KR20080081467A - 반도체 기판의 리워크 방법 및 패턴 형성방법 - Google Patents

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KR20080081467A
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Abstract

유기반사 방지막의 손상 없이 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있는 반도체 기판의 리워크 방법 및 반도체 소자의 패턴 형성방법에 있어서, 먼저 비정질 탄소 패턴이 형성된 기판 상에 유기 반사 방지막을 형성한다. 이후, 상기 유기 반사 방지막이 형성된 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴에 결함이 발생될 경우 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 전면 노광한 후 상기 전면 노광된 포토레지스트 패턴을 현상 처리하여 제거한다. 그 결과 상기 유기 반사 방지막 및 비정질탄소로 이루어진 얼라인 키의 손상이 발생되지 않는 기판을 마련할 수 있다.

Description

반도체 기판의 리워크 방법 및 패턴 형성방법{METHOD OF REWORKING A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND METHOD OF FORMING THE PATTERN}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 리워크 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 리워크 방법을 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 102 : 오버레이 키
104 : 얼라인 키 108 : 식각 대상막
110 : 유기 반사 방지막 120 : 제1 포토레지스트 패턴
130 : 제2 포토레지스트 패턴 108a : 식각 대상막 패턴
본 발명은 반도체 기판의 리워크 방법 및 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 반사 방지막의 손상 없이 상기 포토레지스트를 제거할 수 있는 반도체 기판의 리워크 방법 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
상기 반도체 소자는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력이 요구됨에 따라 상기 반도체 소자는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 따라서, 상기 반도체 장치의 집적도 향상을 위한 사진 식각(photolithography)기술과 같은 미세 가공 기술에 대한 요구도가 엄격해지고 있는 실정이다.
상기 사진 식각 기술은 반도체 소자에 적용되는 미세 패턴들을 형성하는 공정으로 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용한다. 상기 미세 패턴들을 형성하기 위해 적용되는 포토레지스트 패턴은 상기 포토레지스트막을 형성하기 전에 대상막 상에 반사 방지막(anti-reflective coating, "ARC")을 필수적으로 형성해야 한다. 상기 반사 방지막은 사진 식각 공정에서는 노광 공정을 수행하여 포토레지스트를 패터닝(photoresist patterning)할 경우 식각 대상막의 빛에 대한 반사를 줄이기 위해 적용된다.
즉, 상기 반사 반지막은 상기 노광시에 포토레지스트막으로 입사되는 입사광과 식각 대상막으로부터의 반사되는 반사광의 간섭에 의해 발생되는 정재파 효과를 방지하는 작용한다. 또한, 상기 반사 방지막은 이전 공정에서 기 형성된 패턴들로부터 기인하는 단차(topography)에 따른 반사 및 모서리에서의 난 반사를 방지하거나 현저히 감소시키는 작용을 하게 된다.
따라서, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하기 전에 반사 방지막을 형성함으로써 형성하고자 하는 미세 회로 패턴의 선폭(critical dimension, "CD")을 정확하게 하여 반도체 제조공정 조건의 허용도(process latitude)를 증가시킬 수 있다. 상술 한 특성을 갖는 반사 방지막은 그 조성에 따라 무기물계의 무기 반사 방지막(Bottom anti-reflective coating layer)과 유기물계의 유기 반사 방지막으로 구분된다. 상기 무기 반사 방지막은 하부 대상막의 단차에 대하여 우수한 접합 특성을 가지고 있으나, 후속 공정에서 제거가 용이하지 않고, 형성되는 포토레지스트 패턴(pattern)과 접합특성이 좋지 않는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 요즘은 무기 반사 방지막 대신에 유기 반사 방지막을 주로 사용하고 있는 실정이다.
상기 유기 반사 방지막이 적용되는 사진 식각 공정을 살펴보면, 먼저 식각(etching) 대상막 상에 유기 반사 방지막 조성물을 스핀 코팅한 후 베이킹(Baking) 공정을 수행하여 유기 반사 방지막을 형성한다. 이후 상기 유기 반사 방지막 상에 포토레지스트막을 형성한 이후 노광 마스크를 이용한 노광 공정, 베이킹 공정 및 현상 공정을 수행하여 포토레지스트 패턴을 형성한다.
상술한 사진 식각 공정에 있어서 중요한 공정 변수는 상기 포토레지스트 패턴이 적합한 프로파일을 갖는가에 있다. 상기 포토레지스트 패턴의 프로파일은 포토레지스트막을 형성하는 스핀코팅 공정, 베이킹 공정, 노광 공정 및 현상 공정에서 발생되는 변수에 의해 결함이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 결합을 갖는 포토레지스트 패턴을 식각 공정에 적용하여 반도체 소자의 미세 패턴을 형성할 경우 형성되는 패턴 또한 결함이 발생되는 문제점이 발생된다. 또한, 형성되는 포토레지스트 패턴에 결합을 발생될 경우에는 상기 포토레지스트 패턴을 상기 반도체 기판으로부터 제거한 후 상기 기판 상에 다시 포토레지스트 패턴을 다시 형성하는 반도체 기판의 리워크 공정을 수행해야 한다.
상기 일반적인 반도체 기판의 리워크 공정은 산소(O2) 플라즈마를 이용한 에싱(ashing)과 같은 건식 세정 공정 또는 황산을 포함하는 유기 스트리퍼를 사용한 습식 세정 공정을 수행하여 이루어진다. 그러나, 상기 산소 플라즈마를 이용한 에싱 공정을 적용하여 상기 포토레지스트를 제거할 경우 노출된 기판 표면의 손상을 초래하여 이후 형성되는 반도체 소자의 특성이 열화 되는 문제점이 발생된다. 더욱이, 상기 산소 플라즈마를 이용한 에싱 공정은 포토레지스트 패턴의 하부에 존재하는 유기 반사 방지막까지 함께 제거되는 문제점을 초래된다.
특히, 비정질탄소 패턴을 포함하는 얼라인 키(align key) 또는 오버레이 키(overlay key)가 형성된 반도체 기판에 존재하는 포토레지스트 패턴을 산소 플라즈마를 이용한 에싱 공정을 수행하여 제거할 경우 그 하부에 존재하는 유기 반사막이 제거되는 동시에 비정질탄소 패턴이 과 식각되는 문제점이 발생된다. 이러한 문제점을 방지하기 위해 상기 비정질탄소 패턴을 포함하는 얼라인 키 또는 오버레이 키 상에 식각방지막인 실리콘산질화막 형성하는 방법이 제시되었다. 그러나, 상기 실리콘산질화막은 스텝 커버리지 특성이 취약함으로 인해 상기 비정질탄소 패턴이 산소 플라즈마로부터 손상되는 것을 방지할 없었다.
따라서, 결함이 발생된 포토레지스트 패턴을 제거하는 리워크 공정시 비정질탄소로 이루어진 얼라인 키 또는 오버레이 키가 손상됨을 방지할 수 있는 신규한 반도체 기판의 리워크 방법의 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 전면 노광 공정 및 현상 공정을 수행하여 비정질탄소로 이루어진 얼라인 키 또는 오버레이 키의 손상 없이 결함이 발생된 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있는 반도체 기판의 리워크 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전면 노광 공정 및 현상 공정을 이용한 리워크 방법을 적용하여 반도체 소장에 적용되는 패턴을 형성할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 리워크 방법은 먼저 비정질탄소 패턴이 구비된 반도체 기판 상에 균일한 두께를 갖는 유기 반사 방지막을 형성한다. 상기 유기 반사 방지막 상에 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 형성된 포토레지스트 패턴에 결함이 존재할 경우 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 전면 노광한다. 상기 전면 노광된 포토레지스트 패턴을 현상 공정을 수행하여 상기 비정질탄소 패턴과 유기 반사 방지막의 손상 없이 제거한다. 그 결과 유기 반사 방지막 및 비정질탄소 패턴의 손상이 발생하지 않는 기판을 마련할 수 있다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 방법은 먼저, 비정질탄소로 이루어진 패턴이 형성된 기판을 마련한다. 상기 비정질탄소 패턴 상에 식각저지막을 형성한다. 상기 식각저지막이 형성된 비정질 탄소 패턴 상에 균일한 두께를 갖는 유기 반사 방지막을 형성한다. 상기 유기 반사 방지막이 형성된 기판 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 제1 포토레지스트 패턴에 결함이 발생될 경우 상기 제1 포토레지스트 패턴이 형성된 기판의 전면 노광한다. 상기 전면 노광된 포토레지스트 패턴을 100 내지 130℃에서 베이킹 처리한다. 현상 공정을 수행하여 상기 베이킹 처리된 제1 포토레지스트 패턴을 유기 반사 방지막의 손상 없이 제거한다. 상기 유기 반사 방지막 상에 제2 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 식각 대상막을 패터닝한다. 그 결과 유기 반사 방지막 및 비정질탄소 패턴의 손상을 초래하지 않고 식각 대상막 패턴을 형성할 수 있다.
일 예로서, 상기 유기반사 방지막은 상기 기판 상에 유기반사 방지막 형성용 유기물을 스핀 코팅하여 예비 유기반사 방지막을 형성한 후 약 180 내지 230℃에 베이킹 처리함으로서 형성할 수 있다.
상기 비정질탄소 패턴의 예로서는 얼리인 키 또는 오버레이 키를 들 수 있다. 상기 비정질탄소 패턴 상에 식각방지막인 실리콘 산질화물막을 더 형성할 수 있다.
상기 포토레지스트 패턴은 상기 유기 반사 방지막 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계와, 기 포토레지스트막을 노광 마스크를 이용하여 선택적으로 노광하는 단계와 상기 노광된 포토레지스트막을 현상액을 이용하여 현상하는 단계를 수행하여 형성할 수 있다.
일 예로서, 상기 전면 노광에 적용되는 광원의 예로서는 ArF 광원(laser of ArF), KrF 광원(laser of KrF), F2 광원(laser of F2), Hg-Xe 광원(laser of Hg-Xe)등을 들 수 있다.
또한, 상기 전면 노광 공정을 수행한 이후에, 상기 전면 노광된 포토레지스트 패턴을 100 내지 130℃에서 베이킹 처리하는 단계를 더 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 반도체 기판의 리워크 방법은 결함이 발생된 포토레지스트 패턴에 전면 노광 및 현상 공정을 순차적으로 수행함으로서 하부에 존재하는 유기 반사 방지막의 손상 없이 상기 결함 발생된 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있다. 이에 따라, 유기 방사방지막 하부에 존재하고, 비정질탄소로 이루어진 얼라인 키는 상기 산소 플라즈마에 노출되지 않아 손상이 발생되지 않는다. 또한, 포토레지스트 패턴의 재 형성시 상기 기판 상에 상기 유기 반사 방지막을 다시 형성하기 위한 별도의 공정이 요구되지 않기 때문에 비용적 측면과 시간적 측면에서 높은 효율성을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 유기 반사 방지막의 손상 없이 결함이 발생된 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있는 반도체 기판의 리워크 방법을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다.
상기 실시예에서 있어서, 막(층)이 다른 막(층) 도는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다. 상기 각 막(층), 패턴, 현상 또는 베이킹이 "제1", "제2" 및/또는 "제3"으로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 막(층), 패턴, 현상 또는 베이킹을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1", "제2" 및/또는 "제3"은 각 막, 패턴, 현상 또는 베이킹에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.
반도체 기판의 리워크 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 리워크 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 비정질탄소 패턴이 형성된 기판 상에 유기반사 방지막을 형성한다(단계 S110). 구체적으로, 상기 기판의 예로서는 식각 대상막이 형성된 실리콘 기판 또는 식각 대상막이 형성된 SOI 기판을 들 수 있다. 또한, 상기 식각 대상막의 예로서, 폴리실리콘막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 금속질화막, 금속막 등을 들 수 있다. 상기 식각 대상막은 단일 또는 둘 이상이 혼합 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 비정질탄소 패턴의 예로서는 얼라인 키(align key) 및 오버레이 키(overlay key)이다. 상기 얼라인 키(align key) 및 오버레이 키(overlay key)는 포토리소그래피 공정에 있어서 식각 공정을 수행하기 전에 노광 마스크와 반도체 기판을 정렬시키는 과정과 정렬 정확도를 계측하고 정렬 오차를 보정하는 공정에 적용된다.
일 예로서, 상기 얼라인 키 및 오버레이 키는 반도체 기판의 메인 칩들 사이의 스크라이브 래인(scribe lane) 상에 표면과 단차를 갖는 구조로 형성할 수 있 다. 상기 얼라인 키 및 오버레이 키는 트렌치형 패턴 구조를 갖거나 상기 반도체 기판으로 부터 융기된 돌출형 패턴 구조를 갖도록 형성할 수 있다.
특히, 본 실시예의 얼라인 키 및 오버레이 키는 산소 플라즈마에 대하여 높은 식각성을 갖는 비정질탄소 패턴을 포함하는 구조를 갖는다. 또한, 상기 얼라인 키 및 오버레이 키는 실리콘산질화물로 이루어진 식각방지막을 더 포함할 수 있다. 상기 식각방지막은 상기 비정질 탄소 패턴 상에 실리콘 질화물을 증착하여 형성할 수 있다.
상기 얼라인 키 및 오버레이 키를 이용하여 정렬 및 정렬보정을 하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 스테퍼(stepper)의 얼라인 먼트부에 있는 광원(light source)이 반도체 기판에 형성되어 있는 얼라인 키 또는 오버레이 키에 조사되었을 때 상기 얼라인 키 또는 오버레이 키에 형성된 단차에 의해 간섭무늬가 형성된다. 상기 간섭무늬의 명암을 검출부에서 인식하여 반도체 기판의 방향이나 위치를 파악하고 반도체 기판 또는 노광 마스크를 위치를 조정함으로써 정렬 및 정렬 보정이 이루어진다.
일 예로서, 상기유기 반사 방지막은 실리콘탄화물(SiC)을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 유기 반사 방지막은 상기 기판 상에 유기반사 방지막 형성용 유기물을 스핀 코팅하여 예비 유기 반사 방지막을 형성한 후 상기 예비 유기반사 방지막을 180 내지 230℃에서 베이킹하여 형성할 수 있다.
상기 유기 반사 방지막은 반도체 기판 상에 형성되는 포토레지스트 패턴의 접합 특성을 향상시키는 동시에 상기 노광시에 포토레지스트막으로 입사되는 입사 광과 식각 대상막으로부터 반사되는 반사광의 간섭에 의해 발생되는 정재파 효과를 방지하기 위해 기판에 형성될 수 있다. 또한, 상기 유기 반사 방지막은 이전 공정에서 기 형성된 패턴들로부터 기인하는 단차(topography)에 따른 반사 및 모서리에서의 난 반사를 방지하거나 현저히 감소시키는 작용을 한다.
이어서, 상기 유기 반사 방지막이 형성된 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성한다(단계 S120). 상기 포토레지스트 패턴은 포토레지스트막 형성과, 광을 이용한 노광 공정과, 현상액을 이용한 현상공정 및 건조 공정을 수행하여 형성할 수 있다.
일 예로서, 이하 상기 포토레지스트 패턴의 형성방법을 구체적으로 설명한다. 상기 유기 반사 방지막이 형성된 기판 상에 잔류하는 오염물 등을 제거하기 위해 상기 기판의 표면을 세정한다. 이후 세정 처리된 기판 상에 포토레지스트 조성물을 코팅하여 예비 포토레지스트막을 형성한다. 일 예로서, 상기 포토레지스트 조성물은 메타아크릴레이트 또는 아크릴레이트 수지, 광산발생제(Photo Acid Generator) 및 유기 용매(Solvent)를 포함할 수 있다.
이어서, 상기 예비 포토레지스트막이 형성되어 있는 기판을 가열하는 제1 베이킹 공정을 수행하여 포토레지스트막을 형성한다. 상기 제1 베이킹 공정은 약 90℃ 내지 약 130℃의 온도에서 수행한다. 상기 제1 베이킹 공정을 수행함으로 인해 상기 유기 반사 방지막에 대하여 포토레지스트막의 접착성이 증가된다.
이어서, 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광한다. 상기 노광 공정을 수행하기 위해서는 먼저 노광 장치의 마스크 스테이지 상에 회로 패턴이 형성된 노광 마스크를 위치시킨 후 상에 노광 마스크를 기판과 정렬한다. 이후, 상기 노광 마스크에 광을 조사하여 상기 포토레지스트막과 상기 노광 마스크를 투과한 광을 반응시킨다.
상기 노광 공정에서 사용할 수 있는 광의 예로는 193㎚의 파장을 갖는 ArF 광원(laser of ArF), 248㎚의 파장을 갖는 KrF 광원(laser of KrF), F2 광원(laser of F2), Hg-Xe 광원(laser of Hg-Xe) 등을 들 수 있다.
이어서, 노광 공정이 수행된 포토레지스트막이 형성된 기판에 제2 베이킹 공정을 수행한다. 상기 제2 베이킹 공정은 약 100℃ 내지 약 140℃의 온도에서 수행할 수 있다. 상기 제2 베이킹 공정을 수행함에 따라 상기 노광된 부분은 현상액에 대하여 용해되기 쉬운 상태가 된다.
이후, 노광 공정이 수행된 포토레지스트막을 수산화테트라메틸암모늄(tetra-methyl ammonium hydroxide; TMAH) 수용액을 현상액으로 사용하여, 상기 노광된 부위의 포토레지스트막을 용해시켜 제거한다.
즉, 비 노광된 포토레지스트 부위와 노광된 포토레지스트 부위간에 물에 대한 친화력이 서로 다른 성질을 갖기 때문에 상기 노광된 포토레지스트 부위는 상기 현상액에 용해되어 제거될 수 있다. 이어서, 세정 및 건조 등의 공정을 수행함으로써 포토레지스트 패턴이 완성된다. 본 실시예서는 설명되는 포토레지스트 패턴은 주 골격이 탄소와 탄소의 단일 결합으로 이루어진 아크릴레이트 수지 또는 메타아크릴레이트 수지를 포함하는 ArF용 포토레지스트 패턴이다.
이어서, 상기 유기반사 방지막 상에 형성된 포토레지스트 패턴의 결함여부를 판단한다(단계 S130).
구체적으로 상술한 노광 방법으로 형성된 포토레지스트 패턴은 상기 노광 공정의 조건 및 외부 변수들에 의해 결함이 존재할 수 있기 때문에 형성된 포토레지스트 패턴의 균일한 두께와, 균일한 프로파일, 균일한 폭에 결함이 있는지 여부를 판단한다. 즉, 상기 조건들이 만족되지 않을 경우 결함이 발생된 포토레지스트 패턴으로 형성될 수 있는 것이다.
일 예로서, 상기 포토레지스트 패턴에 결함이 존재하지 않을 경우 상기 포토레지스트 패턴은 식각 마스크로 이용하여 식각 대상막을 식각하는 공정을 수행할 수 있다. 다른 예로서, 상기 포토레지스트 패턴에 결함이 존재할 경우 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여 상기 기판과 유기 반사 방지막을 재활용하기 위한 반도체 기판의 리워크 공정을 수행할 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴에 결함이 존재할 경우 상기 결함이 발생된 포토레지스트 패턴을 제거하기 상기 결함이 발생된 포토레지스트 패턴의 전면을 노광한다(단계 S140).
상기 결함이 발생된 포토레지스트 패턴의 전면 노광은 상기 결함이 발생된 포토레지스트 패턴을 노광 마스크 없이 광원에서 생성된 광에 노출시키는 공정이다. 상기 전면 노광 공정에 적용되는 광원의 예로서는 ArF 광원(laser of ArF), KrF 광원(laser of KrF), F2 광원(laser of F2), Hg-Xe 광원(laser of Hg-Xe)등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 이용할 수 있다. 일 예로서, 상기 전면 노광은 상기 결함이 발생된 포토레지스트 패턴에 포함된 광산발생제로부터 산(H+) 의 생성을 유도하기 위해 수행된다.
이어서, 상기 전면 노광된 포토레지스트 패턴을 열 처리하한다(단계 S150).
상기 열처리 공정은 제3 베이킹 공정으로서 상기 전면 노광된 포토레지스트 패턴의 내부에서 생성된 산을 확산시켜 전면 노광된 포토레지스트를 현상액에 대하여 용해되기 쉬운 상태를 갖도록 하는 공정이다. 이에 따라, 상기 제3 베이킹 공정에 의해 상기 전면 노광된 포토레지스트 패턴은 현상액에 의해 용해되기 쉬운 상태를 갖는다.
특히, 상기 제3 베이킹 공정은 약 100 내지 130℃에서 수행하고 보다 바람직하게는 110 내지 120℃에서 수행한다. 상기 제3 베이킹 공정은 포토레지스트 패턴의 경화를 최소화시키는 동시에 산의 확산을 극대화시킬 수 있다.
이어서, 제3 베이킹 공정이 수행된 포토레지스트 패턴을 제2 현상 공정을 수행하여 결함이 발생된 포토레지스트 패턴을 완전히 제거한다(단계 S160).
구체적으로 상기 제2 현상 공정은 수산화테트라메틸암모늄(tetra-methyl ammonium hydroxide; TMAH) 수용액을 현상액으로 사용하여 전면노광되고, 제3 베이킹 처리된 포토레지스트 패턴을 용해시켜 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 현상공정을 통해 상기 유기 반사 방지막의 손상 없이 상기 결함이 발생된 포토레지스트 패턴이 기판으로부터 제거될 수 있다. 이후, 유기 반사 방지막이 형성된 반도체 기판에 세정 및 건조 공정을 수행함으로서 반도체 기판의 리워크 공정을 완료될 수 있다.
상술한 반도체 기판의 리워크 공정은 결함이 발생된 포토레지스트 패턴에 전 면 노광 및 현상 공정을 순차적으로 수행하여 하여 하부에 존재하는 유기 반사 방지막의 손상 없이 상기 결함 발생된 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있다.
반도체 소자의 패턴 형성 방법
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 리워크 방법을 이용한 패턴 형성방법을 설명하기 위한 공정단면도들이다.
도 2를 참조하면, 오버레이 키(102), 얼라인 키(104)가 형성된 반도체 기판(100)을 마련한다. 상기 오버레이 키(102)는 반도체 기판(100)의 상기 오버레이 키 형성영역(A)되고, 상기 얼라인 키(104)는 얼라인 키 형성 영역(B)을 포함한다. 상기 오버레이 키 및 얼라인 키는 비정질탄소를 포함한다. 상기 오버레이 키(102) 및 얼라인 키(104)에 대한 구체적인 설명은 위에서 설명하였기 때문에 생략한다.
상기 반도체 기판 상에는 식각 대상막(108)을 형성되어 있다. 상기 식각 대상막(108)은 상기 오버레이 키 형성 영역과 얼라인 키 형성 영역을 노출시키도록 상기 반도체 기판의 셀 영역(C) 상에 형성된다. 상기 식각 대상막(108)의 예로서, 폴리실리콘막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 금속질화막, 금속막 등을 들 수 있다. 상기 식각 대상막은 단일 또는 둘 이상이 혼합 적층된 구조를 가질 수 있다.
이어서, 상기 반도체 기판의 오버레이 키 형성 영역(A)과 얼라인 키 형성 영역(B)에 실리콘산질화물로 이루어진 식각방지막(도시되지 않음)을 형성한다. 여기서, 상기 식각 방지막은 상기 비정질탄소 패턴을 커버하기 위해 적용된다. 그러나, 상기 식각 방지막은 스텝 커버리지 특성이 좋지 않아 오버레이 키 및 얼라인 키의 일부분을 노출시키는 문제점을 갖는다.
도 3을 참조하면, 상기 결과물이 형성된 반도체 기판(100) 상에 균일한 두께를 갖는 유기반사 방지막(110)을 형성한다.
상기 유기 반사 방지막(110)은 식각대상막과 이후 형성되는 제1 포토레지스트 패턴의 접합 특성을 향상시키는 동시에 제1 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 노광 공정시 포토레지스트막으로 입사되는 입사광과 마스크막으로부터 반사되는 반사광의 간섭에 의해 발생되는 정재파 효과를 방지하기 위해 기판에 형성될 수 있다.
일 예로서, 상기 유기 반사 방지막(110)은 상기 기판 상에 유기반사 방지막 형성용 유기물을 스핀 코팅하여 예비 유기 반사 방지막을 형성한 후 상기 예비 유기반사 방지막을 180 내지 230℃에 베이킹하는 단계를 수행하여 형성할 수 있다.
이어서, 상기 유기 반사 방지막 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 제1 포토레지스트 패턴(120)은 통상의 노광 공정으로 형성되는 포토레지스트 패턴으로 상기 식각 대상막(108)을 패터닝하기 위한 식각 마스크로 사용하기 위해 형성된다. 특히, 본 실시예의 상기 제1 포토레지스트(120)는 결함이 발생된 포토레지스트 패턴이다.
도 4를 참조하면, 상기 결함이 발생된 제1 포토레지스트 패턴(120)을 하부에 존재하는 유기 반사 방지막(110)의 손상 없이 제거하는 반도체 기판의 리워크 공정을 수행한다.
이하, 상기 결함이 발생된 제1 포토레지스트 패턴을 제거하기 위한 반도체 기판의 리워크 공정을 구체적으로 설명한다. 먼저, 상기 결함이 발생된 제1 포토레지스트 패턴(120)의 전면을 노광한다. 상기 전면 노광은 상기 결함이 발생된 포토레지스트 패턴을 노광 마스크 없이 광원에서 생성된 광에 노출시키는 공정으로 ArF 광원(laser of ArF), KrF 광원(laser of KrF), F2 광원(laser of F2), Hg-Xe 광원(laser of Hg-Xe)등을 사용할 수 있다. 이어서, 상기 전면 노광된 제1 포토레지스트 패턴(120)을 열 처리하는 베이킹 공정을 수행한다.
상기 베이킹 공정은 약 100 내지 130℃에서 수행하고 보다 바람직하게는 110 내지 120℃에서 수행할 수 있다. 상기 베이킹 공정은 포토레지스트 패턴의 경화를 최소화시키는 동시에 산의 확산을 극대화시켜 상기 제1 포토레지스트 패턴(120)을 현상액에 대하여 용해되기 쉬운 상태를 갖도록 한다. 이어서, 베이킹 공정이 수행된 제1 포토레지스트 패턴(120)을 수산화테트라메틸암모늄(tetra-methyl ammonium hydroxide; TMAH) 수용액을 현상액으로 사용하는 현상 공정을 수행하여 제거한다. 이에 따라, 상기 현상 공정을 통해 상기 유기 반사 방지막(110)의 손상 없이 상기 결함이 발생된 제1 포토레지스트 패턴이 기판으로부터 완전히 제거될 수 있다. 더욱이 상기 유기반사 방지막(110)이 제거되지 않음으로 인해 상기 비정질 탄소로 이루어진 얼라인키 또는 오버레이 키가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 리워크 공정이 수행된 반도체 기판의 유기 반사 방지막(110) 상에 제2 포토레지스트 패턴(130)을 형성한다. 상기 제2 포토레지스트 패턴(130)은 상기 반도체 기판 상에 대상막 패턴의 형성영역을 정의하는 식각 마스크로 사용된다.
도 6을 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴(130)에 노출된 유기 반사 방지막(110)과 식각 대상막(108)을 순차적으로 식각한다. 상기 식각 공정의 예로서는 반응 이온식각(Reactive Ion Etching), 이온빔 식각(Ion Beam Etching), 플라즈마 식각, 레이저 식각 공정 등을 들 수 있다. 그 결과 상기 기판 상에는 유기반사 방지막 패턴과 식각 대상막 패턴(108a)이 형성된다. 일 예로서, 상기 식각 대상막 패턴은 반도체 소자에 적용되는 도전성 배선, 절연성 패턴을 포함할 수 있다.
이어서, 상기 제2 포토레지스트 패턴(130) 및 유기반사 방지막 패턴(110a)을 산소 플라즈마 에싱 공정 및 세정 공정을 수행하여 제거한다.
상술한 바와 같은 반도체 기판의 리워크 방법은 결함이 발생된 포토레지스트 패턴에 전면 노광 및 현상 공정을 순차적으로 수행함으로서 하부에 존재하는 유기 반사 방지막의 손상 없이 상기 결함 발생된 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있다. 이에 따라, 유기 방사방지막 하부에 존재하고, 비정질탄소로 이루어진 얼라인 키는 상기 산소 플라즈마에 노출되지 않아 손상이 발생되지 않는다. 또한, 포토레지스트 패턴의 재 형성시 상기 기판 상에 상기 유기 반사 방지막을 다시 형성하기 위한 별도의 공정이 요구되지 않기 때문에 비용적 측면과 시간적 측면에서 높은 효율성을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변 경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 비정질탄소 패턴이 형성된 반도체 기판 상에 균일한 두께를 갖는 유기 반사 방지막을 형성하는 단계;
    상기 유기 반사 방지막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴에 결함이 발생될 경우 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판을 전면 노광하는 단계; 및
    상기 전면 노광된 포토레지스트 패턴을 현상 공정을 수행하여 상기 비정질탄소 패턴과 유기 반사 방지막의 손상 없이 제거하는 단계를 포함하는 반도체 기판의 리워크 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비정질탄소 패턴은 얼리인 키 또는 오버레이 키인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 리워크 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비정질탄소 패턴 상에 실리콘 산질화물막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 리워크 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기 반사 방지막은
    상기 기판 상에 유기 반사 방지막 형성용 유기물을 스핀 코팅하여 예비 유기반사 방지막을 형성하는 단계; 및
    상기 예비 유기 반사 방지막을 180 내지 230℃에 베이킹하는 단계를 수행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 리워크 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전면 노광은 ArF 광원(laser of ArF), KrF 광원(laser of KrF), F2 광원(laser of F2) 및 Hg-Xe 광원(laser of Hg-Xe)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 광원을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 리워크 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 현상 공정은 수산화테트라메틸암모늄을 포함하는 현상액을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 리워크 방법.
  7. 비정질탄소로 이루어진 패턴과 식각 대상막이 형성된 기판을 마련하는 단계;
    상기 비정질탄소 패턴 상에 식각저지막을 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 균일한 두께를 갖는 유기 반사 방지막을 형성하는 단계;
    상기 유기 반사 방지막이 형성된 기판 상에 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 포토레지스트 패턴에 결함이 발생될 경우 상기 제1 포토레지스트 패턴이 형성된 기판의 전면 노광하는 단계;
    상기 전면 노광된 포토레지스트 패턴을 100 내지 130℃에서 베이킹 처리하는 단계;
    현상 공정을 수행하여 상기 베이킹 처리된 제1 포토레지스트 패턴을 유기 반사 방지막의 손상 없이 제거하는 단계;
    상기 유기 반사 방지막 상에 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 식각 대상막을 패터닝하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210009811A (ko) * 2019-07-18 2021-01-27 세메스 주식회사 기판 처리 방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110076623A1 (en) * 2009-09-29 2011-03-31 Tokyo Electron Limited Method for reworking silicon-containing arc layers on a substrate
US8288271B2 (en) * 2009-11-02 2012-10-16 International Business Machines Corporation Method for reworking antireflective coating over semiconductor substrate
KR101670458B1 (ko) * 2010-06-25 2016-10-28 삼성전자주식회사 오버레이 계측 방법
US10114679B2 (en) 2011-10-26 2018-10-30 Microsoft Technology Licensing, Llc Logical CPU division usage heat map representation
US8785115B2 (en) * 2012-02-09 2014-07-22 United Microelectronics Corp. Photoresist removal method and patterning process utilizing the same
KR20210039194A (ko) * 2019-10-01 2021-04-09 삼성전자주식회사 집적회로 소자의 제조 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100510558B1 (ko) * 2003-12-13 2005-08-26 삼성전자주식회사 패턴 형성 방법
KR100539257B1 (ko) * 2004-04-07 2005-12-27 삼성전자주식회사 패턴 형성을 위한 반도체 구조 및 패턴 형성 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210009811A (ko) * 2019-07-18 2021-01-27 세메스 주식회사 기판 처리 방법

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