KR101022504B1 - Improvement apparatus of photoresist's undercut line Pattern and improvement method in the interference lithography - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간섭 리소그래피 공정 파라미터만을 변경하여 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선하기 위한 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치 및 개선방법에 관한 것으로, 상기 간섭 리소그래피 또는 홀로그래픽 리소그래피에서 실리콘 웨이퍼 기판과 포토레지스트 경계면에서 기판의 높은 반사율과 수직방향의 정재파에 의한 언더컷 라인 패턴이 형성된다. 이 패턴을 수직한 사각형 패턴으로 만들기 위해서 무반사 코팅층, 추가 레이어 증착 또는 기판 재질 변경을 사용하지 않고 간섭 리소그래피의 공정 파라미터만을 변경하여 실리콘 웨이퍼 위의 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 수직한 사각형 패턴으로 만들기 위한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for improving an undercut line pattern of a photoresist for improving an undercut line pattern of a photoresist by changing only an interference lithography process parameter. The present invention relates to a silicon wafer substrate and a photoresist interface in an interference lithography or holographic lithography. The undercut line pattern is formed by the high reflectance of the substrate and the standing wave in the vertical direction. To make this pattern a vertical rectangular pattern, to change the process parameters of the interference lithography without using an antireflective coating, additional layer deposition, or substrate material change, to make the undercut line pattern of the photoresist on the silicon wafer into a vertical rectangular pattern. will be.

간섭 리소그래피, 홀로그래픽, 무반사 코팅층, 반사율, 언더컷 라인 패턴 Interference lithography, holographic, antireflective coating, reflectivity, undercut line pattern

Description

간섭 리소그래피에서 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치 및 개선방법{Improvement apparatus of photoresist's undercut line Pattern and improvement method in the interference lithography}Improvement apparatus of photoresist's undercut line Pattern and improvement method in the interference lithography

본 발명은 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선 장치 및 개선방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간섭 리소그래피 공정 파라미터만을 변경하여 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선하기 위한 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치 및 개선방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for improving an undercut line pattern of a photoresist, and more particularly, to an apparatus and a method for improving an undercut line pattern of a photoresist for improving an undercut line pattern of a photoresist by changing only an interference lithography process parameter. It is about.

최근 정보 통신 분야의 급속한 발달과, 컴퓨터와 같은 정보 매체의 대중화에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 또한, 그 기능적인 면에 있어서 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되고 있다. 이에 따라, 상기 반도체 장치의 제조 기술은 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 극대화하는 방향으로 연구 개발되고 있다.Recently, with the rapid development of the information and communication field and the popularization of information media such as computers, semiconductor devices are also rapidly developing. In terms of its functionality, the semiconductor device is required to operate at a high speed and to have a large storage capacity. Accordingly, the manufacturing technology of the semiconductor device has been researched and developed to maximize the degree of integration, reliability, and response speed.

일반적으로 반도체 장치의 제조 기술은 크게 반도체 기판 상에 가공막을 형성하는 증착(deposition)공정과, 상기 증착공정으로 형성된 가공막 상에 피가공막을 형성하여 패터닝하는 포토리소그래피(photolithography) 공정으로 이루어진다.In general, a semiconductor device manufacturing technology includes a deposition process of forming a process film on a semiconductor substrate and a photolithography process of forming and patterning a process film on the process film formed by the deposition process.

상기 포토리소그래피 공정은 가공막이 형성된 반도체 기판 상에 피가공막을 형성하여 구현하고자 하는 가공막 상부의 피가공막이 남도록 피가공막을 패터닝하는 사진공정과, 상기 패터닝된 피가공막에 의해 노출되는 가공막을 선택적으로 제거하는 식각공정과, 세정액을 이용하여 식각공정 시 이용된 피가공막 및 상기 식각공정에 의한 부산물을 완전히 제거하여 식각공정으로부터 식각되지 않은 가공막만이 남도록 세정하는 세정공정으로 구분된다. 여기서, 상기 사진공정은 노광장치에서 입사되는 노광에너지에 의해 포토레지스트 패턴의 임계치수가 결정될 수 있다.The photolithography process is performed by forming a processing film on a semiconductor substrate on which a processing film is formed, and a photo process for patterning the processing film so that the processing film on the upper processing film remains, and selectively processing the processing film exposed by the patterned processing film. It is divided into an etching process to remove the by-process, and a cleaning process to clean the processed film used during the etching process using the cleaning solution and by-products by the etching process to completely remove only the unetched processed film from the etching process. In the photographing process, the critical dimension of the photoresist pattern may be determined by the exposure energy incident from the exposure apparatus.

그리고, 홀로그래픽 또는 간섭 리소그래피는 연속적인 2차원의 주기적인 어레이내에 미크론보다 작은 크기를 갖는 구조를 창출하기 위한 기법으로서, 단일 레이저로부터 유도되는 다중 광 빔들의 상호 결합을 이용하고 있으며, 상기 빔들은 공간의 선택된 구역내에서 중첩되고 레이저 파장에 비례하는 스케일로 반복되는 밝고 어두운 영역들의 패턴 또는 프린지 패턴을 생성하기 위해 서로 간섭된다. Holographic or interferometric lithography is a technique for creating a structure having a size smaller than microns in a continuous two-dimensional periodic array, which uses mutual coupling of multiple light beams derived from a single laser. Interfere with each other to create a pattern or fringe pattern of bright and dark areas that overlap within a selected region of space and repeat on a scale proportional to the laser wavelength.

상기와 같은 기법을 이용하고 있는 종래의 간섭 리소그래피 분야에 있어서는, 실리콘 웨이퍼 기판 위의 포토레지스트를 노광 후 패터닝할 때 기판의 높은 반사율과 수직방향의 정재파에 의한 언더컷 라인 패턴이 발생하게 되는데 이것을 개선하기 위하여 무반사 코팅층 또는 저 반사율 기판 그리고 포토레지스트와 굴절율이 비슷한 기판 재료를 사용하고 있다. In the conventional interference lithography field using the above technique, when the photoresist on a silicon wafer substrate is patterned after exposure, a high reflectance of the substrate and an undercut line pattern due to vertical standing waves are generated. For this purpose, an antireflective coating layer or a low reflectivity substrate and a substrate material having a refractive index similar to that of the photoresist are used.

즉, 상기 정재파에 의한 언더컷 라인 패턴을 개선하기 위한 종래의 간섭 리소그래피 기술분야에서는, 도 2에 도시된 바와 같은 형태인 실리콘 웨이퍼 기판(1) 위에 무반사 코팅층(Anti-Reflective Coating;ARC, BARC, 2) 또는 다른 물질(SiO2, Si3N4.., 2)을 실리콘 웨이퍼 기판(1)과 포토레지스트(3) 사이에 도포하여 포토레지스트(3)의 언더컷 라인 패턴(6)을 도 1에서 처럼 개선하였다. That is, in the conventional interference lithography technology for improving the undercut line pattern caused by the standing wave, an anti-reflective coating (ARC, BARC, 2) on the silicon wafer substrate 1 having a shape as shown in FIG. ) Or other material (SiO 2 , Si 3 N 4 .., 2) is applied between the silicon wafer substrate 1 and the photoresist 3 to form the undercut line pattern 6 of the photoresist 3 in FIG. 1. Like this.

그러나, 상기와 같은 기술은 공정 순서에서 있어서, 무반사 코팅층 또는 다른 추가 레이어를 도포하여 빛의 상(phase) 또는 반사율을 변화시키거나 수직 방향의 정재파를 억제시키기 위해서 무반사층 코팅 또는 다른 추가 층 도포 공정과 실리콘 웨이퍼 기판의 에칭 전에 무반사 코팅층과 다른 추가 레이어를 에칭해야 하는 공정이 추가되기 때문에 단가 상승 및 공정 시간이 길어지는 단점이 있었다. However, such a technique is, in the process sequence, an antireflective coating or other additional layer application process in order to apply an antireflective coating or another additional layer to change the phase or reflectance of light or to suppress standing waves in the vertical direction. In addition, since the process of etching the antireflective coating layer and other additional layers before the etching of the silicon wafer substrate is added, there is a disadvantage in that the unit cost increases and the process time is long.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선하기 위하여 실리콘 웨이퍼 기판 위에 무반사 코팅층이 없이 포토레지스트만 코팅하고 간섭 리소그래피 공정 파라미터만을 변경하여 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선할 수 있는 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치 및 개선방법을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention for solving the above problems, in order to improve the undercut line pattern of the photoresist coating the photoresist only without the antireflective coating layer on the silicon wafer substrate and only changing the interference lithography process parameters undercut line pattern of the photoresist It is to provide an apparatus and a method for improving the undercut line pattern of the photoresist that can be improved.

상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 간섭 리소그래피 공정 파라미터만을 변경하여 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선하기 위한 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치는 빛의 파장과 입사각을 조정함으로써 포토레지스트 패턴의 주기를 변경하는 로이드 미러 간섭계이며, 상기 로이드 미러 간섭계는, 단파장의 아르곤 이온 가스빔을 방출하는 레이저; 상기 레이저의 전방에 설치되어서 방출되는 빔을 필터링하는 공간 필터; 상기 빔의 방출 및 차단을 제어하는 셔터; 상기 셔터와 소정 거리로 이격되어 있는 스테이지에 회전가능하게 설치되어서 상기 레이저로부터 방출되는 빔을 직접 받으며, 포토레지스트가 도포되는 실리콘 웨이퍼 기판; 및 상기 스테이지에 회전가능하게 설치되고 상기 기판과 소정의 각도로 마주보게 설치되어서 상기 레이저로부터 방출되는 빔을 받아 상기 기판에 도포된 포토레지스트로 반사시켜서 상기 포토레지스트가 직접 받은 빔과 간섭이 일어나게 하는 미러;로 이루어진 것을 특징으로 한다.An apparatus for improving an undercut line pattern of a photoresist for improving an undercut line pattern of a photoresist by changing only an interference lithography process parameter according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, by adjusting the wavelength and the incident angle of light An Lloyd Mirror interferometer for changing the period of the photoresist pattern, the Lloyd Mirror interferometer, Laser for emitting a short wavelength argon ion gas beam; A spatial filter installed in front of the laser to filter the emitted beam; A shutter controlling emission and blocking of the beam; A silicon wafer substrate rotatably installed on a stage spaced from the shutter by a distance, receiving a beam emitted from the laser, and having a photoresist applied thereto; And rotatably installed on the stage and facing the substrate at a predetermined angle so that the beam emitted from the laser is reflected by the photoresist applied to the substrate to cause interference with the beam directly received by the photoresist. Mirror; characterized in that consisting of.

본 발명의 실시 예에 따른 간섭 리소그래피 공정 파라미터만을 변경하여 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선하기 위한 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선방법은, 실리콘 웨이퍼 기판 상의 이물질을 제거하는 기판 세정단계; 포토레지스트의 점착성을 증가시키기 위하여, 상기 기판 표면이 소수성(hydrophobic)을 갖도록 헥사메틸디실라제인(HMDS) 분위기(atmosphere)에 노출하여 처리하는 기판 처리단계; 상기 기판 표면에 포토레지스트를 증착하는 단계; 상기 포토레지스트 내에 함유된 솔벤트 성분을 제거하기 위한 소프트 베이크 단계; 레이저로부터 방출된 빔의 일부를 상기 기판 위에 도포된 포토레지스트로 향하게 하고 나머지 일부를 미러로 향하게 하여 간섭 패턴이 일어나게 하는 레이저 노광단계; 상기 포토레지스트에 남아 있는 솔벤트 성분을 최소화하기 위한 포스트 베이크 단계; 상기 포토레지스트의 종류에 따라 노광된 부분이 현상액에 용해되어 제거되게 하거나 노광되지 않은 부분이 현상액에 용해되어 제거되게 하는 현상단계; 상기 포토레지스트 상의 현상액을 세정하는 린스단계; 및 상기 현상 및 린스단계를 거칠 때 팽창되어진 포토레지스트 패턴을 응집시켜서 프로파일을 형상시키키 위해 유리 전이 온도 이상에서 행해지는 하드 베이크 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of improving an undercut line pattern of a photoresist for improving an undercut line pattern of a photoresist by changing only an interference lithography process parameter may include: cleaning a substrate on a silicon wafer substrate; A substrate processing step of treating the substrate surface by exposing it to hexamethyldisilazane (HMDS) atmosphere so that the substrate surface is hydrophobic; Depositing a photoresist on the substrate surface; A soft bake step for removing the solvent component contained in the photoresist; A laser exposure step of directing a portion of the beam emitted from the laser to a photoresist applied on the substrate and directing the remaining portion to a mirror to cause an interference pattern; A post bake step to minimize the solvent component remaining in the photoresist; A developing step of dissolving and exposing the exposed part in a developer according to the type of photoresist or dissolving and removing the unexposed part in a developer; A rinse step of washing the developer on the photoresist; And a hard bake step performed at a glass transition temperature or higher to agglomerate the expanded photoresist pattern when the developing and rinsing step is performed to form a profile.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치 및 개선방법을 이용하게 되면, 무반사 코팅층 없이 실리콘 웨이퍼 기판 위에 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선함으로써 추가 레이어에 따른 추가 공정, 경비 상승 및 공정 시간 증가를 제거할 수 있고, 이에 의해 실리콘 웨이퍼가 에칭된 그레이팅(grating)과 그리더(grid)를 쉽게 그리고 아주 저 비용으로 형성할 수 있는 효과가 있으며, 또한 상기와 같이 형성된 그레이팅과 그리더는 나노임프린터 리소그래피 기술의 스탬프로도 사용이 가능하다.When using the apparatus and method for improving the undercut line pattern of the photoresist according to the present invention as described above, by further improving the undercut line pattern of the photoresist on the silicon wafer substrate without the anti-reflective coating layer, additional process, cost increase and The increase in processing time can be eliminated, thereby allowing the silicon wafer to form etched gratings and grids easily and at very low cost, and also the gratings and grids formed as described above. Can also be used as a stamp for nanoimprinter lithography technology.

이하, 본 발명에 따른 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선 장치 및 개선방법에 대한 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of an apparatus and a method for improving an undercut line pattern improvement of a photoresist according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치를 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선방법에 대한 공정 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따라 실리콘 웨이퍼 위의 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴이 개선된 이미지를 보인 단면도이고, 도 6은 도 5의 부분 확대단면 도식도이고, 도 7은 본 발명에 따라 실리콘 웨이퍼 위의 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 이미지를 보인 단면도이며, 도 8은 도 7의 부분 확대 단면 도식도이다.3 is a cross-sectional view illustrating an apparatus for improving an undercut line pattern of a photoresist according to the present invention, FIG. 4 is a process flowchart of a method for improving an undercut line pattern of a photoresist according to the present invention, and FIG. 5 is a silicon wafer according to the present invention. The cross-sectional view showing an improved image of the undercut line pattern of the above photoresist, Figure 6 is a partially enlarged cross-sectional schematic of Figure 5, Figure 7 shows an undercut line pattern image of the photoresist on a silicon wafer in accordance with the present invention It is sectional drawing, and FIG. 8 is a partially expanded sectional schematic diagram of FIG.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 간섭 리소그래피 공정 파라미터만을 변경하여 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선하기 위한 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치는 로이드 미러 간섭계(100)이며, 그는 레이저(10), 공간 필터(20), 셔터(30), 기판(40) 및 미러(50)로 구성된다.As shown in FIG. 3, an apparatus for improving an undercut line pattern of a photoresist for improving an undercut line pattern of a photoresist by changing only an interference lithography process parameter according to an embodiment of the present invention is an Lloyd Mirror interferometer 100. It consists of the laser 10, the space filter 20, the shutter 30, the board | substrate 40, and the mirror 50. As shown in FIG.

상기 로이드 미러 간섭계(Lloyd's mirror interferometer, 100)는 사용하는 빛의 파장과 입사각을 조정함으로써 포토레지스트 패턴의 주기를 변경할 수 있으며 마이크로부터 나노 사이즈의 패터닝을 가능하게 하고, 실리콘 웨이퍼의 기판(40)을 회전시키면서 더블 노광을 하게 함으로써 라인 패턴 이외의 패턴을 형성할 수 있게 한다. The Lloyd's mirror interferometer (100) can change the period of the photoresist pattern by adjusting the wavelength and incidence angle of light to be used, enabling micro-to-nano patterning, and removing the substrate 40 of the silicon wafer. The double exposure is performed while rotating to form a pattern other than the line pattern.

그리고, 상기와 같은 본 발명에 사용된 로이드 미러 간섭계(100)의 가격은 일반적인 포토리소그래피 장비의 가격보다 아주 낮다 할 수 있다.And, the price of the Lloyd Mirror interferometer 100 used in the present invention as described above can be said to be much lower than the price of general photolithography equipment.

상기 레이저(10)는 아르곤 이온 가스빔(15, 이하 "빔"이라 함)을 방출하는 장치로서, 레이저(10)로부터 방출되는 빔(15)은 364㎚ 단파장의 빛이다.The laser 10 is an apparatus for emitting an argon ion gas beam 15 (hereinafter referred to as a "beam"), and the beam 15 emitted from the laser 10 is light of 364 nm short wavelength.

상기 공간 필터(20)는 레이저(10)의 전방에 설치되어서 방출되는 빔(15)을 필터링하는 역할을 한다.The spatial filter 20 is installed in front of the laser 10 to filter the beam 15 emitted.

상기 공간 필터(20)는 레이저(10)로부터 소정의 간격으로 이격되게 설치되어서 방출되는 빔(15)을 모아주는 대물렌즈(22)와, 상기 대물렌즈(22)에 의해 모아진 빔(15)을 관통시키는 핀홀(24)로 구성된다.The spatial filter 20 is provided with an objective lens 22 collecting the beam 15 emitted by being spaced apart from the laser 10 at a predetermined interval, and the beam 15 collected by the objective lens 22. It consists of a pinhole 24 for penetrating.

상기 셔터(30)는 핀홀(24)의 전방 소정의 간격으로 이격되게 설치되어서 핀홀(24)을 관통하는 빔(15)을 기판(40) 및 미러(50)를 향하여 방출 및 차단하는 역할을 한다.The shutter 30 is installed at a predetermined interval in front of the pinhole 24 so as to emit and block the beam 15 passing through the pinhole 24 toward the substrate 40 and the mirror 50. .

그리고, 상기 셔터(30)의 개방 정도에 따라 빔(15)의 파장과 입사각이 조정되는 것이 가능하다.In addition, the wavelength and the incident angle of the beam 15 may be adjusted according to the opening degree of the shutter 30.

상기 기판(40)은 실리콘 웨이퍼로서 셔터(30)와 소정 거리로 이격되어 있는 스테이지(5)에 회전가능하게 설치되어서 레이저(10)로부터 방출되는 빔(15)을 직접 적으로 받는다.The substrate 40 is a silicon wafer rotatably installed on the stage 5 spaced apart from the shutter 30 by a predetermined distance to directly receive the beam 15 emitted from the laser 10.

그리고, 상기 기판(40) 상에는 언더컷 라인 패턴이 형성될 포토레지스트(45)가 도포된다.The photoresist 45 on which the undercut line pattern is to be formed is coated on the substrate 40.

여기서, 상기 포토레지스트(45)의 재질은 에이제트 지엑스알 601(AZ GXR601)의 폴리머를 사용하였고, 이 재질은 온도와 시간에 따라 리플로링(reflowing) 현상이 발생되게 한다.Here, the material of the photoresist 45 is a polymer of AZ GXR601 (AZ GXR601), and this material causes a reflowing phenomenon according to temperature and time.

상기 미러(50)는 스테이지(5)에 회전가능하게 설치되고 기판(40)과 소정의 각도로 마주보게 설치되어서 레이저(10)로부터 방출되는 빔(15)을 받아 기판(40)에 도포된 포토레지스트(45)로 반사시키는 역할을 한다.The mirror 50 is rotatably installed on the stage 5 and installed to face the substrate 40 at a predetermined angle to receive the beam 15 emitted from the laser 10 and applied to the substrate 40. It serves to reflect the resist 45.

여기서, 상기 기판(40)과 상기 미러(50)의 설치각도는 미러(50)에 의해 반사된 빔(15)이 상기 기판(40)에 도포된 포토레지스트(45)로 모두 향하게 하는 각도로 이루어지게 하는 것이 바람직하다.Here, the installation angles of the substrate 40 and the mirror 50 are at an angle to direct all the beams 15 reflected by the mirror 50 to the photoresist 45 applied to the substrate 40. It is desirable to make it.

상기 미러(50)에 의해 포토레지스트(45)로 반사된 빔(15)은 포토레지스트(45)가 직접 받은 빔(15)과 간섭이 일어나게 하여 간섭 패턴이 형성되게 한다.The beam 15 reflected by the mirror 50 to the photoresist 45 causes interference with the beam 15 directly received by the photoresist 45 to form an interference pattern.

즉, 상기 레이저(10)의 노광으로 인하여 레이저(10)로부터 방출된 빔(15)중 일부가 미러(50)에 의해 반사되어 기판(40) 위에 도포되어 있는 포토레지스트(45)로 향하게 하고 기판(40)으로 직접적으로 온 나머지 일부 빔(15)과 만나 간섭이 일어나게 함으로써, 이에 의해 포토레지스트(45)를 갖는 기판(40) 상에 간섭 패턴(6, 도 7 참조)이 형성되게 하는 것이다.That is, part of the beam 15 emitted from the laser 10 due to the exposure of the laser 10 is reflected by the mirror 50 to the photoresist 45 applied on the substrate 40 and the substrate Interfering with some of the remaining beams 15 directly coming to 40 causes interference, thereby forming an interference pattern 6 (see FIG. 7) on the substrate 40 with the photoresist 45.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치를 이용하여 포토레지스트 상의 언더컷 라인 패턴을 개선하기 위한 방법을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the method for improving the undercut line pattern on the photoresist using the apparatus for improving the undercut line pattern of the photoresist having the configuration as described above are as follows.

먼저, 본 발명에 따른 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선방법은, 도 4의 순서도를 통해 보인 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 기판(40) 세정단계(S11), 상기 기판처리단계(S12), 포토레지스트 증착단계(S13), 소프트 베이크단계(S14), 레이저 노광단계(S15), 포스트 베이크단계(S16), 현상단계(S17), 린스 단계(S18) 및 하드 베이크단계(S19)로 구성된다.First, the method of improving the undercut line pattern of the photoresist according to the present invention, as shown through the flow chart of Figure 4, the silicon wafer substrate 40 cleaning step (S11), the substrate processing step (S12), the photoresist deposition step (S13), soft bake step (S14), laser exposure step (S15), post bake step (S16), developing step (S17), rinse step (S18), and hard bake step (S19).

상기 기판(40)의 세정단계(S11)에서는 기판(40) 상에 부착된 먼지 등의 이물질이 에어나 세척수를 이용하여 제거되게 한다.In the cleaning step S11 of the substrate 40, foreign substances such as dust attached to the substrate 40 are removed using air or washing water.

상기 기판(40) 처리단계(S12)는 기판(40) 상에 포토레지스트(45)의 점착성을 증가시키기 위하여, 기판(40) 표면이 소수성(hydrophobic)을 갖도록 헥사메틸디실라제인(HMDS)과 같은 분위기(atmosphere)에 노출하여 처리한다.In order to increase the adhesiveness of the photoresist 45 on the substrate 40, the processing of the substrate 40 may include hexamethyldisilazane (HMDS) and the like so that the surface of the substrate 40 has hydrophobic properties. Treated by exposure to the same atmosphere.

상기 포토레지스트 증착단계(S13)는 기판(40) 표면에 포토레지스트(45)를 증착하는 공정으로서, 여기서는 스핀 코팅(spin coating)을 이용하는 것이 바람직하다.The photoresist deposition step (S13) is a process for depositing the photoresist 45 on the surface of the substrate 40, it is preferable to use spin coating here.

상기 소프트 베이크 단계(S14)는 포토레지스트(45) 내에 함유된 솔벤트 성분을 제거하기 위한 공정으로서, 포토레지스트의 유리 전이 온도 이하, 바람직하게는 90℃에서 1분 동안 수행한다.The soft bake step (S14) is a process for removing the solvent component contained in the photoresist 45, and is performed for 1 minute at a glass transition temperature of the photoresist, preferably 90 ° C. or less.

상기 레이저 노광단계(S15)는 레이저(10)로부터 방출된 빔(15)의 일부를 상기 기판(40) 위에 도포된 포토레지스트(45)로 향하게 하고 나머지 일부를 미러(50)로 향하게 하여 간섭 패턴이 일어나게 하는 공정이다.In the laser exposure step S15, a portion of the beam 15 emitted from the laser 10 is directed to the photoresist 45 coated on the substrate 40, and a portion of the beam 15 is directed to the mirror 50 to interfere with the interference pattern. This is the process that makes it happen.

즉, 상기 레이저(10)로부터 방출된 빔(15)중 일부는 미러(50)에 의해 반사되어 기판(40) 위에 도포되어 있는 포토레지스트(45)로 향하여서 포토레지스트(45)로 직접적으로 온 빔(15)과 만나 간섭이 일어나게 하고, 이에 의해 포토레지스트(45) 상에 간섭 패턴(6, 도 7 참조)이 형성하게 되는 것이다.That is, some of the beams 15 emitted from the laser 10 are reflected by the mirror 50 and directed directly to the photoresist 45 toward the photoresist 45 applied on the substrate 40. Interfering with the beam 15 causes interference, thereby forming an interference pattern 6 (see FIG. 7) on the photoresist 45.

상기 포스트 베이크 단계(S16)는 포토레지스트(45)에 남아 있는 솔벤트 성분을 최소화하기 위한 공정으로서, 여기서도 포토레지스트의 유리 전이 온도 이하, 바람직하게는 110℃에서 1분 동안 수행한다.The post bake step (S16) is a process for minimizing the solvent component remaining in the photoresist 45, and is also performed here for 1 minute at or below the glass transition temperature of the photoresist.

상기 현상단계(S17)는 포토레지스트(45)의 종류에 따라 노광된 부분이 현상액에 용해되어 제거되게 하거나 노광되지 않은 부분이 현상액에 용해되어 제거되게 하는 공정이다.The developing step (S17) is a process in which the exposed portion is dissolved in the developer and removed according to the type of photoresist 45 or the unexposed portion is dissolved in the developer and removed.

상기와 같이 현상을 하게 되면 상기의 레이저(10) 노광단계에 의해 형성된 간섭 라인 패턴이 언더컷 라인 패턴(6) 형태로 된다(도 7 참조).When developing as described above, the interference line pattern formed by the laser 10 exposure step is in the form of an undercut line pattern 6 (see FIG. 7).

즉, 상기와 같은 간섭 리소그래피 공정인 언더컷 라인 패턴 개선방법을 통해서 레이저를 노광할 때, 기판(8)의 높은 반사율과 수직 방향인 기판(8)과 포토레지스트의 두께 방향의 정재파 때문에 수직 사각의 간섭 패턴의 언더컷 라인 패턴(6) 아래 부분에서 얇게 여윈 현상(7, 도 7 및 도 8 참조)이 발생된다. That is, when the laser is exposed through the undercut line pattern improvement method, which is the interference lithography process as described above, the vertical rectangular interference due to the high reflectance of the substrate 8 and the standing wave in the thickness direction of the substrate 8 and the photoresist in the vertical direction. At the bottom of the undercut line pattern 6 of the pattern, a thinning phenomenon (see FIGS. 7 and 8) occurs.

상기 린스단계(S18)는 포토레지스트(45)의 현상 시 그 위에 묻어있는 현상액을 세정하는 공정이다.The rinsing step (S18) is a process of cleaning the developer deposited on the photoresist 45.

상기 하드 베이크 단계(S19)는 현상 및 린스단계를 거칠 때 팽창되어진 포토레지스트(45) 패턴을 응집시켜서 프로파일을 형상시키기 위해 유리 전이 온도 이상에서, 바람직하게는 110 내지 130℃에서 2분 동안 수행하는 공정이다.The hard bake step S19 is performed at a glass transition temperature or higher, preferably at 110 to 130 ° C. for 2 minutes to agglomerate the expanded photoresist 45 pattern to undergo a development and rinse step to form a profile. It is a process.

따라서, 본 발명에서는 온도와 시간에 따른 포토레지스트의 리플로 링(reflowing) 현상을 이용함으로써, 상기 3개의 베이크 단계(S14, S16, S19)의 온도와 시간을 각각 적당하게 변화시키면 무반사 코팅층 없이 언더컷 라인 패턴(6)의 간섭 패턴이 도 5 및 도 6에서와 같이 실리콘 웨이퍼의 기판(42) 위에 포토레지스트(41) 패턴으로 형성될 수 있게 되는 것이다. Accordingly, in the present invention, by using a reflowing phenomenon of the photoresist according to temperature and time, if the temperature and time of the three baking steps (S14, S16, S19) are appropriately changed, the undercut without the antireflective coating layer is performed. The interference pattern of the line pattern 6 can be formed in the photoresist 41 pattern on the substrate 42 of the silicon wafer as shown in FIGS. 5 and 6.

본 발명에서는 상기와 같이 베이크(S14, S16, S19)의 온도와 시간을 적절히 증가시켜서 포토레지스트의 리플로링 현상을 최대화하여 도 7의 언더컷 라인 패턴(6)을 도 5의 포토레지스트(41)의 패턴처럼 패턴을 개선하였으며, 이는 소프트 베이크(S14) 및 하드 베이크(S19)를 제외하고 포스트 베이크(S16)의 온도와 시간만 변화시켜서도 가능하다. 본 발명에서는 특히 주기가 약 300nm의 포토레지스터 언더컷 라인 패턴(라인 크기 약 110nm)을 개선하는데 포스트 베이크(S16)의 온도 130℃와 시간 3분 이상을 적용하였다.In the present invention, the undercut line pattern 6 of FIG. 7 is maximized to maximize the reflow phenomenon of the photoresist by appropriately increasing the temperature and time of the baking S14, S16, and S19 as described above. Like the pattern, the pattern is improved, and this is possible only by changing the temperature and time of the post bake S16 except for the soft bake S14 and the hard bake S19. In the present invention, in particular, the temperature of the post-baking (S16) 130 ° C. and a time of 3 minutes or more were applied to improve the photoresist undercut line pattern (line size of about 110 nm) of about 300 nm.

본 발명은 또한 주기적인 나노 사이즈의 포토레지스트 라인 패턴을 형성한 후 실리콘 웨이퍼의 건식 에칭(etching)과 포토레지스트 제거 과정을 통한 주기적인 라인 패턴이 있는 실리콘 웨이퍼, 그레이팅(grating)과 닷(dot) 패턴이 있는 실리콘 웨이퍼, 그리더(grid)를 형성하는데 언더 컷이 개선된 패턴을 사용하여 제작하였다.The invention also provides a silicon wafer with periodic line patterns, gratings and dots, through the formation of periodic nano-sized photoresist line patterns followed by dry etching and photoresist removal of the silicon wafer. A patterned silicon wafer, a grid, was fabricated using the improved undercut pattern.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.Although the above has been illustrated and described with respect to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, the present invention without departing from the gist of the invention claimed in the claims Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes will fall within the scope of the claims set forth.

도 1은 종래의 무반사 코팅층을 사용한 언더컷 라인 패턴 개선 기술 적용에 대한 이미지를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing an image for the application of the undercut line pattern improvement technology using a conventional anti-reflective coating layer.

도 2는 도 1의 부분 확대 단면 도식도.2 is a partially enlarged cross-sectional schematic view of FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치를 보인 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing a device for improving the undercut line pattern of the photoresist according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선방법에 대한 공정 순서도.Figure 4 is a process flow chart for the method of improving the undercut line pattern of the photoresist according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따라 실리콘 웨이퍼 위의 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴이 개선된 이미지를 보인 단면도.5 is a cross-sectional view showing an improved image of an undercut line pattern of a photoresist on a silicon wafer in accordance with the present invention.

도 6은 도 5의 부분 확대 단면 도식도.6 is a partially enlarged cross-sectional schematic view of FIG. 5.

도 7은 본 발명에 따라 실리콘 웨이퍼 위의 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 이미지를 보인 단면도.7 is a cross-sectional view showing an undercut line pattern image of a photoresist on a silicon wafer in accordance with the present invention.

도 8은 도 7의 부분 확대 단면 도식도.8 is a partially enlarged cross-sectional schematic view of FIG. 7.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간략한 설명** Brief description of symbols for the main parts of the drawings *

1, 8, 40, 42: 기판 (실리콘 웨이퍼) 2: 무반사 코팅층1, 8, 40, 42: substrate (silicon wafer) 2: antireflective coating layer

3, 41, 45: 포토레지스트 5: 스테이지 3, 41, 45: photoresist 5: stage

6: 언더컷 라인 패턴 10: 레이저 6: undercut line pattern 10: laser

15: 빔 20: 공간 필터15: beam 20: space filter

22: 대물렌즈 24: 핀홀 22: objective lens 24: pinhole

30: 셔터 50: 미러30: shutter 50: mirror

100: 로이드 미러 간섭계100: Lloyd Mirror Interferometer

Claims (8)

간섭 리소그래피 공정 파라미터만을 변경하여 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선하기 위한 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치에 있어서, An apparatus for improving an undercut line pattern of a photoresist for improving an undercut line pattern of a photoresist by changing only an interference lithography process parameter, 상기 장치는 빛의 파장과 입사각을 조정함으로써 포토레지스트 패턴의 주기를 변경하는 로이드 미러 간섭계(100)이며,The device is an Lloyd's Mirror interferometer 100 which changes the period of the photoresist pattern by adjusting the wavelength and the incident angle of light, 상기 로이드 미러 간섭계(100)는,The Lloyd's Mirror interferometer 100, 단파장의 아르곤 이온 가스빔(15)을 방출하는 레이저(10); A laser 10 emitting a short wavelength argon ion gas beam 15; 상기 레이저(10)의 전방에 설치되어서 방출되는 빔(15)을 필터링하는 공간 필터(20);A spatial filter 20 installed in front of the laser 10 to filter the beam 15 emitted; 핀홀(24)을 관통하는 상기 빔(15)의 방출 및 차단을 제어하며, 개방되는 정도에 따라서 빔(15)의 파장과 입사각이 조정되게 하는 셔터(30);A shutter (30) for controlling the emission and blocking of the beam (15) passing through the pinhole (24) and adjusting the wavelength and the incident angle of the beam (15) according to the degree of opening; 상기 셔터(30)와 소정 거리로 이격되어 있는 스테이지(5)에 회전가능하게 설치되어서 상기 레이저(10)로부터 방출되는 빔(15)을 직접 받으며, 포토레지스트(45)가 도포되는 실리콘 웨이퍼의 기판(40); 및The substrate of the silicon wafer rotatably installed on the stage 5 spaced apart from the shutter 30 by receiving the beam 15 emitted from the laser 10 and coated with the photoresist 45. 40; And 상기 스테이지(5)에 회전가능하게 설치되고 상기 기판(40)과 소정의 각도로 마주보게 설치되어서 상기 레이저(10)로부터 방출되는 빔(15)을 받아 상기 기판(40)에 도포된 포토레지스트(45)로 반사시켜서 상기 포토레지스트(45)가 직접 받은 빔(15)과 간섭이 일어나게 하는 미러(50);로 이루어진 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치. A photoresist rotatably installed on the stage 5 and facing the substrate 40 at a predetermined angle to receive the beam 15 emitted from the laser 10 and applied to the substrate 40. 45) a mirror (50) reflecting back to the photoresist (45) to cause interference with the beam (15) directly received. 제1항에 있어서, 상기 공간 필터(20)는, 상기 레이저(10)로부터 방출되는 빔(15)을 모아주는 대물렌즈(22)와, 상기 대물렌즈(22)에 의해 모아진 빔(15)을 관통시키는 핀홀(24)로 구성되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치.The method of claim 1, wherein the spatial filter 20, the objective lens 22 for collecting the beam 15 emitted from the laser 10, and the beam 15 collected by the objective lens 22 An apparatus for improving undercut line patterns of photoresists, characterized in that it comprises a pinhole (24) to penetrate. 제1항에 있어서, 상기 레이저(10)로부터 방출되는 빔(15)은 364㎚ 단파장의 빛을 방출하는 아르곤 이온 가스 빔인 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the beam (15) emitted from the laser (10) is an argon ion gas beam that emits light having a short wavelength of 364 nm. 제1항에 있어서, 상기 기판(40)과 상기 미러(50)의 설치각도는 상기 미러(50)에 의해 반사된 빔(15)이 상기 기판(40)에 도포된 포토레지스트(45)로 모두 향하게 하는 각도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선장치.According to claim 1, wherein the mounting angle of the substrate 40 and the mirror 50 is all of the photoresist 45, the beam 15 reflected by the mirror 50 is applied to the substrate 40 An apparatus for improving an undercut line pattern of a photoresist, characterized in that it is directed at an angle. 간섭 리소그래피 공정 파라미터만을 변경하여 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선시키기 위해서 청구항 1에 따른 로이드 미러 간섭계(100)를 이용하여 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴을 개선하는 방법에 있어서,In the method of improving the undercut line pattern of the photoresist using the Lloyd Mirror interferometer 100 according to claim 1 to improve the undercut line pattern of the photoresist by changing only the interference lithography process parameters, 실리콘 웨이퍼의 기판(40) 상의 이물질을 제거하는 기판(40) 세정단계(Sll);Cleaning the substrate 40 to remove foreign substances on the substrate 40 of the silicon wafer (Sll); 포토레지스트(45)의 점착성을 증가시키기 위하여, 상기 기판(40) 표면이 소수성(hydrophobic)을 갖도록 헥사메틸디실라제인(HMDS) 분위기(atmosphere)에 노출하여 처리하는 기판(40) 처리단계(S12);In order to increase the adhesiveness of the photoresist 45, the substrate 40 is treated by exposing to a hexamethyldisilazane (HMDS) atmosphere so that the surface of the substrate 40 is hydrophobic (S12). ); 상기 기판(40) 표면에 포토레지스트(45)를 증착하는 단계(S13);Depositing a photoresist (45) on the surface of the substrate (40) (S13); 상기 포토레지스트(45) 내에 함유된 솔벤트 성분을 제거하기 위한 소프트 베이크 단계(S14);Soft baking step (S14) for removing the solvent component contained in the photoresist (45); 상기 로이드 미러 간섭계(100)를 이용하여, 레이저(10)로부터 방출된 빔(15)의 일부를 상기 기판(40) 위에 도포된 포토레지스트(45)로 향하게 하고 나머지 일부를 미러(50)로 향하게 함으로써 간섭 패턴이 일어나게 하는 레이저 노광단계(S15);Using the Lloyd's Mirror interferometer 100, a portion of the beam 15 emitted from the laser 10 is directed to the photoresist 45 applied on the substrate 40 and the other portion to the mirror 50. Thereby exposing an interference pattern to occur (S15); 상기 포토레지스트(45)에 남아 있는 솔벤트 성분을 최소화하기 위한 포스트 베이크 단계(S16);A post bake step (S16) for minimizing the solvent component remaining in the photoresist (45); 상기 포토레지스트(45)의 종류에 따라 노광된 부분이 현상액에 용해되어 제거되게 하거나 노광되지 않은 부분이 현상액에 용해되어 제거되게 하는 현상단계(S17);A developing step (S17) of exposing the exposed part to be dissolved in a developer and being removed according to the type of the photoresist 45 or dissolving and removing the unexposed part to a developer; 상기 포토레지스트(45) 상의 현상액을 세정하는 린스단계(S18); 및Rinse step (S18) for cleaning the developer on the photoresist (45); And 상기 현상 및 린스단계를 거칠 때 팽창되어진 포토레지스트(45) 패턴을 응집시켜서 프로파일을 형상시키기 위해 유리 전이 온도 이상에서 행해지는 하드 베이크 단계(S19);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선방법.An undercut line pattern of the photoresist comprising: a hard bake step (S19) performed at or above a glass transition temperature to agglomerate the expanded photoresist 45 pattern to form a profile when the developing and rinsing step is performed. How to improve. 제5항에 있어서, 상기 소프트 베이크는 포토레지스트의 유리 전이 온도 이하에서 수행되고, 상기 포스트 베이크와 하드 베이크는 포토레지스트의 유리 전이 온도 이상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선 방법.The method of claim 5, wherein the soft bake is performed at or below the glass transition temperature of the photoresist, and the post bake and the hard bake are performed at or above the glass transition temperature of the photoresist. . 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 소프트 베이크와 하드 베이크를 각각 90℃ 내지 110℃에서 1 내지 2분 동안 수행되고, 상기 포스트 베이크는 130℃에서 3분 이상 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선방법.The photoresist of claim 5, wherein the soft and hard bake are performed at 90 ° C. to 110 ° C. for 1 to 2 minutes, and the post bake is performed at 130 ° C. for at least 3 minutes. To Improve Undercut Line Patterns 제5항에 있어서, 상기 포토레지스트(45)는 에이제트 지엑스알 601(AZ GXR601)의 폴리머인 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 언더컷 라인 패턴 개선방법.The method of claim 5, wherein the photoresist is a polymer of AZ GXR601.
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