KR19990054908A - 미세 감광막패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

고가의 장비의 사용없이 미세한 선폭을 갖는 감광막패턴을 형성하는 방법에 관해 개시하고 있다. 본 발명의 미세 감광막패턴 형성방법은, 반도체기판의 상부에 도포된 감광막에 포토리소그래피공정을 적용하여 감광막패턴을 형성하는 단계와; 상기 감광막패턴이 수축하도록 상기 감광막패턴 상에 전자빔을 투사하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 새로운 노광장비를 도입하지 않고도 기존의 공정에 전자빔투사공정이라는 단순한 공정 하나만을 추가함으로써 고집적 반도체소자를 제조할 수 있다. 또한, 전자빔에 의한 감광막 큐어링효과로 인해 기존의 하드베이크공정을 생략할 수 있어서 공정시간을 단축할 수 있다.

Description

미세 감광막패턴 형성방법

본 발명은 미세 감광막패턴 형성방법에 관한 것으로, 특히 고가의 장비의 사용없이 미세한 선폭을 갖는 감광막패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

최근 반도체장치의 제조에 있어서 좁은 면적에 많은 소자를 집적시키기 위한 많은 노력이 수행되고 있다. 좁은 면적에 많은 소자를 집적시키기 위해서는 개별 소자의 크기를 작게 만들어야 하며, 소자의 크기를 작게 하기 위해서는 패턴의 선폭(linewidth)을 작게 하여야 한다. 반도체장치의 제조공정 중에서 패턴을 형성시키는 공정은 포토리소그래피공정으로서, 이 공정에서는 특별한 영역의 파장범위를 가진 광을 투사하는 노광장비와 이 광에 대해 선택적으로 반응하여 실제적인 패턴을 형성하는 감광막이 이용된다.

포토리소그래피공정을 감광막에 적용하여 감광막패턴을 형성하는 종래기술의 공정을 도 1a 및 도 1b에 나타내었다.

도 1a를 참조하면, 기판(10)상에 감광막(20)이 도포되어 있으며, 노광마스크(30)은 노광장비(도시생략)로부터 조사되는 광을 선택적으로 차단하고 있다. 참조부호 A에 의해 표시된 영역은 노광마스크(30)에 의해 광이 차단되지 않은 노광영역을 나타낸다.

도 1b를 참조하면, 감광막의 노광영역이 제거되어 감광막패턴(25)이 형성된 단계를 나타낸다.

상기와 같은 방법으로 형성되는 감광막패턴의 선폭은 포토리소그래피공정에서 사용되는 빛의 파장의 함수로서 정해지는 해상도에 제약받게 되기 때문에, 더 작은 선폭의 패턴을 형성하기 위해서는 더 작은 파장을 갖는 빛을 사용하여야 한다. 즉, 포토리소그래피공정으로 형성시킬 수 있는 패턴의 선폭은 일정한 한계치를 가지는데, 이를 포토리소그래피공정의 분해능한계(resolution limit)라 한다. 이 분해능한계는 노광에 사용되는 광원의 파장한계와 감광물질로 사용되는 포토레지스트 자체의 한계에 기인한 것이다.

이러한 현상에 대한 수학적인 해석은 다음 수학식 1의 레일리식(Rayleigh's equation)으로 표현된다.

여기서, R은 분해능, k는 감광막과 그 하층에 있는 물질막에 의존적인 상수, λ는 노광되는 광의 파장, NA는 노광장비의 개구수(numerical aperture)를 각각 나타낸다. 이러한 파라미터 k, λ 및 NA 모두가 공정 또는 기술상의 이유로 그 한계를 가지므로, 분해능도 결과적으로 한계값을 가질 수 밖에 없다. 물론, 파장이 더욱 짧은 노광장비를 도입한다면 분해능한계는 더욱 작게 할 수 있다. 예를 들자면, 파장이 438㎚인 g-라인의 광원을 사용할 경우 광학 기기에 따라 해상도의 차이는 있으나 약 1.2㎛ 내지 1.4㎛ 피치를 갖는 패턴이 한계이며, 더 작은 패턴이 필요할 경우 파장이 365㎚인 i-라인의 광원을 사용하여야 하며 이때는 1.0㎛ 내지 0.8㎛ 피치를 갖는 패턴이 한계이다. 여기에서, 피치는 패턴의 선폭과 간격의 합을 말한다.

따라서, 더욱 더 미세한 패턴을 얻기 위해서는 X-선, 레이저 등을 노광장비의 광원으로 사용하여야 한다. 하지만, 광원의 변경은 광학기기, 감광제와 현상제등 일체의 포토리소그래피공정의 변경을 필요로 하며 이에는 많은 경비와 시간이 소요된다. 따라서, 상기와 같은 고가의 장비의 사용없이 작은 선폭을 갖는 미세 감광막패턴을 형성하는 방법이 요망되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 고가의 장비를 사용하지 않고도 작은 선폭을 갖는 미세한 감광막 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.

도 1a 및 도 1b는 포토리소그래피공정을 감광막에 적용하여 감광막패턴을 형성하는 종래기술의 공정을 나타낸 단면도,

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 전자빔을 감광막패턴에 투사하여 수축된 미세 감광막패턴을 얻는 공정단계를 나타낸 단면도,

도 3은 전자빔의 투사시간에 따른 감광막패턴의 수축정도를 나타낸 그래프이다.

* 도면 중의 주요부분에 대한 부호설명 *

10, 11 … 반도체기판

20 … 감광막 30 … 노광마스크

25, 26 … 감광막패턴

26' … 수축된 감광막패턴

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세 감광막패턴 형성방법은,

반도체기판의 상부에 도포된 감광막에 포토리소그래피공정을 적용하여 감광막패턴을 형성하는 단계와; 상기 감광막패턴이 수축하도록 상기 감광막패턴 상에 전자빔을 투사하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 전자빔은 상기 감광막패턴 내의 전자빔 투과지역에서 압축 내부응력이 발생할 수 있는 정도의 가속에너지를 가지는 것이 바람직하며, 상기 전자빔은 상기 감광막패턴 내의 고분자의 분해 및 가교결합이 평형에 도달하는 데 소요되는 시간동안 투사되는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 전자빔을 감광막패턴에 투사하여 수축된 미세 감광막패턴을 얻는 공정단계를 나타낸 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(11)의 상부에 감광막패턴(26)을 형성한 후에 그 위로부터 전자빔(아래방향의 화살표로 도시)을 투사한다.

그러면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 수축된 감광막패턴(26')이 형성된다. 그 이유는, 전자빔이 감광막을 투과하면서 감광막을 발열시키면 감광막 내의 고분자성분이 분해 및 가교결합(crosslinking)을 하게 되어 전자빔 투과지역에서 압축 내부응력(compressive internal stress)이 발생하기 때문이다. 도 2b에서 점선표시부분은 원래의 감광막패턴을 나타낸다.

도 3은 전자빔의 투사시간에 따른 감광막패턴의 수축정도를 단위 없이 나타낸 그래프이다.

도 3에서, X축은 전자빔의 투사시간을, Y축은 측정한 최소선폭을 각각 나타낸다. 도 3으로부터, 전자빔의 투사시간이 길어짐에 따라 최소선폭의 감소량이 포화됨을 알 수 있는데, 이는 감광막의 분해(resolving)와 가교결합되는 화학반응이 평형에 도달하기 때문이다. 따라서, 본 발명의 실시예에서 전자빔의 투사시간은 이와 같은 최소선폭의 감소량이 포화되는 때까지로 조절한다.

한편, 전자빔을 투사하기 위한 전자빔의 에너지는, 충분한 전자에너지가 공급되지 않을 경우 감광막패턴의 표면에서 오염막이 생겨 감광막의 선폭이 두꺼워지는 부작용을 방지할 수 있도록, 충분하게 조절한다. 통상의 반도체장치 제조공정에서 사용하는 감광막에 대해서는 대략 50keV 이상의 전자에너지를 갖도록 조절해야 한다. 그러나, 이 값은 절대적인 값이 아니라 사용하는 감광막의 종류에 따라 달라질 수 있는 값이다.

이와 같이 감광막패턴에 투사된 전자빔은 감광막패턴 내부를 물리적으로 더욱 안정적인 구조로 바꾸어 줄 뿐 아니라, 감광막 내부에 잔존하는 용매(solvent)를 제거하는 큐어링(curing)역할을 하기 때문에 포토리소그래피공정 이후의 식각공정에서 식각선택비(etch selectivity)를 향상시키는 효과를 한다. 이러한 효과로 인해, 식각공정 이전의 감광막패턴에 대해 통상적으로 실시하던 하드베이크(hard bake)공정을 생략할 수 있다.

본 발명에 따르면, 새로운 노광장비를 도입하지 않고도 기존의 공정에 전자빔투사공정이라는 단순한 공정 하나만을 추가함으로써 고집적 반도체소자를 제조할 수 있다. 또한, 전자빔에 의한 감광막 큐어링효과로 인해 기존의 하드베이크공정을 생략할 수 있어서 공정시간을 단축할 수 있다.

Claims (3)

1. 반도체기판의 상부에 도포된 감광막에 포토리소그래피공정을 적용하여 감광막패턴을 형성하는 단계와;

   상기 감광막패턴이 수축하도록 상기 감광막패턴 상에 전자빔을 투사하는 단계를 구비하는 미세 감광막패턴 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전자빔은 상기 감광막패턴 내의 전자빔 투과지역에서 압축 내부응력이 발생할 수 있는 정도의 가속에너지를 가진 것을 특징으로 하는 미세 감광막패턴 형성방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 전자빔은 상기 감광막패턴 내의 고분자의 분해 및 가교결합이 평형에 도달하는 데 소요되는 시간동안 투사되는 것을 특징으로 하는 미세 감광막패턴 형성방법.