KR20070088859A

KR20070088859A - 반도체 디바이스 제조를 위한 사진식각 방법

Info

Publication number: KR20070088859A
Application number: KR1020060018623A
Authority: KR
Inventors: 정실근
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-08-30

Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 제조를 위한 사진식각 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 사진식각 공정을 실시함에 있어서, 물질막 상부에 도포된 감광막에 대해 측정한 ADI CD값을 노광설비 모델별로 설정된 기준 스펙에 따라 개별적으로 관리한다. 그리고, 이처럼 노광설비 모델별로 개별적으로 관리된 ADI CD값에 따라 감광막 하부에 존재하는 물질막에 대한 식각공정을 진행함으로써 식각된 물질막에 대한 ACI CD값 또한 기준 스펙을 만족시킬 수 있도록 한다. 그 결과, 각종 도전막 또는 절연막으로서 기능하는 물질막이 회로설계상의 디자인룰에 따라 정밀하게 패터닝되어 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 한층 업그레이드시킬 수 있게 된다.

사진식각, ADI ACI, CD

Description

반도체 디바이스 제조를 위한 사진식각 방법{photolithography method for semiconductor device manufacturing}

도 1은 종래 기술에 따른 ADI CD값 스펙 관리 양태를 설명하기 위한 ADI CD값 측정 결과를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 사진식각 방법이 적용될 수 있는 플라즈마 식각 장비를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사진식각 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 4는 노광설비 모델별로 측정된 ADI CD값 및 상기 ADI CD값에 대한 기준 스펙 범위를 나타낸다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 프로세스 챔버 102: 상부전극

104: 샤워헤드 106: 버퍼공간

108: 가스분사홀 110: DTCU

112: 돔 114: 램프

116: RF 코일 118: 배기라인

120: 터보 펌프 122: 게이트 밸브

124: 하부전극 126: 척

128: 클램프 링 130: 리프트핀

132: 리프트

본 발명은 반도체 디바이스 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감광막을 이용하여 물질막을 패터닝하는 사진식각 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스는 반도체 기판 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 된다. 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 단위 공정은, 크게 반도체 내부로 3B족 또는 5B족의 불순물 이온을 주입하는 불순물 이온주입 공정, 반도체 기판 상에 물질막을 형성하는 박막 증착(deposition)공정, 상기 물질막을 소정의 패턴으로 형성하는 식각 공정, 그리고 반도체 기판 상부에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 반도체 기판 표면을 연마하여 단차를 없애는 평탄화(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 공정을 비롯하여 불순물 제거를 위한 반도체 기판 및 챔버 세정 공정등과 같은 여러 단위 공정들로 구분할 수 있다. 따라서, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 상기와 같은 여러 단위 공정들을 각각의 프로세스 챔버를 이 용하여 여러 번 반복적으로 실시하게 된다.

특히, 상기한 여러 단위 공정중 사진식각 공정은 감광막을 이용하여 반도체 기판 상에 증착된 물질막을 패터닝하는 공정으로서, 공정 마진 감소에 따라 가장 민감하게 수행되어지는 공정중의 하나이다. 통상적으로, 이러한 사진식각 공정은 반도체 기판에 증착된 물질막 상부에 감광막을 도포한뒤, 노광 및 현상공정을 실시하여 마스크(레티클)에 형성된 회로패턴이 감광막에 전사되도록 한다. 이어서, 회로패턴이 전사된 상기 감광막을 식각마스크로 이용하여 하부의 물질막을 식각한 뒤, 상기 감광막을 제거하는 과정으로 이루어져 있다.

한편, 이러한 사진식각 공정을 실시함에 있어서, 현상공정을 완료한 후 상기 감광막의 임계치수를 측정하는 ADI(After Development Inspection) 공정 및 식각공정을 완료한 후 상기 물질막의 임계치수를 측정하는 ACI(After Cleaning Inspection) 공정을 실시하게 된다. 따라서, 상기 ADI 공정 및 ACI 공정을 통해 측정된 감광막 및 물질막의 CD(Critical Demension)값을 설정된 스펙값과 비교함으로써, 광원의 세기 또는 적절한 노광시간등을 비롯한 각종 공정 조건이 산출될 수 있도록 한다.

도 1을 참조하면, 노광설비 모델별로 측정된 ADI CD값이 산포되어 있다. 그러나, 종래에는 ADI 공정을 통해 측정되는 CD값의 스펙이 노광설비 모델별로 관리되지 못하고, 미리 설정된 특정의 스펙값을 기준으로 관리되었다. 즉, 도 1에 도시 된 바와 같이, 노광설비 모델에 따라 ADI CD값은 개별적으로 측정되고 있다. 그러나, 이처럼 노광설비 모델별로 측정된 ADI CD값은 노광설비 모델별 특성에 따라 개별적으로 관리되지 못하고 노말 타겟(normal target:10) 및 안티 리플렉션 타겟(anti-reflection target:12)으로만 관리되었다.

이처럼 종래에는 노광설비 모델별로 ADI CD값은 측정되었으나, 이처럼 노광설비 모델별로 측정된 ADI CD값은 미리 설정된 특정 스펙값을 기준으로 관리되었다. 그리고, 노광설비 모델에 상관없이 일괄적으로 관리된 ADI CD값에 따라 감광막 하부에 존재하는 물질막에 대한 식각 공정이 진행되었다. 그 결과, 식각된 물질막에 대한 ACI CD값이 설정된 스펙값을 벗어나게 되어 오류가 발생하게 된다. 그러나, ACI CD값 오류는 정확하지 못한 ADI CD값으로 인해 빚어진 결과이므로 ACI CD값을 설정된 스펙에 따라 조절하더라도 원하는 디자인룰을 만족시키지 못하게 된다.

이와 같이, 종래에는 노광설비 모델별로 ADI CD값이 관리되지 못하여 스큐(skew)차가 발생하였으며, 이로 인해 디자인룰에 부합되는 원활한 사진식각 공정을 진행할 수 없었다. 그리고, 원활한 사진식각 공정이 진행되지 못함으로 인하여 결과적으로 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성 저하가 야기되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 노광설비 모델별로 ADI CD값에 대한 스펙 관리가 이루어질 수 있도록 하는 사진식각 방법을 제 공함에 있다.

본 발명의 목적은, 원활한 사진식각 공정을 진행시켜 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 사진식각 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사진식각 방법은, 반도체 기판상의 물질막 상부에 감광막을 도포하는 단계와; 상기 감광막에 대하여 노광 및 현상공정을 실시하는 단계와; 상기 현상공정을 완료한 후, 현상된 상기 감광막의 크리티컬 디멘젼을 측정하는 단계와; 상기 감광막에 대하여 측정된 크리티컬 디멘젼 수치가 상기 감광막의 크리티컬 디멘젼을 측정한 노광설비에 설정되어 있는 스펙 범위를 만족하도록 노광공정 조건을 조정하는 단계와; 상기 감광막 하부의 물질막에 대하여 식각공정을 실시하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

여기서, 상기 조정되는 공정 조건은 노광시간 또는 광원의 세기등과 같은 노광공정 조건이다.

그리고, 상기 감광막에 대하여 측정된 크리티컬 디멘젼 수치가 상기 감광막의 크리티컬 디멘젼을 측정한 노광설비에 설정되어 있는 스펙 범위를 만족하지 않을 경우에는 사진식각 설비에 대한 인터록을 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 감광막 하부의 물질막에 대하여 식각공정을 실시한 뒤, 상기 식각된 물질막에 대한 크리티컬 디멘젼을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위내에서 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 대중화에 따라 반도체 디바이스도 비약적으로 발전하고 있다. 이로 인해 그 기능적인 면에 있어서, 고속으로 동작함과 아울러 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되어 반도체 디바이스의 집적도는 점차 증가되고 있는 실정이다. 그리고, 반도체 디바이스의 대용량화 및 고집적화 추세로 인해 반도체 디바이스의 집적도가 증가함에 따라 반도체 메모리셀을 구성하는 각각의 단위소자 사이즈 또한 점차 축소되고 있다. 따라서, 반도체 디바이스를 제조하기 위한 단위 공정에 대해서 최상의 정밀성이 요구되는데, 특히 사진식각 공정의 경우 패턴에 대한 CD값을 정확하게 관리하는 것이 매우 중요하다. 이러한 CD값 측정은 현상공정을 완료한 후 감광막의 임계치수를 측정하는 ADI CD값 측정 및 식각공정을 완료한 후 패터닝된 물질막의 임계치수를 측정하는 ACI CD값 측정 과정으로 구분할 수 있다.

본 발명은 사진식각 공정을 실시함에 있어서, 패터닝되어질 타겟 물질막 상부에 도포된 감광막을 현상한 후에 필수적으로 수행되는 ADI CD값 측정 및 그 관리방법에 관한 것이다. 따라서, 하기 도면들을 참조하여 사진식각 공정에 사용되는 통상의 플라즈마 식각 설비 및 본 발명에 따른 사진식각 공정을 설명하고자 한다.

먼저, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사진식각 방법을 설명하기 위한 통상의 플라즈마 식각 설비를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 식각 설비에는 반도체 기판상에 형성된 피가공막을 전기적 특성을 가지는 패턴으로 식각하기 위한 식각 공정이 진행되는 일정 두께의 챔버 벽을 가지는 프로세스 챔버(100)가 구비된다. 그리고, 상기 프로세스 챔버(100)는 크게 반도체 기판 상부의 피가공막을 소정의 패턴으로 식각하기 위한 공정가스가 주입되는 상부 챔버 및 바도체 기판이 로딩되는 하부 챔버로 이루어진다.

그리고, 상부 챔버에는 RF 파워가 인가되는 상부전극(102)이 형성되어 있다. 상기 RF 파워는 약 60MHz 이상의 고주파로서, 이러한 고주파수를 인가함으로써, 프로세스 챔버(100) 내부에 주입된 가스를 플라즈마화시킬 수 있게 되고, 10mT 이하의 저압조건하에서도 플라즈마에 의한 식각 공정이 가능하도록 하여 디자인룰 감소에 대응할 수 있도록 한다. 그리고, 상기 상부 챔버에는 샤워헤드(104)가 형성되어 있다. 이러한 상기 샤워헤드(104)는 석영 재질 또는 상기 석영 재질에 비해 강도가 우수하며 절연특성이 있는 세라믹 재질로 형성할 수 있다. 그리고, 상기 샤워헤드(104)에는 가스공급관을 통해 공급되는 가스를 그 내부에 일시적으로 저장시키는 버퍼공간(106)이 마련되어 있으며, 상기 버퍼공간(106)에 일시적으로 저장된 가스를 프로세스 챔버 내부로 분사시키기 위한 복수개의 가스분사홀(108)이 형성되어 있다. 또한, 상부 챔버의 상부에는 RF 파워와 연결되어 RF 에너지가 공급되며, 프로세스 챔버 내부의 온도를 약 80℃의 적정온도로 유지시켜주는 보조 챔버로서 기 능하는 DTCU(Dome Temp Control Unit:110)가 설치된다. 그리고, 상기 상부 챔버에는 상부 챔버의 천정을 커버하는 형성하는 돔(112)이 설치되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 돔(112)은 RF 파워와 온도 제어를 위하여 돔 온도 제어 유닛(DTCU) 내부에 설치된다. 또한, 상기 돔(112)은 플라즈마 식각 공정을 진행하는 과정에서 발생된 폴리머를 보다 용이하고 신속하게 흡착하여 웨이퍼 로스를 최소화하기 위한 목적으로 구비된다. 그리고, 상기 돔(112)의 상측에는 프로세스 챔버(100)의 내부를 소정의 온도 조건으로 유지시키기 위한 다수개의 램프(114) 및 특히 플라즈마 형성에 필요한 RF 파워를 공급하는 RF 코일(116)이 구비되어 있다. 또한, 도면상으로 도시되지는 않았으나, 상기 돔(112)의 천정에는 식각 종료 시점을 검출하도록 하는 식각 종말점 감지부가 형성되어 있다.

한편, 하부 챔버에는 RF 파워가 인가되는 하부전극(118) 및 반도체 기판이 안착되는 정전척(120)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 하부전극(118)에 인가되는 RF 파워의 주파수는 약 2MHz로서, 반도체 기판측으로 플라즈마 이온들을 유인하게 된다. 그리고, 상기 정전척(120)의 에지부에는 클램프 링(122)이 설치되어 있는데, 이러한 클램프 링(122)은 상기 정전척(120)에 안착된 반도체 기판의 에지부위를 에워싸는 환형으로 이루어져 있다. 이러한 클램프 링(122)에 의해 정전척(120) 상부에 안착된 반도체 기판은 소정의 위치에 고정될 수 있으며, 플라즈마 환경 영역을 반도체 기판의 외측 부위까지 확대시켜 반도체 기판의 전체 영역이 플라즈마 작용을 받을 수 있도록 한다. 그리고, 반도체 기판을 상하 방향으로 수직운동시키기 위한 리프트 핀(124)을 포함한 리프트(126)가 형성되어 있다. 상기 리프트(126)는 구 동수단을 이용하여 상기 리프트 핀(124)을 승하강시키며, 이러한 리프트 핀(124)의 승하강에 의해 반도체 기판의 수직 운동이 이루어지게 된다.

또한, 상부 챔버의 일측에는 배기라인(128)이 형성되어 있으며, 이러한 배기라인(128)에는 프로세스 챔버(100) 내부를 진공 상태로 만들고, 프로세스 내부의 가스 및 파티클등을 외부로 배출시키기 위한 터보 펌프(130)가 연결되어 있다. 그리고, 상기 터보 펌프(130)은 게이트 밸브(132)에 의해 프로세스 챔버(100)로부터 차단된다.

따라서, 상기 도 2에 도시되어 있는 것과 같은 플라즈마 식각 설비의 프로세스 챔버(100) 내부에 반도체 기판(도시되지 않음)을 안착시킨 후, 통상의 플라즈마 식각 공정을 실시하게 된다. 즉, 통상의 물질막 증착공정을 실시하여 반도체 기판 상에 물질막을 증착한다. 그리고, 상기 물질막 상부에 감광막(포지티브 또는 네거티브 타입)을 도포한 뒤, 노광 및 현상공정을 실시하여 마스크에 형성된 회로패턴을 감광막에 전사시킨다. 이어서, 회로패턴이 전사된 상기 감광막을 식각마스크로 이용하여 하부의 물질막을 식각한 뒤, 상기 감광막을 제거하는 과정으로 이루어져 있다. 이때, 상기 감광막에 대하여 현상공정을 완료한 후 상기 감광막의 임계치수를 측정하는 ADI CD값 측정 단계 및 식각공정을 완효한 후 물질막의 임계치수를 측정하는 ACI CD값 측정 단계를 거치게 된다.

상기 ADI CD값을 측정함에 있어서, 종래에는 노광설비 모델별로 ADI CD값을 측정하기는 하였으나, 노광설비 모델에 상관없이 특정 스펙 범위를 기준으로 ADI CD값을 관리하였다. 따라서, 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 식각된 물질막의 ACI CD값에 오류가 발생하여 원활한 사진식각 공정을 진행시킬 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자, 노광설비 모델별로 측정된 ADI CD값을 각각의 스펙 기준에 따라 관리함을 특징으로 한다. 그 결과, 후속의 ACI CD값 오류를 최소화하여 원활한 사진식각 공정을 진행시킬 수 있도록 한다.

그러면, 하기 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 사진식각 방법을 보다 구체적으로 살펴보기로 하자.

도 3을 참조하면, 제200단계에서는 반도체 기판 상에 증착되어 있는 물질막 상부에 포지티브 또는 네거티브 타입의 감광막을 도포한다. 그리고, 제202단계에서는 상기 감광막을 노광하고, 제204단계에서는 노광된 상기 감광막에 대하여 현상공정을 실시한다. 그리고, 상기 현상공정을 통해 마스크(레티클)에 형성된 회로패턴이 감광막에 전사된다.

이어서, 제206단계에서는 상기 감광막에 대한 ADI CD값을 측정한다. 이때, 상기 ADI CD값은 도 4에 도시된 것과 같이 노광설비 모델별로 각각 개별 측정한다. 그리고, 제208단계에서는 상기 노광설비 모델별로 측정된 ADI CD값이 상기 ADI CD값을 측정한 노광설비의 기준 스펙 범위에 포함되는지를 판단한다. 판단결과, 상기 제206단계에서 측정된 ADI CD값이 상기 ADI CD값을 측정한 노광설비의 기준 스펙 범위에 포함되지 않을 경우에는, 제210단계로 진행되어 식각 설비에 대한 인터록(interlock)을 발생시킨다. 상기 제210단계에서의 인터록은 ADI CD값 오류를 원인 으로 하는 인터록이다. 따라서, 제212단계에서는 오류가 발생된 ADI CD값이 노광설비의 기준 스펙 범위를 만족시킬 수 있도록, 예컨대 노광시간 또는 광원의 세기등과 같은 노광 공정 조건을 조정하게 된다. 이처럼, 본 발명에서는 노광설비 모델별로 ADI CD값을 측정한 뒤, 상기 ADI CD값이 그 ADI CD값을 측정한 노광설비 모델의 기준 스펙 범위에 속하는지를 개별적으로 판단한다. 그 결과, 노광설비 모델별로 정확한 ADI CD값을 관리할 수 있게 되어 후속의 물질막 식각공정을 보다 원활히 진행시킬 수 있도록 한다.

한편, 상기 제206단계에서 측정된 ADI CD값이 상기 ADI CD값을 측정한 노광설비의 기준 스펙을 만족시킬 경우에는, 제214단계로 진행되어 상기 감광막을 마스크로 이용하여 그 하부의 물질막에 대한 식각공정을 실시한다. 그리고, 제216단계에서는 식각공정이 완료된 상기 물질막에 대하여 ACI CD값을 측정한다.

그리고, 제218단계에서는 상기 측정된 ACI CD값이 설정된 기준 스펙 범위에 포함되는지를 판단한다. 판단결과, 상기 ACI CD값이 설정된 기준 스펙 범위에 포함되지 않을 경우에는 식각공정 조건, 예컨대 프로세스 챔버 내부의 압력분위기 또는 식각시간등에 대한 공정 조건을 조정하여 원활한 사진식각 공정이 진행될 수 있도록 한다. 그러나, 본 발명에서는 물질막에 대한 마스크로서 기능하는 감광막에 대한 ADI CD값은 이미 노광설비 모델별로 개별적으로 관리된 상태이다. 따라서, 감광막을 마스크로 하여 식각되어지는 상기 물질막의 ACI CD값은 종래 대비 설정된 기준 스펙을 거의 만족시키게 된다. 따라서, 물질막에 대한 ACI CD값 조정을 거의 실시하지 않고도 디자인룰에 충실한 물질막 프로파일을 얻을 수 있는 장점이 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는, 반도체 기판상에 증착된 물질막을 식각하기 위한 마스크로서 이용되는 감광막에 대한 ADI CD값을 노광설비 모델별로 정확히 관리한다. 그리고, 이처럼 정확히 관리된 ADI CD값에 따라 감광막 하부에 존재하는 물질막에 대한 식각공정을 진행하여 ACI CD값 또한 기준 스펙을 충실히 만족시킬 수 있도록 한다. 그 결과, 각종 도전막 또는 절연막으로서 기능하는 물질막이 회로설계상의 디자인룰에 따라 정밀하게 패터닝되어 반도체 디바이스의 신뢰성 및 생산성을 한층 업그레이드시킬 수 있게 된다.

Claims

반도체 디바이스 제조를 위한 사진식각 방법에 있어서:

반도체 기판상의 물질막 상부에 감광막을 도포하는 단계와;

상기 감광막에 대하여 노광 및 현상공정을 실시하는 단계와;

상기 현상공정을 완료한 후, 현상된 상기 감광막의 크리티컬 디멘젼을 측정하는 단계와;

상기 감광막에 대하여 측정된 크리티컬 디멘젼 수치가 상기 감광막의 크리티컬 디멘젼을 측정한 노광설비에 설정되어 있는 스펙 범위를 만족하도록 공정 조건을 조정하는 단계와;

상기 감광막 하부의 물질막에 대하여 식각공정을 실시하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 사진식각 방법.
제 1항에 있어서, 상기 조정되는 공정 조건은 노광시간 또는 광원의 세기등과 같은 노광공정 조건임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 사진식각 방법.
제 2항에 있어서, 상기 감광막에 대하여 측정된 크리티컬 디멘젼 수치가 상 기 감광막의 크리티컬 디멘젼을 측정한 노광설비에 설정되어 있는 스펙 범위를 만족하지 않을 경우에는 사진식각 설비에 대한 인터록을 발생시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 사진식각 방법.
제 3항에 있어서, 상기 감광막 하부의 물질막에 대하여 식각공정을 실시한 뒤, 상기 식각된 물질막에 대한 크리티컬 디멘젼을 측정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 사진식각 방법.
제 1항에 있어서, 상기 감광막은 포지티브 또는 네거티브 타입임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조를 위한 사진식각 방법.