KR20080022879A - 트렌치 레이어 포토 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에지 부근 무너짐 등의 포토레지스트의 형상을 개선시킬 수 있는 트렌치 레이어 포토 공정에 관한 것이다.

본 발명에 따른 트렌치 레이어 포토 공정은 트렌치 레이어 상에 형성되며 입사되는 광의 반사를 방지하는 반사 방지막을 400Å 두께로 코팅하는 공정과, 상기 반사 방지막 상에 포토레지스트를 2700Å 두께로 코팅하는 공정과, 상기 포토레지스트 내의 솔벤트를 제거함과 아울러 상기 포토레지스트를 경화시키도록 110℃의 온도에서 소프트 베이크하는 공정과, 상기 포토레지스트 상에 포토 마스크를 정렬하여 노광하는 공정과, 상기 광에 노출된 포토레지스트를 현상하는 공정과, 상기 트렌치 레이어와 포토레지스트 사이의 접착력을 강화시키도록 120℃의 온도에서 포스트 노출 베이크하는 공정을 포함한다.

트렌치 레이어, 포토 공정, 에지

Description

트렌치 레이어 포토 공정{Trench Layer Photo Process}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 트렌치 레이어 포토 공정을 설명하는 순서도.

도 2a는 반사 방지막의 두께에 따른 트렌치 레이어의 반사율을 나타내는 그래프.

도 2b는 400Å 두께의 반사 방지막에 따른 포토레지스트 형상을 나타내는 SEM 사진.

도 3은 포토레지스트의 두께에 대한 라인 CD 변화를 나타내는 그래프.

도 4a는 2400Å 두께의 포토레지스트 형상을 나타내는 SEM 사진.

도 4b는 식각 후 2400Å 두께의 포토레지스트 상면도를 나타내는 SEM 사진.

도 5a는 2700Å 두께의 포토레지스트 형상을 나타내는 SEM 사진.

도 5b는 식각 후 2700Å 두께의 포토레지스트 상면도를 나타내는 SEM 사진.

도 6a는 SOB 공정의 온도 변화에 따른 탑 CD 변화를 나타내는 SEM 사진.

도 6b는 SOB 공정의 온도 변화에 따른 포토레지스트 형상을 나타내는 SEM 사진이다.

도 7a는 PEB 공정 온도의 변화에 따른 포토레지스트의 상면을 보여주는 SEM 사진.

도 7b는 PEB 공정 온도의 변화에 따른 LER 값을 보여주는 그래프.

도 7c는 PEB 공정 온도의 변화에 따른 노광폭 마진을 나타내는 그래프.

도 8은 도 7a를 X-SEM 하여 틸트한 SEM 사진.

도 9는 최적 조건에서의 포토레지스트 형상을 나타내는 SEM 사진.

본 발명은 포토 공정에 관한 것으로, 특히 에지 부근 무너짐 등의 포토레지스트의 형상을 개선시킬 수 있는 트렌치 레이어 포토 공정에 관한 것이다.

최근 들어, 반도체 소자는 반도체 칩에 집적된 소자 및 디자인 규칙이 작은 사이즈로 가는 추세에 있다. 이러한 추세에 따라, 반도체 소자는 포토리소그래피의 패턴 선폭이 해상도 한계에 가까워짐에 따라, 193nm 파장을 이용하여 90nm 이하의 패턴을 구현하기 위한 연구가 더욱 중요해지고 있다. 90nm 이하 선폭의 패턴을 구현하기 위해 사용되는 193nm(ArF) 노광 파장용 포토레지스트(Photo-resist)가 기존에 사용되던 248nm(ArF) 파장 또는 365nm(i-line) 파장용 포토레지스트에 비하여 해상도 측면에서 우수하나, 형상에서는 포토레지스트의 라인 에지가 거칠어지거나, 포토레지스트의 상부가 손실되거나, 풋팅(footing) 또는 스탠딩 웨이브(standing wave) 현상, 그리고, 포토레지스트의 측벽면이 기울어지는 등의 많은 문제점을 지니고 있다.

이러한 포토레지스트는 하부층 식각 공정의 마스크 역할을 하며, 특히 포토 레지스트 형상은 식각 공정 후의 프로파일에 큰 영향을 미치기 때문에, 90nm 이하의 패턴을 구현하기 위하여 193nm 노광 파장용 포토레지스트에서는 형상에 대한 최적한 연구가 절실히 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 에지 부근 무너짐 등의 포토레지스트의 형상을 개선시킬 수 있는 트렌치 레이어 포토 공정을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 트렌치 레이어 포토 공정은 트렌치 레이어 상에 형성되며 입사되는 광의 반사를 방지하는 반사 방지막을 400Å 두께로 코팅하는 공정과, 상기 반사 방지막 상에 포토레지스트를 코팅하는 공정과, 상기 포토레지스트 내의 솔벤트를 제거함과 아울러 상기 포토레지스트를 경화시키는 소프트 베이크 공정과, 상기 포토레지스트 상에 포토 마스크를 정렬하여 노광하는 공정과, 상기 광에 노출된 포토레지스트를 현상하는 공정과, 상기 트렌치 레이어와 포토레지스트 사이의 접착력을 강화시키는 포스트 노출 베이크 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 포토레지스트의 두께는 2700Å인 것을 특징으로 한다.

상기 소프트 베이크 공정의 온도는 110℃인 것을 특징으로 한다.

상기 포스트 노출 베이크 공정의 온도는 120℃인 것을 특징으로 한다.

상기 반사 방지막의 두께에 따른 상기 트렌치 레이어의 반사율이 최소인 것을 특징으로 한다.

상기 트렌치 레이어는 USG/BD(Block diamond)/TEOS(TetraEthly OrthoSilicate)의 3중막으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 포토레지스트의 두께에 따른 라인 임계치수의 변화가 둔감한 밸리(valley)와 탑(top) 중 어느 하나를 상기 포토레지스트의 두께로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하기로 한다.

도 1를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 트렌치 레이어 포토 공정은 패턴하고자 하는 물질 상에 형성되며 입사되는 광의 반사를 방지하는 400Å 두께의 반사 방지막(Bottom AntiReflect Coating, BARC)을 코팅하는 공정(S1)과, 상기 반사 방지막 상에 2700Å의 두께를 가지는 포토레지스트(PR)를 코팅하는 공정(S2)과, 상기 포토레지스트 내의 솔벤트를 제거함과 아울러 상기 포토레지스트를 경화시키도록 110℃ 온도에서 소프트 베이크(Soft Bake, 이하 "SOB"라 함)하는 공정(S3)과, 상기 포토레지스트 상에 포토 마스크를 정렬하여 노광하는 공정(S4)과, 상기 광에 노출된 포토레지스트를 현상하는 공정(S5)과, 상기 포토레지스트 내부의 솔벤트를 제거하며 상기 포토레지스트와 물질 사이의 접착력을 강화시키도록 120℃ 온도에서 포스트 노광 베이크(Post Exposure Bake, 이하 "PEB"라 함)하는 공정(S6)을 포함한다. 이후, 식각 공정과 포토레지스트 스트립 공정을 거치면서 상기 패턴하고자 했 던 물질이 패터닝되어 트렌치 레이어를 형성한다.

반사 방지막을 코팅하는 공정(S1)에서 포토레지스트 형상을 개선하기 위하여 반사 방지막의 두께를 예컨대, 350 ~ 450Å으로 바람직하게는 400Å으로 최적화한다. 이는 도 2a에서 트렌치 레이어의 반사율이 5% 미만이면서 가장 최소일 때 반사 방지막의 두께는 400Å이므로 반사 방지막의 두께를 400Å으로 한다. 여기서, 트렌치 레이어는 USG/BD(Block diamond)/TEOS(TetraEthly OrthoSilicate)의 3중막으로 구성되며, 90nm의 두께를 가진다.

이 후, 포토레지스트를 코팅하는 공정(S2)에서 400Å의 최적화된 두께를 가지는 반사 방지막이 형성된 포토레지스트의 두께를 2700Å로 최적화한다.

이러한 포토레지스트 두께를 최적화시키기 위한 실험 과정을 살펴보기로 한다.

먼저, 포토레지스트의 두께를 2400Å으로 한다. 여기서, 포토레지스트는 도 3에 도시된 바와 같은 포토레지스트 두께에 따른 라인 임계치수(Critical Dimension, 이하 "CD"라 함) 변화가 스윙 커브(swing curve)로 나타나고, 그 반주기가 300Å인 것을 알 수 있다. 보통 스윙 커브에서 포토레지스트 두께에 대하여 라인 CD 변화가 둔감한 밸리(valley) 또는 탑(top)을 포토레지스트 두께로 사용한다.

스윙 커브의 밸리 2400Å에서 포토레지스트를 패터닝한 결과 도 4a와 같은 포토레지스트 형상을 얻었다. 여기서, 포토레지스트의 형상을 살펴보면 측벽면이 기울어진(sloped side wall) 정도가 작으며, 스탠딩 웨이브(standing wave) 현상도 작음을 알 수 있다. 하지만, 도 4b에 나타난 바와 같이 식각 후 포토레지스트 마진이 부족하여 상부 손실(oxide top loss)이 심하게 발생한 것을 알 수 있다. 이에 따라, 포토레지스트의 두께로 2400Å은 적당하지 않다.

2900Å 두께를 가지는 트렌치 레이어를 식각하기 위한 포토레지스트 마진을 고려해 보면, 스윙 커브의 탑(top)인 2700Å의 두께를 가지는 포토레지스트를 사용해야 한다.

포토레지스트의 두께를 2700Å으로 하는 경우, 포토레지스트의 두께가 높아짐에 따라 액시드 확산(acid diffusion)이 잘 되지 않아 도 5a에 도시된 바와 같이 2400Å 두께의 포토레지스트 형상에 비해 측벽면이 기울어지고(sloped side wall), 상부 손실(top loss) 등이 심하게 발생되는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 5b에 나타난 바와 같이 식각 후의 포토레지스트를 살펴보면, 2400Å 두께의 포토레지스트에 비해 상부 손실(oxide top loss)이 줄고, 사이드 어택(side attack)이 감소한 것을 알 수 있다. 따라서, 포토레지스트의 두께가 높아짐에 따라 액시드 확산이 어려워 측벽면이 기울어지고, 상부 손실 등의 문제점이 있지만, 식각 포토레지스트 마진을 고려하면 포토레지스트의 두께는 2700Å을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

이와 같이, 반사 방지막과 포토레지스트의 두께가 최적화된 조건에서 포토레지스트의 형상에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 SOB 공정과 PEB 공정의 온도이다. 이는 포토레지스트는 구성 성분 중 PAG(Photo acid generator)를 포함하고 있어 초기에 주어진 빛 에너지에 의해 액시드가 연속적으로 반응하고, 빛 에너지와 열에너지를 모두 사용하여 패턴을 형성하기 때문에 베이크 온도가 패턴 형상에 중요한 역 할을 하기 때문이다. 여기서, SOB 공정은 노광 전 포토레지스트 내에 잔존하는 솔벤트(solvent)를 열에너지로 제거하는 공정이다. 이 소프트 베이크 공정은 필름의강도를 결정하고, 특히 액시드 확산에도 영향을 주어 포토레지스트 형상을 변화시키는데 큰 역할을 한다. 또한, PEB 공정은 노광 후 발생한 산을 증폭시키는 공정으로서, 액시드 확산 길이를 조절하여 포토레지스트의 형상과 공정 마진에 큰 영향을 준다.

본 발명에서는 115℃의 SOB와 125℃의 PEB 공정 조건에서 포토레지스트 형상에 큰 영향을 줄 것으로 예상되는 SOB 온도를 변화시켜 포토레지스트 형상을 관찰한 후, 최적화 조건을 찾는다. 또한, 임계치수의 선폭이 줄어듦에 따라 공정 마진도 줄어들기 때문에 SOB 온도가 최적화된 조건을 바탕으로 최종적으로 공정 마진에 영향을 주는 PEB 온도를 변화시켜 포토레지스트 형상을 관찰하고 공정 마진을 확인해 보기로 한다.

먼저, 포토레지스트 형상에 가장 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 SOB 공정의 온도를 변화시켜 포토레지스트 형상을 관찰하기로 한다. PEB 공정의 온도 125℃를 바탕으로 SOB 공정의 온도를 115℃에서 ±5℃씩 변화시키면서 그 형상을 관찰해 보면, 도 6a에 도시된 바와 같이 SOB 공정의 온도가 115℃에서 높아질수록 탑(Top) CD가 줄어 들고 슬로프가 심해지며, 온도가 낮을수록 탑(Top) CD가 확보되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 6b에 도시된 바와 같이 SOB 공정의 온도가 높아질수록 측벽면이 기울어지는 정도가 심해짐을 볼 수 있고, 온도가 105℃ 정도로 낮아지면 T-top이 형성되는 것을 볼 수 있다. SOB 공정의 온도 115℃를 기준으로 보면 110℃의 온도가 약간의 풋팅(footing) 현상이 있지만, 상부 손실 정도가 적고 슬로프(slope)가 작기 때문에 변화시킨 다른 온도에 비해 최적의 온도라 할 수 있다.

마지막으로, 포토레지스트 형상을 개선시키기 위하여 PEB 공정의 온도를 120℃로 최적화시킨다.

이를 상세히 하면, SOB 공정에서의 풋팅(footing) 및 마진 확보를 위해 PEB 온도를 변화시켜 포토레지스트 형상과 마진 및 라인 에지 거칠기(Line Edge Roughness, 이하 "LER"라 함) 등을 비교 관찰하여 최적의 조건을 찾는다. PEB의 온도는 125℃를 기준으로 ±5℃씩 변화시켜 포토레지스트의 형상 및 그 특성을 비교 관찰한다.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이 PEB 공정은 온도에 따라 형상의 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다. 그러나, 도 7b를 살펴보면, PEB 공정 온도가 125 ℃일 때, LER 값이 5nm로 가장 작게 나타나므로 PEB 공정의 최적 온도가 125℃라는 것을 알 수 있다. 하지만, 도 7c에서는 PEB 공정의 온도가 높아짐에 따라 노광폭(Exposure latitude, E.L) 마진이 크게 줄어드는 것을 알 수 있다. 따라서, LER와 노광폭 마진을 동시에 고려해 볼 때, PEB 공정의 온도는 120℃에서 최적인 것을 알 수 있다.

이 후, 도 8에 도시된 바와 같이 PEB 공정의 온도가 높아질수록 액시드 확산 길이(acid diffusion length)가 길어져 포토레지스트의 측벽면 기울어짐(sloped side wall)과 풋팅(footing) 정도가 심해지는 것을 알 수 있다. 또한, PEB 공정의 온도가 낮아질수록 포토레지스트의 상부표면이 라운드되는 것을 알 수 있다. 이와 같이 PEB 공정의 온도 120℃와 125℃에서는 포토레지스트의 형상이 크게 차이가 나 지 않지만, LER와 노광폭 마진을 고려했을 때 PEB 공정의 온도는 120℃가 최적인 것을 알 수 있다.

도 9를 참조하면, 상기 실험에서 언급된 SOB 공정의 온도 110℃와 PEB 공정의 온도 120℃에서의 포토레지스트 형상이 개선됨에 따라 식각 공정 후의 형상도 종래보다 월등히 개선되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.

또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 트렌치 레이어 포토 공정은 반사 방지막, 포토레지스트, SOB 공정 온도, PEB 공정 온도를 최적화하여 포토레지스트 형상을 개선할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 트렌치 레이어 포토 공정은 라인 에지가 거칠어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 트렌치 레이어 포토 공정은 상부 표면이 손실되고, 측벽면이 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 트렌치 레이어 포토 공정은 종래에 발생하던 풋팅 현상 및 스탠딩 웨이브 현상 등을 방지할 수 있다.

Claims (8)

1. 트렌치 레이어 상에 입사되는 광의 반사를 방지하는 반사 방지막을 코팅하는 공정과,

   상기 반사 방지막 상에 포토레지스트를 코팅하는 공정과,

   상기 포토레지스트 내의 솔벤트를 제거함과 아울러 상기 포토레지스트를 경화시키는 소프트 베이크 공정과,

   상기 포토레지스트 상에 포토 마스크를 정렬하여 노광하는 공정과,

   상기 광에 노출된 포토레지스트를 현상하는 공정과,

   상기 트렌치 레이어와 포토레지스트 사이의 접착력을 강화시키는 포스트 노출 베이크 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 레이어 포토 공정.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 포토레지스트의 두께는 2700Å인 것을 특징으로 하는 트렌치 레이어 포토 공정.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 소프트 베이크 공정의 온도는 110℃인 것을 특징으로 하는 트렌치 레이어 포토 공정.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 포스트 노출 베이크 공정의 온도는 120℃인 것을 특징으로 하는 트렌치 레이어 포토 공정.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사 방지막의 두께에 따른 상기 트렌치 레이어의 반사율이 최소인 것을 특징으로 하는 트렌치 레이어 포토 공정.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 트렌치 레이어는 USG/BD(Block diamond)/TEOS(TetraEthly OrthoSilicate)의 3중막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 트렌치 레이어 포토 공정.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 포토레지스트의 두께에 따른 라인 임계치수의 변화가 둔감한 밸리(valley)와 탑(top) 중 어느 하나를 상기 포토레지스트의 두께로 하는 것을 특징으로 하는 트렌치 레이어 포토 공정.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사 방지막은 350 ~ 450Å으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 트렌치 레이어 포토 공정.

Images