KR19990003857A - 감광막 형성 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

반도체 제조 분야에 관한 것임.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

복잡한 공정의 추가 및 장비의 개선 없이 리소그래피 공정의 해상력을 증가시키는 감광막 형성 방법을 제공한다.

3. 발명의 해결 방법의 요지

아민류로 처리된 감광막을 형성하여 리소그래피 공정의 해상력을 향상시킨다.

4. 발명의 중요한 용도

반도체 장치 제조 방법에 이용됨

Description

감광막 형성 방법

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로 특히 미세 패턴 형성을 위한 감광막 형성 방법에 관한 것이다.

리소그래피(lithography) 공정은 마스크 상에 레이아웃(lay out)된 패턴을 공정 제어 규격(specification)대로 반도체 기판 상에 1차적으로 구현하는 기술이다. 감광막(photoresist)이 도포되어 있는 반도체 기판 상에 패턴이 형성되어 있는 마스크를 통하여 특정한 파장을 갖고 있는 빛을 투영하면 빛에 노광된 감광막 영역에서 광화학반응이 일어나고, 후속 현상(develop) 공정시 노광된 영역과 노광되지 않은 영역의 화학 반응에 의한 용해도 차이에 의해 패턴이 형성된다. 형성된 감광막 패턴은 후속 공정인 식각 또는 이온주입 공정시 마스크 역할을 하게 되며 최종적으로 O₂플라즈마에 의하여 제거된다.

반도체 장치의 고집적화에 따라서 반도체 기판 상에 구현되는 패턴의 크기가 현재 0.25 ㎛이하의 크기로 점점 미세화된다. 따라서 투영 광학 렌즈를 사용하는 광학 노광 기술에 있어서 노광하는 빛의 단파장화, 투영 렌즈의 구경(numerical aperture)의 확대, 마스크 투과시 빛의 간섭을 역이용하여 공간 형상(aerial image) 콘트라스트를 크게 향상시키는 위상반전 마스크(phase shift mask), 마스크 상에 빛을 경사 입사시켜 미세 패턴에 대하여 광콘트라스트를 증가키는 방법 등 공정 능력을 개선하기 위한 기술이 개발되고 있다.

KrF를 광원으로 사용하는 DUV(deep ultra violet) 리소그래피 공정 한계는 투영 렌즈의 구경이 0.55 일 때 0.2 ㎛ 정도이다. 따라서, 이보다 더 미세하며 해상력이 우수한 콘택홀을 얻기 위해서는 새로운 감광막과 ArF 또는 전자-빔 장비와 같은 새로운 노광 장비가 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 복잡한 공정이나 장비의 개선 없이 해상력을 향상시킬 수 있는 미세 패턴 형성을 위한 감광막 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래의 감광막을 이용한 감광막 패턴 형성 단면도.

도2는 본 발명에 따른 아민류로 처리된 감광막을 이용한 감광막 패턴 형성 단면도

도3a 및 도3b는 종래 기술에 따라 형성된 감광막 패턴

도4a 및 도4b는 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 감광막 패턴

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 마스크 11 : 감광막

12 : 현상 영역 13 : 현상 속도가 느려진 영역

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판 상에 화학 증폭형 감광막을 이용한 미세 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 반도체 기판 상에 감광막을 도포하는 단계; 상기 감광막 표면을 아민류로 처리하는 단계; 소프트베이크를 실시하는 단계; 및 상기 감광막을 노광하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 반도체 기판 상에 화학 증폭형 감광막을 이용한 미세 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 반도체 기판 상에 감광막을 도포하는 단계; 소프트베이크를 실시하는 단계; 상기 감광막 표면을 아민류로 처리하는 단계; 및 상기 감광막을 노광하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 반도체 기판 상에 화학 증폭형 감광막을 이용한 미세 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 반도체 기판 상에 감광막을 도포하는 단계; 소프트베이크를 실시하는 단계; 상기 감광막을 노광하는 단계; 상기 감광막을 아민류로 처리하며 동시에 후속 베이크를 실시하는 단계를 포함하여 이루어진다.

화학 증폭형 감광막을 이루는 광활성화합물(photo active compound)은 노광 에너지에 의하여 강산(H⁺) 이온을 발생하고 후속베이크(post exposure bake) 공정시 열에너지에 의하여 이미 발생된 강산은 촉매 역할을 하여 연쇄반응을 일으킴으로써 중합체와의 결합을 분해하여 저분자화시켜 현상 공정시 용해작용을 촉진하게 된다. 즉, 감광막의 화학 반응이 2단계로 이루어지며 후속베이크 공정시 완전한 잠재 형상이 얻어지므로 작은 노광 에너지를 이용하여 매우 민감한 광반응을 일으키는 특성을 갖는다.

이하, 본 발명의 일실시예를 설명한다.

먼저, 반도체 기판 표면을 HMDS(Hexamethydisilazane)처리 한다. (CH₃)Si₃-NH-Si(CH₃)₃는 Si 기판에서는 Si과 산소가 화학적 반응을 일으키고 감광막과 CH₃가 물리적으로 결합하여 기판과 감광막간의 접착력을 향상시킨다.

이어서, 감광막을 도포하고 소프트베이크(soft bake)한 후, 감광막을 노광하고 상기 감광막을 아민류로 처리한다, 이어서 후속베이크(post bake)한 후 현상한다. 상기 감광막을 아민류로 처리하는 과정은 상기 감광막을 도포한 후 소프트베이크 전에 실시되기도 한다. 또한, 상기 아민류로 처리하는 과정은 소프트베이크 또는 후속베이크 과정에서 동시에 실시할 수 있다.

상기 감광막은 KrF, ArF, 전자-빔, 엑스선(X-ray)등 모든 광원에 반응하는 화학 증폭형 감광막이며 상기 노광 공정은 KrF, ArF, 전자-빔, 엑스선을 노광원으로 사용하는 공정이다. 상기 아민류는 HMDS(Hexamethyldisilazane), DMSDMA(Dimethylsilylmethylamine) 등을 포함하는 아민계 유기 화합물이다. 상기 아민류의 농도는 100 M 이하이고, 아민의 표면 처리 방법은 분사 방식, 담그기 (dipping), 바르기(puddle) 방식을 포함하며, 300 ℃ 이하의 온도 범위에서 3600 초를 넘지 않는 시간 동안 실시한다.

이하의 도1 및 도2는 각각 종래의 감광막 및 본 발명에 따른 아민류로 처리된 감광막의 패턴 형성 과정을 도시한 것이다. 상기 도1 및 도2에서 도면 부호 '10'은 마스크, '11'은 감광막, '12'는 노광 및 현상 영역, '13'은 현상 속도가 낮은 영역을 각각 나타낸다. 본 발명에 따른 아민류에 처리된 감광막으로 형성되는 패턴의 폭(w′)이 종래의 감광막으로 형성된 패턴의 폭(w)보다 작음을 알 수 있다.

다음의 도3a 및 도4a는 각각 종래의 감광막 및 본 발명에 따라 아민류로 처리된 감광막으로 같은 노광 및 현상 조건으로 패턴을 형성한 결과를 나타내는 SEM(scanning electro microscopy) 사진이다. 도3a의 종래의 감광막을 사용한 경우 임계치수가 0.24 ㎛ 반해 도4a의 아민류로 처리된 감광막을 사용한 경우는 임계치수가 0.17 ㎛로 형성되었다.

다음의 도3b 및 도4b는 상기 도3a 및 도4a의 감광막 패턴의 프로파일을 나타낸 SEM 사진이다.

감광막 표면을 아민류로 처리하면 노광시 빛을 받은 부분이 아민에 의해 현상 속도가 느려지므로 콘택홀이 작아진다. 즉, 감광막 표면을 아민류로 처리하고 열을 가하게 되면 노광에너지가 상대적으로 작은 마스크 경계 지역에서 프로톤(H⁺)이 아민과 반응하여 프로톤의 양이 적어져 현상 속도가 느려지기 때문에 미세한 콘택홀 패턴을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 감광막을 아민류로 처리하여 해상력을 향상시킬 수 있어 복잡한 공정의 추가나 장비의 개선 없이 고집적 반도체 소자의 미세 패턴을 형성할 수 있다.

Claims (23)

1. 반도체 기판 상에 화학 증폭형 감광막을 이용한 미세 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 반도체 기판 상에 감광막을 도포하는 단계; 상기 감광막 표면을 아민류로 처리하는 단계; 소프트베이크를 실시하는 단계; 및 상기 감광막을 노광하는 단계를 포함하여 이루어지는 감광막 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 아민류는 에이치앰디에스, 티디엠에스, 티엠에스디엠에이, 디엄에스디엠에이 등을 포함하는 아민계 유기 화합물인 감광막 형성 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 아민류의 농도는 100 M을 넘지 않는 감광막 형성 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 아민류를 이용한 감광막 표면 처리 방법은 분사 방법, 담그기 방법, 바르기 방법 중의 어느 하나로 이루어지는 감광막 형성 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 아민류를 이용한 감광막 표면 처리 시간은 3600 초를 넘지 않는 감광막 형성 방법.
6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 아민류를 이용한 감광막 표면 처리는 300 ℃를 넘지 않는 온도 범위에서 실시하는 감광막 형성 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 노광 공정은 KrF, ArF, 전자-빔, 엑스선 중의 어느 하나를 노광 원으로 사용하는 감광막 형성 방법.
8. 반도체 기판 상에 화학 증폭형 감광막을 이용한 미세 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 반도체 기판 상에 감광막을 도포하는 단계; 소프트베이크를 실시하는 단계; 상기 감광막 표면을 아민류로 처리하는 단계; 및 상기 감광막을 노광하는 단계를 포함하여 이루어지는 감광막 형성 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 소프트베이크를 실시하는 단계 및 상기 감광막 표면을 아민류로 처리하는 단계는 동시에 이루어지는 하는 감광막 형성 방법,
10. 제 8 항에 있어서, 상기 아민류는 에이치앰디에스, 티디엠에스, 티엠에스디엠에이, 디엄에스디엠에이 등을 포함하는 아민계 유기 화합물인 감광막 형성 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 아민류의 농도는 100 M을 넘지 않는 감광막 형성 방법.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 아민류를 이용한 감광막 표면 처리 방법은 분사 방법, 담그기 방법, 바르기 방법 중의 어느 하나로 이루어지는 감광막 형성 방법.
13. 제 8 항에 있어서, 상기 아민류를 이용한 감광막 표면 처리 시간은 3600 초를 넘지 않는 감광막 형성 방법.
14. 제 8 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 아민류를 이용한 감광막 표면 처리는 300 ℃를 넘지 않는 온도 범위에서 실시하는 감광막 형성 방법.
15. 제 8 항에 있어서, 상기 노광 공정은 KrF, ArF, 전자-빔, 엑스선 중의 어느 하나를 노광 원으로 사용하는 공정인 감광막 형성 방법.
16. 반도체 기판 상에 화학 증폭형 감광막을 이용한 미세 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 반도체 기판 상에 감광막을 도포하는 단계; 소프트베이크를 실시하는 단계; 상기 감광막을 노광하는 단계; 상기 감광막을 아민류로 처리하는 단계; 및 후속 베이크를 실시하는 단계를 포함하여 이루어지는 감광막 형성 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 감광막을 아민류로 처리하는 단계 및 후속베이크를 실시하는 단계는 동시에 이루어지는 감광막 형성 방법.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 아민류는 에이치앰디에스, 티디엠에스, 티엠에스디엠에이, 디엄에스디엠에이 등을 포함하는 아민계 유기 화합물인 감광막 형성 방법.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 아민류의 농도는 100 M을 넘지 않는 감광막 형성 방법.
20. 제 16 항에 있어서, 상기 아민류를 이용한 감광막 표면 처리 방법은 분사 방법, 담그기 방법, 바르기 방법 중의 어느 하나로 이루어지는 감광막 형성 방법.
21. 제 16 항에 있어서, 상기 아민류를 이용한 감광막 표면 처리 시간은 3600 초를 넘지 않는 감광막 형성 방법.
22. 제 16 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 아민류를 이용한 감광막 표면 처리는 300 ℃를 넘지 않는 온도 범위에서 실시하는 감광막 형성 방법.
23. 제 16 항에 있어서, 상기 노광 공정은 KrF, ArF, 전자-빔, 엑스선 중의 어느 하나를 노광 원으로 사용하는 감광막 형성 방법.