KR19990018391A - 포토리쏘그래피 공정에 있어서의 스탠딩 웨이브 커브 작성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토리쏘그래피 공정에 있어서 종래의 방법에 비하여 간편하고 경제적으로 스탠딩 웨이브 커브를 작성할 수 있는 방법을 개시한다. 본 발명에 의한 포토리쏘그래피 공정에 있어서의 스탠딩 웨이브 커브 작성방법은, 서로 다른 깊이로 식각된 다수의 영역을 구비한 기판상에 포토레지스트막을 도포함으로써 상기 한 장의 기판상에 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역을 형성하는 단계, 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역을 동일한 선폭(critical dimension)의 마스크패턴으로 노광하는 단계, 및 상기 결과물을 현상한 후, 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역상에 현상되어 나타난 상기 선폭을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 포토리쏘그래피 공정에 있어서의 스탠딩 웨이브 커브 작성방법은, 또한 서로 다른 깊이로 식각된 다수의 영역을 구비한 기판상에 포토레지스트막을 도포함으로써 상기 한 장의 기판상에 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역을 형성하는 단계, 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역의 소정부분들을 한번에 동일한 에너지로 노광한 후 계속하여 상기 다수의 영역의 소정부분들을 위치와 에너지를 달리하면서 차례로 노광하는 단계, 및 상기 결과물을 현상한 후 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막에 대한 임계에너지(threshold energy; E_th)값들을 구하는 단계로 이루어 질수도 있다.

Description

포토리쏘그래피 공정에 있어서의 스탠딩 웨이브 커브 작성방법

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토리쏘그래피 공정에 있어서 스탠딩 웨이브 커브(standing wave curve)를 경제적이고 간편하게 얻을 수 있는 방법에 관한 것이다.

반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있는 포토리쏘그래피 기술이 요구되고 있다. 이러한 필요에 부응하기 위하여 투영광의 단파장화, 투영광학렌즈의 고개구율(고 NA)화, 위상시프트(phase shift)법, 변형조명법 등 해상성능을 향상시키는 것을 목적으로 하는 기술개발이 진행되고 있다.

이러한 기술들은 감광재료인 포토레지스트에 입사되는 광학상(光學像)의 분해능을 향상시키는 방법들이다. 포토레지스트의 내부에 입사되는 광학상은 광화학반응을 일으켜 잠상(潛像)을 형성한다. 그후, 현상공정에 의하여 위 잠상은 포토레지스트 패턴이 된다. 광학상이 포토레지스트의 내부에 입사될 때, 포토레지스트의 내부에서 발생하는 광학현상에 의하여 광학상의 열화가 일어난다. 위 열화현상이 일어나는 광학현상은 주로 기판으로부터의 반사(反射)에 기인하는 것이다.

기판으로부터의 반사에 의한 문제중의 하나는 스탠딩 웨이브(standing wave)이다.

스탠딩 웨이브란 도 1a에 나타낸 바와 같이 기판(100)표면으로부터의 반사에 의하여 정재파(定在波)가 포토레지스트(102)의 높이방향으로 형성되기 때문에 발생하는 현상이다. 이에 더하여, 포토레지스트의 상면(上面)에서의 반사광이 이 현상에 더해진다. 입사광과 포토레지스트 표면에서의 반사광과의 위상이 맞아 서로 강한 방향에서 간섭을 하면 스탠딩 웨이브는 더욱 강해진다.

스탠딩 웨이브에 의하여 도 1b에 나타낸 것과 같이 포토레지스트의 높이 방향으로 광세기분포가 발생한다. 따라서, 위 스탠딩 웨이브의 영향으로 포토레지스트 패턴의 벽면에 요철(규칙적으로 울퉁불퉁)이 생기는 문제점이 발생한다.

이는 광세기가 극단적으로 약해지는 영역이 주기적으로 있는 것을 나타낸다. 포지티브형 포토레지스트의 경우, 현상액은 이 감광이 적게 된 영역을 돌파하면서 감광부분의 포토레지스트를 용해한다. 이에 의하여 횡방향으로의 현상이 과잉으로 진행되어 해상력이 나빠지는 요인이 된다.

따라서, 포토리쏘그래피 공정에 있어서 스탠딩 웨이브 효과를 미리 확인하는 작업이 매우 중요하다. 이러한 작업은 포토레지스트가 새로 도입되거나 기존에 사용하던 포토레지스트이더라도 새로운 두께로 도포하여 사용할 경우에는 필수적으로 확인하여야 한다.

스탠딩 웨이브에 의한 더욱 심각한 문제는 포토레지스트막의 두께에 의하여 실질적인 감도가 변하는 것이다.

이를 설명하기 위하여 도 2에 E_th와 포토레지스트의 두께의 관계를 나타낸다. E_th란 포토레지스트를 스트립하는 데 필요한 최저노광량인 데, 감도에 반비례하는 량이다. 포토레지스트의 두께에 따라 감도가 주기적으로 변화하는 것을 알 수 있다. 이러한 그래프를 스탠딩 웨이브 커브라고 부른다.

E_th가 극소가 되는 포토레지스트 두께는 스탠딩 웨이브의 발생이 강해지는 두께이다. 스탠딩 웨이브가 강하게 발생하는 상태에서는 포토 레지스트 내부로 광에너지가 효율적으로 흡수된다.

반대로, E_th가 극대가 되는 포토 레지스트 두께는 스탠딩 웨이브의 발생이 약한 상태인 데, 포토레지스트 표면에서 방출되어 버리는 광에너지량이 증가하여 포토레지스트에 흡수되는 광에너지량이 감소한다.

그런데, 스탠딩 웨이브 효과를 확인하기 위하여는 스탠딩 웨이브 커브를 플러팅(plotting)하여야 한다.

이를 위하여, 종래에는 여러장의 웨이퍼에 서로 다른 두께로 포토레지스트를 도포한 후, 노광을 하여 E_th또는 패턴의 임계치수(critical dimension)를 확인하는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 신뢰성있는 통계적인 데이터를 얻기 위하여는 적어도 커브의 한 주기당 8 포인트 정도는 있어야 한다. 따라서, 종래의 방법에 의하여 스탠딩 웨이브 커브를 얻기 위하여는 여러장의 웨이퍼와 이에 따른 8가지의 서로 다른 두께의 포토 레지스트 도포 조건 및 레시피(recipe)가 필요하다.

즉, 종래의 방법은 많은 도포 레시피 및 여러번의 도포작업과 이에 따른 여러번의 노광 등 상당한 시간 및 원부자재를 필요로 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 문제점을 효과적으로 제거함으로써 스탠딩 웨이브 커브를 간단하게 확인할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

도 1a는 스탠딩 웨이브가 발생하는 원인을 설명하기 위한 단면도이다.

도 1b는 스탠딩 웨이브에 의하여 포토레지스트의 높이 방향으로 광세기분포가 발생하는 형상을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 스탠딩 웨이브 커브를 설명하기 위한 그래프이다.

도 3a 내지 도 3c는 한 장의 기판상에 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면인 데, 도 3a는 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 XX'선에 따라 잘라본 단면도이고, 도 3c는 상기 웨이퍼상에 포토레지스트막을 도포한 상태의 단면도를 나타낸다.

도 4는 현상된 선폭(critical dimension)을 측정함으로써 스탠딩 웨이브 커브를 작성하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다.

도 5는 임계에너지(E_th)를 측정함으로써 스탠딩 웨이브 커브를 작성하기 위한 방법을 설명하기 위한 평면도이다.

도 6a 및 도 6b는 기판상에 미리 서로 다른 깊이로 식각하여야 할 영역의 적정 넓이를 설명하기 위한 단면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

200 : 기판 202 : 포토레지스트막

a 내지 d : 서로 다른 깊이로 식각되어 있는 다수의 영역

w₁내지 w_{5 :}기판상의 포토레지스트막의 두께가 다른 영역(a 내지 d)에서 현상된 선폭

f 내지 h : 동일한 에너지로 노광되는 영역을 나타내는 점선

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 서로 다른 깊이로 식각된 다수의 영역을 구비한 기판상에 포토레지스트막을 도포함으로써, 상기 한 장의 기판상에 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역을 형성하는 단계; 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역을 동일한 선폭(critical dimension)의 마스크패턴으로 노광하는 단계; 상기 결과물을 현상한 후, 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역상에 현상되어 나타난 상기 선폭을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탠딩 웨이브 커브 작성방법을 제공한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 또한 서로 다른 깊이로 식각된 다수의 영역을 구비한 기판상에 포토레지스트막을 도포함으로써, 상기 한 장의 기판상에 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역을 형성하는 단계; 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역의 소정부분들을 한번에 동일한 에너지로 노광한 후, 계속하여 상기 다수의 영역의 소정부분들을 위치와 에너지를 달리하면서 차례로 노광하는 단계; 상기 결과물을 현상한 후, 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막에 대한 임계에너지(threshold energy; E_th)값들을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탠딩 웨이브 커브 작성방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 한 장의 웨이퍼에 1회의 포토레지스트 도포와 1회의 노광만으로 스탠딩 웨이브 커브를 얻을 수 있다. 따라서, 스탠딩 웨이브 커브를 얻는 데 필요한 공정수와 시간이 종래의 방법에 비하여 획기적으로 감소된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도 3a 내지 도 6b를 참조하여 상세히 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 한 장의 기판(200)상에 서로 다른 두께의 포토레지스트막(202)으로 도포된 다수의 영역을 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면인 데, 도 3a는 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 XX'선에 따라 잘라본 단면도이고, 도 3c는 상기 웨이퍼상에 포토레지스트막을 도포한 상태의 단면도를 나타낸다.

도 3a 및 도 3b에 나타나 있듯이, 본 발명을 실시하는 데 필요한 기판(200)은 서로 다른 깊이로 식각된 다수의 영역(a 내지 d)을 구비하고 있어야 한다.

즉, 도 3a 및 도 3b의 각 영역 a, b, c, d는 서로 다른 깊이로 식각되어 있다. 도 3c에 나타낸 바와 같이, 상기 기판(200)에 포토레지스트막(202)을 도포하면 한 장의 기판(200)상에 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역(a 내지 d)이 형성된다.

도 4는 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막(202)으로 도포된 다수의 영역(a 내지 d)을 동일한 선폭(critical dimension)의 마스크패턴으로 노광하고 현상한 상태를 나타낸다.

구체적으로 설명하면, 마스크패턴에 그려진 선폭은 동일하여도 스탠딩 웨이브의 효과 때문에 기판(200)상의 포토레지스트막(202)의 두께가 다른 영역(a 내지 d)에서 현상된 선폭(w₁내지 w₅)은 모두 다르다. 따라서, 이를 현미경으로 이를 측정하여 X축에 포토레지스트막의 두께를, Y축에 상기 선폭(w₁내지 w₅)을 플로팅하면 스탠딩 웨이브 커브를 얻을 수 있다.

이처럼 도 4의 방법을 사용하면 한 장의 웨이퍼에 1회의 포토레지스트 도포와 1회의 노광만으로 스탠딩 웨이브 커브를 얻을 수 있다. 다만, 여기서는 편의상 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막(202)으로 도포된 다수의 영역(a 내지 d)을 4개만 나타내었으나 정확한 스탠딩 웨이브 커브를 얻기 위하여는 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막(202)으로 도포된 다수의 영역(a 내지 d)의 수를 더욱 증가시켜야 한다.

도 5는 상기 선폭(w₁내지 w₅)을 측정하는 방법 대신에 임계에너지(E_th)를 측정하여 스탠딩 웨이브 커브를 얻기 위한 방법을 설명하기 위한 평면도이다.

구체적으로 설명하면, 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막(202)으로 도포된 다수의 영역(a 내지 d)의 소정부분들(영역 f에 포함되어 있는 정사각형의 영역들)을 한번에 동일한 에너지로 노광한다. 이어서, 영역 g내의 정사각형의 영역들에 대하여 영역 f를 노광시킨 에너지 보다 미리 정해진 양만큼 증가된 에너지로 노광한다.

계속하여, 영역 h내의 정사각형의 영역들에 대하여 상기 영역 g에 노광시킨 에너지 보다 미리 정해진 양만큼 증가된 에너지로 노광한다. 다음의 영역들에 대하여도 동일한 방식대로 에너지를 증가시키면서 노광을 계속한다.

상기 방식에 따라 모두 노광이 끝나면 상기 기판(200)을 현상하여 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막(202)에 대한 임계에너지(threshold energy; E_th)값들을 읽는다.

따라서, X축에 포토레지스트막의 두께를, Y축에 상기 임계에너지(threshold energy; E_th)값을 플로팅하면 스탠딩 웨이브 커브를 얻을 수 있다.

도 5의 방법을 사용하여 스탠딩 웨이브 커브를 작성하는 방법은 여러번의 노광을 필요로 하지만 여전히 한 장의 웨이퍼와 1회의 포토레지스트 도포만을 필요로 하는 점에서는 종래의 방법에 비하여는 간편하다.

다만, 도 4 및 도 5의 방법을 적용하는 데 있어서 주의할 점은 서로 다른 깊이로 식각된 다수의 영역들(a 내지 d)이, 기판위에 도포된 포토레지스트막(202)이 다시 원래의 두께를 회복할 만큼 넓으면 안되며(도 6a), 다시 원래의 두께를 회복하지 못하도록 적당한 넓이로 식각되어야 한다(도 6b).

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 한 장의 웨이퍼에 1회의 포토레지스트 도포와 1회의 노광만으로, 또는 한 장의 웨이퍼에 1회의 포토레지스트 도포와 여러번의 노광으로 스탠딩 웨이브 커브를 얻을 수 있다. 따라서, 종래의 방법에 비하여 공정수와 시간이 획기적으로 감소되므로 간편하고 경제적으로 스탠딩 웨이브 커브를 얻을 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (2)

1. 서로 다른 깊이로 식각된 다수의 영역을 구비한 기판상에 포토레지스트막을 도포함으로써, 상기 한 장의 기판상에 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역을 형성하는 단계;

   상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역을 동일한 선폭(critical dimension)의 마스크패턴으로 노광하는 단계; 및

   상기 결과물을 현상한 후, 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역상에 현상되어 나타난 상기 선폭을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탠딩 웨이브 커브 작성방법.
2. 서로 다른 깊이로 식각된 다수의 영역을 구비한 기판상에 포토레지스트막을 도포함으로써, 상기 한 장의 기판상에 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역을 형성하는 단계;

   상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막으로 도포된 다수의 영역의 소정부분들을 한번에 동일한 에너지로 노광한 후, 계속하여 상기 다수의 영역의 소정부분들을 위치와 에너지를 달리하면서 차례로 노광하는 단계; 및

   상기 결과물을 현상한 후, 상기 서로 다른 두께의 포토레지스트막에 대한 임계에너지(threshold energy; E_th)값들을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탠딩 웨이브 커브 작성방법.