KR20010015501A - photoresist for fabricating in a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 제조용 포토레지스트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원하는 크기의 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 반도체 소자 제조용 포토레지스트에 관한 것이다.The present invention relates to a photoresist for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a photoresist for manufacturing a semiconductor device capable of easily forming a pattern having a desired size.
통상, 반도체소자는 증착공정, 사진공정, 식각공정 및 이온주입공정 등의 일련의 공정들을 수행하여 이루어진다. 즉, 반도체소자는 웨이퍼 상에 다결정막, 산화막, 질화막 및 금속막 등과 같은 여러 층의 박막을 증착한후, 사진공정, 식각공정 및 이온주입공정등을 통해 패턴(Pattern)을 형성시켜 완성한다. 상기 사진공정은 포토마스크(Photo Mask)를 사용하여 원하는 반도체 집적회로의 패턴을 상기 웨이퍼 상에 형성시키는 반도체소자 제조공정의 핵심기술이다.In general, a semiconductor device is formed by performing a series of processes such as a deposition process, a photo process, an etching process, and an ion implantation process. That is, the semiconductor device is completed by depositing a thin film of various layers such as a polycrystalline film, an oxide film, a nitride film and a metal film on the wafer, and then forming a pattern through a photo process, an etching process and an ion implantation process. The photo process is a core technology of a semiconductor device manufacturing process of forming a pattern of a desired semiconductor integrated circuit on the wafer using a photo mask.
상기 사진공정에 사용되는 포토레지스트(Photoresist)는 빛에 의해 화학반응이 일어나 일반적으로 용해도 따위가 변화되는 감광성 고분자 재질로 만들어진다. 즉, 미세회로가 기 형성된 포토마스크를 통하여 빛이 조사됨에 따라 빛이 조사된 포토레지스트 부분에는 화학반응이 일어남으로서, 빛이 조사되지 않은 부분에 비하여 더욱 가용성 재질로 변형되거나 불가용성 재질로 변형됨에 따라 적당한 현상액으로 현상하면 각각 포지티브(Positive)또는 네가티브(Negative)형 포토레지스트 패턴이 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴은 상기 사진공정 이후의 공정 즉, 식각 및 이온주입공정 등에서 마스크 역할을 한다.The photoresist used in the photolithography process is made of a photosensitive polymer material in which chemical reaction occurs due to light, and solubility is generally changed. That is, as the light is irradiated through the photomask in which the microcircuit is already formed, a chemical reaction occurs in the photoresist portion to which light is irradiated, so that it is transformed into a more soluble material or a non-soluble material than the portion where the light is not irradiated. Therefore, when developed with a suitable developer, positive or negative photoresist patterns are formed, respectively. The photoresist pattern serves as a mask in a process after the photolithography process, that is, an etching process and an ion implantation process.
상기 포토레지스트는 노광파장에 따라 g-line, i-line, DUV용 포토레지스트로 구분되며, 보통 상기 포토레지스트들은 광원의 노광 파장보다 작은 크기의 패턴은 구현하기 어려운 문제점이 있었다.The photoresist is divided into g-line, i-line, and DUV photoresist according to the exposure wavelength. In general, the photoresist has a problem that it is difficult to realize a pattern having a size smaller than the exposure wavelength of the light source.
현재 사진공정에서 콘택홀(Contact Hole)패턴은 라인 앤 스페이스(Line ＆ Space)패턴에 비하여 해상도가 낮으며, 웨이퍼 전면의 패턴 균일도도 좋지 않다. 따라서, 상기 포토레지스트의 한계 해상도를 극복하며, 64M DRAM 이상의 고집적 반도체소자가 요구하는 0.20㎛ 이하의 크기를 갖는 콘택홀 패턴의 형성을 위하여는 새로운 기술이 적용되어야 한다.In the current photographic process, the contact hole pattern has a lower resolution than the line and space pattern, and the pattern uniformity of the front surface of the wafer is also poor. Therefore, a new technique must be applied to overcome the limit resolution of the photoresist and to form a contact hole pattern having a size of 0.20 µm or less required by a highly integrated semiconductor device of 64M DRAM or more.
그러나, 상기 i-line용 포토레지스트와 변형조명을 사용하는 위상 반전 마스크를 사용하여 플로우 방법을 수행할 경우 0.18 ㎛의 해상도를 갖는 상기 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있으나, 비노광부위에서 일부 불균일하게 노광되어 고분자인 포토레지스트 패턴의 열적 특성이 불균일하게 된다. 즉, 플로우를 위한 베이크시 패턴 밀도가 높은 셀(Cell)지역과 패턴밀도가 낮은 페리(Peri)지역의 비노광부위에 가해진 노광량이 불균일하다. 따라서, 상기 노광량의 불균일은 열에 의한 경화에 따른 플로우 속도의 차이가 발생하여 상기 셀지역과 페리지역의 경계지역에서 콘택홀 패턴이 찌그러지는 벌크효과(Bulk effect)가 발생하는 문제점이 있었다.However, when the flow method is performed using the i-line photoresist and a phase inversion mask using modified illumination, the photoresist pattern having a resolution of 0.18 μm may be formed, but some non-uniformly exposed areas are exposed. As a result, the thermal properties of the photoresist pattern, which is a polymer, become nonuniform. That is, the exposure amount applied to the non-exposed areas of the cell region with a high pattern density and the Peri region with a low pattern density for baking is uneven. Therefore, there is a problem that the non-uniformity of the exposure dose has a difference in the flow rate due to curing by heat, causing a bulk effect in which the contact hole pattern is distorted in the boundary region of the cell region and the ferry region.
그리고, 상기 DUV용 포토레지스트는 상기 i-line용 포토레지스트보다 열적으로 매우 취약하기 때문에 상기 플로우시 사용되는 베이크 오븐(Bake Oven)의 온도 균일도에 상당히 민감하여 급격하게 플로우되며, 웨이퍼 전면에 균일한 크기를 갖는 콘택홀 패턴 분포를 얻기가 어려운 문제점이 있었다. 특히, 상기 DUV용 포토레지스트의 경우 가교반응이 발생하는 메카니즘이 결여되어 있기 때문에 i-line용 포토레지스트와 같은 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있었다.In addition, since the DUV photoresist is more thermally vulnerable than the i-line photoresist, the DUV photoresist is extremely sensitive to the temperature uniformity of the bake oven used in the flow, and flows rapidly, and is uniform on the entire surface of the wafer. There is a problem that it is difficult to obtain a contact hole pattern distribution having a size. In particular, in the case of the DUV photoresist, there is a problem in that an effect similar to that of the i-line photoresist cannot be expected because a mechanism for generating a crosslinking reaction is lacking.
본 발명의 목적은, 포토레지스트와 위상 반전 마스크가 동시에 적용되는 공정에서 플로우방법이 가능하도록 하여 균일하고 원하는 크기를 갖는 패턴을 형성시키는 반도체소자 제조용 포토레지스트를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photoresist for manufacturing a semiconductor device which forms a pattern having a uniform and desired size by enabling a flow method in a process in which a photoresist and a phase inversion mask are simultaneously applied.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자 제조용 포토레지스트는, 베이스 수지, 광활성제, 용제 및 상기 베이스 수지와 가교 결합될 수 있는 첨가제로서 2,4,6-트리아미노-1,3,5-트리아진을 포함한다.The photoresist for manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object is 2,4,6-triamino-1,3,5- as a base resin, a photoactive agent, a solvent and an additive capable of crosslinking with the base resin. Triazines.
이때, 상기 2,4,6-트리아미노-1,3,5-트리아진이 베이스 수지와 광활성제 및 용제의 총량에 대하여 0.001 내지 5 중량%로 포함된다.At this time, the 2,4,6-triamino-1,3,5-triazine is included in 0.001 to 5% by weight based on the total amount of the base resin, photoactive agent and solvent.
상기 구성을 갖는 포토레지스트를 사용함으로서, 가교 반응의 메카니즘을 보강하여 원하는 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 때문에 미세 패턴을 요구하는 최근의 반도체 소자에 적극적으로 활용할 수 있다.By using the photoresist having the above structure, the mechanism of the crosslinking reaction can be reinforced to easily form a desired pattern. Therefore, the present invention can be actively used in recent semiconductor devices requiring fine patterns.
상기 구성을 갖는 포토레지스트를 사용한 포토레지스 패턴의 형성 방법을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the formation method of the photoresist pattern using a photoresist having the above configuration as follows.
먼저, 웨이퍼 상에 포토레지스트를 도포한다. 이때 상기 포토레지스트는 i-line용 포토레지스트이다. 계속하여 상기 i-line용 포토레지스트를 소프트 베이크시킨다. 이러한 상기 소프트 베이크를 통하여 상기 포토레지스트에 포함되어 있는 솔벤트를 제거하여, 상기 포토레지스트의 접착력을 우수하게 확보한다.First, photoresist is applied onto a wafer. In this case, the photoresist is an i-line photoresist. Subsequently, the i-line photoresist is soft baked. Through the soft bake, the solvent contained in the photoresist is removed to ensure excellent adhesion of the photoresist.
이때, 상기 포토레지스트는 베이스수지, 광활성제, 용제 및 베이스 수지와 가교 결합될 수 있는 첨가제로서, 2,4,6-트리아미노-1,3,5-트리아진이 베이스수지와 광활성제 및 용제의 총량에 대하여 0.001 내지 5중량%로 포함된 것을 사용할 수 있다. 상기 2,4,6-트리아미노-1,3,5-트리아진은 소위 멜라민(melamine)이라고 칭하는 것으로써 화학식이 C3H6N6이며, 포름알데히드와 부가 축합반응에 의해 멜라민 포름알데히드 수지를 형성한다.In this case, the photoresist is an additive capable of crosslinking with the base resin, photoactive agent, solvent and base resin, 2,4,6-triamino-1,3,5-triazine is the base resin, photoactive agent and solvent It can be used that contained from 0.001 to 5% by weight based on the total amount. The 2,4,6-triamino-1,3,5-triazine is called melamine and has a chemical formula of C 3 H 6 N 6 , and a melamine formaldehyde resin by addition condensation with formaldehyde. To form.
계속하여, 상기 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 상부에 포토마스크를 정렬시킨 노광을 수행한다. 이때 상기 포토레지스트는 i-line용 포토레지스트이기 때문에 i-line의 파장을 갖는 스텝퍼로 이동시킨다. 그리고, 상기 웨이퍼 상에 미세홀 패턴이 형성된 위상 반전 마스크를 정렬시킨 다음 i-line을 위상 반전 마스크를 통하여 상기 위상 반전 마스크로 입사시켜 상기 웨이퍼를 노광한다.Subsequently, exposure by arranging the photomask on the wafer on which the photoresist is applied is performed. At this time, since the photoresist is an i-line photoresist, the photoresist is moved to a stepper having an i-line wavelength. Then, the phase inversion mask having the fine hole pattern formed on the wafer is aligned, and then the i-line is incident through the phase inversion mask into the phase inversion mask to expose the wafer.
이어서, 상기 노광된 웨이퍼를 피이비(PEB : post edge exposure)시킨다. 상기 피이비에 의해 상기 포토레지스트 패턴이 상기 노광 광원의 입사광과 반사광의 간섭에 의해 보강 및 상쇄 현상이 일어나면서 생기는 정재파 효과에 의해 발생하는 물결무늬가 제거된다. 이에 따라 상기 패턴의 프로파일이 향상되고, 상기 포토레지스트 패턴의 해상도가 향상된다.Subsequently, the exposed wafer is subjected to post edge exposure (PEB). By the PB, the wave pattern generated by the standing wave effect generated when the photoresist pattern is reinforced and canceled by interference of incident light and reflected light of the exposure light source is removed. As a result, the profile of the pattern is improved, and the resolution of the photoresist pattern is improved.
그리고, 상기 피이비가 완료된 상기 웨이퍼를 현상 및 세정하여 상기 포토레지스트 패턴을 형성시킨다. 상기 피이비가 완료된 상기 웨이퍼를 현상장치로 이동시켜 상기 포토레지스트 상에 현상액을 공급하여 패턴을 형성한 후, 세정액으로 현상불순물을 제거한다.The wafer on which the PB is completed is developed and cleaned to form the photoresist pattern. The wafer on which the PB is completed is moved to a developing apparatus, a developer is supplied onto the photoresist to form a pattern, and then a developing solution is removed with a cleaning solution.
계속하여, 상기 포토레지스트 패턴을 유브이 베이크 시킨다. 이와 같이, 상기 포토레지스트 패턴에 유브이광을 조사시키고, 열을 가하여 포토레지스트 내에 가교반응(Cross Linking)이 일어나도록 함으로서, 상기 포토레지스트 패턴의 열적 안전성을 확보한다. 이는 상기 온도 상승에 따른 플로우를 수행할 때 상기 포토레지스트 패턴으로 형성된 상기 포토레지스트가 열에 둔감하도록 하기 위함이다. 상기 유브이 베이크는 상기 포토레지스트 패턴에 유브이광을 조사하면서 열에 의한 베이크공정을 동시에 수행할 수 있고, 또한 상기 유브이광을 조사한 후, 상기 베이크 공정을 독립적으로 수행할 수 있다.Subsequently, the photoresist pattern is baked. As such, by irradiating the photoresist pattern with UV light and applying heat to cross linking in the photoresist, the thermal stability of the photoresist pattern is secured. This is to make the photoresist formed of the photoresist pattern insensitive to heat when performing the flow according to the temperature rise. The UV bake may simultaneously perform a baking process by heat while irradiating a UV light to the photoresist pattern, and may also independently perform the baking process after irradiating the UV light.
이때, 상기 웨이퍼가 놓여지는 플레이트는 상기 웨이퍼를 소정 온도로 가열할 수 있는 핫플레이트(hot plate)를 사용한다.In this case, the plate on which the wafer is placed uses a hot plate capable of heating the wafer to a predetermined temperature.
그리고, 상기 유브이 베이크 후, 상기 포토레지스트 패턴을 플로우 베이크시킨다. 상기 플로우 베이크를 통하여 상기 포토레지스트의 연화점 이상의 열을 가한다. 이에 따라 상기 포토레지스트는 상기 포토레지스트를 구성하는 고분자들의 연화 및 점도가 감소된다. 즉, 상기 플로우 베이크를 통하여 상기 포토레지스트 패턴의 연화 및 점도가 감소되는 것이다. 이에 따라 상기 포토레지스트 패턴의 크기가 축소된다. 또한, 패턴 밀도가 높은 셀지역과 패턴밀도가 낮은 페리지역의 상기 포토레지스트 패턴의 플로우 정도 차이가 크지 않아 상기 포토레지스트 패턴이 상기 웨이퍼의 전면에 균일하게 형성된다.After the UV baking, the photoresist pattern is flow baked. Heat above the softening point of the photoresist is applied through the flow bake. Accordingly, the photoresist reduces the softening and viscosity of the polymers constituting the photoresist. That is, softening and viscosity of the photoresist pattern are reduced through the flow bake. Accordingly, the size of the photoresist pattern is reduced. The photoresist pattern is uniformly formed on the entire surface of the wafer because the difference in the degree of flow of the photoresist pattern in the cell region having a high pattern density and the ferry region having a low pattern density is not large.
그리고, 상기 포토레지스트 패턴에 유브이 베이크를 시키고, 상기 포토레지스트 패턴을 하드 베이크한 다음 플로우 공정을 수행할 수 있다. 이는 상기 플로우 공정을 보다 안정적으로 수행하기 위함이다.The photoresist pattern may be subjected to a UV bake, the photoresist pattern may be hard baked, and then a flow process may be performed. This is to more stably perform the flow process.
이와 같이, 상기 구성을 갖는 포토레지스트를 사용함으로서, 베이크 등을 수행할 때 열적 안정성을 용이하게 확보할 수 있기 때문에 미세 구조를 갖는 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서 미세 패턴을 형성하기 위한 반도체 소자에 적극적으로 응용할 수 있고, 미세 패턴의 용이한 형성을 통하여 반도체 소자의 제조에 따른 신뢰도를 구축할 수 있는 효과가 있다.As described above, by using the photoresist having the above structure, the thermal stability can be easily ensured when performing the baking or the like, so that a pattern having a fine structure can be easily formed. Therefore, the present invention can be actively applied to a semiconductor device for forming a fine pattern, and through the easy formation of the fine pattern, there is an effect of building reliability according to the manufacture of the semiconductor device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
Claims (2)
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20030061220A (en) * | 2002-01-11 | 2003-07-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Photoresist polymer comprising tri-azine monomer having azide group and photoresist composition |
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2000
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| KR20030061220A (en) * | 2002-01-11 | 2003-07-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Photoresist polymer comprising tri-azine monomer having azide group and photoresist composition |
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