KR20070066130A - 이머전 리소그라피 공정을 이용한 반도체 소자 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이머전 리소그라피 공정을 이용한 반도체 소자 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 이머전 리소그라피 공정용 용액인 물에 탄소 수 1~5의 저급 알코올을 혼합하여 사용함으로써 이머전 리소그라피 공정의 문제점인 버블에 의한 패턴 브리지 현상을 효과적으로 해결할 수 있다.

Description

이머전 리소그라피 공정을 이용한 반도체 소자 제조방법{Manufacturing Method of Semiconductor Device Using Immersion Lithography Process}

도 1a는 종래의 이머전 리소그라피 공정을 나타내는 개략 단면도.

도 1b는 도 1a에 의해 형성된 패턴을 나타내는 단면도.

도 2a는 본 발명의 이머전 리소그라피 공정을 나타내는 개략 단면도.

도 2b는 도 2a에 의해 형성된 패턴을 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 110: 웨이퍼 20, 120: 포토레지스트 막

22, 122: 노광 영역 24, 124: 비노광 영역

26, 126: 레지스트 패턴 28: 패턴 브리지

30, 130: 렌즈 40, 140: 이머전 리소그라피 용액

50, 150: 노광 마스크 60, 160: 버블

70, 170: 버블에 의해 맺힌 상

본 발명은 이머전 리소그라피 (immersion lithography) 공정을 이용한 반도 체 소자 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이머전 리소그라피 공정용 용액인 물에 탄소 수 1~5의 저급 알코올을 혼합하여 사용함으로써 이머전 리소그라피 공정의 문제점인 버블 (bubble)에 의한 패턴 브리지 현상을 효과적으로 해결할 수 있는 방법에 관한 것이다.

점차 미세화되는 반도체 소자를 제조하기 위하여 패턴의 크기 또한 점차 작아지는 추세이다. 그동안 미세한 패턴을 얻기 위해서 노광 장비와 그에 대응하는 레지스트를 개발하는 방향으로 연구가 진행되어 왔다. 노광 장비에 있어서, 노광 광원으로는 주로 248㎚ 파장의 KrF 또는 193㎚ 파장의 ArF가 생산 공정에 적용되고 있으나, F₂ (157㎚) 또는 EUV (13nm)의 등과 같이 광원 파장을 단파장화 하거나 렌즈 개구수 (numerical aperture)를 증대시키기 위한 노력이 시도되고 있다.

그러나 광원 파장이 단파장화 되면 새로운 노광 장치가 필요하므로 비용 면에서 효율적이지 못하고, 개구수를 증대시키면 해상도를 올려도 초점 심도 폭이 저하된다는 문제가 있다.

최근, 이러한 문제를 해결하기 위하여 이머전 리소그라피 법이 보고되고 있다. 기존에 노광 장비에서 노광 렌즈와 포토레지스트 막이 형성된 웨이퍼 중간의 노광 빔의 매체로서 굴절률 1.0의 값을 갖는 공기가 사용되어 온 반면에, 이머전 리소그라피 법에서는 중간 매체로서 1.0 이상의 굴절률을 갖는 물 (H₂O) 또는 유기 용매 등의 다른 유체들을 적용함으로써, 같은 노광 파장의 광원을 사용해도 보다 단파장의 광원을 사용하거나 높은 개구수의 렌즈를 이용한 것과 같은 효과를 달성 할 수 있으며, 초점 심도의 저하도 없다. 참고로 물은 ArF 광원의 193nm 파장에서 1.43의 굴절률을 갖는다.

즉 상기 이머전 리소그라피 공정은 초점 심도를 현저히 개선할 수 있는 노광 공정이고, 이를 이용할 경우, 기존 노광 파장 적용시에 더 작은 미세 패턴을 형성할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 이머전 리소그라피 공정은 이머전 리소그라피 용액으로 인하여 포토레지스트 막 상부에 버블이 발생할 수 있고, 이러한 버블이 디펙트 (defect)로 작용하게 된다.

도 1은 종래의 이머전 리소그라피 공정에 따른 패턴 형성 과정을 나타낸 개략 단면도이다.

도 1a에 따르면, 이머전 리소그라피 공정은, 웨이퍼 (10) 위에 포토레지스트 막 (20)이 형성되고, 포토레지스트 막 (20)과 노광 렌즈 (30) 사이에 물 (40)과 같은 이머전 리소그라피용 용액이 채워진 상태에서 마스크 (50)를 통해 노광이 진행되는 공정이다.

이때 물 (40)에 의하여 포토레지스트 막 (20)의 노광 영역 (22) 상부에 버블 (60)이 형성되는 경우에는, 버블 (60)에 의해 맺힌 상 (70)이 레지스트 패턴에 남게 될 뿐만 아니라, 버블 (60)이 하부의 포토레지스트가 노광되는 것을 방해하여 포토레지스트 내부에 빛에 의해 산이 발생하지 않게 되고, 따라서 현상 공정 후에도 노광 영역의 포토레지스트가 그대로 남아, 도 1b와 같이 패턴 브리지 (28)가 생성된다는 문제가 있다.

이에, 본 발명의 목적은 이머전 리소그라피 공정에서 발생하는 버블에 의한 패턴 브리지 현상을 해결할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 이머전 리소그라피 공정용 용액인 물에 탄소 수 1~5의 저급 알코올을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 이머전 리소그라피를 이용한 반도체 소자 제조방법에 있어서, 물에 탄소 수 1~5의 저급 알코올을 첨가한 이머전 리소그라피 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법을 제공한다.

이때 상기 이머전 리소그라피 용액은 물 100 중량부에 대하여 저급 알코올 70~80 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 저급 알코올은 메틸 알코올인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 이머전 리소그라피 공정 중 포토레지스트 막 표면에 형성되어 패턴 형성을 방해하는 버블의 표면 에너지 (surface energy)를 감소시켜서 버블에 포토레지스트 표면으로부터 탈리되도록 한다. 버블이 포토레지스트 막 표면으로부터 멀리 떨어질수록 버블에 의해 맺히는 상이 레지스트 패턴에 나타나지 않게 된다.

이머전 리소그라피 용액인 물의 표면 에너지를 낮추기 위한 본 발명의 구성 수단은 물에 탄소 수 1~5의 저급 알코올을 첨가하는 것이다.

물에 대한 버블의 혼합 비율은 버블의 크기에 따라 달라지는데, 버블의 크기가 작을수록 버블과 포토레지스트 간의 경계 에너지 (interface energy)가 증가하여 버블이 포토레지스트 표면으로부터 떨어지기 어렵기 때문에 알코올의 첨가량을 증가시켜야 한다.

이머전 리소그라피 공정 중에 발생하는 버블의 크기가 대략 50~300nm 정도일 때, 저급 알코올의 첨가량의 물 100 중량부에 대하여 70~80 중량부 정도가 적당하다.

본 발명의 방법은 KrF (248nm), ArF (193nm) 또는 F₂ (157nm) 등의 모든 종류의 광원을 사용하는 이머전 리소그라피 공정에서 적용 가능하다.

도 2는 본 발명의 이머전 리소그라피 공정에 따른 패턴 형성 과정을 나타낸 개략 단면도이다.

도 2a에 따르면, 이머전 리소그라피 공정은, 웨이퍼 (110) 위에 포토레지스트 막 (120)이 형성되고, 포토레지스트 막 (120)과 노광 렌즈 (130) 사이에 물과 메틸 알코올이 혼합된 이머전 리소그라피용 용액 (140)이 채워진 상태에서 마스크 (150)를 통해 노광이 진행되는 공정이다.

본 발명에서는 포토레지스트 막 (120)의 노광 영역 (122) 상부에 버블이 형성되더라도 포토레지스트 용액 (140)에 메틸 알코올이 혼합되어 있으므로 포토레지스트 막 표면으로부터 버블이 쉽게 탈리되어 포토레지스트 막으로부터 떨어진 위치 로 버블 (160)이 이동된다.

이 경우, 버블 (160)에 의해 맺힌 상 (170)이 레지스트 패턴에 나타나는 것이 아니므로 도 2b에서와 같이 패턴 브리지가 생성되지 않고 균일한 패턴 (126)이 형성된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 이머전 리소그라피 용액으로 물과 저급 알코올의 혼합 용액을 사용함으로써 이머전 리소그라피 공정의 문제점인 패턴 브리지 현상을 효과적으로 해결하여, 궁극적으로는 반도체 생산 수율이 향상된다.

Claims (3)

1. 이머전 리소그라피를 이용한 반도체 소자 제조방법에 있어서,

   물에 탄소 수 1~5의 저급 알코올을 첨가한 이머전 리소그라피 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 이머전 리소그라피 용액은 물 100 중량부에 대하여 저급 알코올 70~80 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 저급 알코올은 메틸 알코올인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.

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