KR20050059748A - 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 패턴 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 미세 패턴 형성방법은, 반도체기판 상에 193㎚ 파장의 ArF 광원에 반응하는 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 포토레지스트를 소프트 베이크하는 단계와, 상기 소프트 베이크된 포토레지스트의 소정 부분을 노광마스크를 사용하여 노광하는 단계와, 상기 노광된 포토레지스트를 포스트 노광 베이크하는 단계와, 상기 노광된 포토레지스트 부분이 제거되도록 현상하여 소정 선폭의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 포함한 기판 결과물에 대해 노광마스크의 사용없이 전면 노광하여 포토레지스트내 PAG(Photo Acid Generator)를 활성화시키는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴의 선폭을 SEM 장비의 전자선 조사를 통해 측정하는 단계를 포함한다.

Description

반도체 소자의 미세 패턴 형성방법{Method for forming fine pattern of semiconductor device}

본 발명은 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, SEM 장비의 전자선 조사에 의한 임계치수(Critical Dimension) 수축을 최소화하기 위한 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 반도체 소자를 제조함에 있어서 콘택홀을 포함한 각종 패턴들은 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 통해 형성하고 있다. 이러한 포토리소그라피 공정은, 알려진 바 대로, 포토레지스트를 도포하는 도포(coating) 공정과, 도포된 포토레지스트의 소정 부분에 광을 조사하는 노광(exposure) 공정과, 노광되거나 노광되지 않은 포토레지스트 부분을 제거하는 현상(develop) 공정으로 구성된다.

한편, 반도체 소자의 고집적화에 따라 패턴의 미세화가 요구되고 있는 바, 이를 위해, 노광장비의 광파장은 보다 짧은 대역의 것을 사용하게 되었다.

예컨데, 기존에는 248㎚ 파장의 KrF 광원을 이용하여 노광 공정을 수행하였으며, 이를 통해, 0.15㎛ 선폭의 패턴을 형성하였으나, 최근에는 193㎚ 파장의 ArF 광원을 이용하여 노광 공정을 수행하고 있으며, 이를 통해, 0.13㎛ 선폭을 패턴을 형성하고 있다.

여기서, 상기 광원의 변경은 포토레지스트 물질 자체에 대한 변경도 수반한다. 즉, KrF 광원의 사용시에는 상기 KrF 광원에 반응하는 포토레지스트 물질, 예컨데, PHS(PolyHydroxyStylene)를 사용하였으나, 상기 PHS는 193㎚ 파장의 ArF 광원에 대해서는 흡수도가 커지기 때문에 ArF 광원의 사용시에는 상기 PHS 대신에 아크릴레이트(Acrylate) 또는 애러싸이클릭(Alicyclic) 구조의 메인체인(Main chain)을 가진 폴리머를 사용하고 있다.

그러나, 이와 같은 폴리머는, 도 1 및 도2에 도시된 바와 같이, 임계치수 (Critical Dimension : 이하, CD) 측정을 위한 SEM 장비의 전자선 주사시 메인체인이 끊어져 프리 볼륨 로스(free volume loss)를 가져오게 되고, 이에 따라, 패턴 수축(shrink)이 일어나 소정 크기의 패턴 제조 및 재현성에 심각한 문제가 야기된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, CD 측정을 위한 SEM 전자선 주사시 폴리머의 메인체인이 끊어지는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 SEM 전자선 주사기의 폴리머 메인체인이 끊어지는 것을 방지함으로써 소자 신뢰성 및 수율을 확보할 수 있는 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법을 제공함에 그 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 반도체 기판 상에 193㎚ 파장의 ArF 광원에 반응하는 포토레지스트를 도포하는 단계; 상기 포토레지스트를 소프트 베이크하는 단계; 상기 소프트 베이크된 포토레지스트의 소정 부분을 노광마스크를 사용하여 노광하는 단계; 상기 노광된 포토레지스트를 포스트 노광 베이크하는 단계; 상기 노광된 포토레지스트 부분이 제거되도록 현상하여 소정 선폭의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 포함한 기판 결과물에 대해 노광마스크의 사용없이 전면 노광하여 포토레지스트내 PAG(Photo Acid Generator)를 활성화시키는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴의 선폭을 SEM 장비의 전자선 조사를 통해 측정하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법을 제공한다.

여기서, 상기 포토레지스트는 1000∼100000 정도의 분자량을 갖는 메인체인이 아크릴(Acryl)계 또는 애러싸이클릭(Ali-cyclic)계 폴리머로 이루어지며, 트리페놀설퍼니움트리플레이트(triphenol-sulfoniumtriflate)의 PAG를 갖는다. 또한, 상기 포토레지스트는 0.1∼2.0㎛ 두께로 도포한다.

상기 소프트 베이크 및 포스트 노광 베이크는 70∼180℃에서 수행한다.

상기 전면 노광은 노광마스크를 이용한 노광시 에너지의 100∼1000% 에너지로 수행한다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 기술적 원리를 설명하면, 본 발명은 포토레지스트에 대한 노광 및 현상 공정을 수행한 후, 그리고, 패턴의 CD 측정을 위한 SEM 전자선 조사 전, 전면 노광(Flood exposure)를 추가 진행한다.

이러한 전면 노광을 수행하는 경우, 미반응 PGA(Photo Acid Generator)에서 다량의 프로톤(H+)이 발생하게 되는 바, 이러한 프로톤이 후속 단계인 CD SEM 장비의 전자선 조사시 전자(electron)를 중화(neutralization)시켜 폴리머 메인체인에의 공격이 최소화되도록 하며, 이에 따라, 패턴 수축을 방지할 수 있게 되고, 결국, 소자 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

자세하게, 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 3a를 참조하면, 반도체 기판(1) 상에 193㎚ 파장의 ArF 광원에 반응하는 물질, 예컨데, 메인체인(Main chain)이 아크릴(Acryl)계 또는 애러싸이클릭(Ali-cyclic)계 폴리머로 이루어진 포토레지스트(2)를 0.1∼2.0㎛의 두께로 도포한다. 그런다음, 상기 도포된 포토레지스트(2)에 대해 70∼180℃에서 소프트 베이크(soft bake)를 수행한다.

여기서, 상기 포토레지스트(2)는 트리페놀설퍼니움트리플레이트(triphenol-sulfoniumtriflate)의 PAG를 가지며, 메인체인의 분자량이 1000∼100000 정도인 폴리머를 갖는다. 또한, 상기 포토레지스트(2)는 아크릴계 또는 애러싸이클릭계 구조의 폴리머가 단위 반복 구조로 되어 있으며, 메인체인 또는 사이드 체인에 기능성 그룹(도 1의 R1, R2, R3)을 결함된다.

도 3b를 참조하면, 노광마스크(3)를 이용해서 상기 포토레지스트(2)를 노광한다. 그런다음, 상기 노광된 포토레지스트에 대해 70∼180℃에서 포스트 노광 베이크(post exposure bake)를 수행한다.

도 3c를 참조하면, 노광된 포토레지스트 부분이 제거되도록 1.5∼2.5wt%의 TMAH 용액을 이용해서 현상 공정을 수행하고, 이를 통해, 0.13㎛ 이하의 CD를 갖는 포토레지스트 패턴(2a)을 형성한다.

도 3d를 참조하면, 포토레지스트 패턴(2a)이 형성된 기판 결과물에 대해 상기 노광 공정시 에너지의 100∼1000%의 에너지로 전면 노광(Flood exposure)을 실시한다. 이때, 상기 전면 노광에 의해 포토레지스트 패턴(2a)내 PAG가 활성화된다.

도 3e를 참조하면, 상기 형성된 포토레지스트 패턴(2a)에 대해 SEM 장비의 전자선 조사를 통해 그 CD를 측정한다. 이때, 상기 SEM 장비의 전자선 조사는 0.5∼2.0keV의 가속에너지로 수행한다.

여기서, CD 측정을 위한 SEM 전자선 조사시, 종래에는 포토레지스트내 메인체인이 끊어져 필연적으로 패턴 축소가 야기되지만, 본 발명의 경우에는 상기 SEM 전자선 조사 이전에 전면 노광(Flood exposure)을 수행하고, 이를 통해, 포토레지스트내 PAG를 활성화시켰으므로, 도 4에 도시된 바와 같이, PAG 활성화로 인해 발생된 프로톤(H+)에 의해 조사된 전자는 중화, 즉, 메인체인 분자량, 구조 등의 변형은 억제되며, 따라서, 패턴(2a) 축소는 일어나지 않는다.

이상에서와 같이, 본 발명은 193㎚파장의 ArF 광원을 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성하되, CD 측정을 위한 SEM 전자선 주사 전, 전면 노광(Flood exposure)을 추가 수행해 줌으로써, 상기 CD SEM 장비의 전자선 조사에 의한 포토레지스트 패턴의 축소를 방지할 수 있으며, 이에 따라, 소자 제조수율은 물론 신뢰성을 개선시킬 수 있다.

이상, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래 SEM에 의한 패턴 임계치수 조사시 발생되는 패턴 수축을 설명하기 위한 도면.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

도 4는 본 발명에 따라 형성된 미세 패턴의 SEM에 의한 패턴 임계치수 조사시 발생되는 현상을 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 반도체 기판 2 : 포토레지스트

2a : 포토레지스트 패턴 3 : 노광마스크

Claims (5)

1. 반도체 기판 상에 193㎚ 파장의 ArF 광원에 반응하는 포토레지스트를 도포하는 단계;

   상기 포토레지스트를 소프트 베이크하는 단계;

   상기 소프트 베이크된 포토레지스트의 소정 부분을 노광마스크를 사용하여 노광하는 단계;

   상기 노광된 포토레지스트를 포스트 노광 베이크하는 단계;

   상기 노광된 포토레지스트 부분이 제거되도록 현상하여 소정 선폭의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 포함한 기판 결과물에 대해 노광마스크의 사용없이 전면 노광하여 포토레지스트내 PAG(Photo Acid Generator)를 활성화시키는 단계; 및

   상기 포토레지스트 패턴의 선폭을 SEM 장비의 전자선 조사를 통해 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트는 1000∼100000 정도의 분자량을 갖는 메인체인(Main chain)이 아크릴(Acryl)계 또는 애러싸이클릭(Ali-cyclic)계 폴리머로 이루어지며, 트리페놀설퍼니움트리플레이트(triphenol-sulfoniumtriflate)의 PAG를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트는 0.1∼2.0㎛ 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 소프트 베이크 및 포스트 노광 베이크는 70∼180℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전면 노광은 노광마스크를 이용한 노광시 에너지의 100∼1000% 에너지로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성방법.