KR20030072667A - 반도체소자의 미세패턴 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법은, 하부층상에 감광막을 도포한후 포토리소그라피 공정기술을 이용한 1차 노광 및 현상공정을 진행하여 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막패턴을 포함한 하부층상에 열적 라디칼 개시제 또는 교차결합 에이전트 를 함유한 고분자용액층을 형성하는 단계; 베이킹을 실시하여 상기 라디칼 발생 및 확산 또는 에이전트를 감광막패턴내로 확산시키는 단계; 및 포토리소그라피 공정 기술을 이용한 2차 현상공정을 진행하여 원하는 감광막패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 반도체소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레지스트의 라디칼 크로스링크(cross-link)를 이용한 라인 가장자리부의 거칠기(roughness)를 개선하는 방법에 관한 것이다.
점차적으로 반도체소자가 집적화됨에 따라 포토리소그라피에서 형성해야 하는 패턴의 크기가 작아지게 되고, 이에 따라 레지스트 패턴의 라인 가장자리 거칠기가 소자동작의 진동(variation)을 줄 수 있는 중요한 문제점으로 부각되기 시작하였다.
이러한 라인의 가장자리부의 거칠기는 원천적으로 레지스트 폴리머집합체(aggregate)의 익스트렉션(extraction)방식의 불균일한 현상속도에서 기인한다. 따라서, 이러한 집합체의 불균일한 현상을 막는 것이 곧바로 소자동작의 균일성을 줄 수 있는 중요한 인자(factor)이다.
따라서, 이러한 집합체(aggregate)의 불균일한 현상을 막는 방법으로는 첫째, 집합체 크기를 줄여 익스트렉션 방식에 의해 불균일 현상속도를 보이더라도 근원적으로 작은 크기로 인해 거칠기를 줄여 주는 방법이 있고, 둘째, 익스트렉션 방식에 의한 불균일현상 속도를 줄이는 방법이 있다.
이중 첫째 방식은 레지스트 물질 자체 개발에 의한 방식이고, 둘째 방식은 물질 자체 개발 방식과 공정에 의한 방식으로 모두 가능할 수 있다. 즉, 둘째 방식은 어떤 식으로든 집합체와 주변 레지스트간의 현상속도 차이를 줄여 주면 가능하다.
이러한 접근은 레지스트의 크로스링크(crosslink)를 중가시켜 주면 가능하고, 이러한 크로스링크의 방식으로는 두가지가 적용되어 왔다.
그중 하나는 레지스트 물질 자체를 크로스링크가 많이 되어 있는 폴리머를사용하는 것이다. 하지만 이러한 경우 크로스링크량에 따라 레지스트 잔류물 등의 문제와 레지스트 수행(performance) 자체의 문제를 야기시킬 수 있다.
또한, 한가지 방식은 패터닝후 UV-베이크 장비를 사용하여 크로스링크를 형성시키는 것인데, 이 경우에는 타 공정에서는 사용되지 않는 추가적인 장비가 필요하고, UV 광도(intensity)변화에 의해 불완전한 교차결합(crosslinking)이 발생하는 등 공정성 측면에서 여러 가지 문제점을 안고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 열적 라디칼 발생 및 확산을 이용하여 패턴형성용 라인의 가장자리 거칠기를 감소시킬 수 있는 반도체소자의 미세패턴 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성 방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
[도면부호의설명]
11 : 하부층13 : 감광막패턴
15 : 고분자용액층17 : 열적라디칼개시제
19 : 라디칼21 : 최종감광막패턴(교차결합된 감광막패턴)
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성 법은, 하부층상에 감광막을 도포한후 포토리소그라피공정기술을 이용한 1차 노광 및 현상공정을 진행하여 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막패턴을 포함한 하부층상에 열적 라디칼 개시제 또는 교차결합 에이전트를 함유한 고분자용액층을 형성하는 단계; 베이킹을 실시하여 상기 라디칼 발생 및 확산 또는 에이전트를 감광막패턴내로 확산시키는 단계; 및 포토리소그라피 공정기술을 이용한 2차 현상공정을 진행하여 원하는 감광막패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로한다.
(실시예)
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법을첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법은, 도 1에 도시된 바와같이, 먼저 패턴형성용 하부층(11)상에 감광막(미도시)을 도포한후 일반적인 포토리소그라피 공정과 동일하게 노광 및 현상공정을 거쳐 원하는 감광막패턴(13)을 형성한다. 이때, 상기 감광막패턴(13)의 라인 가장자리부분은 거친 표면을 갖게 된다.
그다음, 도 2에 도시된 바와같이, 이렇게 형성된 감광막패턴(13)을 포함한 하부층(11)상에 열적 라디칼 개시제(thermal radical initiator)(17)를 함유한 고분자용액을 도포하여 고분자용액층(15)을 형성한다. 이때, 도포되는 고분자용액은 포토리소그라피 공정에서 일반적으로 사용하는 상부 반사방지막(anti-reflective layer; arc)과 비슷한 수분용해성(water soluble)고분자용액 또는 열적 라디칼생성 에이전트(thermal radical generation agent)이어야 하며, 용액의 용매는 물이다.
이어서, 도 3에 도시된 바와같이, 이렇게 고분자용액층(17)을 도포한후 원하는 열적라디칼 개시 및 확산을 가능하게 하는 온도 범위를 설정하여 베이킹을 실시한다. 이때, 라디칼 생성 및 확산방식으로는 오븐이나 핫플레이트 가열방식을 사용하는데, 오븐 방식의 경우 오븐온도와 핫플레이트방식의 경우 핫 플레이트 온도는 50 내지 250 ℃로 유지한다.
또한, 베이킹 실시를 통해 고분자용액속에 있는 라디칼개시제(15)에서 라디칼(19)이 생성되고, 이 라디칼(19)이 열에 의해 기 형성된 감광막패턴(13)내부로 확산하게 된다. 한편, 열적라디칼 생성기로는 AlBN을 사용한다.
이렇게 확산이 이루어지면 패턴내부의 하이드록시스틸렌 폴리머간의 라디컬 교차결합이 이루어지고, 열에 의해 분해된 소량의 광산발생기(photoacid generator)로 인해 패턴가장자리는 느린 속도로 현상이 가능한 상태가 된다.
그다음, 도 4에 도시된 바와같이, 이 상태에서 TMAH로 2차 현상을 진행하면, 패턴의 가장자리부가 교차결합된 상태에서 매우 느리게 소량 현상되면서 패턴 가장자리 거칠기가 감소된 최종 감광막패턴(21)을 얻게 된다.
이때, 이러한 공정은 인-라인 트랙(in-line track)내에서 진행되므로 UV-베이크 장비 등 추가적인 장치 투자 및 공정시간 등을 고려하지 않아도 되는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법은 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법은, 도 5에 도시된 바와같이, 먼저 패턴형성용 하부층(31)상에 감광막(미도시)을 도포한후 일반적인 포토리소그라피 공정과 동일하게 노광 및 현상공정을 거쳐 원하는 감광막 패턴(33)을 형성한다.
그다음, 도 6에 도시된 바와같이, 이렇게 형성된 감광막패턴(33)을 포함한하부층(31)상에 교차결합에이전트(crosslinkable agent)(37)를 함유한 고분자용액을 도포하여 고분자용액층(35)을 형성한다. 이때, 도포되는 고분자용액은 포토리소그라피 공정에서 일반적으로 사용하는 상부 반사방지막(arc)과 비슷한 수분용해성(water soluble)고분자용액 또는 열적 라디칼 생성 에이전트(thermal radical generation agent)이어야 하며, 용액의 용매는 물이다.
이어서, 도 7에 도시된 바와같이, 이렇게 고분자용액층(37)을 도포한후 원하는 교차결합 에이전트(crosslinkable agent)의 적절한 확산을 가능하게 하는 온도 범위를 설정하여 베이킹을 실시한다. 이때, 교차결합 에이전트의 확산방식으로는 오븐이나 핫플레이트 가열방식을 사용하는데, 오븐 방식의 경우 오븐온도와 핫플레이트방식의 경우 핫 플레이트 온도는 50 내지 250 ℃로 유지한다. 또한, 교차결합 에이전트로는 다중 기능 에테르(multi-functional eter) 또는 다중 기능 알킬 할로 화합물(multi-functional alkyl halo compound)를 사용한다. 이때, 상기 다중 기능에테르로는 메틸 에테르를 사용하며, 다중 기능알킬 할로 화합물로는 알킬 클로로 화합물 또는 알킬 브로모(bromo)화합물, 알킬 로도(lodo) 화합물을 사용한다.
또한, 베이킹 실시를 통해 고분자용액속에 있는 교차결합에이전트(35)가 열에 의해 기 형성된 패턴내부로 확산하게 된다.
이렇게 확산이 이루어지면 패턴내부의 스틸렌 폴리머의 -OH기들간의 교차결합이 이루어지고, 열에 의해 분해된 소량의 광산발생기(photoacid generator)로 인해 패턴가장자리는 느린 속도로 현상이 가능한 상태가 된다.
그다음, 도 8에 도시된 바와같이, 이 상태에서 TMAH로 2차 현상을 진행하면,패턴의 가장자리부가 교차결합된 상태에서 매우 느리게 소량 현상되면서 패턴 가장자리 거칠기가 감소된 최종 감광막패턴(21)을 얻게 된다.
이때, 이러한 공정은, 본 발명의 일시예와 마찬가지로 인-라인 트랙(in-line track)내에서 진행되므로 UV-베이크 장비 등 추가적인 장치의 투자 및 공정시간 등을 고려하지 않아도 되는 장점이 있다.
상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자의 미세패턴 형성방법에 의하면, 열적 라디칼 발생 및 라디칼 확산공정 또는 교차결합 에이전트를 이용한 확산공정을 이용한 단순한 트랙 공정만으로 라인가장자리의 거칠기가 감소하게 되어 제조비용을 감소되고 안정성이 있는 레지스트 프로파일 및 CD 제어가 용이하며, 공정의 안정성으로 인한 소자 개발 및 생산수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
Claims (10)
- 하부층상에 감광막을 도포한후 포토리소그라피공정기술을 이용한 1차 노광 및 현상공정을 진행하여 감광막패턴을 형성하는 단계;상기 감광막패턴을 포함한 하부층상에 열적 라디칼 개시제 또는 교차결합 에이전트를 함유한 고분자용액층을 형성하는 단계;베이킹을 실시하여 교차결합된 감광막패턴을 형성하는 단계; 및2차 현상공정을 진행하여 원하는 최종감광막패턴을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 고분자용액층이 열적 라디칼 개시제를 함유한 경우에, 열적 라디칼 발생 및 확산에 사용되는 물질로는 수용성고분자용액과 열적 라디칼 발생 에이전트를 사용하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 라디칼 발생 및 확산방식 또는 에이전트 확산방식 으로는 오븐이나 핫플레이트 가열방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
- 제3항에 있어서, 오븐 온도 및 핫플레이트온도는 25 내지 250 ℃를 유지하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 열적 리디칼 발생기로는 AlBN를 사용하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 확산에 의해 교차결합시키는 물질로는 수용성 고분자용액과 교차결합 에이전트를 사용하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
- 제6항에 있어서, 상기 교차결합에이전트로는 다중기능 에테르 또는 다중기능 알킬 할로화합물을 사용하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
- 제7항에 있어서, 상기 다중기능 에테르로는 메틸알콜 또는 에틸에테르를 사용하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
- 제7항에 있어서, 상기 다중기능 알킬 할로화합물로는 알킬클로로화합물, 알킬브로모화합물 또는 알킬로도화합물을 사용하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 베이킹 실시는, 열적 라디칼 개시 및 확산 또는 확산을 위해 실시하여 교차결합된 감광막패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 미세패턴 형성방법.
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