KR20060075889A - 포토레지스트의 프로파일 개선 방법 - Google Patents

포토레지스트의 프로파일 개선 방법 Download PDF

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KR20060075889A
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Abstract

본 발명은 포토레지스트의 프로파일 개선방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토레지스트 물질과 웨이퍼의 접착력(adhesion)을 높이기 위하여 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane; 이하 “HMDS”라 칭함)을 웨이퍼에 도포한 다음, 염산(HCl) 처리하는 단계를 포함함으로써, 베이크 공정 및 현상 공정 시에 상기 HMDS로부터 발생된 아민이 포토레지스트 내부의 산과 반응하는 것을 방지하여 균일한 포토레지스트의 프로파일을 얻을 수 있는 방법에 관한 것이다.

Description

포토레지스트의 프로파일 개선 방법{Method for Improving of Photoresist Profile}
도 1은 종래 포토레지스트의 프로파일을 형성하기 위한 공정 순서도.
도 2 및 3은 종래 방법에 의해 형성된 포토레지스트 패턴 사진.
도 4는 본 발명에 따른 포토레지스트의 프로파일 개선방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
도 5는 상기 도 4의 본 발명의 방법에 따른 염산 처리 공정을 수행되는 트랙 장비의 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 >
111 : 카세트(cassette) 112 : 웨이퍼 에지 노광(WEE)
113 : 열판(hot plate) 113-1 : 고온 열판
115 : 접착(adhesion) 117 : 기계
118 : 현상 119 : 코팅
121 : 웨이퍼 122 : HCl 가스
본 발명은 포토레지스트의 프로파일 개선방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토레지스트 물질과 웨이퍼의 접착력(adhesion)을 높이기 위하여 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane; 이하 "HMDS"라 칭함)을 웨이퍼에 도포한 다음, 염산(HCl) 처리하는 단계를 포함함으로써, 베이크 공정 및 현상 공정 시에 상기 HMDS로부터 발생된 아민이 포토레지스트 내부의 산과 반응하는 것을 방지하여 균일한 포토레지스트의 프로파일을 얻을 수 있는 방법에 관한 것이다.
최근 들어 반도체 집적 회로가 고집적화 됨에 따라 반도체 소자의 크기가 점점 소형화되는 추세에 있다. 반도체 소자의 초미세 패턴을 형성하기 위해서 근래에는 KrF(248㎚), ArF(193㎚) 또는 VUV(Vacuum Ultra Violet)(157nm)와 같은 원자외선(DUV : deep ultra violet)영역의 광원과 상기 광원에 대하여 우수한 투과율, 에칭 내성, 내열성, 접착성 및 낮은 광흡수도 등을 가지는 화학증폭형 포토레지스트를 사용하는 리소그래피공정을 사용한다.
상기 화학증폭형 포토레지스트는 광산발생제를 포함하고 있으므로, 광을 조사함에 따라 포토레지스트 내부에서 가교화 또는 불용화가 일어나는 고분자 물질과 현상액에 용해되기 쉬운 저분자 물질을 생성한다.
상기 고분자 물질은 소수성의 유기물질이기 때문에 친수성이 강한 웨이퍼와는 상호 접착성이 좋지 않아서 접촉 불량이 일어나기 쉬워 해상도 효과의 저하와 함께 언더커팅(undercutting)이나, 웨이퍼로부터 리프트(lift) 되어 패턴을 붕괴시킨다.
이를 개선하기 위한 방법으로 종래 화학증폭형 포토레지스트를 도포하기 전 에 웨이퍼 상에 유기실란 화합물의 일종으로 탄화수소기를 가진 실란 화합물인 HMDS 등을 코팅한다.
상기 HMDS 물질은 결합이 약한 C-N-Si 구조로 이루어졌기 때문에, Si 원자가 웨이퍼의 산소원자와 결합하여 고리구조를 형성함으로써 친수성 표면을 소수성으로 만들고, 포토레지스트 물질 내의 R-O-H와 반응하여 R-O-Si 결합이 생성되어 포토레지스트와의 접착력이 증가된다.
도 1은 종래 포토레지스트의 프로파일을 형성하기 위한 공정 순서도로서, 피식각층 웨이퍼 상에 포토레지스트의 접착력을 높이기 위한 접착 강화제인 HMDS를 도포(1)하고, 상기 HMDS 막 상부에 포토레지스트를 형성(2)한 다음, 소프트 베이크(soft bake)(5) 공정, 노광(exposure)(7) 공정, 포스트 베이크(post exposure bake)(9) 공정 및 현상(Development)(11) 공정 등을 순차적으로 수행하여 포토레지스트 패턴을 형성한다.
상기 HMDS는 진공 챔버(Vacuum chamber)내에서 액체 HMDS를 고온 가압하여 기체상태로 웨이퍼 상에 분사한 이후, 챔버에서 꺼내 냉각(cooling) 시켜 형성한다. 그리고 상기 웨이퍼에 대한 베이크 및 현상 공정을 수행하는 경우, 상기 HMDS의 질소 원자에 의해 아민이 발생되는데, 이는 화학적 필터(chemical filter)를 사용하여도 검출되어 후속 공정에 까지 영향을 미친다.
즉, 상기 아민은 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 노광 및 베이크 공정 시에 광산발생제에 의해 포토레지스트의 -OH기로부터 수소 이온(H+)이 생성되면, 하 기 반응식 1 에 도시한 바와 같이 산, 염기 반응을 일으켜 티-탑(T-top) 형태의 프로파일(profile)이 형성되므로 소자 수율이 저하된다(도 2 및 3 참조).
[반응식 1]
Figure 112004062449193-PAT00001
이에 발명자들은 활발한 연구 결과 첨가제를 포함하는 새로운 구성의 포토레지스트 물질의 개발이나 고가의 화학 필터의 개발 없이도 상기한 종래의 문제점을 개선할 수 있는 새로운 공정 단계를 추가하는 것만으로 상기 아민의 발생을 최소화 시키는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 HMDS를 형성한 웨이퍼를 염산 처리함으로써, 균일한 포토레지스트 패턴을 얻을 수 있는 포토레지스트의 프로파일 개선 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는
상부에 HMDS막이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 제공하는 단계;
상기 HMDS막 상부에 염산(HCl) 가스를 분사하여 염산 처리하는 단계;
상기 염산 처리된 HMDS막 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트막을 베이크 처리하는 단계;
상기 포토레지스트막을 노광하는 단계; 및
상기 노광된 포토레지스트막을 베이크 처리한 다음, 현상하여 균일한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 프로파일 개선방법을 제공한다.
이때, 상기 염산 처리 공정은 130∼150℃ 내에서 6N 농도의 염산을 1회 분사하여 수행된다.
또한, 상기 염산 처리 단계는 상기 HMDS 막 외에 TMAH (tetramethylammoniumhydroxide)를 사용하는 현상 공정이나 베이크 공정 후에도 동일한 조건으로 수행할 수도 있다.
이와 같이 본 발명에서는 상기 HMDS가 형성된 웨이퍼를 HCl 가스로 처리하는 공정 단계를 하나만 추가하더라도 현상 공정이나 베이크 시 생성되는 아민이 대기중으로 퍼지는 것을 상당량 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 포토레지스트막 내부에서 생성되는 H+ 이온과의 산, 염기 반응이 발생되지 않으므로, PEB (post-exposure bake) 공정 시에 열에너지를 활성화 에너지(activation energy)로 전환시킨 산 촉매에 의해 포토레지스트 내부 물질을 용해가 잘 되는 저분자로 변형시켜 티-탑이 발생되지 않는 균일한 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
상기 포토레지스트막은 일반적인 KrF, ArF 및 157nm에서 사용하는 화학증폭형 레지스트면 특별한 제한을 두지 않으나, 아세탈(acetal)형(하기 화학식 1), 아크릴레이트(acrylate)형, ESCAP형(하기 화학식 2), 사이클로올레핀계 단량체들과 말레익안하이드라이드(Cyclo olefin-Maleic anhydride copolymer; COMA)형 공중합체 및 COMA형과 아크릴레이트형의 하이브리드(hybrid)형 중에서 하나 이상의 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112004062449193-PAT00002
[화학식 2]
Figure 112004062449193-PAT00003
상기 베이크 공정은 70 내지 200℃에서 수행되고, 상기 노광 공정은 KrF, ArF, EUV(Extreme Ultra Violet), VUV, E-빔, X-선 또는 이온빔을 이용하고, 1 내지 100mJ/cm2의 노광에너지로 수행되는 것이 바람직하다.
상기 현상 공정은 알칼리 현상액, 예를 들면 0.01 내지 5중량%의 TMAH 수용 액을 이용하여 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기와 같은 방법을 수행하기 위하여, 중앙에 메인 반송 수단(main arm)을 구비하고, 그 한쪽을 따라 베이크 섹션 및 냉각 섹션이 순차적으로 형성되고, 반대쪽에는 도포 섹션 및 현상 섹션이 순차적으로 설치된 처리 현상 유니트와 노광 처리 유니트를 구비하고, 각각의 유니트로 웨이퍼를 수송하기 위한 트랙 인터페이스를 설치하되, 상기 도포 섹션과 현상 섹션 사이에 염산 처리를 수행할 수 있는 처리 장치를 포함하는 웨이퍼 제조 장치를 제공한다.
상기 웨이퍼 장치를 보다 구체적으로 설명하면, 도 5에 도시한 트랙(track) 장비와 같이 카세트(cassette)(111) 영역에서 장착된 웨이퍼(121)에 대한 HMDS 처리 후, 웨이퍼 에지 노광(wafer edge exposure)(112)과 열판(hot plate)(113)을 거쳐 배출될 때 염산(122) 가스 처리를 수행한다.
그 뒤, 상기 웨이퍼(121)를 현상(118), 코팅(119), 열판(113), 고온 열판(113-1) 및 접착(adhesion)(115) 등의 공정으로 처리하여 제조한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 HMDS가 형성된 웨이퍼를 HCl 가스로 처리하는 공정 단계를 추가함으로써, 현상 공정이나 베이크 공정 시 발생되는 아민이 대기중에 잔류하는 것을 감소시켜, 균일한 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

Claims (8)

  1. 상부에 HMDS막이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 제공하는 단계;
    상기 HMDS막 상부에 염산(HCl) 가스를 분사하여 염산 처리하는 단계;
    상기 염산 처리된 HMDS막 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트막을 베이크 처리하는 단계;
    상기 포토레지스트막을 노광하는 단계; 및
    상기 노광된 포토레지스트막을 베이크 처리한 다음, 현상하여 균일한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 프로파일 개선방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 염산 처리 단계는 130∼150℃ 온도에서 6N 농도의 염산을 1회 분사하여 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 프로파일 개선방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 염산 처리 공정은 상기 현상 공정이나 베이크 공정 후에도 동일한 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 프로파일 개선방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토레지스트막은 하기 화학식 1의 아세탈(acetal)형, 아크릴레이트(acrylate)형, 하기 화학식 2의 ESCAP형, 사이클로올레핀계 단량체들과 말레익안하이드라이드(Cyclo olefin-Maleic anhydride copolymer; COMA)형 공중합체 및 COMA형과 아크릴레이트형의 하이브리드(hybrid)형으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 프로파일 개선방법.
    [화학식 1]
    Figure 112004062449193-PAT00004
    [화학식 2]
    Figure 112004062449193-PAT00005
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이크 공정은 70 내지 200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 프로파일 개선방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 공정은 KrF, ArF, EUV(Extreme Ultra Violet), VUV, E-빔, X-선 또는 이온빔으로 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 프로파일 개선방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 노광 공정은 1 내지 100mJ/cm2의 노광에너지로 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 프로파일 개선방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 현상 공정은 0.01 내지 5중량%의 TMAH 수용액으로 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트의 프로파일 개선방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170075410A (ko) * 2015-12-23 2017-07-03 삼성전자주식회사 선택적 증착 층을 이용한 반도체 소자 형성 방법 및 관련된 소자

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KR20170075410A (ko) * 2015-12-23 2017-07-03 삼성전자주식회사 선택적 증착 층을 이용한 반도체 소자 형성 방법 및 관련된 소자

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