KR20080054052A - 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피공정의 패턴필링 방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바닥반사방지막을 사용하지 않는 일반 메탈 포토리소그래피 공정에서 다층간의 차이에 의한 패턴필링과 포토리소그래피 공정에서의 각종 문제(CD, overlay, defocus)로 인해 발생하는 패턴필링의 발생을 방지하기 위한 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법은, 현상액을 포토레지스트 표면에 분사하는 LD 노즐의 스캔 속도를 조절하여 패턴필링을 감소시킴을 특징으로 한다.

또한 스캔 속도는 55 mm/s 이상 65 mm/s 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 LD 노즐의 스캔 횟수가 2회인 경우에도 동일하게 적용됨을 특징으로 한다.

본 발명 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법을 통하여, 패턴필링을 감소시킬 수 있고, 패턴필링으로 인한 웨이퍼 수율 저하를 감소시킬 수 있다.

패턴필링, NO BARC, 스캔속도

Description

바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법{Pattern peeling protecting method of no bottom anti-reflective coating metal photo lithography process}

도 1의(a)는 웨이퍼의 X축 방향으로의 패턴필링의 경향을 나타내는 도면,

도 1의(b)는 패턴의 크기에 따른 패턴필링의 경향을 나타내는 도면,

도 2는 스캔속도, 퍼들시간, 드라이시간을 달리하여 실험한 변수 조건을 나타내는 도면,

도 3은 도 2에 따라 변수 조건을 달리할 때 패턴필링을 수치화한 그래프를 나타내는 도면,

도 4는 도 2에 따라 변수 조건을 달리할 때의 패턴필링을 웨이퍼 상에 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 정상적인 패턴 20 : 패턴필링

30 : 웨이퍼

본 발명은 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바닥반사방지막을 사용하지 않는 일반 메탈 포토리소그래피 공정에서 다층간의 차이에 의한 패턴필링과 포토리소그래피 공정에서의 각종 문제(CD, overlay, defocus)로 인해 발생하는 패턴필링의 발생을 방지하기 위한 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조 공정 중 포토리소그래피 공정은 웨이퍼 상에 실제로 필요로 하는 회로를 구현하기 위하여 설계하고자 하는 회로패턴이 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.

통상 '노광공정' 또는 '사진식각공정'이라 불리는 이 공정은 웨이퍼 표면에 일정한 패턴을 형성하는 과정과 관련된 것이다.

즉, 포토리소그래피 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.

포토레지스트를 사용하는 반도체 정밀작업에 있어서, 보다 미세한 치수로 향하려는 경향에 따라, 기판으로부터 빛의 반사를 방지하는 것이 중요한 문제로 되고 있다. 상기의 목적을 달성하기 위하여, 흡광제를 함유한 포토레지스트가 종래로부 터 사용되었다. 그러나, 이것은 해상도가 나빠진다는 문제점을 보유하고 있다. 따라서, 상기의 포토레지스트와 기판 사이에 바닥판반사방지막(BARC;bottom anti-reflective coating)을 설치하는 방법이 사용되고 있다.

본 발명이 속하는 기술적 분야는 상기한 바닥판반사방지막을 사용하는 경우가 아닌 메탈 포토리소그래피 공정(No BARC metal photolithography process)의 경우이다.

바닥판반사방지막을 사용하는 경우가 아닌 메탈 포토리소그래피 공정의 문제점은 다층구조에서 상부와 하부 필름과의 차이에 의한 패턴필링(pattern peeling, 접착되었던 패턴이 벗겨지는 현상)이 문제점이다. 패턴필링을 해결하기 위하여 종래 여러 가지 접착강화 방법이 사용되고 있다. 그 중에 가장 일반적인 방법은 HMDS(Hexamethyldisilazane, 접착성 향상제) 강화에 의한 패턴필링 감소 방안이 있다.

바닥판반사방지막을 사용하는 경우가 아닌 메탈 포토리소그래피 공정의 또 다른 문제점은 포토리소그래피 공정의 문제인 현상된 감광막이 중요부분의 패턴의 크기(CD;Critical Dimension)차이, 전(前) 공정에서 형성시킨 래이어(layer)와 현(現) 공정을 통해 형성되는 래이어 간의 정렬 상태의 차이(overlay), 레티클의 패턴에 따라 형성된 빛 이미지가 투영렌즈를 통하여 정확하게 웨이퍼의 감광막에 전달될 수 있도록 초점이 일치해야 하는데 불일치하는 문제(defocus)들로 인하여 재작업(rework)이 필요하게 되며, 재작업에서도 패턴필링의 문제는 다시 발생하게 된다. 또한 접착강화 공정이 추가로 필요하므로 반도체 생산성을 떨어뜨리는 문제점 이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 바닥판반사방지막을 사용하는 경우가 아닌 메탈 포토리소그래피 공정에서 발생되는 패턴필링의 발생 요인을 파악하여 패턴필링의 발생을 감소시킬 수 있는 최적의 조건을 구현하여 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법을 제공함을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법은, 현상액을 포토레지스트 표면에 분사하는 LD 노즐의 스캔 속도를 조절하여 패턴필링을 감소시킴을 특징으로 한다.

또한 스캔 속도는 55 mm/s 이상 65 mm/s 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 LD 노즐의 스캔 횟수가 2회인 경우에도 동일하게 적용됨을 특징으로 한다.

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

일반적으로 포토레지스트를 벗겨내는(strip) 공정을 진행할 때, 선택되는 공 정조건(recipe)은 공정시간, 전력, 산소 가스량, 질소 가스량 등에 따라 달라진다.

상기 여러 변수에 따른 공정 조건에 따를 때 나타나는 패턴필링의 결과도 달라지게 될 것이다. 본 발명은 공정조건을 다양하게 변경하여 실험 데이터를 추출하고, 추출된 데이터에 근거하여 과연 어떠한 공정조건이 패턴필링을 발생시키는 요인이 되는지를 분석함으로써, 역으로 패턴필링의 요인이 된 공정조건의 변수를 변경하여 패턴필링을 최소화하기 위한 방법을 찾아내는 것이다.

도 1의(a)는 웨이퍼의 X축 방향으로의 패턴필링의 경향을 나타내는 도면이다.

이는 트랙(track)장비의 LD(Linear Drive) 노즐에 의한 영향임이 실험을 통하여 밝혀졌다. 즉 LD 노즐은 선형으로 이동하게 되므로 이동이 시작되는 지점과 이동이 진행된 뒤의 지점간에는 패턴필링(20)의 차이가 나타난다.

LD 노즐이 좌에서 우로 이동하는 경우, 도시된 바와 같이 좌측에는 패턴필링(20)이 발생되어 폭이 넓은 모습을 나타내며, 우측에는 정상적인 패턴(10)으로서 폭이 좁게 나타난다. 폭이 넓다는 것은 패턴필링(20)에 의해 패턴이 옆으로 뉘어진 모습을 나타내는 것이다.

이러한 결과는 LD 노즐의 이동 경로의 선택에 따라 패턴필링(20)의 발생여부가 달라지기 때문에 주요한 변수가 될 수 없다.

도 1의(b)는 패턴의 크기에 따른 패턴필링의 경향을 나타내는 도면이다.

일반적으로 패턴의 크기가 클수록 정상적인 패턴(10)의 모습을 유지하며, 패턴의 크기가 작을수록 패턴필링(20)이 많이 발생된다.

이러한 결과는 패턴 자체의 접촉면적의 차이에 따른 것이므로 패턴필링의 주요한 변수가 될 수 없다.

도 2는 스캔속도, 퍼들시간, 드라이시간을 달리하여 실험한 변수 조건을 나타내는 도면이다.

스캔(SCAN)속도는 LD 노즐의 단위시간 당 이동거리를 나타낸다.

실험에서는 200 mm 웨이퍼를 사용하므로, 예컨대 스캔속도가 20 mm/sec인 경루라면 10초 동안 1회의 웨이퍼 스캔이 가능하다.

퍼들(PUDDLE)시간은 스케너에 의해 분사된 현상액이 웨이퍼에 머무르는 시간(sec)을 나타낸다.

드라이(DRY)시간은 상기 현상과정 후 순수(DI water) 등에 의한 세정이 실시된 뒤 웨이퍼를 약 3000~4000 rpm 의 속도로 회전시키면서 건조시키는 시간(sec)을 나타낸다.

상기 실험에서는 3 개의 변수 중 어떤 것이 패턴필링에 주요한 영향을 미치는지에 대해 알아보기 위하여 스캔속도를 20, 40 ,60 mm/sec로 하여 퍼들, 드라이 조건을 각각 변경하여 실험하였다. 이러한 규칙적인 변수조건 이외에 불규칙적인 조건을 위해서 스캔속도 60 mm/sec인 경우 퍼들, 드라이 조건을 임의로 선정하여 실험을 하였다.

도 3은 도 2에 따라 변수 조건을 달리할 때 패턴필링을 수치화한 그래프를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 3 개의 도표 중 각 X축은 해당 변수값을 나타내며, Y축은 패턴필링을 수치화한 값을 나타낸다.

도표값을 분석하면, 스캔속도가 증가할수록 패턴필링의 수도 일정하게 감소함을 알 수 있다. 그러나 퍼들시간, 드라이시간의 경우에는 일정한 규칙성을 발견할 수 없다.

상기한 결과에 따를 때, 패턴필링에 영향을 주는 변수는 스캔속도임을 알 수 있다. 즉, LD 노즐의 스캔속도를 변화시키게 되면 패턴필링의 발생수를 감소시킬 수 있는 것이다.

도 4는 도 2에 따라 변수 조건을 달리할 때의 패턴필링을 웨이퍼 상에 나타낸 도면이다.

웨이퍼(20) 상에 검은 점으로 표시된 부분은 패턴필링(20)이 발생된 지점을 표시한 것이다. 즉, 도 4는 상기 도 3의 결과를 웨이퍼 상에 표시한 것이다.

따라서 상기 실험결과에 따를 때, 패턴필링에 영향을 미치는 주요 변수는 스캔속도이며, 60 mm/sec 전후인, 55 mm/sec 이상 65 mm/sec 이하로 조절함이 바람직하다.

또한 상기 실험은 LD 노즐의 스캔 횟수를 1회 실시한 경우의 실험예를 나타내고 있으나, 본 발명은 LD 노즐의 스캔 횟수를 2회 실시하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 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 발명 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법을 통하여, 패턴필링을 감소시킬 수 있고, 패턴필링으로 인한 웨이퍼 수율 저하를 감소시킬 수 있다. 또한 전체 공정시간을 단축시켜 생산성을 높일 수 있다.

Claims (3)

1. 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정에 있어서 발생되는 패턴필링을 방지하는 방법에 있어서,

   현상액을 포토레지스트 표면에 분사하는 LD 노즐의 스캔 속도를 조절하여 패턴필링을 감소시킴을 특징으로 하는 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법.
2. 제1항에 있어서, 스캔 속도는 55 mm/sec 이상 65 mm/sec 이하 인 것을 특징으로 하는 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, LD 노즐의 스캔 횟수가 2회인 경우에도 동일하게 적용됨을 특징으로 하는 바닥반사방지막을 사용하지 않는 메탈 포토리소그래피 공정의 패턴필링 방지방법.

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