크고 PR의 굴절 계수 보다 작은 서멀 수지(resin) 물질을 형성한 후 노광 공정을 수행하여 해상도 및 초점심도(DoF) 모두 향상시킨 패턴을 형성함으로써, 기존에서와 같이 CD 균일성에 열화가 발생하게 되는 문제점을 해결할 수 있으며, 또한, 동일한 수준의 공정 및 장비를 통해 렌즈의 NA 조건 보다 향상된 초점심도 마진을 얻을 수 있다.
서멀 수지(resin), 노광, 현상, 패턴

Description

반도체 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING OF SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 포토 리소그라피(Photo lithography) 공정에서의 마진(margin)을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이 반도체 소자의 테크놀로지 노드(technology node)는 주로 포토 리소그라피 공정에서 마진을 확보할 수 있는 해상도에 따라 결정된다.
이러한 포토 리소그라피 공정에서 마진 확보를 위한 기술은 노광 파장의 단파장화, 특수 광원 형태의 개발, 마스크(mask) 수준에서의 신기술 개발, 웨이퍼 수준의 신기술 개발 그리고 마지막으로 새로운 이미징 렌즈 시스템(imaging lens system)의 개발 등이 있다.
이들 중 노광 파장의 단파장화의 기술은 극자외선(Extreme Ultraviolet Explorer) 리소그라피에 대한 개발 등이 있으나 이러한 광원을 적용할 수 있는 레지스트 기술의 한계 및 이에 맞는 렌즈 시스템의 개발 한계 등에 많은 문제가 발견되며 뚜렷한 해결책을 찾지 못하고 있는 실정이다.
다음으로, 특수 광원 형태의 개발과 마스크(mask) 수준에서의 신기술 개발 및 웨이퍼 수준의 신기술 개발의 기술은 근본적으로 광학적인 해상도 한계를 해결할 수는 없는데 반하여, 이에 대하여 근본적으로 해상도 향상을 위해 새로운 이미징 렌즈 시스템(imaging lens system)의 개발에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔다.
이러한 기술로서 최근 주목을 받는 기술에는 이머젼 리소그라피(immersion lithography) 기술인데, 이는 웨이퍼와 렌즈 사이 공기 보다 굴절 계수가 높은 액체를 채워 유효 조리개 구경(Numerical Aperture, 이하, NA라 함)을 높이는 하이퍼(hyper) NA 개념을 사용하는 방법이다.
그러나, 상기한 바와 같이 동작되는 종래 기술에서 패턴의 해상 가능한 최소 선폭(Critical Dimension, CD) 크기가 1/NA에 비례하는 반면에, 초점심도(DoF) 마진은 1/(NA)2에 비례하므로 해상도가 향상되는 대신 마진이 급격히 감소하게 되는 문제가 생기게 된다. 이와 같이 마진이 감소하는 경우 상대적으로 초점에 대한 요동이 적은 FEOL 층에서보다 기판의 단차가 급격히 커지는 BEOL 패턴을 형성할 때 CD 균일성(uniformity)에 열화가 발생하게 되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 공기 굴절 계수보다 크고 PR의 굴절 계수 보다 작은 서멀 수지(resin, 이하, resin이라 함) 물질을 형성한 후 노광 공정을 수행하여 해상도 및 초점심도 모두 향상시킨 패턴을 형성할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 반도체 기판 상부에 바크(BARC)막과 감광막(PR) 및 서멀 수지를 순차적으로 형성하는 단계와, 형성된 서멀 수지에 대하여 노광 공정을 수행하는 단계와, 노광이 수행된 상태에서, 현상(develop) 공정을 수행하여 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 BARC막 및 PR은, 소프트 베이크(soft bake) 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 서멀 수지는, 공기의 굴절 계수 n=1 보다 크고, 형성된 PR의 굴절 계수 n=1.7 보다 작은 굴절 계수를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 노광 공정을 수행하는 단계는, 노광 빛이 PR에 입사되기 전에 1차 굴절을 일으켜 하이 조리개 구경(NA) 값에 의해 로우 초점심도/하이 리솔루션의 인텐시티 프로파일을 하이어(higher) 초점심도/하이 리솔루션 프로파일로 변형시키는 것을 특징으로 한다.
상기 현상 공정에 의해 형성된 서멀 수지가 모두 제거되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 공기 굴절 계수보다 크고 PR의 굴절 계수 보다 작은 서멀 resin 물질을 형성한 후 노광 공정을 수행하여 해상도 및 초점심도 모두 향상시킨 패턴을 형성함으로써, 기존에서와 같이 CD 균일성에 열화가 발생하게 되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 동일한 수준의 공정 및 장비를 통해 렌즈의 NA 조건 보다 향상된 초점심도 마진을 얻을 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대한 각 공정별 수직 단면도이다.
즉, 도 1a를 참조하면, 반도체 기판(101) 상부에 포토 리소그라피 패턴을 위한 바크(Bottom Anti-Reflective Coating, BARC)막(103)과 감광막(Photo Resist, PR)(105)을 순차적으로 형성한다. 이때, 소프트 베이크(soft bake) 공정을 진행하여 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 형성된 PR(105) 상부에 서멀 resin(107)을 일 예로, 도 1b에 도시된 바와 같이 형성한다. 여기서, 서멀 resin(107)은 공기의 굴절 계수 n=1 보다 크고, 하부에 형성된 PR(105)의 굴절 계수 n=1.7 보다 작은 굴절 계수를 갖는다. 또한 이 서멀 resin(107)은 photo sensitive한 PAG 등이 포함되어 있지 않은 물질이므로 노광에 의해 크로스 링크(cross link)가 형성되는 국부적인 경화가 일어나지 않는다. 또한 도 1a에서와 같이 소프트 베이크 공정을 진행하였기 때문에 PR(105) 의 솔벤트(solvent)를 휘발시킨 상태이므로 PR(105)과 서멀 resing(107)과의 믹싱은 일어나지 않는다.
다음에, 형성된 서멀 resin(107)에 대하여 일 예로 도 1c에 도시된 바와 같이 포토 마스크(109)를 통해 노광(111)을 수행한다.
이때, PR(105) 상부에 형성된 서멀 resin(107)은 도 2a에 도시된 바와 같이 노광(111) 빛이 PR(105)에 θ1의 각으로 입사되기 전에 1차 굴절을 일으키게 되므로 하이(high) NA 값에 의해 로우(low) 초점심도/하이(high) 리솔루션(resolution)의 인텐시티 프로파일(intensity profile)을 하이어(higher) 초점심도/하이 리솔루션 프로파일(high resolution profile)로 변형시킨다. 여기서, 도 2b는 θ1의 각이 θ2의 각보다 큰 경우 노광되는 것을 도시한 도면이다.
즉, 웨이퍼 수준에서의 유효 NA는 궁극적으로 NA=n*sinθ 꼴로 주어지므로 포토 마스크(photo mask)의 패턴은 하이(high)-NA에 의해 서멀 resin(107) 상부까지 하이 리솔루션 이미지(high resolution image)를 얻을 수 있다.
이후 서멀 resin(107)을 통과하며 발생하는 1차 굴절에 의해 유효 입사각이 근사적으로 nair/nresin 정도로 줄어들게 되므로 PR(105)에 입사되는 인텐시티 프로파일 이미지(intensity profile image)에 대한 해상도는 서멀 resin(107)에 형성되는 이미지와 같으나 초점심도 측면에서는 로우(low) NA 인 경우의 값을 갖게 된다. 예컨대, 공기의 굴절 계수를 n=1, 서멀 resin(107)의 굴절 계수를 n=1.6, lens(hyper-)NA가 1 이라고 가정할 경우, 유효 NA 값은 근사적으로 NA’∼n*sin[90 ˚*(1/1.6)]∼n*0.83∼0.83 정도가 된다.
마지막으로, PEB 수행 후 종전 공정과 동일하게 현상(develop) 공정을 수행하여 일 예로 도 1d에 도시된 바와 같이 패턴을 형성한다.
여기서, PR(105)의 PEB 온도는 대략 섭씨 100℃ 수준으로 서멀 resin(107)을 경화시킬 수 있는 온도인 섭씨 200℃ 보다 한참 낮은 온도이므로, 여전히 서멀 resin(107)의 경화는 일어나지 않는다. 또한 서멀 resin(107)의 특성에 따라 섭씨 200 ℃ 이상의 온도에서 표면 경화(hardening) 공정을 거치지 않은 서멀 resin(107)은 현상기에 의해 녹게 되므로 최종 현상 공정에 의해 상부에 형성된 서멀 resin(107)은 모두 녹게 되고 이후 종래의 공정과 동일하게 노광 후 PR(105)에는 해상도 및 초점심도 모두 향상된 상태로 패턴이 형성되게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 공기 굴절 계수보다 크고 PR의 굴절 계수 보다 작은 서멀 resin 물질을 형성한 후 노광 공정을 수행하여 해상도 및 초점심도 모두 향상시킨 패턴을 형성함으로써, 기존에서와 같이 CD 균일성에 열화가 발생하게 되는 문제점을 해결할 수 있고, 또한, 동일한 수준의 공정 및 장비를 통해 렌즈의 NA 조건 보다 향상된 초점심도 마진을 얻을 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대한 각 공정별 수직 단면도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 이미징 NA 값은 그대로이면서 PR 입사 시 초점의 심도가 향상됨을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 반도체 기판 103 : BARC막
105 : PR 107 : 서멀 resin
109 : 포토 마스크 111 : 노광

Claims (5)

  1. 반도체 기판 상부에 바크(BARC)막과 감광막(PR) 및 서멀 수지(resin)를 순차적으로 형성하는 단계와,
    상기 형성된 서멀 수지에 대하여 노광 빛이 상기 PR에 입사되기 전에 1차 굴절을 일으켜 하이 조리개 구경(NA) 값에 의해 로우 초점심도/하이 리솔루션의 인텐시티 프로파일을 하이어(higher) 초점심도/하이 리솔루션 프로파일로 변형시켜 노광 공정을 수행하는 단계와,
    상기 노광이 수행된 상태에서, 현상(develop) 공정을 수행하여 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 BARC막 및 PR은, 소프트 베이크(soft bake) 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서멀 수지는, 공기의 굴절 계수 n=1 보다 크고, 상기 형성된 PR의 굴절 계수 n=1.7 보다 작은 굴절 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 현상 공정에 의해 상기 형성된 서멀 수지가 모두 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5547813A (en) * 1992-09-17 1996-08-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of forming a fine resist pattern of high resolution using a contrast enhancement layer
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5547813A (en) * 1992-09-17 1996-08-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of forming a fine resist pattern of high resolution using a contrast enhancement layer
JP2005136244A (ja) * 2003-10-31 2005-05-26 Semiconductor Leading Edge Technologies Inc 露光方法
JP2007049026A (ja) * 2005-08-11 2007-02-22 Renesas Technology Corp 微細パターンの形成方法およびその形成材料

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