KR20010058558A - 노광면적 차이에 따른 산기의 확산길이 차이를 감소시킬수 있는 포토레지스트 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상대적으로 노광면적이 큰 제1 영역과 상대적으로 노광면적이 작은 제2 영역 중, 1차적으로 제1 영역만을 선택하여 작은 에너지로 노광(shallow exposure)하고 현상하여 제1 영역의 레지스트 두께를 감소시킨 다음, 제1 영역과 제2 영역을 동시에 노광 및 현상을 실시하여 포토레지스트 패턴을 형성하는데 특징이 있다. 이에 따라, 화학증폭형 감광제의 경우 노광면적이 큰 제1 영역과 노광면적이 작은 제2 영역에서 발생되는 산기의 농도 차이를 완화시킴으로써 산기의 확산길이 차이를 감소시킬 수 있다.

Description

노광면적 차이에 따른 산기의 확산길이 차이를 감소시킬 수 있는 포토레지스트 패턴 형성 방법{Method for forming photoresist pattern capable of diminishing difference of acid radical diffusion length caused by difference of exposure area}

본 발명은 반도체 소자 제조 분야에 관한 것으로, 특히 화학증폭형레지스트(chemically amplified resist)를 이용한 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

포토레지스트 패턴 형성 공정은 리소그래피(lithography) 방법을 통해 이루어진다. 리소그래피 공정은 마스크 상에 레이아웃(lay out)된 패턴을 공정제어규격(specification)대로 웨이퍼 상에 1차적으로 구현하는 기술이다. 즉, 패턴이 형성되어 있는 마스크(mask)를 통하여 특정한 파장을 갖고 있는 빛 에너지를 포토레지스트(photoresist)가 도포되어 있는 웨이퍼 상에 투영 노광하면, 빛 에너지에 의한 광화학반응이 일어나게 되고, 후속 현상(develop) 공정시 노광 지역에서 화학반응에 의한 용해도 속도가 증가되어 패턴이 형성된다. 이와 같이 형성된 포토레지스트 패턴은 후속 공정인 식각 또는 이온주입 공정시 마스크로서 역할한다.

반도체 소자 제조 공정은 여러 가지 박막을 이용하여 그 박막 위에 미세 형상을 적층하는 과정으로 이루어지기 때문에 어느 한 과정에서의 결함은 결국 소자 전체에 영향을 주게 되므로 소자 특성 및 생산수율에 크게 영향을 주게 된다. 더욱이, 반도체 소자의 집적도가 증가하는 추세에서 성공적인 소자 개발 및 생산을 하기 위해서는 마스크 상의 형상이 완전하게 웨이퍼 상에 구현되어야 한다.

웨이퍼 상에 구현해야 할 패턴이 현재 0.25 ㎛ 이하의 크기로 점점 미세화됨에 따라서 광학 리소그래피의 경우 노광원의 단파장화가 가속화되어 G-라인(G-line, 파장 436 ㎚), I-라인(I-line, 파장 365 ㎚) 보다 상대적으로 파장이 짧은 DUV(deep UV, 파장 248 ㎚)를 노광원으로 이용하고, 포토레지스트로는 화학증폭형감광제(chemically amplified resist)를 이용한다.

화학증폭형 레지스트는 일반적으로 감광작용에 의하여 강산을 발생하는 광산발생제(photo acid generator), 유형의 이미지(physical image)를 형성하는 폴리머(polymer), 그리고 노광시 발생한 강산이 노광후열처리(post expose bake, 이하 PEB라 함) 공정에서 열에너지에 의해 폴리머의 주쇄 결합(chain bond)을 결합 또는 분리시킬 수 있도록 도와주는 촉매제로 구성된다.

화학증폭형 감광제는 노광빔의 조사 면적에 따라 발생하는 산기(H⁺)의 농도가 달라지고, 이러한 농도 차이에 의하여 확산길이(diffusion length) 및 패턴 크기에 따른 임계치수(critical dimension) 바이어스(bias)도 달라지게 된다.

도1은 종래 기술에 따른 포토레지스트 패턴 형성 공정에서 노광 면적에 따른 산기(H⁺)의 농도 및 그에 따른 확산길이(L1, L2)의 차이를 비교하여 보이는 설명도이다. 확산길이는 온도 및 시간에도 의존하는데 노광 직후의 국부적인 농도차이는 온도와 시간의 조절로써 극복하기 어렵다. 따라서, 노광직후에 발생되는 국부적인 농도차이는 후속 공정인 현상 공정을 거치는 동안에 패턴 크기에 따라 임계치수 바이어스가 달라지는 결과를 초래한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 노광면적 차이에 따른 산기의 농도차이를 보다 감소시킴으로써 산기의 확산길이 차이를 줄일 수 있는 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래 기술에 따른 포토레지스트 패턴 형성 공정에서 노광 면적에 따른 산의 농도 및 그에 따른 확산길이의 차이를 비교하여 보이는 설명도,

도2a 내지 도2c는 본 발명에 따른 포토레지스트 패턴 형성 공정 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명*

CAR: 화학증폭형 레지스트 E1: 제1 노광영역

E2: 제2 노광영역 L1, L2: 산기의 확산길이

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상대적으로 노광면적이 넓은 제1 영역 및 상기 제1 영역 보다 노광면적이 작은 제2 영역을 노광하는 포토레지스트 패턴 형성하는 방법에 있어서, 기판 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계; 1차 노광공정을 실시하여 상기 레지스트의 상기 제1 영역만을 노광시키는 단계; 1차 현상공정을 실시하여 상기 제1 영역의 상기 레지스트 두께를 감소시키는 단계; 2차 노광공정을 실시하여 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 동시에 노광하는 단계; 및 2차 현상공정을 실시하는 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공한다.

본 발명은 상대적으로 노광면적이 큰 제1 영역과 상대적으로 노광면적이 작은 제2 영역 중, 1차적으로 제1 영역만을 선택하여 작은 에너지로 노광(shallow exposure)하고 현상하여 제1 영역의 레지스트 두께를 감소시킨 다음, 제1 영역과 제2 영역을 동시에 노광 및 현상을 실시하여 포토레지스트 패턴을 형성하는데 특징이 있다. 이에 따라, 화학증폭형 감광제의 경우 노광면적이 큰 제1 영역과 노광면적이 작은 제2 영역에서 발생되는 산기의 농도 차이를 완화시킴으로써 산기의 확산길이 차이를 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면 도2a 내지 도2c를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법을 상세하게 설명한다.

먼저 도2a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(도시하지 않음) 상부에 화학증폭형 레지스트(CAR)를 도포하고, 상대적으로 노광면적이 넓은 제1 영역(E1)만 국부적으로 1차 노광을 실시한다. 도면부호 'E2'는 상대적으로 노광면적이 작은 제2 영역을 나타낸다.

다음으로 도2b에 도시한 바와 같이, 1차 현상 공정을 실시하여 제1 영역(E1)의 화학증폭형 레지스트(CAR)의 두께를 감소시킨다.

이어서 도2c에 도시한 바와 같이, 화학증폭형 레지스트(CAR)의 두께가 각기 다른 제1 영역(E1)과 제2 영역(E2)에 2차 노광을 실시한다. 이때, 노광면적이 상대적으로 큰 제1 영역(E1)의 화학증폭형 레지스트(CAR) 두께가 상대적으로 얇기 때문에 산기(H⁺)의 농도 차이를 완화시킬 수 있고, 이에 따라 노광면적이 차이나는 제1 영역(E1)과 제2 영역(E2)의 산기 확산길이(L1, L2)의 차이를 감소시킬 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 화학증폭형 레지스트를 DUV로 노광함에있어서 노광면적의 차이에 따른 임계치수 차이를 극복하기 위하여, 상대적으로 노광면적이 넓은 부분만 1차적으로 노광 및 현상을 실시하여 레지스트의 두께를 감소시킨 다음, 이후의 노광 공정을 진행함으로써 산기의 농도와 산기의 확산길이 차이를 완화시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 상대적으로 노광면적이 넓은 제1 영역 및 상기 제1 영역 보다 노광면적이 작은 제2 영역을 노광하는 포토레지스트 패턴 형성하는 방법에 있어서,

   기판 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계;

   1차 노광공정을 실시하여 상기 레지스트의 상기 제1 영역만을 노광시키는 단계;

   1차 현상공정을 실시하여 상기 제1 영역의 상기 레지스트 두께를 감소시키는 단계;

   2차 노광공정을 실시하여 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 동시에 노광하는 단계; 및

   2차 현상공정을 실시하는 단계

   를 포함하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 포토레지스트는 광산발생제를 포함하는 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 포토레지스트를 DUV로 노광하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.