KR20100101838A - Method for fabricating resist pattern in semicondutor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: It supplies developer to the substrate in which the positive voltage is applied and the method for forming resist pattern of the semiconductor device eliminates the domain in which the exposure process operates. The resist film pattern which selectively exposes the same pattern object film is formed. CONSTITUTION: The pattern target film and resist film(220) are formed in the top of the substrate. The exposure process selectively operates in the chemical amplified resist film. The positive voltage is applied in the pattern target film above the light projecting board(200) in which the exposure process operates.

Description

반도체소자의 레지스트 패턴 형성 방법{Method for fabricating resist pattern in semicondutor device}Method for fabricating resist pattern in semicondutor device

본 발명은 반도체소자의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 반도체소자의 레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a resist pattern of a semiconductor device.

포토마스크는 석영 기판 위에 반도체의 미세회로를 형상화한 것으로, 반도체 상에 미세 패턴을 프린트할 수 있는 원판 역할을 한다. 포토마스크 상에 형성된 패턴 불량은 반도체 상에 전사되어 결국 반도체 소자의 불량을 초래한다. 포토마스크를 제조하기 위해서는, 투광 기판 상에 크롬막과 같은 패턴대상막을 형성하고, 레지스트막을 형성한다, 레지스트막에 노광 공정 및 현상공정을 수행하여 패턴대상막을 선택적으로 노출시키는 레지스트 패턴을 형성한 후, 레지스트 패턴을 식각마스크로 노출된 패턴대상막 부분을 식각하여 마스크 패턴을 형성한다. The photomask is a shape of a microcircuit of a semiconductor on a quartz substrate, and serves as an original plate capable of printing a fine pattern on a semiconductor. Pattern defects formed on the photomask are transferred onto the semiconductor and eventually lead to defects of the semiconductor device. In order to manufacture the photomask, a pattern target film such as a chromium film is formed on the light-transmitting substrate, and a resist film is formed. In addition, the mask pattern is formed by etching the portion of the pattern target layer exposed the resist pattern as an etching mask.

반도체소자가 고집적화되고, 미세화됨에 따라, 소자 제조에 사용하는 레지스트뿐만 아니라 포토마스크 제조에 있어서 매우 높은 분해능의 레지스트에 대한 필요성이 증대되고 있다. 이로 인해, 반도체 소자 등 미세 패턴을 형성하는 과정에서 광강도의 저하에 대응하기 위하여 고감도의 화학증폭형 레지스트(CAR;Chemical Amplified Resist)가 도입되고 있다. As semiconductor devices are highly integrated and miniaturized, there is an increasing need for resists used for device fabrication as well as resists with very high resolution in photomask fabrication. For this reason, in order to cope with the decrease in light intensity in the process of forming a fine pattern such as a semiconductor device, a highly sensitive chemical amplified resist (CAR) is introduced.

화학증폭형 레지스트(CAR)는 노광을 통해 특정 파장의 빛을 흡수하게 되면 광산발생제(Photoacid generator)에서 H+ 이온을 방출하고, 이러한 H+ 이온은 노광 종료 후 베이크(PEB;Post Exposure Bake) 공정이 진행되면, 레지스트 수지와 반응하여 소수성 레지스트를 친수성으로 변화시키는 촉매 역할을 한다. 이 후에 알칼리 현상액을 화학증폭형 레지스트에 공급하면 H+ 이온에 의해 친수성으로 변화된 부분이 현상액에 녹게된다. The chemically amplified resist (CAR) emits H + ions from a photoacid generator when absorbing light of a specific wavelength through exposure, and these H + ions are exposed after a post exposure bake (PEB). As the process proceeds, it acts as a catalyst to react with the resist resin to change the hydrophobic resist to hydrophilic. Subsequently, when the alkaline developer is supplied to the chemically amplified resist, the portion changed to hydrophilicity by H + ions is dissolved in the developer.

반도체소자의 레지스트 패턴 형성 방법을 살펴보면, 도 1에 제시된 바와 같이, 투광 기판(100) 상에 차광막(110) 및 레지스트막(120)을 순차적으로 형성한 후, 레지스트막(120)에 선택적으로 노광 공정을 수행한다. 그러면, 노광 공정이 수행된 노광 영역(A)의 레지스트막(120)에는 H+ 이온이 방출되고, 노광 공정이 수행되지 않은 비노광 영역(B)에는 H+ 이온이 존재하지 않는다. Referring to the method of forming a resist pattern of a semiconductor device, as shown in FIG. 1, the light blocking film 110 and the resist film 120 are sequentially formed on the light transmissive substrate 100, and then selectively exposed to the resist film 120. Perform the process. Then, the resist film 120 in the exposed areas (A) to perform the exposure process, the H + ion is released, the non-exposure region, the exposure process has not been performed (B) does not have H + ions present.

그런데, 노광 종료 후, 베이크 공정이 지연되면, 노광 영역의 레지스트에 존재하는 H+ 이온은 외부환경으로부터 중화반응이 일어나 H+ 이온이 사라지는 부분이 발생하게 된다. 예컨대, 레지스트 표면에서는 노광 공정을 통해 생성된 H+ 이온이 대기중의 NH3 이온과 중화반응을 일으켜 H+ 이온이 손실될 수 있으며, 한편으로는 레지스트막(120)과 차광막(110)의 경계면에서 차광막(110) 내에 존재하는 OH- 이온과 중화반응을 일으키게 된다. 그러면, 레지스트막과 차광막의 경계면에 존재하는 H+ 이온이 손실되어 H+ 이온이 손실된 부분은 레지스트막을 친수성으로 변화시킬 수 없게 된다. However, if the baking process is delayed after the end of the exposure, the H + ions present in the resist of the exposure area may be neutralized from the external environment, and a portion where H + ions disappear. For example, on the surface of the resist, H + ions generated through the exposure process may cause neutralization with NH 3 ions in the air, and thus H + ions may be lost. Meanwhile, the interface between the resist film 120 and the light shielding film 110 may be lost. In the neutralization reaction with the OH - ions present in the light shielding film 110. As a result, H + ions present at the interface between the resist film and the light shielding film are lost, and the portion where the H + ions are lost cannot change the resist film to be hydrophilic.

레지스트막과 차광막의 경계부분의 중화반응에 의해 H+ 이온이 부분적으로 손실된 상태에서 현상공정을 수행하게 되면, 도 2에 제시된 바와 같이, H+ 이온이 손실된 부분은 현상액에 의해 제거되지 않아 레지스트 패턴(121) 측벽에서 풋팅(130) 현상을 유발시킴으로써, 레지스트 패턴(121)은 왜곡된 프로파일을 갖게 된다. When the development process is performed in a state where H + ions are partially lost by the neutralization reaction between the resist portion and the light shielding film, as shown in FIG. 2, the portions where H + ions are lost are not removed by the developer. By causing the footing 130 to occur on the sidewall of the resist pattern 121, the resist pattern 121 has a distorted profile.

본 발명에 따른 반도체소자의 레지스트 패턴 형성 방법은, 기판 상에 패턴대상막 및 레지스트막을 형성하는 단계; 상기 화학증폭형 레지스트막에 선택적으로 노광공정을 수행하는 단계; 상기 노광 공정이 수행된 투광기판 위의 패턴대상막에 양전압을 인가하는 단계; 및 상기 양전압이 인가된 투광기판에 현상액을 공급하여 상기 노광 공정이 수행된 영역을 제거하여 상기 패턴대상막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. Resist pattern forming method of a semiconductor device according to the present invention, forming a pattern target film and a resist film on a substrate; Selectively performing an exposure process on the chemically amplified resist film; Applying a positive voltage to the pattern target film on the light-transmitting substrate on which the exposure process is performed; And forming a resist film pattern for selectively exposing the pattern target layer by removing a region where the exposure process is performed by supplying a developer to the light-transmitting substrate to which the positive voltage is applied.

상기 패턴대상막은 크롬막을 포함하는 차광막으로 형성하는 것이 바람직하다. The pattern object film is preferably formed of a light shielding film including a chromium film.

상기 레지스트막은 화학증폭형 레지스트막을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다. The resist film is preferably formed including a chemically amplified resist film.

상기 양전압을 인가하는 단계 이후에, 상기 양전압이 인가된 투광기판에 베이크 공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. After the applying of the positive voltage, the method may further include performing a baking process on the light-transmitting substrate to which the positive voltage is applied.

본 발명에 따른 반도체소자의 레지스트 패턴 형성 방법은 레지스트막에 노광 공정 후, 베이크(PEB;Post Exposure Bake)공정을 진행하기 이전에, 기판에 양전압을 인가하여 기판 또는 기판 위의 패턴대상막 내에 존재하는 염기성 물질이 레지스트막의 경계부분쪽으로 이동하는 것을 최소화한다. 이로 인해, 노광에 의해 생성된 레지스트막의 H+ 이온과 패턴대상막 내의 OH- 이온이 서로 중화반응을 일으켜 레지 스트막의 H+ 이온이 손실되는 것을 방지하여 정교한(vertical) 프로파일 및 선폭(CD;Critical Dimension)을 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.In the method of forming a resist pattern of a semiconductor device according to the present invention, a positive voltage is applied to a substrate after an exposure process to a resist film and before a post exposure bake (PEB) process is performed in the substrate or the pattern target film on the substrate. Minimization of the basic material present toward the boundary of the resist film is minimized. As a result, the H + ions of the resist film generated by exposure and the OH - ions in the pattern target film are neutralized with each other to prevent the loss of the H + ions of the resist film. It is possible to form a resist pattern having a dimension.

도 3을 참조하면, 석영과 같은 투광 기판(200) 상에 차광막(210) 및 레지스트막(220)을 순차적으로 형성한다. 차광막(210)은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 크롬(Cr)막을 포함하여 형성할 수 있다. 레지스트막(220)은 화학증폭형 레지스트(CAR)막을 포함하여 형성할 수 있다. 여기서, 레지스트막(220)은 노광 공정 및 현상공정을 통해 패터닝되어 차광막을 패터닝하기 위한 식각마스크로 이용될 수 있다. 레지스트막(220)은 이후 레지스트막(220) 하지의 차광막(210)에 양전압을 인가할 수 있도록 차광막(210) 일부 예컨대, 차광막의 모서리 부분이 노출되게 배치된다. Referring to FIG. 3, a light blocking film 210 and a resist film 220 are sequentially formed on a light transmitting substrate 200 such as quartz. The light blocking film 210 may be formed of a material capable of blocking transmitted light, for example, a chromium (Cr) film. The resist film 220 may be formed including a chemically amplified resist (CAR) film. Here, the resist film 220 may be patterned through an exposure process and a developing process to be used as an etching mask for patterning the light shielding film. The resist film 220 is disposed to expose a portion of the light shielding film 210, for example, a corner portion of the light shielding film, so that a positive voltage can be applied to the light shielding film 210 under the resist film 220.

도 4를 참조하면, 레지스트막(220)의 노광 영역(A)에 특정 파장의 빛을 조사하여 노광 공정을 수행한다. 이때, 노광 공정은 레지스트막(220)의 노광 영역(A)을 선태적으로 오픈(open)하는 어퍼쳐(aperture)(230)를 사용하여 노광 영역(A)에는 특정 파장의 빛이 조사되고, 비노광 영역(B)에는 특정 파장의 빛이 차단되게 수행될 수 있다. Referring to FIG. 4, an exposure process is performed by irradiating light of a specific wavelength to the exposure area A of the resist film 220. At this time, in the exposure process, light of a specific wavelength is irradiated to the exposure area A by using an aperture 230 that selectively opens the exposure area A of the resist film 220. In the non-exposed area B, light of a specific wavelength may be blocked.

이때, 화학증폭형 레지스트(CAR)의 노광 영역(A)에는 조사된 빛에 의해 광산발생제(Photoacid generator)로부터 H+ 이온이 방출되어 선택적으로 노광 영역(A)에만 H+ 이온이 존재하게 된다. 이러한 H+ 이온은 이후 수행될 현상 후 베이크 과정에서 레지스트 수지(resin)와 반응하여 노광 영역(A)의 레지스트막을 소수성에서 친 수성으로 변화시키는 촉매로 이용된다. At this time, H + ions are emitted from the photoacid generator by the irradiated light in the exposure area A of the chemically amplified resist CAR, and H + ions are selectively present only in the exposure area A. These H + ions are used as a catalyst to change the resist film of the exposure area (A) from hydrophobic to hydrophilic by reacting with a resist resin (resin) in the baking process after the development to be performed later.

도 5을 참조하면, 노광 영역(A)의 레지스트막(220)에 존재하는 H+ 이온과 차광막(210) 내의 염기성 이온과의 반응을 억제시키기 위해, 투광기판(200) 위의 차광막(210)에 양전압을 인가한다. 이때, 도 7에 제시된 바와 같이, 레지스트막(220)이 차광막(210)의 모서리 부분이 노출되게 배치되어 있으므로, 노출된 차광막(210) 부분에 직접적으로 양전압을 인가할 수 있다. Referring to FIG. 5, in order to suppress a reaction between H + ions present in the resist film 220 of the exposure area A and basic ions in the light shielding film 210, the light shielding film 210 on the light transmitting substrate 200 is prevented. Apply a positive voltage to. In this case, as shown in FIG. 7, since the edge portion of the light blocking film 210 is disposed to expose the resist film 220, a positive voltage may be directly applied to the exposed light blocking film 210.

크롬막을 포함하는 차광막(210)은 전도성을 가진 금속이므로, 투광 기판(200)에 양전압을 인가하게 될 경우, + 차지(charge)가 차광막(210) 표면 전체로 퍼지게 된다. 즉, 투광기판(200)을 통해 차광막(210)에 인가된 + 차지는 차광막(210) 내에 존재하는 염기성 이온인 OH- 이온을 차광막(210) 표면에서 고정시키는 역할을 한다. 이에 따라, 노광영역(A)의 레지스트막(220) 내에 포함되어 있는 H+ 이온과 차광막(210) 내의 OH- 이온과의 중화 반응을 최소화시켜 레지스트막(220) 내의 H+ 이온이 손실되는 것을 방지할 수 있다. Since the light shielding film 210 including the chromium film is a conductive metal, when a positive voltage is applied to the light-transmitting substrate 200, a + charge spreads to the entire surface of the light shielding film 210. That is, the + charge applied to the light shielding film 210 through the light transmitting substrate 200 serves to fix OH − ions, which are basic ions present in the light shielding film 210, on the surface of the light shielding film 210. Accordingly, the neutralization reaction between H + ions included in the resist film 220 of the exposure area A and OH − ions in the light shielding film 210 is minimized to prevent loss of H + ions in the resist film 220. can do.

도 6을 참조하면, 베이크 공정(PEB)을 수행한 후, 현상액을 이용하여 레지스트막을 현상한다. 그러면, 노광 영역(A)의 레지스트막은 제거되고, 비노광 영역(B)의 레지스트막은 남게 되어 레지스트막 패턴(221)이 형성된다. Referring to FIG. 6, after the baking process (PEB) is performed, a resist film is developed using a developer. Then, the resist film of the exposure area A is removed, and the resist film of the non-exposed area B remains, so that the resist film pattern 221 is formed.

구체적으로, 양전압이 인가된 투광기판(200)에 베이크 공정을 수행하게 되면, 노광 영역(A) 내의 H+ 이온이 촉매로 작용하여 노광 영역(A)의 레지스트막을 친수성으로 변화시킨다. 이때, 차광막(210) 내에 존재는 염기성 이온은 차광막(210)에 인가된 + 차지에 의해 이동성이 억제되어 레지스트막(220)과 차광막(220)의 경계부분에서 노광 영역(A) 내에 존재하는 H+ 이온과의 중화반응을 방지할 수 있다. 다음에, 베이크 공정이 수행된 투광기판(200)에 알칼리 현상액을 공급하게 되면, 베이크 공정과정에서 친수성으로 변화된 부분 즉, 노광 영역(A)의 레지스트막은 현상액에 의해 제거되고, 비노광 영역(B)은 현상액에 제거되지 않아 차광막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(221)이 형성된다. 이때, 노광 영역(A)의 H+ 이온의 손실이 + 차지에 의해 억제됨으로써, 정교한(vertical) 프로파일 및 선폭(CD;Critical Dimension)을 갖는 레지스트 패턴(221)을 형성할 수 있다.Specifically, when the baking process is performed on the light-transmitting substrate 200 to which the positive voltage is applied, H + ions in the exposure area A act as a catalyst to change the resist film of the exposure area A into hydrophilicity. At this time, the basic ions present in the light shielding film 210 are inhibited in mobility by the + charge applied to the light shielding film 210, and thus H + present in the exposure area A at the boundary between the resist film 220 and the light shielding film 220. Neutralization reaction with ions can be prevented. Next, when the alkaline developer is supplied to the light-transmitting substrate 200 on which the baking process is performed, the resist film of the exposed area A, that is, the portion that has been changed to hydrophilicity during the baking process, is removed by the developer, and the non-exposed area B ) Is not removed in the developer, thereby forming a resist film pattern 221 that selectively exposes the light shielding film. In this case, since the loss of H + ions in the exposure area A is suppressed by + charge, a resist pattern 221 having a vertical profile and a critical dimension (CD) can be formed.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다. As mentioned above, although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Of course.

도 1 및 도 2는 종래의 반도체소자의 레지스트막 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다. 1 and 2 are views illustrating a method of forming a resist film pattern of a conventional semiconductor device.

도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 반도체소자의 레지스트막 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다. 3 to 7 are views for explaining a method of forming a resist film pattern of a semiconductor device according to the present invention.

Claims (4)

기판 상에 패턴대상막 및 레지스트막을 형성하는 단계; Forming a pattern target film and a resist film on the substrate; 상기 화학증폭형 레지스트막에 선택적으로 노광공정을 수행하는 단계; Selectively performing an exposure process on the chemically amplified resist film; 상기 노광 공정이 수행된 투광기판 위의 패턴대상막에 양전압을 인가하는 단계; 및 Applying a positive voltage to the pattern target film on the light-transmitting substrate on which the exposure process is performed; And 상기 양전압이 인가된 투광기판에 현상액을 공급하여 상기 노광 공정이 수행된 영역을 제거하여 상기 패턴대상막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 레지스트 패턴 형성 방법. And supplying a developer to the light-transmitting substrate to which the positive voltage is applied to remove a region where the exposure process is performed, thereby forming a resist film pattern for selectively exposing the pattern target film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패턴대상막은 크롬막을 포함하는 차광막으로 형성하는 반도체소자의 레지스트 패턴 형성 방법. The pattern object film is a resist pattern forming method of a semiconductor device formed of a light shielding film containing a chromium film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레지스트막은 화학증폭형 레지스트막을 포함하여 형성하는 반도체소자의 레지스트 패턴 형성 방법. And the resist film comprises a chemically amplified resist film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양전압을 인가하는 단계 이후에,After applying the positive voltage, 상기 양전압이 인가된 투광기판에 베이크 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 반도체소자의 레지스트 패턴 형성 방법. And performing a bake process on the light-transmitting substrate to which the positive voltage is applied.
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