KR20080054049A

KR20080054049A - 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법

Info

Publication number: KR20080054049A
Application number: KR1020060126117A
Authority: KR
Inventors: 박유식
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2008-06-17

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정의 포토리소그래피(photolithography) 공정 중 0.13 ㎛ CU 트렌치(trench) 공정에서 패턴 결함(pattern defect)을 제거하기 위하여 패턴 밀도(pattern density)를 고려한 현상 공정조건(develop recipe)의 최적화를 통한 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법은, 현상용액을 도포함에 있어서, 웨이퍼의 회전 속도를 500 rpm 이하 30 rpm 이상 사이의 회전 속도값 중 순차적으로 일정시간 간격을 두고 회전 속도를 감속 변경하면서 도포하는 동적 현상용액 도포(dynamic developer dispense) 방식을 사용함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법은, 현상용액의 퍼들 방식을 적용함에 있어서, 웨이퍼를 정지상태와 30 rpm 이하의 회전 속도를 번갈아 가면서 현상하는 동적 퍼들(dynamic puddle) 방식을 사용함을 특징으로 한다.

본 발명을 통하여 고립된 넓은 영역의 패턴에 존재하는 패턴 결함을 제거할 수 있다.

트렌치 패턴 결함, 패턴 밀도, dynamic dispense, dynamic puddle

Description

트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법{Pattern defect removing method of trench process}

도 1의(a)는 종래 식각 공정 이후 제거되는 패턴 결함을 나타내는 도면,

도 1의(b)는 종래 식각 공정 이후 제거되지 않는 패턴 결함을 나타내는 도면,

도 2의(a)는 도 1의(b)를 위에서 바라본 도면,

도 2의(b)는 도 1의(b)를 측면에서 바라본 도면,

도 3은 본 발명의 현상 공정 조건 중 동적 현상용액 도포(dynamic developer dispense)와 동적 퍼들(dynamic puddle)에 따른 실험 데이터를 나타낸 도면,

도 4는 도 3의 실험 데이터에 의한 실험 결과 발생되는 결함을 웨이퍼 상에 표시한 도면,

도 5는 식각 공정후 FI CD(Final Inspection Critical Dimension)값과 포토 공정후 DI CD(Develop Inspection Critical Dimension)값의 차이(BIAS)를 종래의 공정 조건과 본 발명의 공정 조건을 비교한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 공정 조건 변경시 크라운 결함(Crown Defect)과 패턴 결함(Pattern Defect)의 변화를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 정상적인 패턴 20 : 패턴 결함

30 : 웨이퍼

본 발명은 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 제조 공정의 포토리소그래피(photolithography) 공정 중 0.13 ㎛ CU 트렌치(trench) 공정에서 패턴 결함(pattern defect)을 제거하기 위하여 패턴 밀도(pattern density)를 고려한 현상 공정조건(develop recipe)의 최적화를 통한 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조 공정 중 포토리소그래피 공정(이하 '포토 공정'이라함)은 웨이퍼 상에 실제로 필요로 하는 회로를 구현하기 위하여 설계하고자 하는 회로 패턴이 그려진 레티클(reticle) 또는 마스크(mask)에 빛을 조사하여 웨이퍼 상에 도포된 감광제(photo regist)를 감광시킴으로써 원하는 패턴을 웨이퍼 상에 형성할 수 있게 된다.

포토 공정은 사진 기술과 화학적 부식법을 병용한 것으로, 웨이퍼 상에 감광제를 도포한 후, 상기 웨이퍼를 원하는 빛만 통과시키도록 패턴 정보가 담겨져 있는 레티클을 투과한 빛에 노출시키면, 상기 감광제는 레티클에 담겨진 패턴에 따라 원하는 영역에서만 감광되므로, 감광된 영역의 감광제를 제거함으로써, 웨이퍼 표면에 원하는 패턴이 형성될 수 있는 것이다.

이때 포토레지스트 현상 공정에서는 마스크 노출이 진행되는 동안 형성되었던 포토레지스트의 용해 영역을 녹이기 위해 액체 화학 현상액을 사용한다. 포토레지스트 현상의 기본 목표는 포토레지스트 물질에서 레티클 패턴을 정확하게 복사하는 것이다. 만약 현상 공정에서 정확하게 조절되지 않으면 포토레지스트 패턴의 결함 문제가 발생하게 된다.

종래 포토 공정의 현상 공정에서는 현상용액(developer) 도포시에 패턴 밀도(pattern density)를 고려하지 않은 현상 공정조건(develop recipe)를 사용하여 왔다.

패턴 밀도가 낮은 포토 공정은 패턴 결함이 발생할 확률이 높다. 그 이유는 패턴 밀도가 낮은 영역에서는 포토레지스트 레지듀(photoresist residue)가 상대적으로 많이 분포하므로 패턴 결함이 많이 발생한다. 즉, 이러한 패턴 결함은 고립된 공간(isolated space) 부분(포토레지스트가 넓은 지역)에 포토레지스트 레지듀가 존재함으로 인한 것이다. 따라서 패턴 밀도를 고려하여 그에 알맞는 공정조건을 적용하여야 한다.

도 1의(a)는 종래 식각 공정 이후 제거되는 패턴 결함을 나타내는 도면이고, 도 1의(b)는 종래 식각 공정 이후 제거되지 않는 패턴 결함을 나타내는 도면이다.

또한 도 2의(a)는 도 1의(b)를 위에서 바라본 도면이고, 도 2의(b)는 도 1의(b)를 측면에서 바라본 도면이다.

도 1의(b)의 경우는 상기와 같이 종래 현상 공정에서 패턴 밀도를 고려하지 않은 결과 패턴 결함이 식각 공정 이후에도 남아 있는 결과이다.

따라서 종래 현상 공정에서는 패턴 밀도를 고려하지 않고 공정 조건을 적용한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 0.13 ㎛ CU 트렌치(trench) 공정의 패턴 밀도가 낮은 지역(넓은 포토레지스트 지역에 고립된 영역 존재)에서 발생하는 패턴 결함을 해결하기 위한 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 0.13 ㎛ CU 트렌치 공정 이외의 동일한 문제를 발생하는 트렌치 공정에도 사용하기 위한 패턴 결함 제거 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법은, 현상용액을 도포함에 있어서, 웨이퍼의 회전 속도를 500 rpm 이하 30 rpm 이상 사이의 회전 속도 중 순차적으로 일정시간 간격을 두고 회전 속도를 감속 변경하면서 도포하는 동적 현상용액 도포(dynamic developer dispense) 방식을 사용함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법은, 현상용액의 퍼들 방식을 적용함에 있어서, 웨이퍼를 정지상태와 30 rpm 이하의 낮은 속도의 회전을 반 복하면서 현상하는 동적 퍼들(dynamic puddle) 방식을 사용함을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법은, 상기 동적 현상용액 도포 방식과 상기 동적 퍼들 방식을 동시에 사용함을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 현상 공정조건 중 동적 현상용액 도포(dynamic developer dispense)와 동적 퍼들(dynamic puddle)에 따른 실험 데이터를 나타낸 도면이다.

동적 현상용액 도포(dynamic developer dispense)는 서로 다른 웨이퍼의 회전 속도(rpm)를 적용하며, 높은 회전 속도에서 낮은 회전 속도로 단계적으로 변경하여 적용한다.

동적 현상용액 도포 방식을 설명하기 위하여 도 3의 공정조건 22를 참조하면, 최초 1.5 초간 500 rpm 에서 도포가 시작되어, 순차로 3.0 초간 200 rpm, 2.5 초간 40 rpm, 1.5 초간 30 rpm 의 단계로 진행되면서 현상용액을 도포하게 된다.

상기 동적 현상용액 도포 방식에 의할 경우, 그 기대 효과는 포토레지스트 표면을 변화시켜서 현상 정도를 증가시키는 작용을 한다.

동적 퍼들(dynamic puddle)은 종래의 방식인 웨이퍼의 정지 상태에서 현상이 이루어지는 경우와 달리, 웨이퍼가 정지 상태와 30 rpm 이하의 낮은 속도의 회전을 반복하면서 현상액이 흡수되도록 하는 퍼들 방식이다.

동적 퍼들 방식을 설명하기 위하여, 도 3의 공정조건 27을 참조하면 최초 5.2 초간 10 rpm 에서 시작되어, 순차로 5.5 초간 0 rpm, 3.5 초간 20 rpm, 55 초간 0 rpm 으로 진행된다.

상기 동적 퍼들 방식에 의할 경우, 그 기대 효과는 현상 정도를 증가시키고 패턴의 CD(Critical Dimension)의 균일성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 4는 도 3의 실험 데이터에 의한 실험 결과 발생되는 결함을 웨이퍼 상에 표시한 도면이다.

도시된 도면의 상부에는 각 공정조건을 변경하면서 웨이퍼 상에 발생되는 결함을 나타낸 모습이다. 하부에는 각 공정조건 별로 발생되는 전체 발생된 결함의 수와 고립 영역에 발생되는 결함의 수 및 특이사항을 나타낸다.

본 발명에서 방지하고자 하는 패턴 결함은 도시된 공정조건 23, 24, 26 에서 발생된다. 그러나 공정조건 22, 25, 27 에서는 패턴 결함을 최소화 하였다.

공정조건 22, 25 에서는 크라운 결함(crown defect)이 발생되지만, 이는 패턴 결함에 큰 영향을 주지는 않는다.

도 5는 식각 공정후 FI CD(Final Inspection Critical Dimension)값과 포토 공정후 DI CD(Develop Inspection Critical Dimension)값의 차이(BIAS)를 종래의 공정 조건과 본 발명의 공정 조건을 비교한 도면이다.

도시된 표시중 OLD 로 표시된 부분은 종래 공정조건 24 를 나타내며, NEW 로 표시된 부분은 본 발명의 조건을 만족하는 공정조건 25 를 나타낸다.

실험에서는 4개 지점을 선정하였으며, 각각 패턴의 형태에 따라 제1점은 밀집된 영역(dense space), 제2점은 고립된 영역(isolated space), 제3점은 고립된 라인(isolated line), 제4점은 섬모양의 길쭉한 패턴(island)을 대상으로 하였다. 상기 4개 지점의 CD 값을 CD 41, CD 42, CD 43, CD 44 로 표기하였다.

그리고 각 지점에서의 FI(Final inspection)는 식각 공정 후의 CD 값을 나타내며, DI(Develop inspection)는 포토 공정 후의 CD 값을 나타낸다.

그래프에서는 각 지점에서의 FI 와 DI 의 차이값의 분포와 평균값을 나타낸다. 실험결과 제3점인 고립된 라인(isolated line) 부분에 해당하는 CD 43 의 경우 종래의 공정조건 24(OLD)와 본 발명의 공정조건 25(NEW) 간에 많은 개선이 이루어 졌다. 즉 BIAS 값의 평균값이 0.0518 에서 0.0458 로 감소되었다. 이때 BIAS 값은 적을 수록 패탠의 균일성이 우수함을 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따른 공정조건 변경시 크라운 결함(Crown Defect)과 패턴 결함(Pattern Defect)의 변화를 나타내는 도면이다.

본 발명의 공정조건을 만족하는 공정조건 25 를 사용하여 측정한 결과, 패턴에 큰 영향을 주지 않는(don't care defect) 크라운 결함은 증가하는 경향을 보이지만, 패턴에 큰 영향을 주는(killing defect) 패턴 결함은 제거되는 결론을 내릴 수 있다.

본 발명의 실험 결과 고립된 긴 패턴(isolated long pattern), 즉 주위에 포토레지스트가 넓게 분포하여 패턴 밀도가 낮은 영역에 존재하는 포토레지스트 레지듀를 제거하기 위해서는 현상 공정조건으로 동적 현상용액 도포(dynamic developer dispense) 방식과 동적 퍼들(dynamic puddle) 방식을 사용한 공정조건이 효과적임을 알 수 있다.

또한 다른 실험 결과에 따르면, 포토레지스트 레지듀의 제거에 미치는 영향은 동적 현상용액 도포(dynamic developer dispense) 방식이 30 %, 동적 퍼들(dynamic puddle) 방식이 70 % 비율로 효과가 있음이 밝혀졌다.

상기 실험예는 포토 공정 중 0.13 ㎛ CU 트렌치(trench) 공정에서의 고립된 넓은 영역의 패턴에 존재하는 포토레지스트 레지듀를 제거하여 패턴 결함을 제거하기 위한 방법을 대상으로 하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고 동일한 문제가 발생되는 다른 공정에서도 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

본 발명을 통하여 고립된 넓은 영역의 패턴에 존재하는 포토레지스트 레지듀를 제거하는 효과가 있다.

이를 통하여 패턴의 CD 의 균일성을 개선하고, 패턴 결함을 제거함으로써 웨이퍼의 수율 향상과 생산성을 증대시키는 효과가 있다.

Claims

트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법에 있어서,

현상용액의 도포는 웨이퍼의 회전 속도를 500 rpm 이하 30 rpm 이상 사이의 회전 속도 중 순차적으로 일정시간 간격을 두고 회전 속도를 감속 변경하면서 도포하는 동적 현상용액 도포(dynamic developer dispense) 방식을 사용함을 특징으로 하는 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법.
트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법에 있어서,

현상용액의 퍼들 방식은 웨이퍼를 정지상태와 30 rpm 이하의 낮은 속도의 회전을 반복하면서 현상하는 동적 퍼들(dynamic puddle) 방식을 사용함을 특징으로 하는 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1항의 동적 현상용액 도포 방식과 제2항의 동적 퍼들 방식을 동시에 사용함을 특징으로 하는 트렌치 공정의 패턴 결함 제거 방법.